SU840317A1

SU840317A1 - Rotating and feeding mechanism of drill rig

Info

Publication number: SU840317A1
Application number: SU792767233A
Authority: SU
Inventors: Григорий Григорьевич Проценко; Александр Христофорович Корман
Original assignee: Рудненский индустриальный институт
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1979-05-07
Publication date: 1981-06-23

Description

Изобретение относится к бурильным машинам, преимущественно к станкам шарошечного бурения для горного производства.The invention relates to drilling machines, mainly to rolling machines for mining.

Известны вращательно-подающие механизмы буровых станков, которые содержат устройства, создающие периодические ударные нагрузки на разрушающий инстру- ^Sмент [1] , [2j.Known rotary-feeding mechanisms of drilling rigs, which contain devices that create periodic shock loads on destructive tool ^S [1], [2j.

Недостатки известных вращательно-подающих механизмов заключаются в том, что при создании неуправляемых ударных воздействий на забой происходит образование углублений в местах локальных неоднородностей породы (например, трещины), которые, являясь источниками внешних возмущений на динамическую систему станка вызывают интенсивные вибрации бурового станка. 15The disadvantages of the known rotary-feeding mechanisms are that when creating uncontrolled impacts on the face, the formation of depressions occurs in places of local rock inhomogeneities (for example, cracks), which, as sources of external disturbances to the dynamic system of the machine, cause intense vibration of the drilling rig. fifteen

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вращательно-подающий механизм, снабженный инерционным ударным устройством [3].The closest in technical essence to the proposed one is a rotary-feeding mechanism equipped with an inertial shock device [3].

Недостаток этого вращательно-подающего механизма состоит в том, что ударное устройство в зависимости от соотношения частоты внешних возмущений со стороны забоя и частоты собственных колеба2 ний .массы ударника может работать или только в режиме демпфирования колебаний бурового станка за счет выравнивания профиля забоя или в режиме интенсивного разрушения породы при одновременном возникновении значительных вибрации бурового станка, которые снижают эффективность бурения из-за снижения стойкости бурового инструмента и долговечности элементов вращательно-подающего механизма станка.The disadvantage of this rotary-feeding mechanism is that the percussion device, depending on the ratio of the frequency of external disturbances from the bottom to the frequency of natural vibrations2. The mass of the hammer can work either only in the damping mode of the drilling rig due to the alignment of the bottom profile or in the intensive mode destruction of the rock with the simultaneous occurrence of significant vibration of the drilling rig, which reduce the efficiency of drilling due to reduced durability of the drilling tool and the durability of elements of the rotary-feeding mechanism of the machine.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения.The purpose of the invention is to increase the efficiency of drilling.

Указанная цель достигается тем, что вращательно-подающий механизм бурового станка, содержащий привод подачи, привод вращателя, буровой став, состоящий из буровых штанг и ударного узла, включающего ударник, наковальню, переходник, шлицевое соединение и породоразрушающий инструмент, снабжен задатчиком частоты вращения бурового става, датчиком вибраций бурового става, тиристорным преобразователем и тиристорным ключом, при этом выход задатчика частоты вращения бурового, става подключен ко входу тиристорного преобразователя, выход которого связан через двигатель с датчиком вибраций бурового става, выход которого подключен через тиристорный ключ ко входу задатчика частоты вращения бурового става, причем датчик вибраций бурового става связан с ударным узлом. Параметры привода вращателя и ударного узла выполнены с соотношениямиThis goal is achieved by the fact that the rotary-feeding mechanism of the drilling rig, comprising a feed drive, a rotary drive, a drill stand, consisting of drill rods and a shock assembly including a hammer, an anvil, an adapter, a spline connection and a rock cutting tool, is equipped with a rotational speed setting for the drill stand , a vibration sensor of the drill string, a thyristor converter and a thyristor key, while the output of the drill speed adjuster, the stav is connected to the input of the thyristor converter, the output of which a motor connected through a drilling rod vibration sensor whose output is connected through a thyristor switch to the input setpoint speed drilling rod, wherein the drilling rod vibration sensor is connected with the hammer assembly. The parameters of the rotator drive and the shock assembly are made with the relations

3URd(R2 + R?>) к ₌ 1 no J С RiR_z+R₂R₃+R_,R₃ ’ ’ где (J - стабилизированное напряжение питания задатчика, В; сопротивления потенциометрического моста задатчика, Ом;3URd (R2 + R?>) К ₌ 1 no J С RiR _z + R ₂ R ₃ + R_, R ₃ '' where (J is the stabilized supply voltage of the setpoint, V; resistance of the potentiometric bridge of the setpoint, Ohm;

К - статический коэффициент передачи привода вращателя;K is the static gear coefficient of the rotator drive;

