一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法

技术领域

本发明涉自动化控制领域，具体涉及一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法。

背景技术

牙轮钻机为露天采矿爆破工艺中重要的工艺设备。其主要完成穿孔功能，而炸药就填充在其完成的孔中进行爆破。牙轮钻机穿孔的深度、大小、位置精度、倾斜度对爆破后形成的爆堆有较大影响。如果爆破后形成的爆堆有较多大块则会影响后期矿石的运输。而如果孔倾斜或位置不准也会导致将非矿物质混入，影响矿石品味。因此在使用牙轮钻机进行穿孔时，牙轮钻钻杆的水平度的调节是比较关键的作业过程。钻杆与作业面的垂直度直接关系到后续成孔的位置精度。

基于上述对钻杆的位置调节，现有多种对其的调节方式。例如采用气泡水平仪进行调节，实施时根据气泡仪的气泡位置，然后采用单点调整方式，反复操作各支腿的翘班控制开关和液压先导手柄，使整车达到水平状态。再例如现有技术CN101975028B所公开的浮式钻井井架实时调平底座，其将钻杆与井架底座保持垂直，井架底座的四个角各通过一个用于调平井架底座的千斤顶，即支撑油缸支撑在地面上，然后在井架底座上安装用于采集其水平信息的二维倾角传感器，即双轴倾角传感器，传感器将采集的井架底座水平信息发送给控制器，控制器根据采集的信息来控制千斤顶的液压系统，具体地其液压系统中用于调节驱动千斤顶活塞杆外伸长度的驱动器，即电机，以及液压通路中相关节点的电磁阀，从而控制四个千斤顶的活塞杆外伸长度，以使井架底座水平、钻杆垂直度高，便于后续钻孔作业顺利且高质量进行。

此现有技术无法对各个千斤顶进行着地判断，导致各个千斤顶的支撑稳定性没法确保，从而导致初始支撑不稳定；同时在后续的调节过程中，部分千斤顶的活塞杆回缩时，其缸底离开地面，导致设备支撑不稳定，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法，解决了

本发明采用的技术方案如下：

一种露天牙轮钻机自动调平系统，包括依次信号连接的双轴倾角传感器、控制器以及用于支撑井架底座的千斤顶的液压系统，还包括报警器以及安装在千斤顶的缸体上且与地面接触的端面上的用于采集千斤顶着地信息的压力传感器，所述报警器有多个，其分别各与一个压力传感器对应，控制器接收来自压力传感器所采集的信息，并根据此信息控制此压力传感器对应的报警器的工作状态。

进一步地，所述千斤顶的活塞杆末端通过球销总成与井架底座球铰接，所述球销总成包括固定在井架底座上的球销座、球头置于球销座内孔中并通过球碗组件与此内孔球面转动配合的球销，所述球销的球轴的末端与千斤顶的活塞杆连接。

进一步地，所述球碗组件包括螺杆、内凹面与球头远离球轴的一侧球面贴合的上球碗、一端套设在上球碗上而另一端内壁与球头靠近球轴的一侧球面贴合的下球碗、以及外螺纹环，所述下球碗的外圆周面与球销座内孔孔壁贴合；

所述球销座内孔的上端设置有让位孔，所述螺杆位于让位孔中，其外圆周面与球销座内孔顶端螺纹连接，其底部中间部位下凸后仅与上球碗抵接；

所述外螺纹环套设在球销颈部，其顶端与内孔螺纹连接，并与下球碗抵接。

进一步地，在所述上球碗的顶部设置有进油孔，在所述螺杆的顶端设置有内六角孔，在所述内六角孔的底部设置有与进油孔连通的导通孔，导通孔中填充有润滑流体，在所述内六角孔设置有螺塞，所述螺塞与导通孔螺纹连接。

