本發(fā)明屬于煤礦井下巷道支護(hù)，具體涉及一種全自動鉆錨液壓驅(qū)動系統(tǒng)及鉆桿主動抑振控制方法。

背景技術(shù)：

1、全自動錨桿鉆車是用于煤礦井下巷道支護(hù)的一種新型自動化設(shè)備，整個設(shè)備由底盤、鉆臂和鉆機(jī)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)整車行駛、錨桿鉆機(jī)自動定位、鉆孔、送錨固劑、上錨桿和錨桿緊固等全套工序的自動化作業(yè)，顯著提高了錨桿支護(hù)效率，同時降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。

2、鉆機(jī)是錨桿鉆車的主要鉆孔裝置，鉆臂通過伸縮運動將鉆機(jī)定位至錨孔目標(biāo)位置后，鉆機(jī)內(nèi)的鉆桿在驅(qū)動系統(tǒng)提供的動力下，對煤巷圍巖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)破巖鉆進(jìn)，鉆出合格的錨孔。鉆桿在高速旋轉(zhuǎn)破巖的過程中，受到軸向推力和周期性交變切削載荷的作用，由于巷道圍巖通常硬度較大，鉆桿在鉆孔過程中會不可避免地產(chǎn)生復(fù)雜振動，包括橫向、縱向及扭轉(zhuǎn)振動，且各振動分量非線性耦合，可能導(dǎo)致鉆頭彈跳、鉆桿粘滑等現(xiàn)象。鉆桿進(jìn)給過程中的振動與偏移嚴(yán)重影響鉆機(jī)的穩(wěn)定性和鉆孔定位精度。同時，鉆桿的振動沿鉆臂傳遞至連接基座，不僅導(dǎo)致鉆臂發(fā)生劇烈振動，嚴(yán)重時還會使鉆機(jī)出現(xiàn)不同程度的位置偏離，進(jìn)而影響下一施工環(huán)節(jié)輸送錨固劑時的對孔精度，導(dǎo)致全自動錨桿支護(hù)的成功率下降。

3、目前的錨桿鉆車產(chǎn)品中，對鉆孔過程的鉆桿抑振主要通過安裝隔振裝置對振動傳遞過程中的能量進(jìn)行衰減，但這一措施不能從源頭上對振動進(jìn)行抑制，且往往只能減輕單一方向的振動。然而，在錨桿鉆機(jī)實際進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，鉆桿的振動狀態(tài)除受到巖石特性的影響，還與鉆機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)的合理性及鉆桿進(jìn)給與旋轉(zhuǎn)速度等作業(yè)參數(shù)的實時控制密切相關(guān)，且劇烈的振動往往發(fā)生在巖石硬度極大的極限載荷情況下。因此，有必要設(shè)計一種鉆機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)，使得鉆桿在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時能從源頭上抑制振動，多方向的減輕振動強(qiáng)度，同時設(shè)計一種能夠與該鉆機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)搭配使用的控制方法來對鉆機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行合理控制，避免在極限載荷情況下振動強(qiáng)度過大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述至少一個技術(shù)問題，提供了一種全自動鉆錨液壓驅(qū)動系統(tǒng)及鉆桿主動抑振控制方法。

2、根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種全自動鉆錨液壓驅(qū)動系統(tǒng)，包括：鉆桿進(jìn)給驅(qū)動子系統(tǒng)、鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動子系統(tǒng)以及二者共用的油箱；

3、所述鉆桿進(jìn)給驅(qū)動子系統(tǒng)包括負(fù)載敏感泵、負(fù)載敏感多路閥、進(jìn)給液壓缸以及比例電磁溢流閥；比例電磁溢流閥與進(jìn)給液壓缸連接，根據(jù)比例電磁溢流閥的溢流壓力實時調(diào)節(jié)進(jìn)給回路壓力；負(fù)載敏感泵從油箱中抽取液壓油，用于對上述各元件供油；負(fù)載敏感多路閥與進(jìn)給液壓缸連接；

4、所述鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動子系統(tǒng)包括閉式雙向變量泵、電比例伺服閥、變量液壓缸、補(bǔ)油泵、安全閥組、鉆箱馬達(dá)、錨箱馬達(dá)、換向閥組和補(bǔ)油溢流閥；補(bǔ)油泵向該鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動子系統(tǒng)提供控制油并進(jìn)行補(bǔ)油；電比例伺服閥通過控制電流大小控制變量液壓缸的活塞位置，補(bǔ)油溢流閥用于控制通過電比例伺服閥的液壓油壓力；閉式雙向變量泵單獨向鉆箱馬達(dá)和錨箱馬達(dá)供油，并根據(jù)變量液壓缸活塞位置調(diào)整內(nèi)部壓腔高低和液壓油排量大??；鉆箱馬達(dá)驅(qū)動鉆桿進(jìn)行鉆孔操作，并根據(jù)閉式雙向變量泵內(nèi)部壓腔高低和液壓油排量大小調(diào)節(jié)鉆桿進(jìn)給方向和轉(zhuǎn)速，鉆孔完畢后，通過換向閥組切換至錨箱馬達(dá)，錨箱馬達(dá)控制執(zhí)行上錨桿動作；

5、當(dāng)其負(fù)載敏感多路閥位于下位時，進(jìn)給液壓缸伸出，鉆桿執(zhí)行進(jìn)給動作，同時配合鉆箱馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)給中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削鉆孔；當(dāng)其負(fù)載敏感多路閥位于上位時，進(jìn)給液壓缸收縮，此時配合鉆箱馬達(dá)的逆向旋轉(zhuǎn)，鉆桿收回，同時切換到錨箱馬達(dá)，完成上錨桿動作。

