一种立轴钻机大钩位置检测系统 - 佰腾专利检索

摘要:

本实用新型提供了一种立轴钻机大钩位置检测系统,包括机械传动单元和数据采集单元,所述机械传动单元包括传动齿轮和传动轴,所述数据采集单元包括绝对值编码器和与其连接的传输电缆,所述传动齿轮与立轴钻机的绞车一侧的内齿轮啮合,传动齿轮通过传动轴与绝对值编码器连接,绝对值编码器通过传输电缆与处理单元连接。本实用新型采用一种简单的方式将钻机大钩位置变得直观,有利于操作者了解钻机当前的状态,同时也避免了潜在风险,采用现场标定的方式,保证了大钩位置的准确性,数据采集单元连接有处理单元,可以直接通过处理单元读取绝对编码器的数值,进而实现计算,省略了人工读取数值的过程,为自动化检测提供了硬件平台。 - 佰腾专利检索

申请号: CN201521064559.7 专利名称: 一种立轴钻机大钩位置检测系统 申请(专利权)人: [中国地质大学(武汉)] 发明人: [吴来杰, 王兴, 胡郁乐, 张飞, 韩志斌, 阮继翰] 其他信息:
1.一种立轴钻机大钩位置检测系统,包括机械传动单元和数据采集单元,其特征 在于:所述机械传动单元包括传动齿轮和传动轴,所述数据采集单元包括绝对值编码器 和与其连接的传输电缆,所述传动齿轮与立轴钻机的绞车一侧的内齿轮啮合,传动齿轮 通过传动轴与绝对值编码器连接,绝对值编码器通过传输电缆与处理单元连接。 2.根据权利要求1所述的立轴钻机大钩位置检测系统,其特征在于:所述处理单 元为用于利用绝对值编码器的输出值计算大钩位置的PC机。 3.根据权利要求2所述的立轴钻机大钩位置检测系统,其特征在于:所述PC机包 括与主机连接的显示器、键盘和鼠标。 4.根据权利要求2所述的立轴钻机大钩位置检测系统,其特征在于:所述PC机通 过网络与远程控制端连接。
< p > 一种立轴钻机大钩位置检测系统 < /p > < p > 技术领域 < /p > < p > 本实用新型涉及一种立轴钻机大钩位置检测系统,属于机电一体化领域。 < /p > < p > 背景技术 < /p > < p > 在钻探作业过程中,大钩高度是一个非常重要的工作参数,其对正确计算钻探进尺 和保证起下钻作业安全具有重要的作用。由于大钩高度变化范围大(即量程大),同时 钻探作业又要求其测量精度高(误差达到mm级)。 < /p > < p > 在传统的测量方法中不外乎两种,第一种是在卷筒轴上安装有一套复杂的机械式测 量机构,利用测量机构上的细钢丝绳的周长计数实现高度检测,由于细钢丝绳的直径较 小,忽略了不同绕绳层的周长误差,因此该方法结构复杂且精度不高;第二种是在卷筒 出绳处或者天车顶梁处设置有钢丝绳导轮,利用导轮转过的线长度测量钢丝绳长度,从 而计算出大钩高度。从原理上来说,第二种方法似乎具有很高的测量精度,但该方法忽 略了导轮与钢丝绳之间有相对打滑的问题,而且打滑的情况受钢丝绳载荷、磨损状态、 钢丝绳表明粘附的介质(如黄油、泥浆等)等影响较大,打滑量具有很大的不确定性, 从而不能保证这种检测方法的精度。 < /p > < p > 发明内容 < /p > < p > 为了解决现有技术的不足,本实用新型提供了一种立轴钻机大钩位置检测系统,采 用一种简单的方式将钻机大钩位置变得直观,有利于操作者了解钻机当前的状态,同时 也避免了潜在风险,采用现场标定的方式,保证了大钩位置的准确性,数据采集单元连 接有处理单元,可以直接通过处理单元读取绝对编码器的数值,进而实现计算,省略了 人工读取数值的过程,为自动化检测提供了硬件平台。 < /p > < p > 本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种立轴钻机大钩位置 检测系统,包括机械传动单元和数据采集单元,所述机械传动单元包括传动齿轮和传动 轴,所述数据采集单元包括绝对值编码器和与其连接的传输电缆,所述传动齿轮与立轴 钻机的绞车一侧的内齿轮啮合,传动齿轮通过传动轴与绝对值编码器连接,绝对值编码 器通过传输电缆与处理单元连接。 < /p > < p > 所述处理单元为用于利用绝对值编码器的输出值计算大钩位置的PC机。 < /p > < p > 所述PC机包括与主机连接的显示器、键盘和鼠标。 < /p > < p > 所述PC机通过网络与远程控制端连接。 < /p > < p > 本实用新型基于其技术方案所具有的有益效果在于: < !-- SIPO < DP n="1" > -- > < /p > < p > (1)本实用新型的数据采集单元采用绝对值编码器,绝对编码器由机械位置决定 的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要 知道位置,什么时候就去读取它的位置,其不受停电、干扰的影响,具有较高的抗干扰 特性、数据的可靠性; < /p > < p > (2)本实用新型的立轴钻机大钩位置检测系统采用一种简单的方式将钻机大钩位 置变得直观,有利于操作者了解钻机当前的状态,同时也避免了潜在风险; < /p > < p > (3)本实用新型的立轴钻机大钩位置检测系统采用现场标定的方式,保证了大钩 位置的准确性; < /p > < p > (4)本实用新型的数据采集单元连接有处理单元,可以直接通过处理单元读取绝 对编码器的数值,进而实现计算,省略了人工读取数值的过程,为自动化检测提供了硬 件平台; < /p > < p > (5)本实用新型的数据采集单元可以是与联网的远程控制端连接的PC机,实现 了一台远程控制端与多组数据采集单元的连接,能够同时监控多个立轴钻机的大钩位 置,方便管理。 < /p > < p > 附图说明 < /p > < p > 图1是立轴钻机大钩位置检测系统示意图。 < /p > < p > 图2是立轴钻机大钩位置检测系统安装示意图。 < /p > < p > 图1图中:1-绞车,2-大钩,3-内齿轮,4-传动齿轮,5-绝对值编码器,6-处理单元, 7-远程控制端,8-钢丝绳,9-传动齿轮固定架,10-绞车固定架,11-钻塔,12-滑轮组。 < /p > < p > 具体实施方式 < /p > < p > 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 < /p > < p > 参照图1,本实用新型提供了一种立轴钻机大钩位置检测系统,包括机械传动单元 和数据采集单元,所述机械传动单元包括传动齿轮4和传动轴,所述数据采集单元包括 绝对值编码器5和与其连接的传输电缆,所述传动齿轮与立轴钻机的绞车1一侧的内齿 轮3啮合,传动齿轮通过传动轴与绝对值编码器连接,绝对值编码器通过传输电缆与处 理单元连接。所述处理单元6为用于利用绝对值编码器的输出值计算大钩位置的PC机。 所述PC机包括与主机连接的显示器、键盘和鼠标。所述PC机通过网络与远程控制端7 连接。 < !-- SIPO < DP n="2" > -- > < /p > < p > 参照图2为立轴钻机大钩位置检测系统的安装示意图,其中大钩2安装于滑轮组 12上,滑轮组12通过钢丝绳8绕过固定于钻塔11下方的定滑轮,缠绕于固定在绞车固 定架10的绞车1,传动齿轮4与绞车1一侧的内齿轮3啮合,内齿轮3安装于传动齿轮 固定架9上。 < /p > < p > 以下为本实用新型的原理: < /p > < p > 传动齿轮与绝对值编码器通过传动轴相连具有相同的角速度,将固定架安装在钻机 合适的位置保证传动齿轮与立轴钻机绞车一侧的内齿轮啮合,传动齿轮根据内齿轮的参 数设计,保证二者拥有相同的模数,因为钻机大钩位置的变化是通过绞车牵引钢绳实现 的,所以绞车转动的角位移与大钩位置存在直接的联系。故可以通过记录绞车转动的角 位移计算得出大钩的位置。 < /p > < p > 数据采集单元和处理单元的作用是对绞车卷筒的角位移进行精确检测,并建立卷筒 角位移与大钩位置的对应关系。计算由PC机完成,接收来自绝对值编码器的数据然后 通过相应的传动比构造算法最终转化成大钩位置。考虑到大钩位置和绞车转动的角度并 不是严格的线性关系,因为钢丝绳在绞车上排列时同一层上每圈的周长基本相同,但不 同层面上的钢绳每圈的周长存在差异。要解决该问题可通过现场分层标定的方式实现, 因此标定过程必须简单,为此通过将每一层首尾两个分界点设为关键节点并采用分段插 值的原理使数据真实、准确。 < /p > < p > 利用本实用新型的一种立轴钻机大钩位置检测系统,可以通过以下过程完成大钩位 置标定: < /p > < p > (1)制定与立轴钻机绞车一侧内齿轮配合的传动齿轮,通过齿轮固定架将传动齿 轮与绞车一侧内齿轮啮合,使传动齿轮与绞车一侧内齿轮具有相同的角速度; < /p > < p > (2)将绝对值编码器通过传动轴与传动齿轮连接,将绝对值编码器通过电缆与处 理单元连接; < /p > < p > (3)将大钩下放到基台零点位置,记录绝对绝对值编码器的当前值C < sub > 0 < /sub > ,标记当前 高度H < sub > 0 < /sub > 为0.00m; < /p > < p > (4)提升大钩,观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置,当钢丝绳在卷筒 换层处停止提升大钩,使用大量程测距仪器测得大钩当前高度H < sub > 1 < /sub > ,记录编码器的当前 值C < sub > 1 < /sub > ;则换层前大钩任意位置的高度为H′=(C′ < sub > 0 < /sub > -C < sub > 0 < /sub > )*(H < sub > 1 < /sub > -H < sub > 0 < /sub > )/(C < sub > 1 < /sub > -C < sub > 0 < /sub > )+H < sub > 0 < /sub > ,其中 C′ < sub > 0 < /sub > 为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值; < /p > < p > (5)继续提升大钩,观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置,当钢丝绳在 卷筒换层处停止提升大钩,使用大量程测距仪器测得大钩当前高度H < sub > i < /sub > ,记录编码器的当 前值C < sub > i < /sub > ,则上次换层后和换层前大钩任意位置的高度为 H′ < sub > i < /sub > =(C′ < sub > i < /sub > -C < sub > i-1 < /sub > )*(H < sub > i < /sub > -H < sub > i-1 < /sub > )/(C < sub > i < /sub > -C < sub > i-1 < /sub > )+H < sub > i-1 < /sub > ,其中C′ < sub > i < /sub > 为大钩停留在任意位置时编码器 对应的编码值,C < sub > i-1 < /sub > 为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩时编码器的编码值, H < sub > i-1 < /sub > 为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩时的大钩高度; < /p > < p > (6)重复步骤(5),直到大钩达到顶端,大钩位置标定过程结束,测得大钩任意 位置的高度值。 < /p > < p > PC机还可以通过网络将立轴钻井大钩位置发送至远程控制端进行保存,便于数据 集中管理。 < !-- SIPO < DP n="3" > -- > < /p >
< p > 在钻探作业过程中,大钩高度是一个非常重要的工作参数,其对正确计算钻探进尺 和保证起下钻作业安全具有重要的作用。由于大钩高度变化范围大(即量程大),同时 钻探作业又要求其测量精度高(误差达到mm级)。 < /p > < p > 在传统的测量方法中不外乎两种,第一种是在卷筒轴上安装有一套复杂的机械式测 量机构,利用测量机构上的细钢丝绳的周长计数实现高度检测,由于细钢丝绳的直径较 小,忽略了不同绕绳层的周长误差,因此该方法结构复杂且精度不高;第二种是在卷筒 出绳处或者天车顶梁处设置有钢丝绳导轮,利用导轮转过的线长度测量钢丝绳长度,从 而计算出大钩高度。从原理上来说,第二种方法似乎具有很高的测量精度,但该方法忽 略了导轮与钢丝绳之间有相对打滑的问题,而且打滑的情况受钢丝绳载荷、磨损状态、 钢丝绳表明粘附的介质(如黄油、泥浆等)等影响较大,打滑量具有很大的不确定性, 从而不能保证这种检测方法的精度。 < /p >
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