进一步地，在所述球轴上套设有防尘组件，所述防尘组件包括套设且轴向定位在球轴上的第一密封圈、套设在球轴上且一端通过第一密封圈与球轴圆周面密封配合而另一端通过螺钉固定在球销座外翻沿上的防尘罩，所述防尘罩通过第二密封圈与球销座密封配合。

进一步地，所述球轴上位于防尘罩的轴段上设置有轴环，所述防尘罩的底端向上延伸到轴环上方后，向轴环轴线延伸成扣设在轴环上的内翻沿；

在所述防尘罩内腔中设置有套设在球轴上的防松弹簧，所述防松弹簧的上、下两端分别与外螺纹环以及防尘罩内壁底部抵接。

进一步地，在所述球销座的顶端设置有用于将内孔顶部与外界隔离的矩形密封圈。

进一步地，在所述螺杆的顶端安装有开口弹性垫圈。

基于本发明所设计的一种露天牙轮钻机自动调平系统的调平方法，所述调平方法包括如下步骤：

S1、将井架底座通过千斤顶支撑在地面上，压力传感器将采集的千斤顶着地信息发送给控制器，当控制器接收到各个自压力传感器所采集的信息时，进行下一步；当控制器接收的压力传感器信息数少于实际设置的压力传感器数量时，控制器启动为接收到压力值的压力传感器所对应的报警器的灯光闪烁；工作人员检查对应的千斤顶的支撑状态，以使各个千斤顶底部与地面接触；

S2、位于井架底座上的双轴倾角传感器将采集的井架底座水平信息发送给控制器；

S3、控制器根据采集的井架底座水平信息控制千斤顶的液压系统，调节各个千斤顶的活塞杆外伸长度，以使双轴倾角传感器将采集的井架底座水平信息与要求的水平条件一致。

所述步骤S1中，逐个使千斤顶活塞杆伸长，并通过压力传感器来确定每个千斤顶伸出着地，当采集到当前千斤顶着地后，再启动下一个千斤顶，使其活塞杆伸长并着地，直至完成所有的千斤顶着地确认。

由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法，在牙轮钻机进行穿孔作业前，首先通过压力传感器确保展开后对井架底座支撑的各个千斤顶处于着地状态；接着再对牙轮钻机进行调平操作使钻杆与作业面垂直；同时，在调平过程中，通过压力传感器进行确保各个千斤顶的着地状态，以保证各个千斤顶稳定地与地面接触，免在调节过程中使得部分千斤顶收回离开地面导致钻孔过程不稳定；同时，在调平完成后，再次逐个对千斤顶进行着地控制，以保证其支撑稳定性，便于后续钻孔作业顺利、安全进行；

2.本发明一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法，基于牙轮钻上设置的双轴倾角传感器，读取的牙轮钻机机身水平度，再根据采集的水平度，当水平度不符合要求时，通过控制器来控制千斤顶的液压系统，从而控制活塞杆进行伸缩来实现对牙轮钻机的自动水平调整。本发明结构简单实用，具有容易推广实施的优势。同时，本发明较之现有技术来说，增设的压力传感器在初始、调平过程以及调平完成均能保证各个千斤顶稳定着地，提升了本发明结构稳定性，便于后续钻孔作业顺利、安全进行；

3.本发明一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法，操作人员可实行一键调平，减轻劳动强度。每次调平可保证在±0.5度以内，重复精度高。同时可基于无线信号模块，进行远程操作。在远程操作时，自动调平技术应用可不受网络延迟、手柄手感以及操作员状态的影响；

4.本发明一种露天牙轮钻机自动调平系统及其调平方法，通过螺杆和外螺纹环可以对球头的轴线上所处位置进行调节，以提高安装精度；同时，通过螺杆和外螺纹环可以调节球碗与球头配合间隙，使其配合间隙符合预设，提升本发明结构的稳定性和实用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本发明的控制过程示意图；

