DE3025420C2

DE3025420C2 - Automatic control system for a rotary drill

Info

Publication number: DE3025420C2
Application number: DE19803025420
Authority: DE
Inventors: Aleksei Alekseevi&ccaron; &Scaron;ukovsky; Vladimir Dmitrievi&ccaron; Butkin; Michail Ivanovi&ccaron; &Ccaron;eljabinsk Kula&ccaron;ek
Original assignee: NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ PROEKTNO-KONSTRUKTORSKIJ INSTITUT PO DOBYCE POLEZNYCH ISKOPAEMYCH OTKRYTYM SPOSOBOM CELJABINSK SU
Current assignee: NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ PROEKTNO-KONSTRUKTORSKIJ INSTITUT PO DOBYCE POLEZNYCH ISKOPAEMYCH OTKRYTYM SPOSOBOM CELJABINSK SU
Priority date: 1980-07-04
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE3025420A1

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Steuersystem für eine Drehbohrmaschine, an deren Eingang ein Achsbelastungsregler des Bohrwerkzeuges und an deren anderen Eingang ein Drehzahlregler angeschlossen sind, deren jeder über ein eigenes Vergleichselement mit einem Sollwerteinsteller verbunden ist, und deren Ausgänge jeweils mit einem Bohrgeschwindigkeitsgeber, einem Drehzahlgeber des Bohrwerkzeuges, einem Achsbelastungsgeber des Bohrwerkzeuges, einem Geber für das an das Bohrwerkzeug angelegte Drehmoment und einem Geber für die Schwingungsgesehwindigkeit der Bohrmaschinen-Konstruktion verbunden sind.The invention relates to an automatic control system for a rotary drilling machine, at the input of which a Axis load controller of the drilling tool and a speed controller connected to its other input , each of which is connected to a setpoint adjuster via its own comparison element, and their Outputs each with a drilling speed sensor, a speed sensor of the drilling tool, a Axle load transmitter of the drilling tool, a transmitter for the torque applied to the drilling tool and a transducer for the vibration speed of the drilling machine construction are.

Das automatische Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung ist zum Einsatz bei Bohrarbeiten mit Rollen-, Schneid- und kombinierten Bohrwerkzeugtypen während der Niederbringung von vorzugsweise Spreng- sowie geologischen Erkundungs- und Tiefbohrungen im Bergbaubetrieb in verschiedenen Industriezweigen verwendbar.The automatic control system according to the present invention is for use in drilling operations with roller, Cutting and combined drilling tool types during the lowering of preferably Blasting as well as geological exploration and deep drilling in mining operations in various branches of industry usable.

Bei den bekannten Systemen der automatischen Steuerung wird hauptsächlich das Prinzip der Regelung der Drehzahl des Bohrwerkzeuges in direkter Proportionalität realisiert, während jedoch die Achsbelastung des Bohrwerkzeuges in umgekehrter Proportionalität zur Bohrdrehzahl in dem zu bohrenden Gestein geregelt wird.In the known systems of automatic control, the principle of regulation is mainly used the speed of the drilling tool realized in direct proportionality, while the axle load of the drilling tool in inverse proportionality to the drilling speed in the rock to be drilled will.

Ein bekanntes Steuersystem umfaßt Regler, die mit dem Eingang der Bohrmaschine für die Drehzahl der Bohrmaschine und die Axialbelastung der Bohrmaschine verbunden sind, wobei jeder dieser Regler ein eigenes Vergleichselement enthält, welches mit dem Einsteller für die geregelte Größe verbunden ist. An die Ausgänge der Bohrmaschine ist ein Fühler für die Drehzahl, ein Fühler für die Drehzahl der Bohrmaschine und ein Fühler für die Axiallast der Bohrmaschine angeschlossen, die für die zu messenden Parameter des Bohrbetriebes entsprechende Steuervorrichtungen aufweisen. Der Ausgang des Fühlers für die Axialbelastung ist mit einem Teiler eines konstanten Wertes K verbunden, der an einem der Eingänge des Teilers aufgrund des Istwertes der Achsbelastung P der Bohrmaschine eingegeben wird. Das vom Ausgang des Teilers oder Divisors abgenommene Signal wird dem Eingang des Vergleichselements des Reglers für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeugs zugeführt, wo ?uch ein Signal zur Vorgabe des M inimal wertes für die Drehzahl des Bohrwerkzeugs eintrifft. Der Ausgang des Bohrdrehzahlgebers ist ari einen Divisor eines an einem der Eingänge des Divisors eingegebenen konstanten Wertes C durch einen Momentanwert der Bohrgeschwindigkeit V angeschlossen. Das dem Ausgang des Divisors entnommene Signal wird dem Eingang des Vergleichselementes des Reglers für die Achsbelastung Pdcs Bohrwerkzeuges zugeführt, wo auch ein Signal zur Vorgabe des Minimalwertes fürA known control system comprises regulators which are connected to the input of the drilling machine for the speed of the drilling machine and the axial load of the drilling machine, each of these regulators containing its own comparison element which is connected to the adjuster for the regulated variable. A sensor for the speed, a sensor for the speed of the drilling machine and a sensor for the axial load of the drilling machine are connected to the outputs of the drilling machine, which have corresponding control devices for the parameters of the drilling operation to be measured. The output of the sensor for the axial load is connected to a divider of a constant value K , which is entered at one of the inputs of the divider based on the actual value of the axial load P of the drilling machine. The signal taken from the output of the divider or divider is fed to the input of the comparison element of the controller for the speed ω of the drilling tool, where a signal for specifying the minimum value for the speed of the drilling tool arrives. The output of the drilling speed encoder is connected to a divisor of a constant value C entered at one of the inputs of the divisor by an instantaneous value of the drilling speed V. The signal taken from the output of the divisor is fed to the input of the comparison element of the controller for the axis load Pdcs drilling tool, where a signal for specifying the minimum value for

!0 die Achsbelastung des Bohrwerkzeuges ankommt (siehe beispielsweise W. A. Tzygankow »Adaptives Steuersystem für ein Bohrverfahren mit kombinierter Steuerung«, Hochschulen-Mitteilungen. Gerätebau, 1971. Nr. 4).! 0 the axial load of the drilling tool arrives (see for example W. A. Tzygankow »Adaptive control system for a drilling process with combined control, "Hochschulen-Mitteilungen. Device construction, 1971. No. 4).

Es ist auch eine Ausführungsvariante des genannten Systems bekannt, bei dem die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges gemäß einer direkten proportionalen Abhängigkeit in Funktion der Bohrgeschwindigkeit V und die Achsbelastung mit Hilfe einer Drr>?seldüse mit fester Querschnittsfiäche ihrer öffnung geregelt werden, die im Hydrauliksystem zum Vorschub des Werkzeuges in die Bohrlochsohle zur Schaffung eines Ausflußwiderstandes im Hydrauliksystem angeordnet wird.A variant of the system mentioned is also known in which the rotational speed ω of the drilling tool is regulated according to a direct proportional dependence as a function of the drilling speed V and the axial load with the aid of a drilling nozzle with a fixed cross-sectional area of its opening, which is used in the hydraulic system for feed of the tool is placed in the bottom of the borehole to create an outflow resistance in the hydraulic system.

Die Achsbelastung P wird in dem bekannten System auf ein der augenblicklichen Bohrgeschwindigkeit V proportionales Signal geregelt, das vom Ausgang des Gebers für die Bohrgeschwindigkeit V am Eingang des Divisors eintrifft. Am Ausgang des Divisors wird ein Steuersignal gebildet, das dem Eingang des Reglers für die Belastung P zugeführt wird. Je größer die augenblickliche Bohrgeschwindigkeit K ist, desto kleiner wird der Wert der Achsbelastung Pam Bohrwerkzeug eingestellt. In the known system, the axle load P is regulated to a signal which is proportional to the instantaneous drilling speed V and which arrives from the output of the encoder for the drilling speed V at the input of the divisor. A control signal is generated at the output of the divisor and is fed to the input of the controller for the load P. The greater the instantaneous drilling speed K, the lower the value of the axis load Pam drilling tool is set.

Der Istwert der Achsbelastung P wird durch einen Achsbelastungsgeber gemessen und dem Eingang eines zweiten Divisors zugeführt, dessen Ausgang ein Steuersignal des Reglers für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges bildet. )e größer der Istwert der Achsbelastung P ist, eine desto geringere Drehzahl ω wird durch das auto-The actual value of the axle load P is measured by an axle load transmitter and fed to the input of a second divisor, the output of which forms a control signal from the controller for the speed ω of the drilling tool. ) e is greater than the actual value of the axle load P, the lower the speed ω is due to the auto-

•40 maische Steuersystem eingestellt.• 40 mash control system set.

Nachteilig ist bei den bekannten Systemen deren geringe Regelungsgenauigkeit, denn den Eingängen des Divisors zugeführte konstante Koeffizienten, die vorausberechnet werden und optimale Regelungsprogram-The disadvantage of the known systems is their low control accuracy, because the inputs of the Divisors supplied constant coefficients, which are calculated in advance and optimal control program

•t5 me bestimmen, sind angenähert. Die optimalen Regelungsprogramme für die bekannten Systeme müssen für jeden Typ des Bohrwerkzeuges und für jede Art des Gesteins und der Bohrmaschine vorausberechnet werden. Die Berechnungen der optimalen Programme schließen in sich die Auswahl eines Bohrbarkeitsparameters für alle möglichen Bohrbedingungen und Ermittlung von Bohrparametern entsprechend optimaler Werte der Drehzahl des Bohrwerkzeuges und der Achsbelastur.g P des Bohrwerkzeuges ein. Die genannten 3e-• determine t5 me are approximated. The optimal control programs for the known systems must be calculated in advance for each type of drilling tool and for each type of rock and drilling machine. The calculations of the optimal programs include the selection of a drillability parameter for all possible drilling conditions and determination of drilling parameters according to optimal values of the speed of the drilling tool and the axial load g P of the drilling tool. The mentioned 3e-

5") rechnungcn sind kompliziert und arbeitsintensiv und bedürfen der An%vendung einer komplizierten Rechentechnik. Die im Ergebnis erhaltenen optimalen Programme sind nur auf die Verhältnisse, für die sie ausgelegt sind, anwendbar. Der Abweichungsgrad der optimalen Programme von deren Einsatzbedingimgen ist unkontrollierbar, was eine zusätzliche Verschlechterung der Steuerungsgenauigkeit bei Änderung von Bohrbedingungen nach sich zieht.
Aus der US-PS 39 71 449 ist eine Anordnung zur Regelung der Bohrfunktionen bei einer Bohreinrichtung bekannt, bei der die Drehzahl des Bohrkopfes und die Vorschubkraft bzw. Achsbelastung des Bohrkopfes so geregelt werden, daß der Bohrfortschritt eine optimale5 ") calculations are complicated and labor-intensive and require the use of a complicated computing technique. The optimal programs obtained as a result can only be used for the conditions for which they are designed there is an additional deterioration in control accuracy when drilling conditions change.
From US-PS 39 71 449 an arrangement for controlling the drilling functions in a drilling device is known in which the speed of the drill head and the feed force or axial load of the drill head are controlled so that the drilling progress is optimal

Geschwindigkeit als Funktion der Vorschubkraft bzw. Achsbelastung erreicht. Während der Bohrarbeit wird die Änderung der Eindringgeschwindigkeit des Bohrkopfes in das Gestein gemessen, und die Bohrfunktionen werden auf der Grundlage der Meßergebnisse so geregelt, daß die Bohrkopf-Vorschubkraft entweder erhöht oder vermindert wird. Bei diesem bekannten System werden jedoch nicht alle für den Bohrvorgang wesentlichen Parameter berücksichtigt, beispielsweise wird dabei kein Bohrbarkeitsparameter berücksichtigt, der über die Qualität des jeweils vorherrschenden Gesteins Aufschluß gibt, so daß mit Hilfe dieses bekannten Systems keine sehr hohe Genauigkeit der automatischen Regelung erzielt werden kann.Speed reached as a function of the feed force or axle load. During the drilling work will the change in the penetration speed of the drill head into the rock is measured, and the drilling functions are controlled on the basis of the measurement results so that the drill head feed force is either increased or is reduced. In this known system, however, not all are essential for the drilling process Parameters taken into account, for example no drillability parameter is taken into account, which gives information about the quality of the prevailing rock, so that with the help of this known System, a very high accuracy of the automatic control cannot be achieved.

