Гидросистема привода подачи става бурового станка

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к гидросистемам буровых станков, в том числе и применяемых в строительстве для сооружения буронабивных свай. Цель изобретения - снижение стоимости оборудования и эксплуатации буровых станков за счет упрощения конструкции и снижения гидравлических потерь на всех режимах работы, включая бурение и при выполнении спускоподъемных операций. Гидросистема содержит насос, гидроцилиндр подачи бурового става, регулятор усилия подачи и скорости бурения, гидрораспределители, один из которых соединяет штоковую полость, а второй поршневую полость гидроцилиндра и регулятор с напорной или сливной магистралью насосной станции. Регулятор выполнен в виде подпружиненного клапана с нажимной рукояткой, давление во входном канале которого пропорционально величине усилия на рукоятке. Гидрораспределитель, выходной канал которого соединен с штоковой полостью гидроцилиндра, выполнен гидроуправляемым, а рабочая камера гидроуправления соединена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством предохранительного клапана, а со сливом посредством дросселя. Рабочие полости гидроцилиндра соединены между собой двумя клапанами, включенными последовательно, а их рабочие полости соединены с штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра. Такое исполнение гидросистемы обеспечивает снижение потерь и уменьшение нагрева гидропривода, а также снижение установленной мощности привода подачи бурового става за счет повышения КПД системы на всех режимах ее использования. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к гидросистемам буровых станков, в том числе и применяемых в строительстве для сооружения буронабивных свай.

Цель изобретения - снижение стоимости оборудования и эксплуатации буровых станков за счет упрощения конструкции и уменьшения гидравлических потерь на всех режимах работы, включая режим бурения, при обеспечении эксплуатационной эффективности.

Известны гидросистемы буровых станков, обеспечивающие близкие величины скоростей подъема и опускания бурового става, но не обеспечивающие режима подъема бурового става с увеличенным усилием в случае прихвата бура или бурового става в скважине (без значительного увеличения мощности и давления в гидросистеме) (см. а. с. N 1073451 от 14.07.82, кл. E 21 C 5/08, E 21 B 3/02).

В этой конструкции гидросистемы при одинаковых предельных давлениях при операциях подъема и опускания бурового става, а также при бурении максимальное усилие подачи при бурении выше, чем при подъеме бурового става, что нерационально и приводит к значительным потерям из-за дросселирования большей части рабочей жидкости в течение всего времени бурения при перепаде давления, предельная величина которого определяется не текущей величиной усилия подачи бурового органа на забой скважины, а другими факторами.

Известна также конструкция гидропривода подачи бурового става (см. а.с. N 1643701 от 14.07.89, кл. E 21 B 19/08, E 21 B 3/00), в гидросистеме которого применено дифференциальное включение гидроцилиндра подачи для ускоренного подъема траверсы, которое обеспечивается подключением штоковой и поршневой полостей гидроцилиндров к напорной или сливной магистрали посредством одного и того же золотника, а также использованием второго золотника в качестве дополнительного устройства управления гидроцилиндром при экстренном подъеме траверсы.

Такая конструкция гидропривода подачи бурового става обеспечивает возможность режима подъема бурового става с увеличенным по сравнению с бурением усилием подъема и ускоренный (экстренный) подъем траверсы. Однако и в этой схеме операция бурения происходит при завышенном давлении подпора, величина которого постоянна и определяется необходимым предельным значением напорного усилия, причем величина скорости бурения определяется уставкой регулируемого дросселя, подключаемого к напорной магистрали во время бурения.

Такая схема также приводит к завышенным гидравлическим потерям при наиболее длительной операции бурения и обладает на наш взгляд повышенной сложностью.

С целью снижения гидравлических потерь во время выполнения спускоподъемных операций и при бурении, а также с целью упрощения конструкции предлагается гидросистема бурового станка, в которой штоковая полость гидроцилиндра соединена с выходным каналом одного гидрораспределителя, поршневая полость гидроцилиндра и регулятор усилия и скорости бурения соединены с выходными каналами второго гидрораспределителя, а регулятор усилия подачи при бурении объединен с регулятором скорости бурения и выполнен в виде регулируемого клапана, давление во входном канале которого пропорционально величине усилия на рукоятке управления.

