專利名稱：基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，屬于旋挖鉆機帶桿的檢測技術領域。
背景技術：
旋挖鉆機成孔灌注樁工法近幾年在我國取得了廣泛的應用。旋挖鉆機作為鉆進成孔設備，其施工作業共有定位、下鉆、鉆進、提鉆、回轉、抖土和回位等7個基本動作。在提鉆作業中，鉆桿按照從內到外的順序逐節提升。但是由于各種原因，可能會出現非正常順序提升收縮的現象。只要任一外節桿先于其內節桿收縮，就證明外節桿與內節桿之間發生了卡滯或接合，這就是所謂的“帶桿”。帶桿現象發生后，當提到中途或孔口時，鉆桿有可能會突然脫開、下落，產生的巨大沖擊力，從而造成動力頭損壞，這就是鉆桿脫離。目前，一般的旋挖鉆機并未對帶桿情況進行檢測，時有動力頭損壞的現象出現。部 分廠商將重量傳感器懸掛于旋挖鉆機額頭處，利用鉆桿重量值與伸長量的變化關系，進行帶桿檢測，并且沒有采用自適應的方法建立參數曲線，這樣主要帶來兩個弊端
(1)采用直接對鉆桿重量值進行檢測的方法，在建立參數曲線時，需要額外考慮鉆斗與土層之間的摩擦力、鉆斗在泥漿中的浮力、鉆斗中泥漿的泄露等因素，忽略這些因素，將降低帶桿檢測的精度；
(2)采用預先測量鉆桿的參數建立曲線的方法，在旋挖鉆機經過長時間的作業后，不能保證鉆桿參數保持不變，并且在作業過程中更換鉆桿，重量值與伸長量的參數曲線將發生變化，導致原先的檢測方法出現誤判。因此，迫切需要研究出一種可以進行自整定參數曲線的旋挖鉆機帶桿檢測方法，來解決目前存在的問題。
發明內容
為了克服現有技術的不足本發明的目的在于提供一種可減少人工操作復雜度，并提高帶桿檢測精度的基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法。本發明的技術方案為
基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，包括以下步驟
(1)在加壓缸平衡閥口加裝一個壓力傳感器，將鉆桿加載在動力頭上的重量值轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值，進而在鉆桿換桿過程中，將鉆桿加載在動力頭上的重量值與鉆桿伸長量的變化曲線轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量的變化曲線，進行帶桿檢測；
(2)旋挖鉆機初次鉆進時，以采樣周期Ts1對T1時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和TAN1Ts1時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若符合兩次的壓力值大小相差在M與K之間，所述的M、K分別為與鉆桿加載在動力頭上的重量值成正比例關系的加壓缸的小腔所受的壓力值的上、下限值，則進行鉆桿初始伸長量與序號的標定，建立加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量關系的初始參數曲線；
(3)根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，則進行干擾、帶桿、正常換桿三種狀態的判斷，若為干擾狀態，將不存儲鉆桿參數曲線，避免誤判斷；若為帶桿狀態，則利用電磁閥控制動力頭進行自動回轉操作，如果重復幾次還存在帶桿情況，則停機報警；若為正常換桿狀態，則自整定并存儲當前檢測的加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量的參數曲線作為新的判斷依據。進一步，所述的采樣周期Ts1由旋挖鉆機在實際作業中的鉆進速度決定。而所述的采樣周期Ts2由旋挖鉆機在鉆桿下放和提升過程中的速度決定。此外，所述的干擾狀態的判斷方法為根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時 刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，再次以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次壓力值大小相差大于N，所述的N為與鉆桿加載在動力頭上的重量值成正比例的限值，則判定為干擾狀態。所述的帶桿狀態的判斷方法包括兩種情況
一、根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差不在M與K之間，則判定為帶桿狀態；
二、根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，則去除干擾狀態后，結合步驟(2)所述的自整定后的參數曲線，鉆桿實際的伸長量與曲線標定的伸長量相差大于P，則判定為帶桿狀態，所述的P為與鉆桿的長度值成正比例的限值。而所述的正常換桿狀態的判斷方法為根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，在去除干擾和帶桿狀態后，則判定為正常換桿狀態。本發明的有益效果為
