[发明专利]电驱动全套管全回转钻机及其控制方法

说明书

本发明涉及电驱动全套管全回转钻机及其控制方法。钻机包括钻机主体以及钻具，钻机主体包括控制器、驱动部、随钻参数监测模块以及液压机构，钻具包括套管以及钻头，驱动部采用电驱动方式，包括若干伺服电机；控制器内集成有参数调控模块；伺服电机分为第一类、第二类伺服电机，第一类伺服电机用于驱动钻具旋转钻进，第二类伺服电机用于驱动液压油泵，以通过油缸控制阀组总成来控制液压机构的伸缩，实现套管的松、夹、压、拔动作和钻机平台的调平；参数调控模块通过地层表功数学模型辨识地层类型，并通过分配第一类伺服电机的总工作扭矩以及第二类伺服电机带动液压机构所提供的下压力，满足相应地层类型需要，从而提高旋挖质量，并保护钻具。

技术领域

本发明属于桩基施工技术领域，具体涉及一种电驱动全套管全回转钻机以及控制方法。

背景技术

随着我国基础建设的不断加快，在高原、山区、丘陵、海滩、江河湖海滩涂等各种复杂地质环境下的施工越来越多。现场施工时，经常遇到地下有流沙、溶洞、岩层等各种复杂地质状况，传统的挖掘机具和施工方法很难施工。针对上述复杂施工作业中设备滞后的状况，全套管全回转钻机近年来在深基坑围护、道桥、地铁等项目的桩基施工中得到了广泛的应用。

传统的钻机钻进时只能依赖现场操作人员根据操作盒上的压力显示，通过自己的经验判断，来操作钻机向下钻进，依靠操作者的经验来完成，无法实现随钻检测和针对不同地层适时调整的智能化操作。

另外，现有的全套管全回转钻机是以液压油作为动力传输介质，将动力源的动力以液压能的形式传输给工作执行机构，再转化为机械能，最终完成预定的复杂施工作业。现有全套管全回转钻机采用的基本都是柴油发动机驱动油泵，油泵驱动液压马达，液压马达再驱动传动机构实现钻机的打桩、成桩功能。由于现有全套管全回转钻机使用柴油机提供动力，就存在着发动机能效低、排放高、噪音大等缺点。

此外，现有的全套管全回转钻机在工作过程中，垂直度会发生变化，进而降低了施工质量。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种电驱动全套管全回转钻机。所述电驱动全套管全回转钻机的第一个技术目的是能够在旋挖作业过程中，在钻具旋挖到不同类型的岩土层时，自动调整钻进部分的电机驱动器以及起拔装置，使得钻进部分的电机驱动器的工作扭矩与对应的岩土层匹配、起拔装置提供的下压力与所述电机驱动器的工作扭矩匹配，从而在不损伤钻具的前提下保证旋挖作业顺畅进行，提高旋挖质量，尤其适用于存在局部岩土类型突变的岩土层的旋挖作业。本发明的第二个技术目的是钻进部分的电机驱动器的工作扭矩是基于自适应扭矩控制方法来构建的。本发明的第三技术目的是能够对套管进行垂直度监测和垂直度纠正，以提高施工质量。

为达此目的，本发明将采用以下技术方案：

一种电驱动全套管全回转钻机，包括钻机主体以及钻具，钻机主体包括控制器、驱动部、随钻参数监测模块以及液压机构，钻具包括套管以及安装于所述套管的钻头，所述的驱动部采用电驱动方式，包括若干伺服电机；所述控制器内集成有参数调控模块以及派生参数计算模块；其中：

所述的伺服电机，分为两类，对应为第一类、第二类伺服电机；

第一类伺服电机的动力输出端与钻具联动连接；钻具在第一类伺服电机的动力驱动下，能够驱动钻具旋转钻进；

第二类伺服电机的动力输出端通过依次通过液压油泵、液压马达与安装在液压机构油路中的油缸控制阀组总成联动连接；液压机构在第二类伺服电机的动力驱动下，能够实现套管的松、夹、压、拔动作和钻机平台的调平；

所述的随钻参数监测模块，用于实时监测套管的转速、套管的垂直钻进深度、伺服电机的电流电压变化、伺服电机的输出扭矩以及液压机构各油缸的进、出油压力，并分别反馈至参数调控模块、派生参数计算模块；