Устройство для регулирования режима бурения

С 0103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 105914 П 9 В 4 ОПИСА ОБРЕ НИ ИДЕТЕЛЬСТВУ ОРСНО кая ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(56) 1. Буткин В.Д., Жуковский А.А. Система автоматического управления процессом шарошечного бурения.-Горный журнал, 1972,99, с. 59-62.2.Марасанов Ю.П.и др,Автоматичес-: стабилиз ация уровня вибрации буровых станков.-Известия вузов,Горный журнал , 1973, 9 2, с. 64-68.(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 исполнительным механизмом,Изобретение относится к .горной промышленности, а именно к буровым станкам, использующим шарошечный буровой инструмент.Известна система управления шарсти шечными атанками РежимНМ. В 5 канал управления осевым усилием входят регулятор давления, усилитель и датчик давления, образукщие замкнутый контур регулирования давления и цилиндрах подачи. Задакщими воздей 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 состоит из двигателя постоянного тока, 20 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 вра" З 5 щения.Контур защиты от вибраций состоят из датчиков вибраций, измеряющих амплитуду или ускорения вибрационных колебаний,.и усилителя, посылающего 40 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 че" рез масштабный блок на вход системыподачи, Если давление воздухапревысит допустимое значение, скорость и усиление подачи уменьшаются, а число оборотов долота возрастает, что должно улучшать очистку скважины от шлама 1)Н,щболее близким к изобретению по 55технической сущности и достигаемомурезультату является ,устройство длярегулирования режима бурения, содер"жащее исполнительный механизм и датчик вибраций, включакщий корпус, в 60котором распаложен на упругих элементах вибрационный элемент Г 23.Однако для известного устройства ,характерны недостаточно высокая надежность в работе и сложность. 65 Целью изобретения является упрсще-ние конструкции и повышение надежностиПоставленная цель достигается тем,что устройство для регулированиярежима бурения, содержащее исполнительный механизм и датчик вибраций,включающий корпус, в котором расположен на упругих элементах вибрационныйэлемент, снабжено жестко закрепленным в корпусе гидрораспределителем,ролик золотника которого установленс возможностью взаимодействия с боковой поверхностью вибрационного эле"мента, выполненного в виде однополостного гиперболоида, при этом гидрораспределитель соединен.маслопроводомсоответственно с напорной магистральюгидросистемы и исполнительным механизмом.На чертеже показана схема устройства для регулирования режимом бурения,Устройство состоит иэ датчика 1вибраций, содержащего колеблкщийсяэлемент 2, выполненный в виде однополостного гиперболида и установленный в корпусе 3 на упругих элементах4. На корпусе 3 датчика 1 закреплензолотниковый гидрораспределитель 5,золотник 6 которого снабжен роликом7, Гидроцилиндр 8 управления регулятором 9 числа оборотов долота соединен с золотниковым гидрораспределителем 5 посредством маслопровода 10.Напорная полость 11 гидроцилиндра 8соединена с маслобаком при помощимаслопровода 12 и дросселя 13. Штокгидроцилиндра 8 соединен с регулятором 9 числа оборотов долота посрЕдст"вом, например, зубчатой передачи(рейка - шестерня) . боковая 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 1 б также поередством зубчатой пары (рейка " шестерня) . Шток 18 снабжен регулировочным винтом19 с контргайкой 20. С напорной магистралью сидросистемы золотник 5 соединен с помощью маслопровода 21. Устройство работает .следующим образом.Перед началом бурения машянистубурового станка вручается технологическая карта, в которой указываетсякрепость пород и рекомендуемые режимы бурения. Допустим, что породы поэч 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 процесс регулирования и управления происходит автоматически следующим образомм.