(1)本發明利用在加壓缸平衡閥口加裝一個壓力傳感器，取代傳統的利用重量傳感器測量鉆桿重量值的方法，不需要額外再考慮鉆斗與土層之間的摩擦力、鉆斗在泥漿中的浮力、鉆斗中泥漿的泄露等因素的影響，降低了參數曲線自整定的復雜度；
(2)根據旋挖鉆機在作業過程中壓力值的變化情況，對壓力值與伸長量的參數曲線進行自整定，提聞了帶桿檢測的精度；
(3)在檢測到帶桿報警后，利用電磁閥實現動力頭的自動回轉操作，無需操作人員通過手動液壓閥控制動力頭，降低了人工操作的復雜度。
圖1為旋挖鉆機帶桿檢測的總體實現流程 圖2為鉆桿下放過程壓力值與伸長量曲線的建立原理 圖3為鉆桿提升過程壓力值與伸長量曲線的建立原理 圖4為控制器采樣周期Ts1和Ts2大小確定原理分析 圖5為旋挖鉆機鉆桿下放的參數曲線自整定程序流程 圖6為旋挖鉆機鉆桿提升的參數曲線自整定程序流程 圖7為檢測帶桿狀態后的操作程序流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。圖I為旋挖鉆機帶桿檢測的總體實現流程圖。如圖I所示通過傳感器測得的壓力值的變化，自整定壓力值與鉆桿伸長量的參數曲線，開始于步驟101，結束于步驟106
步驟101 :在加壓缸平衡閥口加裝一個壓力傳感器，將鉆桿加載在動力頭上的重量值轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值，進而在鉆桿換桿過程中，將鉆桿加載在動力頭上的重量值與鉆桿伸長量的變化曲線轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量的變化曲線，以進行帶桿情況的檢測；
步驟102 :在旋挖鉆機初次鉆進時，控制器以采樣周期Ts1，對T1時刻和TJN1Ts1時刻兩次的壓力值進行比較，若符合突變條件，則進行鉆桿初始伸長量、序號的標定，建立壓力值與伸長量關系的初始參數曲線；
步驟103 :根據步驟102所述的自整定的壓力值與伸長量的初始參數曲線，以采樣周期Ts2,分別對鉆桿下放與提升過程中，T2時刻和T2+N2Ts2時刻兩次的壓力值進行突變判斷，即進行比較，判斷兩次的壓力值大小相差是否仍然在M與K之間；
步驟104 :通過步驟103壓力值的變化，對突變狀態進行干擾、帶桿、正常換桿三種狀態的判斷。若為干擾，控制器將不存儲鉆桿參數，避免造成誤判斷；若為帶桿，則進行消除帶桿的操作；若為正常換桿，則自整定并存儲當前檢測的壓力值與伸長量的參數曲線；
步驟105 :檢測到存在帶桿情況后，利用電磁閥控制動力頭進行自動回轉操作；
步驟106 :以采樣周期Ts2分別再對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，如果仍未帶桿狀態，再重復幾次自動回轉操作還沒有消除帶桿情況下，則停機報警。圖2為鉆桿下放過程壓力值與伸長量曲線的建立原理圖；圖3為鉆桿提升過程壓力值與伸長量曲線的建立原理圖。如圖2和圖3所示在進行初始參數曲線整定時，首先根據鉆桿的一般性特征，確定伸長量(LfL4)和壓力值(WfW4)。在鉆進過程中，根據壓力值的變化情況，判斷是否為正常換桿，并以新整定的參數更新LfL4及WfW4。根據整定的初始參數曲線，在鉆桿正常下放與提升過程中，不斷對正常的狀態更新Lf L4及Wf W4，同時進行帶桿檢測。圖4為控制器采樣周期Ts1和Ts2大小確定原理分析圖。如圖4所示本發明通過設定不同的NI、N2、TsU Ts2的參數來檢測壓力值的突變，Tsl和Ts2的選取，既要滿足較高的采樣頻率，又不能過大，否則會出現檢測不到壓力突變的狀況。圖5為旋挖鉆機鉆桿下放的參數曲線自整定程序流程圖。如圖5所示建立鉆桿下放過程中壓力值與伸長量的參數曲線，并進行帶桿檢測，開始于步驟501，結束于步驟521
步驟501 :開始；
步驟502 :對鉆桿的參數，包括壓力值(Weight)和伸長量(Length)進行初始化；
步驟503 :判斷鉆桿是否處于下放狀態，如果是，進入步驟504，反之，無動作；
步驟504 :開啟定時器；
步驟505 :判斷是否到達采樣周期Ts2，如果是，進入步驟506，否則，等待；
步驟506 :比較當前時刻壓力值(Cur_Weight)，伸長量(Cur_Length)及NTs2時刻前壓力值(Pre_Weight),伸長量(Pre_Length)的大小；
步驟507 :判斷Cur_Weight_ Pre_Weight>M是否成立,如果是,進入步驟508,否則,轉入步驟503，其中M=2F/3，F為與鉆桿加載在動力頭上的重量值成正比例關系的量，下同；步驟508 :判斷Cur_Weight_ Pre_Weight〈K是否成立,如果是,進入步驟509,否則,進入步驟521，其中K=4F/3，下同；
步驟509 :存儲當前鉆桿伸長量(Cur_Length)和壓力值(Cur_Weight),并設定壓力突變判斷標志位為True ；
