Устройство для регулирования режима бурения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА БУРЕНИЯ, содержащее исполнительный механизм и датчик вибраций, включа ющий корпус, в котором расположен на упругих элементах вибрационный элемент, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, оно снабжено жестко закрепленным в корпусе гидрораспределителем, ролик золотника которого установлен с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью .вибрационного элемента/ выполненного в виде однополостнрго гиперболоида, при этом гидрораспределитель соединен маслопроводе соответственно с напор-, ной магистралью гидросистемы и испол-ф нительным механизмом. (Л ел со 4

С0103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Е 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3380702/22-03 (22) 15 ° 01.82 (46) 07.12.83, Бюл. 945 (72) П.A.Áðàãèí и iB.A.Êàðàâàåâ (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов (53) 622 ° 241 (088.8) (56) 1. Буткин В.Д ., Жуковский А.A.

Система автоматического управления процессом шарошечного бурения.- Горный журнал, 1972, 99 с. 59-62.

2.Марасанов Ю.П.и др,Автоматичес-: кая стабилизация уровня вибрации буровых станков.-Известия вузов, Горный журнал, 1973, 9 2, с. 64-68.

„„Я0„„1059147 А (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

РЕЖИМА БУРЕНИЯ, содержащее испслнительный механизм и датчик вибраций, включающий корпус, в котором расположен на упругих элементах вибрационный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, оно снабжено жестко закрепленным в корпусе гидрораспределителем, ролик золотника которого установлен с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью ,вибрационного элемента, выполненного в виде однополостного гиперболоида, при этом гидрораспределитель соединен маслопроводом соответственно с напорной магистралью гидросистемы и испол-Е нительным механизмом.

147 1 1059

Изобретение относится к .горной промышленности, а именно к буровым станкам, использующим шарошечный буровой инструмент.

Известна система управления шароа шечными атанками Режим-28M . В 5 канал управления осевым усилием входят регулятор давления, усилитель и датчик давления, образующие замкнутый контур регулирования давления и цилиндрах подачи. Задающими воздей- (0 ствиями канала являются сигнал ручной установки и сигнал, обратное пропорциональной скорости подачи, подаваемые на вход усилителя. Сигнал, обратно пропорциональный скорости подачи, образуется путем нелинейного преобразования в блоке сигнала, сниМаемого с датчиков скорости подачи. Канал управления числом оборотов долота сос.тоит из двигателя постоянного тока, 2О силового магнитного усилителя и промежуточного магнитного усилителя, охваченных отрицательной обратной связью. Частота вращения долота изменя ется пропорционально Скорости подачи.25

Блок токоограничения состоит из двух подблоков: один воздействует на регулятор скорости вращения, другой - на регулятор осевого усилия.

Если ток якоря двигателя превышает допустимое значение, то оба регулятора вступают в действие и уменьшают .усилие на забой и число оборотов долота. Уменьшение осевого усилия поз- . воляет снизить нагрузку на двигатель постоянного тока беэ остановки вращения.

Контур защиты от вибраций состоит из датчиков вибраций, измеряющих амплитуду или ускорения вибрационных колебаний,.и усилителя, посылающего 4() сигнал на вход регулятора скорости вращения. Если параметры вибрации превышают.допустимые значения, число оборотов. снижается.

Защита от зашламования состоит 45, иэ датчика давления воздуха (подавае. мого системой воздухообеспечения), посылающего электрический сигнал через масштабный блок на вход системы подачи. Если давление воздуха превысит допустимое значение, скорость и усиление подачи уменьшаются, а число оборотов долота возрастает, что должно улучшать очистку скважины от шла3%k (1) °

Н, более близким к изобретению по 55 технической сущности и достигаемому результату является,устройство для регулирования режима бурения, содер" жащее исполнительный механизм и датчик вибраций, включакщий корпус, в 60 котором расположен на упругих элементах вибрационный элемент Г23.

Однако для известного устройства .характерны недостаточно высокая надежность в работе и сложность. 65

Целью изобретения является упрсше- ние конструкции и повышение надежности °

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования режима бурения, содержащее исполнительный механизм и датчик вибраций, включающий корпус, в котором расположен на упругих элементах вибрационный элемент, снабжено жестко закрепленным в корпусе гидрораспределителем, ролик золотника которого установлен с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью вибрационного элемента, выполненного в виде однополостного гиперболоида, при этом гидрораспределитель соединен.маслопроводом соответственно с напорной магистралью гидросистемы и исполнительным механизмом.

На чертеже показана схема устройства для регулирования режимом бурения.

