專利名稱：機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測方法及控制器、監(jiān)測系統(tǒng)和鉆機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋挖鉆機(jī)，具體地，涉及一種實時監(jiān)測機(jī)鎖式旋挖鉆機(jī)的鉆桿加鎖點的監(jiān)測方法、控制器、監(jiān)測系統(tǒng)及鉆機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用日益廣泛。旋挖鉆機(jī)通常采用伸縮式鉆桿，在該伸縮式鉆桿的提鉆作業(yè)中，伸縮鉆桿將按照由內(nèi)到外的順序逐節(jié)提升。伸縮式鉆桿通常分為摩擦式鉆桿、機(jī)鎖式鉆桿和組合式鉆桿等。機(jī)鎖式鉆桿是比較常用的一種伸縮式鉆桿。在旋挖鉆機(jī)采用機(jī)鎖式鉆桿施工時， 將機(jī)鎖式鉆頭下放是按照由外到內(nèi)的順序逐節(jié)伸出，提鉆時則按相反的順序，即由內(nèi)到外的順序逐節(jié)縮回。機(jī)鎖式鉆桿的所有鉆桿的外表面的外鍵上都形成有多個加鎖點，最外層鉆桿，是通過動力頭的內(nèi)鍵與最外節(jié)鉆桿的外鍵的加鎖點配合，除最外層鉆桿外的所有鉆桿，是通過外節(jié)鉆桿的內(nèi)鍵與內(nèi)節(jié)鉆桿的外鍵的加鎖點的配合，兩節(jié)鉆桿之間能夠通過機(jī)械連接的方式相互鎖定，因此鉆桿之間能夠傳遞的力較大，所以機(jī)鎖式鉆桿能夠應(yīng)用于土層較硬的情況。但是，對于機(jī)鎖式鉆桿來說，操作者無法自己觀看到鉆桿之間的加鎖情況，對于機(jī)鎖式鉆桿的加鎖和解鎖只能憑借經(jīng)驗，有時候需要反復(fù)嘗試才能成功，降低了作業(yè)效率；而當(dāng)解鎖不成功時會造成“帶桿”現(xiàn)象，如果無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，將造成極大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測方法，該方法能夠?qū)C(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿的加鎖和解鎖進(jìn)行監(jiān)控。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測方法，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，···，Ν，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為Jp其中j = 1，…，M，其特征在于，確定測量的被操作的鉆桿為第i節(jié)， 并且接收測量的該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii，根據(jù)Ii = Li-Jp確定第i節(jié)鉆桿運動到第j個加鎖點。另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測控制器，該鉆桿監(jiān)測控制器能夠?qū)崿F(xiàn)上述鉆桿監(jiān)測方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測控制器，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第 1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為J」，其中j = 1，…，M，所述控制器包括依次連接的輸入設(shè)備、處理設(shè)備和輸出設(shè)備，其特征在于所述輸入設(shè)備用于采集所述鉆桿的位置和被操作鉆桿的實際伸長量的信號；
所述處理設(shè)備用于根據(jù)接收到的所述鉆桿的位置信號判斷被操作鉆桿為第i節(jié)、 通過被操作鉆桿為第i節(jié)確定該第i節(jié)鉆桿的最大伸長量Li、通過第i節(jié)鉆桿的實際伸長量Ii = Li-Jj確定j的值、并將j的值傳送到輸出設(shè)備；所述輸出設(shè)備用于輸出j的值的信號。另外，本發(fā)明的另一目的是提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)，該鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)包括本發(fā)明的上述鉆桿監(jiān)測控制器，并能實現(xiàn)本發(fā)明所提供的鉆桿的監(jiān)測方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，其中L1 = 0，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為Jj,其中j = 1，…，M，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括檢測裝置、用于輸出指示鎖定的加鎖點的信號的控制器和根據(jù)所述控制器輸出信號進(jìn)行顯示的顯示裝置，所述控制器為根據(jù)本發(fā)明的鉆桿監(jiān)測控制器。