С -жесткость упругих элементов ударника, ям;C is the rigidity of the elastic elements of the striker, pits;

ш - масса ударника, кг.W - the mass of the drummer, kg

Кроме того, ударник выполнен в виде цилиндра, установленного на пружинах в первой буровой штанге, длина которого равна длине буровой штанги, а наковальня соединена с буровым инструментом и связана через скользящее шлицевое соединение с переходником бурового става.In addition, the hammer is made in the form of a cylinder mounted on springs in the first drill rod, the length of which is equal to the length of the drill rod, and the anvil is connected to the drilling tool and connected through a sliding spline connection to the adapter of the drill stand.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— конструкция ударного механизма.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed device; in FIG. 2 - the design of the percussion mechanism.

Вращательно-подающий механизм бурового станка (фиг. 1) содержит привод подачи, привод вращателя, включающий двигатель 1 и тиристорный преобразователь 2, буровой став 3, соединенный с двигателем 1 через редуктор и муфту, ударный узел 4, установленный в буровом ставе 3, датчик 5 вибраций бурового става, соединенный через тиристорный ключ 6 и задатчик 7 частоты вращения бурового става с тиристорным преобразователем 2.The rotary-feeding mechanism of the drilling rig (Fig. 1) contains a feed drive, a rotary drive, including an engine 1 and a thyristor converter 2, a drill stand 3 connected to the engine 1 through a gearbox and a coupling, an impact assembly 4 installed in the drill stand 3, a sensor 5 vibrations of the drill string, connected through a thyristor switch 6 and a speed dial 7 of the drill string with a thyristor converter 2.

Ударный узел (фиг. 2) включает ударник 1, установленный на пружинах 2 в первой штанге 3 бурового' става и наковальню 4, соединенную с буровым инструментом 5 и связанную через скользящее шлицевое соединение 6 с переходником бурового става 7.The hammer assembly (Fig. 2) includes a hammer 1 mounted on the springs 2 in the first rod 3 of the drill stand and the anvil 4, connected to the drilling tool 5 and connected through a sliding spline connection 6 with the adapter of the drill stand 7.

При работе бурового станка, вследствие наличия локальных неоднородностей породы на забое образуется волнообразная поверхность, возмущения от которой через буровой став на привод подачи и привод вращателя вызывают низкочастотные вибрации бурового станка.During the operation of the drilling rig, due to the presence of local heterogeneities of the rock, a wavy surface forms on the bottom, disturbances from which through the drill stand to the feed drive and rotator drive cause low-frequency vibration of the drill rig.

Если вибрации бурового става незначительны, тиристорный ключ 6 (фиг. 1) закрыт и ударный узел 4 работает на дорезонансной частоте, способствуя образованию волнообразности забоя, т. е. происходит интенсивное разрушение породы.If the vibrations of the drill string are insignificant, the thyristor switch 6 (Fig. 1) is closed and the impact unit 4 operates at a pre-resonant frequency, contributing to the formation of an undulation of the face, i.e. intensive destruction of the rock occurs.

При достижении вибраций бурового става настроечной величины (при этом вибрации станка достигают допустимой величины согласно санитарных норм СН 245—71)'сигнал, с датчика 5 вибраций достаточен для открытия ключа 6, при этом происходит переключение сопротивлений потенциометрического моста задатчика 7 и буровой став начинает вращаться с большей частотой. С увеличением. частоты вращения бурового става увеличивается частота внешних возмущений со стороны забоя и ударное устройство начинает работать на зарезонансной частоте, при этом колебания ударника 1 (фиг. 2) происходят в противофазе с внешними возмущениями и ударный узел, создавая ударные воздействия на гребни волн забоя, вызывает их разрушение, тем самым способствуя снижению вибраций бурового става и бурового станка.When the vibrations of the drill set are reached (the vibration of the machine reaches an acceptable value according to sanitary standards SN 245–71), the signal from the vibration sensor 5 is sufficient to open the key 6, while the resistance of the potentiometric bridge of setter 7 is switched and the drill starts to rotate with greater frequency. With an increase. the rotational speed of the drill string, the frequency of external disturbances from the bottom side increases and the percussion device begins to work at the resonant frequency, while the vibrations of the hammer 1 (Fig. 2) occur in antiphase with external perturbations and the shock assembly, creating shock effects on the crests of the face waves, causes them destruction, thereby helping to reduce the vibration of the drill stand and the drill rig.

При снижении вибраций тиристорный ключ (фиг. 1) закрывается, привод вращателя и ударный узел 4 начинают работать в первоначальном режиме интенсивного разбуривания забоя и т. д.When vibration is reduced, the thyristor switch (Fig. 1) closes, the rotator drive and impact assembly 4 begin to work in the initial mode of intensive drilling of the face, etc.

