权利要求
1.一种露天凿岩设备震杆控制系统，用于露天凿岩设备的震杆过程，其中，所述露天凿岩设备包含：凿岩机和钻杆，所述凿岩机可拆卸连接于所述钻杆，其特征在于：
所述露天凿岩设备震杆控制系统还包括：
钻杆状态采样装置，用于根据获取的电信号对所述钻杆的状态进行采样;
钻孔状态采样装置，用于根据获取的电信号对所述钻孔的状态进行采样;
震杆装置，用于根据输入的电信号将所述钻杆与凿岩机震松;
处理装置，用于根据所述钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和所述钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向所述震杆装置发送控制信号以使所述震杆装置将所述钻杆与凿岩机震松。
2.根据权利要求1所述的露天凿岩设备震杆控制系统，其特征在于：所述钻杆的状态包含平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力以及钻杆数量;
其中，所述处理装置根据所述钻杆的平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力以及钻杆数量向所述震杆装置发送控制信号。
3.根据权利要求1所述的露天凿岩设备震杆控制系统，其特征在于：所述钻杆状态采样装置包含：
推进压力传感器，用于采集钻杆的平均推进压力;
冲击压力传感器，用于采集钻杆的平均冲击压力;
钻杆数量传感器，用于采集钻杆的数量。
4.根据权利要求1所述的露天凿岩设备震杆控制系统，其特征在于：所述钻孔的状态包含孔深，所述孔深信号由编码器采集;
其中，所述处理装置根据所述编码器采集的钻孔的孔深信号向所述震杆装置发送控制信号。
5.根据权利要求1所述的露天凿岩设备震杆控制系统，其特征在于：所述震杆装置包含：冲击电磁阀和吹气电磁阀，所述冲击电磁阀用于使所述钻杆执行冲击动作，所述吹气电磁阀用于使所述钻杆执行吹气动作;
其中，所述处理装置根据所述钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和所述钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向所述冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使所述钻杆执行冲击动作和吹气动作。
6.根据权利要求1所述的露天凿岩设备震杆控制系统，其特征在于：所述露天凿岩设备震杆控制系统还包括：
交互装置，用于供用户操作以实现人机交互操作;
其中，所述处理装置根据所述交互装置发送的控制信号向所述震杆装置发送控制信号。
7.一种露天凿岩设备，包括如权利要求1至6任意一项所述的露天凿岩设备震杆控制系统。
8.一种露天凿岩设备震杆控制方法，其中，所述露天凿岩设备包括：
凿岩机和钻杆，所述凿岩机可拆卸连接于所述钻杆;
钻杆状态采样装置，用于根据获取的电信号对所述钻杆的状态进行采样;
钻孔状态采样装置，用于根据获取的电信号对所述钻孔的状态进行采样;
震杆装置，用于根据输入的电信号将所述钻杆与凿岩机震松;
其中，所述震杆装置包含冲击电磁阀和吹风电磁阀;
交互装置，用于供用户操作以实现人机交互操作;
处理装置，用于根据所述钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和所述钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向所述震杆装置发送控制信号以使所述震杆装置将所述钻杆与顶锤震松;
所述控制方法包括：
响应于所述钻杆状态采样装置和钻孔状态采样装置发送的电信号，获知所述钻杆的平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力、钻杆数量以及钻孔的孔深;
计算震杆时间T;
向所述冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使所述钻杆执行冲击动作和吹气动作持续所述震杆时间T。
9.根据权利要求8所述的露天凿岩设备震杆控制方法，其特征在于：
所述计算震杆时间T的方法为：
T=Tmin+(Tmax-Tmin)×(kR+kF+kI+kH+kN);
其中，kR为旋转压力的系数，kF为推进压力的系数，kI为冲击压力的系数，kH为孔深的系数，kN为钻杆数量的系数。
10.根据权利要求8所述的露天凿岩设备震杆控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括：所述处理装置根据所述交互装置发送的控制信号向所述冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使所述钻杆执行冲击动作和吹气动作持续任意震杆时间。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，涉及露天凿岩设备及其控制系统和方法。
背景技术