6、優(yōu)選地，還包括：進(jìn)給回路壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)回路壓力傳感器和控制器；

7、進(jìn)給回路壓力傳感器設(shè)置在進(jìn)給液壓缸和負(fù)載敏感多路閥之間的回路上，當(dāng)發(fā)生溢流時，檢測的進(jìn)給回路壓力即為當(dāng)前比例電磁溢流閥的溢流壓力；

8、旋轉(zhuǎn)回路壓力傳感器設(shè)置在鉆箱馬達(dá)和換向閥組之間的回路上，用于實時檢測鉆桿進(jìn)行鉆孔操作時的旋轉(zhuǎn)回路壓力；

9、控制器用于根據(jù)當(dāng)前比例電磁溢流閥的溢流壓力調(diào)節(jié)比例電磁溢流閥的控制電流大小。

10、優(yōu)選地，還包括：冷卻器；冷卻器安裝在鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)，與油箱連通，用于降低液壓油溫度。

11、優(yōu)選地，鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動子系統(tǒng)，所述安全閥組包括安全閥組i和安全閥組i?i，其中至少包括節(jié)流孔、安全閥和單向閥，所述換向閥組包括換向閥i和換向閥i?i，其具體連接為：

12、閉式雙向變量泵的出口與換向閥組相連，換向閥組中的換向閥i和換向閥i?i分別與鉆箱馬達(dá)和錨箱馬達(dá)相連。閉式雙向變量泵內(nèi)部的電比例伺服閥與閉式雙向變量泵內(nèi)部的變量液壓缸連接，變量液壓缸與閉式雙向變量泵的斜盤控制機(jī)構(gòu)相連，補(bǔ)油泵與閉式雙向變量泵在機(jī)械上通軸相連，補(bǔ)油泵出口與安全閥組中的單向閥相連，補(bǔ)油泵出口同時通過節(jié)流孔與閉式雙向變量泵內(nèi)部的電比例伺服閥相連，補(bǔ)油溢流閥的進(jìn)油口與油箱連接，補(bǔ)油溢流閥的出油口與補(bǔ)油泵連接，安全閥組的出油口與閉式雙向變量泵的出口相連，冷卻器和濾油器連接在閉式泵系統(tǒng)和油箱之間。

13、根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種鉆桿主動抑振控制方法，應(yīng)用于第一方面及任一項實施例所述的全自動鉆錨液壓驅(qū)動系統(tǒng)中，具體步驟如下：

14、s1：設(shè)定比例電磁溢流閥的初始最大溢流壓力ps0、鉆孔作業(yè)達(dá)到極限載荷時的旋轉(zhuǎn)回路壓力限值pxm以及控制周期，同時獲取實時旋轉(zhuǎn)回路壓力px和比例電磁溢流閥的溢流壓力ps；

15、s2：基于實時旋轉(zhuǎn)回路壓力px和旋轉(zhuǎn)回路壓力限值pxm，判斷鉆機(jī)是否處于極限載荷狀態(tài)：若處于非極限載荷狀態(tài)，則執(zhí)行步驟s3；若處于極限載荷狀態(tài)，則執(zhí)行步驟s4；

16、s3：在一個控制周期內(nèi)將比例電磁溢流閥的溢流壓力ps維持在初始最大溢流壓力ps0，一個控制周期結(jié)束后返回步驟s2；

17、s4:在第一個控制周期內(nèi)將比例電磁溢流閥溢流壓力ps降低一個步長δps1，此后每個控制周期重復(fù)對鉆機(jī)是否處于極限載荷狀態(tài)進(jìn)行判斷，若極限載荷狀態(tài)未解除，則每個控制周期降低一個步長δps1，直至極限載荷狀態(tài)解除后執(zhí)行步驟s5；

18、s5：在之后的每個控制周期內(nèi)，比例電磁溢流閥的溢流壓力逐步以另一步長δps2恢復(fù)至初始設(shè)定值ps0，待比例電磁溢流閥的溢流壓力恢復(fù)至初始設(shè)定值ps0后返回步驟s3。

19、優(yōu)選地，步驟s5還包括：當(dāng)比例電磁溢流閥溢流壓力與最小允許壓力psmin之間的差值不足一個步長時，控制比例電磁溢流閥溢流壓力為最小允許壓力psmin。

20、優(yōu)選地，步驟s5還包括：當(dāng)比例電磁溢流閥溢流壓力為最小允許壓力，且持續(xù)時間達(dá)到閾值時長時，判定為全自動鉆錨液壓驅(qū)動系統(tǒng)卡鉆，進(jìn)入卡鉆處理環(huán)節(jié)。

21、優(yōu)選地，在一個控制周期內(nèi)，根據(jù)調(diào)整后的比例電磁溢流閥的溢流壓力ps計算比例電磁溢流閥的控制電流，比例電磁溢流閥根據(jù)控制電流大小調(diào)節(jié)閥芯開度。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

23、本發(fā)明提供的全自動鉆錨液壓驅(qū)動系統(tǒng)和鉆桿主動抑振控制方法，通過獨立的鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動子系統(tǒng)消除液壓驅(qū)動系統(tǒng)壓力波動產(chǎn)生的振動，同時對作業(yè)參數(shù)進(jìn)行合理控制，尤其在極限載荷狀態(tài)下的振動控制，實現(xiàn)從源頭上抑制振動，減輕振動強(qiáng)度，使錨桿鉆車鉆孔過程保持較好的穩(wěn)定性，盡可能的保持較高的鉆孔效率。