Буровой станок

1)5 Е 2 сийской Федерации и тоаарным знакам омитет Р о патент ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ТЕНТ триса ЛуЕНЛынсСР 4 ь ЬЭ(71) Университет дружбы народов имб(73) Российский университет дружбы народов(7) Использование: изобретение относится к карьерному оборудованию, а именно к станкам шарошечного бурения Сущность изобретения: буровойстанок содержит датчик 1 колебаний, вьаод которого через усилитель-формирователь 12 и блок смещения Э сигналов подключен к электромагнитному преобразователю 4 дросселирующего гидро- распределителя 5, силовой гидравлееский орган, состоящий из гидронасоса 6 и гидроцилиндра 7, 8, подключенных к входу дросселирующего гидрораспределитепя, снабжен дополнительным гидроВ) ИБ (11) 2004792 насосом 9, гидроаккумулятором 13 и клапаном разности давлений 12, причем вход дополнительного гидронасоса 9, подключен к выходу дросселирующего гидрораспределителя 5, выходу клапана разности давлений 12 и гидроаккумулятору 13, а выход дополнительного гидронасоса 9 подключен к гидроцилиндру 6 силового гидравлического органа и входу клапана разности давлений 12, устройство снабжено также регулятором подачи дополнительного гидронасоса, двумя дросселями и двумя дополнительными гидроаккумуляторами, причем регулятор подачи выполнену виде гидроцилиндра одна из полостей которого подключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель 16 - к выходу дополнительного гидронасоса, а другая полость - к второму дополнительному гидроаккумулятору и через второй дроссель - к входу дополнительного гидронасоса. 2 зп ф-лы, 9 ипИзобретение относится к буровой технике, в частности к буровым станкам шарошечного бурения для открытых горныхработ.Известен буровой станок, включающийгидропривод подачи бурового става, насосгидррпривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напорной линией гидропривода1). Недостаток станка заключается в том,что гидроаккумулятор постоянно подсоединен к гидроприводу. При этом уменьшаетсяжесткость механизма подачи, снижаютсяэффективность разрушения породы. при бурении и соответственно производительность.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству являетсябуровой станок, включающий гидроприводподачи бурового става и опорных гидродомкратов, насос гидропривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напорной линией .гидропривода через гидрораспределитель,датчик колебаний станка, подключенный через электронный блок к электромагниту гидрораспределителя 2.Недостатком укаэанного бурового станка является снижение производительностибурения в периоды работы с повышеннойвибрацией, продолжительность которых составляет приблизительно 10-15 рабочеговремени.Целью изобретения является повышение производительности бурения,Достигается это тем, что буровой станок, включающий гидропривод подачи бу.рового става и, опорных гидродомкратов,насос гидропривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напррной линией гидропривода через гидрораспределитель, датчикколебаний станка, подключенный черезэлектронный блок к электромагниту гидрораспределителя, снабжен дополнительнымнасосом и клапаном разности давлений,гидрораспределитель выполнен с пропорциональной характеристикой расхода от управляющего сигнала, вход дополнительногонасоса подключен к выходу гидрораспределителя, выходу клапана разности давленийи к гидроаккумулятору, выход дополнительного насоса подключен к напорной линиигидропривода и входу клапана разностидавлений; буровой станок снабжен такжерегулятором подачи дополнительного насоса, двумя дросселями и двумя дополнительными гидроаккумуляторами, причвмрегулятор подачи выполнен в виде гидроцилиндра, одна иэ полостей которого подключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель - к выходу дополнительного насоса, адругая полость - к второму дополнительному гидроаккумулятору и через второй дроссель - к входу дополнительного насоса;датчик колебаний выполнен в виде акселерометра, а электронный блок содержитфильтрующий усилитель и блок смещения10 сигнала.