Автоматическое устройство управления бурового станка

Союз СоветсникСоцнапистичесникреспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 909139(5)М. Кл,Е 21 В 44/00 С 05 0 29/00 Гооударствскпыб квинтет СССР по делам изобретений и открыткй(72) Авторы изобретения В.С. Борбат и В.С. Косырихин Тульский политехнический институт Министерство-зиявшего и среднего специального образования РСФСР(54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ БУРОВОГО СТАНКАИзобретение относится к средствам автоматизации буровых машин.По основному авт. св, 11 488195известно устройство, содержащееэлектродвигатель вращателя, пневмоподатчик,два воздухораспределителя,пневмоаккумулятор с обратным клапаном, автоматическую защиту от заклинивания бурового органа с датчиком нагрузки и три электрическисвязанных между собой логических пороговых устройства, второй датчикнагрузки и задатчик оптимального усилия бурового станка,Второй датчик нагрузки электрически связан с силовой цепью элект 15родвигателя и задатчиком оптимального усилия бурового станка, а такжеэлектрически соединен через электронный блок, включающий в себя два20логических блокинг-генератора, двафильтра и усилитель с тиристорами,с исполнительным механизмом, который жестко связан с пневмодросселем. 2Пневмодроссель соединен воздухопро" водом с воздухораспределителем ручного управления и пневмоподатчиком,Такое устройство осуществляет автоматическую защиту от заклинивания бурового органа, автоматическое регулирование усилия подачи и поддержание заданного значения нагрузки электродвигателя вращателя путем изменения проходного сечения пневмодросселя, а вместе с ним и давления в пневмоподатчике бурового станка Г 11Однако при использовании известного устройства производительность бурения и надежность работы бурового станка снижаются в результате возникновения при бурении взрывных скважин интенсивной вибрации, уровень которой нередко превышает допустимые нормы. Это обстоятельство имеет существенное значение, поскольку в процессе бурения взрывных скважин при возникновении сильной вибрации стан 909139ка оптимальное управление не выдерживается, и машинист, излишне снижаяосевое усилие на забой скважины дляуменьшения уровня вибрации, тем самым снижает скорость проходки и сменную производительность станка, Кроме того, вибрации вызывают дополнительные динамические напряжения вовсех узлах бурового станка, снижаяего надежность, а также при определенных условиях (резонанс) они могут нарушить процесс бурения и подвергают обслуживающий персонал вредному воздействию низкочастотной вибрации, которая нередко существенно 15превышает допустимые санитарно-гигиенические нормы. Вследствие этогодля защиты от вибраций членов станочной бригады и оборудования необходимо в первую очередь нормализовать режим бурения по фактору вибрации,Цель изобретения - автоматизациярегулирования режима бурения при непрерывном контроле уровня вибрациистанка, улучшение производственныхусловий труда персонала станка, атакже снижение динамических нагрузокв оборудовании станка,Указанная цель достигается тем, 30что автоматическое устройство управления бурового станка дополнительноснабжено усилителями, двумя выпрямителями, двумя нуль-органами, задатчиком уровня вибрации и датчиком уров.ззня амплитуды низкочастотной составляющей вибрации, который механически связан с платформой бурового станка, выходы обоих датчиков соединенычерез усилители, выпрямители с фильтОрами и нуль-органы с исполнительныммеханизмом пневмодросселя бурового.станка,На фиг. 1 изображена принципиальная схема пневматической части устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема электрической части устройства с дополнительными элементами.Пневмоподатчик 1 через воздухораспределители 2 и 3 связан с магистралью, подводящей сжатый воздух от компрессора. Аккумулятор 4 сжатоговоздуха через обратный клапан 5 соединен с магистралью, и в нем поддерживается давление пневмосети. Пневмодрассель 6 автоматического управления соединен воздухапроводом с воздухораспредепителем 3 и пневмоподатчикам 1. Пненлодрос.сель Ь автоматического упрааления при нормальнойнагрузке электродвигателя позволяетосуществить ручное управление пневмоподатчиком 1 с помощью воздухораспределителя 3.