Устройство электропитания магнитострикционного вибровозбудителя бурильной установки

СОЮЗ СОВЕТСКИХсоциАлистичйнихРЕСПУБЛИК 09) О 1) 1) Е 21 В 6/00 ГОСУДАРСТВЕНПО ИЗОБРЕТЕНПРИ ГКНТ СС КОМИТЕТ ОТКРЫТИЯ ЗМЕИСИБ) ОПИСАН двтоеСном ИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВ арственноги научнотоа и енност сов,(56) Авт 9 424969 Автор У 697678 Автор В 107342кое св КЛ(71) Донецкий филиал Госудпроектно-конструкторскогоисследовательского институматизации угольной промышлГипроуглеавтоматизация(54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯБУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ(57) Изобретение относится к бурильной технике и м,б. использовано дляинтенсификации процесса бурения прииспользовании магннтострикционныхвибровозбудителей. 1 ель изобретения -повьппение эффективности работы путемснижения энергопотребления устройстваУстр-во содержит последовательно соединенные датчик 3 осевого усилия,блок 2 регулирования напряжения, источник 1 постоянного тока, импульсныйисточник 4 питания и вибровозбудитель 5, К второму входу источника 4подключен выход блока 6 управления,вход которого соединен с выходом источника. Блок 6 управления содержит1624 113 ГРнераторы колебаний низкой частоты 11 и тактовых импульсов 14, реверсивный счетчик 13, ПАП 15 компаратор 12, фазовый детектор 10, сумматор 16, фильтр 5 9 низкой частоты, формирователь 7 импульсов и амплитудный детектор 8. Ис точник 1 постоянного тока управляется сигналом от датчика 3. Сигнал с датчика 3 пропорционален давлению подачи 10 бурильной установки на забой; На имИзобретение относится к бурильной технике и может быть использовано для 20 интенсификации процесса бурения при использовании магнитострикционных вибровозбудителей.Пелью изобретения является повьппеггие эффективности работы путем сниже ния энергопотребления устройства.На фиг, 1 приведена блок-схема устройства электропитания магнитострикционного вибровозбудителя (МВ); на фиг, 2 - пиаграммьг, поясняющие30 принцип работы блока управленияСистема состоит из управляемого источника 1 постоянного тока, управляющий Вход которого связан через блок 2 регулирования напряжения с дат 35 чиком 3 осевого усилия, подключенным к гидроцилиндру подачи, а выход источника - с Входом импульсного источника 4 питания. При этом Выход последнего соединен с обмоткой вибровозбу дителя 5 и с входом блока 6 управления, а управляющий Вход импульсного источника соединен с. Выходом формирователя 7 импульсов. Входной сигнал блока б управления через амплитудный детектор 8, фильтр 9 низкой частоты подается на вход фазового детектора 10, на второй вход которого подается сигнал от генератора 11 колебаний низкой частоты, выход фазового детектора 10 через компаратор 12 подается на Вход рРВерсивного счетчика 13, который тактируется генератором 14 тактовых импульсов. Выход реверсивного счетчика 13 соединен с Входом цифро 55 аналогового преобразователя (ПАП) 15, а ВыхОд последнРГО с Входом сумматора 16.Система работает слепунщим образом. пульсном источнике 4 питания производится с помощью блока 6 управленияформирование импульсов, частота которых соответствует резонансу системывибровоэбудитель - забой. Таким обра"зом, производится одновременное регулирование амплитуды и частоты возбуждающего тока, что приводит к счижению энергопотребления. 2 ил. При включении питания и подаче бурильной установки на забой датчик 3осевого усилия вырабатывает сигнал,который воздействует на блок 2 регулирования напряжения. В результатена выходе управляемого источника 1постоянного тока появляется напряжение, пропорциональное Величине осевого усилия,Одновременно при подаче питанияв блоке 6 управления вырабатываетсясигнал управления импульсным источником 4 питания, воздействующим наобмотку магнитострикционного вибровозбудителя 5.формирователь 7 импульсов представляет собой генератор импульсов,частота следования которых зависитот входного напряжения. Это напряжение формируется на выходе сумматора16, на входе которогд действуют синусоидальные напряжения низкой частоты с выхода генератора 11 и ступенчато-изменяющееся напряжение с выхода ЦАП 15, зависящее от текущего состояния реверсивного счетчика 13, который тактируется генератором 14 тактовых импульсов.Частоты генераторов 11 и 14 выбраны так, чтобы интервал между двумясоседними состояниями счетчика 13значительно ( 10 раз) превьппал период колебания генератора 11. Такимобразом, текущее состояние счетчика13 и 1 ЬП 15 задают среднее значениечастоты импульсов формирователя 7,а сигнал генератора 11 вызывает ихчастотную модуляцию, девиация которойопределяется амплитудой напряжения генератора 11. Изменением состояниясчетчика 13 достигается перестройка5 16241 формирователя 7 во всем рабочем диапазоне частот.Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (Фиг. 2 а) имеет резко выраженный экстремум, для которого ха 5 рактерно минимальное значение полного сопротивления 2 (последовательный резонанс). Работа МВ в этой области позволяет получить максимум активной составляющей потребляемой мощности и минимум йапряжения на обмотке вибровозбудителя. Абсолютное значение минимума напряжения нестабильно, так как зависит от состояния режущего инструмента, напряжения возбуждения (пропорционального усилию подачи), температуры, добротности обмотки МВ и ряда других причин.1 20Однако АЧХ имеет крутые склоны, позволяющие эффективно преобразовать незначительные отклонения частоты возбуждающих импульсов в напряжение на обмотке, т.е. осуществлять преоб разование частотно-модулированного напряжения в амплитудно-модулированное. Кроме того, в связи с экстремалькым характером АЧХ, Фаза огибающей амплитудно-модулированных колебаний может изменяться на 180 по отношению к фазе напряжения, модулирующего частоту формирователя 7, т.е, к Фазе генератора 11, в зависимости от того, на каком склоне АЧХ находится рабочая точка. Так, при Г ( Г , производная35 д 0,/ЙЕ отрицательна (левая, падающая ветвь АЧХ) и Фаза огибающей противофазна напряжению генератора 11 (фиг. 2 б) . На правой Ретин АЧХ эти сигналы синфаэы (Фиг. 2 в), Таким образом, изменение Фазы огибающей свидетельствует о прохождении резонанса. Огибающая выделяется амплитудным детектором, О,фильтр 9 низкой частоты отде ляет огибающую от импульсов заполнения, а Фазовый детектор 10 сравнивает Фазу огибающей с Фазой напряжения генератора 11. Если выходное напряжение фазового детектора 1 О положитель р но, значит огибающая выходного напряжения и модулирующее напряжение синФаэны и ЙГе (рабочая точка находится на правом склоне АЧХ), а если отрицательно, то 1 ( Г . Компаратор 12 вырабатывает логические уровни0" и "1" в зависимости от знака выходного напряжения Фазового детектора 10. Прк положительном выходном напряженки (1 ) Г) вырабатывается уровень логический 0 е переключающий счетчиг 13 на вычитание, напряжение на выходе преобразователя 15 снижается, что вызывает уменьшение напряжения на выходе сумматора 16 и входной частоты Формирователя 7 импульсов. Рабочая точка возвращается к резонансу. После его прохождения (Г. Г е) знак выходного напряжения Фазового детектора 10 изменяется на противоположный, компаратор 12 устанавливается в состояние логическая "1", счет чик 13 включается в режим суммирования и частота импульсов Формирователя 7 возрастает. Работоспособность блока 6 управления не зависит от амплитуды напряжения, так как Фиксация момента резонанса происходит по изменению Фазового сдвига. Это очень важно, так как в данном устройстве имеется независимый контур регулирования по мощности возбуждения и напряжение принципиально может изменяться в широких пределах в зависимости от усилия подачи.Следовательно, блок управления Формирует и 1 пульсы питания, обеспечивающие работу при минимуме напряжения на зажимах вибровоэбудителя, что соответствует резонансу электромеханического контура вчбровозбудитель - забой и характеризуется компенсацией реактивных составляющих контура, т.е. потребляемая электроэнергия максимально используется для выполнения механической работы по разрушению забоя.Использование автоматической регулировки напряжения питания импульсного источника по усилию подачи обеспечивает рациональную Форму. импульсов, улучшая при этом энергетические показатели устройства, повышает надежность, вибровозбудителя, предохраняя механически ненагруженный вибровозбудитель от работы с большой амплитудой колебаний (при эабуривании, прохождении пустот в породе и окончании бурения), а также повышает удобство эксплуатации, сводя к минимуму количество органов управления.Формула изобретенияустройство электропитания магнитостриниионного ниброноебуиителя б16241 рильной установки, содержащее источник постоянного тока, вибровозбудитель и генератор низкой частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повьппения эФАективности работы устройства путем снижения энергопотребления, оно снабжено блоком регулирования напряжения, импульсным источником питания, генератором тактовых импульсов, реверсивным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, компаратором, Фазовым детектором, сумматором, Аильт. ром низкой частоты, формирователем импульсов, амплитудным детектором и датчиком осевого усилия, выход которого через блок регулирования напряжения подключен к входу источника постоянного тока, выход которого подключен к первому входу импульсного источника питания, к второму входу 1 которого подключен формирователь импульсов, а выход импульсного источника питания подключен к входу вибровозбудителя и входу амплитудного детектора, выход которого через Фильтрнизкой частоты подключен к первомувходу Фазового детектора, выход которого через компаратор подключен к первому входу реверсивного счетчика, квторому входу которого подключен генератор тактовых импульсов, а выходреверсивного счетчика через циФроаналоговый преобразователь подключен кпервому входу сумматора, выкод которого подключен к входу Формирователяимпульсов, причем выход генераторанизкой частоты подключен к вторымвходам сумматора и фазового детектора.