Устройство состоит иэ датчика 1 вибраций, содержащего колеблющийся элемент 2, выполненный в виде однополостного гиперболида и установленный в корпусе 3 на упругих элементах

4. На корпусе 3 датчика 1 закреплен золотниковый гидрораспределитель 5, золотник 6 которого снабжен роликом

7. Гидроцилиндр 8 управления регулятором 9 числа оборотов долота соединен с золотниковым гидрораспределителем 5 посредством маслопровода 10.

Напорная полость 11 гидроцилиндра 8 соединена " маслобаком при помощи маслопровода 12 и дросселя 13. Шток гидроцилиндра 8 соединен с регулято" ром 9 числа оборотов долота посредством, например, зубчатой передачи (рейка - шестерня) . Ытоковая полость

14 пневмоцилиндра 15 управления гидродросселем 16 осевого давления на забой соединена с пневмосистемой очистки скважины посредством воздухопровода 17„ а шток 18 соединен с гидродросселем 1б также поередством зубчатой пары (рейка «шестерня) .

Шток 18 снабжен регулировочным -винтом

19 с контргайкой 20. С напорной магистралью сидросистемы золотник 5 соединен с помощью маслопровода 21.

Устройство работает .следующим образом.

Перед началом бурения машйнисту бурового станка вручается технологическая карта, в которой указывается крепость пород и рекомендуемые режимы бурения. Допустим, что породы поз воляют использовать максимальные осевое усилие,и число оборотов долота.

После того„ как машинист произвЕдет забуривание,он вручную устанавливает максимальное осевое усилие и число .оборотов долота, включает устройство регулирования и управления режимами бурения и начинает бурить . Далее про1059147 цесс регулирования и управления происходит автоматически следующим образ ом.

В процессе бурения в случае попадания на более твердые породы, но не по всей плоскости забоя, возникают 5 вибрации с увеличенной амплитудой .

В.этом случае колеблкщийся элемент

2, поднимаясь Или опускаясь, боковой поверхностью нажимает на ролик 7, который передает усилие золотнику 6. 10

Последний, перемещаясь в направлении от датчика, соединяет напорный маслопровод 21 с трубопроводом 10 и далее с цилиндром 8, поршень которого под . действием давления двигается вперед, 5 и так как его шток находится в зацеплении с регулятором 9 числа оборо- . тов, то последний поворачивается, уменьшая число оборотов долота.. уменьшение числа оборотов происходит .. до тех пор,- пока амплитуда колебаний не достигнет допустимоэр. (установленного) предела. В случае достижения установленного предела амплитуды или исчезновения вибрации возвратная пру-. 5 жнна возвращает поршень в исходное положение,при этом число оборотов долота возрастает и достигает максимального своего значения.

При движении поршня в исходное положение масло, находящееся в пора- Зо невой полости, через дросселирукщее устройство 13 вытекает в маслобак.

При этом осевое усилие остается максимальным толвко до установленного числа оборотов. Это достигается сле- 35 дующим образом. При возникновении вибрации s первую очередь уменьшается число оборотов, допустим от 150 до

50 об/мин, и если вибрация бурового става ие уменьшается, а возрастает, 40 то тогда начинается уменьшение осевого усилия. Ниболее рациональной схемой для данного устройства является .гидроцилиндр 8 и пневмоцилиндр 15, установленные на общей раме таким об- ц разом, чтобы их штоки находились на одной оси. При выдвижении штоков гидроцилиндра 8 обороты долота уменьшаются, а пневмоцилиндра 15 - возрас-. тает осевое усилие. Допустим, что нам необходимо настроить устройство. регулирования и управления таким образом, чтобы при снижении числа оборотов с 150 до 50 об/мин началось уменьшение осевого усилия. Это достигается регировочн, винтом 19. Завинчивая 55 или отвинчивая винт 19, добиваются соприкосновения его и штока гидроцилиндра 8 в тот момент, когда число оборотов (в минуту) равно 50. В этом случае дальнейшее снижение оборотов 60 происходит с одновременным снижением усилия на забой до прекращения вибраций . Восстановление максимальных оборотов долота и осевого усилия производится возвращением поршней цилинд- 65 ров управления в исходное положение с помощью возвратных пружин.

Для предохранения долота от зашламововывания служит пневмоцилиндр 15.

Наиболее эффективным способом предотвращения забивания долота является уменьшение осевого усилия с одновременным увеличением числа оборотов долота. Этому требованию удовлетворявт предложенное устройство, в котором шток пневмоцилиндра 15 находится в зацеплении. с гидродросселем 16 давления на забой, а штоковая полость соединена с системой воэдухоснабжения..