Электрическая схема устройствавключает в себя следующие основныеэлементы: автоматическую защиту 7от заклинивания бурового органа стремя связанными между собой логическими пороговыми устройствами, датчик 3 нагрузки, задатчик 9 оптимального усилия бурения, блокинг-генераторы 10 и 11, фильтры 12-17, триггеры 18 и 19, исполнительный механизм20, выпрямители 21 и 22, диоды 23-28,резисторы 29-31, конденсаторы 32 и33, Электрическая схема устройствавключает в себя следующие дополнительно введенные элементы: датчик 34уровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации, усилитель, выполненный на транзисторах35-39, выпрямитель 40 с фильтром41-42-43, эадатчик 44 допустимогопо санитарно-промышленным нормамуровня вибрации, нуль-органы 45 и 46,конденсаторы 47-54, диоды 55-58, ре-зисторы 59-64 и транзисторы 65-70.Датчик 34 уровня вибрации пола вкабине машиниста, выдающий в системусигнал, пропорциональный виброскорости, подключен на вход усилителяна транзисторах 35-39, Усилитель через выпрямитель 40 с фильтром 4142-43 соединен с измерительной схемойсравнения, Измерительная схема включает в себя нуль-органы на трансформаторах 45 и 46, диодный компаратор55-58, блокинг-генераторы на транзисторах 66 и 69 Выходной каскадсхемы выполнен как усилитель-ключс общим эмиттером на транзисторах67 и 70, в цепь которых включенытиристоры 18 и 19. Тиристоры 18 и 19соединены с исполнительным механизмом 20 пневмодросселя 6 буровогостанка,Датчик 8 нагрузки и задатчик 9 соединены через электронный блок, выполненный с двумя логическими блокинг-генераторами 10 и 11, двумя фильтрами 12-14 и 15-17 и усилителем с тиристорами 18 и 19 с исполнительным механизмом 20, жестко связанным с пневмодросселем 6.5 10 15 20 25 Эо Э 5 40 45 50 55 5 90Датчик 34 уровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации жестко связан с платформой бурового станка и электрически соединен с эадатчиком 44. Выходы задатчика 44 и датчика 34 электрически связаны через электронный блок, выполненный с усилителем 35-39, выпрямителем 40 с фильтром 41-43, логическими нуль-органами на трансформаторах 45 и 46, с исполнительным механизмом 20 пневмодросселя 6 бурового станка.Устройство работает следующим образом.Для непрерывной оценки фактического значения величины уровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации бурового станка и недопущения ее превышения допустимого уровня независимо от знака амплитуды колебаний выходная величина датчика 34 уровня амплитуды вибрации усиливается пятикаскадным низкочастотным усилителем переменного тока на транзисторах 35-39, преобразуется выпрямителем 40 в напряжение постоянного тока, которое сглаживается фильтром 41-43, и поступает в балансную измерительную схему на логических нуль-органах 45 и 46 с диодным компаратором 55-58 и блокинг-генераторами на транзисторах 66 и 69, где сравнивается с заданным опорным напряжением с задатчика 44 оптимального уровня вибрации станка. Балансная измерительная схема электронного блока является знакочувствительным нуль-индикатором опорного на пряжения с эадатчика 44 и напряжения с датчика 34 уровня вибрации и связана с блокинг-генераторами на транзисторах 66 и 69 через дифференциальные обмотки трансформаторов нуль-органов 45 и 46 и конденсаторы 50 и 54.Средняя точка дифференциальной обмотки обратной связи трансформаторов нуль-органов 45 и 46 подключена на вход транзисторов 66 и 69 через конденсаторы 50 и 54. Для импульсов бло кинг-генераторов концы дифференциаль ной обмотки трансформаторов нуль-органов 45 и 46 соединены с нулем питания через динамические сопротивления диодов 55-58 и шунтированы кон денсаторами 48, 49. 