SU1719122A1 - Система автоматического регулировани осевой нагрузки частоты вращени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бурению и позвол ет повысить срок службы бурового инструмента , ГГри изменении крепости бурильных пород мен етс  падение давлени  на регулируемом гидродросселб 11 и скорость бурени . Это приводит к измене- имю рсевой нагрузки на забой и величины сигнала нз, выходе датчика 12 скорости бурени . Этот сигнал через второй сумматор 13, блок 14 элементов сравнени  с гистерезисом и через ограничитель 15 по току и частоте вращени  поступает на вход регулируемого источника 16 питани  двигател  6 вращени  бурового инструмента. Это при

Description

Изобретение относитс  к горной промышленности , а именно к системам автоматического управлени  режимами бурени , и может быть использовано при бурении шпуров , скважин и восстающих выработок при гидравлической подаче бурового инструмента .

Известна система автоматического регулировани , принцип действи  которой основан на естественном законе регулиро- вани  осевого усили  на забой и нелинейной зависимости оборотов става от скорости проходки: Р fi(V); n f2(V). Она содержит датчик скорости бурени ,тахоге- нератор, промежуточный магнитный усили- тель, электромагнитный усилитель, генератор, двигатель вращател , гидравлический механизм подачи и регулируемый гидродроссель, установленный на подпоре гидравлического механизма подачи.

; Принцип работы системы заключаетс  в том, что в результате изменени  свойств буримых пород мен етс  механическа  скорость бурени , При переходе с м гкой породы на твердую скорость бурени  сни- жаетс . В результате этого сигнал с датчика скорости проходки (выход которого соединен со входом тахогенератора) уменьшаетс . Сигналы на выходе тахогенератора и промежуточного магнитного усилител  то- же уменьшаютс . При этом выход тахогенератора соединен с входом промежуточного магнитного усилител . Это приводит к уменьшению выходного сигнала с электромагнитного усилител  (вход которого св зан с выходом промежуточного магнитного усилител ), а это, в свою очередь, приводит к уменьшению напр жени  на зажимах генератора , к которым подключен двигатель бурового инструмента. В результате обороты двигател  и бурового става уменьшаютс . Осевое усилие на забой при этом увеличиваетс . Это происходит потому, что сопротивление регулируемого гидродроссел  пропорционально квадрату скорости буре- ни , а так как он установлен на подпоре

гидравлического механизма подачи, то подпор уменьшаетс , и, следовательно, увеличиваетс  осевое усилие на забой.

При переходе рабочего органа с твердой породы на м гкую, картина мен етс  на противоположную. Скорость бурени  возрастает , обороты става увеличиваютс , а осевое усилие уменьшаетс ,

Настройку системы на оптимальные режимы работы, отвечающие данным горногеологическим услови м, осуществл ют изменением проходного сечени  регулируемого гидродроссел  и подбором нелинейного элемента характеристики обратной св зи по величине оборотов става (например, промежуточный магнитный усилитель).

Недостатком этой системы  вл етс  невозможность стабилизации мощности, расходуемой на бурение пород различной крепости, т.е. двигатель вращател  может работать с недогрузом, с перегрузом или в номинальном режиме.

В первом случае это приведет к уменьшению скорости бурени . Во втором - двигатель будет работать в режимах, близких к аварийным, что существенно снизит его надежность и коэффициент использовани  всего бурового станка.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  регул тор подачи буровой машины, автоматически поддерживающий предельно допустимое по прочности бурового инструмента осевое усилие на забой с одновременной стабилизацией мощности, расходуемой на разрушение пород различной крепости,

Регул тор содержит датчик забойных параметров (трансформатор тока, выпр митель , датчик нагрузки, блок делени ), формирующий информацию о состо нии забо , Выходное напр жение с датчика забойных параметров, представл ющее собой обобщенный показатель забо , поступает на вход функционального преобразовател , который выбирает оптимальное (предельно допустимое по прочности бурового инструмента )усилие в виде напр жени  уставки на вход сумматора. В последнем это напр жение сравниваетс  с напр жением обрат- ной св зи, поступающим с выхода лётчика нагрузки. Рассогласование после сумма тора усиливаетс  фазочувствительным усилителем и подаетс  на обмотку управлени  исполнительного сервопривода. Последний измен ет усилие зат жки пружины переливного клапана, регулиру  тем самым давление в гидроцилиндрах подачи и, следовательно , усилие подачи буровой машины . В зависимости от момента мен етс  и мощность, расходуема  на бурение, Поэтому-е целью ее стабилизации сигналы вы- пр митёл  и тахогенератора поступают на входы множительного блока, выход которого пропорционален мощности, расходуемой на бурение. Сигнал с выхода множительного блока сравниваетс  в эле- менте сравнени  с сигналом на выходе за- датчика мощности. Сигнал рассогласовани  с выхода элемента сравнени  управл ет работой преобразовател  частоты, который измен ет частоту напр жени , питающего двигатель бурового инструмента и, следовательно , частоту вращени  двигател  и бурового инструмента.