[0002]钻机实际作业过程中，需要进行开孔、凿岩、接杆、震杆、拆杆及洗孔等一系列的具体操作，目前的传统作业方式还依赖于人力作业，其效率和经济性较低。而震杆在凿岩设备的作业过程中，是在实施拆接杆作业之前非常重要的部分。
[0003]相关技术中，如中国专利CN109488231A提供了凿岩台车自动接杆机构及凿岩台车，该自动接杆机构包括：接杆组件，其包括前端夹钎器和凿岩机钎尾，前端夹钎器连接在凿岩机的前端支架上，配合钎尾实现接杆;钻杆库，其连接在凿岩机的前端支架上，位于凿岩机推进梁的侧面，用于存放钻杆;和摆动送杆机构，其连接在凿岩机前端支架上，位于前端夹钎器与钎尾之间，在钻杆库与接杆组件之间来回摆动输送钻杆。该方案能改变人工接杆效率低的问题，但是并未对拆杆过程进行改进。
[0004]由上可知，相关技术并未对如何在提高震杆成功率的同时防止掉杆情况发生的问题给出任何技术启示。
发明内容
[0005]1.要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中存在的如何在提高震杆成功率的同时防止掉杆情况发生的问题，本发明提供了露天凿岩设备及其控制系统和方法，它可以实现有效的提高震杆的成功率，且能够防止发生掉杆等情况，提升了拆杆震杆作业的安全性。
[0007]2.技术方案
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0009]本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
[0010]本申请的一些实施例提出了一种露天凿岩设备及其控制系统和方法，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
[0011]作为本申请的第一方面，本申请的一些实施例提供了一种露天凿岩设备震杆控制系统，用于露天凿岩设备的震杆过程，其中，露天凿岩设备包含：凿岩机和钻杆，凿岩机可拆卸连接于钻杆，露天凿岩设备震杆控制系统还包括：钻杆状态采样装置，用于根据获取的电信号对钻杆的状态进行采样;钻孔状态采样装置，用于根据获取的电信号对钻孔的状态进行采样;震杆装置，用于根据输入的电信号将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松;处理装置，用于根据钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向震杆装置发送控制信号以使震杆装置将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松。
[0012]更进一步的，钻杆的状态包含平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力以及钻杆数量;其中，处理装置根据钻杆的平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力以及钻杆数量向震杆装置发送控制信号。
[0013]更进一步的，钻杆状态采样装置包含：旋转压力传感器，用于采集钻杆的平均旋转压力;推进压力传感器，用于采集钻杆的平均推进压力;冲击压力传感器，用于采集钻杆的平均冲击压力;钻杆数量传感器，用于采集钻杆的数量。
[0014]更进一步的，钻孔的状态包含孔深，孔深信号由编码器采集;
[0015]其中，处理装置根据编码器采集的钻孔的孔深信号向震杆装置发送控制信号。
[0016]更进一步的，震杆装置包含：冲击电磁阀和吹气电磁阀，冲击电磁阀用于使钻杆执行冲击动作，吹气电磁阀用于使钻杆执行吹气动作;
[0017]其中，处理装置根据钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使钻杆执行冲击动作和吹气动作。
[0018]更进一步的，露天凿岩设备震杆控制系统还包括：
[0019]交互装置，用于供用户操作以实现人机交互操作;
[0020]其中，处理装置根据交互装置发送的控制信号向震杆装置发送控制信号。
[0021]作为本申请的第二方面，本申请的一些实施例提供了一种露天凿岩设备，包括上述露天凿岩设备震杆控制系统。
[0022]作为本申请的第三面，本申请的一些实施例提供了一种露天凿岩设备震杆控制方法，其中，露天凿岩设备包括：凿岩机和钻杆，凿岩机可拆卸连接于钻杆;钻杆状态采样装置，用于根据获取的电信号对钻杆的状态进行采样;钻孔状态采样装置，用于根据获取的电信号对钻孔的状态进行采样;震杆装置，用于根据输入的电信号将钻杆与顶锤震松;其中，震杆装置包含冲击电磁阀和吹风电磁阀;交互装置，用于供用户操作以实现人机交互操作;处理装置，用于根据钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向震杆装置发送控制信号以使震杆装置将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松;控制方法包括：响应于钻杆状态采样装置和钻孔状态采样装置发送的电信号，获知钻杆的平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力、钻杆数量以及钻孔的孔深;计算震杆时间T;向冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使钻杆执行冲击动作和吹气动作持续震杆时间T。
