ГИДРОСИСТЕМА ПРИВОДА ПОДАЧИ СТАВА БУРОВОГО СТАНКА Российский патент 1999 года по МПК E21B19/08 E21C5/08 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к гидросистемам буровых станков, в том числе и применяемых в строительстве для сооружения буронабивных свай.

Цель изобретения - снижение стоимости оборудования и эксплуатации буровых станков за счет упрощения конструкции и уменьшения гидравлических потерь на всех режимах работы, включая режим бурения, при обеспечении эксплуатационной эффективности.

Известны гидросистемы буровых станков, обеспечивающие близкие величины скоростей подъема и опускания бурового става, но не обеспечивающие режима подъема бурового става с увеличенным усилием в случае прихвата бура или бурового става в скважине (без значительного увеличения мощности и давления в гидросистеме) (см. а. с. N 1073451 от 14.07.82, кл. E 21 C 5/08, E 21 B 3/02).

В этой конструкции гидросистемы при одинаковых предельных давлениях при операциях подъема и опускания бурового става, а также при бурении максимальное усилие подачи при бурении выше, чем при подъеме бурового става, что нерационально и приводит к значительным потерям из-за дросселирования большей части рабочей жидкости в течение всего времени бурения при перепаде давления, предельная величина которого определяется не текущей величиной усилия подачи бурового органа на забой скважины, а другими факторами.

Известна также конструкция гидропривода подачи бурового става (см. а.с. N 1643701 от 14.07.89, кл. E 21 B 19/08, E 21 B 3/00), в гидросистеме которого применено дифференциальное включение гидроцилиндра подачи для ускоренного подъема траверсы, которое обеспечивается подключением штоковой и поршневой полостей гидроцилиндров к напорной или сливной магистрали посредством одного и того же золотника, а также использованием второго золотника в качестве дополнительного устройства управления гидроцилиндром при экстренном подъеме траверсы.

Такая конструкция гидропривода подачи бурового става обеспечивает возможность режима подъема бурового става с увеличенным по сравнению с бурением усилием подъема и ускоренный (экстренный) подъем траверсы. Однако и в этой схеме операция бурения происходит при завышенном давлении подпора, величина которого постоянна и определяется необходимым предельным значением напорного усилия, причем величина скорости бурения определяется уставкой регулируемого дросселя, подключаемого к напорной магистрали во время бурения.

Такая схема также приводит к завышенным гидравлическим потерям при наиболее длительной операции бурения и обладает на наш взгляд повышенной сложностью.

С целью снижения гидравлических потерь во время выполнения спускоподъемных операций и при бурении, а также с целью упрощения конструкции предлагается гидросистема бурового станка, в которой штоковая полость гидроцилиндра соединена с выходным каналом одного гидрораспределителя, поршневая полость гидроцилиндра и регулятор усилия и скорости бурения соединены с выходными каналами второго гидрораспределителя, а регулятор усилия подачи при бурении объединен с регулятором скорости бурения и выполнен в виде регулируемого клапана, давление во входном канале которого пропорционально величине усилия на рукоятке управления.

С целью автоматизации управления величиной усилия при подъеме бурового става, а также снижения гидравлических потерь при давлениях близких к максимальным предлагается гидрораспределитель, выходной канал которого соединен со штоковой полостью гидроцилиндра, выполнить с устройством гидравлического управления, рабочая камера которого соединена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством предохранительного клапана, а со сливом - посредством дросселя.

Для снижения гидравлических потерь, вызванных большой протяженностью гидромагистралей, соединяющих насосную станцию с буровым станком, и увеличенным расходом рабочей жидкости, вытесняемой из штоковой полости в поршневую при дифференциальном подключении гидроцилиндра, предлагается соединить штоковую полость гидроцилиндра с поршневой посредством двух, включенных последовательно клапанов, управляющие полости которых соединены со штоковой и с поршневой полостями гидроцилиндра.

