SU1511376A1

SU1511376A1 - Device for controlling pressure in drilling rig hydraulic system

Info

Publication number: SU1511376A1
Application number: SU884364706A
Authority: SU
Inventors: Борис Федорович Брюхов; Геннадий Дмитриевич Воропаев; Юрий Владиславович Локтионов; Юрий Федорович Шалашов
Priority date: 1988-01-15
Filing date: 1988-01-15
Publication date: 1989-09-30

Abstract

Изобретение относитс к горной промышленности. Цель изобретени - повышение точности управлени и снижение потребл емой мощности. Устройство содержит клапан 1, состо щий из головки 2 управлени с электромагнитом /ЭМ/ 3 и золотника 5, генератора 18 пилообразного напр жени , двух компараторов 19, 23, коммутатора 22 управл ющего сигнала, дифференциального усилител 21, датчика 24 т-ры и датчика 25 в зкости. Обмотка 12 ЭМ 3 подключена к выходу импульсного усилител 20 мощности. При изменении т-ры окружающей среды сигнал с датчика 24 через дифференциальный усилитель 21 и первый компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20 мощности, что приводит к изменению длительности сигнала управлени ЭМ 3. При изменении в зкости рабочей жидкости сигнал с датчика 25 через компаратор 23, коммутатор 22 управл ющего сигнала, дифференциальный усилитель 21 и компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20, что также приводит к изменению длительности управл ющего импульса. При этом измен етс давление рабочей жидкости в гидросистеме бурового станка. 1 ил.The invention relates to the mining industry. The purpose of the invention is to improve the control accuracy and reduce power consumption. The device contains a valve 1 consisting of a control head 2 with an electromagnet / EM / 3 and a spool 5, a saw-tooth generator 18, two comparators 19, 23, a control switch 22, a differential amplifier 21, a t-sensor 24 and a sensor 25 viscosity. The winding 12 EM 3 is connected to the output of the pulse power amplifier 20. When the environment t-ry changes, the signal from sensor 24 through differential amplifier 21 and first comparator 19 is fed to pulse power amplifier 20, which leads to a change in the duration of control signal EM 3. When the viscosity of the working fluid changes, the signal from sensor 25 through comparator 23 the switch 22 of the control signal, the differential amplifier 21 and the comparator 19 are fed to the pulse amplifier 20, which also leads to a change in the duration of the control pulse. This changes the pressure of the working fluid in the hydraulic system of the drilling machine. 1 il.

Description

1717

сдsd

&0& 0

У))

среды сигнал с датчика 2k через дифференциальный усилитель 21 и первый компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20 мощности, что приводит к изменению длительности сигнала управлени ЭМ 3. При изменении в зкости рабочей жидкости сигнал -с датчика 25 через компаратор 23, комИзобретение относитс к горной промышленности, а именно к управле- нию режимами вращательного бурени взрывных скважин.The signal from the sensor 2k through the differential amplifier 21 and the first comparator 19 is fed to the switching power amplifier 20, which leads to a change in the duration of the EM control signal. When the viscosity of the working fluid changes, the signal from the sensor 25 through the comparator 23 , namely, to control the rotational drilling modes of blast holes.

Целью изобретени вл етс повышение точности управлени и снижение потребл емой мощности.The aim of the invention is to improve control accuracy and reduce power consumption.

На чертеже изображена функциональна схема предлагаемого устройства управлени .The drawing shows a functional diagram of the proposed control device.

Устройство управлени давлением в гидросистеме бурового станка со- держит клапан 1, головку 2 управле- |ни с электромагнитом 3, включающее корпус 4 головки, золотник 5, напорное отверстие 6, сливное отверстие 7 сопло 8, заслонку 9, сердечник 10 электромагнита со штоком 11, обмотку 42 электромагнита, уплотнительные кольца 13-15 крышку 16 электромагнита , и блок 17 управлени , состо щий из генератора 18 пилooбpaзнo o напр жени , первого компаратора 19, импульсного усилител 20 мощности, дифференциального усилител 21, коммутатора 22 управл ющего сигнала, второго компаратора 23, датчиков 24 температуры и датчика 25 в зкости рабочей жидкости.The pressure control device in the hydraulic system of a drilling machine contains a valve 1, a control head 2 with an electromagnet 3, including a housing 4 heads, a spool 5, a pressure port 6, a drain hole 7 a nozzle 8, a valve 9, a core 10 of an electromagnet with a rod 11 , electromagnet winding 42, sealing rings 13-15 electromagnet cover 16, and control block 17 consisting of pilot voltage generator 18, first comparator 19, power pulse amplifier 20, differential amplifier 21, control switch 22, second of the comparator 23, temperature sensors 24 and sensor 25 in the hydraulic fluid viscosity.