另外，本發(fā)明的另一目的是提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)，該機(jī)鎖式鉆機(jī)包括本發(fā)明所提供的鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明對鉆桿的位置和實際伸長量進(jìn)行測量，通過檢測被操作的所述鉆桿為第i節(jié)，判斷該第i節(jié)鉆桿是否運動到加鎖點。上述技術(shù)方案通過簡單的方法就能監(jiān)測當(dāng)前被操作的鉆桿運動到哪一個加鎖點處，從而提示操作者及時根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作，提高了操作效率，并且有助于解除帶桿的問題。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細(xì)說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的旋挖鉆機(jī)的優(yōu)選實施方式示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的鉆桿末端示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的鉆桿的加鎖點情況示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)節(jié)鉆桿和外節(jié)鉆桿的連接示意圖。附圖標(biāo)記說明1外鍵2內(nèi)鍵31、32、33、；34 加鎖點11加壓裝置12動力頭14主卷揚15導(dǎo)向環(huán)17提繩器18托盤19 鉆斗D鉆桿末端所處地下的深度H動力頭距地面的高度T第1節(jié)鉆桿的長度E鉆桿末端的伸出長度
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，首先介紹機(jī)鎖式鉆桿的各部分的工作情況。如圖1至圖3所示，機(jī)鎖式鉆桿除了最外節(jié)鉆桿外，每節(jié)鉆桿頂部都有導(dǎo)向環(huán)15 ；除最內(nèi)節(jié)鉆桿外，每節(jié)鉆桿底部內(nèi)表面具有內(nèi)鍵2 ；最內(nèi)節(jié)鉆桿頂部有提繩器17，該提繩器17連接著主卷揚14的鋼絲繩，最內(nèi)節(jié)鉆桿底部具有托盤18，并且最內(nèi)節(jié)鉆桿底端連接有鉆斗19。當(dāng)鉆桿伸出時，最外層鉆桿通過隨動架落在動力頭12上。當(dāng)?shù)趇節(jié)鉆桿從第i_l節(jié)鉆桿中并未完全伸出時，該第i節(jié)鉆桿的底端必然落在托盤18上；當(dāng)?shù)趇節(jié)鉆桿完全伸出時，該第i節(jié)鉆桿的底端已經(jīng)脫離托盤18，因此其頂端的導(dǎo)向環(huán)15必然落在上一節(jié)鉆桿的內(nèi)鍵2上。一般在鉆桿的周向上均勻分布3個內(nèi)鍵2，該內(nèi)鍵2與外鍵1的數(shù)量相對應(yīng)。在鉆桿外表面的軸向方向上按一定間距分布多個加鎖點，該加鎖點是由外鍵向內(nèi)凹進(jìn)而形成的縱向方向上的臺階，圖3中示意性的畫出四個加鎖點31、32、33和34舉例說明。一般機(jī)鎖式鉆桿從外到內(nèi)由多節(jié)此類鉆桿組成，任意兩節(jié)相鄰鉆桿之中的內(nèi)節(jié)鉆桿可以在外節(jié)鉆桿內(nèi)伸縮。在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，內(nèi)節(jié)鉆桿從外節(jié)鉆桿中伸出，外節(jié)鉆桿的內(nèi)鍵驅(qū)動內(nèi)節(jié)鉆桿的外鍵，從而由外節(jié)鉆桿帶動內(nèi)節(jié)鉆桿旋轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)節(jié)鉆桿伸出后，機(jī)鎖式鉆桿需要進(jìn)行加鎖操作，即外節(jié)鉆桿的內(nèi)鍵到達(dá)內(nèi)節(jié)鉆桿的外鍵的加鎖點并與外鍵的凹進(jìn)部分相貼合，此時外節(jié)鉆桿向下施加的壓力就能夠通過內(nèi)鍵與外鍵的加鎖點臺階傳遞到內(nèi)節(jié)鉆桿，從而實現(xiàn)對鉆桿的加壓。在旋挖鉆機(jī)采用機(jī)鎖式鉆桿施工時，將機(jī)鎖式鉆頭在鉆孔內(nèi)下放是按照鉆桿由外到內(nèi)的順序逐節(jié)伸出，直到鉆頭碰觸鉆孔的底部，接著操縱動力頭正向旋轉(zhuǎn)，通過鉆孔的底部與鉆頭的摩擦力，使得各節(jié)鉆桿之間發(fā)生正方向的相對轉(zhuǎn)動、外節(jié)鉆桿的內(nèi)鍵與內(nèi)節(jié)鉆桿的外鍵互相配合，完成加鎖。在鉆桿工作時，鉆機(jī)的加壓裝置11用于為鉆桿提供向下的壓力。提鉆時則按相反的順序，首先操縱動力頭反向旋轉(zhuǎn)，通過鉆孔底部與鉆頭的摩擦力， 使得各節(jié)鉆桿之間發(fā)生反方向的相對轉(zhuǎn)動、外節(jié)鉆桿的內(nèi)鍵與內(nèi)節(jié)鉆桿的外鍵互相脫離， 完成解鎖，然后將鉆桿由內(nèi)到外的順序逐節(jié)縮回。本發(fā)明提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測方法，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為 Jj,其中j = 1，…，M，其特征在于，確定測量的被操作的鉆桿為第i節(jié)，并且接收測量的該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii，根據(jù)Ii = Li-Jp確定第i節(jié)鉆桿運動到第j個加鎖點。