Существенность отличий предлагаемого изобретения состоит в том, что использование дополнительного насоса, клапана.. разности давлений, исполнение гидрораспределителя с пропорциональной характеристикой расхода от управляющего сигналапозволяет в сочетании с известными элементами получить новый качественный эф 20 фект (повышение производительностибурению), не являющийся суммой эффектов,достигаемых за счет использования известных и новых признаков в отдельности. Указанное свойство обеспечивается путем25 уменьшения уровня вибраций до допустимых значений без снижения жесткости ме. ханизма подачи и без соответствующегоснижения эффективности бурения в резонансных режимах, как это имеет место вЭ 0 известном устройстве.При.анализе новых признаков авторамив известных решениях наличие сходныхпризнаков не обнаружено. Следовательно,З 5 по мнению авторов, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".На фиг.1 представлена гидравлическаясхема предлагаемого станка, включающего40 в себя нерегулируемый дойолнительный насос (исполнение О, на фиг.2 - вариант гидравлической схемы станка сиспользованием. дополнительного насоса срегулируемой подачей (исполнение И); на45 фиг,З - схема станка с гидроп риводом опорных домкратов; на фиг.4 - схема станка сгидроприводом подачи бурового става; нафиг.5 - схема блока смещения сигнала, нафиг.б- график изменения во времени т рас 50 хода О жидкости, проходящей через гидрораспределитель; на фиг.7 - графикизменения подачи 0 дополнительного на. соса; на фиг.8- график изменения потока Оц55 жидкости, поступающей в напорную линиюгидропривода; на фиг.9 - зависимость подачи Он регулируемого дополнительного нак, соса от перепада Ьр давлений на еговыходе и входе,Станок включает датчик 1 колеЬаний,выход которого через фильтрующий усилитель 2 и блок 3 смещения сигнал подклю 2004792чен к электромагниту 4 гидрораспределителя 5. Фильтрующий усилитель 2 и блок 3 смещения сигнала образуют электронный блок. Гидропривод станка включает насос 6, гидроцилиндры 7 опорных гидродомкратов и тидроцилиндры 8 подачи бурового става. Напорная линия гидропривода подключена к входу гидрораспределителя 5. Выход дополнительного насоса 9 или 10 подключен через обратный клапан 11 ко входу клапана 12 разности давлений и к напорной линии 10 гидроцилиндров 7, 8, а вход дополнительного насоса 9 или 10 подключен к гидроаккуВ варианте с использованием регулятора 14 подачи дополнительного насоса 10(фиг.2) одна из полостей регулятора 14 под ключена к первому дополнительному гидро- аккумулятору 15 и через первый дроссель 16 - к выходу дополнительного насоса 10. Другая полость регулятора 14 подключена к второму дополнительному гидроаккумулятору 17 и через второй дроссель 18 - к входу дополнительного насоса 10. Винт 19 и пружина 20 служат органами настройки дополнительного насоса 10. Гидравлическая 30 часть, предназначенная для подавления колебаний, объединена в гидроблок 21. Блок 3 смещения сигнала включает двухполупериодный выпрямитель 22, сглаживающий фильтр 23 и сумматор 24. Буровой станок имеет платформу 25 и мачту 26, Механизм подачи бурового става 27 содержит гидро- цилиндры 8 и полиспастную систему 28, связанную с кареткой 29 вращателя 30.Работа станка происходит следующим 40 образом. В исходном положении дополнительный насос 9(10) отключен, электрический сигнал на обмотке электромагнита 4 отсутствует и рабочие линии гидрораспределителя 5 перекрыты, При заполнении гидроблока 21 жидкостью, поступающей из напорной линии гидропривода через открываемый для этой цели вентиль (не доказан), на гидрораспределителе 5 и дополнитель ном насосе 9(10) устанавливается номинальный перепад давления Арно., определяемый настройкой клапана 12 разности давлений. Величина указанного перепада на 1020 ф выше перепада давления 55 на гидрораспределителе 5 при его номинальном расходе. Обратный клапан 11 препятствует проникновению жиДкости через зазоры в дополнительном насосе 910. После включения насоса 9. 