[0023]更进一步的，计算震杆时间T的方法为：
[0024]T=Tmin+(Tmax-Tmin)×(kr+kF+kI+kH+kN);
[0025]其中，kr为旋转压力的系数，kF为推进压力的系数，kI为冲击压力的系数，kH为孔深的系数，kN为钻杆数量的系数。
[0026]更进一步的，控制方法还包括：处理装置根据交互装置发送的控制信号向冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使钻杆执行冲击动作和吹气动作持续任意震杆时间。
[0027]3.有益效果
[0028]相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明的露天凿岩设备及其控制系统和方法可以实现有效的提高震杆的成功率，且能够防止发生掉杆等情况，提升了拆杆震杆作业的安全性。
附图说明
[0029]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0030]另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
[0031]在附图中：
[0032]图1为本发明一实施例中的露天凿岩设备控制系统结构示意图;
[0033]图2为本发明一实施例中的露天凿岩设备控制方法步骤示意图。
[0034]图中标号说明：
[0035]100、钻杆状态采样装置;
[0036]110、旋转压力传感器;
[0037]120、推进压力传感器;
[0038]130、冲击压力传感器;
[0039]140、钻杆数量传感器;
[0040]200、钻孔状态采样装置;
[0041]210、编码器;
[0042]300、处理装置;
[0043]400、震杆装置;
[0044]410、冲击电磁阀;
[0045]420、吹风电磁阀;
[0046]500、交互装置。
具体实施方式
[0047]下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
[0048]下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
[0049]另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050]需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0051]需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
[0052]本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
[0053]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0054]如图1至图2所示，本申请的一个实施例的露天凿岩设备震杆控制系统，包括钻杆状态采样装置、钻孔状态采样装置、震杆装置、处理装置和交互装置。
[0055]其中，钻杆状态采样装置用于根据获取的电信号对钻杆的状态进行采样;钻孔状态采样装置用于根据获取的电信号对钻孔的状态进行采样;震杆装置用于根据输入的电信号将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松;处理装置用于根据钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向震杆装置发送控制信号以使震杆装置将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松;交互装置用于供用户操作以实现人机交互操作;其中，处理装置根据交互装置发送的控制信号向震杆装置发送控制信号。
[0056]在一个具体的实施例中，钻杆的状态包含平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力以及钻杆数量;处理装置根据钻杆的平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力以及钻杆数量向震杆装置发送控制信号。
[0057]在一个具体的实施例中，钻杆状态采样装置包含旋转压力传感器、推进压力传感器、冲击压力传感器以及钻杆数量传感器。
[0058]其中，旋转压力传感器用于采集钻杆的平均旋转压力;推进压力传感器用于采集钻杆的平均推进压力;冲击压力传感器用于采集钻杆的平均冲击压力;钻杆数量传感器用于采集钻杆的数量。
[0059]具体的，钻孔的状态包含孔深，孔深信号由编码器采集;处理装置根据编码器采集的钻孔的孔深信号向震杆装置发送控制信号。
[0060]在一个具体的实施例中，震杆装置包含：冲击电磁阀和吹气电磁阀，冲击电磁阀用于使钻杆执行冲击动作，吹气电磁阀用于使钻杆执行吹气动作;其中，处理装置根据钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使钻杆执行冲击动作和吹气动作。