由于在工作過程中，機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿之間的加鎖情況難以觀察，而且對鉆桿的安全有著重要的影響，因此需要對該狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。本發(fā)明提供一種對鉆桿的加鎖和解鎖情況進(jìn)行監(jiān)測的方法，該方法能監(jiān)測機(jī)鎖式鉆桿在加鎖點的加鎖情況。首先要確定當(dāng)前被操作的鉆桿為哪一節(jié)鉆桿，因為每節(jié)鉆桿的最大伸長量都是預(yù)先測量的，所以需要先知道當(dāng)前操作的是哪節(jié)鉆桿，才能對應(yīng)地知道該節(jié)鉆桿的最大伸長量，再根據(jù)該節(jié)鉆桿的伸長和加鎖點距離該節(jié)鉆桿頂端的距離，來確定該節(jié)鉆桿目前運動到多個加鎖點中的哪一個處，以提醒操作者根據(jù)需要及時進(jìn)行加鎖或解鎖操作。
鉆桿外表面沿軸向方向上按一定間距分布有多個加鎖點，每個加鎖點與鉆桿頂端的距離已知，鉆桿的實際伸長量應(yīng)當(dāng)?shù)扔阢@桿的最大伸長與加鎖點距離鉆桿頂端的距離。上述鉆桿的最大伸長量和實際伸長量的測量都很簡單易行，因此本發(fā)明的上述監(jiān)測方法很容易實現(xiàn)，并且只需提高測量的精度就能夠提高監(jiān)測的精度和可靠度。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明對鉆桿的位置和實際伸長量進(jìn)行測量，通過檢測被操作的所述鉆桿為第i節(jié)，判斷該第i節(jié)鉆桿是否運動到加鎖點。上述技術(shù)方案通過簡單的方法就能監(jiān)測當(dāng)前被操作的鉆桿運動到哪一個加鎖點處，從而提示操作者及時根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作，提高了操作效率，并且降低了發(fā)生帶桿等故障的風(fēng)險。優(yōu)選地，所述確定測量的被操作的鉆桿為第i節(jié)具體為所述鉆機(jī)包括主卷揚14 的鋼絲繩，接收檢測的當(dāng)前主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度S，如果L1+*"+Lp1 < S < L1+-+Li,其中L1 = 0，則確定被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。在本發(fā)明中，首先要確定被操作的鉆桿是哪一節(jié)，因此，優(yōu)選地提供了一種確定被操作鉆桿為第i節(jié)的優(yōu)選實施方式，由于最內(nèi)層鉆桿通過主卷揚14的鋼絲繩向上牽引，因此主卷揚14的鋼絲繩收縮的長度就是鉆桿運動的高度。由于第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,最外節(jié)的第1節(jié)鉆桿由于不能伸縮所以L1 = 0，這樣，第i節(jié)鉆桿的最大伸縮范圍就是Li,而在當(dāng)前的第i節(jié)鉆桿發(fā)生伸縮時，整個鉆桿的長度范圍應(yīng)該是介于L1+…+Lh和L1+…+Li之間，因此當(dāng)檢測到的主卷揚鋼絲繩的收縮長度S在這個范圍內(nèi)時，被操作的鉆桿為第i節(jié)。優(yōu)選地，所述確定測量的被操作的鉆桿為第i節(jié)具體為所述鉆機(jī)還包括動力頭 12，接收檢測的鉆桿末端所處地下的深度D，所述動力頭12距地面的高度H，第1節(jié)鉆桿的長度T，則所述鉆桿末端的伸出長度為E = D+H-T，如果L1+*"+Lh < E < k+···+Li,則確定被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。前面的優(yōu)選實施方式中的方法是通過主卷揚鋼絲繩的運動來判斷被操作的鉆桿為第i節(jié)，但是由于動力頭也會發(fā)生上下移動，因此本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式提供了一種判斷方式，該方式將動力頭2的位置考慮進(jìn)來，判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確。上述計算方式是測量鉆桿末端和動力頭之間的距離，再去掉第1節(jié)鉆桿的長度， 即最外層鉆桿的長度，就可以得到鉆桿從第1節(jié)鉆桿中伸出的長度。在當(dāng)前的第i節(jié)鉆桿發(fā)生伸縮時，整個鉆桿的長度范圍應(yīng)該是介于L1+*"+Lh和1^+···+Li之間，當(dāng)判斷L1+*"+Lp1 < E < L1+-+Li時則被操作的鉆桿為第i節(jié)所述鉆桿。以上描述了本發(fā)明例舉的兩種判斷被操作的鉆桿為第i節(jié)的方式。其中，第一種根據(jù)主卷揚鋼絲繩的收縮長度來直接判斷的方法比較簡單，但是由于動力頭12也能夠上下移動而存在誤差，準(zhǔn)確度較低，但是僅需要測量主卷揚鋼絲繩收縮長度這一個物理量；第二種方法將動力頭12的位置考慮進(jìn)來，但是至少需要測量動力頭12距地面的高度和鉆桿的末端的深度，測量方法較為復(fù)雜，但提高了準(zhǔn)確性。更優(yōu)選地，所述第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii = E-(L1+…+LiJ。通過上文對鉆桿末端的伸出長度E的計算方法的介紹可知，E的值的計算避免了動力頭12的位置引入的誤差而體現(xiàn)了實際的鉆桿的整體長度，從該值中減去第i節(jié)鉆桿之外的完全伸出的鉆桿的總長度即為該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量。當(dāng)然，除此之外，第i節(jié)鉆桿的實際伸長量也可以通過其他方式獲得，例如直接測量等。
