Гидропривод вращательно-подающего механизма бурильной машины

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к гидроприводам вращательно-подающих механизмов бурильных машин. Цель - повышение производительности механизма за счет повышения точности поддержания заданного режима работы гидропривода. Гидропривод вращательно-подающего механизма содержит гидромотор /ГМ/ 5 привода вращения, гидроцилиндр 6 подачи, насос 2, регулируемый дроссель 9, регулятор 10 потока и нормально открытый клапан (К) 12 разности давлений. Напорная магистраль (НМ) 3 насоса 2 сообщена со штоковой полостью 8 гидроцилиндра 6. Вход ГМ 5 связан с НМ 3 через дроссель 9. Поршневая полость 7 гидроцилиндра 6 через регулятор 10 потока связана с НМ 3, а через К 12 - со сливной магистралью 4. Полости управления К 12 сообщены соответственно с входом и выходом дросселя 9. При изменении нагрузки на ГМ 5 изменяется давление в НМ 3 и как следствие расход рабочей жидкости через К 12 и скорость подачи. В результате изменяется также расход рабочей жидкости, поступающей из штоковой полости 8 гидроцилиндра 6 в НМ3. ЭТО УМЕНЬШАЕТ ДИАПАЗОН КОЛЕБАНИЯ ПОДАЧИ НАСОСА 2 В ПЕРЕХОДНОМ РЕЖИМЕ И ВРЕМЯ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА. 3 ИЛ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 С 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4421621/23-03 (22) 05.05.88 (46) 23.08.90. Бюл. В 31 (71) Институт горного дела им А.А.Скочинского (72) С.В Блюмин и М,М.Авербух (53) 622.233,5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1181557, кл. Е 21 С 5/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР

9 846722, кл Е 21 С 5/16, 1979. (54) ГиДРОпРиВОД ВРАЩАтельнО-пОДАю111ЕГО МЕХАНИЗМА БУРИЛЬНОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к горной промьппленности, а именно к гидраприводам вращательно-подающих механизмов бурильных машин. Цель — повыше- ние производительности механизма за счет повышения точности поддержания заданного режима работы.гидропри-вода, Гидропривод вращательно-подающего механизма содержит гидромс.тор (ГМ) 5 привода вращения, гидроци75.

„.,SU„„1587186 . А1

2 линдр 6 подачи, насос 2, регулируемый дроссель 9, регулятор 10 пото- ка и нормально открытый клапан (К)

12 разности давлений. Напорная магистраль (НМ) 3 насоса 2 сообщена со штоковой полостью 8 гидроцилиндра 6.

Вход ГМ 5 связан с HN 3 через дроссель 9. Поршневая полость 7 гидроцилиндра 6 через регулятор 10 потока связана с НМ 3, а через К 12 — co сливной магистралью 4о Полости управления К 12 сообщены соответственно с входом и выходом дросселя 9,При изменении нагрузки на ГМ 5 изменяется давление в НМ 3 и как следствие расход рабочей жидкости через К 12 и, скорость подачи. В результате измеI няется также расход рабочей жидкости, поступающей из штоковой полости 8 гид-. роцилиндра 6 в НМ 3 Это уменьшает диапазон колебания подачи насоса 2 в переходном режиме и время переходного процесса. 3 ил.

7186

3 158

Изобретение относится к горной ромьппленности, а именно к гидропри одам вращательно-подающих механизМов бурильных машин, Цель изобретения " увеличение производительности вращательно-подающего механизма за счет повышения точности поддержания заданного режима ,работы гидропривода.

На фиг.l приведены основные элементы и линии связи предлагаемого гидропривода, обеспечивающие процесс бурения с автоматическим регулированием режима подачи, поддерживающего ,постоянным момент и частоту вращения

:инструмента; на фиг 2 и 3 — примеры выполнения предлагаемой конструкции гидропривода применительно к буриль уой машине, содержащие дополнитель,ные элементы для выполнения необхо,димых вспомогательных операций.

Гидропривод вращательно-подающего механизма содержит .гидробак 1, регу лируемый насос 2 постоянного давле ния, напорную 3 и сливную 4 магист рали, гидромотор 5 вращения инструмента, гидроцилиндр 6 с поршневой 7 и штоковой 8 рабочими полостями, регулируемьп дроссепь 9, установленный последовательно с гидромотором 5, регулятор 10 потока (дроссель с регулятором), установленный на входе в поршневую полость 7 гидроцилиндра

6 подачи, отдельную гидролинию 11, сообщающую поршневую полость 7 гидроцилиндра подачи 6 со сливной магистралью 4, двухлинейный нормально открытый пружинный гидроклапан 12 раз ности давлений (гидроклапан дифференциального давления) с полостями 13 и

