一种动力头真实对地压力控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于桩工机械控制技术领域，具体涉及一种动力头真实对地压力控制系统及方法。该方法包括基于加压油缸的加压力计算动力头的真实对地压力，调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值；加压油缸停止加压，开始钻进；钻进时实时调整动力头的真实对地压力，包括，实时监测动力头的转速、动力头的扭矩、发动机的负载率，基于动力头的转速、动力头的扭矩和发动机的负载率，通过加压油缸调整动力头的真实对地压力。本发明专利技术通过多传感器的信息融合获知真实的对地压力，大幅降低了钻机的操作难度，并摆脱了对机手经验的过分依赖，可以适用复杂变化的地层并提高施工效率。用复杂变化的地层并提高施工效率。用复杂变化的地层并提高施工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种动力头真实对地压力控制系统及方法


[0001]本专利技术属于桩工机械控制
，具体涉及一种动力头真实对地压力控制系统及方法。

技术介绍

[0002]旋挖钻机是用于桩基础工程中灌注桩施工的成孔机械，广泛应用于道路、桥梁、码头、高层建筑等工程桩基础的施工。
[0003]由于施工地层的复杂性以及钻具的多样性，使得旋挖钻机的成孔作业操作难度很大。对于不同的地层或钻具，如果机手操作时施加的动力头扭矩或加压力不合适，会严重影响施工的效率，甚至会波及成孔质量。现有技术中旋挖钻机的操作仍是非常依赖于机手的施工经验，在钻进过程中存在很大的不确定性，尚未有一种针对动力头真实对地压力的可靠钻进策略。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种动力头真实对地压力控制系统及方法，通过多传感器的信息融合获知真实的对地压力，大幅降低了钻机的操作难度，并摆脱了对机手经验的过分依赖，可以适用复杂变化的地层并提高施工效率。
[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种动力头真实对地压力控制方法，包括，
[0007]S1：基于加压油缸的加压力计算动力头的真实对地压力，调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值；
[0008]S2：加压油缸停止加压，开始钻进；
[0009]S3：钻进时实时调整动力头的真实对地压力，包括，
[0010]实时监测动力头的转速、动力头的扭矩、发动机的负载率，基于动力头的转速、动力头的扭矩和发动机的负载率，通过加压油缸调整动力头的真实对地压力。
[0011]优选的，所述基于动力头的转速、动力头的扭矩和发动机的负载率，通过加压油缸调整动力头的真实对地压力，包括，
[0012]当动力头的转速大于当前地层、当前钻具对应的转速预设上限值，动力头的扭矩小于当前地层、当前钻具对应的扭矩预设下限值，发动机的负载率小于当前地层、当前钻具对应的负载率预设下限值并持续第一预设时间后，判定当前动力头的真实对地压力小于当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值，通过调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值；
[0013]当动力头的转速小于当前地层、当前钻具对应的转速预设下限值，动力头的扭矩大于当前地层、当前钻具对应的扭矩预设上限值，发动机的负载率大于当前地层、当前钻具对应的负载率预设上限值并持续第二预设时间后，判定当前动力头的真实对地压力大于当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值，通过调整加压油缸的加压力使动力头的真
实对地压力达到真实对地压力预设值；
[0014]当动力头的转速为0、动力头的扭矩大于当前地层、当前钻具对应的扭矩设计极限值时，判定憋钻，通过调小加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值。
[0015]优选的，所述钻进时实时调整动力头的真实对地压力，还包括，实时监测动力头的真实对地压力，当动力头的真实对地压力小于当前地层、当前钻具对应的真实对地压力调整下限值时，通过调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值。
[0016]优选的，所述动力头的真实对地压力的计算公式如下：
[0017]P
dijt
＝F
1j
+F2+P
ijt
‑
F
ijt
[0018]其中，P
dijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的动力头的真实对地压力；i＝1,2,3,
…
,A，A为地层的种类总数；j＝1,2,3,
…
,B，B为钻具的种类总数；
[0019]F
1j
为钻具为j时，钻杆钻具重量引起的动力头对地压力增加值；
[0020]F2为动力头重量引起的动力头对地压力增加值；
[0021]P
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的加压油缸的加压力；
[0022]F
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的主卷拉力。
[0023]优选的，所述F
1j
和F2的求取过程如下：
[0024]选定钻具为j，当钻具钻杆未接触动力头且处于待命状态时，将此时的主卷拉力记为F
1j
，将此时加压油缸的加压力记为F2。
[0025]优选的，所述真实对地压力预设值满足下式：
[0026]P
dij0
∈[P
dijmin
,P
dijmax
][0027]其中，P
dij0
为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设值；P
dijmax
为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设上限值；P
dijmin
为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设下限值；
[0028]P
dijmax
和P
dijmin
的求解过程如下：
[0029]选定钻具为j、地层为i，进行加压钻进，在钻进的同时记录不同动力头的真实对地压力对应的动力头的扭矩、动力头的转速和发动机的负载率；
[0030]当同一时刻下的动力头的扭矩满足M
ijmin
≤M
ijt
≤M
ijmax
，动力头的转速满足N
ijmin
≤N
ijt
≤N
ijmax
，以及发动机的负载率满足η
ijmin
≤η
ijt
≤η
ijmax
时，将此时的动力头的真实对地压力标记为待选真实对地压力；
[0031]其中，M
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的动力头的扭矩；M
ijmax
为地层为i时，钻具为j时的扭矩预设上限值；M
ijmin
为地层为i时，钻具为j时的扭矩预设下限值；
[0032]其中，N
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的动力头的转速；N