Предлагаемая гидросистема (см. чертеж) состоит из насоса 1, предохранительного клапана 2 насосной станции, маслобака 3, напорной 4 и сливной 5 магистралей и двух гидрораспределителей 6 и 7 и гидроцилиндра 8 подачи бурового става со штоковой и поршневой полостями.

Штоковая полость гидроцилиндра соединяется с напорной и сливной магистралями посредством гидрораспределителя 6, а поршневая полость гидроцилиндра и регулятор 9 усилия подачи и скорости бурения с напорной и сливной магистралями посредством гидрораспределителя 7. Регулятор 9 выполнен в виде подпружиненного клапана с рукояткой, воздействующей на его пружину, причем давление во входном канале клапана в момент его открытия пропорционально усилию на рукоятке. Для обеспечения автоматического перехода (при извлечении бурового става из скважины) из режима подъема в режим подъема с увеличенным усилием (при сохранении предельного уровня давления в гидросистеме) гидрораспределитель 6 снабжен устройством гидравлического управления, рабочая камера которого соединена с поршневой полостью гидроцилиндра 8 посредством предохранительного клапана 10, а со сливом - посредством дросселя 11.

Для уменьшения гидравлических потерь при значительном удалении бурового станка от насосной станции во время режима дифференциального подключения гидроцилиндра 8, при котором количество поступающей в поршневую полость гидроцилиндра 8 рабочей жидкости возрастает в несколько раз, штоковая и поршневая полость гидроцилиндра в предлагаемой гидросистеме соединены между собой посредством двух клапанов 12 и 13, причем управляющая полость клапана 12 соединена со штоковой, а клапана 13 с поршневой полостью гидроцилиндра 8.

Предлагаемая гидросистема работает следующим образом:
1. При исходном (нейтральном) положении гидрораспределителей 6 и 7.

Штоковая полость гидроцилиндра соединена посредством гидрораспределителя 6 с напорной магистралью 4, которая в свою очередь через гидрораспределитель 7 соединена со сливной магистралью 5. Рабочая жидкость, подаваемая насосом, сливается в маслобак 3. Поршневая полость гидроцилиндра 8 заперта гидрораспределителем 7. Буровой став удерживается гидроцилиндром в фиксированном положении.

2. Гидрораспределитель 6 в исходном (нейтральном) положении, гидрораспределитель 7 сдвинут вправо.

Поршневая полость гидроцилиндра соединяется со сливом. Регулятор 9 соединен с напорной магистралью. Рабочая жидкость из поршневой полости вытесняется через гидрораспределитель 7 в сливную магистраль 5. Буровой став опускается под собственным весом.

После достижения буровой коронкой забоя скважины давление в гидросистеме и следовательно усилие воздействия коронки на забой определяется пропорционально усилию воздействия оператора на рукоятку клапана 9. Соответственно скорость бурения при этом определяется податливостью буримых пород, усилием на забой и степенью загрузки привода вращения коронки. Избыточный расход рабочей жидкости при этом сливается через клапан 9 в маслобак при перепаде давления, соответствующем текущему значению нагрузок на забой. При свободной рукоятке клапана 9 бурение происходит под действием веса буровой колонны, а избыточное количество рабочей жидкости, подаваемой насосом, сливается в маслобак при минимальном (нулевом) сопротивлении клапана.

3. Гидрораспределитель 6 в исходном (нейтральном) положении, гидрораспределитель 7 сдвинут влево.

Поршневая полость гидроцилиндра 8, так же как и штоковая, соединена с напорной магистралью 4 (дифференциальное подключение полостей гидроцилиндра). Шток гидроцилиндра поднимается и буровой став извлекается из скважины.

Давление в штоковой полости несколько выше давления в поршневой полости, оба клапана 12 и 13 открыты и рабочая жидкость из штоковой полости перетекает в поршневую по кратчайшему пути при минимальном сопротивлении, что также существенно снижает потери.

При ручном перемещении гидрораспределителя 6 в правое положение штоковая полость гидроцилиндра соединяется со сливной магистралью 5, усилие подъема возрастает, скорость подъема соответственно снижается при сохранении уровня давлений в напорной магистрали гидросистемы.

