液压凿岩台车钻进控制系统的改进及应用.pdf

使用- 维修 O p e r a t i o n a n d M l a i n t e n a n c e 液压凿岩台车钻进控制系统的 改进及应用 王周忠， 邱城彬 ， 刘延君 9 6 5 1 8部队 摘要 I 目前， 普通进口全液压凿岩台车在地下工程掘进作业中得到了广泛应用， 但该类设备存在钻孔深度控制不精准， 配 套使用钻杆长度不可变， 围岩石质和钻具磨损情况实时难掌握等弊端 。为解决这些问题 ， 以某型液压凿岩台车为例 ， 在对液 压凿岩台车钻孔作业存在的客观问题进行分析的基础上， 详细介绍一种钻进控制系统的改进方法、 工作过程及应用效果。 实 践证明， 改进后的钻进控制系统成本低， 安装方便 ， 操作简单， 效益可观。 关键词 凿岩台车 ； 钻进控制系统 ； 位移传感器； 钻进控制仪 进 口全液压凿岩 台车具有施工效率高 ， 作业环境好 ， 劳动强度低等优点 ， 目前在隧道开挖 、 采矿等地下工程掘 进作业中得到了广泛应用。但该类设备存在钻孔深度控 制不精准 ， 配套使用钻杆长度不可变 ， 围岩石质和钻具磨 损情况实时难掌握等弊端。本文立足某型液压凿岩台车 施工实际 ，在对掘进钻孔施工中存在的问题进行分析的 基础上 ，对钻进控制系统进行改进 ，以达到提高工程质 量， 加快施工进度， 降低劳动强度， 节约经费的目的。 1 液压凿岩台车钻孔作业中存在的主要问题 1 ． 1 钻孔深度控制不精准 以某型液压凿岩台车使用 T 3 8 ／ R 3 2 4 ． 3 m钻杆、 T 4 5 系列钻头为例 ， 若钻 4 m深孔时 ， 最快所需时 间为 2 m i n 1 0 S ， 钻孔深度的控制通常依靠操作手的经验或在推进粱 上标注刻度线， 通过远距离目测来确定钻孔深度， 这样很 难保证所有孔底处于同一垂直断面上，容易造成岩爆不 作者简介 王周忠 1 9 7 4 一 ， 男， 河南邓州人， 高级工程师， 研究方向 工程机械。 5 2 f I 一1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杠 栈 第 4 7 卷 l 第 1 期 总第 5 0 7期 规整， 断面参差不齐， 直接影响下一循环的工作质量。 1 ． 2配套使用钻杆不可变 一 般 ， 一种型号的台车所使用的配套钻杆是 固定的 ， 根据推进梁的长度 ，目前配套某型液压凿岩台车的钻杆 主要为 5 ． 5 2 5 m和 4 ． 3 m两种 ， 而在 实际掘进作业中有时 会遇到石质不好 ， 钻孔需要短进尺的情况 ， 使用长钻杆 明 显浪费。如果直接使用短钻杆 ， 返程位置难准确控制， 易 造成钻杆从前扶钎器滑落而不能正常工作 ，若要继续工 作， 需人工复位， 从而延长了钻孔时间， 降低了施工效率 。 1 ． 3 钻具再利用率低 钻杆在使用过程 中容易从 钻头连接处断裂 ， 以 T 3 8 ／ R ．3 2 - 4 ． 3 m新钻杆为例 ，每根价格在 3 2 0 0 元左右 ， 如果将废旧钻杆弃之， 必将造成浪费。目前钻杆修复技术 比较成熟，一根钻杆的修复加工费约为 2 0 0 元，折算起 来， 使用加工修复后的钻杆可获得的经济效益很可观。 但 加工修复后的钻杆长度缩短了， 若直接使用， 在钻杆钻孔 返回过程中， 操作手仅凭远距离 目测作业 ， 易使钻头退出 扶钎器而损坏扶钎器 ， 也会给下一孔的作业带来麻烦 ， 因 此许多操作手不愿使用加工修复后的旧钻杆 。 1 ． 