Aus der US-PS 38 72 932 ist ein Verfahren zur progressiven Erhöhung des auf einen Bohrkopf wirkenden Gewichtes bekannt, wobei gemäß diesem bekanntenFrom US-PS 38 72 932 a method for progressively increasing the acting on a drill head Weight known, according to this known

» 1.1 IfIIIi ».II U».. flUUlt ···.., Ut. ........ ...£,£....... .w.j,"1.1 IfIIIi" .II U ".. flUUlt ··· .., Ut. ........ ... £, £ ....... .wj,

keil des ßohrkopl'es während dieser Periode ermittelt wird, und dann progressiv das Gewicht, welches auf den Bohrkopf wirkt, vermindert wird, wenn die Eindringgeschwindigkeit einen bestimmten Wert erreicht hat. woraufhin dann das auf den Bohrkopf wirkende Gewicht erneu! progressiv erhöht wird. Mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens wird nicht die Möglichkeit gegeben die Lebensdauer des jeweils verwendeten Bohrgeräts bzw. Bohrkopfes optimal auszunutzen, da auch bei diesem bekannten Verfahren eine Reihe von wesentlichen Parametern nicht berücksichtigt werden.wedge of the ßohrkopl'es determined during this period becomes, and then progressively the weight that is placed on the Drill head acts, is decreased when the penetration speed has reached a certain value. whereupon the weight acting on the drill head new! is progressively increased. With the help of this known method the possibility is not given Optimally utilize the service life of the drilling device or drilling head used, as this is also the case known methods a number of essential parameters are not taken into account.

Aus der US-PS 30 39 543 ist ein elektronisches Regelsystem für Tiefbohrarbeiten bekannt. Das bekannte Regelsystem umfaßt drei Regeleinheiten, von denen die erste Regeleinheit die Bohrgeschwindigkeit regelt, so daß der Maximalwert des zulässigen Drehmoments des Antriebsmotors nicht überschritten wird. Das zweite Regelsystem !st düfür vorgesehen die Bohrpcschwindigkeit und den Zufluß des dem Bohrloch zugeführten Schmiermittels zu regeln und diese Parameter so einzustellen, daß die erforderliche Menge an Schmiermittel immer in das Bohrloch eingeführt wird und dabei möglichst wenig Schmiermittel .ils Überschuß verlorengeht. Die dritte Regeleinheil dient da/u der Situation Rechnung /u tragen, bei der die Menge des /ugeführten Schmiermittels nicht mehr weiter erhöht werden kann und den Schmierniittel/ufluß auf einen konstanten Wert /u halten.From US-PS 30 39 543 is an electronic control system known for deep drilling. The known control system comprises three control units, of which the first control unit regulates the drilling speed so that the maximum value of the permissible torque of the Drive motor is not exceeded. The second control system is intended for the drilling speed and to regulate the flow of lubricant supplied to the borehole and to adjust these parameters so that the required amount of lubricant is always introduced into the borehole and thereby as possible little lubricant or excess is lost. The third rule unit serves to take into account the situation in which the amount of the Lubricant can no longer be increased and the lubricant / ufluß to a constant value / hold u.

Damit wird auch bei diesem bekannten Regelsystem nicht den wesentlichen Parametern wie beispielsweise dem Bohrbarkeitsparameter Rechnung getragen.In this known control system, too, the essential parameters such as the drillability parameter taken into account.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit der automatischen Regelung der optimalen Parameter bei Änderung der Bohrbedingungen unier gleichzeitiger Vereinfachung der Steuermittel zu erhöhen. It is therefore the object of the present invention that Accuracy of the automatic regulation of the optimal parameters when changing the drilling conditions unier Simultaneous simplification of the tax means to increase.

Die gestellte Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß es eine Recheneinheit zur Ermittlung des Fortschritts des Bohrwerkzeuges je Umdrehung enthält, deren Eingänge jeweMs auf den Bohrgeschwindigkeitsgeber und auf den Drehzahlgeber des Bohrwerkzeuges und deren Ausgang auf ein Element /um Vergleich des Istwerts des Fortschritts des Bohrwerkzeuges je Umdrehung mit dem entsprechenden SoIIu en geschaltet sind, der durch eine Recheneinrichtung ermittelt wird, derer, ilirigiip.ge jeweils an die Geber fur die Bohrgeschwindigkeit. Drehzahl des Bohrwerkzeuges. Achsbe'astung des Bohrwerkzeuges, für d:is an das Bohrwerkzeug angelegte Drehmoment und an den Geber für die Schwingungsgeschwindigkeit sowie an einen Einsteller für weitere Eingangsparameter und deren Ausgänge jeweils an das Vergleichselement für den Ist/Sollwert des Fortschritts des Bohrwerkzeuges je Umdrehung, an den Achsbelastungsregler des Bohrwerkzeuges, an den Drehzahlgeber des Bohrwerkzeuges und an ein Element zum Vergleich des Istwerts der spezifischen Bohrbarkeit des zu bohrenden Gesteins mit dem entsprechenden Sollwert angeschlossen sind. Die erfindungsgemäße Ausführung des automatisehen Steuersystems gestattet es, die Genauigkeit der automatischen Regelung der Bohrbetriebsparameter unter gleichzeitiger Vereinfachung der Steuermittel wesentlich zu erhöhen.
Zweckmäßig wird die Recheneinheit für die Bohrparameter in Form eines Divisors ausgeführt, an dessen Eingänge Multiplikationsglieder angeschlossen sind, die einen Istwert der dem Bohrwerkzeug zugeführten Energie gegenüber der Antriebsleistung für das zn bohrende Gestein aus an den Eingängen der Multiplika-The object is achieved according to the present invention in that it contains a computing unit for determining the progress of the drilling tool per revolution, the inputs of which relate to the drilling speed sensor and the speed sensor of the drilling tool and the output to an element / to compare the actual value of the progress of the drilling tool are switched per revolution with the corresponding target, which is determined by a computing device, which is transmitted to the encoder for the drilling speed. Speed of the drilling tool. Axial loading of the drilling tool, for the torque applied to the drilling tool and to the encoder for the vibration speed as well as to an adjuster for further input parameters and their outputs to the comparison element for the actual / target value of the progress of the drilling tool per revolution, to the Axial load controller of the drilling tool to the speed sensor of the drilling tool and to an element for comparing the actual value of the specific drillability of the rock to be drilled with the corresponding setpoint. The embodiment of the automatic control system according to the invention makes it possible to significantly increase the accuracy of the automatic regulation of the drilling operating parameters while at the same time simplifying the control means.
The arithmetic unit for the drilling parameters is expediently designed in the form of a divisor, to the inputs of which multiplication elements are connected, which provide an actual value of the energy supplied to the drilling tool in relation to the drive power for the rock being drilled from at the inputs of the multiplicators.

>o tionsglieder von den entsprechenden Gebern eintreffenden Signalen erzeugen. Dies gibt die Möglichkeit, operativ die Kriterien für die Bohrparameter beim Bohrvorgang in Form eines Verhältnisses aus Antriebsenergie, die zugeführt wird und Antriebsleistung für den > o elements received from the relevant donors Generate signals. This gives the possibility of operating the criteria for the drilling parameters when Drilling process in the form of a ratio of drive energy that is supplied and drive power for the

:5 Bohrvorgang als Funktion der Parameter für den Bohrbetrieb zu bestimmen.: 5 Drilling process as a function of the parameters for the drilling operation to determine.

DK. Einstelleinheit für den Wert der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges wird zweckmäßigerweise in Form einer Kompensationseinheit ausgeführt, die an das Ver-DK. Setting unit for the value of the axial load of the drilling tool is expediently in the form a compensation unit, which is sent to the

jo gleichselement für den Istwert der spezifischen Bohrbarkeit des zu bohrenden Gesteins und für den Sollwert angeschlossen ist, und den momentanen Optimalwert der Kriterien für die Bohrparameter in einem Regelungsvorgang für die Achsbelastung des Bohrwerkzeuges erzeugt, der mittels eines mit dem Achsbelastungsregler über einen Umschalter gekoppelten Sollwerteinstellers für die Achsbelastung zustandekommt. Dies erlaubt es, den Optimalwert der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges sowohl bei einem konstanten Wert derjo equal element for the actual value of the specific drillability of the rock to be drilled and for the target value is connected, and the current optimum value the criteria for the drilling parameters in a control process for the axial load of the drilling tool generated by means of a setpoint adjuster coupled to the axle load controller via a changeover switch for the axle load. This allows the optimal value of the axial load on the drilling tool both at a constant value of

4i) Drehzahl des Bohrwerkzeuges als auch bei einer gleichzeitigen Regelung der Drehzahl und der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges einzustellen, was die Einsiellzcit des Optinialwertes der Achsbelastung verkürzt.4i) speed of the drilling tool as well as a simultaneous one Adjustment of the speed and the axial load of the drilling tool, what the Einsiellzcit of the optimal value of the axle load.

Die Einstcllcinheit für die Drehzahl des Bohrwerkzeuges wird zweckmäßigerweise in Form einer Kompensationseinheit ausgeführt, die an das Vergleichselement für den Istwert des Bohrfortschritts und für den Sollwert angeschlossen ist, und den momentanen Optimalwert für die Kriterien der Parameter des Bohrbetriebs im Prozeß der Regelung der Drehzahl erzeugt, die mittels eines mit dem Drehzahlregler über einen Umschalter gekoppelten Einstellers für die Drehzahl zustande kommt. Dies gibt die Möglichkeit, den Optimalwert der Drehzahl des Bohrwerkzeuges sowohl bei einem konstanten Wert der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges als auch bei einer gleichzeitigen Regelung der Achsbelastung und der Drehzahl einzustellen, was die Einstellzeit für den Optimalwert der Drehzahl des Bohrwerkzeuges reduziert.The setting unit for the speed of the drilling tool is expediently in the form of a compensation unit executed, which is sent to the comparison element for the actual value of the drilling progress and for the Setpoint is connected, and the current optimum value for the criteria of the parameters of the drilling operation generated in the process of regulating the speed, which by means of a with the speed controller via a Changeover switch coupled adjuster for the speed comes about. This gives the opportunity to find the optimal value the speed of the drilling tool both at a constant value of the axial load of the drilling tool as well as with a simultaneous regulation of the axle load and the speed set what the setting time for the optimum value of the speed of the drilling tool is reduced.

