本发明公开了一种旋挖钻机的钻孔监测系统及其监测方法,该系统包括安装于旋挖钻机主卷扬上的位移传感器,用于获取钻孔深度数据;安装于旋挖钻机钻杆上的无线式随钻测斜仪,用于获取钻孔倾斜度数据;与无线式随钻测斜仪匹配的测斜终端,用于接收无线式随钻测斜仪发送的钻孔倾斜度数据,将钻孔倾斜度数据传输给车载显示器,并根据预设的倾斜阈值判断钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至车载显示器;车载显示器,用于根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度。实现了钻孔倾斜度在线随钻测量、可真实反映出钻孔倾斜度且能在同一个坐标系中显示钻孔测斜度和钻孔深度。
1.一种旋挖钻机的钻孔监测系统的监测方法,所述钻孔监测系统,包括安装于旋挖钻机主卷扬上的位移传感器,安装于旋挖钻机钻杆上的无线式随钻测斜仪,与所述无线式随钻测斜仪匹配的测斜终端,车载显示器,其特征在于,旋挖钻机的钻杆1的钻杆方头的下端面沿钻杆1轴线方向上开有圆柱形安装孔,圆柱形安装孔两端分别安装有上支撑环801和下支撑环802,无线式随钻测斜仪6则配合安装于该圆柱形安装孔位于上支撑环801和下支撑环801之间的部分内,无线式随钻测斜仪6中部上套有若干个间隔分布的橡胶定位环803,钻杆方头上开有无线信号传输孔9;主卷扬5的减速机17左侧通过螺栓安装有保护外罩16,保护外罩16的右内侧壁上焊接有固定架10,所述位移传感器为安装于所述固定架上的旋转编码器,所述减速机的输出轴上固定有第一齿轮,所述第一齿轮下方啮合有第二齿轮,所述第二齿轮固定在一个可自由回转的传动轴上,所述传动轴的左端通过联轴器与所述旋转编码器的转轴相连,所述旋转编码器通过CAN总线与所述车载显示器相连;还包括固定在所述减速机左侧的保护外罩,所述旋转编码器、所述固定架、所述第一齿轮、所述第二齿轮、所述传动轴和所述联轴器均位于所述保护外罩内,其特征在于,包括以下步骤:首先,位移传感器获取主卷扬上的钢丝绳的带有时间标记的下放长度数据,从而表征对应的钻孔深度数据,将所述钻孔深度数据传输给车载显示器;同时,无线式随钻测斜仪获取带有时间标记的钻杆倾斜度数据,用以表征对应的钻孔倾斜度数据;其次,当旋挖钻机的钻斗提升出地面排土时,测斜终端接收无线式随钻测斜仪通过无线传输方式发送的钻孔倾斜度数据,在将该钻孔的倾斜度数据进行滤波、放大和A/D转换后通过CAN总线传输给车载显示器,同时,根据预先设定的倾斜阈值判断钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至车载显示器;再次,车载显示器根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度曲线。技术领域
本发明涉及一种旋挖钻机,尤其涉及一种旋挖钻机的钻孔监测系统及其监测方法。
背景技术
旋挖钻机在钻孔时钻杆由钢丝绳传动,钻杆带动钻斗旋转钻孔,钻孔倾斜角用钻杆末端的轴线与铅垂线之间的夹角θ表示,θ允许最大为0.57°。目前公开的旋挖钻机没有安装用于钻孔在线测斜检测的装置,其对钻孔的在线测斜是通过检测桅杆测斜间接实现的,这种检测方案的前提是默认在钻孔工作状态下桅杆轴线始终与钻杆轴线平行,如果桅杆垂直于地面,则认为钻杆也垂直于地面,然而实际上由于各种原因,在桅杆垂直于地面时,钻杆有可能并不垂直于地面,因此,现有的用于钻孔在线测斜检测的装置并不能客观真实反映钻孔的实际倾斜情况。目前还有另一种钻孔测斜方案,其通常采用超声波传感器+绞车的方式,在孔口搭建下放平台,检测装置为两个十字型信号发射器,用绳索连接后利用滑轮组下放,地面的信号接收装置能够接收到反馈信号,将孔壁情况生成两个方向的图像,使检测者能够通过图像清楚地了解孔的情况,然而该方法要求泥浆静止,无法在线随钻测量钻孔倾斜度。此外,通常旋挖钻机的钻孔监测还包括孔深监测,而目前针对旋挖钻机的钻孔测斜度和钻孔深度的监测结果分别在不同坐标系中独立显示,这不便于操作人员观察。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在线随钻测量钻孔倾斜度、可真实反映出钻孔倾斜情况且能在同一个坐标系中显示钻孔测斜度和钻孔深度的旋挖钻机的钻孔监测系统及其监测方法。