Гидропривод бурильной установки

 

Использование: изобретение относится к горному машиностроению, в частности к гидроприводам бурильных установок, и направлено на увеличение КПД во всем диапазоне частот вращения исполнительного органа. Это достигается гидравлической и кинематической связью двух дополнительных гидромашин с линиями высокого и низкого давления, а их валов с валом второй гидромашины, что обеспечивает одинаковую величину отношения расходов рабочей жидкости в основном контуре и контуре подпитки. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному машиностроению, в частности к гидроприводам бурильных установок.

Известен гидропривод бурильной установки, содержащий основной насос, гидромотор, кинематически связанный через зубчатую передачу с исполнительным органом установки, насос компенсации утечек и гидроаппаратуру управления [1] Известен гидропривод бурильной установки, содержащий приводной двигатель, первую гидравлическую машину регулируемой производительности, соединенную с приводным двигателем, вторую гидравлическую машину, кинематически связанную через планетарный редуктор с исполнительным органом установки, насос компенсации утечек.

Недостатком указанных изобретений является низкий КПД во всем диапазоне (кроме максимального значения) частот вращения исполнительного органа, так как при уменьшении частоты вращения исполнительного органа расход рабочей жидкости в основном контуре уменьшается, а расход рабочей жидкости в контуре подпитки остается постоянным.

Задачей изобретения является увеличение КПД гидропривода во всем диапазоне частот вращения исполнительного органа бурильной установки.

Для решения поставленной задачи известный гидропривод, содержащий приводной двигатель, первую гидромашину регулируемой производительности, соединенную с приводным двигателем, вторую гидромашину, кинематически связанную через планетарный редуктор с исполнительным органом буровой установки, насос компенсации утечек и гидроаппаратуру управления, снабжен двумя дополнительными гидромашинами, каждая из которых гидравлически соединена с линиями высокого и низкого давления, а их валы кинематически связаны с валом второй гидромашины, причем величина объемной постоянной каждой из дополнительных гидромашин определяется следующим cоотношением q_1,2= q м³/рад где q объемная постоянная второй гидромашины, м³/рад; k коэффициент обмена рабочей жидкости, 0 < k ≅ 1; q_1,2 объемная постоянная каждой из дополнительных гидромашин, м³/рад; i передаточное отношение кинематической связи от вала одной дополнительной гидромашины ко второй гидромашине; i₁= передаточное отношение кинематической связи от вала другой дополнительной гидромашины ко второй гидромашине; здесь: ω₁ частота вращения одной дополнительной гидромашины, с^-1; ω₂ частота вращения другой дополнительной гидромашины, с^-1; ω частота вращения второй гидромашины, с^-1.

Наличие двух дополнительных гидромашин и их соответствующие гидравлические и кинематические связи с линиями высокого и низкого давления жидкости, а также с валом второй гидромашины обеспечивает одинаковую величину отношения расходов рабочей жидкости в основном контуре (гидролиниях первой и второй гидромашин) и в контуре подпитки (линиях низкого давления и слива дополнительных гидромашин), что позволяет получить высокий КПД привода во всем диапазоне частот вращения вала второй гидромашины.

Таким образом, все отличительные признаки предлагаемого изобретения взаимосвязаны между собой, и только их совокупность обеспечивает решение поставленной задачи. При проведении патентного поиска не выявлено известных технических решений, имеющих указанные по сравнению с прототипом отличия.

На чертеже изображена принципиальная схема гидропривода бурильной установки.