[0061]震杆在凿岩设备的作业过程中，是在实施拆接杆作业之前非常重要的部分。在当前钻杆完成时，需要震杆将凿岩机的钎尾与钻杆之间震松，而后进行加杆操作;在完成了某个钻孔的凿岩后，需要将所有钻杆之间的连接套以及钎尾和钻杆之间全部震松，而后再进行拆杆操作。
[0062]在一个具体的实施例中，人机交互装置主要用于提供一个人机交互界面，以便于用户对数据进行设置，同时也将处理装置接收到的各种数据向用户进行反馈。作为一种具体方案，人机交互装置可以采用一个具有处理
芯片和存储器的触摸显示器，触摸显示器的触摸屏即可以用来显示也可以供用户通过触摸输入数据，用户通过操作触摸屏上的指令即可实现人机交互。采用触摸屏作为交互模块的载体，提高了人机交互智能化程度，减少了操作难度。人机交互装置设置于操作人员能够看见和操作的操作室内。
[0063]本申请还提供了一种露天凿岩设备，包括顶锤、钻杆、钻杆状态采样装置、钻孔状态采样装置、震杆装置、交互装置以及处理装置。
[0064]其中，凿岩机可拆卸连接于钻杆;钻杆状态采样装置用于根据获取的电信号对钻杆的状态进行采样;钻孔状态采样装置用于根据获取的电信号对钻孔的状态进行采样;震杆装置用于根据输入的电信号将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松;交互装置用于供用户操作以实现人机交互操作;处理装置用于根据钻杆状态采样装置采样的钻杆状态信号和钻孔状态采样装置采样的钻孔状态信号向震杆装置发送控制信号以使震杆装置将将钻杆与钻杆之间的连接套，以及凿岩机的钎尾与钻杆之间的连接震松。
[0065]具体的，震杆装置包含冲击电磁阀和吹气电磁阀。通过冲击电磁阀和吹气电磁阀实现震杆作业的开冲击以及吹气从而将钻杆震松。在整个工作过程中，有两处需要震动，一处是在当前钻杆完成时，需要震杆将凿岩机的钎尾与钻杆之间震松，而后进行加杆操作。另一处是完成了某个钻孔的凿岩后，需要将所有钻杆之间的连接套以及凿岩设备的钎尾和钻杆之间全部震松，而后再进行拆杆操作。
[0066]基于上述回转爆破孔钻机的技术方案，本申请还提供了一种露天凿岩设备震杆控制方法。
[0067]如图1至图2所示，控制方法具体包括：
[0068]响应于钻杆状态采样装置和钻孔状态采样装置发送的电信号，获知钻杆的平均旋转压力、平均推进压力、平均冲击压力、钻杆数量以及钻孔的孔深;
[0069]计算震杆时间T;
[0070]向冲击电磁阀和吹风电磁阀发送控制信号以使钻杆执行冲击动作和吹风动作持续震杆时间T;
[0071]处理装置根据交互装置发送的控制信号向冲击电磁阀和吹气电磁阀发送控制信号以使钻杆执行冲击动作和吹气动作持续任意震杆时间。
[0072]具体的，震杆时间与旋转压力、推进压力、冲击压力、孔深以及钻杆数量均有关。在开始凿岩时，分别对这几个参数进行采样。当该钻孔完成时，计算平均的旋转压力值PR，平均的推进压力值PF，平均的冲击压力值PI，孔深H，钻杆数量N。然后，通过大量矿山测试数据得出每个参数对震杆时间的影响因子，即获取了加权系数：旋转压力的系数、推进压力的系数、冲击压力的系数、孔深的系数以及钻杆数量的系数。由此，计算震杆时间T的方法如下：
[0073]T=Tmin+(Tmax-Tmin)×(kR+kF+kI+kH+kN);
[0074]其中，kR为旋转压力的系数，kF为推进压力的系数，kI为冲击压力的系数，kH为孔深的系数，kN为钻杆数量的系数。
[0075]震杆在凿岩设备的作业过程中，是在实施拆接杆作业之前非常重要的部分。震杆作业通过开冲击以及吹气，将钻杆震松。在整个工作过程中，有两处需要震动，一处是当前钻杆完成时，需要震杆将凿岩机的钎尾与钻杆直接震松，而后进行加杆操作。另一处是完成了某个钻孔的凿岩后，需要将所有钻杆之间的连接套以及钎尾和钻杆之间全部震松，而后再进行拆杆操作。
[0076]在通常情况下，若操作人员对该矿山的岩层状况非常熟悉或者认为矿山的岩层情况不太复杂时，会根据经验在显示屏中设置固定的震杆时间，但是这样缺乏稳定性，常常伴随很多异常情况的产生。震杆时，若震杆的时间过长，则可能出现掉杆的情况;若震杆的时间过短，则可能出现没有震松，拆不开杆，需要重新震杆的情况，非常影响操作的效率。本申请通过计算旋转压力、推进压力、冲击压力、孔深以及钻杆数量等数值且测试了各个数值对震杆时间的影响因子，能够根据不同的岩石以及工况计算出不同的震杆时间，因此能够避免震杆时间过长而导致的出现掉杆的情况以及震杆时间太短而导致的没有震松而拆不开杆，需要重新震杆的情况，提高了震杆的成功率，防止发生掉杆等情况，提高了凿岩的安全性。
[0077]以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
说明书附图(2)
声明：
“露天凿岩设备及其控制系统和方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
336
编辑：北方有色网
来源：安百拓（南京）建筑矿山设备有限公司
咨询细节
2026年08月06日 ~ 08日 