ijmax
为地层为i时，钻具为j时的转速预设上限值；N
ijmin
为地层为i时，钻具为j时的转速预设下限值；
[0033]其中，η
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的发动机的负载率；η
ijmax
为地层为i时，钻具为j时的负载率预设上限值；η
ijmin
为地层为i时，钻具为j时的负载率预设下限值；
[0034]汇总所有的待选真实对地压力得到钻具为j、地层为i时的待选真实对地压力范围，待选真实对地压力范围的上限标记为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设上限值P
dijmax
，下限标记为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设下限值P<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力头真实对地压力控制方法，其特征在于，包括，S1：基于加压油缸的加压力计算动力头的真实对地压力，调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值；S2：加压油缸停止加压，开始钻进；S3：钻进时实时调整动力头的真实对地压力，包括，实时监测动力头的转速、动力头的扭矩、发动机的负载率，基于动力头的转速、动力头的扭矩和发动机的负载率，通过加压油缸调整动力头的真实对地压力。2.根据权利要求1所述的一种动力头真实对地压力控制方法，其特征在于，所述基于动力头的转速、动力头的扭矩和发动机的负载率，通过加压油缸调整动力头的真实对地压力，包括，当动力头的转速大于当前地层、当前钻具对应的转速预设上限值，动力头的扭矩小于当前地层、当前钻具对应的扭矩预设下限值，发动机的负载率小于当前地层、当前钻具对应的负载率预设下限值并持续第一预设时间后，判定当前动力头的真实对地压力小于当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值，通过调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值；当动力头的转速小于当前地层、当前钻具对应的转速预设下限值，动力头的扭矩大于当前地层、当前钻具对应的扭矩预设上限值，发动机的负载率大于当前地层、当前钻具对应的负载率预设上限值并持续第二预设时间后，判定当前动力头的真实对地压力大于当前地层、当前钻具对应的真实对地压力预设值，通过调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值；当动力头的转速为0、动力头的扭矩大于当前地层、当前钻具对应的扭矩设计极限值时，判定憋钻，通过调小加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值。3.根据权利要求1所述的一种动力头真实对地压力控制方法，其特征在于，所述钻进时实时调整动力头的真实对地压力，还包括，实时监测动力头的真实对地压力，当动力头的真实对地压力小于当前地层、当前钻具对应的真实对地压力调整下限值时，通过调整加压油缸的加压力使动力头的真实对地压力达到真实对地压力预设值。4.根据权利要求1所述的一种动力头真实对地压力控制方法，其特征在于，所述动力头的真实对地压力的计算公式如下：P
dijt
＝F
1j
+F2+P
ijt
‑
F
ijt
其中，P
dijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的动力头的真实对地压力；i＝1,2,3,
…
,A，A为地层的种类总数；j＝1,2,3,
…
,B，B为钻具的种类总数；F
1j
为钻具为j时，钻杆钻具重量引起的动力头对地压力增加值；F2为动力头重量引起的动力头对地压力增加值；P
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的加压油缸的加压力；F
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的主卷拉力。5.根据权利要求4所述的一种动力头真实对地压力控制方法，其特征在于，所述F
1j
和F2的求取过程如下：选定钻具为j，当钻具钻杆未接触动力头且处于待命状态时，将此时的主卷拉力记为
F
1j
，将此时加压油缸的加压力记为F2。6.根据权利要求4所述的一种动力头真实对地压力控制方法，其特征在于，所述真实对地压力预设值满足下式：P
dij0
∈[P
dijmin
,P
dijmax
]其中，P
dij0
为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设值；P
dijmax
为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设上限值；P
dijmin
为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设下限值；P
dijmax
和P
dijmin
的求解过程如下：选定钻具为j、地层为i，进行加压钻进，在钻进的同时记录不同动力头的真实对地压力对应的动力头的扭矩、动力头的转速和发动机的负载率；当同一时刻下的动力头的扭矩满足M
ijmin
≤M
ijt
≤M
ijmax
，动力头的转速满足N
ijmin
≤N
ijt
≤N
ijmax
，以及发动机的负载率满足η
ijmin
≤η
ijt
≤η
ijmax
时，将此时的动力头的真实对地压力标记为待选真实对地压力；其中，M
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的动力头的扭矩；M
ijmax
为地层为i时，钻具为j时的扭矩预设上限值；M
ijmin
为地层为i时，钻具为j时的扭矩预设下限值；其中，N
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的动力头的转速；N
ijmax
为地层为i时，钻具为j时的转速预设上限值；N
ijmin
为地层为i时，钻具为j时的转速预设下限值；其中，η
ijt
为地层为i时，钻具为j时，t时刻下的发动机的负载率；η
ijmax
为地层为i时，钻具为j时的负载率预设上限值；η
ijmin
为地层为i时，钻具为j时的负载率预设下限值；汇总所有的待选真实对地压力得到钻具为j、地层为i时的待选真实对地压力范围，待选真实对地压力范围的上限标记为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设上限值P
dijmax
，下限标记为钻具为j、地层为i时的真实对地压力预设下限值P
dijmin
。7.一种动力头真实对地压力控制系统，其特征在于，包括控制器、第一加压压力传感器、第二加压压力传感器、主卷销轴传感器、动力头压力传感器、转速传感器、动力头旋转阀和加压阀；所述第一加压压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：马旭，孙余，顾波，张永华，孙超，李旭，侯思远，
申请(专利权)人：徐州徐工基础工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：