反循环钻机的技术升级研究

1.机械手装卸钻杆自动化

主要的动作流程有：开门板自动开合-动力头自动上下-钻杆自动装卸）。结构上设计一个抓盘，可以抓住钻杆左右摆动,将钻杆移动到拆卸和安装的位置，在这个过程中，主要是控制摆杆的两根油缸要实现同步，为止专门设计一个电控的控制流量的同步阀，保证两个油缸的同步性，采用分流集流，两个油缸的动作不受负载的影响。

2．履带底盘自动调平

履带底盘带有四个支腿油缸，每个油缸都带有液压锁，以往需要靠操作手一个一个油缸进行操作，最终调整到机器处于平衡的状态，整个过过程耗时比较长，尤其是微调的时候，要反复操作各个油缸，最后也难达到完全水平的状态，同时在工作的过程中，由于地面下沉，又需要重新调整，整个过程费时费力，而且容易出现不水平的情况。在原有油路的基础上每个油缸上并一个液压锁。然后小电机驱动小液压泵，接四个电比例阀给新接的液压锁供油。最后通过水平传感器实时反馈信号，通过程序实现四个油缸在同一水平面上。

去改变原有的系统会比较复杂，在设计的过程中，我们尽量不去动原有的液压系统。具体改造方案为采用双系统，增加两个电比例控制阀，可以单独控制四个油缸的动作，在原有液压锁下面加一个阀块，采用双液压锁结构，统统两个比例控制阀控制四个油缸，每个油缸增加位置传感器，同时设备上面加装一个水平传感器，数据进入控制器解析，即可实现一键垂直，四个油缸同时调整到水平状态，在干活的过程中，一旦出现倾斜，会自动报警，操作人员只需按一键垂直，就可以重新达到平衡的状态。

3.大架垂直监测与报警

在大架上加装角度传感器，如果角度偏离达到设定值，自动报警，达到极限设定值，不允许使用，一般设置为往前5 度，左右5 度，增加一个4.3 寸的控制显示一体屏，角度传感器采集到的角度数据进入控制器进行解析，一旦超出角度，则操作无效，如果需要继续操作，可以在屏幕上面进行强制解除。另外设置灯光报警器，一旦角度远远超出设置角度，报警灯响起，说明设备存在倾翻的风险，需要人为进行干预，最后达到安全施工的目的。

4.卡钻报警

要解决这个问题，首先要判断是否卡钻，针对不同的动力头有不同的判断方法，如果动力头是液压的，检测到液压压力达到极限，但是钻杆未转动则报警，如果动力头是电机的，检测到电机有通电，但是钻杆未转动则报警。

根据以上的判断分析，主要是检测液压 力和电机 否通电和动力头钻杆是否转动进行对比。针对液压的动力头，只需增加压力传感器以及动 设 系统压力，但是动力头转速为 Z ，说明是卡钻的状态，通过报警器报警 用反转自动解决卡钻问题。针对电机带动的动力头，则需要增加电路通断的传感器和动力头转速传感器，具体解决方式同液压动力头。

5.履带行走增加遥控操作

设备在行走的过程中，遇到危险的软底层，机手在设备上操作不是很安全。另外在运输的过程中，设备上板车也容易出现倾翻的风险，这个时候，如果设备增加有行走遥控系统，就能大大降低操作人员的安全风险，降低施工风险。

在行走先导脚踏阀下面增加先导的电磁阀，由减压阀控制液压阀的高低速，从而实现可以通过电控控制设备的行走，加上逻辑选择阀，电控控制设备的同时，不影响原有手动动作的操作。

具体控制的原理如下图：梭阀的主要作用是不影响原有手动动作，电磁阀 A，电磁阀 B，主要控制左右行走的前进，后退等等，快慢速调节阀主要是为了实现在遥控过程中由两个挡位，慢速档和快速档，尤其在上板车的时候，一般都是采用慢速档，太快了容易出现倾翻的风险。

6.柱塞泵排量调节

在隧道施工或者高原地区施工会出现一种情况，一旦负载过大，发动机会熄火。通过采集发动机的转速数据，同时接入到主泵的排量控制减压阀。通过程序控制，一旦掉速，则通过电控控制主泵上的减压阀控制主泵排量，降低流量，减少功率，解决发动机在隧道施工或者高原地区施工因为氧气不足，造成动力不足熄火的情况。

7. 自动显示系统

在钻机上有显示屏，显示柴油机的转速、油温、水温、扭矩、功率、机油压力，显示发电机的转速、电压，显示泥浆泵的流量，显示动力头的扭矩，显示卷扬机的压力等。

8. 故障检测系统

通过采集到的数据和设定的数据进行对比，通过分析初步判断设备可能出现的故障情况，比如电瓶电压不够，可能是需要更换电瓶了，比如检测到液压先导压力过低，可能是先导溢流阀或者先导泵出现了问题，特别是没有先导压力的时候，再结合电控是否给总先导阀供电，从而判断是液压问题还是电路问题。再结合动力头钻速如果上不去，这个时候主泵压力也上不去，这个初步可以判断是主阀主溢流阀的问题或者是主泵的问题。检测到的数据越多，故障判断越准确，减少人工现场判断故障的时间。