摘要 本文介紹了卷揚式?jīng)_擊鉆機微機自動控制系統(tǒng)的基本原理，硬件的組成和軟件的設(shè)計，通過試驗，證明該控制系統(tǒng)能夠滿足沖擊鉆進工況的要求，實現(xiàn)自動沖擊鉆進。
　　關(guān)鍵詞：自動沖擊機構(gòu) 沖擊鉆進 控制系統(tǒng)
　　1 采用微機控制的理由
　　卷揚式?jīng)_擊鉆朵進采用卷揚機提升鉆頭，利用沖擊鉆頭下落的動能產(chǎn)生沖擊作用，破碎巖土實現(xiàn)鉆進的鉆機。與傳統(tǒng)的四邊桿沖擊鉆相比，其結(jié)構(gòu)更為簡單，并且可以根據(jù)需要靈活地調(diào)節(jié)沖程。采用行星齒輪差速機構(gòu)的雙繩自動同步卷揚機還可以實現(xiàn)沖擊反循環(huán)鉆進，使鉆進速度大幅提高，在基礎(chǔ)工程的施工中得到了廣泛的使用。但是，卷揚機提升鉆頭多為手工操作控制沖程，工作勞動強度大，精神緊張，并且沖擊次數(shù)也較低。
　　為了提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動強度，在自動沖擊控制系統(tǒng)中曾經(jīng)采用過機械和由進間繼電器等元件組成的電器控制機構(gòu)。由于鋼繩在滾筒上纏繞半徑和變化和鉆進過程中地層的改變，上述兩種機構(gòu)在鉆時過程中，都需要根據(jù)實際工作情況，人為地不斷進行調(diào)整。
　　采用微機控制的自動沖擊機構(gòu)能夠根據(jù)鉆進過程中各種因素的變化，自動調(diào)節(jié)和控制每次沖擊的進給量，實現(xiàn)完全的自動沖擊鉆進。
　　2 自動沖擊鉆進的基本原理
　　在卷揚式?jīng)_擊鉆機上，為了實現(xiàn)自動沖擊鉆進，可以通過檢測和控制鋼繩的松馳量（即沖擊鉆頭下落到井底后，卷揚機滾筒開始正轉(zhuǎn)，到鋼繩拉緊沖擊鉆頭時鋼繩的長度值）來實現(xiàn)，見圖1。

圖一 沖擊鉆進示意圖

　　在沖擊開始前，首先設(shè)置沖擊鉆頭沖擊時的沖程長度L和鋼繩 的松馳量S；然后由微機發(fā)出閉合液壓離合器的控制們號，使卷揚機滾筒開始正轉(zhuǎn)，并記錄下滾筒開始正轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)角位置；在滾筒轉(zhuǎn)動的過程中，微機不斷采集和記錄滾筒轉(zhuǎn)角的位置信號；當鋼繩拉緊沖擊鉆頭時微機將此時的滾筒 轉(zhuǎn)角位置信號與滾筒 開始正轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)角位置信號相比較，得出鋼繩的實際松馳量E；將鋼繩的實際松馳量E與設(shè)定值S相比較，用其差值修正和控制本次沖擊時的鉆頭提升高度H；當提升鉆頭的高度過到H值時，微機發(fā)出打開液壓離合器信號；離合器打開后，滾筒在沖擊鉆頭訓擊時所設(shè)置的沖程長度L時，微機又重新發(fā)出離合器閉合信號，開始下一次自動沖擊的控制。
　　3 硬件的構(gòu)成和軟件的設(shè)計
　　鉆機提升沖擊鉆頭時的提重信號是通過交流互感器檢測電機的電流變化得到的，通過檢測電機空載和提升鉆壯頭時的電流變化，再通過可調(diào)閥值電路，發(fā)出對應(yīng)電機空載和提重的高低電平信號，作為微機的一個中斷控制。
　　卷揚機的轉(zhuǎn)角位置信號和正反轉(zhuǎn)信號是采用兩個磁電傳感器的檢測固定有滾筒軸上帶等分磁鐵的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角得到了的，通過轉(zhuǎn)換電路按兩個傳感器檢測信號的撫后和間隔，得到轉(zhuǎn)角的脈沖信號和正反轉(zhuǎn)信號，兩信號分別送到微機的計數(shù)口和中斷控制口/
　　滾筒的思轉(zhuǎn)動和停止是采用微機輸出信號，經(jīng)固態(tài)繼電器和電磁換向閥后直接控制液壓離合器的通斷來實現(xiàn)。
　　此外，系統(tǒng)還沒有沖程L和松馳量S的輸入和顯示電路。為了防止外界環(huán)境對系統(tǒng)的干擾，在輸入和輸出電咱與微機間增設(shè)了光電隔離接口電路，同時系統(tǒng)還設(shè)置了一組發(fā)光二極管，用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，監(jiān)測系統(tǒng)的工作情況。
　　軟件的設(shè)計分為以下幾個模塊：
　　系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊；用于進第系統(tǒng)參數(shù)的初始化，并可以按鉆并工況設(shè)置沖程L和松馳量S。
　　中斷1模塊：用于獲取實際松馳量E。當閉合液壓離合器，卷揚機正轉(zhuǎn)進，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)角脈沖信號口讀入轉(zhuǎn)角脈沖信號，累加求和后存入實際松馳量E的存信單元。
　　中斷2模塊：按實際松馳量E和設(shè)定值S的差值修正沖擊鉆頭的提升高度值，控制本次沖擊時的提升高度。
　　中斷3模塊：按沖程L控制沖擊鉆頭的下落高度。
　　在軟件設(shè)計上，還采用了如下抗干擾措施：（1）為了防止系統(tǒng)跑飛，在系統(tǒng)監(jiān)控程序中每隔幾行都增設(shè)跑飛陷井，當系統(tǒng)跑飛進入到跑飛陷井后，都跳入到跑飛處理模塊，重新由參數(shù)存信單元讀取設(shè)定值和中斷標志，按系統(tǒng)工作善重新執(zhí)行相應(yīng)的操作；（2）輸出控制信號時，采用重復多次輸出控制信號的方式，防止因干擾導致系統(tǒng)失控；（3）當微機收到提重信號進入中斷2模塊后，系統(tǒng)啟動時鐘計數(shù)器，當時鐘計數(shù)器過到預定的時間后，如果系統(tǒng)還沒有退出中斷2模塊，系統(tǒng)將自動發(fā)出打開液壓離合器的信號，退出沖擊工作狀態(tài)，以防止系統(tǒng)工作失靈，造成嚴重事故，此外，當系統(tǒng)正常退出工作狀態(tài)時，為了防止鋼繩松馳過量造成滾筒上排繩的混亂，系統(tǒng)的正常退出是在鋼繩拉緊鉆頭發(fā)出提重信號時進行。
　　目前，微機控制自動沖擊系統(tǒng)已經(jīng)在試驗室內(nèi)卷揚機沖擊機構(gòu)上，采用單板機控制獲得成功。試驗證明，系統(tǒng)能夠按照給定的沖程L和松馳量S進行正常工作，滿足了沖擊鉆進的要求。