優(yōu)選地，所述監(jiān)測方法還包括監(jiān)測所述鉆桿是否發(fā)生帶桿，在發(fā)生帶桿的同時輸出所述j的值。在上述優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的鉆桿監(jiān)測方法還同時對帶桿現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到發(fā)生帶桿現(xiàn)象時，本發(fā)明的監(jiān)測方法將當(dāng)前的加鎖點情況及時反饋給操作者，操作者就可以以此作為參考而進(jìn)行有針對性的解鎖操作，從而有利于帶桿現(xiàn)象的解除。另外，本發(fā)明提供了一種用于機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測控制器，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為J」，其中j = 1，…，M，所述控制器包括依次連接的輸入設(shè)備、處理設(shè)備和輸出設(shè)備，其特征在于所述輸入設(shè)備用于采集所述鉆桿的位置和被操作鉆桿的實際伸長量的信號；所述處理設(shè)備用于根據(jù)接收到的所述鉆桿的位置信號判斷被操作鉆桿為第i節(jié)、 通過被操作鉆桿為第i節(jié)確定該第i節(jié)鉆桿的最大伸長量L”通過第i節(jié)鉆桿的實際伸長量Ii = Li-Jj確定j的值、并將j的值傳送到輸出設(shè)備；所述輸出設(shè)備用于輸出j的值的信號。由于在工作過程中，機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿之間的加鎖情況難以觀察，而且對鉆桿的安全有著重要的影響，因此需要對該狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。本發(fā)明提供一種對鉆桿的加鎖和解鎖情況進(jìn)行監(jiān)測的控制器，該控制器能監(jiān)測機(jī)鎖式鉆桿在加鎖點的加鎖情況。首先，該控制器的輸入設(shè)備能夠采集所述鉆桿的位置信號， 并將該信號傳輸給處理設(shè)備從而判斷當(dāng)前被操作的鉆桿為哪一節(jié)鉆桿，因為每節(jié)鉆桿的最大伸長量都是預(yù)先測量的，所以需要先知道當(dāng)前操作的是哪節(jié)鉆桿，處理設(shè)備才能對應(yīng)地獲取該節(jié)鉆桿的最大伸長量，再根據(jù)輸入設(shè)備輸入的該節(jié)鉆桿的實際伸長量信號和預(yù)先儲存在處理設(shè)備中的各加鎖點距離該節(jié)鉆桿頂端的距離，來確定該節(jié)鉆桿運動到多個加鎖點中的哪一個處，從而提醒操作者根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作。鉆桿外表面沿軸向方向上按一定間距分布有多個加鎖點，每個加鎖點與鉆桿頂端的距離已知，鉆桿的實際伸長量應(yīng)當(dāng)?shù)扔阢@桿的最大伸長與加鎖點距離鉆桿頂端的距離。上述鉆桿的最大伸長量和實際伸長量的測量都很簡單易行，因此本發(fā)明的控制器容易實現(xiàn)上述監(jiān)測方法，并且只需提高測量的精度就能夠提高監(jiān)測的精度和可靠度。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明對鉆桿的位置和實際伸長量進(jìn)行測量，通過檢測被操作的所述鉆桿為第i節(jié)，判斷該第i節(jié)鉆桿是否運動到加鎖點。上述技術(shù)方案通過簡單的方法就能監(jiān)測當(dāng)前被操作的鉆桿運動到哪一個加鎖點處，從而提示操作者及時根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作，提高了操作效率，并且降低了發(fā)生帶桿等故障的風(fēng)險。優(yōu)選地，所述鉆機(jī)包括主卷揚14的鋼絲繩，所述輸入設(shè)備接收所述主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度S的信號，所述處理設(shè)備判斷當(dāng)L1+*"+Lh < S < L1+"*+Li，其中L1 = 0， 此時被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。在本發(fā)明中，處理設(shè)備為了確定加壓裝置11的額定拉力，首先要確定被操作的鉆桿是哪一節(jié)，因此需要有關(guān)被操作的鉆桿的位置的信號。由于最內(nèi)層鉆桿通過主卷揚14的鋼絲繩向上牽引，因此主卷揚14的鋼絲繩收縮的長度就是鉆桿運動的高度，輸入設(shè)備接收該信號以便處理設(shè)備進(jìn)行判斷。