4 围岩石质和钴具磨损情况实时难掌握 凿岩台车钻孔作业时 ，操作手对围岩石质和钻具磨 损情况的判断没有参考依据 ， 全凭经验 ， 主观随意性大 ， 作业时容易出现钻杆卡死 、 断裂 ， 以及危岩滑落等事故隐 患 ， 影响作业安全 。 2 液压凿岩台车钻进控制改进系统 2 ． 1 改进方案 钻进控制改进系统在是原凿岩系统基础上 ，利用拉 线位移传感器和钻进控制仪 ， 通过电、 液 自动控制 ， 实现 钻孔深度 、钻孔速度及累计钻进深度等相关项 目的监视 和控制。 主要做法 在操作台上加装 WL 一 0 0 1 型钻进控制 仪 见图 1 、 图 2 ， 以监控钻杆钻孔深度 、 速度及累计钻进 深度等信息， 并间接实现油管卷轮滑板停止位置控制和自 动控制等功能；在推进手柄上安装 “ 取消 自动控制按钮” 见图 1 ， 实现取消 自动控制功能 ； 将原车推进梁后端 的 后挡板取下， 更换带拉线位移传感器的改进型后挡板 见 图 3 、 图 4 ， 将拉线位移传感器安装在密封的保护罩 内， 牵 引头安装在油管卷轮滑板固定块上，用以反馈位移量信 号 ； 在液压系统油路上分别并联“ 返 回” 、 “ 停止” 电磁液压 换向阀， 用以实现 自动返回、 停止功能 见图 5 、 图 6 。 钻进控制仪 控制按钮 图1 钻进控制仪及控制按钮 2 0 1 6 ‘ ， l 工霰缸敞 l 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杠 饿 第 4 7 卷 I 第 1 期 总第 5 0 7 期 部控制输出 D C 2 4 V给外控电磁阀。控制仪接收拉线位 移传感器输出的信号 ， 通过设置相关参数 ， 可精确显示凿 岩台车钻孔深度 、 钻杆位移速度及累计钻进深度等参数。 电路控制原理图见图 5 。 电源 一 Z 高 位互锁 1 f -L 7 3 l／0 ＼ z I Q A r ] 5 - - ；r／-- I i ■ 』l／ 6 s 1 Ⅺ f ， HI L 1 2／ 7 s 2 H2 l I ．． ．．⋯ 一．一．． ． 一l⋯ ． ．1 I ’’一一 ⋯ I 7 6 5 4 3 2 J I 常开触点 常开触点 2 4 V V I 备 用 J l 上 限 继 电 器 J 2 下 限 继 电 器 钻 进 径 铡 备 用 拉 线 传 感 器 外 置 复 位 外 供电 源 I A B 复位 ； N D 5 V 1 2 V l ⋯ 1 5 1 3 l 1 1 O ⋯一一TT l l／ ’ l I 拉线位移传感器 图5 电路控制原理图 2 ． 3 液压控制 钻进控制改进液压系统在不改变原车自带推进至极 限位自动返回功能的基础上，通过在液压系统油路上并 上 限／ 返回 下限、停止 自锁 取消 自动 上限， 返 回 指示灯 下限／ 停止 指示灯 联一个 “ 返 回” 电磁 液压换 向阀 ， 实现“ 钻到位” 自动返 回 功能； 通过并联安装一个“ 停止” 电磁液压换向阀， 实现 “ 回到位” 自动停止功能 见图 6 、 图 7 。 。1 l 工稚缸械 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杠 拭 第4 7 卷 I 第 1 期 总第 5 0 7期 移传感器立即将当前钻杆的位移量反馈到钻进控制仪， 操作手可以快速直观地掌握钻孔深度。若发现钻孔速度 明显变慢 ， 可切换控制仪观察速度参数 ， 据此判断钻头磨 损情况、 岩石情况及液压系统工作情况等， 为判断工作异 常原因提供有效参考， 正常情况下， 设定仪表显示位移参 数即可。当钻孔深度达到 3 9 0 c m后 ， “ 上限／ 返回” 指示灯 亮 ， 推进手柄在“ 返回电磁阀” 的作用下 ， 自动弹回至返回 位置， 冲击功能同时自动解除。