步驟510 :判斷壓力突變標志位是否為True，如果是，進入步驟511，否則，無動作； 步驟511 :記錄兩次采樣周期Ts2測得的壓力值Weight_Last和Weight ；
步驟512 :比較兩次測得的壓力值ABS (Weight_Last-Weight)〈N是否成立，如果是，進入步驟513，否則，進入步驟516，其中N=lF/3，ABS (X)表示取X的絕對值，下同；
步驟513:去干擾累加器加I;
步驟514 :判斷是否累計到2次，如果是，進入步驟515，否則，進入步驟516 ；
步驟 515 :記錄當前鉆桿伸長量(Cur_Length),大小為(Cur_Length+Pre_Length) /2,當前壓力值為(Weight)；
步驟516 :干擾狀態；
步驟517 :去干擾累加器清0，壓力突變標志位為False ；
步驟518 :判斷當前鉆桿伸長量(Cur_Length)與標定的伸長量(Length),是否滿足ABS(Cur_Length-Length)〈P,如果是,進入步驟519,否則進入步驟521,其中P=1L/10, L為單節鉆桿的長度，下同；
步驟519 :存儲鉆桿伸長量(Length)和當前壓力值(Weight)；
步驟520 :鉆桿下放曲線建立完成；
步驟521 :帶桿情況處理。圖6為旋挖鉆機鉆桿提升的參數曲線自整定程序流程圖。如圖6所示鉆桿下放的參數曲線整定完成后，需要建立鉆桿提升的參數曲線，即建立鉆桿提升過程中壓力值與伸長量的參數曲線，并進行鉆桿脫離檢測，開始于步驟601，結束于步驟619
步驟601 :判斷鉆桿是否處于提升狀態，如果是，進入步驟602，反之，無動作；步驟602:控制器開啟定時器；
步驟603 :判斷是否到達采樣周期Ts2，如果是，進入步驟604，否則，等待；
步驟604 :比較當前時刻壓力值(Cur_Weight)，伸長量(Cur_Length)及NTs2時刻前壓力值(Pre_Weight),伸長量(Pre_Length)的大小；
步驟605 :判斷Pre_Weight_ Cur_Weight>M是否成立,如果是,進入步驟606,否則,轉入步驟601 ；
步驟606 :判斷Pre_Weight_ Cur_Weight〈K是否成立,如果是,進入步驟607,否則,進入步驟619 ；
步驟607 :存儲當前鉆桿伸長量(Cur_Length)和壓力值(Cur_Weight),并設定壓力突變判斷標志位為True ； 步驟608 :判斷壓力突變標志位是否為True，如果是，進入步驟609，否則，無動作； 步驟609 :記錄兩次采樣周期Ts2測得的壓力值Weight_Last和Weight ；
步驟610 :比較兩次測得的壓力值ABS (Weight_Last_Weight)〈N是否成立,如果是,進入步驟611，否則，進入步驟614;
步驟611 :去干擾累加器加I ;
步驟612 :判斷是否累計到2次，如果是，進入步驟613，否則，進入步驟614 ；
步驟 613 :記錄當前鉆桿伸長量(Cur_Length),大小為(Cur_Length+Pre_Length) /2,當前壓力值為Weight ；
步驟614 :干擾狀態；
步驟615 :去干擾累加器清0，壓力突變標志位為False ；
步驟616 :判斷當前鉆桿伸長量(Cur_Lenth)與標定的伸長量(Length),是否滿足ABS(Cur_Length-Length)〈P,如果是,進入步驟617,否則進入步驟619 ；
步驟617 :存儲鉆桿伸長量(Length)和當前壓力值(Weight)；
步驟618 :鉆桿提升曲線建立完成；
步驟619 :帶桿情況處理。圖7為檢測帶桿狀態后的操作程序流程圖。如圖7所示本發明利用電磁閥控制動力頭進行自動回轉操作，通過判斷壓力值是否符合參數曲線來判斷是否消除帶桿狀態；如果重復幾次自動回轉操作后，仍存在帶桿狀態，則停機報警，開始于步驟701，結束于步驟704
步驟701 :判斷是否檢測到帶桿，如果是，進入步驟702，否則，轉到步驟708 ；
步驟702 :利用電磁閥自動控制動力頭的正反轉，以消除帶桿情況；
步驟703 :判斷當前壓力值(Cur_Weight)與參數曲線標定的壓力值(Weight)是否滿足ABS (Cur_Weight-Weight)〈lF/3，如果是，進入步驟704，否則，轉入步驟705 ；
步驟704 :采用步驟702的措施已經使得帶桿情況消除；
步驟705 :如果不滿足步驟703的條件，則將動力頭自動正反轉次數加I ;
步驟706 :判斷動力頭自動正反轉次數是否大于3，如果是，進入步驟707，否則轉到步驟 702 ；
步驟707 :重復步驟702的措施仍不能消除帶桿情況，則停機報警，防止鉆桿脫離造成的損壞；步驟708 :結束帶桿情況處理過程。以上M、N、K、P的取值為實現本發明的一個具體實施例參數，不局限于上述參數，圖5、圖6、圖7的過程均可以用現有技術中的編程方法實現，在此不作進一步限制。如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。 ·
權利要求