Es ist sinnvoll, die Recheneinheit für die Selbstkosten des Bohrens in Form eines Summators auszuführen, dessen einer Eingang über einen Zwischendivisor mit dem Ausgang eines anderen Divisors verbunden ist an dessen Eingänge dem Istwert des Bohrfortschritts proIt makes sense to implement the arithmetic unit for the cost of drilling in the form of a summator, one input of which is connected to the output of another divisor via an intermediate divisor whose inputs are based on the actual value of the drilling progress

to Umdrehung und den Kosten des Bohrwerkzeuges entsprechende Signale eintreffen, wobei der andere Eingang des Zwischendivisors mit einem Einsteller für die Motorkapazität des Bohrwerkzeuges verbunden undto revolution and the cost of the drilling tool Signals arrive, the other input of the intermediate divisor with an adjuster for the Motor capacity of the drilling tool connected and

der zweite Eingang des Summators über einen anderen, mit einem Eingang mit dem Geber für die Bohrgeschwindigkeit gekoppelten Zwischendivisor an den Ausgang eines anderen Summaiors angeschlossen ist. an dessen einem Eingang ein den Amortisationskosten der Bohrmaschine und den Personalkosten entsprechende ; Signal ankommt, während der andere Eingang mit einem Multiplikator verbunden ist. an dessen getrennten Eingängen den Kosten einer Einheit der verbrauchten elektrischen Energie und dem Verbrauch der durch die Bohrmaschine aufgenommenen Leistung entsprechende Signale ankommen. Eine derartige Ausführung der Recheneinheit für die Selbstkosten des Bohrens gestattet es. nach den laufenden und an den Eingängen der Recheneinheit für die Selbstkosten des Bohrens eingegebenen Werten der Parameter auf das Bohrwerkzeug und andere Kostenpositionen bezogene Püriiai'tvcrtc der Selbstkosten getrennt cu ei rechnen und sie bei Bedarf als spezielle Qualitätskriterien zur Regelung der Betriebsart der Bohrmaschine heranzuziehen. the second input of the summator is connected to the output of another summator via another intermediate divisor, which has an input coupled to the encoder for the drilling speed. at one of its inputs, a corresponding to the amortization costs of the drilling machine and the personnel costs ; Signal arrives while the other input is connected to a multiplier. signals corresponding to the cost of a unit of the consumed electrical energy and the consumption of the power consumed by the drill arrive at its separate inputs. Such a design of the arithmetic unit for the cost of drilling allows it. according to the current and to the inputs of the computing unit for the cost of drilling input values of the parameters on the drilling tool and other cost items related Püriiai'tvcrtc the cost separated cu egg count and them into account when required as a specific quality criteria for controlling the operation of the drilling machine.

Zweckmäßig wird im Falle der Regelung der Drehzahl des Bohrwerkzeuges der Einsteller für die Motorkapazi'.ät des Bohrwerkzeuges in Form eines Potentiometers ausgeführt. Dies ermöglicht es, bei einfacher Konstruktion vor Beginn der Bohrung einen konstanten Wert der Motorkapazität rasch einzustellen und zwar unabhängig von der Drehzahl des Bohrwerkzeuges, wenn letzteres ein bekannter Typ ist.In the case of regulating the speed of the drilling tool, the adjuster for the motor capacity is useful of the drilling tool in the form of a potentiometer. This makes it easier with Construction to quickly set a constant value of the motor capacity before drilling begins regardless of the speed of the drilling tool, if the latter is a known type.

Es .it angebracht, im Falle der Achsbelastungsregelung des Bohrwerkzeuges den Einsteller für die Motorkapazität des Bohrwerkzeuges in Form eines Funktionswandlers für den Istwert der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges in Funktion der Motorkapazität, abhängig vom Wert dieser Belastung, auszuführen. Dies gestattet es, nach einer für den beim Bohren verwendeten Typ des Werkzeuges bekannten Abhängigkeit der Motorkapazität von der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges mit einfachen Mitteln im Bohrverfahren einen Istwert der Motorkapazität des Bohrwerkzeuges operativ zu formieren und verleiht der Arbeitsweise des Systems der automatischen Steuerung eine zusätzliche Flexibilität.It .it appropriate in the case of the axle load regulation of the drilling tool the adjuster for the motor capacity of the drilling tool in the form of a function converter for the actual value of the axial load on the drilling tool as a function of the motor capacity of the value of this burden. This allows for one used in drilling Type of tool known dependence of the motor capacity on the axial load of the drilling tool with simple means in the drilling process an actual value of the motor capacity of the drilling tool operationally to form and gives an additional function of the automatic control system Flexibility.

Zweckmäßig wird die Recheneinrichtung mit einem Extremwertregler versehen, dessen Eingang an den Ausgang der Recheneinheit für die Berechnung der Kriterien der Bohrparameter und dessen Ausgang über einen Umschalter mit einem der Eingänge des Vergleichselements für den Istwert der spezifischen Bohrbarkeit des zu bohrenden Gesteins und für de:· Sollwert oder mit dem Eingang des Achsbelastungsgebers gekoppelt ist. Dies gibt die Möglichkeit, die Suchgeschwindigkeit für die Optimalwerte der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges des Systems der automatischen Steuerung ohne Erniedrigung der Regelgenauigkeit, insbesondere beim Bohren gemengter Gesteine mit stark abweichenden Eigenschaften, zu erhöhenThe computing device is expediently provided with an extreme value controller, the input of which is connected to the Output of the computing unit for the calculation of the criteria of the drilling parameters and its output via a Toggle switch with one of the inputs of the comparison element for the actual value of the specific drillability of the rock to be drilled and for the: · Setpoint or coupled to the input of the axle load sensor is. This gives the option of setting the search speed for the optimum values for the axial load on the drilling tool of the system of automatic control without lowering the control accuracy, especially in Drilling of mixed rocks with very different properties

Vorteilhaft wird die Recheneinrichtung mit einem Extremwertregler versehen, dessen Eingang an den Ausgang der Recheneinheit für die Kriterien der Bohrparameter und dessen Ausgang über einen Umschalter mit einem der Eingänge des Vergleichselements für den Istwert des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges pro Um- - drehung und für den Sollwert oder mit dem Eingang des Reglers für die Drehzahl des Bohrwerkzeuges gekoppelt ist. Dies erlaubt es, die Suchgeschwindigkeit für die Optimalwerte der Drehzahl des Bohrwerkzeuges des automatischen Steuersystems ohne Herabsetzung der Regelgenauigkcit. insbesondere beim Bohren gemengter Gesteine mit stark abweichenden F.igenschaften, zu erhöhen.The computing device is advantageously provided with an extreme value controller, the input of which is connected to the output the arithmetic unit for the criteria of the drilling parameters and its output via a switch one of the inputs of the comparison element for the actual value of the drilling progress of the drilling tool per change - rotation and for the setpoint or with the input of the Controller for the speed of the drilling tool is coupled. This allows the search speed for the Optimal values of the speed of the boring tool of the automatic control system without reducing the Control accuracy. especially when drilling mixed rocks with strongly deviating properties raise.

Die Recheneinrichtung kann mit einer Begrenzereinheit für die Drehzahl des Bohrwerkzeuges in Gestalt eines Vergleichselementes für den Istwert der Schwingungsgeschwindigkeit und für den Sollwert ausgeführt werden, dessen Ausgang über ein Sperrglied an den Drehzahlregler des Bohrwerkzeuges gekoppelt ist. EineThe computing device can be equipped with a limiter unit for the speed of the drilling tool in the form of a comparison element for the actual value of the vibration speed and for the setpoint, the output of which is sent to the Speed controller of the drilling tool is coupled. One

ίο derartige Ausführung der Recheneinrichtung gestattet es. eine rasche Korrektur der Drehzahl des Bohrwerkzeuges im Falle der Entstehung einer den durch den Einsiellcr festgelegten Wen der Schwingungsgeschwindigkeit übersieigenden Schwingungsgcschwindigkcitίο such execution of the computing device permitted it. a quick correction of the speed of the drilling tool in the event of the occurrence of the Specifically, the value of the vibration velocity is determined excessive vibration speed

r> vorzunehmen.r> to make.

Die Recheneinrichtung kann auch mit einer Begrenzereinheit für den Wert der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges in Form eines Vergieichseiements für den Istwert der Schwingungsgeschwindigkeit und für denThe computing device can also have a limiter unit for the value of the axial load on the drilling tool in the form of a Vergieichseiements for the actual value of the vibration speed and for the

:o Sollwert ausgeführt werden, dessen Ausgang über ein Sperrglied an den Achsbelastiingsregler angeschlossen ist. Dies macht es möglich, eine schnelle Korrektur der Achsbelastung des Bohrwerkzeuges im Falle der Entstehung einer Schwingungsgesehwindigkeit vorzunehmen, die betragsmäßig ihren durch den Einsteller festgelegten Wert überschreitet.: o Setpoint will be executed, the output of which is via a Locking element is connected to the axle load regulator. This makes it possible for a quick correction of the To carry out axial loading of the drilling tool in the event of a vibration velocity, the amount exceeds the value set by the adjuster.

Die vorliegende Erfindung ist im folgenden anhand konkreter Ausführungsbeispiele und Zeichnungen nähererläutert. Es zeigtThe present invention is explained in more detail below with the aid of specific exemplary embodiments and drawings. It shows

jo Fig. I ein Blockschaltbild eines automatischen Steuersystems gemäß der Erfindung:jo Fig. I is a block diagram of an automatic control system according to the invention:

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Recheneinheit für die Berechnung des Kriteriums des Bohrparameters in einer konkreten Ausführungsvariante unter BenutzungF i g. 2 shows a block diagram of the computing unit for calculating the drilling parameter criterion in a specific design variant using

J5 eines Verhältnisses des Wertes der Vorschubleisiung des Bohrwerkzeuges zum Wert der Antriebsleistung des Bohrwerkzeugs für das Gestein mit Merkmalen nach der Erfindung:J5 of a ratio of the value of the feed rate of the drilling tool to the value of the drive power of the drilling tool for the rock with features according to the invention:

Fig.3 ein Blockschaltbild der Einstelleinheit für den Wert der Bohrwerkzeug-Achsbelastung, mit Merkmalen nach der Erfindung;3 shows a block diagram of the setting unit for the Value of the drilling tool axle load, with features according to the invention;

Fig.4 ein Blockschaltbild der Einstelleinheit für den Wert der Drehzahl des Bohrwerkzeuges, mit Merkmalen nach der Erfindung:4 shows a block diagram of the setting unit for the Value of the speed of the drilling tool, with features according to the invention:

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Recheneinheit für das Kriterium der Bohrparameter in einer konkreten Variante unter Ausnutzung des Istwertes der laufenden Bohrkosten als Kriterium der Bohrparanieter mit Merkmalen nach der Erfindung;Fig. 5 is a block diagram of the computing unit for the Criterion of the drilling parameters in a specific variant using the actual value of the current Drilling costs as a criterion of the drilling partner with features according to the invention;

F i g. 6 ein Blockschaltbild des Anschlusses des Extremwertreglers an das Vergleichselement zum Vergleiche» des Istwerts der spezifischen Bohrbarkeit des auszubohrenden Gesteines mit dem Sollwert mit Merkmalen nach der Erfindung;F i g. 6 a block diagram of the connection of the extreme value controller to the comparison element to compare »the actual value of the specific drillability of the one to be drilled Rock with the target value with features according to the invention;

F i g. 7 ein Blockschaltbild des Anschlusses des Extremwertreglers an das Vergleichselement zum Vergleichen des Istwertes des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges mit dem Sollwert, mit Merkmalen nach der Erfindung; F i g. 7 shows a block diagram of the connection of the extreme value controller to the comparison element for comparing the actual value of the drilling progress of the drilling tool with the setpoint, with features according to the invention;

Fig.8 ein Blockschaltbild der Begrenzereinheit für die Drehzahl des Bohrwerkzeuges mit Merkmalen nach der Erfindung:8 shows a block diagram of the limiter unit for the speed of the drilling tool with features according to the invention:

Fig.9 ein Blockschaltbild der Begrenzereinheit für die Achsbelastung des Bohrwerkzeuges mit Merkmaien nach der Erfindung.9 shows a block diagram of the limiter unit for the axial loading of the drilling tool with features according to the invention.