Во время выполнения операции подъема (при дифференциальном подключении полостей гидроцилиндра) при возрастании давления в поршневой полости гидроцилиндра до уровня давления, приближающегося к предельному (при котором откроется предохранительный клапан 2 гидросистемы), открывается предохранительный клапан 10 и пропускаемый им объем рабочей жидкости, проходя через дроссель 11, вызывает повышение уровня давления в рабочей камере устройства гидравлического управления гидрораспределителем 6, что приводит к автоматическому перемещению распределителя 6 в правое положение, соединению штоковой полости со сливом, падению давления в штоковой полости и как следствие - возрастанию усилия подъема без увеличения давления в гидросистеме.

Такая конструкция гидросистемы также обеспечивает снижение потерь и практически исключает возможность работы гидросистемы при предельных давлениях, вызванных перегрузкой привода подачи бурового става станка, в том числе и при его подъеме.

Таким образом, все основные новые элементы предлагаемой гидросистемы: подключение полостей гидроцилиндра посредством гидрораспределителей 6 и 7 к напорной и сливной магистралям, конструкция и способ подключения объединенного регулятора усилия и скорости подачи, автоматизация переключения гидрораспределителя 6 и выполнение шунтирующего соединения штоковой и поршневой полостей посредством клапанов 12 и 13 подчинены общей задаче, а именно снижению потерь и уменьшению нагрева гидропривода, вызванного этими потерями, и снижению установленной мощности привода подачи бурового става за счет повышения коэффициента полезного действия системы на всех режимах ее использования.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к гидросистемам буровых станков, в том числе и применяемых в строительстве для сооружения буронабивных свай. Цель изобретения - снижение стоимости оборудования и эксплуатации буровых станков за счет упрощения конструкции и снижения гидравлических потерь на всех режимах работы, включая бурение и при выполнении спускоподъемных операций. Гидросистема содержит насос, гидроцилиндр подачи бурового става, регулятор усилия подачи и скорости бурения, гидрораспределители, один из которых соединяет штоковую полость, а второй поршневую полость гидроцилиндра и регулятор с напорной или сливной магистралью насосной станции. Регулятор выполнен в виде подпружиненного клапана с нажимной рукояткой, давление во входном канале которого пропорционально величине усилия на рукоятке. Гидрораспределитель, выходной канал которого соединен с штоковой полостью гидроцилиндра, выполнен гидроуправляемым, а рабочая камера гидроуправления соединена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством предохранительного клапана, а со сливом посредством дросселя. Рабочие полости гидроцилиндра соединены между собой двумя клапанами, включенными последовательно, а их рабочие полости соединены с штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра. Такое исполнение гидросистемы обеспечивает снижение потерь и уменьшение нагрева гидропривода, а также снижение установленной мощности привода подачи бурового става за счет повышения КПД системы на всех режимах ее использования. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидросистема привода подачи става бурового станка, включающая гидроцилиндр подачи бурового става с штоковой и поршневой полостями, соединенными с напорной и сливной магистралями посредством гидрораспределителей, выходной канал одного из которых соединен с штоковой полостью гидроцилиндра подачи бурового става, насос и регуляторы усилия подачи и скорости бурения, отличающаяся тем, что регулятор усилия подачи объединен с регулятором скорости бурения и выполнен в виде соединенного с выходными каналами второго распределителя, подпружиненного клапана с нажимной рукояткой, давление во входном канале которого пропорционально величине усилия на рукоятке. 2. Гидросистема по п.1, отличающаяся тем, что гидрораспределитель, выходной канал которого соединен с штоковой полостью гидроцилиндра, выполнен с устройством гидравлического управления, рабочая камера которого соединена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством предохранительного клапана, а со сливом посредством дросселя. 3. Гидросистема по п. 1, отличающаяся тем, что полости гидроцилиндра соединены между собой двумя включенными последовательно клапанами, управляющие полости которых соединены одного - с штоковой, а второго с поршневой полостями гидроцилиндра.