图2是千斤顶着地确认流程示意图；

图3是实施例2的流程示意图；

图4是本发明的球销总成结构示意图。

附图中标号说明：

1-球销座，2-球头，3-球销，4-球轴，5-螺杆，6-上球碗，7-下球碗，8-外螺纹环，9-让位孔，10-进油孔，11-导通孔，12-螺塞，13-螺塞头部，14-第一密封圈，15-防尘罩，16-螺钉，17-开口弹性垫圈，18-防松弹簧，19-轴环，20-内翻沿，21-矩形密封圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合图1至图3对本发明作详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种露天牙轮钻机自动调平系统，包括依次信号连接的双轴倾角传感器、控制器以及用于支撑井架底座的千斤顶的液压系统，还包括报警器以及安装在千斤顶的缸体上且与地面接触的端面上的用于采集千斤顶着地信息的压力传感器，所述报警器有多个，其分别各与一个压力传感器对应，控制器接收来自压力传感器所采集的信息，并根据此信息控制此压力传感器对应的报警器的工作状态。

基于本发明所设计的一种露天牙轮钻机自动调平系统的调平方法，所述调平方法包括如下步骤：

S1、将井架底座通过千斤顶支撑在地面上，压力传感器将采集的千斤顶着地信息发送给控制器，当控制器接收到各个自压力传感器所采集的信息时，进行下一步；当控制器接收的压力传感器信息数少于实际设置的压力传感器数量时，控制器启动为接收到压力值的压力传感器所对应的报警器的灯光闪烁；工作人员检查对应的千斤顶的支撑状态，以使各个千斤顶底部与地面接触；

S2、位于井架底座上的双轴倾角传感器将采集的井架底座水平信息发送给控制器；

S3、控制器根据采集的井架底座水平信息控制千斤顶的液压系统，调节各个千斤顶的活塞杆外伸长度，以使双轴倾角传感器将采集的井架底座水平信息与要求的水平条件一致。

所述步骤S1中，如图2所示，逐个使千斤顶活塞杆伸长，并通过压力传感器来确定每个千斤顶伸出着地，当采集到当前千斤顶着地后，再启动下一个千斤顶，使其活塞杆伸长并着地，直至完成所有的千斤顶着地确认。

本发明在牙轮钻机进行穿孔作业前，首先通过压力传感器确保展开后对井架底座支撑的各个千斤顶处于着地状态；接着再对牙轮钻机进行调平操作使钻杆与作业面垂直；同时，在调平过程中，通过压力传感器进行确保各个千斤顶的着地状态，以保证各个千斤顶稳定地与地面接触，免在调节过程中使得部分千斤顶收回离开地面导致钻孔过程不稳定；同时，在调平完成后，再次逐个对千斤顶进行着地控制，以保证其支撑稳定性，便于后续钻孔作业顺利、安全进行。

本发明在基于牙轮钻上设置的双轴倾角传感器，读取的牙轮钻机机身水平度，再根据采集的水平度，当水平度不符合要求时，通过控制器来控制千斤顶的液压系统，从而控制活塞杆进行伸缩来实现对牙轮钻机的自动水平调整。本发明结构简单实用，具有容易推广实施的优势。同时，本发明较之现有技术来说，增设的压力传感器在初始、调平过程以及调平完成均能保证各个千斤顶稳定着地，提升了本发明结构稳定性，便于后续钻孔作业顺利、安全进行。

实施例2

关于调平的操作具体如下：

如图3所示，在牙轮钻机上安装x、y双轴倾角传感器，然后通过模拟量或其他通信总线将倾角传感器与控制器，例如PLC连接；再通过数据线将控制器与液压系统的控制系统连接。液压系统通过控制器的指令来控制四个千斤顶进行动作。在控制设备的四个千斤顶进行动作时，先逐个使千斤顶伸出，并通过压力传感器的压力检测来确定每个千斤顶伸出着地。