Следовательно, в функции момента, приложенного к буровому инструменту, per гулируетс  частота вращени  последнего дл  стабилизации мощности, расходуемой на бурение пород различной крепости.

Недостатком этого устройства  вл етс  повышенный износ бурового инструмента, так как осевое усилие на забое поддерживаетс  на максимальном уровне, вне зависимости от крепости буримых пород. Регулирование частоты вращени  бурового става осуществл етс  без учета крепости буримых пород, а только дл  стабилизации мощности, расходуемой на бурение, т.е. регул тор подачи буровой машины не в состо нии вести процесс бурени  в оптимальном режиме сточки зрени  износа бурового ин- етрумента.

Цель изобретени  - повышение срока службы бурового инструмента путем поддержани  на забое оптимальных дл  данной породы осевого усили  и частоты вращени  бурового става с одновременной стабилизацией мощности, расходуемой на вращение рабочего органа.:

Указанна  цель достигаетс  тем, что известна  система автоматического регулиро- вани  осевой нагрузки и частоты вращени , содержаща  гидроцилидры подачи, датчик тока, включенный в цепь двигател  бурового инструмента, два сумматора, тахогенера- тор двигател  вращени  бурового

инструмента, множительный блок, задат- чик мощности на вращение рабочего органа , регулируемый источник питани  двигател  вращени  бурового инструмента и ограничитель по току и частоте вращени , причем выход тахогенератора соединен с вторым входом ограничител  (по частоте вращени ) и с первым входом множительного блока, выход датчика тока соединен с первым входом ограничител  (по току) и с вторым входом множительного блока, а выход ограничител  по току и частоте вращени  соединен с входом регулируемого источника питани , при этом выход множительного бл ока соединен с инвертирующим входом первого сумматора, выход задатчи- ка мощности на вращение рабочего органа соединен с неинвертирующим входом первого сумматора, снабжена регулируемым гидродросселем, датчиком скорости бурени , масштабным блоком и блоком элементов сравнени , выполненных с гистерезисом, выход первого сумматора соединен с входом Масштабного блока, выход последнего соединен с одним из входов второго сумматора, штоковые полости гидро- цилидров подачи соединены с входом регулируемого дроссел , а выход дроссел  - с входом датчика скорости бурени , первый выход последнего соединен с другим входом второго сумматора, а второй выход - со сливом, выход дополнительного сумматора соединен с входом блока элементов сравнени , выполненных с гистерезисом, а его выход соединен с третьим входом ограничител  по току и частоте вращени .

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличаетс  наличием новых элементов и блоков: регулируемого гидродроссел , датчика скорости бурени , масштабного блока, блока элементов сравнени  с гистерезисом и их св з ми с остальными элементами схемы. ,

На чертеже представлена блок-схема системы автоматического регулировани  осевой нагрузки и частоты вращени .

Система имеет резервуар 1 дл  масла, насос 2 и гидроцилиндры 3 подачи, передающие усилие на буровой став 4. Вращение бурового става осуществл етс  через редуктор 5 электродвигателем 6. В цепь  кор  двигател  6 включен датчик 7 тока. Система имеет также множительный блок 8, тахогенератор 9, первый сумматор 10, регулируемый гидродроссель 11, датчик 12 скорости бурени , второй сумматор 13, блок 14 элементов сравнени  с гистерезисом i ограничитель 15 по току и частоте вращс ни . Питание двигател  6 осуществл етс  о

регулируемого источника 16 питани . Кроме того, система содержит задатчик 17 мощности и масштабный блок 18.

Выход датчика 7 тока подключен к второму входу блока 8 и к первому входу ограничител  15 (по току). Вал тахогенератора 9 соединен с валом двигател  6, а выход тахогенератора 9 - с первым входом блока 8 и вторым входом ограничител  15 (по частоте вращени ). Выход множительного блока 8 соединен с инвертирующим входом первого сумматора 10. Штоковые полости гидроцилиндров 3 соединены между собой и с входом регулируемого гидродроссел  11, а выход дроссел  с входом датчика 12 скорости бурени . Первый выход датчика 12 соединен с одним из входов второго сумматора 13, а второй выход- со сливом. Выход второго сумматора 13 соединен с входом блока 14 элементов сравнени  с гистерезисом, Выход последнего соединен с третьим входом ограничител  15 по току и частоте вращени , а выход ограничител  15 соединен с входом регулируемого источника 16 питани  двигател  вращени . Выход задатчика 17 мощности соединен с неинвертйрующим. входом первого сумматора 10, а выход последнего подключен к входу масштабного блока 18. Выход блока 18 соединен с другим входом второго сумматора 13.