14 управления (пружинная), гидролинии 15 и 16 управления, сообщающие соответственно полости 13 и 14 управления с выходом и входом регулируемого дросселя 9. Штоковая полость 8 гидроцилиндра 6 подачи постоянно сообщена с напорной гидролинией 3 и входом гидромотора 5. Регулируемый дроссель 9 (фиг.l) может быть установлен не перед входом гидромотора 5, а за его выходом, на сливной гидролинии

Гидромотор нереверсивный, так как реверс гидромотора не требуется по технологии работы бурильной машины, Гидропривод (фиг 2) содержит трехпоэиционный четырехлинейыл гидрораспределитель 17 с рабочими отводами

18 и 19 и обратный гидроклапан 20 на отводе 18. После гидроклапана 20 отвод 18 разветвляется на отвод 21, 5 . ведущий к входу регулируемого дросселя 9 через дроссель 22, и отвод 23, ведущий через еще один четырехлинейный двухпозиционный гидрораспределитель 24, а именно через его подвод

25 и отвод 26 — к штоковой полости

8 гидроцилиндра 6 подачи. Отвод 19 через другой подвод 27 гидрораспределителя 24 и отвод 28 сообщен с точкой 29 разветвления гидролиний. Точка 29 сообщена гидролинией 30 с вхо.дом регулируемого дросселя 9, причем на гидролинии 30 установлен обратный гидроклапан 31 Кроме того, точка 29 сообщена гидролинией 32 с поршневой полостью 7 гидроцилиндра 6 подачи, причем на гидролинии 32 установлен регулятор

10 потока, Пары гидролиний подвод- отвод гидрораспределителя 24 сообщены обводными гидролиниями 33 (для пары 27 и

28) и 34 (для пары 25 и 26) с установленными на них дросселями 35 и 36 соответственно, Предохранительный гидроклапан

37 является аварийным.

Гидропривод(по фиг. 3) отличается от гидропривода(по фиг.l)наличием трехлинейного трехпозиционного гидро" распределителя 38 с двумя отводами

39 и 40. Отвод 39 разветвляется на гидролинию 41, сообщенную через дрос" сель 42 с входом регулируемого дросселя 9, и гидролинию 43, сообщенную со штоковой полостью 8 гидроцилиндра

6 подачи. Отвод 40 так же, как и от40. вод 28 (фиг 2), разветвляется в точке 29 на гидролинию 30 с обратным гидроклапаном 31 и гидролинию 32 с регулятором 10 потока, Гидролиния

41 за дросселем 42 и гидролиния 40

45 снабжены гидролинией 44 с установлен" ным на ней дросселем 45, В конструкции имеется также двухлинейный двухпозиционный гидрораспределитель 46 на гидролинии 47, сообщающей поршневую полость 7 гидроцилиндра подачи

6 со сливной магистралью 4. Гидроэлементы 11 — 16 идентичны показанным.на фиг 2.

Во всех выполнениях конструкции. штоковая полость 8 гидроцилиндра 6 подачи постоянно сообщена с входом регулируемого дросселя 9.

Гидропривод работает следующим образом.

° Насос 2 устроен таким образом, что при отсутствии давления в напорной полости гидропривода он обеспечивает максимальную подачу. При повышении давления chepx определенного значения (выше давления настройки или точки перегиб.а расходной характеристики насоса) подача насоса снижается до нуля, зависимость ее от давления практически линейная и изменение давления от точки перегиба характеристики до максимального значения является незначительным. При давлении от действия нагрузки на гидромотор 5, меньшем давления настройки, подача насоса 2 является практически постоянной и равной максимальному значению, При подаче инструмента на забой (бурении, например) шток гидроцилиндра 6 подачи выдвигается. В этом случае сила, создаваемая давлением в поршневой полости 7 на поршень, больше силы от давления в штоковой полости 8. Давление в штоковой полости 8 равно давлению в напорной магистрали 3, т.е. практически постоянно,При уменьшении давления в поршневой полости 7 ниже определенного уровня, которое назовем критическим давлением, сила на шток от давления со стороны поршневой полости 7 становится меньшей, чем противоположная сила (от давления в штоковой полости 8), и шток начинает. втягиваться, т.е. отводить инструмент от забоя.

Регулятор 10 потока настраивает-, ся при наладке гидропривода на максимально необходимый расход для осуществления подачи с максимальной скоростью Обычно этот максимальный расход составляет 5-15Х от потока жидкости, необходимого для вращения гидромотора 5. В дальнейшем настройка регулятора 10 потока и, следовательно, пропускаемый через него поток жидкости не изменяется, Максимально возможное давление в поршневой полости 7 практически равно давлению в напорной магистрали 3, отличаясь от него на 0,3 — 9,5 МПа — величину потерь давления в регуляторе 10 потока,. максимальное давление близко к давлению в спивной магистрали 4.