由于第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,最外節(jié)的第1節(jié)鉆桿由于不能伸縮所以L1 = 0，這樣，第i節(jié)鉆桿的最大伸縮范圍就是Li,而在當(dāng)前的第i節(jié)鉆桿發(fā)生伸縮時，整個鉆桿的長度范圍應(yīng)該是介于!^+…+!^工和1^+···+!^之間，因此當(dāng)處理設(shè)備判斷輸入設(shè)備檢測到的主卷揚4的鋼絲繩的收縮長度S在這個范圍內(nèi)時，被操作的鉆桿為第i節(jié)。優(yōu)選地，所述鉆機(jī)還包括動力頭12，所述輸入設(shè)備接收鉆桿末端所處地下的深度 D的信號，所述動力頭12距地面的高度H的信號，第1節(jié)鉆桿的長度T的信號，所述處理設(shè)備計算所述鉆桿末端的伸出長度為E = D+H-T，并判斷當(dāng)“+ +Lh < E < L1+-+Li時被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。前面的優(yōu)選實施方式中，控制器的輸入設(shè)備接收主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度信號，但是由于動力頭12也會發(fā)生上下移動，因此處理設(shè)備僅根據(jù)主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度來進(jìn)行判斷很容易產(chǎn)生誤差。本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式的控制器，輸入設(shè)備接收動力頭12的距地面的高度和鉆桿末端所處地下的深度的信號，再去掉第1節(jié)鉆桿的長度，即最外層鉆桿的長度，就可以得到鉆桿從第1節(jié)鉆桿中伸出的長度。在當(dāng)前的第i節(jié)鉆桿發(fā)生伸縮時，整個鉆桿的長度范圍應(yīng)該是介于L1+*"+Lh和1^+···+Li之間，當(dāng)L1+*"+Lp1 < E < L1+-+Li時則處理設(shè)備判斷被操作的鉆桿為第i節(jié)所述鉆桿。以上描述了本發(fā)明例舉的處理設(shè)備的兩種判斷被操作的鉆桿為第i節(jié)的方式。其中，第一種根據(jù)主卷揚鋼絲繩的收縮長度來直接判斷的方法比較簡單，但是由于動力頭12 也能夠上下移動而存在誤差，準(zhǔn)確度較低，但是僅需要測量主卷揚鋼絲繩收縮長度這一個物理量；第二種方法將動力頭12的位置考慮進(jìn)來，但是至少需要測量動力頭2距地面的高度和鉆桿的末端的深度，測量方法較為復(fù)雜，但提高了準(zhǔn)確性。更優(yōu)選地，所述第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii = E-知+…+LiJ。通過上文對鉆桿末端的伸出長度E的計算方法的介紹可知，E的值的計算避免了動力頭12的位置引入的誤差而體現(xiàn)了實際的鉆桿的整體長度，從該值中減去第i節(jié)鉆桿之外的完全伸出的鉆桿的總長度即為該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量。這樣，第i節(jié)鉆桿的實際伸長量就可以通過測量動力頭12的高度、鉆桿末端的深度以及第一節(jié)鉆桿的長度等而計算出來，并且該計算值較為準(zhǔn)確。當(dāng)然，第i節(jié)鉆桿的實際伸長量也可以通過其他方法測量或者計算得出，比如直接測量等。優(yōu)選地，所述輸入設(shè)備還用于接收指示所述鉆桿是否發(fā)生帶桿的信號。在上述優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的鉆桿監(jiān)測方法還同時對帶桿現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到發(fā)生帶桿現(xiàn)象時，本發(fā)明的監(jiān)測方法將當(dāng)前的加鎖點情況及時反饋給操作者，操作者就可以以此作為參考而進(jìn)行有針對性的解鎖操作，從而有利于帶桿現(xiàn)象的解除。另外，本發(fā)明還提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第ι節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿， 第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，其中L1 = 0，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為Jj,其中j = 1，…，M，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括檢測裝置、用于輸出指示鎖定的加鎖點的信號的控制器和根據(jù)所述控制器輸出信號進(jìn)行顯示的顯示裝置， 所述控制器為根據(jù)上述權(quán)利要求6-10所述的鉆桿監(jiān)測控制器。由于在工作過程中，機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿之間的加鎖情況難以觀察，而且對鉆桿的安全有著重要的影響，因此需要對該狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。