为达到上述目的,本发明提供了一种旋挖钻机的钻孔监测系统,包括:安装于旋挖钻机主卷扬上的位移传感器,用于获取所述主卷扬上的钢丝绳的带有时间标记的下放长度数据,从而表征对应的钻孔深度数据,将所述钻孔深度数据传输给车载显示器;安装于旋挖钻机钻杆上的无线式随钻测斜仪,用于获取带有时间标记的钻杆倾斜度数据,用以表征对应的钻孔倾斜度数据;与所述无线式随钻测斜仪匹配的测斜终端,用于接收所述无线式随钻测斜仪通过无线传输方式发送的钻孔倾斜度数据,将所述钻孔倾斜度数据传输给所述车载显示器,同时,根据预先设定的倾斜阈值判断所述钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至所述车载显示器;车载显示器,用于根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统,所述主卷扬的减速机左侧安装有固定架,所述位移传感器为安装于所述固定架上的旋转编码器,所述减速机的输出轴上固定有第一齿轮,所述第一齿轮下方啮合有第二齿轮,所述第二齿轮固定在一个可自由回转的传动轴上,所述传动轴的左端通过联轴器与所述旋转编码器的转轴相连,所述旋转编码器通过CAN总线与所述车载显示器相连。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统,所述钻杆的钻杆方头的下端面沿所述钻杆轴线方向上开有圆柱形中心孔,所述圆柱形中心孔两端分别安装有上支撑环和下支撑环,所述上支撑环和下支撑环之间的圆柱形中心孔内配合安装有圆柱形的无线式随钻测斜仪,所述钻杆方头上开有无线信号传输孔。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统,还包括固定在所述减速机左侧的保护外罩,所述旋转编码器、所述固定架、所述第一齿轮、所述第二齿轮、所述传动轴和所述联轴器均位于所述保护外罩内。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统,所述无线式随钻测斜仪的中部还套有定位环。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统,所述无线发射模块的载波频率为433MHz、915MHz或2.4GHz。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统,当所述旋挖钻机的钻斗提升出地面排土时,所述测斜终端接收所述无线式随钻测斜仪通过无线传输方式发送的所述钻孔的倾斜度数据。再一方面,本发明还提供了一种旋挖钻机的钻孔监测系统的监测方法,包括以下步骤:位移传感器获取主卷扬上的钢丝绳的带有时间标记的下放长度数据,从而表征对应的钻孔深度数据,将所述钻孔深度数据传输给车载显示器;无线式随钻测斜仪获取带有时间标记的钻杆倾斜度数据,用以表征对应的钻孔倾斜度数据;当所述旋挖钻机的钻斗提升出地面排土时,测斜终端接收并存储所述无线式随钻测斜仪通过无线传输方式发送的钻孔倾斜度数据,将所述钻孔倾斜度数据传输给车载显示器,同时,根据预先设定的倾斜阈值判断所述钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至所述车载显示器;所述车载显示器根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度。本发明的监测方法,所述主卷扬的减速机左侧安装有固定架,所述位移传感器为安装于所述固定架上的旋转编码器,所述减速机的输出轴上固定有第一齿轮,所述第一齿轮下方啮合有第二齿轮,所述第二齿轮固定在一个可自由回转的传动轴上,所述传动轴的左端通过联轴器与所述旋转编码器的转轴相连,所述旋转编码器通过CAN总线与所述车载显示器相连。本发明的监测方法,所述钻杆的钻杆方头的下端面沿所述钻杆轴线方向上开有圆柱形中心孔,所述圆柱形中心孔两端分别安装有上支撑环和下支撑环,所述上支撑环和下支撑环之间的圆柱形中心孔内配合安装有圆柱形的无线式随钻测斜仪,所述钻杆方头上开有无线信号传输孔。本发明的旋挖钻机的钻孔监测系统包括安装于旋挖钻机主卷扬上的位移传感器,用于获取主卷扬上的钢丝绳的带有时间标记的下放长度数据,从而表征对应的钻孔深度数据,将钻孔深度数据传输给车载显示器;安装于旋挖钻机钻杆上的无线式随钻测斜仪,用于获取带有时间标记的钻杆倾斜度数据,用以表征对应的钻孔倾斜度数据;与无线式随钻测斜仪匹配的测斜终端,用于接收无线式随钻测斜仪通过无线传输方式发送的钻孔倾斜度数据,将钻孔倾斜度数据传输给车载显示器,同时,根据预先设定的倾斜阈值判断钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至车载显示器;车载显示器,用于根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度,从而实现了钻孔倾斜度在线随钻测量且能在同一个坐标系中显示各个时间点的钻孔测斜度和钻孔深度,并且由于无线式随钻测斜仪是安装于钻杆上的,当钻杆倾斜时钻孔必然对应倾斜,从而能客观真实反映出钻孔的倾斜情况。
