Изобретение относится к способу и устройству управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, когда бурильный молоток подают вперед посредством двигателя подачи, приводимого в действие напорной текучей средой и выполнения вспомогательных операций, обеспечивающих подготовку машины к процессу выполнения операции бурения.
В карьерах для выполнения взрывных работ с помощью буровых машин-станков шарошечного типа бурят по определенной схеме отверстия.
Буровые станки снабжаются устройствами, которые выполняют основную операцию “бурение” и ряд вспомогательных операций, которые являются не менее важными, т.к. от скорости выполнения вспомогательных операций зависит длительность всего процесса бурения горной породы и надежность работы узлов, выполняющих эти операции.
Основная операция - бурение выполняется путем придания вращательного движения закрепленному в буровой головке станка режущему инструменту (долоту) и создания осевого усилия на буровой став.
К вспомогательным операциям принято относить такие операции, как “горизонтирование”, “подвод - отвод фиксатора мачты”, “подвод - отвод ключа”, “подвод - отвод сепаратора”, “поднять – закрыть - открыть люнет”, “подвод - отвод пылеотдува”, “открыть - закрыть клапан воздуховода” и другие операции, которые необходимо выполнять.
Для выполнения вспомогательных операций и создания осевого усилия на буровой став при выполнении операции бурения используют гидравлический привод. Работу гидропривода обеспечивают насосы и аппаратура управления. Осевое усилие на забой бурового става и скорость выполнения вспомогательных операций зависит от величины давления гидравлической жидкости в силовой магистрали.
Для бурения грунта разной степени прочности требуется разное давление, от правильного задания величины этого давления зависит скорость выполнения буровых работ и ресурс работы режущего инструмента. Поэтому определение оптимальной величины осевого давления на буровой став, поддержания выбранного давления, сброс (уменьшение) давления при заклинивании режущего инструмента или существенном изменении физических свойств грунта являются основными задачами, которые стоят перед изготовителями буровых станков.
Известны различные способы управления подачей машины для бурения горной породы и устройства их реализующие.
Например, известен способ управления подачей при бурении горной породы и регулирования давления с помощью изменения проходного сечения щели дросселя и устройство его реализующее ([1] Станки шарошечного бурения. Ю.А.Нанкин, П.М.Пипко, Л.И.Балагуров - М.: Недра, 1970 г., с.152-154).
Станки шарошечного бурения типа БСШ-1М в узле авторегулятора давления в системе автоматического регулирования процессом бурения содержат дроссель типа Г77-14, предназначенный для регулирования расхода, проходящей через него гидравлической напорной среды (далее по тексту напорной среды), посредством изменения величины проходного сечения щели в дросселе. Дроссель включен на сливе напорной среды из цилиндров напорного механизма. При этом мощность, потребляемая насосом при всех режимах работы, постоянна и не зависит от нагрузки.
Дроссель состоит из корпуса, крышки, дросселя, лимба, уплотнительных колец, гайки и пробки. Описание дросселя и его чертеж приведены в упомянутом источнике информации [1] на с.152, рис.64, б.
Работает это устройство следующим образом. Напорная жидкость в дроссель подводится через одно из отверстий или и, проходя через щель дросселя, отводится в гидросистему через отверстие.
Отрегулированное и установленное сечение щели (расход напорной среды, проходящей через дроссель) фиксируется вилкой планетарного редуктора, соединенной через рукоятку с лимбом 2.
При крайних угловых положениях дросселя наблюдается:
- наибольший расход напорной среды при повороте лимба по часовой стрелке от нулевого до восемнадцатого деления шкалы,
- расход напорной среды уменьшается при повороте против часовой стрелки (закрытие дросселя, т.е. перекрытие щели).
В станках БСШ-1М для регулирования необходимого рабочего положения дросселя управления механизмом подачи при бурении в режиме автоматического управления предусмотрен специальный серводвигатель, сочлененный с дросселем с помощью фрикционной муфты.
Автоматическое регулирование усилия подачи осуществляется автоматическим открыванием/закрыванием дросселя в сливной магистрали гидропривода подачи, что ведет к соответствующему уменьшению/увеличению усилия подачи.
Положение регулирующего дросселя, приводимого в действие серводвигателем СД, получающим питание от электромашинного усилителя 2ЭМУ, определяется величиной тока нагрузки двигателя Р-Д.