10 устройство готово к работе,мулятору 13, к выходу гидрораспределителя 155 и к выходу клапана 12 разности давлений В процессе бурения скважины прад действием переменных усилий, приложенных со сторонь забоя к буровому инструменту. возникают колебательные перемещения бурового става 27 с вращателем 30, а также перемещения платформы 25 с мачтой 26. Указанные перемещения фиксируются датчиком 1 в виде непрерывного электрического сигнала поступающего на вход фильтрующего усилителя 2, в котором происходит фильтрация высокочастотных составляющих сигнала (помех), выделение преобладающей гармоники и ее усиление, С выхода блока 2 электрический сигнал, близкий по форме к симметричной синусоиде, поступает на вход блока 3 смещения сигнала, на выходе которого образуется синусоида, смещенная на величину, равную ее амплитудному значению (фиг,5), Достигается это благодаря сложению в сумматоре 24 двух сигналов: синусоидального, снимаемого с выхода фильтрующего усилителя 2, и постоянного, получаемого путем детектирования в выпрямителе 22 и сглаживания в фильтре 23 сигнала, поступающего с выхода блока 2, С выхода блока 3 смещенный сигнал поступает на обмотку электромагнита 4 гидрораспределителя 5, обеспечивающего пропорциональную зависимость расхода от величины электрического сигнала, В результате расход жидкости, вытекающей из гидроцилиндра 7(8) через гидрораспределитель 5, изменяется по пульсирующему закону(график Яг на фиг.6). В то же время в гидроцилиндр 7(8) из дополнительного насоса 9, 10 поступает постоянный поток жидкости, соответствующий подаче насоса (график Он на фиг.7). В итоге в гидроцилиндр 7(8) подается переменный поток 0=0+Ог(фиг,8), создающий на штоке переменное усилие, обеспечивающее уменьшение вертикальных х или угловых а колебаний платформы 25 с мачтой 26, а также вертикальных колебаний бурового става 27 с вращателем 30: В частности, для уменьшения угловых колебаний а жидкость из гидроблока 21 подается к цилиндрам 7 двух ближайших к мачте 26 опорных гидро- домкратов (фиг.З). Для уменьшения вертикальных колебаний х платформы 25 жидкость из гидроблока 21 одновременно подается в гидроцилиндры 7 всех опорных гидродомкратов (подводящие трубопроводы на чертеже не показаны). Ддя уменьшения вертикальных колебаний у бурового става 27 с вращателем 30 жидкость из гидроблока 21 поступает одновременно в обана снижение колебаний гидроцилиндра 8 механизма подачи бурового става (фиг.4).В качестве датчика 1 колебаний использован акселерометр. При этом расход Оц жидкости, поступающей в гидроцилиндры 8, пропорционален мгновенному значению колебательного ускорения бурового става 27 с вращателем 30(фиг,4), Поскольку перемещение штока гидроцилиндра 8 пропорционально интегралу от расхода по времени, то оно пропорционально интегралу от ускорения, а. следовательно, пропорционально колебательной скорости движения бурового става 27 с вращателем 30. Указанные перемещения штоков гидроцилиндров 8 создакц в полиспастной системе 28 усилия, равные произведению перемещения на жесткость полиспаста. В результате к движущимся массам бурового става 7 и вращателя 30 прикладывается сила, пропорциональная и противоположно направленная их колебательной скорости (эффект вязкого сопротивления), что, как известно, обеспечивает снижение колебаний,Аналогичным образом достигается эффект уменьшения колебаний платформы 25 с мачтой 26 при подаче жидкости в гидроцилиндры 7 двух ближайших к мачте 26 опорных гидродомкратов последние создают момент, пропорциональный и противоположно направленный скорости углового перемещения а платформы, а при подаче жиДкОсти из гиДроблока 21 в гиДроцилинД- ры 7 всех опорных гидродомкратов последние создают силу, пропорциональную и5противоположно направленную скорости вертикального перемещения х платформы,При использовании для гашения колебаний сил, эквивалентных вязкому сопро тивлению, не происходит уменьшения жесткости механизмов станка и соответственно не снижается эффективность бурения, как это имеет место в известном устройстве. В то же время в предлагаемом устройстве за счет назначения соответствующей величины общего коэффициента усиления звеньев 1, 2, 3 обеспечивается допустимый уровень вибрации, при котором . не накладываются ограничения на параметры режима бурения станка и не происходит по этой причине снижение его производительности.Номинальная подача Ов.