附图说明
图1为本发明一个实施例的旋挖钻机的钻孔监测系统的结构示意图;图2为图1中旋挖钻机的钻孔监测系统中的无线式随钻测斜仪在钻杆内的安装结构放大示意图;图3为图1中旋挖钻机的钻孔监测系统中的旋转编码器的安装结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述:参考图1所示,本实施例的旋挖钻机的钻孔监测系统包括无线式随钻测斜仪6,用于获取钻杆1的带有时间标记的倾斜度数据,以表征对应钻孔的倾斜度数据,以及与无线式随钻测斜仪6匹配的安装于驾驶室2内的测斜终端3,用于当旋挖钻机的钻斗7提升出地面排土时接收无线式随钻测斜仪3通过无线传输方式发送的钻孔的倾斜度数据,在将该钻孔的倾斜度数据进行滤波、放大和A/D转换后通过CAN总线传输给位于驾驶室2内的车载显示器4,同时,根据预先设定的倾斜阈值判断钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至车载显示器4。需要说明的是,通常旋挖钻机的钻孔方式是:钻斗7钻到其内盛满泥土后,提升出底面排出泥土,然后再次进入钻孔进行下一次钻孔工作,如此往复,最终完成整个钻孔工作,本实施例之所以在旋挖钻机的钻斗7提升出地面排土时传输数据,是因为这样可以避免在泥土中数据传输的复杂性。上述旋挖钻机的钻孔监测系统还包括:安装于旋挖钻机主卷扬5上的位移传感器(例如旋转编码器),用于获取主卷扬5上的钢丝绳的带有时间标记的下放长度数据,从而表征对应的钻孔深度数据,将钻孔深度数据传输给车载显示器4;以及车载显示器4,用于根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度。当然,上述位移传感器也可通过接近开关或光电开关或霍尔元件测量钢丝绳的位移的方式替代能达到同样的技术效果。同样,上述测斜仪也可以采用重力地磁场原理测斜仪或陀螺仪测斜仪等其他测斜仪替代。结合图2所示,旋挖钻机的钻杆1的钻杆方头的下端面沿钻杆1轴线方向上开有圆柱形安装孔,圆柱形安装孔两端分别安装有上支撑环801和下支撑环802,无线式随钻测斜仪6则配合安装于该圆柱形安装孔位于上支撑环801和下支撑环801之间的部分内。无线式随钻测斜仪6中部上套有若干个间隔分布的橡胶定位环803,起到对无线式随钻测斜仪6的减震作用,当然,橡胶定位环也可以替换为其他的环形减震材料。其中,无线式随钻测斜仪6的形状优选圆柱形,以便于与钻杆1相配合安装,也便于后续拆卸维修,例如型号为LHE3611无线式随钻测斜仪,其内设置有自上而下分布的电池、传感器和无线发射模块(而与此匹配的测斜终端的型号则为LHE3620)。钻杆方头上开有无线信号传输孔9,以便于无线发射模块的无线信号的传输。该无线发射模块的载波频率优选为433MHz或2.4GHz,也可以采用915MHz或其他载波频率,其通信协议可以是超短波无线协议、蓝牙协议或其他无线协议。需要说明的是,本实施例之所以将无线式随钻测斜仪6安装于钻杆1内,是因为这样可以避免无线式随钻测斜仪6在钻孔过程中与卵石、砾石等坚硬物体碰撞而受损。结合图3所示,主卷扬5的减速机17左侧通过螺栓安装有保护外罩16,保护外罩16的右内侧壁上焊接有固定架10,旋转编码器15固定于固定架10上,减速机17的输出轴上固定有第一齿轮11,第一齿轮11下方啮合有第二齿轮12,第二齿轮12固定在一个可自由回转的传动轴13上,传动轴13的左右端两端分别安装有一个轴承,其右端的轴承设置在一个固定于保护外罩16右侧壁上的轴承座内,其右端的轴承设置在固定架10的下部上。传动轴13的左端通过联轴器14与旋转编码器15的转轴相连,旋转编码器15通过CAN总线与车载显示器4相连(图中未画出)。上述旋挖钻机的钻孔监测系统的工作过程如下:首先,位移传感器获取主卷扬上的钢丝绳的带有时间标记的下放长度数据,从而表征对应的钻孔深度数据,将所述钻孔深度数据传输给车载显示器;同时,无线式随钻测斜仪获取带有时间标记的钻杆倾斜度数据,用以表征对应的钻孔倾斜度数据;其次,当旋挖钻机的钻斗提升出地面排土时,测斜终端接收无线式随钻测斜仪通过无线传输方式发送的钻孔倾斜度数据,在将该钻孔的倾斜度数据进行滤波、放大和A/D转换后通过CAN总线传输给车载显示器,同时,根据预先设定的倾斜阈值判断钻孔的倾斜度是否超过该倾斜阈值,如果超过则输出报警信号至车载显示器;再次,车载显示器根据时间标记在同一个坐标系内显示各个时间点的钻孔倾斜度和钻孔深度曲线。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。