Серводвигатель регулирующего дросселя СД, питаемый от электромашинного усилителя 2ЭМУ, начинает вращаться в направлении, соответствующем уменьшению усилия подачи.
Однако промышленная эксплуатация станков БСШ-1М показала, что принятая система регулирования не обеспечивает получение оптимальных параметров процесса бурения при проходке скважин в трещиноватых и неустойчивых породах, а также в случае заклинивания опор шарошки, выкрашивания зубков вооружения долота или образования сальников [1], с.227.
Научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом по добыче полезных ископаемых открытым способом (НИИОГР) предложено ([1] Станки шарошечного бурения. Ю.А.Нанкин, П.М.Пипко, Л.И.Балагуров. - М.: Недра, 1970 г., с.228) настройку системы выполнять следующим образом. На ручном управлении устанавливают оптимальные значения осевой нагрузки, используя данные из таблицы, рассчитанные для различных грунтов. При настройке системы осевую нагрузку измеряют по разнице давления подачи и подпора в сливной магистрали.
Перечисленные выше регулировки предусматривают использование дросселя, то есть предполагают регулировку, осуществляемую путем сброса части напорной среды в бак.
При такой регулировке нагрузка на основном гидравлическом насосе не уменьшается, насос вынужден работать на полной мощности даже в том случае, когда требуется только 10% его номинальной мощности.
Известно устройство в гидроприводном бурильном оборудовании, поддерживающее давление напорной среды, подаваемой к ударному устройству ([2] заявка России №96121921, МПК6 Е 21 В 44/00).
Это устройство содержит бурильный молоток с ударным устройством, подающий двигатель для подачи бурильного молотка в направлении бурения и обратно соответственно, гидравлический насос, линию ударного давления и линию давления подачи, обе соединенные с насосом для подачи гидравлической среды к ударному устройству и подающему двигателю соответственно, обратную линию от ударного устройства и подающего двигателя для возврата гидравлической среды в емкость для гидравлической среды, клапан регулирования подачи и регулятор подачи для регулирования потока гидравлической среды к подающему двигателю, причем клапан представляет собой управляемый сигналом пропорциональный клапан, который соединен с регулятором подачи, управляющим этим клапаном через по меньшей мере одну линию регулирования подачи, кроме того устройство содержит первый предохранительный клапан, имеющий более низкую установленную величину давления, чем максимально допустимое рабочее давление ударного устройства, клапан перепада давления, сообщающийся с линией давления подачи, и управляемый сигналом контрольный клапан, соединенный между линией ударного давления и первым предохранительным клапаном с одной стороны и клапаном перепада давления с другой стороны и управляемый посредством линии регулирования подачи управляющей подачей вперед двигателя таким образом, что, когда значение управляющего сигнала указанной линии будет ниже заданного включающего значения, первый предохранительный клапанвключится для связи с линией ударного давления через контрольный клапан и будет поддерживать давление гидравлической среды, подаваемой к ударному устройству при указанном заданном значении, а когда величина управляющего сигнала линии превысит указанное включающее значение, контрольный клапан изменит положение и соединит клапан с линией ударного давления вместо первого предохранительного клапана, причем между указанной линией ударного давления и указанной линией подающего двигателя существует перепад давления, заданный для клапана.
Известное техническое решение позволяет поддерживать давление напорной текучей среды, подаваемое к ударному устройству по установленному значению. Однако оно не решает вопрос уменьшения давления в напорном трубопроводе без применения слива напорной текучей среды в емкость через линию с меньшим давлением или без давления. Кроме того, не обеспечивает поддержания заданного заранее давления напорной текучей среды в отдельности для каждого вспомогательного органа, приводимого в работу от общего насоса.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу и устройству для его осуществления является изобретение [3] по патенту РФ №2173384. Способ и устройство для управления подачей при бурении горной породы, МПК7 Е 21 В 44/06, 44/00.
Способ управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, когда бурильный молоток подают вперед посредством двигателя подачи, приводимого в действие напорной текучей средой, заключается в том, что по меньшей мере на стадии забуривания измеряют давление напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, и, когда давление напорной текучей среды ниже заданного порогового значения, расход напорной текучей среды, подводимой к двигателю подачи, регулируют таким образом, чтобы регулировать скорость подачи, а когда давление напорной текучей среды выше заданного порогового значения подачей управляют посредством регулирования давления напорной текучей среды, подводимой к двигателю подачи.
