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1、10申请公布号CN102889072A43申请公布日20130123CN102889072ACN102889072A21申请号201210383355422申请日20121011E21B44/0020060171申请人东南大学地址210096江苏省南京市四牌楼2号72发明人叶桦冒建亮孙晓洁74专利代理机构南京苏高专利商标事务所普通合伙32204代理人缪友菊54发明名称基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法57摘要本发明公开了一种基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，包括以下步骤在加压缸平衡阀口加装一个压力传感器，将钻杆加载在动力头上的重量值转化为加压缸的小腔所受的压力值，并建立压力值与伸。
2、长量之间的初始参数曲线；根据初始参数曲线，在钻杆下放和提升过程中，记录压力值突变状态，并进行干扰、带杆、正常换杆三种状态的判断；若为正常换杆，则自适应地进行参数曲线整定并存储新的压力值与伸长量之间的参数曲线；若为带杆，则利用电磁阀控制动力头进行自动回转操作，若重复几次还存在带杆情况，则停机报警。本发明不仅可以避免因带杆后钻杆脱离导致的旋挖钻机动力头的损坏，还大大降低了操作复杂度，提高了旋挖钻机带杆情况的检测精度。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图5页1/2页21基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特。
3、征在于，包括以下步骤（1）在加压缸平衡阀口加装一个压力传感器，将钻杆加载在动力头上的重量值转化为加压缸的小腔所受的压力值，进而在钻杆换杆过程中，将钻杆加载在动力头上的重量值与钻杆伸长量的变化曲线转化为加压缸的小腔所受的压力值与钻杆伸长量的变化曲线，进行带杆检测；（2）旋挖钻机初次钻进时，以采样周期TS1对T1时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T1N1TS1时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若符合两次的压力值大小相差在M与K之间，所述的M、K分别为与钻杆加载在动力头上的重量值成正比例关系的加压缸的小腔所受的压力值的上、下限值，则进行钻杆初始伸长量与序号的标定，建立加压缸的小腔所受的压力值与钻。
4、杆伸长量关系的初始参数曲线；（3）根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，则进行干扰、带杆、正常换杆三种状态的判断，若为干扰状态，将不存储钻杆参数曲线，避免误判断；若为带杆状态，则利用电磁阀控制动力头进行自动回转操作，如果重复几次还存在带杆情况，则停机报警；若为正常换杆状态，则自整定并存储当前检测的加压缸的小腔所受的压力值与钻杆伸长量的参数曲线作为新的判断依据。2根据权利要求1所述的基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特。
5、征在于，所述的采样周期TS1由旋挖钻机在实际作业中的钻进速度决定。3根据权利要求1所述的基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特征在于，所述的采样周期TS2由旋挖钻机在钻杆下放和提升过程中的速度决定。4根据权利要求1所述的基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特征在于，所述的干扰状态的判断方法为根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，再次以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻和T2N2TS2时刻的加压缸。
6、的小腔所受的压力值进行比较，若两次压力值大小相差大于N，所述的N为与钻杆加载在动力头上的重量值成正比例的限值，则判定为干扰状态。5根据权利要求1所述的基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特征在于，所述的带杆状态的判断方法包括两种情况一、根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差不在M与K之间，则判定为带杆状态；二、根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2。