本發(fā)明提供一種對鉆桿的加鎖和解鎖情況進(jìn)行監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)能監(jiān)測機(jī)鎖式鉆桿在加鎖點的加鎖情況。首先，檢測裝置對鉆桿的位置進(jìn)行檢測，并將信號通過控制器的輸入設(shè)備傳送到處理設(shè)備，從而確定當(dāng)前被操作的鉆桿為哪一節(jié)鉆桿，因為每節(jié)鉆桿的最大伸長量都是預(yù)先測量的，所以需要先知道當(dāng)前操作的是哪節(jié)鉆桿，處理設(shè)備才能對應(yīng)地獲得該節(jié)鉆桿的最大伸長量，再根據(jù)由檢測裝置測得的該節(jié)鉆桿的實際伸長量和加鎖點距離該節(jié)鉆桿頂端的距離，來確定該節(jié)鉆桿在多個加鎖點中的哪一個處鎖定，并通過控制器的輸出設(shè)備將加鎖點的監(jiān)測結(jié)果傳送到顯示裝置，從而提示操作者根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作。鉆桿外表面沿軸向方向上按一定間距分布有多個加鎖點，每個加鎖點與鉆桿頂端的距離已知，鉆桿的實際伸長量應(yīng)當(dāng)?shù)扔阢@桿的最大伸長與加鎖點距離鉆桿頂端的距離。上述鉆桿的最大伸長量和實際伸長量的測量都很簡單易行，因此本發(fā)明的上述監(jiān)測方法很容易實現(xiàn)，并且只需提高測量的精度就能夠提高監(jiān)測的精度和可靠度。而且，鉆桿外表面沿軸向方向上按一定間距分布有多個加鎖點，每個加鎖點與鉆桿頂端的距離已知，鉆桿的實際伸長量應(yīng)當(dāng)?shù)扔阢@桿的最大伸長與加鎖點距離鉆桿頂端的距離。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明對鉆桿的位置和實際伸長量進(jìn)行測量，通過檢測被操作的所述鉆桿為第i節(jié)，判斷該第i節(jié)鉆桿是否運動到加鎖點。上述技術(shù)方案通過簡單的方法就能監(jiān)測當(dāng)前被操作的鉆桿運動到哪一個加鎖點處，從而提示操作者及時根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作，提高了操作效率，并且降低了發(fā)生帶桿等故障的風(fēng)險。根據(jù)鉆桿監(jiān)測控制器的優(yōu)選實施方式，所述鉆機(jī)包括主卷揚14的鋼絲繩，所述檢測裝置包括深度傳感器，該深度傳感器測量所述主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度S，如果 L1+-+^ < S < L1+"*+Li,其中L1 = 0，則被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。在本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)中，控制器的處理設(shè)備為了確定加壓裝置11的額定拉力，首先要確定被操作的鉆桿是哪一節(jié)，因此需要被操作的鉆桿的位置的信號。由于最內(nèi)層鉆桿通過主卷揚14的鋼絲繩向上牽引，因此主卷揚14的鋼絲繩收縮的長度就是鉆桿運動的高度，檢測裝置可以對此主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度進(jìn)行檢測，從而傳送到控制器的處理設(shè)備中進(jìn)行計算和處理。通常，在本優(yōu)選實施方式中，檢測裝置可以包括深度傳感器，該深度傳感器通常安裝在主卷揚軸上。但是上述深度傳感器的安裝位置并不限制于本實施方式中的優(yōu)選情況， 任何適當(dāng)?shù)奈恢枚伎梢园惭b該深度傳感器。由于第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,最外節(jié)的第11節(jié)鉆桿由于不能伸縮所以L1 = 0，這樣，第i節(jié)鉆桿的最大伸縮范圍就是Li,而在當(dāng)前的第i節(jié)鉆桿發(fā)生伸縮時，整個鉆桿的長度范圍應(yīng)該是介于!^+…+!^工和1^+···+!^之間，因此當(dāng)處理設(shè)備判斷輸入設(shè)備檢測到的主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度S在這個范圍內(nèi)時，被操作的鉆桿為第i節(jié)。根據(jù)鉆桿監(jiān)測控制器的優(yōu)選實施方式，所述檢測裝置包括深度傳感器和距離傳感器，所述深度傳感器測量鉆桿末端所處地下的深度值D，所述距離傳感器測量所述動力頭 12距地面的高度H，已知或手工測量第1節(jié)鉆桿的長度T，則所述鉆桿末端的伸出長度為E =D+H-T，如果L1+"'+Lh < E < L1+"'+Li，則被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。前面的監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式中，采用檢測主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度信號的方案，但是由于動力頭12也會發(fā)生上下移動，因此控制器處理設(shè)備僅根據(jù)主卷揚14的鋼絲繩的收縮長度來進(jìn)行判斷很容易產(chǎn)生誤差。