变频电驱动深孔地质钻机自动送钻系统的研究与应用

发布时间：2017-09-09 17:52

  本文关键词：变频电驱动深孔地质钻机自动送钻系统的研究与应用

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【摘要】：随着近年来矿产勘查开发力度的不断加强,浅部矿日益减少,国内矿产勘查工作正向寻找隐伏矿、深部矿的方向转变,找矿难度加大。发达国家深孔地质钻探设备以液压动力头式钻机为主,国内深部地质钻探以深孔立轴钻机为主,目前N口径孔深在2000~3000m的钻探工程多采用XY-8型立轴钻机。在深部取心钻探的工程实践中,XY-8型立轴钻机存在钻进能力低、传动效率低、劳动强度大、工艺适用性差等问题,主要原因为单一动力分配、机械传动、手动操控、卡盘制约、给进行程短、参数无法监控等,根源主要在于其传动类型与钻进方式。经过多种传动类型与四种钻进形式的优劣分析,深孔地质钻机应以变频电传动和自动送钻系统为发展趋势。以XY-8型钻机为基础,整机进行变频电驱动的升级以及与多种钻进方式的融合,是本文论述的重点。XY-8DB型电驱动钻机提供四种钻进方式:(1)针对浅孔段加压钻进的伺服泵控油压给进系统,保留原有的油缸给进,系统升级为伺服泵控;(2)针对深孔基岩减压钻进的小电机送钻系统,实现长行程自动送钻并节能降耗;(3)针对频繁扫孔和升降,要求钻速较高的孔段,采用主电机手动送钻系统实现快速可控送钻;(4)为适应主孔段连续不取心钻探需求,提供盘刹控制的无动力送钻模式,与其他钻进形式互为补充,为满足不同的钻进工艺提供多样化选择的基础。XY-8DB钻机的电控系统采用直接转矩控制(DTC)技术实现升降及送钻、回转与打捞以及泥浆循环;以伺服控制技术实现泵控液压的钻进与非钻进作业;以现场总线为桥梁,PLC分布式控制为核心,远程监控为辅助,实现司钻房集中监控与操作管理。控制程序是以西门子S7-1200为控制核心而设计的一整套模块化设计的运行和保护逻辑。交互程序通过以太网实现双边通信。人机界面为集中操控的可视化、数字化的监视屏和触摸屏。通过对XY-8型立轴钻机传动型式和钻进方式的全面升级改造,为深孔钻探的能力、能耗、控制提供了技术支撑;为不同的施工工况和操作者提供了伺服给进、精确送钻、快速送钻、无动力送钻多种操控和功能选择。在工程实践检验中,以上优势得到了充分地验证。
【关键词】：立轴钻机 地质深孔钻机 变频驱动 自动送钻
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 概述9-25
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 国内外深孔地质钻探技术装备现状10-21
• 1.2.1 国外深孔地质钻探技术装备的现状10-12
• 1.2.2 国内深孔地质钻探技术装备的现状12-15
• 1.2.3 XY-8 型机械立轴式岩心钻机15-20
• 1.2.4 送钻系统现状20-21
• 1.3 XY-8 型深孔钻机存在的问题21-23
• 1.4 主要研究内容23-25
• 第2章 XY-8DB 钻机总体设计25-43
• 2.1 传动类型和钻进模式分析25-31
• 2.1.1 传动系统研究25-28
• 2.1.2 给进系统的研究28-31
• 2.2 总体方案设计31-36
• 2.2.1 整机主要性能参数32-33
• 2.2.2 总体结构方案33-34
• 2.2.3 总体控制方案34-36
• 2.3 部件传动及参数设计36-43
• 2.3.1 卷扬及送钻单元36-38
• 2.3.2 回转及打捞单元38-40
• 2.3.3 变频泥浆泵单元40-43
• 第3章 XY-8DB 钻机送钻系统的研究43-65
• 3.1 伺服泵控液压给进系统43-48
• 3.1.1 伺服泵控液压系统44-45
• 3.1.2 伺服泵控油缸给进系统45-48
• 3.2 电机送钻系统48-58
• 3.2.1 小电机自动送钻系统49-56
• 3.2.2 主电机手动送钻系统56-58
• 3.3 无动力液压盘刹给进58-65
• 3.3.1 盘刹动力源59
• 3.3.2 控制单元59-63
• 3.3.3 刹车执行单元63-65
• 第4章 XY-8DB 钻机电气控制系统设计65-89
• 4.1 总体方案设计65-66
• 4.1.1 电气控制系统基本要求65
• 4.1.2 方案确定65-66
• 4.2 系统关键点及性能66-67
• 4.3 主要设备参数及性能67-72
• 4.3.1 交流变频电机67-68
• 4.3.2 变频器68
• 4.3.3 可编程逻辑控制器68-70
• 4.3.4 控制网络70-72
• 4.4 编程方法及控制思路72-83
• 4.4.1 程序结构72-75
• 4.4.2 I/O分配75-78
• 4.4.3 控制程序78-83
• 4.5 人机界面设计83-89
• 4.5.1 视频监控系统84-85
• 4.5.2 司钻台操作界面85
• 4.5.3 HMI人机数字交互85-89
• 第5章 XY-8DB 钻机工程试验89-93
• 5.1 钻机试验条件89
• 5.2 生产试验89-93
• 第6章 结论与展望93-94
• 致谢94-95
• 参考文献95-97

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本文编号：821906