При этом давление напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи измеряют на протяжении всей операции бурения, и, когда значение давления напорной текучей среды падает ниже заданного порогового значения, при управлении подачей происходит переключение на управление расходом напорной текучей среды для регулирования скорости подачи, а когда значение давления напорной текучей среды вновь поднимается выше заданного порогового значения при управлении подачей происходит переключение на регулирование давления напорной текучей среды, подводимой к двигателю подачи.
На фиг.1 представлен схематичный вид варианта осуществления известного устройства-прототипа в машине для бурения горной породы.
На фиг.1 показано:
1 - бурильный молоток,
2 - буровая штанга, которая подсоединена к бурильному молотку,
3 - буровая головка (на конце буровой штанги 2),
4 - подающая балка,
5 - горная порода,
6 - двигатель подачи,
7а и 7b - напорные трубопроводы,
8 - блок управления,
9 - насос,
10-бак,
11 - регулировочный клапан,
12 - средство ручного управления подачей,
13 - датчик давления (пороговый).
Бурильный молоток 1 предназначен для перемещения в течение бурения вдоль подающей балки 4 в продольном направлении к переднему концу подающей балки 4. На стадии забуривания вначале перемещают подающую балку 4 к горной породе 5, после чего перемещают вперед бурильный молоток 1. Бурильный молоток 1 приводят в действие гидравлически: напорную текучую среду подают к бурильному молотку по напорным трубопроводам или по рукавам.
На фиг.1 показаны напорные трубопроводы 7а и 7b, которые подсоединены к двигателю 6 подачи. Напорную текучую среду по трубопроводу 7а подводят к двигателю 6 для перемещения бурильного молотка 1 в направлении бурения, а идущую обратно напорную текучую среду выпускают по трубопроводу 7b. Обратное движение выполняют посредством перекрестного соединения трубопроводов. Подачу напорной текучей среды контролируют средствами управления, которые включают в себя отдельный блок 8 управления, регулирующий количество напорной текучей среды в различных рукавах и давление в каждом рукаве в соответствии с параметрами, предварительно установленными вручную. Напорную текучую среду подают насосом 9, при этом напорная текучая среда возвращается в бак 10. Управление подводом напорной текучей среды осуществляется регулировочным клапаном 11. Расход текучей среды, проходящей через регулировочный клапан, зависит от положения средства 12 ручного управления подачей. Скорость подачи может иметь определенное, обычно используемое номинальное значение, которое при необходимости может быть увеличено или уменьшено средством 12 ручного управления подачей. К напорному трубопроводу 7а двигателя 6 подсоединен датчик 13 давления, который определяет, когда буровая головка 3 наталкивается на горную породу и повышается сопротивление подаче. При надлежащей скорости подачи буровая головка 3 осуществляет постепенную механическую обработку горной породы без повышения давлением подачи настройки датчика 13 давления. Низкая скорость подачи может быть использована до тех пор, пока фактически не будет достигнута полноразмерная поверхность бурения для буровой головки 3, после чего давление продолжает повышаться. Когда датчик 13 давления определяет, что превышено пороговое давление, средство 12 ручного управления подачей начинает управлять давлением подачи в напорном трубопроводе 7а посредством клапана 11 управления подачей. Затем давление подачи устанавливается на уровне, определяемом параметрами блока 8 управления, причем оно может отклоняться от этого уровня в любом направлении с помощью средства 12 ручного управления подачей. На практике, когда датчик 13 давления определяет, что установлен контакт сгорной породой, обеспечивается переключение бурильной операции, управляемой блоком 8 управления, на нормальную последовательность ее выполнения, после чего стадии бурения осуществляют требуемым способом.
Устройство-прототип использует датчик 13 давления порогового типа, который настроен на конкретное давление, т.е. он определяет, что установлен надлежащий контакт с горной породой, и по этому сигналу выполняют переключение станка на другой режим работы. Таким образом используемый датчик давления порогового типа не позволяет сформировать сигнал, соответствующий величине давления в любой момент времени.
Это изобретение решает задачу переключения на один из двух вариантов управления подачей машины для бурения путем использования датчика давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе, который срабатывает при заранее заданном давлении и выдает команду на работу одного из двух режимов регулирования. Применяемый пороговый датчик исключает возможность переключения на режимы регулирования более двух.