С целью автоматизации управления величиной усилия при подъеме бурового става, а также снижения гидравлических потерь при давлениях близких к максимальным предлагается гидрораспределитель, выходной канал которого соединен со штоковой полостью гидроцилиндра, выполнить с устройством гидравлического управления, рабочая камера которого соединена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством предохранительного клапана, а со сливом - посредством дросселя.

Для снижения гидравлических потерь, вызванных большой протяженностью гидромагистралей, соединяющих насосную станцию с буровым станком, и увеличенным расходом рабочей жидкости, вытесняемой из штоковой полости в поршневую при дифференциальном подключении гидроцилиндра, предлагается соединить штоковую полость гидроцилиндра с поршневой посредством двух, включенных последовательно клапанов, управляющие полости которых соединены со штоковой и с поршневой полостями гидроцилиндра.

Предлагаемая гидросистема (см. чертеж) состоит из насоса 1, предохранительного клапана 2 насосной станции, маслобака 3, напорной 4 и сливной 5 магистралей и двух гидрораспределителей 6 и 7 и гидроцилиндра 8 подачи бурового става со штоковой и поршневой полостями.

Штоковая полость гидроцилиндра соединяется с напорной и сливной магистралями посредством гидрораспределителя 6, а поршневая полость гидроцилиндра и регулятор 9 усилия подачи и скорости бурения с напорной и сливной магистралями посредством гидрораспределителя 7. Регулятор 9 выполнен в виде подпружиненного клапана с рукояткой, воздействующей на его пружину, причем давление во входном канале клапана в момент его открытия пропорционально усилию на рукоятке. Для обеспечения автоматического перехода (при извлечении бурового става из скважины) из режима подъема в режим подъема с увеличенным усилием (при сохранении предельного уровня давления в гидросистеме) гидрораспределитель 6 снабжен устройством гидравлического управления, рабочая камера которого соединена с поршневой полостью гидроцилиндра 8 посредством предохранительного клапана 10, а со сливом - посредством дросселя 11.

Для уменьшения гидравлических потерь при значительном удалении бурового станка от насосной станции во время режима дифференциального подключения гидроцилиндра 8, при котором количество поступающей в поршневую полость гидроцилиндра 8 рабочей жидкости возрастает в несколько раз, штоковая и поршневая полость гидроцилиндра в предлагаемой гидросистеме соединены между собой посредством двух клапанов 12 и 13, причем управляющая полость клапана 12 соединена со штоковой, а клапана 13 с поршневой полостью гидроцилиндра 8.

Предлагаемая гидросистема работает следующим образом: 1. При исходном (нейтральном) положении гидрораспределителей 6 и 7.

Штоковая полость гидроцилиндра соединена посредством гидрораспределителя 6 с напорной магистралью 4, которая в свою очередь через гидрораспределитель 7 соединена со сливной магистралью 5. Рабочая жидкость, подаваемая насосом, сливается в маслобак 3. Поршневая полость гидроцилиндра 8 заперта гидрораспределителем 7. Буровой став удерживается гидроцилиндром в фиксированном положении.

2. Гидрораспределитель 6 в исходном (нейтральном) положении, гидрораспределитель 7 сдвинут вправо.

Поршневая полость гидроцилиндра соединяется со сливом. Регулятор 9 соединен с напорной магистралью. Рабочая жидкость из поршневой полости вытесняется через гидрораспределитель 7 в сливную магистраль 5. Буровой став опускается под собственным весом.