本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式的監(jiān)測系統(tǒng)，其中檢測裝置包括深度傳感器和距離傳感器，分別利用該距離傳感器和深度傳感器對動力頭12的距地面的高度和鉆桿末端所處地下的深度的信號進(jìn)行檢測，再在將上述檢測到的值求和后減去第1節(jié)鉆桿的長度(即最外層鉆桿的長度)，就可以得到鉆桿從第1節(jié)鉆桿中伸出的長度。在當(dāng)前的第i節(jié)鉆桿發(fā)生伸縮時，整個鉆桿的長度范圍應(yīng)該是介于L1+… +Lp1和L1+"*+!^之間，當(dāng)L1+*"+!^ < E < L1+-+Li時則處理設(shè)備判斷被操作的鉆桿為第 i節(jié)所述鉆桿。以上描述了本發(fā)明例舉的處理設(shè)備的兩種判斷被操作的鉆桿為第i節(jié)的方式。其中，第一種根據(jù)主卷揚鋼絲繩的收縮長度來直接判斷的方法比較簡單，但是由于動力頭12 也能夠上下移動而存在誤差，準(zhǔn)確度較低，但是僅需要測量主卷揚鋼絲繩收縮長度這一個物理量；第二種方法將動力頭12的位置考慮進(jìn)來，但是至少需要測量動力頭12距地面的高度和鉆桿的末端的深度，測量方法較為復(fù)雜，但提高了準(zhǔn)確性。通常，該深度傳感器通常安裝在主卷揚軸上，該距離傳感器通常安裝在鉆機(jī)的桅桿上。但是本發(fā)明并不對上述深度傳感器和距離傳感器的安裝位置進(jìn)行限制，任何適合的安裝位置都可以應(yīng)用到本發(fā)明中。根據(jù)鉆桿監(jiān)測控制器的優(yōu)選實施方式，第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii = E-(L1+-+Li^1)。通過上文對鉆桿末端的伸出長度E的計算方法的介紹可知，E的值的計算避免了動力頭12的位置引入的誤差而體現(xiàn)了實際的鉆桿的整體長度，從該值中減去第i節(jié)鉆桿之外的完全伸出的鉆桿的總長度即為該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量。當(dāng)然，該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量也可以通過其他的方法獲得，例如直接測量等。另外，優(yōu)選地，所述顯示裝置包括顯示器、聲報警器和光報警器中的一種或多種。為了使操縱人員得知本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，本發(fā)明的顯示裝置可以采用顯示器來詳細(xì)顯示加鎖點監(jiān)測的結(jié)果，也可以采用簡單的蜂鳴器等聲報警器或指示燈等光報警器等來簡單地指示被操作的鉆桿當(dāng)前位于加鎖點處。報警裝置可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要而具體選擇。根據(jù)鉆桿監(jiān)測控制器的優(yōu)選實施方式，所述輸入設(shè)備還用于接收指示所述鉆桿是否發(fā)生帶桿的信號。在上述優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的鉆桿監(jiān)測方法還同時對帶桿現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到發(fā)生帶桿現(xiàn)象時，本發(fā)明的監(jiān)測方法將當(dāng)前的加鎖點情況及時反饋給操作者，操作者就可以以此作為參考而進(jìn)行有針對性的解鎖操作，從而有利于帶桿現(xiàn)象的解除。本發(fā)明還提供一種機(jī)鎖式鉆機(jī)，其中，所述鉆機(jī)具有本發(fā)明上述的監(jiān)測系統(tǒng)。該鉆機(jī)通過本發(fā)明的上述監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時地對被操作鉆桿當(dāng)前所在的加鎖點進(jìn)行監(jiān)測，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)并避免鉆桿發(fā)生損壞等更加嚴(yán)重的故障。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。 此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測方法，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第 1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為Jj,其中j = 1，…，M，其特征在于，確定測量的被操作的鉆桿為第i節(jié)，并且接收測量的該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii，根據(jù)Ii = Li-Jp確定第i節(jié)鉆桿運動到第j個加鎖點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述確定測量的被操作的鉆桿為第i 節(jié)具體為所述鉆機(jī)還包括主卷揚(14)的鋼絲繩，接收檢測的當(dāng)前主卷揚(14)的鋼絲繩的收縮長度S，如果“+ +Lh < S < Li+···+!^，其中L1 = 0，則確定被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述確定測量的被操作的鉆桿為第i 節(jié)具體為所述鉆機(jī)還包括動力頭(12)，接收檢測的鉆桿末端所處地下的深度D，所述動力頭(12)距地面的高度H，第1節(jié)鉆桿的長度T，則所述鉆桿末端的伸出長度為E = D+H-T，如果L1+"'+Lh < E < L1+"'+Li,則確定被操作的鉆桿為第i節(jié)鉆桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii =E-(L1+...+Lh) ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述監(jiān)測方法還包括監(jiān)測所述鉆桿是否發(fā)生帶桿，在發(fā)生帶桿的同時輸出所述j的值。
