Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИК137203 21 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ но-исследовательтрукторский инмашиностроения х ческие буро ав 196 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СВ 1162952, кл, Е 21 В 44/00, 1Марасанов Ю,П. и др, Динамисвойства механизма гидроподачивого става и некоторые принциптоматизации шарошечных станковИзвестия, вузов. Горный журнал,У 6, с. 110.(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ОСЕВОГО УСИЛИЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА НАЗАБОЙ(57) Изобретение относится к горноавтоматике и м.б.использовано на бурвых установках для проходки восстающис бурением передовой скважины. Цельувеличение срока службы бурового иструмента. Для этого механизм подачи, выполненный в виде гидроцилиндров (ГЦ) 4, снабжен соединенными срегулируемыми гидродросселями 2 иэлектрогидравлическими распределителями 3 и 5, Система управления1372034 40 датчиками 10 давления, выпрямителем 8, коммутатором 11, блоком управления (БУ) 9, элементом сравнения 12, датчиком 15 числа шланг и соединенным с ним компаратором 16, С выхода БУ 9 подается управляющий сигнал на элемент 12 сравнения и БУ 13, управляющий серводвигателем 14 гидродросселя 2, связанного с распреде лителем 3, Подключение очередного Изобретение относится к горной автоматике и может использоваться на буровых установках верхнего расположения, служащих для проходки восстающих с бурением передовой скважины. Цель изобретения - увеличениесрока службы бурового инструмента.На чертеже изображена функциональная схема автоматического регулятораосевого усилия бурового инструментана забой при проходке передовой скважины,Регулятор содержит гидронасос 1постоянной производительности, выход которого соединен с входами регулируемого гидродросселя 2 и первого электрогидравлического распределителя 3, Выход электрогидравлическогораспределителя 3 соединен со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндров 4 гидравлического механизмаподачи. Полости гидроцилиндров подключены также на вход второго электрогидравлического распределителя 5,на выходе которого может быть установлен регулируемый гидродроссель 6.К штоковой и поршневой полостям гидроцилиндров 4 гидравлического механизма подачи подключен дифференциальный датчик 7 давления, выход которого через выпрямитель 8 соединенс первым входом блока 9 управления,первый выход блока 9 управления соединен с управляющими входами первогои второго электрогидравлических распределителей 3 и 5. Выходы задатчиков 1 О давления соединены с входамикоммутатора 11, выход которого соединен с вторым входом блока 9 управзадатчика 10 происходит по мере поступления сигнала с датчика 15, Навход выпрямителя 8 поступает сигналс выхода соединенного с полостямиГЦ 4 датчика 7 давления. Если величина с подключенного в данный моментзадатчика 1 О станет больше величинысигнала с выхода выпрямителя, срабатывает БУ 9 и посредством БУ 13включает серводвигатель 14, 1 ил,2ления. Выход элемента 12 сравненияподключен к первому входу блока 13управления серводвигателем 14, связанным с регулируемым гидродроссе 5лем 2, Второй выход блока 9 управления подключен к второму входу блока13 управления серводвигателем, третий и четвертый выходы блока 9 управления соединены соответственно спервым и вторым входами элемента 12сравнения, Выход датчика 15 числаштанг соединен с управляющим входомкоммутатора 11 и через компаратор 16с третьим входом блока 9 управления,Элемент 12 сравнения может бытьвыполнен на операционном усилителе спрямым и инверсным входами, Блоки 9и 13 управления могут быть выполнены на основе ключевой схемы, управляющей работой электромагнитного реле, переключение контактов которогообеспечивает необходимую для функционирования устройства взаимосвязьэлементов, Датчик 15 числа штангможет быть выполнен на основе счетчика и концевого выключателя, контролирующего крайнее переднее положение вращателя,Автоматический регулятор осевогоусилия бурового инструмента на забой работает следующим образом,Перед началом процесса бурениярегулируемый гидродроссель 6 находится в положении максимального открыЗ 5 тия сточного отверстия, регулируемыйгидродроссель 2 - в положении, обеспечивающем постоянное максимальноепо величине осевое усилие на забой.Электрогидравлические распределители 3 и 4 находятся в положении, показанном на чертеже, Поток масла, 1372034создаваемый гидронасосом 1, проходя через электр гидравлический распределитель 3, поступает в штоковую полость гидроцилиндров 4 гидравлическо 5 го механизма подачи (ГМП), из поршневой полости которых через электро- гидравлический распределитель 5 и регулируемый гидродроссель 6 установленный на выходе последнего, поступает на сливВ процессе бурения автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой автоматически поддерживает максимальное постоянное по величине осевое усилие на забой, В начале процесса бурения коммутатор 11 подключает первый эадатчик 10 давления к прямому входу элемента 12 сравнения через блок 9 управления, Сигнал с дифферен циального датчика 7 давления, пропорциональный величине дифференциального давления в полостях гидроцилиндров 4 ГМП, поступает на вход выпрямителя 8 и через блок 9 управле ния подается на инверсный вход элемента 12 сравнения, Если величина сигнала с выпрямителя 8 превышает значение сигнала первого задатчика 10 давления, то блок 13 управления серводвигателя включает серводвигатель 14, который служит приводом регулируемого гидродросселя 2, Вращаясь, серводвигатель 14 увеличивает площадь проходного сечения регулируемого гидродросселя 2, тем самым снижая величину дифференциального давления в гидроцилиндрах 4 ГМП, что, в свою очередь, приводит к уменьшению осевого усилия на забой и постоянному40 поддержанию его на максимальном уровне, Процесс регулирования заканчивается после того, как величина сигнала подключенного задатчика 10 давления станет больше величины сигнала45 с выхода выпрямителя 8, после чего блок 13 управггния серводвигателя отключает серводвигатель 14.