Таким образом ударный узел постоянно способствует интенсивному разрушению породы, а контур обратной связи по вибрации управляет работой ударного узла и ограничивает вибрации на допустимом уровне.Thus, the shock assembly constantly contributes to the intensive destruction of the rock, and the feedback loop for vibration controls the operation of the shock assembly and limits vibration to an acceptable level.

Энергия, переданная ударником 1 буровому инструменту через наковальню 4 (фиг. 2), определяется соотношением где Т_ ,Т₊ - соответственно, кинетическая энергия ударника до и после удара;The energy transmitted by the hammer 1 to the drilling tool through the anvil 4 (Fig. 2) is determined by the ratio where T_, T ₊ are, respectively, the kinetic energy of the hammer before and after the impact;

V-,V+-соответственно, скорость ударника до и после удара. Скорость ударника 1 после удара по наковальне определяется соотношениемV-, V + -respectively, the speed of the impactor before and after the impact. The speed of the striker 1 after hitting the anvil is determined by the ratio

V₊ = V_o + R (V_o -Vj , где Nq - скорость движения наковальни 4, которая из-за постоянного контакта с забоем представляет медленно движущуюся преграду;V ₊ = V _o + R (V _o -Vj, where Nq is the speed of movement of the anvil 4, which, due to constant contact with the bottom, represents a slowly moving obstacle;

R. - коэффициент восстановления соударяющихся тел, т. е. ударника и наковальни (0<R<l). Поскольку предлагаемым устройством вращательно-подающего механизма поддерживается околорезонансный режим работы ударника 1, то V₊ »V₀, V_ >>V_O и, соответственно еR. is the recovery coefficient of colliding bodies, i.e., the striker and the anvil (0 <R <l). Since the proposed device rotational-feeding mechanism supports the near-resonant mode of the drummer 1, then V ₊ »V ₀ , V_ >> V _O and, accordingly, e

V₊-X RV_ .V ₊ -X RV_.

Тогда ΔΤ =^(1-R²).Then ΔΤ = ^ (1-R ² ).

Увеличение энергии удара достигается за счет увеличения скорости V_ при рабо840317 ⁵ те ударника на околорезонансных режимах (V₊-xV_; R~l). Соотношения параметров привода вращателя и· ударного узла обеспечивают выполнение данного условия, т. е. при отстройке работы ударника по частоте на величину Δ\ν = 0,03Ώτ ₅ Increasing the impact energy is achieved by increasing the rate at V_ rabo840317 those striker ⁵ at near-resonant mode _{(V + -xV_; R ~ l} ). The ratios of the parameters of the rotator drive and the shock assembly ensure that this condition is met, i.e., when the work of the striker is detuned in frequency by Δ \ ν = 0.03Ώτ ₅

В предлагаемом устройстве враицательно-подающего механизма бурового станка обеспечивается создание управляемых воздействий на забой скважины. Это приводит к повышению эффективности бурения, а именно к повышению производительности 10 бурения за счет наложения ударных воздействий на буровой инструмент, ограничению параметров вибраций допустимыми значениями; снижению динамических нагрузок в элементах врашательно-подающего механизма и повышению надежности его работы.In the proposed device adversary-feeding mechanism of the drilling rig provides the creation of controlled effects on the bottom of the well. This leads to an increase in drilling efficiency, namely, to an increase in productivity of 10 drilling due to the imposition of shock effects on the drilling tool, the limitation of vibration parameters to acceptable values; reduce dynamic loads in the elements of the rotary feeding mechanism and increase the reliability of its operation.