7、时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，则去除干扰状态后，结合步骤（2）所述的自整定后的参数曲线，钻杆实际的伸长量与曲线标定的伸长量相差大于P，则判定为带杆状态，所述的P为与钻杆的长度值成正比例的限值。6根据权利要求1所述的基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特征在权利要求书CN102889072A2/2页3于，所述的正常换杆状态的判断方法为根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，。
8、在去除干扰和带杆状态后，则判定为正常换杆状态。权利要求书CN102889072A1/6页4基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法技术领域0001本发明涉及一种基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，属于旋挖钻机带杆的检测技术领域。背景技术0002旋挖钻机成孔灌注桩工法近几年在我国取得了广泛的应用。旋挖钻机作为钻进成孔设备，其施工作业共有定位、下钻、钻进、提钻、回转、抖土和回位等7个基本动作。在提钻作业中，钻杆按照从内到外的顺序逐节提升。但是由于各种原因，可能会出现非正常顺序提升收缩的现象。只要任一外节杆先于其内节杆收缩，就证明外节杆与内节杆之间发生了卡滞或接合，这就是所谓的“带杆”。带杆现。
9、象发生后，当提到中途或孔口时，钻杆有可能会突然脱开、下落，产生的巨大冲击力，从而造成动力头损坏，这就是钻杆脱离。0003目前，一般的旋挖钻机并未对带杆情况进行检测，时有动力头损坏的现象出现。部分厂商将重量传感器悬挂于旋挖钻机额头处，利用钻杆重量值与伸长量的变化关系，进行带杆检测，并且没有采用自适应的方法建立参数曲线，这样主要带来两个弊端（1）采用直接对钻杆重量值进行检测的方法，在建立参数曲线时，需要额外考虑钻斗与土层之间的摩擦力、钻斗在泥浆中的浮力、钻斗中泥浆的泄露等因素，忽略这些因素，将降低带杆检测的精度；（2）采用预先测量钻杆的参数建立曲线的方法，在旋挖钻机经过长时间的作业后，不能保证钻杆。
10、参数保持不变，并且在作业过程中更换钻杆，重量值与伸长量的参数曲线将发生变化，导致原先的检测方法出现误判。0004因此，迫切需要研究出一种可以进行自整定参数曲线的旋挖钻机带杆检测方法，来解决目前存在的问题。发明内容0005为了克服现有技术的不足本发明的目的在于提供一种可减少人工操作复杂度，并提高带杆检测精度的基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法。0006本发明的技术方案为基于参数曲线自整定的旋挖钻机带杆检测方法，其特征在于，包括以下步骤（1）在加压缸平衡阀口加装一个压力传感器，将钻杆加载在动力头上的重量值转化为加压缸的小腔所受的压力值，进而在钻杆换杆过程中，将钻杆加载在动力头上的重量值与钻杆。
11、伸长量的变化曲线转化为加压缸的小腔所受的压力值与钻杆伸长量的变化曲线，进行带杆检测；（2）旋挖钻机初次钻进时，以采样周期TS1对T1时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T1N1TS1时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若符合两次的压力值大小相差在M与K之间，所述的M、K分别为与钻杆加载在动力头上的重量值成正比例关系的加压缸的小腔所受的压力值的上、下限值，则进行钻杆初始伸长量与序号的标定，建立加压缸的小腔所说明书CN102889072A2/6页5受的压力值与钻杆伸长量关系的初始参数曲线；（3）根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受。
12、的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，则进行干扰、带杆、正常换杆三种状态的判断，若为干扰状态，将不存储钻杆参数曲线，避免误判断；若为带杆状态，则利用电磁阀控制动力头进行自动回转操作，如果重复几次还存在带杆情况，则停机报警；若为正常换杆状态，则自整定并存储当前检测的加压缸的小腔所受的压力值与钻杆伸长量的参数曲线作为新的判断依据。0007进一步，所述的采样周期TS1由旋挖钻机在实际作业中的钻进速度决定。而所述的采样周期TS2由旋挖钻机在钻杆下放和提升过程中的速度决定。0008此外，所述的干扰状态的判断方法为根据步骤（2）所述的初始参。