然后通过PLC根据倾角传感器数据确定是否需要对千斤顶进行伸缩调节。比如，x角度>0.5度，且y角度>0.5度，则需要将左后千斤顶伸出，右前千斤顶收回操作，如图2所示。通过不停循环调整千斤顶的外伸，直到x、y角度均达到预设偏差内，例如设偏差为0.5度，则调节完成。同时，为了避免在调节过程中使得部分千斤顶顶收回离开地面导致钻孔过程不稳定，在调节完成后还需要再次逐个对千斤顶进行着地控制。

关于液压系统内部的控制主要为控制其继电器、电磁阀、千斤顶的油泵的电机等。

本发明中，操作人员可实行一键调平，减轻劳动强度。每次调平可保证在±0.5度以内，重复精度高。同时可基于无线信号模块，进行远程操作。在远程操作时，自动调平技术应用可不受网络延迟、手柄手感以及操作员状态的影响。

实施例3

如图4所示，所述千斤顶的活塞杆末端通过球销总成与井架底座球铰接，所述球销总成包括固定在井架底座上的球销座1、球头2置于球销座1内孔中并通过球碗组件与此内孔球面转动配合的球销3，所述球销3的球轴4的末端与千斤顶的活塞杆连接。

进一步地，所述球碗组件包括螺杆5、内凹面与球头2远离球轴的一侧球面贴合的上球碗6、一端套设在上球碗6上而另一端内壁与球头2靠近球轴的一侧球面贴合的下球碗7、以及外螺纹环8，所述下球碗7的外圆周面与球销座1内孔孔壁贴合；

所述球销座1内孔的上端设置有让位孔9，所述螺杆5位于让位孔8中，其外圆周面与球销座1内孔顶端螺纹连接，其底部中间部位下凸后仅与上球碗6抵接；

所述外螺纹环8套设在球销3颈部，其顶端与内孔螺纹连接，并与下球碗7抵接。

通过螺杆5和外螺纹环8可以对球头的轴线上所处位置进行调节，以提高安装精度；同时，通过螺杆5和外螺纹环8可以调节球碗与球头配合间隙，使其配合间隙符合预设，提升本发明结构的稳定性和实用寿命。

球销座1通过螺栓固定在井架底座上。

进一步地，在所述上球碗6的顶部设置有进油孔10，在所述螺杆5的顶端设置有内六角孔10，在所述内六角孔10的底部设置有与进油孔10连通的导通孔11，导通孔11中填充有润滑流体，在所述内六角孔10设置有螺塞12，所述螺塞12与导通孔11螺纹连接。

在进油孔10中填充了润滑脂。检修时，可以将球销座1取下，然后松懈下螺塞12，通过导通孔11对球碗组件内部进行润滑脂填充，保证其润滑充分性，提升实用寿命。

进一步地，在所述球轴4上套设有防尘组件，所述防尘组件包括套设且轴向定位在球轴4上的第一密封圈14、套设在球轴4上且一端通过第一密封圈14与球轴4圆周面密封配合而另一端通过螺钉16固定在球销座1外翻沿上的防尘罩15，所述防尘罩15通过第二密封圈15与球销座1密封配合。

本发明工况较为恶劣，灰尘较大，因此采用防尘组件将球头部位进行隔离，阻绝灰尘进入，保证球头转动顺畅性。

进一步地，所述球轴4上位于防尘罩15的轴段上设置有轴环19，所述防尘罩15的底端向上延伸到轴环19上方后，向轴环19轴线延伸成扣设在轴环19上的内翻沿20；

在所述防尘罩15内腔中设置有套设在球轴4上的防松弹簧18，所述防松弹簧18的上、下两端分别与外螺纹环8以及防尘罩15内壁底部抵接。

进一步地，在所述球销座1的顶端设置有用于将内孔顶部与外界隔离的矩形密封圈21。

进一步地，在所述螺杆5的顶端安装有开口弹性垫圈17。

防松弹簧18和开口弹性垫圈17的设置以对螺杆5和外螺纹环8进行预紧力顶紧，防止其松懈，提升本发明结构稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。