Dem Aufbauprinzip des automatischen Steuersystems mit Merkmalen nach der Erfindung liegt die Ausnutzung des Regelparameters eines optimalen Bohr-The principle of construction of the automatic control system with features according to the invention lies in the utilization the control parameter of an optimal drilling

fortschritts des Bohrwerkzeuges je eine Umdrehung, die Motorkapazität des Bohrwerkzeuges sowie energetischen Beziehungen beim Bohren zugrunde, die es gestatten, ein Minimum des unproduktiven Aufwandes der dem Bohrwerkzeug zugeführten Energie zu erhalten. Die für das Funktionieren des Steuersystems benötigte Information wird operativ und laufend im Bohrverfahren errechnet und unverzüglich zur Steuerung der Bohrmaschine nach einem von der die Bedienungsperson gewählten Kriterium aus einem Satz von im System der automatischen Steuerung zur Verfügung stehenden Kriterien ausgewertet.progress of the drilling tool one revolution each, the motor capacity of the drilling tool and energetic Relationships in drilling that allow a minimum of the unproductive effort of the to receive the energy supplied to the drilling tool. The one needed for the functioning of the tax system Information is calculated operationally and continuously in the drilling process and immediately for controlling the Drilling machine according to a criterion chosen by the operator from a set of in the system the criteria available to the automatic control are evaluated.

Das Blockschaltbild des automatischen Steuersystems der Drehbohrmaschine ist in F i g. 1 dargestellt.The block diagram of the automatic control system of the rotary drill is shown in FIG. 1 shown.

Das automatische Steuersystem für eine Drehbohrmaschine 1 enthält einen Regler 2 für die Achsbelastung P des (nicht gezeigten) Bohrwerkzeuges und einen Reglsr 3 für die Drch/.üh! cj des Bohrwerkzeuges, die jn den Eingang der Bohrmaschine 1 angeschlossen sind. Die Regler 2 und 3 sind über eigene Verglcichselemente 4 und 5 an entsprechende Ausgänge einer Recheneinrichtung 6 angeschlossenThe automatic control system for a rotary drilling machine 1 contains a controller 2 for the axle load P of the drilling tool (not shown) and a controller 3 for the drilling / .üh! cj of the drilling tool, which are connected to the input of the drilling machine 1. The controllers 2 and 3 are connected to corresponding outputs of a computing device 6 via their own comparison elements 4 and 5

An jeweilige Ausgänge der Bohrmaschine 1 sind Geber 7 für die Bohrgeschwindigkeit V, Geber 8 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges, Geber 9 für die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges, Geber 10 für das Drehmoment M des Bohrwerkzeuges und Geber 11 für die Schwingungsgeschwindigkeit y angeschlossen. Die Ausgänge der Geber 7,8,9,10 und 11 sind auf entsprechende Eingänge der Recheneinrichtung 6 geschaltet.Encoder 7 for the drilling speed V, encoder 8 for the speed ω of the drilling tool, encoder 9 for the axle load P of the drilling tool, encoder 10 for the torque M of the drilling tool and encoder 11 for the vibration speed y are connected to the respective outputs of the drilling machine 1. The outputs of the transmitters 7, 8, 9, 10 and 11 are connected to corresponding inputs of the computing device 6.

Außerdem werden an den Eingängen der Recheneinrichtung 6 dem Wert 12 der Motorkapazität R_n des Bohrwerkzeuges, den Kosten C₁, des Bohrwerkzeuges, den Kosten Ck der durch die Bohrmaschine 1 verbrauchten elektrischen Energie, den Verschleißkosten Ca der Bohrmaschine 1 und den Personalkosten, der durch die Bohrmaschine 1 aufgenommenen Energie N entsprechende Signale eingegeben.In addition, at the inputs of the computing device 6, the value 12 of the motor capacity R _{n of} the drilling tool, the costs C _{1 of} the drilling tool, the costs Ck of the electrical energy consumed by the drilling machine 1, the wear costs Ca of the drilling machine 1 and the personnel costs incurred by the drilling machine 1 input energy N corresponding signals.

Das automatische Steuersystem enthält eine Recheneinheit 13 für den Bohrfortschritt-lstwcrt des Bohrwerkzeuges je Umdi ihung. deren Eingänge an den Geber 7 für die Bohrgeschwindigkeit Vbzw. an den Geber 8 für die Drehzahl to des Bohrwerkzeuges und dessen Ausgang an das Vergleichselement 5 für den Bohrfortschritt-Istwert Zdes Bohrwerkzeuges und für den durch die Recheneinrichtung 6 ermittelten Sollwert Z₀ angeschlossen sind.The automatic control system contains a computer unit 13 for the actual drilling progress value of the drilling tool per turn. whose inputs to the encoder 7 for the drilling speed Vbzw. to the encoder 8 for the speed to of the drilling tool and its output to the comparison element 5 for the drilling progress actual value Z of the drilling tool and for the setpoint value Z ₀ determined by the computing device 6.

Ein derartiger Aufbau des Steuersystems gestattet es bei dessen Arbeit, die Effektivität der Arbeit des Bohrwerkzeuges kontinuierlich und automatisch nach dessen Bohrfortschritt-Istwert Z zu überwachen, ohne daß unproduktive Betriebsarten der Bohrmaschine 1 mit niedrigen Bohrgeschwindigkeiten Vzugelassen werden. Das Steuersystem weist auch eine RecheneinheitSuch a structure of the control system allows the drilling tool to work effectively continuously and automatically to monitor its drilling progress actual value Z, without unproductive Operating modes of the drilling machine 1 with low drilling speeds V are allowed. The control system also has a computing unit

für den Momentanwert der Kennziffer -ψ- der spezifischen Bohrbarkeit in Form eines Produkts ωΡ der Istwerte der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges und der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges auf. deren Eingänge an den Geber 8 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und an den Geber 9 für die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges und deren Ausgang an das Vergleichselement 4 für den Istwert von -~ der spezifischenfor the instantaneous value of the code number -ψ- of the specific drillability in the form of a product ωΡ of the actual values of the axle load P of the drilling tool and the speed ω of the drilling tool. their inputs to the encoder 8 for the speed ω of the drilling tool and to the encoder 9 for the axial load P of the drilling tool and their output to the comparison element 4 for the actual value of - ~ the specific

Bohrbarkeit in Form eines Produkts wPder Achsbchi- b5 stung P des Bohrwerkzeuges und der Drehzahl ω des Bo'iTrwerkzeuges und für den durch die RecheneinrichDrillability in the form of a product wPder Achsbchi- stung P of the drilling tool and the speed ω of the Bo'iTrwerkzeuges and for the computing device

1010

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

4545

50 tung 6 ermiuJten Istwert von fo_ der spezifischen 50 device 6 allowed actual value of fo_ the specific

Bohrbarkeit dss auszubohrenden Gesteines angeschlossen sind. Dies gibt die Möglichkeit, bei der Arbeit derDrillability of the rock to be drilled connected are. This gives the opportunity to work with the

Bohrmaschine 1 den Istwert von —2- der spezifischenDrill 1 the actual value of —2- the specific

ZoZo

Bohrbarkeit automatisch zu überwachen, ohne daß Bohrbetriebe zugelassen werden, bei denen das Verhältnis — der spezifischen Bohrbarkeit einen kleinen,Automatically monitor drillability, without drilling operations are permitted, in which the ratio - the specific drillability a small,

die Arbeitsleistung der Bohrmaschine 1 herabsetzenden Wert aufweist. An den Eingängen des Reglers 2 für die Achsbelastung P und des Reglers 3 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges werden von den entsprechenden Ausgängen der Recheneinrichtung 6 auch Begrenzungssignale Ay₁, und Ay₁,, für die Achsbelastung P und die Drehzahl «des Bohrwerkzeuges zugeführt. Die Einführung der operativen Begrenzungen für die Achsbelastung Pund die Drehzahl «des Bohrwerkzeuges macht die Arbeit der Bohrmaschine 1 stabil, nahezu schwingungs- und erschütterungsfrei und erhöht die Zuverlässigkeit ihrer Ausrüstung.the work performance of the drill 1 has a degrading value. At the inputs of the controller 2 for the axle load P and the controller 3 for the speed ω of the drilling tool, limiting signals Ay ₁ and Ay ₁ for the axle load P and the speed of the drilling tool are fed from the corresponding outputs of the computing device 6. The introduction of the operational limits for the axle load P and the speed of the drilling tool makes the work of the drilling machine 1 stable, almost free of vibrations and vibrations, and increases the reliability of its equipment.

Das automatische Steuersystem ist mit erforderlichen Kontrollgeräten 15, 16, 17, 18, 19 versehen, die jeweils Istwerte von beim Bohren beobachteten Größen der Bohrgeschwindigkeit V, der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges, der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges, des Drehmomentes M des Bohrwerkzeuges und der Schwingungsgeschwindigkeit y anzeigen.The automatic control system is provided with the necessary control devices 15, 16, 17, 18, 19, the respective actual values of the variables observed during drilling of the drilling speed V, the speed ω of the drilling tool, the axial load P of the drilling tool, the torque M of the drilling tool and the vibration speed show y .

Bei der Arbeit der Bohrmaschine 1 errechnet die Recheneinrichtung 6 nach den beobachteten Istwerten der Bohrgeschwindigkeit V, der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges, der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges und nach den Eingangsparametern 12 entsprechend dem von einer Bedienungsperson gewählten Kriterium Optimalwerte des Bohrfortschritts Z₀ des Bohrwerkzeuges pro dessen Umdrehung und der Kennziffer -φ- der spe- _{When the drilling machine 1 is working, the computing device 6 calculates optimum values of the drilling progress Z 0 of} the drilling tool for each of the input parameters 12 according to the observed actual values of the drilling speed V, the rotational speed ω of the drilling tool, the axial load P of the drilling tool and according to the criterion chosen by an operator Revolution and the code number -φ- the spe-

M)M)

zifischen Bohrbarkeil des auszubohrenden Gesteines. Gleichzeitig werden in den Einheiten 13,14 Istwerte Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges für dessen eine Umdrehung und Produkte «Paus der Drehzahl und der Achsbelastung Pdes Bohrwerkzeuges ermittelt.specific drill bar wedge of the rock to be drilled. At the same time, actual values Z the drilling progress of the drilling tool for its one revolution and products «Paus the speed and the axial load P of the drilling tool is determined.

Die erhaltenen Ist- und die berechneten Optimalwerte der Größen «Pund -— und Za werden entsprechend-The actual values obtained and the calculated optimal values of the quantities «Pund -— and Za are correspondingly-

durch die Vergleichselemente 4 und 5 verglichen. Die am Ausgang des Vergleichselements 5 auftretende Signaldifferenz AZ wird dem Eingang des Reglers 3 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges zugeführt, der eine Änderung der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges so lange vornimmt, bis diese Differenz AZ nahe Null geworden ist. Die sich am Ausgang des Vergleichselements 4 ergebende Signaldifferenz Δ(ωΡ) wird am Eingang des Reglers 2 für die Achsbelastung P eingespeist, der eine Änderung der Achsbelastung P so lange vornimmt, bis diese Differenzen;/^nahe Null geworden ist.compared by comparisons 4 and 5. The signal difference AZ occurring at the output of the comparison element 5 is fed to the input of the controller 3 for the speed ω of the drilling tool, which changes the speed ω of the drilling tool until this difference AZ is close to zero. The signal difference Δ (ωΡ) resulting at the output of the comparison element 4 is fed into the input of the controller 2 for the axle load P, which changes the axle load P until these differences have become close to zero.