6.一種用于機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測控制器，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為Jj,其中j = 1，…，M，所述控制器包括依次連接的輸入設(shè)備、處理設(shè)備和輸出設(shè)備，其特征在于所述輸入設(shè)備用于采集所述鉆桿的位置和被操作鉆桿的實際伸長量的信號；所述處理設(shè)備用于根據(jù)接收到的所述鉆桿的位置信號判斷被操作鉆桿為第i節(jié)、通過被操作鉆桿為第i節(jié)確定該第i節(jié)鉆桿的最大伸長量L”通過第i節(jié)鉆桿的實際伸長量Ii =Li-Jj確定j的值、并將j的值傳送到輸出設(shè)備；所述輸出設(shè)備用于輸出j的值的信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆桿監(jiān)測控制器，其特征在于，所述鉆機(jī)包括主卷揚(14)的鋼絲繩，所述輸入設(shè)備接收所述主卷揚(14)的鋼絲繩的收縮長度S的信號，所述處理設(shè)備判斷當(dāng)U+···+Lh < S < L1+"*+Li，其中L1 = 0，此時被操作鉆桿為第i節(jié)鉆桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆桿監(jiān)測控制器，其特征在于，所述鉆機(jī)還包括動力頭(12)， 所述輸入設(shè)備接收鉆桿末端所處地下的深度D的信號，所述動力頭(1 距地面的高度H 的信號，第1節(jié)鉆桿的長度T的信號，所述處理設(shè)備計算所述鉆桿末端的伸出長度為E = D+H-T，并判斷當(dāng)L1+*"+Lh < E < L1+-+Li時被操作鉆桿為第i節(jié)鉆桿。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆桿監(jiān)測控制器，其特征在于，第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為Ii =E-(L1+...+Lh) ο
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆桿監(jiān)測控制器，其特征在于，所述輸入設(shè)備還用于接收指示所述鉆桿是否發(fā)生帶桿的信號。
11.一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第 1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li,其中i = 2，3，…，N，其中L1 = 0，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為 Jj,其中j = 1，…，M，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括檢測裝置、用于輸出指示鎖定的加鎖點的信號的控制器和根據(jù)所述控制器輸出信號進(jìn)行顯示的顯示裝置，所述控制器為根據(jù)上述權(quán)利要求6-10所述的鉆桿監(jiān)測控制器。
12. —種機(jī)鎖式鉆機(jī)，其特征在于，所述鉆機(jī)具有上述權(quán)利要求11所述的鉆桿監(jiān)測系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測方法，所述鉆機(jī)包括多節(jié)鉆桿，鉆桿從外向內(nèi)分別為第1節(jié)至第N節(jié)，每節(jié)鉆桿上具有M個加鎖點，以第1節(jié)鉆桿為基準(zhǔn)桿，第i節(jié)鉆桿的最大伸長量為Li，其中i＝2，3，…，N，第j個加鎖點距離該節(jié)鉆桿的頂端的距離為Jj，其中j＝1，…，M，其中，接收測量的被操作的鉆桿為第i節(jié)，并且測量該第i節(jié)鉆桿的實際伸長量為li，根據(jù)li＝Li-Jj，確定第i節(jié)鉆桿運動到第j個加鎖點。本發(fā)明還提供了一種機(jī)鎖式鉆機(jī)的鉆桿監(jiān)測控制器、裝置以及包括該裝置的鉆機(jī)。上述技術(shù)方案通過簡單的方法監(jiān)測當(dāng)前被操作的鉆桿運動到哪一個加鎖點處，提示操作者及時根據(jù)需要進(jìn)行加鎖或解鎖操作，提高了操作效率，并且有助于解除帶桿的問題。
文檔編號E21B7/02GK102359347SQ201110320010
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者孫濤, 李志杰, 李昱, 羅建利 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司