Гидропривод бурильной установки содержит приводной двигатель 1, первую гидромашину 2 регулируемой произво- дительности, соединенную с приводным двигателем, вторую гидромашину 3, вал 4 которой связан через входное звено 5 планетарного редуктора 6 с исполнительным органом 7 буровой установки, дополнительные гидромашины 8, 9. Рабочие полости гидромашин 2 и 3 гидравлически связаны между собой гидролиниями 10 и 11. Дополнительные гидромашины 8 и 9 своими нагнетательными линиями 12 и 13 через соответственно клапаны "И" 14 и 15 гидравлически связаны с гидролиниями 10 и 11, а своими линиями 16 и 17 через охладители 18 и 19 со сливом 20. Валы каждой дополнительной гидромашины 8 и 9 кинематически связаны с валом 4 второй гидромашины 3, посредством, например, зубчатой передачи 21. Насос компенсации утечек 22 через гидролинии низкого давления 23 связан через обратные клапаны 24 и 25, установленные по направлению потока рабочей жидкости, с гидролиниями 10 и 11, а через напорный золотник 26 со сливом 20. Предохранительные клапаны 27 и 23 установлены между гидролиниями 10 и 11.

Гидропривод бурильной установки работает следующим образом. Вторая гидромашина 3 и связанные кинематически с ней дополнительные гидромашины 8 и 9 получают вращение в зависимости от величины производительности и направления потока рабочей жидкости первой гидромашины 2. При направлении вращения вала 4 гидромашины 3, соответствующем высокому давлению в гидролинии 11, первая гидромашина 2 работает в режиме насоса, а вторая гидромашина 3 в режиме мотора, при этом клапан "И" 15 соединяет гидролинию 10 со стороны гидромашины 3 через гидролинии 13, дополнительную гидромашину 9, гидролинии 17, охладитель рабочей жидкости 19 со сливом 20, причем дополнительная гидромашина 9 работает в режиме мотора. Одновременно клапан "И" 14 соединяет гидролинии 10 со стороны гидромашины 2 через гидролинии 12, дополнительную гидромашину 8, гидролинии 16, охладитель рабочей жидкости 18 со сливом 20, причем дополнительная гидромашина 8 работает в режиме насоса. При направлении вращения вала 4, соответствующем высокому давлению в гидролинии 10, дополнительная гидромашина 9 работает в режиме насоса, а гидромашина 8 соответственно в режиме мотора. Для обеспечения одинакового по величине отношения расходов рабочей жидкости в основном контуре и в контуре подпитки при заданных величинах коэффициента обмена рабочей жидкости k, объемной постоянной второй гидромашины 3 q, а также передаточных отношений зубчатой передачи 21 i величина объемной постоянной каждой из дополнительных машин составляет q_1,2= q , м³/рад; в результате чего КПД привода равен
η где Р_н величина номинального давления жидкости в основном контуре, Па;
Р_под величина давления жидкости в контуре подпитки, Па.

После преобразований вышеуказанного равенства получим
η
Таким образом, гидропривод имеет одинаково высокий КПД во всем диапазоне частот вращения исполнительного органа независимо от направления вращения вала 4 гидромашины 3.

Формула изобретения

1. ГИДРОПРИВОД БУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, содержащий приводной двигатель, первую гидромашину регулируемой производительности, соединенную с приводным двигателем, вторую гидромашину, кинематически связанную через планетарный редуктор с исполнительным органом бурильной установки, насос компенсации утечек, отличающийся тем, что гидропривод снабжен двумя дополнительными гидромашинами, каждая из которых гидравлически соединена с линиями высокого и низкого давления, а их валы кинематически связаны с валом второй гидромашины.

2. Гидропривод по п.1, отличающийся тем, что величина объемной постоянной каждой из дополнительных гидромашин определяется следующим соотношением:

где q - объемная постоянная второй гидромашины, м³/рад;
K - коэффициент обмена рабочей жидкости, 0 < K ≅ 1;
Q_1,2 - объемная постоянная каждой из дополнительных гидромаши, м³/рад;
- передаточное отношение кинематической связи от вала одной дополнительной гидромашины к второй гидромашине;
- передаточное отношение кинематической связи от вала другой дополнительной гидромашины к второй гидромашине, где w₁ - частота вращения одной дополнительной гидромашины, с^-1; ω₂ - частота вращения другой дополнительной гидромашины, с^-1, ω - частота вращения второй гидромашины, с^-1.

РИСУНКИ

Рисунок 1