Бурильная установка

Союз Советскик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ о 765501(53)М. Кл.з с присоединением заявки М 9 Е 21 В 45/00 Государственный комитет СССР яо делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 230980 Бюллетень М 9 Дата опубликования описания 250980(72) Авторы изобретения В. М. Бочаров и Г. М. Водяник Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе(54) (54) БУРИЛЬНАЯ УСТАНОВКА 1 Изобретение относится к горной промышленности;Известны буровые установки для проходки скважин во всех типах пород, Реализующее ударный и вращательный способы механического разрушения горных пород 11.Известна бурильная установка для образования скважин, преимущественно в мерзлых грунтах, ударным и вращательным способом, содержащая коммутирующее устройСтво, винтовой исполнительный механизм, состоящий из винта, соединенного через штангу с буровым инструментом, а через шлицевую втулку-маховик и передачу - с синхронным приводным двигателем, и гайки, установленной в подшипниках и соединенной с тормозным устройством 2Известная установка включает в себя два самостоятельных буровых устройства, что усложняет ее конструкцию и снижает производительность бурения. 25Цель изобретения - повышение производительности бурения и упрощение конструкции бурильной установки.Это достигается тем, что установка снабжена соединенным через пере О дачу с гайкой дополнительным асинхронным двигателем, статорные обмотки которого соединены посредством коммутирующего устройства со статорными обмотками асинхронного приводного двигателя в режиме вращательного бурения параллельно или в последовательный треугольник, а в режиме ударного бурения - в последовательную звезду.На фиг. 1 приведена кинематическая схема установки; на фиг. 2 - электрическая схема соединения приводных двигателей с диаграммой замыкания контактов коммутатора. Бурильная установка состоит иэ самоходной платформы 1, на которой установлена поворотная станина 2 с подвижной траверсой 3. На траверсе 3 с воэможностью поворота вокруг поперечной оси и перемещения вдоль продольной оси закреплены стрела 4, редукторы 5 и б, тормозное устройство 7, двигатели 8 и 9. На стреле 4 в неподвижной 10 и подвижной 11 опорах установлен винт 12, к которому крепится инструмент 13. Винт 12 через шлице- вую втулку-маховик 14 и редуктор 5 соединен с двигателем 8 и проходитчерез закрепленную в подшипниках гайку15, которая через редуктор б, имеющий две ступени выходной скорости,связана с тормозным устройством 7 идвигателем 9. На стреле 4 установленподвижный пружинный амортизатор 16.Для включения двигателей 8 и 9 междусобой и к питающей сети служит коммутатор с контактами К 4 - К 46. Двигатели 8 и 9 одинаковые по паспортнымпараметрам,Бурильная установка работает следующим образом,Стрела 4 из транспортного положения устанавливается в рабочее положение под углом, необходимым для бурения в заданном направлении. Так как 15стрела 4 имеет шесть степеней свободы, то направление бурения можетбыть любым. Если буримая порода мягкая, то забуривание и дальнейшее бурение ведутся в режиме вращательногобурения. Для этого устройством 7 затсрмаживается гайка, замыкаются контакты К -К и К -К -К ДвигательО 11 1 2 3включается в сеть и начинает вращатьвйнт 12, который вследствие неподвижности гайки 15 перемещается поступательно с постоянной скоростью, про.изводя инструментом 13 забуриваниеи дальнейшее бурение скважины. Есликрепость породы увеличится 1 то этоприведет к увеличению осевого уси- ЗОлия и увеличению реактивного моментана гайке 15 (резьба винтовой пары несамотормоэящая),При этом может оказаться, что тормозной момент от устройства 7 недостаточный для удержания гайки 15 и она начнет проворачиваться,В этом случае двигатели подключаютсяк сети параллельно, для чего замыкаютконтакты К-К 6,К -К , тормозное устройство 7 отключается, редуктор 6переключается в положение, когда угловая скорость на его выходе меньше,чем на выходе редуктора 5. Тогдапри увеличении реактивного моментана гайке от осевого усилия на винтедэигатель 9 может переходить в геИЕраторный режим, т, е, может выполнять функцию тормозного устройства, возвращающего энергию в сеть.При этом будет иметь место саморегулирование удельной подачи инструмента на забой в зависимости от крепости буримой породы в пределах рабочихскольжений двигателей. В случае, когда физико-механическИе свойства буримых пород и состояние скважины и инструмента изменяются так, что резко увеличится сопротивление вращению винта, двигатели 8 и 9 включаются по схеме последователь. ИЫй треугольник, для чего замыкают ся контакты К 1 К КК 1 1 К 9 К 4 гК 441 Йа последовательно включенные фазы статорных обмоток подается линейное напряжение. Двигатели работают в режиме электрического дифференциала,а бурильная установка работает в режиме саморегулирования подачи с отводом инструмента от забоя в случае повышения момента сопротивления на инструменте выше допустимого.