Durch die RecheneinrichtunglTw~er3en auch Signale A Yp und Δ γ,ο für die Begrenzung der Achsbelastung P und der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges ermittelt, die auf die Regler 2 und 3 für die Achsbelastung P und Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges zur Korrektur von Istwerten der Bohrbetriebsparameter P und to gelangen, um die Arbeit der Bohrmaschine 1 mit großen, für das Bedienungspersonal schädlichen und die Zuverlässigkeil der Ausrüstung der Bohrmaschine 1 herabsetzenden Schwingungen zu verhindern.The computing device Tw ~ er3 also determines signals A Yp and Δ γ, ο for limiting the axle load P and the speed ω of the drilling tool, which are sent to controllers 2 and 3 for the axis load P and speed ω of the drilling tool to correct actual values of the drilling operating parameters P and to arrive in order to prevent the operation of the drilling machine 1 with large vibrations which are harmful to the operating personnel and which reduce the reliability of the equipment of the drilling machine 1.

Nach der automatischen Regelung der Betriebspara-After the automatic regulation of the operating parameters

bObO

meter Pund «arbeitet die Bohrmaschine 1 beim Erreichen ihrer O»'timalwertc Pi, und om ohne Änderung de.-iJetriebsart, bis sich die Eigenschaften des zu bohrenden Gesteines geändert haben. Bei Änderung der f-igenschaften des Gesteines ändert sich der Istwert Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges je eine Umdrehung, was eine Differenz ΔΖ von Signalen Z und Zo am Ausgang des Vergleichselements 5 für diese Signale erscheinen läßt. Der Regler 3 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges nimmt eine Regelung der Drehzahl ω vor, was eine Änderung des Wertes des Produktes ωΡ aus der Drehzahl ω und der Achsbelastung Pdes Bohrwerkzeuges und eine Regelung der Achsbelastung Pmit Hilfe des Reglers 2 für die Achsbelastung P bewirkt. Gleichzeitig werden durch die Recheneinrichtung 6 Optimalwerte von -^- der spezifischen Bohrbarkeit undmeter P and "the drilling machine 1 works when it reaches its O" timalwertc Pi, and om without changing the operating mode until the properties of the rock to be drilled have changed. When the f-properties of the rock change, the actual value Z of the drilling progress of the drilling tool changes per revolution, which makes a difference ΔΖ of signals Z and Zo appear at the output of comparison element 5 for these signals. The controller 3 for the speed ω of the drilling tool regulates the speed ω , which changes the value of the product ωΡ from the speed ω and the axle load P of the drilling tool and regulates the axle load P with the aid of the controller 2 for the axle load P. At the same time, the computing device 6 optimal values of - ^ - the specific drillability and

des Bchrfcrtschritts Zs des Bohrwerkzeuges je eine Umdrehung erarbeitet. Der Regelungsvorgang kommt zum Abschluß, wenn der Wert ΔΖ des Unterschiedes zwischen dem Optimalwert Z₀ des Bohrfortschritts und dem Istwert Z des Bohrfortschritts am Ausgang des Vergleichselements 5 für diese Werte und der Wert des Unterschiedes Δ{ωΡ) zwischen dem Optimalwert vonof the writing step Zs of the drilling tool each worked out one revolution. The control process comes to an end when the value ΔΖ of the difference between the optimum value Z _{0 of} the drilling progress and the actual value Z of the drilling progress at the output of the comparison element 5 for these values and the value of the difference Δ {ωΡ) between the optimum value of

Bohrbarkeit des Gesteines undDrillability of the rock and

-£■ der - £ ■ the

spezifischenspecific

dem Istwert des Produkts ωΡ aus der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und der Achsbelastung Pam Ausgang d^s Vergleichselements 4 für diese Werte gleich Null geworden sind. Hierbei beginnt die Bohrmaschine 1 in einem neuen Betrieb mit den Optimalwerten für eine neue Formation des auszubohrenden Gesteines entsprechenden Betriebspararnetern ω und P zu arbeiten. Bei einer kontinuierlichen Änderung der Eigenschaften des auszubohrenden Gesteines geht die Regelung der Betriebsparameter ω und Pkontinuierlich vor sich. Beispielsweise nimmt bei einer Härtezunahme des Gesteines die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges ab und die Achsbelastung Pzu. Bei der Härteabnahme des Gesteines nimmt die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges zu und die Achsbelastung P ab. Beim Bohren eines sich nach der Härte nicht ändernden homogenen Gesteines bleiben die Betriebsparameter Pund ω stabil.the actual value of the product ωΡ from the speed ω of the drilling tool and the axle load Pam output d ^ s comparison element 4 for these values have become zero. In this case, the drilling machine 1 begins to work in a new operation with the optimum values for a new formation of the rock to be drilled out, corresponding operating parameters ω and P. With a continuous change in the properties of the rock to be drilled, the control of the operating parameters ω and P is continuous. For example, with an increase in the hardness of the rock, the speed ω of the drilling tool decreases and the axle load Pzu. As the hardness of the rock decreases, the speed ω of the drilling tool increases and the axle load P decreases. When drilling a homogeneous rock that does not change in hardness, the operating parameters P and ω remain stable.

In der Recheneinrichtung 6 können nach der Wahl der Bedienungsperson mehrere Qualitätskriterien ausgenutzt werden. Fig.2 zeigt eine Ausführungsvariante der Recheneinheit für das Qualitätskriterium der Einrichtung 6, wo als Qualitätskriterium ein VerhältnisIn the computing device 6, after the operator's choice, several quality criteria can be used will. FIG. 2 shows a variant embodiment of the computing unit for the quality criterion of the device 6, where the quality criterion is a ratio

—τ. der Vorschubleistung PV des Bohrwerkzeuges an- τ. the feed power PV of the drilling tool

der Bohrlochsohle zur Bohrleistung ωΜ der Ausbohrung des Gesteines durch das Bohrwerkzeug genommen wird. Die Ausnutzung dieses Qualitätskriteriums zur Steuerung der Bohrbetriebsparameter ω und P gewährleistet einen niedrigen Energieverbrauch durch die Bohrmaschine 1 für unproduktive Leistungen.the bottom of the borehole for the drilling power ωΜ of the drilling of the rock is taken by the drilling tool. The utilization of this quality criterion for controlling the drilling operating parameters ω and P ensures a low energy consumption by the drilling machine 1 for unproductive services.

Die Recheneinheit für das Qualitätskriterium ist in diesem Fall in Form eines Divisors 20 ausgeführt, an dessen Eingänge Multiplikationsglieder 21 und 22 angeschlossen sind. Am Eingang des Multiplikationsgliedes 22 treffen von den entsprechenden Gebern Signale ein, die den Istwerten der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges und der Bohrungsgeschwindigkeit V entsprechen. Am Eingang des Multiplikationsgliedes 21 kommen von den entsprechenden Gebern Signale an, die den entsprechenden Istwerten der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und des Drehmomentes M des Bohrwerkzeuges entsprechen. Die sich am Ausgang der Mmtiplikalionsgliedcr 22 und 21 ergebenden Werte der Vorschublcisiung PVdes Bohrwerkzeuges in der Bohrlochsohle und der Bohrleistung «J/des Bohrwerkzeuges im Gestein treffen am Eingang des Divisors 20 ein.The arithmetic unit for the quality criterion is designed in this case in the form of a divisor 20, to the inputs of which multiplication elements 21 and 22 are connected. At the input of the multiplication element 22, signals arrive from the corresponding transmitters which correspond to the actual values of the axial load P of the drilling tool and the drilling speed V. At the input of the multiplication element 21, signals arrive from the corresponding transmitters which correspond to the corresponding actual values of the speed ω of the drilling tool and the torque M of the drilling tool. The values of the feed rate PV of the drilling tool in the borehole bottom and the drilling power J / of the drilling tool in the rock, which result at the output of the multiplication members 22 and 21, arrive at the input of the divider 20.

- PV - PV

an dessen Ausgang das Verhältnis —- der Vorschub-at its output the ratio - - the feed

(ύ Μ(ύ Μ

leistung PV zur Bohrleistung ωΜ errechnet wird. Am Ausgang des Divisors 20 liegt ein Anzeiger 23 für daspower PV for drilling power ωΜ is calculated. At the output of the divisor 20 there is an indicator 23 for the

FVFV

Verhältnis —- .
ίο ωΜ Relationship -- .
ίο ωΜ

Zur Abstimmung des Systems der automatischen Steuerung vor seiner Arbeit schaltet die Recheneinrichtung 6 die Einstclleinheit für den Wert der Aehsbelastung Pdes Bohrwerkzeuges (Fig. 3) und die Einstelleinheit für den Wert der Drehzahl wdes Bohrwerkzeuges (Fi g. 4) ein.To adjust the system of automatic control before its work, the computing device switches 6 the unit for setting the value of the exposure P of the drilling tool (Fig. 3) and the adjustment unit for the value of the speed w of the drilling tool (Fig. 4).

Die Einstclleinheit für den Wert der Achsbelastung P (F i g. 3) des Bohrwerkzeuges enthält einen Einsteller 24 für den Wert dieser Belastung P, der über einen Umschalter 25 mit dem Eingang des Reglers 2 für die Belastung P des Bohrwerkzeuges verbunden ist, und eine Kompensationseinheil 26, deren Ausgang über das Vergleichselement 4 für den Istwert «Pdes Produktes der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges und den Umschalter 25 gleichfalls mit dem Eingang des Belastungsreglers 2 gekoppelt ist. Das Vergleichselement 4 ist mit einem Anzeiger 27 versehen, der einen Unterschied zwischen dem Wert des Produkts ωΡ der Drehzahl ω des Bohr-Werkzeuges und der Achsbelastung Pund der Kennziffer -j- der spezifischen Bohrbarkeit des auszubohrenden Gesteines angibt.The setting unit for the value of the axle load P (FIG. 3) of the drilling tool contains an adjuster 24 for the value of this load P, which is connected via a changeover switch 25 to the input of the controller 2 for the load P of the drilling tool, and one Compensation unit 26, the output of which is also coupled to the input of the load controller 2 via the comparison element 4 for the actual value «P of the product of the speed ω of the drilling tool and the axial load P of the drilling tool and the changeover switch 25. The comparison element 4 is provided with an indicator 27 which indicates a difference between the value of the product ωΡ of the speed ω of the drilling tool and the axle load P and the code number -j- the specific drillability of the rock to be drilled.

Ein derartiger Aufbau der Einstelleinheit für denSuch a structure of the setting unit for the

J5 Wert der Achsbelastung P gestattet es. gleichzeitig mit der Einstellung der Achsbelastung P den optimalenJ5 value of the axle load P allows it. at the same time with the setting of the axle load P the optimal

spezifischen Bohrbarkeit desspecific drillability of the

Kennwert vonCharacteristic value of

-rr der-rr the

auszubohrenden Gesteines nach einem Istwert des Produktes ωΡ aus der Drehzahl ω und der Achsbelastung P zu bestimmen.to determine the rock to be drilled according to an actual value of the product ωΡ from the speed ω and the axle load P.