Поддержание выбранного режима работы исполнительного органа в упомянутом техническом решении обеспечивается путем слива напорной текучей среды из напорного трубопровода в бак (т.е. используется нерегулируемый насос). При такой регулировке нагрузка на основном гидравлическом насосе не уменьшается, насос вынужден работать на полной мощности даже в том случае, когда требуется, например, 10% его номинальной мощности, кроме этого, идет разогрев напорной текучей среды и ее испарение, т.е. наблюдается нерациональный расход объема напорной текучей среды.
Блок 8 управления в упомянутом устройстве только переключает режим бурения при срабатывании порогового датчика 13 давления, контроль за бурением не осуществляет.
Кроме того, это изобретение не обеспечивает поддержание заданных оператором значений давлений напорной текучей среды в напорном трубопроводе при выполнении операции бурения и вспомогательных операций (для работы вспомогательных органов, приводимых в работу от общего насоса).
Поэтому способ и устройство не может обеспечить оптимальные режимы управления подачей машины на заданных скоростях при выполнении как основной операции - бурения горной породы, так и при выполнении вспомогательных операций.
Задачей заявляемых изобретений является создание таких способа и устройства для управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, которые позволят обеспечить оптимальные (наилучшие) режимы управления подачей машины на заданных скоростях при выполнении основной операции - бурения горной породы, а также при выполнении вспомогательных операций, обеспечивающих подготовку к процессу бурения, что достигается путем непрерывного контроля и автоматического поддержания выбранного значения давления или объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя на протяжении выполнения каждой операции.
Эта задача решается тем, что в способе управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, когда бурильный молоток подают вперед посредством двигателя подачи, приводимого в действие напорной текучей средой, заключающемся в том, что измеряют давление напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи на протяжении всей операции бурения горной породы, используя измеренную величину давления, расход напорной текучей среды, подводимой к двигателю подачи, регулируют таким образом, чтобы регулировать скорость подачи, когда давление напорной текучей среды опускается ниже или поднимается выше выбранного значения, согласно изобретению выбранное значение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи для операции бурения запоминают в режиме автоматического поддержания; по измеренному давлению напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи непрерывно в процессе выполнения операции бурения формируют информационный сигнал, соответствующий величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в каждый текущий момент времени; сравнивают запомненное значение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи с информационным сигналом, соответствующим величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в каждый текущий момент времени, и по результатам сравнения принимают решение о формировании сигнала на поддержание давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, соответствует запомненному значению давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи; или формировании сигнала на уменьшение/увеличение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, принимает крайние значения от запомненного давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, поддерживая таким образом или регулируя расход напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения операции бурения; из заданного набора вспомогательных операций выбирают вспомогательную операцию, необходимую в данный момент времени для подготовки машины для бурения горной породы; формируют опорный сигнал для выбранной вспомогательной операции, соответствующий заданному значению настройки объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе для этой вспомогательной операции; измеряют расход объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе непрерывно в процессе выполнения вспомогательной операции и формируют информационный сигнал, соответствующий величине расхода объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе в каждый текущий момент времени при выполнении вспомогательной операции; сравнивают величину информационного сигнала, соответствующего величине расхода объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе при выполнении вспомогательной операции в данный текущий момент времени, с сформированным опорным сигналом, по результатам сравнения принимают решение о формировании сигнала на поддержание объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, соответствует значению сформированного опорного сигнала; или формировании сигнала на уменьшение/увеличение объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, принимает крайние на уменьшение/увеличение значения от сформированного опорного сигнала; поддерживая таким образом или регулируя расход объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения каждой вспомогательной операции.
Под объемом напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи следует понимать количество напорной текучей среды, перекачиваемое насосом в единицу времени (м3/с).
