Устройство для автоматического управления процессом шарошечного бурения

12867Изобретение относится к автоматизации производственных процессов накарьерах, а именно к устройствамдля управления буровыми станками.Целью изобретения является повыше-, 5ние качества управления процессом бурения.На чертеже приведена блок-схемаустройства,Устройство включает индикатор 1,10блок 2 вычисления энергоемкости разрушения горной породы, задатчик 3скоростей подачи и вращения, блок чсравнения, сумматор 5, усилитель 6с регулируемым коэффициентом передачи, блок 7 защиты бурового станка отколебаний в горизонтальной плоскости, блок 8 защиты бурового станка отколебаний в вертикальной плоскости,блок 9 .защиты бурового става от поперечных колебаний, следящий привод10 вращателя, следящий привод 11 подачи, блок 12 формирования отсечкипо нагрузке. 25Выход блока 9 защиты бурового става от поперечных колебаний подключенк входу следящего привода 10 вращателя, первый выход которого соединенс первым входом блока 2 вычисленияэнергоемкости разрушения горной породы и входом блока 12 формированияотсечки по нагрузке, выход которогоподключен к входу следящего привода11 подачи, другой вход которого черезусилитель 6 с регулируемым коэффициентом передачи соединен с вторым входом следящего привода 10 вращения,второй выход которого подключен квторому входу блока 2 вычисленияэнергоемкости разрушения горной поро-,ды, выход которого соединен с входоминдикатора 1, а третий вход подключен к выходу следящего привода 11 подачи, причем выход блока 7 защиты бу рового станка от колебаний в горизонтальной плоскости подключен к входусумматора 5, второй вход которогосоединен с выходом блока 8 защиты бурового станка от колебаний в вертикальной плоскости, а выход соединенс вторым входом блока 4 сравнения,первый вход которого подключен к задатчику 3 скоростей подачи и вращения, выход соединен с входом усилителя 6 с регулируемым коэффициентом передачи.Устройство работает следующим образом. После завершения вспомогательных работ, предшествующих бурению, задаются максимальные скорости следящих приводов 1 О вращения и 11 подачи, для чего устанавливаются максимальными коэффициент передачи усилителя 6 и сигнал на выходе задатчика 3.Однако отношение скоростей подачи и вращения в этом случае для конкрет ного долота может не соответствовать, оптимальному в отношении энергоемкости разрушения горной породы, величина которой контролируется по ин-дикатору 1, Выбор оптимального отношения скоростей подачи и вращения осуществляется за счет уменьшения коэффициента передачи усилителя 6 (уменьшения скорости вращения), при этом коэффициент передачи уменьшается до тех пор, пока показания индикатора 1 не станут минимальными, что соответствует минимуму энергоемкости разрушения горной породы, т.е.максимуму углубления зуба шарошки в породу, Благодаря этому мощность привода вращателя максимально расходуется на разрушение горной породы.Энергоемкость разрушения породы вычисляется блоком 2, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению электродвигателя привода вращателя, а также скорости подачи бурового става. В блоке 2 сигналы, пропорциональные току и напряжению, перемножаются, в результате чего определяется сигнал, пропорциональный мощности, необходимой для разрушения горной породы. Затем сигнал, пропорциональный мощности, делится на сигнал, пропорциональный скорости подачи. В итоге сигнал, поступающий на индикатор 1, пропорционален энергоемкости разрушения горной породы.Датчики тока, напряжения и скорости подачи входят в состав соответствующих следящих приводов, образуя в них контуры регулирования тока (в гидроприводе - давления) и скорости.Если вращатель оборудован следящим гидроприводом, то для вычисления мощности, необходимой для разрушения горной породы, необходимо использовать сигналы, пропорциональные давлению и производительности гидронасоса.Блоки 7 и 8 защиты бурового станка от колебаний в горизонтальной и3 128 б 748 4 В качестве усилителя 6 с регулируемым коэффициентом передачи используется операционный усилитель с регулируемым сопротивлением в цепи обратной связи. Изменяя положение ползуна сопротивления, регулируется коэффициент передачи усилителя от нуля до некоторого максимального значения,Блок 12 формирования отсечки по нагрузк представляет собой усилиертикальной плоскости, а также блок 9 защиты бурового става от поперечных колебаний имеют одинаковую структуру и состоят из последовательно соединенных датчика колебаний, интегратора, выпрямителя и усилителя с регулируемой зоной нечувствительности в области нуля (не показаны), В качестве датчиков колебаний, как правило, используются маг нитоэлектрические приборы, например сейсмоприемники, амплитуда выходного сигнала которых пропорциональна произведению амплитуды виброперемещения бурового станка или бурового става на частоту колебаний. Следовательно, при вибрации бурового станка с малой амплитудой и большой частотой сигнал на выходе датчика будет таким же, как и при колебаниях с 20 большой амплитудой и малой частотой, в то время, как защита от вибраций должна реагировать на амплитуду колебаний (виброперемещение). Интеграторы, включенные на выход датчиков, устраняют зависимость их выходных сигналов от частоты, т.