水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统

920 编辑：中冶有色技术网来源：徐州徐工基础工程机械有限公司

2024-03-11 13:51:43

权利要求书： 1.一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，包括动力头、钻架、推拉手柄、摆动角度调节旋钮和控制器；所述动力头连接于钻架上，所述钻架上设有用于驱动动力头钻进的推拉马达和用于驱动动力头旋转的旋转马达；

所述推拉马达通过推拉主阀与所述控制器的输出端信号连接、所述旋转马达通过旋转主阀与控制器的另一输出端信号连接；

所述推拉马达上设有推拉马达转速传感器，所述旋转马达上设有旋转马达转速传感器；

所述推拉手柄、摆动角度调节旋钮、推拉马达转速传感器、旋转马达转速传感器分别与控制器的相应输入端信号连接。

2.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，所述推拉手柄配置有钻进速度锁定按钮。

3.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，所述钻架的前端设有用于对动力头运行极限位置进行检测的前限位开关。

4.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，所述控制器的输出端还连接有自动摆动使能开关。

5.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，还包括设于操作台上的人机交互界面，所述人机交互界面通过CAN总线与所述控制器双向信号连接。

6.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，所述推拉主阀包括推拉反转电磁阀和推拉正转电磁阀，所述推拉反转电磁阀和推拉正转电磁阀互锁。

7.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，所述旋转主阀包括旋转反转电磁阀和旋转正转电磁阀，所述旋转反转电磁阀和旋转正转电磁阀互锁。

8.根据权利要求1所述的水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，其特征在于，所述推拉马达转速传感器和/或旋转马达转速传感器为双脉冲测速传感器。

说明书：一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统[0001] 【技术领域】[0002] 本实用新型涉及水平定向钻机控制装置领域，特别涉及一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统。

[0003] 【背景技术】[0004] 水平定向钻机是一种在不开挖地表的条件下，铺设各种地下公用设施(管道，电缆等)的施工机械，已被广泛用于穿越公路、铁路、建筑物、河流，以及在闹市区、文物保护区、

农作物和植被保护区等不易开挖地表的条件下进行供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等

管线的铺设，目前，市场上销售的水平定向钻机中，在硬地层硬土层钻进施工过程中，由于

地层较硬，钻进困难，传统主要依靠机手靠经验手动操作，结果是摆动角度不均匀，钻进速

度变化较大，难以保证钻进角度，极大地影响施工效率和质量，并且导致机手很辛苦。

[0005] 为此，我们提出一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统。[0006] 【实用新型内容】[0007] 本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：[0008] 一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，推拉主阀和旋转主阀分别用于控制推拉马达和旋转马达的运行，通过设有的推拉马达转速传感器和旋转马达转速传感器分

别用来测量推拉马达和旋转马达的旋转方向及脉冲，并通过控制器计算进而得出钻机的旋

转速度、旋转角度以及钻进速度，保证了施工效率和施工质量。

[0009] 为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：[0010] 一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，包括动力头、钻架、推拉手柄、摆动角度调节旋钮和控制器；所述动力头连接于钻架上，所述钻架上设有用于驱动动力头钻

进的推拉马达和用于驱动动力头旋转的旋转马达；

[0011] 所述推拉马达通过推拉主阀与所述控制器的输出端信号连接、所述旋转马达通过旋转主阀与控制器的另一输出端信号连接；

[0012] 所述推拉马达上设有推拉马达转速传感器，所述旋转马达上设有旋转马达转速传感器；

[0013] 所述推拉手柄、摆动角度调节旋钮、推拉马达转速传感器、旋转马达转速传感器分别与控制器的相应输入端信号连接。

[0014] 可选地，所述推拉手柄配置有钻进速度锁定按钮。[0015] 可选地,所述钻架的前端设有用于对动力头运行极限位置进行检测的前限位开关。

[0016] 可选地，所述控制器的输出端还连接有自动摆动使能开关。[0017] 可选地，还包括设于操作台上的人机交互界面，所述人机交互界面通过CAN总线与所述控制器双向信号连接。