52 и 53,В состоянии равновесия измерительной схемы сравниваемые диодами 55-58 напряжения равны. Диоды смещены впрямом направлении, и через них протекают небольшие прямые ток 1, которые определяются сопротивлением резисторов 59 и 62, Равным токам черездиоды соответствуют также равные повеличине их динамические сопротивления, Мостовые схемы переменного тока(обмотка трансформатора нуль-органа45, диоды 55 и 56, обмотка трансформатора нуль-органа 46, диоды 57 и 58)находятся в равновесии. Концы обмоток трансформаторов нуль-органов 45и 46 соединены таким образом, цтобыпри равенстве входных напряжений надиодах 55-58 возникала положительнаяобратная связь. При этом выполняетсяусловие самовозбуждения блокинг-генераторов. Колебания блокинг-генераторов через обмотку трансформаторовнуль-органов 45 и 46 поступают на базу транзисторов 65 и 68, 4 ерез тран"зисторы 65 и 68 заряжаются конденсаторы 47 и 51, протекающий через резисторы 60 и 63 базовый ток открывает транзисторы 67 и 70, напряжениевыхода с которых падает до величины,близкой к нулю. Тиристоры 18 и 19выходного каскада закрыты, обмоткиисполнительного механизма 20 обесточены. При этом пневмодроссель 6 находится в таком положении, когда буровой станок работает с оптимальной скоростью бурения, соответствующей номинальной нагрузке электродвигателявращателя и допустимому уровню вибрации станка. Этому состоянию схемысоответствует равенство опорного иконтролируемого напряжений. К диодам56 и 57 подводится контролируемоенапряжение датчика, а к диодам 55 и58 - опорное напряжение,При вибрации станка, превышающейдопустимый по санитарно-промышленным нормам уровень, контролируемоенапряжение с датчика 34 превышаетопорное, и равновесие измерительнойсхемы нарушается. Ток через один издиодов увеличивается, одновременноток через другой диод уменьшается,Происходит сдвиг рабочих точек навольт-амперных характеристиках диодов55-58 и соответственно изменяютсявеличины их динамических сопротивлений, диод 55 открыт, а диод 57 закрыт. Знак обратной связи меняетсяна отрицательный. Колебания блокинггенератора прекращаются. Конденсатор 51 разряжается. Напряжение сме щения через резистор 64 запирает транзистор 70, и протекающий базовый ток открывает тиристор 19 выходного каскада, который включает исполнительный механизм 20 на уменьшение усилия подачи бурового става на забой, а, следовательно, и вибрации станка до уровня допустимой, По окончании процесса регулирования равновесие измерительной схемы восстанавливается, тиристор 19 закрывается, и исполнительный механизм 20 обесточивается.При вибрации станка ниже порогового уровня и скорости бурения стан ка меньше оптимальной опорное напряжение превышает контролируемое. В работу включается нуль-орган 45 и тиристор 18, а исполнительный механизм 20 изменяет положение пневмо дросселя 6 в сторону увеличения скорости бурения до заданной оптимальной, рассогласование в системе устраняется. Регулирование и увеличение скорости бурения происходит до 25 тех пор, пока не установится заданный оптимальный режим бурения буро" вого станка, нагрузка электродвигателя вращателя и уровень вибрации бурового станка не станут номинальны- ЗО ми.Таким образом, автоматическое устройство управления бурового станка позволяет осуществить регулирование режима бурения при непрерывном контроле уровня вибрации и стабилизации его в допустимом режиме бурения, защиту обслуживающего персонала и бурового инструмента от вредного воздействия вибраций, снизить динамические нагрузки в механическом и электрическом оборудовании станка, значительно повысить надежность станка и улучшить производственные условия труда. Как следствие, работа устройства сопровождается заметным экономическим эффектом,Формула изобретенияАвтоматическое устройство управления бурового станка по авт. св,488195, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью автоматизации регулирования режима бурения при непрерывном контроле уровня вибрации станка и улучшения социально-экономических и производственных условий трудаперсонала станка, а также снижениядинамических нагрузок в оборудованиистанка, оно дополнительно снабженоусилителями, двумя выпрямителями сфильтрами, двумя нуль-органами, задатчиком уровня вибрации и датчикомуровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации, который механически связан с платформойбурового станка, выходы задатчикаи датчика соединены через усилители,выпрямители с фильтрами и нуль-органы с исполнительным механизмом пневмодросселя бурового станка,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР У 488195, кл, 0 05 0 29/00.909139 Жс. 2 атент , г. Ужгород, ул. Проектная Фили ПИ Заказ 798/И Тираж 62 Подписное ППП П