Bei einer von der Bedienungsperson im voraus eingestellten Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und u«ch einem Wert gleich dem Mittelwert im Regelbereich der Drehzahl ω wird mittels des Einstellers 24 die Achsbelastung Pdes Bohrwerkzeuges in Richtung einer Vergrößerung so lange geregelt, bis der Anzeiger 23 (Fig. 2) With a speed ω of the drilling tool set in advance by the operator and a value equal to the mean value in the control range of the speed ω , the axial load P of the drilling tool is regulated by means of the adjuster 24 in the direction of an increase until the indicator 23 (Fig. 2)

PV einen Maximalwert des Verhältnisses — der Vor- PV a maximum value of the ratio - the pre

Schubleistung PVdes Bohrwerkzeuges zur Bohrleistung ωΜ für das Gestein angegeben hat. Mit Hilfe eines Kompensator 26 wird der Istwert des Verhältnisses FfJZa der spezifischen Bohrbarkeit derart kompensiert, daß am Ausgang des Vergleichselements 4 für den WertHas specified thrust power PVof the drilling tool for the drilling power ωΜ for the rock. With the aid of a compensator 26, the actual value of the ratio FfJZa of the specific drillability is compensated in such a way that at the output of the comparison element 4 for the value

ωΡ und das Verhältnis ~τ~ der spezifischen Bohrbarkeit ωΡ and the ratio ~ τ ~ of the specific drillability

des Gesteines die Differenz Δ{ωΡ) dieser Signale gleich Null ist. Die genannten Operationen werden bei anderen Werten der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges wiederholt, wobei eine minimale Anzeige des Maximalwer-of the rock the difference Δ {ωΡ) of these signals is zero. The operations mentioned are repeated for other values of the speed ω of the drilling tool, with a minimum display of the maximum value

tes des Verhältnissestes of the ratio

FVFV

— der- the

Vorschubleistung PV Feed rate PV

zur Bohrleistung ωΜ nach dem Anzeiger 23 angestrebt wird. Der nach der letzten Kompensation am Ausgang des Kompensators 26 erhaltene Signal-to the drilling power ωΜ according to the indicator 23 is sought. The signal received after the last compensation at the output of the compensator 26

wert stellt einen Optimalwertvalue represents an optimal value

fischen Bohrbarkeit des auszubohrenden Gesteines dar.fish drillability of the rock to be drilled.

F₀ F ₀

— der spezi- - the special

■4)■ 4)

der den Optimalwerten der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges entspricht.which corresponds to the optimal values of the speed ω of the drilling tool and the axial load P of the drilling tool.

Die Einstellen heit für den Wert der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges (F i g. 4) enthält einen Einsteller 28 für den Wert dieser Drehzahl ω, der über einen Umschalter 29 mit dem Eingang des Reglers 3 für die Drehzahl ω verbunden ist. und eine Kompensationseinheit 30, deren Ausgang über das Vergleichselement 5 für den Istwert Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges pro eine Umdrehung und den Sollwert Zo dieses Bohrfortschritts sowie über den Umschalter 29 ebenfalls mit dem Eingang des Reglers 3 für die Drehzahl ω gekoppelt ist. Das Vergleichselement 5 ist mit einem Anzeiger 31 versehen, de^r <iie Differenz zwischen dem Sollwert Zq und dem Istwert Z des Niederbringens des Bohrwerkzeuges für eine Umdrehung angibt Ein derartiger Aufbau der Einstelleinheit für den Wert der Drehzahl ω gibt die Möglichkeit, zugleich mit der Einstellung der Drehzahl ω den Optimalwert für Zo des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges nach einem Istwert Z dieses Rahrfortschritis zu ermitteln.The setting means for the value of the speed ω of the drilling tool (FIG. 4) contains an adjuster 28 for the value of this speed ω, which is connected via a switch 29 to the input of the controller 3 for the speed ω . and a compensation unit 30, the output of which is coupled via the comparison element 5 for the actual value Z of the drilling progress of the drilling tool per one revolution and the setpoint Zo of this drilling progress and via the switch 29 also to the input of the controller 3 for the speed ω . The comparing element 5 is provided with an indicator 31, de ^r <iie difference between the target value Z q and the actual value Z of the low bringing the drill tool for one revolution indicating Such a construction of the setting of the value of the rotational speed ω is the possibility, at the same time with the setting of the speed ω to determine the optimum value for Zo of the drilling progress of the drilling tool according to an actual value Z of this Rahr progress.

Bei einer konstanten, von der Bedienungsperson vorher eingestellten Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges wird die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges mit Hilfe des Einstellen 28 in Richtung der Vergrößerung so langeWith a constant axial load P of the drilling tool previously set by the operator, the rotational speed ω of the drilling tool is increased in the direction of magnification with the aid of the setting 28

geregelt, bis der Anzeiger 23 (I"ig.2) einen Minimally regulated until the indicator 23 (I "ig.2) has a minimally

wert des Verhältnisses —- der Vorschubleistung PV ω Μ value of the ratio —- the feed power PV ω Μ

des Bohrwerkzeuges zur Bohrleistung toM für das Gestein gezeigt hat. Mit Hilfe des !Compensators 30 wird der Istwert Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges in der Weise kompensiert, daß am Ausgang des Vergleichselements 5 die Differenz ΔΖ zwischen dem Istwert Z des Bohrfortschritts und dem Sollwert Z₀ gleich Null ist. Die genannten Operationen werden so lange wiederholt, bis der minimalste Wert des Verhältnisses py
—- der Vorschubleistung PV zur Bohrieistung ωΜ fürof the drilling tool has shown the drilling performance toM for the rock. With the help of the! Compensator 30 the actual value Z of the drilling progress of the drilling tool is compensated in such a way that at the output of the comparison element 5 the difference ΔΖ between the actual value Z of the drilling progress and the target value Z _{0 is} equal to zero. The operations mentioned are repeated until the minimum value of the ratio py
- - the feed power PV for drilling power ωΜ for

das Gestein gefunden worden ist.the rock has been found.

Der nach der letzten Kompensation am Ausgang des Kompensator 30 erhaltene Signalwert wird einen Optimalwert Zo des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges für dessen eine Umdrehung darstellen.The signal value obtained at the output of the compensator 30 after the last compensation becomes an optimum value Zo represent the drilling progress of the drilling tool for its one revolution.

Nach der Abstimmung des automatischen Steuerungssvstcms mit Hilfe der Umschalter 25 und 29 wird es auf eine auiomutischc Steuerung der Bohrmaschineeingestellt und arbeitet ohne Eingreifen einer Bedienungsperson. After tuning the automatic control vstcms With the help of switches 25 and 29, it is set to automatic control of the drilling machine and works without operator intervention.

Der Optimalwert für Z₁, des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges für eine Umdrehung kann im voraus eingestellt werden, wenn der nach den geometrischen Parametern des Bohrwerkzeuges oder aus technologischen Erwägungen ermittelte Wert Zn dieses Bohrfortschritts für den verwendeten Typ des Bohrwerkzeuges bekannt ist. In diesem Fall wird die Abstimmung des Systems der automatischen Steuerung auf die Einstellung des optimalen Wertes für -=- der spezifischenThe optimum value for Z ₁ , the drilling progress of the drilling tool for one revolution, can be set in advance if the value Zn of this drilling progress, determined according to the geometric parameters of the drilling tool or from technological considerations, is known for the type of drilling tool used. In this case, the adjustment of the system of automatic control to the setting of the optimal value for - = - the specific

μ)μ)

Bohrbarkeit des auszubohrenden Gesteines bei der automatischen Regelung der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges mit Hilfe der Einstelleinheit für die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges (F i g. 3) zurückgeführt. In diesem Fail wird im automatischen Steuersystem vonThe ability of the rock to be drilled to be drilled in the automatic control of the speed ω of the drilling tool with the aid of the setting unit for the axial load P of the drilling tool (FIG. 3) is returned. In this case, in the automatic control system of

ρ
dem Qualitätskritcrium — Zn Gebrauch gemacht, das ρ
made use of the quality criterion - Zn, the

gleich dem Verhältnis der Achsbclastung P zum Drehmoment Λ7 des Bohrwerkzeuges, multipliziert mit dem Optimalwert Zo des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges je eine Umdrehung, ist.is equal to the ratio of the axial load P to the torque Λ7 of the drilling tool, multiplied by the optimum value Zo of the drilling progress of the drilling tool per revolution.

In Fig.5 ist eine Ausführungsvariante der Recheneinheit für das Qualitätskriterium der Recheneinrichtung 6 dargestellt wo als Qualitätskriterium die Bohrselbstkosten Cin Frage kommen. Die Recheneinheit für die Bohrselbstkosten C ist in Form eines Summators 32 ausgeführt, dessen einer Eingang über einen Zwischendivisor 33 mit dem Ausgang eines anderen Divisors 34In Figure 5 is a variant of the computing unit for the quality criterion of the computing device 6 shown where the self-drilling costs as the quality criterion Cin question come. The arithmetic unit for the drilling costs C is in the form of a summator 32 executed, one input of which via an intermediate divisor 33 with the output of another divisor 34

ίο gekoppelt ist an dessen Eingängen dem Istwert Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges für dessen eine Umdrehung und den Kosten C„ eines Bohrwerkzeuges entsprechende Signale ankommen. An einem der Eingänge des Zwischendivisors 33 trifft ein durch den Divisor 34 errechneter Wert des Verhältnisses — der Kosten Ca des Bohrwerkzeuges und des Bohrfortschritts Z dieses Werkzeuges je eine Umdrehung und am anderen Eingang der Wert der Lebensdauer k des Bohrwerkzeuges entweder in Form einer durch einen Funktionswandler 35 für die Achsbelastung P errechneten Funktion Rp von dieser Belastung P oder in Form eines vorgegebenen Festwertes «„,ein.ίο is coupled to the inputs of which the actual value Z of the drilling progress of the drilling tool for one revolution and the costs C "of a drilling tool corresponding signals arrive. At one of the inputs of the intermediate divisor 33, a value of the ratio calculated by the divisor 34 occurs - the costs Ca of the drilling tool and the drilling progress Z of this tool per revolution and at the other input the value of the service life k of the drilling tool either in the form of a function converter 35 for the axle load P calculated function Rp of this load P or in the form of a predetermined fixed value "".

Der zweite Eingang des Summators 32 ist über einen 2-i Zwischendivisor 36 mit dem Ausgang eines Summators 37 verbunden, an dessen einem Eingang ein den VcrschleiUkosten cLx Bohrmaschine und den Pcrsonalkosten entsprechendes Signal C» ankommt.The second input of the summator 32 is connected via a 2-i intermediate divisor 36 to the output of a summator 37, at one input of which a signal C i corresponding to the rental costs cLx drilling machine and the personnel costs arrives.

Auf den zweiten Eingang des Summators 37 ist ein Multiplikationsglied 38 geschaltet dessen Eingängen den Kosten einer kWh elektrische Energie und dem Wert der durch die Bohrmaschine aufgenommenen Leistung entsprechende Signale Ce bzw. N zugeführt werden. Am zweiten Eingang des Zwischendivisors 36 kommt vom Geber 7 für die Bohrgeschwindigkeit Vein dem Istwert der Bohrgeschwindigkeit Ventsprechendes Signal an. Der Ausgang des Summators 32 ist an einen Extremwertregler 39 angeschlossen. Der Ausgang des Summators 32 ist auch mit einem Anzeiger 40 versehen, der einen Istwert der Bohrselbstkosten Cangibt.A multiplier 38 is connected to the second input of the summator 37, the inputs of which are fed to signals Ce and N corresponding to the cost of one kWh of electrical energy and the value of the power consumed by the drilling machine. At the second input of the intermediate divisor 36, a signal corresponding to the actual value of the drilling speed Vent arrives from the encoder 7 for the drilling speed Vein. The output of the summator 32 is connected to an extreme value controller 39. The output of summer 32 is also provided with an indicator 40 which gives an actual value of the drilling cost C.