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 б. О Последний, перемещаясь в направлении от датчика, соединяет напорный масло" провод 21 с трубопроводом 10 и далее с цилиндром 8, поршенькоторого 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 происходитдо 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 остаетсямаксимальным толвко до установленного числа оборотов. Это достигается оле дующим образом. При возникновении вибрации в первую очередь уменьшается число оборотов, допустим от 150 до 50 об/мил, и если вибраций бурового става ие уменьшается, а возрастает, 4 О 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 вццвижении штоков гидроцилиндра 8 оборотыдолота уменьшаются, а пневмоцилиндра 15 - возрас тает осевое усилие. Допустим, что нам необходимо настроить устройствоО 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 ров управления в исходное положениес помощью возвратных пружин,Для предохранения долота от зашламововывания служит пневмоцилиндр 15.Наиболее эффективным способом предотвращения забивания долота является уменьшение осевого усилия содно.временным увеличением числа оборотовдолота. Этому требованию удовлетворявт предложенное устройство, в которомшток пневмоцилиндра 15 находится взацеплении. с гидродросселем 16 давления на забой, а штоковая полость соединена с системой воэдухоснабжения.При зашламовывании долота давлениесжатого воздуха в системе воздухо"снабжения начинает повышаться, приэтом поршень пневмоцилиндра 15 начинает перемещаться по цилиндру, увлекая за собой шток, находящийся в зацеплении с гидродросселем 1 б. Последний уменьшает давление (вплоть дополного его снятия) на забой до техпор, пока не произойдет самоочисткадолота. Если число оборотов до началазашламования не было максимальньмиз-за вибрации, то с уменьшением осевого усилия или полного его снятия,вибрации обязательно исчезает и обороты возрастают до максимума,Жесткость возвратной пружиныпневмоцилиндра выбирается таким образом,что прн нормальном давлении воздуха на забой поршень находится в исходном положении (в крайнем левом почертежу) .Конструктивные особенностистанков шарошечного бурения таковы,что воэможности системы воэдухоснабжения по давлению превышают давление,необходимое для очистки скважин, в2"3 раза, Поэтому чувствительность.системы управления достаточно высока. а работа ее надежна.При выборе Формы колеблкщегося:элемента 2 принята Форма однополостного гиперболоида,так как такая фОрмабоковой поверхности его обеспечиваетплавный переход и взаимодействиезолотника б гидрораспределителя 5при перемене направления движенияколеблщцегося элемента 2При прямолинейной поверхностиколеблнщегосяэлемента 2, выполненного в. вида соединенных малыми основаниями двух усеченных конусов, происходит стук ролика 7 золотника б при проходе его через нулевое положение (работает с шумом)Наибольшая долговечность достигается при Форме боковой поверхностиколеблющегося элемента в виде одно- полостного гиперболоида.Чувствительность таким датчиков достаточно вЫ сока и зависит от давления масла вмаслопроводе 21 (кг/см 2), пропускнойспособности гидрораспределителя 5 (л/мин), диаметра гидроцилиндра 8исполнительного механизма (мм),фор1059147 Составитель; И.КарбачинскаяРедактор И.Николайчук Техред С.Мигунова Корректор И МускатеаеююетЕЮее юееаа таею а аеаа аеюаеаею ааею еюа аеюаетеатаюатете тт юЗаказ 9776/32 Тираж 603 ПодписноеВНИИПИ Государственного квинтета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, й, Раушская наб., д,4/5ее 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 гидро- распределителя 5 - большими. 10Так, при диаметре поршня гидроцилиндра 8 11,3 мм, давлении в масло- проводе 21 5 кгс/смт, пропускной способнОсти гидрорасйределитвля 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. 20Чувствительность датчика 1 от величины амплитуды зависит от расстояния ролика 7 золотника 6 до взаимодействующей с ним боковой поверхности колеблющегося элемента 2. 25Так, 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.ЧувствитеЛьность датчика 1 от частоты колебаний зависит при постоянной жесткости возвратной пружины гидроцилиндра 8 от пропускной способности дросселя 13 гидроцилиндра 8, кото" рая подбирается в зависимости от вяз-кости масла и диаметра гидроцилиндра 8 такой, чтобы возврат поршня в исходное положение происходил в течение 1-2 с.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 вечно- мерзлых россыпей, где горные породы представлены крупнообломочным материалом (валуны, галька, щебень, гравий), сцементированным песком, илом, глиной и льдом, повысить производию тельность шарошечных станков на 20- 30, а надежность в работе в 2-5 раз. Экономический эффект от использования 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 не- требует высокой квалификации специалистов.