一种旋挖钻机、旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法及装置与流程

本发明涉及旋挖钻机设备技术领域，具体涉及一种旋挖钻机、旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法及装置。

背景技术：

桅杆是旋挖钻机的重要结构组成，长达30米左右，它不仅为动力头和钻杆的上下运动导向，调整其前后左右位置，还承受钻杆、钻头等在作业时产生的各种载荷，因此桅杆结构设计的优劣，技术性能的好坏和使用寿命的长短，对钻机本体至关重要。而在实际工程使用中，为提高旋挖钻机的可靠性，进一步提高寿命，需要对桅杆的振动特性进行测量。

目前对桅杆在静态载荷下的研究较多，而对桅杆振动载荷研究较少。但是旋挖钻机在工作过程中，由切削岩石引起的振动无法避免，这种振动容易引起桅杆等的疲劳，造成桅杆等关键零部件的开裂等故障，导致停工，降低了客户的施工效率，所以需要对桅杆的振动特性进行研究。但是介于结构本身的特殊性(例如桅杆属于超大型结构件，长度超多30米，包括上桅杆、中桅杆和下桅杆，以及转盘，结构复杂)，和实际施工工况的复杂性，目前没有一个合适的振动特性测量方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种旋挖钻机、旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法及装置，以解决对旋挖钻机中桅杆的振动特性进行研究。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法，包括：

获取待测点多个方向的检测数据；

分别根据每个方向的检测数据得到所述待测点的真实应变。

本发明实施例提供的桅杆振动特性检测方法，可以获得桅杆在钻进-回转-起拔-甩土多个工况下，完整的振动特性数据。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述分别根据每个方向的检测数据得到所述待测点的主应变包括：

分别根据每个方向的检测数据得到在对应方向的分应变；

根据多个方向的分应变得到所述待测点的主应变；

利用预设的第一公式对所述主应变进行修正得到所述真实应变。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，当在所述待测点多个方向的检测数据是通过应变花检测得到时，所述第一公式为所述ε表示所述真实应变，所述εd表示所述主应变，所述r表示所述应变花的电阻值，所述rl表示与所述应变花连接的导线的电阻。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，当在所述待测点多个方向的检测数据是通过应变花检测得到时，分别根据每个方向的检测数据得到所述待测点的真实应变包括：

分别根据每个方向的检测数据得到所述应变花的总检测数据；

利用预设的第二公式对所述应变花的灵敏系数进行修正；

利用所述总检测数据和修正后的灵敏系数得到所述应变花的真实应变。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述第二公式为其中k仪表示所述应变花修正后的灵敏系数，所述k表示所述应变花的灵敏系数，所述r表示所述应变花的电阻值，所述rl表示表示与所述应变花连接的导线的电阻。

结合第一方面至第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法还包括：获取同一工况下所述待测点用于表征加速度的数据；根据所述用于表征加速度的数据得到所述待测点的加速度；利用所述待测点的主应变和加速度得到所述待测点在当前工况的振动特性。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，旋挖钻机桅杆振动特性检测方法还包括利用所述待测点在多个工况的振动特性得到所述待测点的振动特性，其中所述多个工况通过均匀试验进行设计。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种旋挖钻机中桅杆振动特性测量装置，包括：

获取模块，用于获取待测点多个方向的检测数据；

计算模块，用于分别根据每个方向的检测数据得到所述待测点的真实应变。

根据第三方面，本发明实施例还提供了一种旋挖钻机，应变检测装置和控制器，所述应变检测装置和所述控制器通信连接，所述控制器通过执行计算机指令，从而执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法。

结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，所述应变检测装置为应变花，所述应变花设置在以下位置中的一个或多个：滑轮架与上桅杆连接处、上桅杆与加长桅杆连接处、加长桅杆与中桅杆连接处、桅杆油缸与桅杆连接处、动力头与桅杆连接处、中桅杆与下桅杆连接处、变幅与桅杆连接处。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例1旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1中应变花中应变片的位置关系示意图；

图3为本发明实施例2旋挖钻机中桅杆振动特性测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供了一种旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法。图1为本发明实施例1旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例1的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法包括以下步骤：

s101：获取待测点多个方向的检测数据。

在本发明实施例1中，可以在待测点设置应变花或多个方向的应变片。待测点多个方向的检测数据可以通过应变花检测得到，也可以通过多个方向的应变片检测得到。在本发明实施例1中，应变花可以测多个方向的应变，多个方向可以理解为大于等于两个方向，示例的，多个方向可以为3个方向。在本发明实施例中，多个方向可以任意设置，例如当方向为3个方向时，如图2所示，可以设置为相互垂直的两个方向及与两个方向的夹角在45度的方向。

在本发明实施例1中，所述检测数据为应变花或应变片在发生应变前后的电阻值变化。

在本发明实施例1中，由于旋挖钻机中桅杆振动特性的测试过程包含钻进-回转-起拔-甩土多个工况，每个待测点的主应变在整个测量过程中时时变化，通过获取待测点多个方向的检测数据可以保证准确的捕获主应力。

s102：分别根据每个方向的检测数据得到所述待测点的真实应变。

具体的，在对旋挖钻机中的桅杆振动特性进行测量时，应变片导线长度普遍大于10m，因为导线自身就具有一定的电阻值，将这电阻与应变计的电阻串联接入桥臂，但它并不随应变而变化，故桥臂阻值的相对变化率将减小，使应变仪显示的读数应变变小，作为具体的实施方式，步骤s102可以采用第一种方式。