После достижения буровой коронкой забоя скважины давление в гидросистеме и следовательно усилие воздействия коронки на забой определяется пропорционально усилию воздействия оператора на рукоятку клапана 9. Соответственно скорость бурения при этом определяется податливостью буримых пород, усилием на забой и степенью загрузки привода вращения коронки. Избыточный расход рабочей жидкости при этом сливается через клапан 9 в маслобак при перепаде давления, соответствующем текущему значению нагрузок на забой. При свободной рукоятке клапана 9 бурение происходит под действием веса буровой колонны, а избыточное количество рабочей жидкости, подаваемой насосом, сливается в маслобак при минимальном (нулевом) сопротивлении клапана.

3. Гидрораспределитель 6 в исходном (нейтральном) положении, гидрораспределитель 7 сдвинут влево.

Поршневая полость гидроцилиндра 8, так же как и штоковая, соединена с напорной магистралью 4 (дифференциальное подключение полостей гидроцилиндра). Шток гидроцилиндра поднимается и буровой став извлекается из скважины.

Давление в штоковой полости несколько выше давления в поршневой полости, оба клапана 12 и 13 открыты и рабочая жидкость из штоковой полости перетекает в поршневую по кратчайшему пути при минимальном сопротивлении, что также существенно снижает потери.

При ручном перемещении гидрораспределителя 6 в правое положение штоковая полость гидроцилиндра соединяется со сливной магистралью 5, усилие подъема возрастает, скорость подъема соответственно снижается при сохранении уровня давлений в напорной магистрали гидросистемы.

Во время выполнения операции подъема (при дифференциальном подключении полостей гидроцилиндра) при возрастании давления в поршневой полости гидроцилиндра до уровня давления, приближающегося к предельному (при котором откроется предохранительный клапан 2 гидросистемы), открывается предохранительный клапан 10 и пропускаемый им объем рабочей жидкости, проходя через дроссель 11, вызывает повышение уровня давления в рабочей камере устройства гидравлического управления гидрораспределителем 6, что приводит к автоматическому перемещению распределителя 6 в правое положение, соединению штоковой полости со сливом, падению давления в штоковой полости и как следствие - возрастанию усилия подъема без увеличения давления в гидросистеме.

Такая конструкция гидросистемы также обеспечивает снижение потерь и практически исключает возможность работы гидросистемы при предельных давлениях, вызванных перегрузкой привода подачи бурового става станка, в том числе и при его подъеме.

Таким образом, все основные новые элементы предлагаемой гидросистемы: подключение полостей гидроцилиндра посредством гидрораспределителей 6 и 7 к напорной и сливной магистралям, конструкция и способ подключения объединенного регулятора усилия и скорости подачи, автоматизация переключения гидрораспределителя 6 и выполнение шунтирующего соединения штоковой и поршневой полостей посредством клапанов 12 и 13 подчинены общей задаче, а именно снижению потерь и уменьшению нагрева гидропривода, вызванного этими потерями, и снижению установленной мощности привода подачи бурового става за счет повышения коэффициента полезного действия системы на всех режимах ее использования.

Формула изобретения

1. Гидросистема привода подачи става бурового станка, включающая гидроцилиндр подачи бурового става с штоковой и поршневой полостями, соединенными с напорной и сливной магистралями посредством гидрораспределителей, выходной канал одного из которых соединен с штоковой полостью гидроцилиндра подачи бурового става, насос и регуляторы усилия подачи и скорости бурения, отличающаяся тем, что регулятор усилия подачи объединен с регулятором скорости бурения и выполнен в виде соединенного с выходными каналами второго распределителя, подпружиненного клапана с нажимной рукояткой, давление во входном канале которого пропорционально величине усилия на рукоятке.

2. Гидросистема по п.1, отличающаяся тем, что гидрораспределитель, выходной канал которого соединен с штоковой полостью гидроцилиндра, выполнен с устройством гидравлического управления, рабочая камера которого соединена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством предохранительного клапана, а со сливом посредством дросселя.

3. Гидросистема по п. 1, отличающаяся тем, что полости гидроцилиндра соединены между собой двумя включенными последовательно клапанами, управляющие полости которых соединены одного - с штоковой, а второго с поршневой полостями гидроцилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1