Система автоматического регулировани  осевой нагрузки и частоты вращени  работает следующим образом.

До начала бурени  гидродроссель 11 устанавливают в зоне его чувствительности в положение, обеспечивающее стабилизацию на забое максимально допустимой мощности на вращение породоразрушаю- щего органа дл  заданного диапазона крепости пород, исход  из номинальной мощности двигател  6 вращател .

Положение гидродроссел  11 выбираетс  экспериментальным путем. Задатчиком 17 задают мощность, идущую на вращение рабочего органа, исход  из номинальной мощности двигател  6.

При изменении крепости буримых пород мен етс  скорость .бурени  и падение давлени  на регулируемом гидродросселе И. Следовательно измен етс  осевое усилие на забой и величина сигнала на выходе датчика 12 скорости бурени . Так как сигнал на выходе датчика 12  вл етс  задатчиком числа оборотов двигател  6, то изменитс  и частота вращени  бурового става 4.

При переходе с м гкой породы на твер . дую скорость бурени  снижаетс , а вместе

с ней и падение давлени  на гидродросселе

11, Следовательно, осевое усилие возрастает . Сигнал с датчика 12 уменьшаетс . Уменьшаетс  и частота вращени  бурового става.

При обратном переходе скорость бурени  и частота вращени  бурового става возрастают , а осевое усилие уменьшаетс , т.е. система регулирует по оптимальным зависимост м величину осевого усили  и частоту вращени  бурового инструмента при изме0 нении крепостей буримых пород.

Дл  стабилизации мощности, расходуемой на вращение, сигнал с датчика 7 тока поступает на второй вход множительного блока 8. От тахогенератора 9 сигнал, про5 порциональный частоте вращени  двигател  6, поступает на первый вход блока 8. С выхода последнего сигнал, пропорциональный мощности, расходуемой на вращение, подаетс  на инвертирующий вход первого

0 сумматора 10, где сравниваетс  с сигналом от задатчика 17 мощности, Если сигнал на выходе блока 8 больше сигнала задатчика 17 (двигатель 6 работает с перегрузом), то величина рассогласовани  на выходе сумма5 Тора 10 будет отрицательной. Затем, проход  масштабный блок 18, этот сигнал поступает на один из входов второго сумматора 13. Здесь он вычитаетс  из сигнала с датчика 12. Поэтому сигнал, поступаю0 щий на источник 16 питани  через блоки 14 и 15 уменьшаетс . Частота вращени  двигател  6 будет уменьшатьс  до тех пор, пока сигнал на выходе блока 8 не сравн етс  с сигналом задатчика 17. В случае, если

5 сигнал на выходе блока 8 станет меньше сигнала задатчика 17, частота вращени  двигател  6 начнет возрастать до тех пор, пока эти сигналы не сравн ютс .

Дл  обеспечени  устойчивости системы

0 автоматического управлени  элементы сравнени , вход щие в блок 14, выполнены с гистерезисом. Поэтому изменение сигнала на выходе блока 14 элементов сравнени  будет только в случае, если сигнал на входе

5 блока 14 выйдет из области гистерезиса соответствующего элемента сравнени .

Таким образом, предлагаема  .система обеспечивает оптимальные частоту вращени  рабочего органа и осевое усилие на за0 бой при изменении крепости пород с одновременной стабилизацией мощности, расходуемой на вращение рабочего органа , посредством изменени  частоты его вращени ,5

Claims (1)

1. Формула изобретени  Система автоматического регулировани  осевой нагрузки и частоты вращени , содержаща  источник питани  двигател  вращени  бурового инструмента, тахогене

   ратор и датчик тока двигател  вращени  бу-сом, при этом штоковые полости гидроцирового инструмента, выходы которых соеди-линдров подачи соединены с входом регулинены с соответствующими входамируёмого гидродроссел , выход которого

   ограничител  по току и частоте вращени  ичерез датчик скорости бурени  соединен с

   множительного блока, выходы множитель-5 первым входом второго сумматора, выход

   ного блока и задатчика скорости подклю-первого сумматора через масштабный

   чены соответственно к первому и второмублок подключен к второму входу второго

   входам первого сумматора, а также второйсумматора, выход которого через блркэлесумматор , о т ли ч а ю щ а   с   тем, что,ментов сравнени  с гистерезисом соедис целью повышени  срока службы бурово-10 йен с третьим входом ограничител  по

   го инструмента, система снабжена регули-току и частоте вращени , выход которого

   руемым гидродросселем, датчикомподключен к входу регулируемого источнискорости бурени , масштабным блоком ика питани  двигател  вращени  бурового

   блоком элементов сравнени  с гистерези-инструмента.