е. позволяют получить сигнал, пропорциональный амплитуде вибраций. Выходные сигналы интеграторов выпрямляются выпрямителями и подаются на вход усилителя с регулируемой зоной нечувствительности в области нуля. Изменяя зону нечувствительности, представляется возможным регулировать порог срабаты вания защиты по вибрациям. Таким образом, если в процессе бурения вибрации бурового станка в одной плоскости или в обеих сразу достигают величины, превышающей порог срабатывания,40 то на входах сумматора 5 появляются сигналы, которые суммируются, а затем величина выходного сигнала сумматора в блоке 4 вычитается из величины сигнала задатчика 3. Это приводит к одновременному и пропорциональному снижению скоростей подачи и вращения, что, с одной стороны, предотвращает развитие вибраций бурстанка,и, с другой стороны, сохраняет углубле 50 ние зуба шарошки в породу на прежнем уровне, т.е, позволяет вести процесс бурения с минимальной энергоемкостью разрушения горной породы. Если при этом возрастает нагрузка на привод вращателя, то сигнал, снимаемый с1 датчика тэка, входящего в следящий привод вращателя, действуя через блок 12 формирования отсечки по нагрузке, уменьшает скорость подачи, что устраняет перегрузку привода вращателя за счет уменьшения глубины внедрения зуба шарошки, т.е. за счет отклонения процесса бурения от режима, соответствующего оптимальному.Поперечные колебания бурового става не передаются на платформу бурового станка, однако способствуют возникновению больших динамических нагрузок в редукторе привода вращателя и гидропатроне. В связи с этим датчик поперечных колебаний бурового става; входящий в блок 9 защиты бурового става от поперечных колебаний, должен устанавливаться на редукторе привода вращателя или гидропатроне. Выходной сигнал блока 9, действуя на второй вхоц следящего привода 10 вращателя, снижает скорость его вращения. При этом возрастает усилие прижатия долота к забою, что способствует прекращению поперечных колебаний бурового става. После устранения колебаний скорость вращения автоматически возрастает до заданной.Если в качестве датчиков колебаний используются датчики, измеряющие виброперемещение, то интеграторы из блоков 7, 8 и 9 исключаются.В качестве задатчика 3 используется потенциометр или сельсинный командоаппарат, выходной сигнал которого подается на вход блока 4 сравнения через выпрямитель. В качестве блока 4 сравнения используется операционный усилитель с двумя входами.В качестве блока 2 вычисления энергоемкости разрушения горной породы в устройстве применяется микросхема К 525 ПС 1 или К 425 ПС 2, обеспечивающая перемножение двух сигналов и деление полученного произведения на третий сигнал.12 Составитель А. РыбаковТехред М.Хбданич Корректор Г. Решетник Редактор А. Гулько Заказ 7692/32 Тираж 532ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тель с регулируемой зоной нечувствительности в области нуля,Устройство позволяет органичить на заданном уровне вибрации бурового станка и става нагрузку приводов вращателя и подачи, выбрать глубину внедрения зуба шарошки в породу, исходя из минимума энергоемкости разрушения горной породы, что существенно повьппает качество управления. процессом бурения.Формула изобретенияУстройство для автоматического управления процессом шарошечного бурения, содержащее задатчик скоростей подачи и вращения, соединенный с первым входом блока сравнения, вы-. ход которого подключен к первому входу следящего привода подачи, следящий привод вращателя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повьппения качества управления, оно снабжено индикатором, блоком вычисления энергоемкости разрушения горной породы, сумматором, усилителем с регулируемым коэффициентом передачи, блоком формирования отсечки по нагрузке, блоком защиты бурового става от поперечных колебаний, блоком защиты бурового станка от колеВб 748 6баний в горизонтальной плоскости,блоком защиты бурового станка отколебаний в вертикальной плоскости,причем выход блока защиты буровогостава от поперечных колебаний соединен с первым входом следящего привода вращателя, первый выход которого одновременно подключен к первомувходу блока вычисления энергоемкос 10 ти разрушения горной породы и черезблок формирования отсечки по нагрузке - к второму входу следящего привода подачи, второй выход соединенс вторым входом блока вычисления15 энергоемкости разрушения горной породы, выход которого подключен к индикатору, а третий вход соединен свыходом следящего привода подачи,первый вход которого через усилитель20 с регулируемым коэффициентом передачи подключен к второму входу следящего привода вращателя, при этом,первые и вторые входы сумматора соединены соответственно с блоком защиты бурового станка от колебаний вгоризонтальной плоскости и блокомзащиты бурового станка от колебанийв вертикальной плоскости, а выходподключен к второму входу блока сравЗ 0 нения,