[0018] 可选地，所述推拉主阀包括推拉反转电磁阀和推拉正转电磁阀，所述推拉反转电磁阀和推拉正转电磁阀互锁。

[0019] 可选地，所述旋转主阀包括旋转反转电磁阀和旋转正转电磁阀，所述旋转反转电磁阀和旋转正转电磁阀互锁。

[0020] 可选地，所述推拉马达转速传感器和/或旋转马达转速传感器为双脉冲测速传感器。

[0021] 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：[0022] 1，推拉主阀和旋转主阀分别用于控制推拉马达和旋转马达的运行，通过设有的推拉马达转速传感器和旋转马达转速传感器分别用来测量推拉马达和旋转马达的旋转方向

及脉冲，并可以通过控制器计算进而得出钻机的旋转速度、旋转角度以及钻进速度，摆动角

度调节旋钮可以调节钻机的摆动角度，保证了施工效率和施工质量；

[0023] 2，通过人机交互界面设定自动摆动动角度、摆动动速度及自动钻进速度，实现设备的自动扇形摆动钻进，并可在施工过程中根据实际需要对摆动角度和摆动速度进行实时

调节，人机交互界面还能够实时显示施工信息，减轻了机手的劳动强度，保证了施工的安

全；

[0024] 3，前限位开关配置在钻架前端，当动力头触碰到前限位开关时，通过控制器自动退出自动施工模式，最大限度的保证施工的安全，防止自动时发生施工事故。

[0025] 【附图说明】[0026] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当

限定。

[0027] 图1是本实用新型实施例提供的一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统的结构示意图。

[0028] 图中：1、控制器；2、前限位开关；3、自动摆动使能开关；4、推拉马达转速传感器；5、旋转马达转速传感器；6、人机交互界面；7、推拉手柄；8、摆动角度调节旋钮；9、推拉正转

电磁阀；10、推拉反转电磁阀；11、旋转正转电磁阀；12、旋转反转电磁阀。

[0029] 【具体实施方式】[0030] 为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地

描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于

本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有

其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0031] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不做详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所

有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

[0032] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方

位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

[0033] 一种水平定向钻机自动扇形摆动钻进控制系统，包括动力头、钻架、推拉手柄7、摆动角度调节旋钮8和控制器1；所述动力头连接于钻架上，所述钻架上设有用于驱动动力头

钻进的推拉马达和用于驱动动力头旋转的旋转马达；

[0034] 所述推拉马达通过推拉主阀与所述控制器1的输出端信号连接、所述旋转马达通过旋转主阀与控制器1的另一输出端信号连接；

[0035] 所述推拉马达上设有推拉马达转速传感器4，所述旋转马达上设有旋转马达转速传感器5；

[0036] 所述推拉手柄7、摆动角度调节旋钮8、推拉马达转速传感器4、旋转马达转速传感器5分别与控制器1的相应输入端信号连接；

[0037] 需要说明的是，钻架、动力头、推拉马达和旋转马达等水平钻机领域必要的部件，附图1中并未做具体结构的展示和限定；

[0038] 通过所述推拉手柄7实现所述控制器1对所述推拉马达主阀的控制，从而实现控制推拉马达；通过所述推拉手柄7实现所述控制器1对所述旋转马达主阀的控制，从而实现控

制旋转马达；

[0039] 操作人员通过操控推拉手柄7实现控制器1对推拉马达主阀的控制，从而实现控制推拉马达，通过操控推拉手柄7实现控制器1对旋转马达主阀的控制，从而实现控制旋转马

达；

[0040] 所述推拉马达转速传感器4配置在推拉马达上，所述旋转马达转速传感器5配置在旋转马达上；所述推拉马达转速传感器4和所述旋转马达转速传感器5分别用于测量推拉马

达和旋转马达的旋转方向及脉冲，并通过控制器1计算进而得出钻机的旋转速度、旋转角度

以及钻进速度；

[0041] 具体的，摆动角度调节旋钮8可配置在操作台上与所述控制器1相电连接，通过所述摆动角度调节旋钮8对自动扇形摆动角度进行设定或在自动摆动钻进过程中实时调节摆