Рабочая площадь со стороны штоковой полости 8 гидроцилиндра 6 подачи выбирается из условия создания достаточного усилия при отводе инструмен1587186

6 та от забоя Обычно оно в 2-4 раза меньше максимального усилия подачи, поэтому рабочая площадь штоковой полости меньше рабочей площади поршневой полости в 3 — 5 раз. Соответственно, меньшими в сравнении с потоком жидкости-через регулятор 10 потока являются максимальные потоки жидкости, вытесняемые иэ штоковой полости 8 в напорную магистраль 3 в процессе бурения при подачи инструмента на забой и поступающие в штоковую полость из напорной магистрали при отводе инструмента в процессе автоматического режима бурения.

Эти потоки жидкости определяют колебание расхода через гидромотор 5 при неизменной подаче насоса 2.

20 Давление в поршневой полости 7, а следовательно, направление и скорость движения инструмента регулируются гидроклапаном 12 разности дав" лений. Гидроклапан является нормально открытым, т.е. при отсутствии давления проход через клапан полностью открыт. При росте перепада давления между полостями 14 и 13 управления затвор гидроклапана начинает перекрывать дросселирующую щель в сливную магистраль 4 и при достаточно большом значении. перепада давления (обычно 0,5-0,8 МПа) может полностью ее перекрыть. Уменьшение дросселирующей щели ведет к увеличению скорости подачи инструмента.

Процесс автоматического регулирования состоит в следующем (фиг.l).

При установившемся режиме работы, ког;, 40 да скорость подачи инструмента меньше максимальной (какая-то средняя оптимальная величина), давление в напорной магистрали З,близко к максимальному давлению насоса 2. Сливаемый через гидроклапан 12 поток жидкости отличен от нуля и определяется перепадом давлений на регулируемом дросселе 9, настройкой пружины и характеристикой гидроклапана 12. Скорость подачи определяется разностью расхода жидкости через регулятор 10 потока и гидроклапан 12.

Снжкение нагрузочного момента на гидромоторе 5 о сравнению с первоначальным значением приводит к сниже-. нию давления у входа насоса 2 и уве-! личению подачи .насоса 2 в соответствии с его расходной характеристикой

Увеличение потока жидкости через ре158? 186

;гулируемый дроссель 9 повышает пере;пад давления на нем, затвор гидрокла,пана 12 прикрывает дросселирующую

,щель в сливную магистраль 4, скорость . и усиление подачи инструмента увели-.

5 чиваются до тех пор, пока момент на гидромоторе не возрастет до нового установившегося з начения, близ кого к

:первоначальному, При этом, так как ( дроссельная щель гидроклапана 12 npuIêðûòà больше чем вначале, перепад дав ления (и пуопускаемый поток жидкости на регулируемом дросселе 9) должен быть, соответственно, чуть большим, чем первоначальный.

Увеличение скорости подачи инструмента увеличивает поток жидкости, который вытесняется из штоковой по ласти 8 гидроцилиндра 6 и добавляет; ся к части подачи насоса, проходя щей через регулируемый дроссель 9, I т е. изменение подачи. насоса 2 для, получения нового установившегося ре, жима подачи инструмента может быть 25, значительно уменьшено за счет подбо pa параметров гидроцилиндра 6 пода чи, настройки регулятора 10 потока, регулируемого дросселя 9 и гидроклапана 12.

Уменьшение необходимого изменения колебания подачи насоса 2 в процессе регулирования повьппает устойчивость процесса, так как из-за различия в быстродействии гидроцилиндра 6 с ин- 35 струментом и регулятора подачи насоса 2 имеется перерегулирование па моменту на гидромоторе 5,и, как следствие, повышение .колебательности системы, Применение предложенного гидро- 40 привода уменьшает время переходного процесса, повышает эффективность системы (улучшаются показатели надежности, повышается производительность машины, в которой использован гидро- 45 привод).

Повышение нагрузочного момента на гидромоторе 5 по сравнению с первоначальным значением ведет к увеличению давления на выходе насоса 2 и, соответственно, к уменьшению потока жидкости через дроссель 9, к увели.чению дросселирующей щели в гидроклапане 12, уменьшению скорости подачи инструмента и соответствующему уменьшению нагрузочного момента на гидромоторе 5 до значения, близкого .первоначальному (несколько большего первоначального), И в этом случае необходимое снижение перепада давления на драсселе 9 частично обеспечиваЬтся уменьшением потока жидкости, вытесняемого из гидроцнлиндра 6 подачи. Колебание необходимого изменения подачи насоса 2 в этом случае меньше, чем в известных устройствах.

Соответственно меньшими являются описанные негативные явления в процессе регулирования, повышается устойчивость и эффективность системы.