но. дополнительного насоса 9(10) выбрана равной средней составляющей расхода Ог,р. через гидрораспределитель 5 при расчетном уровне колебаний. При уменьшении колебаний. расход 0 через гидрораспределитель 5 становится меньше подачи 0 н насоса 9, гидро- аккумулятор 13 разряжается до тех пор, пока разность давлений на входе и выходе дополнительного насоса 9 не станет равной разности давлений, на которую настроен клапан 12 исполнение 1, фиг,1), Клапан 12 открываетСя и избыточная жидость циркулирует по замкнутому контуру дополнительный насос 9 - клапан 12 разности давлений, причем в клапане 12 происходит потеря мощности на дросселирование. В варианте с использованием регулятора 14 подачи дополнительного насоса 10 (исполнение 11, 15 фиг.2) при уменьшении колебаний станка иувеличении разности давлений Л р на выходе и входе насоса 10 подача 0 н насоса уменьшается в соответствии с графиком на фиг.9 до тех пор, пока не становится равной 20 расходу жидкости, проходящей через гидрораспределитель 5, Клапан 12 в этом случае не работает и потери на дросселирование отсутствуют. Изменение подачи насоса происходит за счет изменения, например, эксцентриситета в пластинчатом насосе под действием разности давлений в полостях регулятора 14. Дроссель 16, 18 и дополнительные гидроаккумуляторы 15, 16 произво дят сглаживание пульсаций давления вполостях регулятора 14.При увеличении колебаний станка вышерасчетного уровня расход 0 г через гидро- распределитель 5 становится больше подЯ 5 ачи 0 н насоса, давление вгидроаккумуляторе 13 возрастает, перепад давлений на кромках золотника гидрораспределителя 5 уменьшается, 8 результате расход жидкости через гидрораспредели тель 5 уменьшается до тех пор, пока он несравняется с подачей дополнительного насоса 9. В варианте и с использованием регулятора 14 подачи дополнительного насоса 10(исполнение 11, фиг.2) при увеличении колебаний станка и уменьшении разности давлений Ьр между выходом и входом дополнительного насоса 10 его подача 0 н в соответствии с характеристикой на фиг.9 50 увеличивается до тех пор, пока она не сравняется с расходом жидкости, проходящей через гидрораспределитель 5. При этом эффективность снижения колебаний не ограничивается насыщением по расходу и в то же время обеспечивается устойчивость работы станка в различных режимах с минимальными затратами энергии, расходуемой Установка номинальной подачи 0 ол.насоса, соответствующей номинальному значению перепада Л р,., давлений2;.,Станок г.с п.1, отличающийся тем,15 что он снабжен регулятором подачи дополнительного насоса, двумя дросселями и .двумя дополнительными гидроаккумуляторами, причем регулятор подачи выполненв виде гидроцилиндра, одна из полостейкоторого подключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель - к выходу дополнительногонасоса, а другая полость подключена к вто 25 рому дополнительному гидроаккумуляторуи. через второй дроссель - к входу дополнительного насоса.3. Станок по пп. 1 и 2, отличающийсятем, что датчик колебаний выполнен в виде0 акселерометра, а электронный блок содержит фильтрующий усилитель и блок смещения сигнала, =гИспоинеаЕХмежду выходом и входом дополнительного насоса 10, осуществляется созданием при помощи винта 19 определенной силы затяжки пружины 20, Крутизна характеристики дополнительного насоса 10 (фиг.9) задается выбором соотношений между площадями рабочих поверхностей в полостях регулятора 14 и жесткостью пружины 20.Использование изобретения позволяет повысить производительность бурового станка за счет улучшения его виброустойчиФормула изобретения1; БУРОВОЙ СТАНОК, включающий гидропривод подачи бурового става и опорных гидродомкратов, насос гидропривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напорной линией гидропривода через гидрораспределитель, датчик колебаний станка, подключенный через электронный блок к электромагниту гидрораспределителя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности бурения, он снабжен дополнительным насосом и клапаном разности давления, при этом вход дополнительного насоса подключен к выходу гидрораспределителя, выходу клапана разности давлений и к гидроаккумулятору, а выход дополнительного насоса подключен к напорной линии гидропривода и входу клапана разности давлений,вости, а также повысить надежность и долговечность конструкции, снизить вибронагруженность на рабочем месте оператора,56) Авторское свидетельство СССРМ 213741, кл. Е 2" С 1/00, 1967,Авторское свидетельство СССРМ 750051 кл, Е 21 С 1/00, 1978.2004792 гср 7 Н ЮЖ Н ИОН Лр Фцг,Составитель Д.ГришинТехред М.Моргентал Корректор А.Обручар Редактор Е.йолионова Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва. Ж, Рэушская наб 4/5 аказ 33 П одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101