Der Aufbau der Recheneinheit für die Bohrselbstkosten nach der Schaltung in F i g. 5 gibt die Möglichkeit, bei Bedarf zur Steuerung der Bohrbetriebsparameter beispielsweise auf die Ausgaben für das Bohrwerkzeug oder auf andere Kostenarten bezogene Partialkriterien der Selbstkosten auszunutzen.The structure of the arithmetic unit for the drilling costs after the circuit in FIG. 5 gives the option of controlling the drilling operating parameters if required For example, partial criteria related to the expenditure for the drilling tool or other types of costs to take advantage of the cost.

Bei der Arbeit der Recheneinheit für die Bohrselbstkosien nach den Istwerten von der Bohrgeschwindigkeit V. der Achsbclastung P. dem Bohrfortschritt Z des Bohrwerkzeuges je eine Umdrehung entsprechenden Signalen, die vom Bohrgeschwindigkeitsgeber 7, Achsbelastungsgebcr 9 des Bohrwerkzeuges der Recheneinheit 13 für den Istwert Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges kommen, sowie nach den an den Eingängen der Recheneinheit für die Selbstkosten C eingegebenen Signalen, die den Kosten C_u des Bohrwerkzeuges, den Kosten Cu einer Kilowattstunde der durch die Bohrmaschine verbrauchten elektrischen Energie, den Ver- !.ehleißkosten C\ der Bohrmaschine 1 und den Personalbo kosten, dem Wert der durch die Bohrmaschine 1 aufgenommenen Leistung N entsprechen, erfolgt eine laufende Berechnung des Istwertes der den Arbeitsbedingungen der Bohrmaschine 1 entsprechenden Bohrselbstkosten C. Der berechnete Istwert der Bohrselbstkosten C b5 wird am Eingang des Extremwertreglers 39 zugeführt der eine Änderung der Drehzahl ω des Bohrwerkzeuge: oder der Achsbelastung P dieses Werkzeuges so langt vornimmt, bis die Selbstkosten C einen den EigenschafDuring the work of the arithmetic unit for the drilling self-cosies according to the actual values of the drilling speed V. of the axis load P. the drilling progress Z of the drilling tool, signals corresponding to one revolution each, which are sent by the drilling speed sensor 7, axis loading sensor 9 of the drilling tool of the arithmetic unit 13 for the actual value Z of the drilling progress Drilling tool, as well as according to the signals entered at the inputs of the processing unit for cost C, which indicate the costs C _{u of} the drilling tool, the costs Cu of one kilowatt hour of the electrical energy consumed by the drilling machine, the wear costs C \ of the drilling machine 1 and the personnel costs, which correspond to the value of the power N consumed by the drilling machine 1, there is an ongoing calculation of the actual value of the self-drilling costs C corresponding to the working conditions of the drilling machine 1 tion of the speed ω of the drilling tool: or the axial load P of this tool is carried out until the cost C is the property

ten des auszubohrenden Gesteines entsprechenden Extremwert erreicht haben. Bei Änderung der Eigenschaften des auszubohrenden Gesteines ändert sich der Wert der berechneten Selbstkosten C, und der Extremwertregler 39 sucht nach einem neuen Extremwert der Selbstkosten C, wobei er andere den Optimafwerten entsprechende Werte für die Drehzahl ω und die Achsbelastung P beim Bohren eines Gesteines mit neuen Eigenschaften einstellt. Die Arbeit des Systems der automatischen Steuerung mit dem Extremwertregler 39 gibt die Möglichkeit, eine Vorabstimmung dieses Systems zu eliminieren. th of the rock to be drilled have reached the corresponding extreme value. When the properties of the rock to be drilled change, the value of the calculated prime costs C changes, and the extreme value controller 39 searches for a new extreme value of the prime costs C, with other values corresponding to the optimum values for the speed ω and the axle load P when drilling a rock with new ones Properties. The operation of the automatic control system with the extreme value controller 39 makes it possible to eliminate pre-adjustment of this system.

Beim Bohren von in den Eigenschaften stark wechselnden Gesteinen wird die Suche nach den Optimalwerten von coo, Pq, der Drehzahl ω und der Achsbelastung P mit Hilfe des Extremwertreglers 39 ununterbrochen geführt Das automatische Steuersystem gestattet es, die Optimalwerte ωο, Po eines jeden der Parameter en und P sowohl getrennt als auch gleichzeitig zu suchen, was die Schnellwirkung des Steuersystems vergrößert und die Regelungsgenauigkeit zusätzlich steigert.In the drilling of highly variable in the characteristics rocks to find the optimal values of CoO, Pq, the rotational speed is ω, and the axle load P out with the aid of the extreme value controller 39 continuously The automatic control system allows ωο the optimum values Po s of each of the parameters and P to be searched both separately and simultaneously, which increases the quick action of the control system and further increases the control accuracy.

Zu diesem Zweck ist der Extremwertregler 39 (F i g. 6) mit seinem Eingang an den Ausgang der gemäß F i g. 2 oder 5 ausgeführten Recheneinheit für das Qualitätskriterium und mit dem Ausgang über einen Umschalter 41 mit einem der Eingänge des Vergleichselements 4 für den Sollwert von — der spezifischen Bohrbarkeit des auszubohrenden Gesteines und für den Istwert des Produktes roPder Drehzahl ω und der Achsbelastung Pdes Bohrwerkzeuges gekoppelt, falls die Achsbeiastur-g P geregelt wird. Bei der Regelung der Drehzahl ei> wird der Extremwertregler 39 über einen Umschalter 42 (Fig. 7) mit seinem Ausgang an einen der Eingänge des Vergleichselements 5 für den Istwert Z des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges und für den Sollwert Zo des Bohrfortschritts angeschlossen.For this purpose, the extreme value controller 39 (FIG. 6) is connected with its input to the output of the according to FIG. 2 or 5 executed arithmetic unit for the quality criterion and coupled with the output via a changeover switch 41 with one of the inputs of the comparison element 4 for the setpoint of - the specific drillability of the rock to be drilled and for the actual value of the product roP the speed ω and the axle load P of the drilling tool, if the axial weighting P is regulated. When regulating the speed ei> , the extreme value controller 39 is connected via a switch 42 (FIG. 7) with its output to one of the inputs of the comparison element 5 for the actual value Z of the drilling progress of the drilling tool and for the setpoint Zo of the drilling progress.

Falls der Extremwertregler 39 über den UmschalterIf the extreme value controller 39 via the switch

41 an einen der Eingänge des Vergleichselements 4 für den Istwert des Produkts ωΡ von der Drehzahl eo des Bohrwerkzeuges und der Achsbelastung P und für den41 to one of the inputs of the comparison element 4 for the actual value of the product ωΡ of the speed eo of the drilling tool and the axle load P and for the

Sollwert von -ψ- der spezifischen Bohrbarkeit des auszubohrenden Gesteins angeschlossen ist, wird bei der Suche durch diesen Regler 39 nach einem Extremwert des von der Bedienungsperson gewählten Qualitätskriteriums, der Bohrselbstkosten C. des VerhältnissesSetpoint of -ψ- the specific drillability of the rock to be drilled is connected, when searching by this controller 39 for an extreme value of the quality criterion selected by the operator, the drilling costs C. of the ratio

—r. der Vorschubleistung PVdes Bohrwerkzeuges zur —R. the feed rate PV of the drilling tool

Bohrleistung coMfür das Gestein oder des Verhältnisses der Achsbelastung Pzum Drehmoment M. multipliziert mit dem htwert Zo des Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges, der Wert von -ψ· der spezifischen Bohrbarkeit Drilling power coM for the rock or the ratio of the axle load P to the torque M. multiplied by the ht value Zo of the drilling progress of the drilling tool, the value of -ψ · the specific drillability

M)M)

des Gesteins und gleichzeitig damit die Achsbelastung P und die Drehzahl <ydes Bohrwerkzeuges geregelt. Bei einem Wert des Qualitätskriteriums gleich dem Extremwert nehmen das Verhältnis -z~- , die Drehzahl ω undof the rock and at the same time the axle load P and the speed <y of the drilling tool. With a value of the quality criterion equal to the extreme value, the ratio -z ~ - , the speed ω and

M)M)

die Achsbelastung P optimale Werte für die Bohrverhältnisse des betreffenden Gesteins an.the axle load P indicates optimal values for the drilling conditions of the rock in question.

42 an einen der Eingänge des Vergleichselements 5 für den Istwert Zdes Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges je eine Umdrehung und für den Sollwert Za des Bohrfortschritts angeschlossen ist, wird bei der Suche durch diesen Regler nach einem Extremwert des von der Bedienungsperson gewählten Qualitätskriteriums der Wert Z des vorgegebenen Bohrfortschritts des Bohrwerkzeuges für eine Umdrehung und gleichzeitig damit die Drehzahl ω und die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges geregelt. Bei einem Wert des Qualitätskriteriums gleich dem Extremwert nehmen der Bohrfortschritt Z₀, die Achsbelastung P und die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges optimale Werte für die Bohrverhältnisse des betreffenden Gesteins an.42 is connected to one of the inputs of the comparison element 5 for the actual value Z of the drilling progress of the drilling tool and one revolution for the setpoint Za of the drilling progress, when this controller searches for an extreme value of the quality criterion selected by the operator, the value Z of the predetermined drilling progress of the drilling tool for one revolution and at the same time the speed ω and the axial load P of the drilling tool are regulated. With a value of the quality criterion equal to the extreme value, the drilling progress Z ₀ , the axial load P and the speed ω of the drilling tool assume optimal values for the drilling conditions of the relevant rock.

Ist der Extremwertregler 39 auf den Eingang des Reglers 2 für die Achsbelastung P oder des Reglers 3 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges direkt geschaltet, erfolgt eine getrennte Regelung der Achsbelastung P bzw. der Drehzahl ω bei einem Festwert des anderen Parameters ω bzw. P. If the extreme value controller 39 is connected directly to the input of controller 2 for the axle load P or of the controller 3 for the speed ω of the drilling tool, separate control of the axle load P or the speed ω takes place with a fixed value of the other parameter ω or P.

Im System der automatischen Steuerung sind operative Begrenzungen für die Achsbelastung fund die lYehzahl ω des Bohrwerkzeuges unter der Bedingung eines zulässigen Wertes der Schwingungsgeschwindigkeit y der Konstruktion der Bohrmaschine 1 und ausgehend von organischen Bestimmungen für das Bedienungspersonal vorgesehen. Zu diesem Zweck enthält die Recheneinrichtung 6 eine Begrenzereinheit (F^:-g. 8) für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges und eine Begrenzereinheit (F i g. 9) für den Wert der Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges. Die Begrenzereinheit für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges ist in Form eines Vergleichselements 43 für den istwert der Schwingungsgeschwindigkeit y und für einen mit Hilfe eines Einstellers 44 vorgegebenen Wert y_nm der Schwingungsgeschwinjo digkeit ausgeführt. Der Ausgang des Vergleichselements 43 ist über ein Sperrglied 45 an den Regler 3 für die Drehzahl ω des Bohrwerkzeuges gekoppelt. Bei der Entstehung wahrend der Arbeit der Bohrmaschine I einer Schwingungsgeschwindigkeit ;· oberhalb ihres durch den Einsteller 44 eingestellten Wertes /,„„ tritt am Ausgang des Vergleichselements 43 für den Ist- und den Einstellwert ν bzw. y„,., der Schwingungsgeschwindigkeit ein Signal Ay_n auf, das über das Sperrglied 45 am Eingang des Reglers 3 für die Drehzahl <o eintrifft und die Drehzahl wdes Bohrwerkzeuges herabsetzt.In the automatic control system, operational limits are provided for the axle load and the number ω of the drilling tool under the condition of a permissible value of the vibration speed y of the construction of the drilling machine 1 and based on organic provisions for the operating personnel. For this purpose, the computing device 6 contains a limiter unit (F ^: -g. 8) for the speed ω of the drilling tool and a limiter unit (F i g. 9) for the value of the axial load P of the drilling tool. The limiter unit for the speed ω of the drilling tool is designed in the form of a comparison element 43 for the actual value of the oscillation speed y and for a value y _{nm of} the oscillation speed predetermined with the aid of an adjuster 44. The output of the comparison element 43 is coupled via a blocking element 45 to the controller 3 for the speed ω of the drilling tool. When a vibration speed arises during the operation of the drilling machine I, a signal occurs at the output of the comparison element 43 for the actual and the setting value ν or y “,., The vibration speed above its value set by the adjuster 44 Ay _n , which arrives via the blocking element 45 at the input of the controller 3 for the speed <o and reduces the speed w of the drilling tool.