В случае, если снижение скорости подачи не уменьшает нагрузочный момент на гидромоторе 5, может произойти остановка подачи инструмента (в этом случае в поршневой полости 7 гидроцилиндра 6 критическое давление) или даже реверс ега, что ведет к необходимому снижению нагрузочного момента после проработки материала в скважине (забое)..

Гидропривады (фиг,2 и 3) обеспе" чивают автоматический режим бурения, эабуривание, быстрый реверс (отвод инструмента от забоя) и режим "Стоп".

При забуривании скорость подачи должна быть в 3 — 6 раз меньше максимальной, частота вращения инструмента также меньше в 2 - 4 раза. При реверсе скорость отвода инструмента должна быть в 2 — 4 раза больше максимальной скорости подачи, при этом должно сохраняться вращение инструмента в ту же сторону, что и при бурении, но с меньшей частотой, такой же как и при забуривании

В конструкции (фиг2) режим "Стоп" обеспечивается при средней позиции гидрораспределителя 17о В режимах

"Бурение" и "Забуривание" гидрораспределитель 17 установлен в правую позицию (патоки жидкости направлены так, как показано на правой клетке иэображения гидрораспределителя 17).

Гидрораспределитель 24 в режиме

"Бурение" установлен в позицию, указанную на фиг.2 ° Рабочая жидкость от насоса 2 поступает к точке 29, там поток делится, часть потока идет через регулятор 10 потока, основная часть потока поступает через дроссель 9 в гидромотор 5 Из штоковой полости 8 жидкость поступает к регулируемому дросселю 9 через дросссель

22 Гидроклапан 20 предотвращает слив жидкости в спивную магистраль 4 через гидрораспределитель 17.

l587l86 э .1-.

При режиме "Забуриванне гидрораспределитель 24 переводится в другую

I позицию, поступление жидкости к точке 29 и из штоковой полости 8 происходит через дроссели 35 и 36 соот- . ветственно, что снижает значение потоков жидкости и обеспечивает пеобходимые скорости подачи и вращения инструмента. Здесь также обеспечива- 10 ется режим автоматического поддержания момента и частоты вращения гидромотора, линия 16 управления гидроклапана 12 сообщена с входом дросселя 35, и необходимый перепад дав" ления для срабатывания гидроклапана

12 обеспечивается при значительно меньшем расходе через гидромотор 5 главным образом за счет перепада давления на дросселе 35 (При режиме

"Бурение" перепад давления на дросселе 35 незначителен, давление на входе дросселя 35 практически равно давлению в точке 29).

При режиме "Быстрый реверс" гидрораспределитель 17 установлен в левую позицию, гидрораспределитель 24 находится в той же позиции, что и при бурении, Подача насоса 2 поступает через гидроклапан 20 свободно в штоковую полость 8 и через дроссель 22 — к гидромотору 5 ° При этом расход через гидромотор 5 уменьшен, Гидроклапан 31 предотвращает поступ35 ление подачи насоса 2 к регулятору

10 потока, вход которого сообщен со сливом через гидрораспределитель 17.

Жидкость, вытесняемая иэ поршневой полости 7, поступает в сливную маги- 4 страль 4 через гидроклапан 12, который открыт, и через обратный гидроклапан регулятора 10 потока.

Режим "Бурение" (фиг.3) осуществляется при правой позиции гидрорас- 45 пределителя 38, при левой позиции.гидр ораспределителя 38 осуществляются режимы "Забуривание" и "Реверс".

При этом во время режима "Реверс" гидрораспределитель 46 установлен в иную позицию, чем показано на фиг.3;

При режиме "Забуривание подача насоса 2 определяется сечением дросселя 42, расход через регулятор 10 потока определяется сечением дросселя 45. При режиме "Реверс" частота вращения гидромотора 5 определяется сечением дросселей 42 и 4$, при необходимости снизить скорость отвода инструмента от забоя последовательно с гидрораспределителем 46 (на гидролинии 47) должен быть установлен дроссель (не показан).

Формула из обретения

Гидропривод вращательно-подающего механизма бурильной машины, вклю" чающий гидромотор привода вращения, вход которого связан с напорной магистралью, а выход — со сливной магистралью, и гидроцилиндр подачи с поршневой и штоковой полостями, регулируемый дроссель, о т л и .ч а юшийся тем, что, с целью увеличения производительности механизма за счет повышения точности поддержания заданного режима работы гидропривода, он снабжен регулятором потока, нормально открытым клапаном разности давлений, причем напорная магистраль сообщена со штоковой полостью гидроцилиндра и связана через дроссель с входом гидромотора, а через регулятор потока — с поршневой полостью гидроцилиндра, связанной со сливной магистралью через нормально открытый клапан разности давлений, полости управления которого сообщены соответственно с входом и выходом дросселя, 1587186

Составитель 0оКонстантинов

P едактор О,Головач Техред А.Кравчук Корректор М.Шароши

Заказ 2404 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101