Эта задача решается также тем, что устройство для управления подачей машины для бурения горных пород, приводимой в действие напорной текучей средой, содержащее бурильный молоток, соединенную с ним буровую штангу и буровую головку, расположенную на конце буровой штанги, подающую балку, вдоль которой перемещается бурильный молоток, двигатель подачи для операции бурения, приводимый в действие напорной текучей средой для перемещения бурильного молотка вдоль подающей балки, при этом первый выход двигателя подачи для операции бурения является выходом на бурильный молоток, первый и второй напорные трубопроводы, первый напорный трубопровод, предназначенный для подвода напорной текучей среды, соединен первым выходом со входомдвигателя подачи для операции бурения, первым входом - с выходом гидравлического насоса, а вторым выходом - со входом датчика давления, приспособленного для определения давления напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе двигателя подачи для операции бурения, первый выход датчика давления соединен с первым входом блока управления для регулирования расходом напорной текучей среды, подводимой к двигателю подачи в процессе выполнения операции бурения, когда давление напорной текучей среды опускается ниже или поднимается выше запомненного значения, второй напорный трубопровод, предназначенный для обратного движения напорной текучей среды, соединен первым входом со вторым выходом двигателя подачи для операции бурения, узел ручного управления, вход которого является входом устройства, согласно изобретению в качестве датчика давления используется информационный датчик давления, непрерывно формирующий информационный сигнал о величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи для операции бурения, в качестве гидравлического насоса используется регулируемый гидравлический насос, введены: пульт управления, содержащий узел выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения и узел выбора вспомогательных операций, входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами узла ручного управления, первый выход узла выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения соединен со вторым входом блока управления, первый выход узла выбора вспомогательных операций соединен с четвертым входом блока управления; узел памяти, первый вход которого соединен со вторым выходом узла выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения, второй вход узлапамяти соединен со вторым выходом информационного датчика давления, а выход - с третьим входом блока управления;
блок формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций, вход которого соединен со вторым выходом узла выбора вспомогательных операций, выход блока формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций соединен с пятым входом блока управления, выход которого соединен со вторым входом регулятора объема напорной текучей среды, первый вход которого соединен с третьим выходом узла ручного управления, выход регулятора объема напорной текучей среды соединен со вторым входом регулируемого гидравлического насоса, первый вход регулируемого гидравлического насоса соединен с четвертым выходом узла ручного управления;
датчик объема, непрерывно формирующий информационный сигнал о величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения каждой вспомогательной операции, вход которого соединен с третьим выходом первого напорного трубопровода, выход датчика объема соединен с шестым входом блока управления;
вторые выходы первого напорного трубопровода соединены со входами двигателя подачи для вспомогательных операций, первые выходы которого соединены с исполнительными элементами для выполнения вспомогательных операций, вторые выходы двигателя подачи для вспомогательных операций соединены с соответствующими им вторыми входами второго напорного трубопровода, выход которого соединен с третьим входом регулируемого гидравлического насоса, четвертый вход первого напорного трубопровода и третий вход второго напорного трубопровода объединены и соединены с пятым выходом узла ручного управления;
блок управления выполнен приспособленным для автоматического управления и контроля за расходом напорной текучей среды и, тем самым, для управления скоростью подачи двигателя подачи и управлениядавлением и объемом напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, и содержит:
первый узел сравнения, формирующий на выходе сигнал сравнения информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в каждый текущий момент времени, с запомненным значением давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, выход первого узла сравнения соединен с первым входом узла принятия решения, первый вход первого узла сравнения является третьим входом блока управления, второй вход - первым входом блока управления;
второй узел сравнения, формирующий на выходе сигнал сравнения величины информационного сигнала, соответствующего величине расхода объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе при выполнении вспомогательной операции в данный текущий момент времени, со значением сформированного опорного сигнала для выполняемой вспомогательной операции, выход второго узла сравнения соединен со вторым входом узла принятия решения, первый вход второго узла сравнения является пятым входом блока управления, второй вход - шестым входом блока управления, третий и четвертый входы узла принятия решения являются соответственно вторым и четвертым входами блока управления, выход узла принятия решения является выходом блока управления.