Если встретится порода, бурение которой вращательным способом малопроизводительно, привод буровой установки переводится в режим ударного бурения. Для этого двигатели 8 и 9 соединяются в последовательную звезду замыканием контактов К 1,К,К 9 и К 4 ( . Устройством 7 фиксируется гайка 15. Редуктор б переключается на ступень большей выходной скорости. Замыканием контактов К К К подается напряжение на двигателй 8 и 9, которое распределяется между фазами двигателей пропорционально их полным сопротивлениям. Так как двигатели имеют одинаковые паспортные данные, то напряжения на их фазах практически равны половине номинального. Осуществляется запуск ненагруженного двигателя 8 в режиме реакторного пуска с пониженными в два раза пусковым током и в четыре раза пусковым моментом, Двигатель 9 остается неподвижным, так как он заторможен устройством 7. По мере запуска двигателя 8 уменьшается его скольжение и увеличивается полное сопротивление. Это приводит к увеличению напряжения и момента на двигателе 8 и уменьшению напряжения и момента на двигателе 9, В соответствии с величиной разности угловых скоростей винта и гайки, а также с направлением вращения двигателей и направлением нарезки резьбы винт движется поступательно по направлению к забою,По достижении инструментом буримой породы сопротивление поступательному перемещению винга резко возрастает, что приводит к его стопорению вследствие удара инструмента о породу. Из-за резкого увеличения осевого усилия возрастает реактивный момент на гайке и по достижении заданного значения момента устройство 7 отключается, а двигатель 9 начнет интенсивный разгон под действием момента от осевого усилия собственного возрастающего вращающего момента. Кроме того, ускоренному запуску этого двигателя способствует тот факт, что инерционность масс, связанных с двигателем 8 больше инерционности масс, связанных с двигателем 9. По мере разгона двигателя 9 происходит отвод инструмента от забояэтому способствует то, что редуктор б имеет меньшее передаточное число по сравнению с редуктором 5). Еще до окончания полного разгона двигателя 9 начнется запуск двигателя 8, так как при отводе инструмента от забоя двигатель 8 также становится малонагруженным, Кроме того, при отходе инструмента на задан 765501ное расстояние подвижная опора 11 начинает сжимать пружину 16, что нагружает двигатель 9 и облегчает запуск двигателя 8.После того как скорости винтаи гайки сравняются, отвод инструмента прекратится. Пружина 16 разжимается и поступательно перемещает винтв сторону забоя. Передаточные числаредукторов подобраны таким образом,что при равенстве скоростей винтаи гайки число оборотов двигателя 9меньше, чем у двигателя 8, Это значит, что двигатель 8 имеет меньшеескольжение, большее полное внутреннеесопротивление соответственно боль)шее напряжение на фазах обмоткистатора и больший момент на валу посравнению с двигателем 9, Поэтомудвигатель 8 интенсивно разгоняется,а двигатель 9 затормаживает и включающееся после полного раэжатияпружины 16 тормозное устройство 7тормозит.его до заданного значенияугловой скорости. Двигатель 8 выходитна заданный режим и цикл повторяется.Таким образом, конструкция машиныупрощается, так как для вращательногодвижения инструмента и воэвратнопоступательного движения инструментаиспользуются один и тот же винтовойподатчик и один и тот же привод,изменение режимов бурения осуществляется простым переключением обмотокприводных двигателей, что при использовании универсального инструментаи устройств автоматики может быть осуществлено без прекращения бурения.Возможность реализовать одной машиной различные способы бурения без сложной перенастройки повышает производительность бурения скважин.Формула изобретенияБурильная установка, содержащая коммутирующее устройство, винтовой исполнительный механизм, состоящий из винта, соединенного через штангу с буровым инструментом, а через шлицевую втулку-маховик и передачу с асинхронным приводным двигателем, и гайки, установленной в подшипниках и соединенной с тормозным устройством, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности бурения и упрощения конструкции, она снабжена дополнительным асинхронным двигателем, статорные обмотки которого соединены посредством коммутирующего устройства со статорными обмотками асинхронного приводного двигателя в режиме вращательного бурения параллельно или в последовательный треугольник, а в режиме ударного бурения - в последовательную звезду.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3407888,кл, 175-173, опублик. 1968,2. Авторское свидетельство СССРР 160482, кл. Е 21 В 45/00, 1962.,; ;."ууск каз 6472/33 Тираж 626 ЦНИИПИ Государственного комитета по делам иэобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раущская н