Claims

(54) ROTATING AND SUPPLYING MECHANISM OF THE DRILLING MACHINE, the output of which is connected via a thyristor key to the input of the setpoint frequency controller of the drilling rod, and the vibration sensor of the drill rod is connected to the impact unit. The drive parameters of the rotator and impact unit are made with the ratios v. To 0.97 3UR () To 1.03, stabilized supply voltage of the setting device. AT; ТЦДзД - resistance of the potential-digital bridge of the setting device, Ohm; K - static transfer coefficient of the rotator drive; C is the rigidity of the elastic elements of the striker, WM; rvi - drum weight, kg. In addition, the drummer is made in the form of a cylinder mounted on springs in the first drill rod, the length of which is equal to the length of the drill rod, and the anvil is connected to the drilling tool and connected through a slip bar to the drill stem adapter. FIG. i shows a schematic diagram of the proposed device; in fig. 2- structures of percussion mechanism. The rotary feeding mechanism of the drilling machine (Fig. 1) contains a feed drive, a rotator drive, including motor 1 and a thyristor converter 2, a drilling rig 3 connected to the motor 1 via a gearbox and a coupling, a shock unit 4 installed in the drill rig 3, a sensor 5 vibrations of a drilling rod connected via a thyristor switch 6 and a frequency controller of rotation frequency 7 of a drilling rod with a thyristor converter 2. The impact unit (Fig. 2) includes a drummer 1 mounted on springs 2 in the first rod 3 of the drill rod and an anvil 4 connected a drilling tool 5 and connected through a sliding slit-joint connection 6 with an adapter of a drilling rod 7. During operation of the drilling machine, due to the presence of local heterogeneity of rock at the bottom, a wavy surface is formed, disturbances from which through the drilling rig to the feed drive and rotator drive cause low-frequency vibrations of the drill machine tool. If the vibration of the drilling rod is insignificant, the thyristor switch 6 (Fig. 1) is closed and the shock node 4 operates at a pre-resonance frequency, contributing to the formation of a wave-like bottom, i.e., an intensive destruction of the rock occurs. When vibrations of a drilling rod of a training value are reached (the machine vibrations reach an acceptable value according to the sanitary norms CH 245-71). The signal from the vibration sensor 5 is sufficient to open the key 6, the resistance of the potentiometer bridge of the setting device 7 switches and the drill rod begins to rotate with greater frequency. With an increase in the frequency of rotation of the drill rod, the frequency of external disturbances on the side of the bottom increases, and the percussion device starts to work at a resonance frequency, and the oscillator 1 (Fig. 2) oscillates in antiphase with external perturbations and percussion unit, creating percussions on the crests of the waves, it causes their destruction, thereby contributing to the reduction of vibrations of the drill rod and the drilling machine. When vibrations are reduced, the thyristor key (Fig. 1) closes, the rotator drive and shock node 4 begin to work in the initial mode of intensive drilling and so on. Thus, the shock node constantly contributes to intensive rock destruction, and the feedback loop on vibration is controlled. The work of the impact unit and limits vibrations at an acceptable level. The energy transmitted by the hammer 1 to the drilling tool through the anvil 4 (Fig. 2) is determined by the relation 4.T T -T jXj. - respectively. kinetic energy of the striker before and after the impact; ) .- respectively, the speed of the striker before and after the impact. The speed of the striker 1 after striking the anvil is determined by the ratio V Vo + R (O the speed of the movement of the anvil 4, which due to constant contact with the face, represents a slow moving barrier; R. is the recovery coefficient of the colliding bodies, i.e. drummer and anvil (). Since the proposed rotational feeder device supports the near-resonant mode of the drummer I, V. Vo, V Vo and, respectively, f VC :: RV. Then DT. | t (Increasing the impact energy is achieved by increasing the speed V when working drummer and near-resonance modes (). The ratios of the drive parameters of the rotator and the impact unit ensure that this condition is met, i.e., when the hammer is tuned to frequency by Aw 0, the proposed rotational-feed mechanism of the drilling machine ensures the creation of controlled impacts on the bottom This leads to an increase in drilling efficiency, namely, an increase in drilling performance due to the imposition of shock effects on the drilling tool, the limitation of vibration parameters and values; reduce the dynamic loads in the elements of the plastic feed, its mechanism and improve the reliability of its work. Claims 1. A rotary feed mechanism of a drilling machine comprising a feed drive, a rotator drive including an engine and a drill bit consisting of drill rods, a percussion assembly including a hammer, an anvil adapter and a rock bending tool, characterized in that drilling efficiency by creating ynpaBviHeMbix shock effects on a drilling tool, it is equipped with a setter of rotational speed of the drilling rod, vibration sensor of the drilling rod, a thyristor converter and a thyristor key, In this case, the output of the setpoint frequency of rotation of the drill rod is connected to the input of the thyristor converter, the output of which is connected to the motor, the latter being connected to the vibration sensor of the drill rod, the output of which is connected with a thyristor key to the input of the setpoint rotation controller, staging and impacting unit should be related by the ratio of 0, 97/1,) K 1.03 rrrrrrrrr (K and - stabilized supply voltage of the unit of frequency of rotation of the drill rifle. AT; KyjiR iR - resistance of the potentiometric bridge of the frequency adjuster of the drill rod. Ohm; - static drive transfer ratio of the rotator; - rigidity of the elastic elements of the impactor, nm - mass of the impactor, kg. 2. The mechanism of claim 1, wherein, in order to increase the impact energy, hit in the form of a cylinder, the length of which is equal to the length of the drill rod, and is connected to the drilling tool through a sliding spline joint with a drill bit adapter. Sources of information taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR 588339, cl. E 21 May 17/06, 1974.

2. Authors certificate of the USSR 466318, cl. E 21 B 17/00, 1973.

3. Authors certificate of USSR 459574, cl. E 21 B 5/00, 1960.