Сопоставительный анализ заявляемого способа управления подачей машины для бурения горной породы и устройства для его осуществления с прототипом показал, что заявляемое изобретение отличается наличием новых существенных отличительных признаков:
выбранное значение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи для операции бурения запоминают в режиме автоматического поддержания - введение этой операции в способ позволяет использовать автоматический режим поддержания выбранного значения давления напорной текучей среды при выполнении операции бурения до выбора оператором следующего режима бурения;
по измеренному давлению напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи непрерывно в процессе выполненияоперации бурения формируют информационный сигнал, соответствующий величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в каждый текущий момент времени - выполнение этой операции способа позволяет ввести автоматический перевод работы устройства по заранее заданным значениям, без дополнительной подстройки оператором, в различные режимы бурения: “мягкие породы 1”, “мягкие породы 2” или “твердые породы 1”, “твердые породы 2” и т.д. (прототип не позволяет вести автоматический перевод работы устройства по заранее заданным значениям, т.к. для выполнения этой операции используют датчик порогового типа, который настроен только на конкретное давление и выдает сигнал при достижении в устройстве определенного давления, поэтому в процессе бурения оператор вынужден осуществлять контроль за давлением и периодически выполнять настройку);
сравнивают запомненное значение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи с информационным сигналом, соответствующим величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в каждый текущий момент времени, и по результатам сравнения принимают решение о формировании сигнала на поддержание давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, соответствует значению запомненного давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи;
или формировании сигнала на установку соответствующего (требуемого) давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, принимает крайние установленные значения от запомненного давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, поддерживая таким образом или регулируя расход напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения операции бурения - введение этих операций позволило обеспечить поддержание заданного давления напорной текучей среды в любой момент времени согласно команде оператора (т.е. позволило ввести автоматическое управление и контроль за процессом бурения по заданной команде оператора в отличие от прототипа, в котором режим бурения переключается при срабатывании порогового датчика, поэтому контроль за процессом бурения осуществляется оператором визуально путем подстройки команды бурения);
из заданного набора вспомогательных операций выбирают вспомогательную операцию, необходимую в данный момент времени для подготовки машины для бурения горной породы, - вспомогательные операции выполняются обязательно при подготовке машины к операции бурения, отличие заключается в том, что в прототипе оператор выбирает вручную, используя только средство ручного управления, а в заявляемом изобретении узел выбора вспомогательных операций выполнен в виде электронного блока, расположенного на пульте управления, и позволяет автоматически поддерживать выбранную оператором вспомогательную операцию до тех пор, пока это необходимо выполнять;
формируют опорный сигнал для выбранной вспомогательной операции, соответствующий заданному значению настройки объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе для выбранной вспомогательной операции, выполнение этой операции также необходимо для того, чтобы определить оптимальный объем напорной текучей среды для выполнения каждой вспомогательной операции и сформировать заданное значение, которое впоследствии будет использовано для сравнения с фактическим объемом напорной текучей среды и, в случае уменьшения/увеличения, для последующей коррекции объема;
измеряют расход объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе непрерывно в процессе выполнения вспомогательной операции и формируют информационный сигнал, соответствующий величине расхода объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе в каждый текущий момент времени при выполнении вспомогательной операции, - выполнение этой операции необходимо для того, чтобы определить фактический объем текучей среды в каждый момент времени при выполнении вспомогательной операции,
сравнивают величину информационного сигнала, соответствующего величине расхода объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе при выполнении вспомогательной операции в данный текущий момент времени, с сформированным опорным сигналом, по результатам сравнения формируют сигнал на поддержание объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, соответствует значению сформированного опорного сигнала,
или формируют сигнал на уменьшение/увеличение объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, принимает крайние на уменьшение/увеличение значения от сформированного опорного сигнала, поддерживая таким образом или регулируя расход объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения каждой вспомогательной операции - введение этих операций позволило обеспечить поддержание заданного объема напорной текучей среды при выполнении каждой вспомогательной операции в любой момент времени согласно заданной команде оператора (т.е. позволило осуществлять автоматическое управление и контроль за объемом напорной текучей среды, в прототипе эти операции отсутствуют, поэтому наблюдается нерациональный расход объема напорной текучей среды при выполнении вспомогательных операций).