1.基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)在加壓缸平衡閥口加裝一個壓力傳感器，將鉆桿加載在動力頭上的重量值轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值，進而在鉆桿換桿過程中，將鉆桿加載在動力頭上的重量值與鉆桿伸長量的變化曲線轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量的變化曲線，進行帶桿檢測； (2)旋挖鉆機初次鉆進時，以采樣周期Ts1對T1時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和TAN1Ts1時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若符合兩次的壓力值大小相差在M與K之間，所述的M、K分別為與鉆桿加載在動力頭上的重量值成正比例關系的加壓缸的小腔所受的壓力值的上、下限值，則進行鉆桿初始伸長量與序號的標定，建立加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量關系的初始參數曲線； (3)根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，則進行干擾、帶桿、正常換桿三種狀態的判斷，若為干擾狀態，將不存儲鉆桿參數曲線，避免誤判斷；若為帶桿狀態，則利用電磁閥控制動力頭進行自動回轉操作，如果重復幾次還存在帶桿情況，則停機報警；若為正常換桿狀態，則自整定并存儲當前檢測的加壓缸的小腔所受的壓力值與鉆桿伸長量的參數曲線作為新的判斷依據。
2.根據權利要求I所述的基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，所述的采樣周期Ts1由旋挖鉆機在實際作業中的鉆進速度決定。
3.根據權利要求I所述的基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，所述的采樣周期Ts2由旋挖鉆機在鉆桿下放和提升過程中的速度決定。
4.根據權利要求I所述的基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，所述的干擾狀態的判斷方法為根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，再次以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次壓力值大小相差大于N，所述的N為與鉆桿加載在動力頭上的重量值成正比例的限值，則判定為干擾狀態。
5.根據權利要求I所述的基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，所述的帶桿狀態的判斷方法包括兩種情況 一、根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差不在M與K之間，則判定為帶桿狀態； 二、根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，則去除干擾狀態后，結合步驟(2)所述的自整定后的參數曲線，鉆桿實際的伸長量與曲線標定的伸長量相差大于P，則判定為帶桿狀態，所述的P為與鉆桿的長度值成正比例的限值。
6.根據權利要求I所述的基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，其特征在于，所述的正常換桿狀態的判斷方法為 根據步驟(2)所述的初始參數曲線，以采樣周期Ts2分別對鉆桿下放和提升過程中，T2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值和T2+N2Ts2時刻的加壓缸的小腔所受的壓力值進行比較，若兩次的壓力值大小相差仍然在M與K之間，在去除干擾和帶桿狀態后，則判定為正常換桿狀態。
全文摘要
本發明公開了一種基于參數曲線自整定的旋挖鉆機帶桿檢測方法，包括以下步驟在加壓缸平衡閥口加裝一個壓力傳感器，將鉆桿加載在動力頭上的重量值轉化為加壓缸的小腔所受的壓力值，并建立壓力值與伸長量之間的初始參數曲線；根據初始參數曲線，在鉆桿下放和提升過程中，記錄壓力值突變狀態，并進行干擾、帶桿、正常換桿三種狀態的判斷；若為正常換桿，則自適應地進行參數曲線整定并存儲新的壓力值與伸長量之間的參數曲線；若為帶桿，則利用電磁閥控制動力頭進行自動回轉操作，若重復幾次還存在帶桿情況，則停機報警。本發明不僅可以避免因帶桿后鉆桿脫離導致的旋挖鉆機動力頭的損壞，還大大降低了操作復雜度，提高了旋挖鉆機帶桿情況的檢測精度。
文檔編號E21B44/00GK102889072SQ20121038335
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者葉樺, 冒建亮, 孫曉潔 申請人:東南大學