При зашламовывании долота давление сжатого воздуха в системе воздухоснабжения начинает повышаться, при этом поршень пневмоцилиндра 15 начинает перемещаться по цилиндру, увлекая за собой шток, находящийся в зацеплении с гидродросселем 16. Последний уменьшает давление (вплоть до полного его снятия) на забой до тех пор, пока не произойдет самоочистка долота. Если число оборотов до начала зашламования не было максимальным из-за вибрации, то с уменьшением осе вого усилия или полного его снятия .вибрации обязательно исчезает и обо роты возрастают до максимума.

Жесткость возвратной пружины пневмоцилиндра выбирается таким образом,что прн нормальном давлении воздуха на забой поршень находится в исходном положении (в крайнем левом по чертежу) .Конструктивные особенности станков шарошечного бурения таковы, что воэможности системы воэдухоснабжения по давлению превышают давление, необходимое для очистки скважин, в

2-3 раза. Поэтому чувствительность системы управления достаточно высока„ а работа ее надежна.

При выборе формы колеблкицегося: элемента 2 принята форма однополостного гиперболоида,так как такая фОрма боковой поверхности его обеспечивает плавный переход и взаимодействие золотника 6 гидрораспределителя 5 при перемене направления движения колеблкнцегося элемента 2 °

При прямолинейной поверхности колеблнщегося элемента 2, выполненного в вида соединенных малыми основаниями двух усеченных конусов, происходит стук ролика 7 золотника 6 при проходе его через нулевое положение (работает с шумом) °

Наибольшая долговечность достигается при форме боковой поверхности колеблкщегося элемента в виде однополостного гиперболоида.Чувствительность таким датчиков достаточно вЫ. сока и зависит от давления масла в маслопроводе 21 (кг/см2), пропускной способности гидрораспределителя 5 (л/мин), диаметра гидроцилиндра 8 исполнительного механизма (мм),фор1059147

Составитель: И.Карбачинская

Редактор И.Николайчук Техред С.Мигунова Корректор И Муска

«»Ю» Ь

Заказ 9776/32 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного ксмитета CCCl? по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д.4/5 »

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектаня, 4 мы отверстий входного и выходного маслопроводов 21 и 10, выполнениых. непосредственно .в корпусе гидрораспределителя (наиболее выгодна квадратная, прямоугольная) .

Для более чувствительной работы датчика 1 диаметр гидроцилиндра 8.. должен быть по воэможности максимально.меньшим, давление в маслопроводе

21 и пропускная способность гидрораспределителя 5 — большими. 10

Так, при диаметре поршня гидроцилиндра 8 11,3 мм, давлении в маслопроводе 21 5 кгс/см>, пропускной способнОсти гидрорасйределителя 5

18 л/мин и отклонении колеблющегося 15 элемента 2 на 5 мм от нулевого положения,обороты бурового става снижаются в течение 1 с от 150 до

30 об/мин, т.е. практически мгновенно. 20

Чувствительность датчика 1 от величины амплитуды зависит от расстояния ролика 7 золотника 6 до взаимодействующей с ним боковой поверхности колеблющегося элемента 2. 25

Так, при его плотном прилегании и квадратйомотверстии входного маслопроного канала 21 и выходного маслопровода 10, при отклонении колеблкщегося элемента 2 на 1,2 мм при том же давлении, расходе масла и диаметре гидроцилиндра 8, обороты бурового става снижаются от 150 до 107 об/мин, что вполне удовлетворяет условиям эксплуатации бурового оборудования. 35

ЧувствитеЛьность датчика 1 от частоты колебаний зависит при постоянной жесткости возвратной пружины гидроцилиндра 8 от пропускной способности дросселя 13 гидроцилиндра 8, которая подбирается в зависимости от вяз- кости масла и диаметра гидроцилиндра

8 такой, чтобы возврат поршня в исходное положение происходил в течение

1-2 c..

Предложенная система значительно проще, эффективнее и надежнее в работе. Такое выполнение системы регулирования и управления режимами бурения позволяет изготавливать ее в условиях прииска, карьера, рудника или комбината силами своих механических мастерских с незначительными ма;териальными и трудовыми затратами, производить ревизию, наладку при проведении плановопредупредительных работ силами буровой бригады или экипажа, а в условиях разработки вечномерзлых россыпей, где горные породы представлены крупнообломочным материалом (валуны, галька, щебень, гравий), сцементированным песком, илом, глиной и льдом, повысить производительность шарошечных станков на 2030%, а надежность в работе в 2-5 раз.

Экономический эффект от использоBcLHHH изобретения составит 25-40 тыс. руб. в год на один станок.

Кроме того, Установка тахогенератора в маслопроводе позволит регистрировать структуру массива пород по сечению, что очень важно при ведении вэрывных работ.

Использование данной системы нетребует высокой квалификации специалистов.