Сопоставительный анализ заявляемого устройства управления подачей машины для бурения горной породы и устройства для его осуществления с прототипом показал, что заявляемое изобретение отличается наличием новых существенных отличительных признаков:
в качестве датчика давления введен информационный датчик давления, непрерывно формирующий информационный сигнал о величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи - информационный датчик введен для того, чтобы формировать информационный сигнал о фактической величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в любой момент времени при выполнении операции бурения, что позволяет осуществить автоматический перевод работы машины для бурения в режимы: “мягкие породы 1”, “мягкие породы 2” или “твердые породы 1”, “твердые породы 2” по заранее заданным значениям без подстройки оператором, а в прототипе датчик давления пороговый, который настраивается на определенное давление и выдает сигнал только при достижении определенного давления, поэтому требуется подстройка вручную оператором;
в качестве гидравлического насоса используется регулируемый гидравлический насос, который является наиболее эффективным по сравнению с используемым в прототипе; введены: пульт управления, содержащий узел выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения и узел выбора вспомогательных операций - введение этих узлов в пульт управления с упомянутыми в формуле изобретения связями позволяет использовать автоматический режим поддержания запомненного значения давления напорной текучей среды при выполнении операции бурения до выбора оператором следующего режима бурения и автоматически управлять вспомогательными операциями; узел выбора вспомогательных операций выполнен в виде электронного блока, расположенного на пульте управления, и позволяет автоматически поддерживать выбранную оператором вспомогательную операцию до тех пор, пока это необходимо выполнять; в прототипе оператор выбирает вручную, используя только средство ручного управления;
блок формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций с упомянутыми в формуле изобретения связями позволяет определить оптимальный объем напорной текучей среды для выполнения каждой вспомогательной операции и сформировать заданное значение, которое впоследствии используется для сравнения с фактическим объемом напорнойтекучей среды и, в случае уменьшения/увеличения, для последующей коррекции объема;
датчик объема, непрерывно формирующий информационный сигнал о величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения каждой вспомогательной операции, введен для того, чтобы определить фактический объем текучей среды в каждый момент времени при выполнении вспомогательной операции;
блок управления выполнен приспособленным для автоматического управления и контроля за расходом напорной текучей среды и, тем самым, для управления скоростью подачи двигателя подачи и управления давлением и объемом напорной текучей среды в напорном трубопроводе соответствующего двигателя подачи, введение этого блока позволило обеспечить поддержание заданного давления напорной текучей среды при выполнении операции бурения и заданного объема напорной текучей среды при выполнении каждой вспомогательной операции в любой момент времени согласно заданной команде оператора (т.е. позволило осуществлять автоматически управление и контроль за давлением и объемом напорной текучей среды).
Заявленные способ управления подачей машины для бурения и устройство для его осуществления имеют также отличия от наиболее близких аналогов в данной области техники, обнаруженных при поиске и описанных ранее [1] и [2]. Следовательно, заявленные решения удовлетворяют условию патентоспособности изобретения “новизна”.
Анализ уровня техники на соответствие заявленных решений условию патентоспособности изобретения “изобретательский уровень” показал следующее. В данной области техники не обнаружено ни одно техническое решение, которое позволяло бы получить такой же технический эффект, который позволяют получить заявляемый способ и устройство, а именно при выполнении операции бурения обеспечивают поддержание заданного давления напорной текучей среды в любой момент времени согласно команде оператора путем автоматического управления и контроля за процессом бурения по заданной команде оператора, а при выполнениилюбой вспомогательной операции - автоматически управлять и осуществлять контроль за объемом напорной текучей среды, что в совокупности приводит к бесперебойной работе буровой машины и рациональному расходу объема напорной текучей среды. Таким образом, оба заявленных решения удовлетворяют условию патентоспособности изобретения “изобретательский уровень”.
Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, изначально был создан способ, который позволил решить поставленную задачу, а затем - устройство, которое позволило полностью реализовать признаки заявляемого способа. Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.
Для лучшего понимания сути заявляемых изобретений далее приведены примеры выполнения изобретения и чертежи.
На фиг.1 выполнено устройство - прототип для управления подачей при бурении горной породы, выполненное по патенту РФ №2173384 (Е 21 В 44/06, 44/00).
Фиг.2 иллюстрирует ту часть заявляемого устройства управления подачей машины для бурения горной породы, которая является общей с устройством - прототипом.
На фиг.3 выполнена блок-схема заявляемого устройства управления подачей машины для бурения горной породы.
На фиг.4 приведен пример выполнения узла 16 вспомогательных операций для заявляемого устройства.
На фиг.5 приведен пример выполнения блока 18 формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций для заявляемого устройства.
На фиг.6 приведен пример выполнения двигателя 25 подачи для вспомогательных операций для заявляемого устройства.
