闵令平
安徽省煤田地质局水文勘探队 234000
摘要：随着经济发展，工程施工中需要使用到各种挖掘设备，很多设备都属于智能化设备。就目前收集到的资料看，我国非开挖装备的智能化水平，将钻机液压系统由传动功能提升至智能控制功能，实现科学钻进，研发了一款智能化多功能定向钻进系统。该系统还针对施工中容易出现的马达“超速”、“超压”、“吸空”现象，对马达进行了保护，通过对泵排量的补偿缓解了系统压力冲击，并能根据负载智能匹配发动机功率，防止发动机熄火。本文将对上述内容做系统的阐述。
关键词：非开挖钻机；智能电控；功率保护；定向钻进；液压系统
从水平定向钻进是我国目前广泛使用的一种重要钻进方法，可进行公路、铁路、机场跑道、河流、鱼塘和建筑物等的非开挖穿越工程，铺设钢管和PVC及
PE管等；同时也可应用于管棚支护、降水工程、观测孔等的钻进工作。现有设备基本为全液压驱动模式，在智能电控方面存在欠缺。为弥补传统液压控制功能的不足、提高非开挖设备的适应性，应该加强只能电控方面的设计。
1.智能电控技术特点
从技术角度出发，智能电控系统是以水平定向钻机现有控制系统为基础，匹配了高性能控制器与电喷发动机的一次全面的功能拓展。控制模式分为手动控制模式和自动控制模式；液压系统由推拉泵/推拉马达和回转泵/回转马达来完成当前推拉和回转功能。控制功能有∶手动控制推拉和回转，自动控制推拉和回转，发动机防熄火功能，回转动力头马达安全保护功能，推拉马达安全保护功能，系统压力检测系统，回转马达速度/压力检测系统，系统安全保护/报警系统，发动机数据检测系统，DP700显示系统。
该智能电控系统具有如下一系列的技术特点。
（1）利用逻辑电路控制钻机动作。通过工业控制器，输出可控电流，调整液压控制元件去控制各执行元件。
（2）实时监控系统压力和马达转速，将压力、转速传感器信号输入处理器，能根据负载智能调节液压泵输出功率。
（3）CAN总线显示模块，直接显示钻机拉力、扭矩、转速、泥浆泵等参数。
（4）电控柴油机控制显示系统。远程控制柴油机转速，对机油压力、水温等参数进行显示、报警，以及参数异常自动停机和给出异常代码。
（5）推拉设有3个可调整的压力挡位以适应不同地层条件，减小压力波动。（6）可利用控制软件记录实时数据，为进一步分析对比和性能优化提供依据。
2.相关关键技术的阐述与分析
对相关关键技术进行分析，可以了解到，智能电控系统中采用了可变电流来控制泵实际排量输出，且电流能根据负载变化而变化，从而实现输出功率和实际负载匹配。一般的钻机，在复杂地层钻进过程中，因钻机在"卸扣"和"卡钻"时，由于钻杆反转转速突然增大，易导致马达吸空、超压、超速，造成马达损坏;瞬
间压力波动大，液压冲击大，液压系统稳定性差;负载突然增加，发动机易熄火。为解决这些问题，该智能电控系统采用以下关键技术。
对液压马达的主要计算公式为∶
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在水平定向钻机工作中，马达的排量V一般都保持不变，结合上述公式T的增加，马达一般的压力差也会增加，。为了更系统的保护压力马达，控制输出功率，相关马达压力差也会增加，通过这种方式可以实现对马达输出功率的控制。结合马达流量q的实际输出情况，发动机在转速一定的情况下，可以通过调节输出功率来控制输出。
2.1马达保护智能控制
所谓超速指马达在使用过程中实际转速大于马达额定转速的情况，在水平定向钻施工中较为常见。为防止这种情况出现，预设两个低于马达额定转速的转速值。对比实际转速值和预设转速值，通过电流调节对应液压泵的排量，当实际
转速值超过预设值n，时，泵电流调整为当前泵电流的75%;当实际转速值超过预设值n2，泵电流调整为当前泵电流的50%。对电控液压柱塞泵其控制电流决定其斜盘角度，斜盘角度决定其实际排量大小和方向。减小泵的控制电流相当于减小泵的排量的过程，与之对应的液压马达流量减小，转速和功率下降，以此达到马达防超速。
2.2关于超压
所谓超压为马达在使用过程中实际压力大于马达额定压力的情况，在水平定向钻施工中也经常出现。P为油泵压力调定值，正常工作理论上马达压力不会超过油泵压力P，为防止瞬时超压出现，预设两个低于马达最大使用压力值的压力值p，和p2（p1<p2）。对比实际压力值和预设压力值，通过调节泵电流其对应液压泵的排量，当实际压力值超过预设值p，时，泵电流调整为当前泵电流的75%;当实际压力值超过预设值p2，泵电流调整为当前泵电流的50%。
2.3关于吸空分析
所谓吸空是指马达在工作中，低压侧压力过低的情况。尤其是卸扣工况，持续时间短但瞬间压力和转速变化非常大，更加容易发生"吸空"现象。经过多次实际工况测试，泵基本的排量补偿很难保持其补油压力稳定，这里通过在补油泵侧加入蓄能器，并将推拉和回转补油泵相连。以此大大增加"卸扣"瞬间马达补油量，缓解马达"吸空"现象。
3.给进压力智能调节
系统设定了3个不同的给进压力工作挡位，适应不同地层条件和不同的施工工况。每个压力工作挡位能在压力范围内对压力进行调整，有效减小压力波动。
初设3个自动挡位15、20、25MPa。每个压力挡位压力浮动值为15±10%、20±10%、25±10%MPa。在每个压力挡位工作时，系统压力若小于压力挡位设定值，系统将减小油泵排量，系统对压力进行补偿，直到压力值达到当前压力浮动值;当系统压力大于压力挡位设定值时，系统将增加油泵排量，系统压力降低，直到压力值达到当前压力浮动值。以此过程平衡在平稳钻进过程中的压力，并把系统压力值稳定在浮动范围内。
4 柴油机防熄火
发动机防熄火功能采用发动机转速信号记忆的方式进行控制。当发动机工作在某一固定转速时，通过控制面板上的发动机转速记忆信号开关，保存发动机的请求转速，然后控制器通过当前发动机转速的速度差曲线来计算并控制当前推拉泵的排量，从而达到发动机防熄火的功能;当系统检测到发动机速度慢慢接近发动机正常的工作的状态下，系统自动增加当前推拉泵的排量，直到推拉泵的排量回到自动的控制的排量。
5.结语
智能电控系统经过多次现场调试，通过了本单位及第三方测试，其结果都表明该电液系统符合水平定向钻机应用技术要求。电控系统具有发动机防熄火功能，且测试及使用过程中发动机均未出现熄火情况。可以通过电控程序设定，限制自动挡时回转马达最大转速。
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