[发明专利]一种数控伞钻及其立柱调垂方法

摘要

本发明公开了一种数控伞钻，包括支撑机构、调垂机构、钻进机构、检测装置、控制系统；支撑机构包括固定盘、支撑臂、支腿、立柱，调垂机构包括转臂、支撑油缸、大臂、调垂油缸、滑移架、钻臂、大齿轮、液压马达；钻进机构包括凿岩机和钻杆，凿岩机安装在钻臂上，钻杆与凿岩机相连接；检测装置包括压力传感器、位移传感器、编码器；控制系统包括地面监控装置、井下监控装置、PLC终端控制装置、数据采集装置。本发明可以进行人工操作控制，也可以进行自动控制，实现无人操控作业或远程操控作业；它能够实施检测空间结构位置，运动路线和工作参数，一旦出现异常数据，可以发出警报并停止作业。

主权项

1.一种数控伞钻，其特征在于：包括支撑机构、调垂机构、钻进机构、检测装置、控制系统；支撑机构包括固定盘（101）、支撑臂（102）、支腿（103）、立柱（104），支撑臂（102）与固定盘（101）活动连接，支腿（103）与支撑臂（102）固定连接，固定盘（101）下方设有支撑臂油缸（105），支撑臂油缸（105）的伸缩端与支撑臂（102）相连接，支腿（103）端部设有支腿油缸（106），固定盘上表面设有倾角仪（107），立柱（104）安装在固定盘（101）的中心位置，立柱（104）的底部设有调高油缸（108）；调垂机构包括转臂（201）、支撑油缸（202）、大臂（203）、调垂油缸（204）、滑移架（205）、钻臂（206）、大齿轮（207）、液压马达（208）；大齿轮（207）安装在立柱（104）上且位于固定盘（101）的下方，转臂（201）安装在立柱（104）上且位于大齿轮（207）的下方，液压马达（208）固定安装在转臂（201）上，液压马达（208）的输出端与大齿轮（207）相配合，大臂（203）的一端与转臂（201）相连接、另一端与滑移架（205）相连接，支撑油缸（202）的尾端与转臂（201）相连接，支撑油缸（202）的伸缩端与大臂（203）相连接，调垂油缸（204）的尾端与大臂（203）相连接，调垂油缸（204）的伸缩端与滑移架（205）相连接，钻臂（206）与滑移架（205）相连接，支撑油缸（202）与调垂油缸（204）串联；钻进机构包括凿岩机（301）和钻杆（302），凿岩机（301）安装在钻臂（206）上，钻杆（302）与凿岩机（301）相连接；检测装置包括压力传感器、位移传感器、编码器；控制系统包括地面监控装置、井下监控装置、PLC终端控制装置、数据采集装置；所述数控伞钻的立柱调垂过程为：所述数控伞钻通过中心稳车绳下放到井底之后，底座位置和中心位置可能存在偏差，导致数控伞钻立柱会倾斜一个角度，而这个倾斜必须通过三个大臂来进行纠正，否则对于炮孔的定位将会产生偏差；首先根据倾角仪输出的X，Y两方向倾角计算立柱倾斜角度，将立柱圆周方向分为0°、‑120°，120°、‑240°，240°、‑360°三个区域，对应三个大臂两两之间区域，每个区域的计算单独列为一种情况；以0°、‑120°之间区域为例：设X、Y两方向倾角分别为α、β，立柱倾斜角度为θ，立柱高度H， G点为倾斜立柱的顶端中心，M、N分别为G点在X、Y轴上的投影点，O点为立柱的中心点，则：X方向偏差为：       ON=H*α，Y方向偏差为：       OM=H*β，立柱顶端中心偏差为：OG2=ON2+OM2，立柱倾斜角为：      θ=arctan（OG/H）；在获得立柱顶端中心偏差和立柱倾斜角后，如果中心偏差超过允许范围，需要通过伸缩支撑油缸对立柱进行调节；油缸补偿量计算是通过将立柱顶端中心偏差向三个大臂方向投影求分量的方法来计算补偿位移，考虑到工作平面为圆形，除了中心投影补偿外还要考虑轮廓补偿，将中心偏差补偿记为初步补偿，轮廓补偿记为剩余补偿；初步补偿计算：将立柱中心从G点移动到O点， OG长度和θ已知，三个大臂两两之间互成120°，OA、OB、OC分别表示三个大臂，则三个支撑油缸初步补偿分别为OA、GB和OC，其中GA、GB和GC分别垂直于OA、OB和OC；根据直角三角形勾股定理，OA=OG*cosθ；因为BG和OC互为120°夹角，所以∠BOC=30°，则∠BOG=120°+30°‑θ=150°‑θ，所以BG=OG*cos（150°‑θ）；OC= OG*cos（120°‑θ）；剩余补偿计算：E为O点在工作面上的投影点，Q点为G点在工作面上的投影点， FQ垂直OE交点为F，工作面为圆形， FQ为弦长，在初步补偿计算中已经获得，根据FQ和半径OQ可以计算OF2= OQ2‑FQ2，进而计算剩余补偿量EF= OQ‑OF；所以最终的补偿量为初步补偿和剩余补偿量之和。