动角度；

[0042] 摆动角度调节旋钮8通过旋转进而调节控制输入给控制器1的电流大小的变化，控制器1以该电流大小的变化对自动扇形进行摆动角度调节；

[0043] 在进一步的实施例中，所述推拉手柄7配置有钻进速度锁定按钮；[0044] 推拉手柄7上的速度锁定按钮，能够对动力头的钻进速度进行锁定，令其保持恒定速度自动运行。

[0045] 在进一步的实施例中，所述钻架的前端设有用于对动力头运行极限位置进行检测的前限位开关2；

[0046] 为了防止自动时发生施工事故，在钻架前端安装前限位开关2，当动力头触碰到前限位开关2时，通过控制器1自动退出自动施工模式，最大限度的保证施工的安全。

[0047] 在进一步的实施例中，所述控制器1的输出端还连接有自动摆动使能开关3；[0048] 通过自动摆动使能开关3来开启或退出自动扇形摆动钻进模式。[0049] 在进一步的实施例中，还包括设于操作台上的人机交互界面6，所述人机交互界面6通过CAN总线与所述控制器1双向信号连接；

[0050] 人机交互界面6能够由外界录入指令信息，因此，作业人员可以向人机交互界面6录入指令信息，当该指令信息输入完毕后，控制器1接收分析该指令信息，并对旋转马达主

阀的电流进行调节从而实现对动力头自动摆动速度的调节；同时，控制器1也会将施工过程

中对系统自动摆动钻进行摆动角度、摆动速度、钻进速度设定值和实际值实时传递给人机

交互界面6，并经由人机交互界面6显示出来；

[0051] 为了保证控制器1与人机交互界面6之间以及控制器1与所述推拉手柄7之间可以更稳定的正常通信；控制器1与所述人机交互界面6之间可并联有电阻，所述控制器1与所述

推拉手柄7之间也可并联有电阻，电阻阻值可采用120欧姆，在实际的工作中，电阻阻值可以

根据实际的工作需要进行设定。

[0052] 在进一步的实施例中，所述推拉主阀包括推拉反转电磁阀10和推拉正转电磁阀9，所述推拉反转电磁阀10和推拉正转电磁阀9互锁，保证推拉反转电磁阀10和推拉正转电磁

阀9的单一运行。

[0053] 在进一步的实施例中，所述旋转主阀包括旋转反转电磁阀12和旋转正转电磁阀11，所述旋转反转电磁阀12和旋转正转电磁阀11互锁，保证推拉反转电磁阀10和推拉正转

电磁阀9的单一运行；

[0054] 在进一步的实施例中，所述推拉马达转速传感器4和/或旋转马达转速传感器5为双脉冲测速传感器；

[0055] 当然，推拉马达转速传感器4和旋转马达转速传感器5不仅仅限于为双脉冲测速传感器，其他种类的可以同样满足工作需求的测速传感器均可。

[0056] 下面结合附图1对各部件的连接关系做示意性说明；[0057] 在本发明实施例中控制器选用力士乐RC28?14/30型号。[0058] 所述控制器1的201、203、204、205端子、前限位开关2的1端子、自动摆动使能开关3的1端子、推拉马达转速传感器4的1端子、旋转马达转速传感器5的1端子、人机交互界面6的

7端子以及推拉手柄7的2端子均与直流电源的正极连接。

[0059] 直流电源的负极分别与控制器1的202、207、220、233端子、前限位开关2的3端子、自动摆动使能开关3的3端子、推拉马达转速传感器4的2端子、旋转马达转速传感器5的2端

子、人机交互界面6的8端子以及推拉手柄7的1端子连接。

[0060] 旋转马达转速传感器5的3、4端子分别与控制器1的110、111端子连接；推拉马达转速传感器4的3、4端子分别与控制器1的113、112端子连接，所述控制器1的161、160端子分别

与推拉手柄7的3、4端子连接，控制器1的215、216端子分别与人机交互界面6的6、5端子连

接；控制器1的248端子与前限位开关2的2端子连接；控制器1的237端子与自动摆动使能开

关3的2端子连接。

[0061] 所述控制器1的174、150、153、177端子分别与所述推拉正转电磁阀9、推拉反转电磁阀10、旋转正转电磁阀11和旋转反转电磁阀12的正极电连接。

[0062] 上述的直流电源可以采用24直流电源。[0063] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述

的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还

会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型

要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。