Was ist das Funktionsprinzip des Führungssystems eines Richtbohrers?

1. Sensormessung
Messparameter: Die Sensoren im Führungssystem sind hauptsächlich für die Messung verschiedener Schlüsselparameter der Bohrkrone während des Bohrvorgangs verantwortlich, darunter die Position, Neigung und Azimut der Bohrkrone. Diese Parameter sind entscheidend für die genaue Steuerung der Bohrbahn. Beispielsweise kann der Positionssensor die Koordinatenposition der Bohrkrone im dreidimensionalen Raum bestimmen, der Neigungssensor kann den Neigungswinkel der Bohrkrone relativ zur vertikalen Richtung messen und der Azimutsensor dient zur Bestimmung der Vorwärtsrichtung Winkel des Bohrers.
Messprinzip: Unterschiedliche Sensortypen nutzen unterschiedliche Messprinzipien. Zu den gängigen Positionssensoren gehören Sensoren, die auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion basieren und die relative Position zwischen der Bohrkrone und dem Bodenbezugspunkt durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Feldsignale bestimmen. Neigungssensoren nutzen im Allgemeinen das Prinzip der Erdbeschleunigung, um die Neigung zu berechnen, indem sie die Komponenten der Schwerkraft in verschiedenen axialen Richtungen des Sensors messen. Azimutsensoren verwenden meist geomagnetische Sensoren oder Gyroskope. Geomagnetische Sensoren bestimmen den Azimut, indem sie das Erdmagnetfeld erfassen, während Gyroskope das Prinzip der Drehimpulserhaltung nutzen, um die Winkelgeschwindigkeit der Objektrotation zu messen und so den Azimut zu bestimmen.
2. Datenübermittlung und -verarbeitung
Datenübertragung: Die vom Sensor gemessenen Parameterdaten müssen zeitnah und genau an den Bodencontroller übertragen werden. Zur Datenübertragung werden in der Regel drahtlose oder drahtgebundene Verfahren eingesetzt. Die drahtlose Übertragung bietet den Vorteil einer hohen Flexibilität und keinerlei Einschränkungen bei Kabeln. Die Daten werden über drahtlose Signale an das Bodenempfangsgerät gesendet. Die kabelgebundene Übertragung zeichnet sich durch eine stabile Datenübertragung und eine starke Entstörungsfähigkeit aus. Für die Verbindung des Sensors mit dem Bodencontroller werden in der Regel Kabel verwendet, um eine zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten.
Datenverarbeitung: Nachdem der Bodencontroller die Daten vom Sensor empfangen hat, verarbeitet und analysiert er die Daten. Zunächst werden die Daten gefiltert und kalibriert, um Rauschstörungen und Fehler zu entfernen und die Genauigkeit der Daten zu verbessern. Anschließend werden anhand der voreingestellten Bohrbahn und der aktuellen Bohrparameter mithilfe professioneller Softwarealgorithmen die Daten berechnet und verglichen, um den Abweichungswert zwischen der tatsächlichen Position des Bohrers und der vorgegebenen Bahn zu ermitteln.
3. Kontrolle und Anpassung der Flugbahn
Generierung von Steueranweisungen: Entsprechend dem durch die Datenverarbeitung erhaltenen Abweichungswert generiert der Controller entsprechende Steueranweisungen. Mithilfe dieser Anweisungen wird die Bohrrichtung des Bohrers angepasst, sodass der Bohrer zur vorgegebenen Flugbahn zurückkehren kann. Die Steueranweisungen umfassen die Anpassung von Parametern wie Schubkraft, Drehmoment und Drehwinkel der Bohrstange, um eine präzise Steuerung der Bohrkronenlage zu erreichen.
Aktuatorreaktion: Die generierten Steueranweisungen werden über Aktuatoren wie hydraulische oder elektrische Systeme an verschiedene Komponenten der Bohranlage übertragen und treiben die Bohrstange und den Bohrmeißel an, um entsprechende Aktionen auszuführen. Wenn beispielsweise die Neigung des Bohrmeißels angepasst werden muss, erhöht oder verringert der Aktuator den Schub der Bohrstange in vertikaler Richtung entsprechend den Anweisungen zum Kippen des Bohrmeißels nach oben oder unten. Wenn der Azimut geändert werden muss, wird die Bohrstange gedreht, um die Vorwärtsrichtung des Bohrers anzupassen. Durch kontinuierliche Messung, Übertragung, Verarbeitung und Einstellung kann das Führungssystem den Bohrer präzise steuern, um entlang der vorgegebenen Flugbahn in Echtzeit zu bohren und so sicherzustellen, dass die Genauigkeit und Qualität der Bohrung den technischen Anforderungen entspricht.