Die Begren/.creinheil für die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges ist in Gestalt eines Vergleichselements 46 für den Istwert der Schwingungsgeschwindigkeit γ und für einen mit Hilfe eines Einstellers 47 vorgegebenen Wert y„_n ausgeführt. Der Ausgang des Vergleichselcments 46 ist über ein Sperrglied 48 an den Regler 3 für die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges angeschlossen. The limiting / cleaning for the axial load P of the drilling tool is implemented in the form of a comparison element 46 for the actual value of the vibration velocity γ and for a value y _n predetermined with the aid of an adjuster 47. The output of the comparison element 46 is connected via a blocking element 48 to the controller 3 for the axle load P of the drilling tool.

Bei der Entstehung während der Arbeit der Bohrmaschine ί einer Schwingungsgeschwindigkeit y oberhalb des durch den Einsteilcr 47 eingestellten Wertes y„_r tritt am Ausgang des Vcrgleichselemcnts 46 für den 1st- und den Sollwert y bzw. ;>„,, der Schwingungsgeschwindigkeit ein Signal Ay₁, auf, das über das Sperrglied 48 am Eingang des Reglers 2 für die Achsbelastung P des Bohrwerkzeuges ankommt. If an oscillation speed y above the value y " _r set by the adjuster 47 occurs during operation of the drilling machine , a signal Ay ₁ occurs at the output of the comparison element 46 for the 1st and the setpoint y or;>""of the oscillation speed , which arrives via the locking member 48 at the input of the controller 2 for the axle load P of the drilling tool.

Das automatische Steuersystem der Drehbohrmaschine gestattet es, das Bohrverfahren automatisch oder manuell fernzusteuern sowie laufend eine aussagefähige bo Information über den Zustand und das Verhalten der Bohrmaschine beim Bohren zu erhalten.The automatic control system of the rotary drilling machine allows the drilling process to be performed automatically or manually remote control as well as continuously a meaningful bo information about the state and behavior of the Get drill press while drilling.

Die für das Funktionieren des automatischen Steuersystems benötigte Information wird operativ und laufend während der Arbeit der Bohrmaschine errechnet und unverzüglich zur Regelung der Betriebsparameter nach einem von der Bedienungsperson vor Beginn der Bohrung gewählten Quulität.skritcrium aus einem Satz von im iiutoniatischen Steuersystem zur Verfügung ste-The information required for the functioning of the automatic control system becomes operational and ongoing calculated during the work of the drill and immediately to regulate the operating parameters according to a quality critcrium from a sentence selected by the operator before drilling begins from available in the European tax system

1717th

henden Kriterien ausgewertet.evaluated criteria.

Das System bedarf keiner vorherigen Zusammenfassung der information zur Aufstellung von Regelungsprogrammen oder statischen statistischen Modellen, es bedarf keiner Einführung von die Bohrparameter und -eigenschaften miteinander verbindenden Funktionsabhängigkeiten. Wenn es aber eine eingespeicherte Apriori-Information gibt, kann sie im System ausgewertet werden. Die genannten Besonderheiten vereinfachen den Umgang mit dem System und dessen Abstimmung vorder ArbeitThe system does not need to summarize the information beforehand in order to set up control programs or statistical statistical models does not require the introduction of functional dependencies that link the drilling parameters and properties. However, if there is stored a priori information, it can be evaluated in the system will. The special features mentioned simplify the handling of the system and its coordination before work

Im Steuerungssystem wird ein Minimum von an den Eingängen eingegebenen Koeffizienten darstellenden Daten gewährleistet, die im elektrischen Maßstab die Kosten einer Einheit des Bohrwerkzeuges, elektrische Energiekosten. Verschleißkosten der Bohrmaschine und Personalkosten und Lebensdauer des Bohrwerkzeuges bestimmen. Bei Bedarf kann die Menge von in da* Steuersystem eiistrigebenen Daten vergrößert werden.In the control system, a minimum of the coefficients entered at the inputs are displayed Data ensures that, on an electrical scale, the cost of a unit of the drilling tool, electrical Energy costs. Wear costs of the drilling machine and personnel costs and service life of the drilling tool determine. If necessary, the amount of in the * tax system egg level data can be enlarged.

Das automatische Steuersystem kann ohne Umstc!- lung und ohne vorherige Zusammenfassung der Informationen auf einer beliebigen Lagerstätte arbeiten, denn die benötigte Information wird operativ bei der Durchführung der Bohrarbeiten bestimmt. Es genügt, lediglich einen für die betreffende Lagerstätte passenden Typ des Bohrwerkzeuges zu wählen und an den Eingängen des Systems entsprechende Kostenfaktoren einzugeben. Das System der automatischen Steuerung sorgt für die Arbeit der Bohrmaschine unter minimalem Energieaufwand und minimalen Bohrselbstkosten bei hoher Bohrleistung und Zuverlässigkeit des Bohrwerkzeuges. The automatic control system can be used without hesitation. work on any storage facility without prior aggregation of the information, because the information required is determined operationally when the drilling work is carried out. It is sufficient, only to choose a suitable type of drilling tool for the deposit in question and to the Input corresponding cost factors to the inputs of the system. The system of automatic control ensures the work of the drilling machine with minimal expenditure of energy and minimal drilling costs high drilling performance and reliability of the drilling tool.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
15 For this purpose 3 sheets of drawings
15th

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Claims

Patent claims:

1.Automatic control system for a rotary drill, at their input an axle load regulator of the drilling tool and at their other Input a speed controller are connected, each of which has its own comparison element is connected to a setpoint adjuster, and its outputs are each connected to a drilling speed sensor, a speed sensor of the drilling tool, an axle load sensor of the drilling tool, one encoder for the torque applied to the drilling tool and one encoder for the Vibration speed of the drilling machine construction are connected, characterized that there is a computing unit (13) for determining the progress of the drilling tool per revolution, the inputs of which refer to the Bohrgeschwindigkcitsgebcr (7) and to the Speed sensor (8) of the drilling tool and its output to an element (5) for comparing the actual value of the progress of the drilling tool per revolution with the corresponding setpoint which is determined by a computing device (6), the inputs of which are each sent to the encoder (7, 8, 9, 10) for the drilling speed, rotational speed of the drilling tool, axle load of the drilling tool, for the torque applied to the drilling tool u.id to the encoder (11) for the vibration speed and to an adjuster (12) for further input parameters and their outputs to the comparison element (5) for the actual / nominal value the progress of the drilling tool per revolution, to the axle load controller (2) of the drilling tool, to the speed controller (3) of the drilling tool and to an element (4) for comparison the actual value of the specific drillability of the rock to be drilled are connected with the corresponding setpoint.

2. System according to claim 1, characterized in that the computing device (6) is a unit for Contains calculating a drillability parameter, which is implemented in the form of a divisor (20) the inputs of which are connected to multipliers (22, 21), one of which is derived from the value of the + load on the drilling tool and, based on the drilling speed, a corresponding drilling progress electrical signal and their other from the value of the applied to the drilling tool Torque and from the speed of the drilling tool a corresponding drive power for the rock generate electrical signal.

3. System according to claim 2, characterized in that the computing device (6) has an adjustment unit for the value of the axial load of the drilling tool, which contains an adjuster (24) for the axial load of the drilling tool, which is connected to the input of the controller (21) for the axial load of the drilling tool is connected bo. and a compensation unit (26), the Output via the comparison element (4) and the changeover switch (25) also with the input of the controller (2) is connected.

4. System according to claim 2 or J. thereby ge b5 indicates that the computing device (6) has a setting unit for the speed of the drilling tool reveals in which a one-piece (28) for the Speed of the drilling tool is included, which is connected to the input of the via a switch (29) Speed controller (3) of the drilling tool is connected, which also contains a compensation unit (30) whose output is via the comparison element (5) and the switch (29) with the input of the speed controller (3) is connected.

5. System according to claim 1, 3 or 4, characterized in that that the computing device contains a computing unit for the drilling costs, the one Summator (32) comprises whose output with an extreme value controller (39) and whose one input is connected via an intermediate divisor (33) to the output of another divisor (34) whose inputs correspond to the actual value of the drilling progress of the drilling tool for one revolution of the same and signals corresponding to the cost of a drilling tool can be supplied, the other input of the intermediate divisor (33) is connected to an adjuster (35) for the motor capacity of the drilling tool is, and the other input of the summator (32) via another intermediate divisor (36) via one input to the drilling speed encoder and via the other to the output of another Summator (37) is connected, at one input of which the amortization costs of the drilling machine and the signal corresponding to the personnel costs is applied and its other input with the Output of a multiplier (38) is connected, at its separate inputs the cost a unit of the consumed electrical energy or the consumption of the consumed by the drill Energy corresponding signals are applied.

6. System according to claim 5, for regulating the speed of the drilling tool, characterized in that that the adjuster (35) for the motor capacity of the drilling tool in the form of a potentiometer is executed.

7. System according to claim 5, for regulating the axial load of the drilling tool, characterized in that that the adjuster (35) for the motor capacity in the form of a function converter for the Conversion of the value of the axial load of the drilling tool into a function of the motor capacity is executed depending on the value of this load.

8. System according to claim 2 or 5, characterized in that the computing device (6) has a Contains extreme value controller (39), the input of which is connected to the output of the arithmetic unit for the drillability parameter connected and its output via a switch (41) with one of the inputs of the comparison element (4) for the actual value of the specific drillability of the rock to be drilled and is connected for the setpoint or with the input of the axle load controller (2).

9. System according to claim 2 or 5, characterized in that the computing device (6) has a Extreme value controller (39) revealed whose input to the output of the arithmetic unit for the drillability parameter connected and its output via a switch (42) with one of the inputs of the comparison element (5) for the actual value of the drilling progress of the drilling tool per revolution and for the setpoint or connected to the input of the speed controller (3) of the drilling tool is.

. 10. Systemjiach one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the computing device (6 ^ holds a limiter unit for the speed of the drilling tool, in the form of a comparison element (43) for a comparison of the actual value of the Vibration speed and the setpoint is executed, the output of which is via a blocking element (45) is connected to the speed controller (3) of the drilling tool

11. System according to one of claims I to 10, characterized in that the computing device (6) has a limiter unit for the value of the axle load of the drilling tool contains, in the form of a comparison element (46) for the actual value of the Vibration speed and for the setpoint is executed, the output of which is via a blocking element (46) is connected to the axle load controller (2).