13、数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，再次以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次压力值大小相差大于N，所述的N为与钻杆加载在动力头上的重量值成正比例的限值，则判定为干扰状态。0009所述的带杆状态的判断方法包括两种情况一、根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值。
14、进行比较，若两次的压力值大小相差不在M与K之间，则判定为带杆状态；二、根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，则去除干扰状态后，结合步骤（2）所述的自整定后的参数曲线，钻杆实际的伸长量与曲线标定的伸长量相差大于P，则判定为带杆状态，所述的P为与钻杆的长度值成正比例的限值。0010而所述的正常换杆状态的判断方法为根据步骤（2）所述的初始参数曲线，以采样周期TS2分别对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N。
15、2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，若两次的压力值大小相差仍然在M与K之间，在去除干扰和带杆状态后，则判定为正常换杆状态。0011本发明的有益效果为（1）本发明利用在加压缸平衡阀口加装一个压力传感器，取代传统的利用重量传感器测量钻杆重量值的方法，不需要额外再考虑钻斗与土层之间的摩擦力、钻斗在泥浆中的浮力、钻斗中泥浆的泄露等因素的影响，降低了参数曲线自整定的复杂度；（2）根据旋挖钻机在作业过程中压力值的变化情况，对压力值与伸长量的参数曲线进行自整定，提高了带杆检测的精度；（3）在检测到带杆报警后，利用电磁阀实现动力头的自动回转操作，无需操作人员通过手动液压阀控制动力头，降低了人工操作。
16、的复杂度。附图说明说明书CN102889072A3/6页60012图1为旋挖钻机带杆检测的总体实现流程图；图2为钻杆下放过程压力值与伸长量曲线的建立原理图；图3为钻杆提升过程压力值与伸长量曲线的建立原理图；图4为控制器采样周期TS1和TS2大小确定原理分析图；图5为旋挖钻机钻杆下放的参数曲线自整定程序流程图；图6为旋挖钻机钻杆提升的参数曲线自整定程序流程图；图7为检测带杆状态后的操作程序流程图。具体实施方式0013下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。0014图1为旋挖钻机带杆检测的总体实现流程图。0015如图1所示通过传感器测得的压力值的变化，自整。
17、定压力值与钻杆伸长量的参数曲线，开始于步骤101，结束于步骤106步骤101在加压缸平衡阀口加装一个压力传感器，将钻杆加载在动力头上的重量值转化为加压缸的小腔所受的压力值，进而在钻杆换杆过程中，将钻杆加载在动力头上的重量值与钻杆伸长量的变化曲线转化为加压缸的小腔所受的压力值与钻杆伸长量的变化曲线，以进行带杆情况的检测；步骤102在旋挖钻机初次钻进时，控制器以采样周期TS1，对T1时刻和T1N1TS1时刻两次的压力值进行比较，若符合突变条件，则进行钻杆初始伸长量、序号的标定，建立压力值与伸长量关系的初始参数曲线；步骤103根据步骤102所述的自整定的压力值与伸长量的初始参数曲线，以采样周期TS2。
18、，分别对钻杆下放与提升过程中，T2时刻和T2N2TS2时刻两次的压力值进行突变判断，即进行比较，判断两次的压力值大小相差是否仍然在M与K之间；步骤104通过步骤103压力值的变化，对突变状态进行干扰、带杆、正常换杆三种状态的判断。若为干扰，控制器将不存储钻杆参数，避免造成误判断；若为带杆，则进行消除带杆的操作；若为正常换杆，则自整定并存储当前检测的压力值与伸长量的参数曲线；步骤105检测到存在带杆情况后，利用电磁阀控制动力头进行自动回转操作；步骤106以采样周期TS2分别再对钻杆下放和提升过程中，T2时刻的加压缸的小腔所受的压力值和T2N2TS2时刻的加压缸的小腔所受的压力值进行比较，如果仍未。
19、带杆状态，再重复几次自动回转操作还没有消除带杆情况下，则停机报警。0016图2为钻杆下放过程压力值与伸长量曲线的建立原理图；图3为钻杆提升过程压力值与伸长量曲线的建立原理图。0017如图2和图3所示在进行初始参数曲线整定时，首先根据钻杆的一般性特征，确定伸长量（L1L4）和压力值（W1W4）。在钻进过程中，根据压力值的变化情况，判断是否为正常换杆，并以新整定的参数更新L1L4及W1W4。根据整定的初始参数曲线，在钻杆正常下放与提升过程中，不断对正常的状态更新L1L4及W1W4，同时进行带杆检测。0018图4为控制器采样周期TS1和TS2大小确定原理分析图。0019如图4所示本发明通过设定不同的。