После каждой очередной спущенной штанги замыкается концевой выключатель датчика 15 числа штанг и на вход входящего в его состав счетчикачисла штанг, находящихся в скважине, поступает импульс счета. После проходки каждых очередных десяти штанг с датчика 15 числа штанг поступает импульс управления на управляющий вход коммутатора 11, который через блок 9 управления подключает следующий задатчик 10 давления на прямойвход элемента 12 сравнения, Выходдатчика 15 числа штанг соединен также с входом компаратора 16, К инверсному входу элемента 12 сравнения подключен выход выпрямителя 8. Условияначала и окончания процесса регулирования, как и сам процесс, аналогичны описанному.В случае необходимости регулирование осевого усилия на забой осуществляется во всем диапазоне величинышага (10 штанг), Данное значение шага выбирают исходя из повышения устойчивости работы предлагаемого устройства, хотя данное значение можетбыть уменьшено,В процессе бурения при увеличениидлины (веса) бурового става для поддержания осевого усилия на забой напостоянном максимальном уровне величина дифференциального давления вгидроцилиндрах 4 ГМП все время снижается. Зная вес одной буровой штанги и постоянное максимальное осевоеусилие, на которое рассчитан буровой инструмент, заранее определяютдопустимый вес бурового става (количество штанг, находящихся в скважине)при величине дифференциального давления в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндров 4 ГМП, равнойприближенно нулю, Регулируемый гидродроссель 2 при этом полностью открыт.При превышении допустимого числаштанг (их веса), находящихся в скважине, компаратор 16 посылает на входблока 9 управления сигнал управления,который приводит к разрыву цепи питания электромагнитов электрогидравлических распределителей 3 и 5, приэтом последние меняют местами штоковую и поршневую полости гидроцилиндров 4 ГПМ, Кроме того, каждый очередной задатчик 10 давления черезкоммутатор 11 и блок 9 управленияподключается теперь к инверсному входу элемента 12 сравнения, Прямойвход элемента 12 сравнения черезблок 9 управления соединен с выходомвыпрямителя 8, При срабатывании блока 9 управления меняется также полярность подключения серводвигателя14, который теперь включается толькопосле того, как значение сигнала свыхода выпрямителя 8 становится меньше значения сигнала соответствующегозадатчика 10 давления. СерводвигательФформула изобретения Составитель В.Шилов Техред М,ХоданичКорректор С,Черни Редактор Л.Зайцева Заказ 461/26 Тираж 530 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и огкрытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 5 13720314 вращается в противоположном направлении, тем самым уменьшая проходное сечение регулируемого гидродросселя 2, что приводит к повышениюзначения дифференциального давления вв штоковой и поршневой полостях гидроцилиндров 4 ГМП и поддержанию осевого усилия на забой на постоянномпо величине максимальном уровне внезависимости от длины (веса) бурового 10става, находящегося в скважине.При установке регулируемого гидродросселя 6 в положение, соответствующее зоне чувствительности,устройство обеспечивает работу буровой 15установки в соответствии с естественным законом регулирования осевогоусилия на забой в зависимости от скорости проходки,Предлагаемый автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой обеспечивает оптимальный режим его эксплуатации, что при-,водит к повышению коэффициента использования бурового инструмента и снижению энергозатрат. Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой, содержащий гидравлический механизм подачи с регулируемым гидродросселем, дифференциальный датчик давления, подключенный к штоковой и поршневой полостям гидроцилиндров гидравлического механизма подачи, задатчик дав 4 6ления и элемент сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления серводвигателем, причем серводвигатель соединен с регулируемым гидродросселем, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения срока службы бурового инструмента, регулятор снабжен двумя электрогидравлическими распределителями, дополнительными задатчиками давления, выпрямителем, коммутатором, датчиком числа штанг, компаратором и блоком управления, при этом регулируемый гидродроссель соединен через первый электрогидравлический распределитель с входом гидравлического механизма подачи, к выходу которого подключен второй электрогидравлический распределитель, выход дифференциального датчика давления через выпрямитель подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго электрогидравлических распределителей, выходы задатчиков давления соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом блока управления, выход датчика числа штанг соединен с управляющим входом коммутатора и через компаратор - с третьим входом блока управления, второй выход которого подключен к второму входу блока управления серводвигателем, а третий и четвертый вы" ходы блока управления соединены с первым входами элемента сравнения,