Выход датчика 25 в зкости соединен с входом второго компаратора 23, выход которого подключен к управл ю- щему входу коммутатора 22 Выход коммутатора 22 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител 21, инвертирующий вход которого подключен к выходу датчика 2 температуры . Выход дифференциального усилител 21 и выход генератора 18 пило образного напр жени подключены к входам первого компаратора 19, выходThe output of viscosity sensor 25 is connected to the input of the second comparator 23, the output of which is connected to the control input of switch 22. The output of switch 22 is connected to the non-inverting input of differential amplifier 21, the inverting input of which is connected to the output of temperature sensor 2. The output of the differential amplifier 21 and the output of the saw-voltage generator 18 are connected to the inputs of the first comparator 19, the output

которого через импульсный усилитель 20 мощности подключен к электромагниту 3 головки 2 управлени .which through a pulse power amplifier 20 is connected to the electromagnet 3 of the head 2 of the control.

Сопло 8 расположено в подвижном золотнике 5, способном перемещатьс The nozzle 8 is located in a movable slide valve 5 capable of moving.

мутатор 22 управл ющего сигнала, дифференциальный усилитель 21 и компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20, что также приводит к изменению длительности управл ющего импульса. При этом измен етс давление рабочей жидкости в гидросистеме бурового станка, 1 ил.the control signal mutator 22, the differential amplifier 21, and the comparator 19 are fed to the pulse amplifier 20, which also leads to a change in the duration of the control pulse. This changes the pressure of the working fluid in the hydraulic system of the drilling machine, 1 sludge.

5 five

00

5 0 5 0 5 0 5 0

5 five

00

5five

относительно корпуса головки 4 дл начальной настройки устройства по критерию минимальной мощности, рассеиваемой электромагнитом 3.with respect to the housing head 4 for the initial setup of the device according to the criterion of the minimum power dissipated by the electromagnet 3.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

1атчик 25 в зкости рабочей жидкости анализирует ее параметры. Выходной сигнал датчика 25 сравниваетс , вторым компаратором 23 с опо рным напр жением Ugj, . По достижении в зкостью рабочей жидкости номинальной величины срабатывает компаратор 23, разре-. ша коммутатору 22 прохождение сигнала управлени U на неинвертирующий вход дифференциального усилител 21, На инвер1йрующий вход того же усилител подаетс сигнал с датчика температуры рабочей жидкости. Разность сигналов - U,- усиливаетс и подаетс на первый компаратор 19, на другой вход которого подаетс пилообразное напр жение U, с выхода генератора 18 пилообразного-напр жени . В результате сравнени пилообразного напр жени U , и усиленной разности K (Uyr,- UT-)образуетс на выходе первого компаратора 19 импульсна последовательность с частотой, равной частоте генератора пилообразного напр жени , и длительностью импульса в периоде, пропорциональной K (Uv,p|- UT). Эта последовательность,- усиленна импульсным усилителем 20 до амплитуды, достаточной дл полного закрывани сопла 8, подаетс на электромагнит 3 головки 2 управлени , Сердечник 10 электромагнита со штоком 11 и заслонкой 9 начинает колебатьс с частотой импульсной последователь- ности, причем продолжительность закрыти сопла О в периоде равна ширине импульса и пропорциональна К-(, т) В результате дросселировани рабочей жидкости через отверсти малого диаметра в основном клапа не 1 давлени 1 fluid viscosity sensor 25 analyzes its parameters. The output of sensor 25 is compared, by a second comparator 23, with a reference voltage Ugj,. When the working fluid reaches its nominal value, the comparator 23 is triggered; In the switch 22, the control signal U is passed to the non-inverting input of the differential amplifier 21. The inverting input of the same amplifier is given a signal from the working fluid temperature sensor. The difference of the signals, U, is amplified and fed to the first comparator 19, to the other input of which a sawtooth voltage U is fed from the output of the sawtooth voltage generator 18. By comparing the sawtooth voltage U, and the amplified difference K (Uyr, - UT-), a pulse sequence is formed at the output of the first comparator 19 at a frequency equal to the frequency of the sawtooth voltage generator and the pulse duration in a period proportional to K (Uv, p | - UT). This sequence — amplified by a pulse amplifier 20 to an amplitude sufficient to completely close the nozzle 8 — is supplied to the electromagnet 3 of the control head 2, the core 10 of the electromagnet with the rod 11 and the flap 9 starts to oscillate with the frequency of the pulse sequence period is equal to the width of the pulse and is proportional to K- (, t) As a result of throttling of the working fluid through the holes of small diameter in the main valve is not 1 pressure

и головке 2 управлени пульсации управл ющего потока рабочей жидкости сглаживаютс и давление в управл юще полости основного клапана 1 можно считать посто нным, пропорциональным времени закрыти сопла 8 в периоде (ширине импульса), а .следовательно, усиленной разности К ( U-r) . Золотник основного клапана 1 управл ет давлением в напорной магистрали так, что оно пропорционально давлению в управл ющей полости основного клапана .and the control head 2 of the pulsation of the control flow of the working fluid is smoothed and the pressure in the control cavity of the main valve 1 can be considered constant, proportional to the closing time of the nozzle 8 in the period (pulse width) and, therefore, the increased difference K (U-r). The main valve spool 1 controls the pressure in the pressure line so that it is proportional to the pressure in the control cavity of the main valve.