具体的第一种方式包括以下步骤：分别根据每个方向的检测数据得到在对应方向的分应变；根据多个方向的分应变得到所述待测点的主应变；利用预设的第一公式对所述主应变进行修正得到所述真实应变。

作为具体的实施方式，根据多个方向的分应变得到所述待测点的主应变可以采用现有技术中的任一方案，例如根据多个方向的分应变和偏移角度，计算得到所述待测点的主应变，在此不再赘述。

具体的，当在所述待测点多个方向的检测数据是通过应变花检测得到时，所述第一公式为所述ε表示所述真实应变，所述εd表示所述主应变，所述r表示所述应变花的电阻值，所述rl表示与所述应变花连接的导线的电阻。

由此可见，第一种方式通过应变换算来消除导线电阻产生的误差。

当在所述待测点多个方向的检测数据是通过应变花检测得到时，除第一种方式外，步骤s102还可以采用第二种方式。具体的第二种方式包括以下步骤：分别根据每个方向的检测数据得到所述应变花的总检测数据；利用预设的第二公式对所述应变花的灵敏系数进行修正；利用所述总检测数据和修正后的灵敏系数得到所述应变花的真实应变。

具体的，所述第二公式为其中k仪表示所述应变花修正后的灵敏系数，所述k表示所述应变花的灵敏系数，所述r表示所述应变花的电阻值，所述rl表示表示与所述应变花连接的导线的电阻。

由此可见，第二种方式通过调整应变花的灵敏度来消除导线电阻产生的误差。

上述第一公式和第二公式可以通过如下的分析得到：

设应变片的电阻值为r，灵敏系数为k，则由应变电测原理可得

其中ε为应变，δr为电阻值的变化。

设单根导线的电阻为rl

当应变仪的灵敏系数k仪＝k，则加入导线后整个桥臂的电阻相对变化为对应的读数应变为

其中εd为应变仪的读数。

因此，当测量导线与应变计串联时，因导线的阻值并不随应变计的应变而变化，因而与桥臂上只接应变计的情况相比，整个桥臂的电阻相对变化就减小了，因而使应变仪的读数εd小于真实应变ε，这相当于减小了应变计的灵敏系数。联立式(1)和式(2)，就可以得到第一公式。

除了以上方法，若选k仪≠k，这里需要调整k仪以满足ε＝εd。我们有

因此，当应变计的灵敏系数为k时，我们只需按第二公式确定k仪，就能保证应变仪的读数等于真实应变，就可以消除导线电阻对结果的影响。

在本发明实施例1中，桅杆的振动特性除应变外，还包括加速度。因此，本发明实施例1的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法还包括以下步骤：获取同一工况下所述待测点用于表征加速度的数据；根据所述用于表征加速度的数据得到所述待测点的加速度；利用所述待测点的主应变和加速度得到所述待测点在当前工况的振动特性。具体的。用于表征加速度的数据可以通过加速度传感器检测得到。

进一步的，在旋挖钻机桅杆的振动特性研究中，工况复杂，涉及到的参数众多，例如动力头的位置有转盘、转盘上和转盘下三个基本位置；钻具有捞沙斗，截齿筒钻等；地质情况有土层、砂岩、砾岩、花岗岩等；以及不同的深度，以传统的正交试验方法，来完整的捕捉振动特性需要进行大量的试验，需要耗费大量的人力和物力。在本发明实施例1中对钻进工况进行均匀试验设计，可在大量减少试验次数的情况下覆盖所有钻进工况。通过配套的均匀设计表和使用表来安排试验，在试验参数变化较多的情况下，可以答复提高试验效率。也就是说，利用所述待测点在多个工况的振动特性得到所述待测点的振动特性，其中所述多个工况通过均匀试验进行设计。

实施例2

与本发明实施例1相对应，本发明实施例2提供了一种旋挖钻机中桅杆振动特性测量装置。图3为本发明实施例2旋挖钻机中桅杆振动特性测量装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例2的旋挖钻机中桅杆振动特性测量装置获取模块20和计算模块22。

具体的，获取模块20，用于获取待测点应变花多个方向的检测数据；

计算模块22，用于分别根据每个方向的检测数据得到所述待测点的真实应变。

上述旋挖钻机中桅杆振动特性测量装置具体细节可以对应参阅图1至图2所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

实施例3

本发明实施例3还提供了一种旋挖钻机，该旋挖钻机可以包括应变花和控制器，所述应变花和所述控制器通信连接，所述控制器通过执行计算机指令，从而执行本发明实施例1所述的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法。具体的控制器包括处理器和存储器，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

作为具体的实施方式，所述应变花设置在以下位置中的一个或多个：滑轮架与上桅杆连接处、上桅杆与加长桅杆连接处、加长桅杆与中桅杆连接处、桅杆油缸与桅杆连接处、动力头与桅杆连接处、中桅杆与下桅杆连接处、变幅与桅杆连接处。

在本发明实施例3中，在设有应变花的位置还设有加速度传感器。

处理器可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法对应的程序指令/模块(例如，图3所示的获取模块20和计算模块22)。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行如图1-2所示实施例中的旋挖钻机中桅杆振动特性检测方法。

上述旋挖钻机具体细节可以对应参阅图1至图3所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。