当返回到达 0 位时， 在“ 停 止电磁 阀” 的作用下 ， 液压系统泄压 ， 推进液压缸立即停 止运行， 完成一个孔的自动作业。 钻完一个孔后， 先按“ 取 消自动控制按钮” ，然后将推进手柄和旋转手柄置于中 位， 操作定位手柄进行下一个孔的作业。当不需要进行 自 动作业时 ， 只需在钻杆位移量达到 3 9 0 c m前 ， 按住“ 取 消 自动控制按钮” ， 便可进行钻孔作业 ， 此时仪表仍显示钻 杆位移量。若该系统出现故障而操作人员无法及时修复 时， 可通过断开钻进控制仪 电源的方式 ， 恢复原系统功能 继续进行作业。 3 应用效果 通过现场钻孔作业验证 ，凿岩台车钻进控制改进系 统具有以下优点 1 钻进深度可视 、 可控。操作手通过钻进控制仪上 的仪表显 示值 ， 可实时监控钻孔深度 ， 根据显示的“ 钻进 深度值” ， 可实现极限范 围内任意深度 的钻孔 ， 仪表显示 精度高 ， 显示分度为 1 c m。 2 自动返 回位置可控。 该凿岩机凿岩系统出厂时只 设有推进达到极限位后才能 自动返回功能 ，无法满足任 意位置 自动返 回功能。系统改进后可实现区间内任意推 进位置的 自动返回。 3 使用钻杆多样。通过钻进控制仪参数的设置 ， 可 设定理想的返回 自动停止位置 ，这样可使凿岩台车配套 使用的钻杆多样化，是凿岩台车使用加工修复过的短钻 杆成为可能， 有效提高了钻杆利用率。 4 作业情况有据可循。通过切换钻进控制仪显示 值 ， 可实时显示钻杆推进速度 ， 通过该值 ， 可实时对 周围 岩石材质情况、钻头磨损情况及液压系统运行情况进行 直观判断 ， 尤其适用于钻孔异常时的原因预测。 5 钻孔总长可查。通过切换钻进控制仪显示值 ， 可 显示“ 累计钻进深度” ， 通过该功能 ， 可方便查找每班钻孔 总长度 ，进而计算出钻杆 、钻头及钎尾等耗材的使用寿 命， 使钻具消耗情况可以得到以 m为单位的量化记录， 为 钻具的选型 、 质量判断等提供更有效的数据依据 。 6 降低劳动强度 ， 提高钻孔效率。以往操作手作业 时 ， 需要将更多的精力投入到钻进深度的控制上 ， 难以胜 任一人同时进行双臂作业 ， 且钻孔精度差。 钻进系统改进 后， 通过实时显示的“ 钻进深度值 ” ， 一方面可减少作业时 间 据不完全统计 ， 可减少作业时 间 1 0 ％以上 ， 另一方面 可降低操作手劳动强度 ，为一人进行双臂操作提供了可 靠条件。 7 经济效益可观。据不完全统计， 一台双臂凿岩台 车因人为操作不 当， 使 回退“ 过行程” ， 造成扶钎器 、 扶钎 器支架过早损坏 ，推进液压缸过早泄漏等各种不 良损耗 的综合成本每 月在 3 万元以上 。 而应用钻进改进系统后 ， 一 次只需投入 约 1 ． 8 万元改进费用， 就可当月节省 1 ． 2 万 元 以上的不 良损耗 ，再加上废 旧钻杆再利用节约的成本 及能源再利用效益 ， 可实现更好的经济效益和社会效益。 4 结束语 自液压凿岩台车钻进控制改进系统应用 以来 ，使用 情况良好。 实践证明， 该改进系统投入成本低 ， 安装简单， 操作方便 ， 可靠性高 ， 可有效提高钻孔效率和施工质量 ， 降低操作手劳动强度， 提高施工效益。 通信地址 河南省洛阳市高新N 4 7 3 0 0 0 收稿日期 2 0 1 5 - 1 1 - 0 9 2 0 1 6 ． f I 工霏拓敞 1 5 7 I l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m