Таким образом, устройство осущест вл ет импульсное пропорциональное управление давлением в гидросистеме с коррекцией по температуре и в зкости рабочей жидкости.Thus, the device implements pulse proportional pressure control in a hydraulic system with correction for temperature and viscosity of the working fluid.

Коррекци по температуре необхо- дима в св зи с широким температурным диапазоном рабочей жидкости от - tO до +90°, в котором физико-механические свойства минерального масла значительно мен ютс , измен ютс гидрав лимеские сопротивлени отверстий з золотниках основного клапана и головки управлени . Следовательно, измен етс и давление в напорной магистрали гидросистемы. Разрешение работы гидросистемы (повышени давлени }по достижении рабочей жидкостью определенной в зкости необходимо в св зи с возможностью аварийного превышени давлени в гидросистеме в момент запуска при низких температурах окру- жающей среды.Temperature correction is required due to the wide temperature range of the working fluid from –tO to + 90 °, in which the physicomechanical properties of the mineral oil vary considerably, the hydraulic resistances of the spools of the main valve and the control head change. Consequently, the pressure in the pressure line of the hydraulic system also changes. Allowing the hydraulic system to work (pressure increase} upon the working fluid reaching a certain viscosity is necessary in connection with the possibility of an emergency overpressure in the hydraulic system at the moment of its start at low ambient temperatures.

Дл повышени усили электромагни- .та и снижени рассеиваемой мощности введена регулировка положени золотника 5 головки 2 управлени относи- тельно корпуса головки и .жестко закрепленного на ней электромагнита 3. Электромагнит 3 развивает максимальное усилие при минимальном зазоре между сердечником 10 и упором электромагнита 3. Рабочий ход штока 11 электромагнита 3 в устройстве, обеспечивающий изменение давлени от О до максимума, равен 0,5-0,6 мм. Следовательно, основным критерием настройки золотника 5 вл етс одновременное достижение сердечником 10 электромагнита 3 своего упора и заслонки 9 сопла. При этом зазоры .выбираютс одновременно и электро- агнит работает в оптимальном режиме с минимальной потребл емой мощностью.To increase the electromagnet power and reduce the dissipated power, the position of the spool 5 of the head 2 of the control relative to the head body and the electromagnet 3 rigidly attached to it is introduced. The electromagnet 3 develops maximum force with a minimum gap between the core 10 and the electromagnet 3 stop. the stroke of the rod 11 of the electromagnet 3 in the device, providing a pressure change from 0 to a maximum, is 0.5-0.6 mm. Therefore, the main criterion for adjusting the spool 5 is the simultaneous achievement of the core 10 of the electromagnet 3 of its abutment and the valve 9 of the nozzle. In this case, the gaps are selected simultaneously and the electromagnet operates in the optimal mode with the minimum power consumption.

. .

5 5 5 5

00

В случае, если зазор электромагнита 3 выбираетс раньше зазора между соплом 8 и заслонкой 9, последн не достигает сопла 8 и давление не достигает максимума. Если же раньше выбираетс зазор между заслонкой 9 и соплом В, электромагнит 3 работает с зазором , что снижает его отдачу и требует повышени мощности, рассеиваемой обмоткой.In case the electromagnet 3 gap is chosen before the gap between the nozzle 8 and the flap 9, the latter does not reach the nozzle 8 and the pressure does not reach the maximum. If the gap between the valve 9 and the nozzle B is chosen earlier, the electromagnet 3 operates with a gap, which reduces its efficiency and requires an increase in the power dissipated by the winding.

Импульсное управление клапаном позвол ет добитьс низких значений гистерезиса (+3) за смет посто нного уровн первой гармоники тока, протекающего через обмотку электромагнита во всех режимах.Pulse valve control allows low hysteresis values (+3) to be achieved by estimating a constant level of the first harmonic of the current flowing through the electromagnet winding in all modes.

Claims

Invention Formula

A hydraulic control device in a drilling machine hydraulic system, comprising a valve consisting of a control head with a slide valve, a damper and an electromagnet with a core and an anvil, the electromagnet winding being connected to the output of a power amplifier, and a differential amplifier, THAT; With the aim of improving control accuracy and reducing power consumption, it is equipped with two comparators, a control signal switch, temperature and viscosity sensors, and a sawtooth generator, the output of which is connected to the first input of the first comparator, the second input of which is connected to the output of the differential amplifier, and the output of the first comparator is connected to a pulse power amplifier, the viscosity sensor is connected to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the reference source and the output to the first input of the control signal switch, the second input of which is connected to the control voltage terminal, and the output of the switch is connected to the first input of the differential force of the bodies, to the second input of which the temperature sensor is connected, the possibility of adjusting the gap between the core of the electromagnet and its emphasis corresponding to the gap between the end face of the slide and the valve.