20、N1、N2、TS1、TS2的参数来检测压力值的突说明书CN102889072A4/6页7变，TS1和TS2的选取，既要满足较高的采样频率，又不能过大，否则会出现检测不到压力突变的状况。0020图5为旋挖钻机钻杆下放的参数曲线自整定程序流程图。0021如图5所示建立钻杆下放过程中压力值与伸长量的参数曲线，并进行带杆检测，开始于步骤501，结束于步骤521步骤501开始；步骤502对钻杆的参数，包括压力值（WEIGHT）和伸长量（LENGTH）进行初始化；步骤503判断钻杆是否处于下放状态，如果是，进入步骤504，反之，无动作；步骤504开启定时器；步骤505判断是否到达采样周期TS2，如果是，进。
21、入步骤506，否则，等待；步骤506比较当前时刻压力值（CUR_WEIGHT），伸长量（CUR_LENGTH）及NTS2时刻前压力值（PRE_WEIGHT），伸长量（PRE_LENGTH）的大小；步骤507判断CUR_WEIGHTPRE_WEIGHTM是否成立，如果是，进入步骤508，否则，转入步骤503，其中M2F/3，F为与钻杆加载在动力头上的重量值成正比例关系的量，下同；步骤508判断CUR_WEIGHTPRE_WEIGHTM是否成立，如果是，进入步骤606，否则，转入步骤601；步骤606判断PRE_WEIGHTCUR_WEIGHTK是否成立，如果是，进入步骤607，否则，进入步骤61。
22、9；步骤607存储当前钻杆伸长量（CUR_LENGTH）和压力值（CUR_WEIGHT），并设定压力突变判断标志位为TRUE；步骤608判断压力突变标志位是否为TRUE，如果是，进入步骤609，否则，无动作；步骤609记录两次采样周期TS2测得的压力值WEIGHT_LAST和WEIGHT；步骤610比较两次测得的压力值ABS（WEIGHT_LASTWEIGHT）N是否成立，如果是，进入步骤611，否则，进入步骤614；步骤611去干扰累加器加1；步骤612判断是否累计到2次，如果是，进入步骤613，否则，进入步骤614；步骤613记录当前钻杆伸长量（CUR_LENGTH），大小为（CUR_LE。
23、NGTHPRE_LENGTH）/2，当前压力值为WEIGHT；步骤614干扰状态；步骤615去干扰累加器清0，压力突变标志位为FALSE；步骤616判断当前钻杆伸长量（CUR_LENTH）与标定的伸长量（LENGTH），是否满足ABS（CUR_LENGTHLENGTH）P，如果是，进入步骤617，否则进入步骤619；步骤617存储钻杆伸长量（LENGTH）和当前压力值（WEIGHT）；步骤618钻杆提升曲线建立完成；步骤619带杆情况处理。0024图7为检测带杆状态后的操作程序流程图。0025如图7所示本发明利用电磁阀控制动力头进行自动回转操作，通过判断压力值是否符合参数曲线来判断是否消除带杆。
24、状态；如果重复几次自动回转操作后，仍存在带杆状态，则停机报警，开始于步骤701，结束于步骤704步骤701判断是否检测到带杆，如果是，进入步骤702，否则，转到步骤708；步骤702利用电磁阀自动控制动力头的正反转，以消除带杆情况；步骤703判断当前压力值（CUR_WEIGHT）与参数曲线标定的压力值（WEIGHT）是否满足ABS（CUR_WEIGHTWEIGHT）1F/3，如果是，进入步骤704，否则，转入步骤705；步骤704采用步骤702的措施已经使得带杆情况消除；步骤705如果不满足步骤703的条件，则将动力头自动正反转次数加1；步骤706判断动力头自动正反转次数是否大于3，如果是，进。
25、入步骤707，否则转到步骤702；步骤707重复步骤702的措施仍不能消除带杆情况，则停机报警，防止钻杆脱离造成的损坏；说明书CN102889072A6/6页9步骤708结束带杆情况处理过程。0026以上M、N、K、P的取值为实现本发明的一个具体实施例参数，不局限于上述参数，图5、图6、图7的过程均可以用现有技术中的编程方法实现，在此不作进一步限制。0027如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。说明书CN102889072A1/5页10图1图2说明书附图CN102889072A102/5页11图3图4说明书附图CN102889072A113/5页12图5说明书附图CN102889072A124/5页13图6说明书附图CN102889072A135/5页14图7说明书附图CN102889072A14。