Рассмотрим фиг.2 и 3, где показано заявляемое устройство управления подачей машины для бурения горной породы, приводимое в действие напорной текучей средой, которое содержит (см. фиг.2) бурильный молоток 1, соединенную с ним буровую штангу 2 и буровую головку 3, расположенную на конце буровой штанги 2, подающую балку 4, вдоль которой перемещается бурильный молоток 1 (далее см. фиг.3), двигатель 6 подачи для операции бурения, приводимый в действие напорной текучей средой для перемещения бурильного молотка 1 вдоль подающей балки 4, при этом первый выход двигателя 6 подачи для операции бурения является выходом на бурильный молоток 1, первый 7а и второй 7b напорные трубопроводы, первый 7а напорный трубопровод, предназначенный для подвода напорной текучей среды, первый выход которого соединен со входом двигателя 6 подачи для операции бурения, первым входом - с выходом регулируемого гидравлического насоса 23, а вторым выходом - со входом датчика 13 давления, приспособленного для определения давления напорной текучей среды в первом 7а напорном трубопроводе двигателя подачи для операции бурения, первый выход датчика 13 давления соединен с первым входом блока 8 управления для регулирования расходом напорной текучей среды, подводимой к двигателю 6 подачи в процессе выполнения операции бурения, когда давление напорной текучей среды опускается ниже или поднимается выше запомненного значения, второй 7b напорный трубопровод, предназначенный для обратного движения напорной текучей среды, первый вход которого соединен со вторым выходом двигателя 6 подачи для операции бурения, узел 12 ручного управления, вход которого является входом устройства, согласно изобретению в качестве датчика давления используется информационный датчик 13 давления, непрерывно формирующий информационный сигнал о величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи для операции бурения, в качестве гидравлического насоса используется регулируемый гидравлический насос 23, согласно изобретению устройство дополнительно содержит пульт управления 14, содержащий узел 15 выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения и узел 16 выбора вспомогательных операций, входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами узла 12 ручного управления, первый выход узла 15 выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения соединен со вторым входомблока 8 управления, первый выход узла 16 выбора вспомогательных операций соединен с четвертым входом блока 8 управления, узел 17 памяти, первый вход которого соединен со вторым выходом узла 15 выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения, второй вход узла 17 памяти соединен со вторым выходом информационного датчика 13 давления, а выход - с третьим входом блока 8 управления, блок 18 формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций, вход которого соединен со вторым выходом узла 16 выбора вспомогательных операций, выход блока 18 формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций соединен с пятым входом блока 8 управления, выход которого соединен со вторым входом регулятора 22 объема напорной текучей среды, первый вход которого соединен с третьим выходом узла 12 ручного управления, выход регулятора 22 объема напорной текучей среды соединен со вторым входом регулируемого гидравлического насоса 23, первый вход регулируемого гидравлического насоса 23 соединен с четвертым выходом узла 12 ручного управления, датчик 24 объема, непрерывно формирующий информационный сигнал о величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в процессе выполнения каждой вспомогательной операции, вход которого соединен с третьим выходом первого 7а напорного трубопровода, выход датчика 24 объема соединен с шестым входом блока 8 управления, вторые выходы первого 7а напорного трубопровода соединены со входами двигателя 25 подачи для вспомогательных операций, первые выходы которого соединены с исполнительными элементами для выполнения вспомогательных операций, вторые выходы двигателя 25 подачи для вспомогательных операций соединены с соответствующими им вторыми входами второго 7b напорного трубопровода, выход которого соединен с третьим входом регулируемого гидравлического насоса 23, четвертый вход первого 7а напорного трубопровода и третий вход второго 7b напорного трубопровода объединены и соединены с пятым выходом узла 12 ручного управления; блок управления выполнен приспособленным для автоматического управления и контроля за расходом напорной текучей среды и, тем самым, для управления скоростью подачи двигателя подачи и управления давлением и объемом напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, и содержит: первый 19 узел сравнения, формирующий на выходе сигнал сравнения информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в каждый текущий момент времени, с запомненным значением давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, выход первого 19 узла сравнения соединен с первым входом узла 21 принятия решения, первый вход первого узла 19 сравнения является третьим входом блока 8 управления, второй вход - первым входом блока 8 управления, второй узел 20 сравнения, формирующий на выходе сигнал сравнения величины информационного сигнала, соответствующего величине расхода объема напорной текучей среды в первом 7а напорном трубопроводе при выполнении вспомогательной операции в данный текущий момент времени, со значением сформированного опорного сигнала для выполняемой вспомогательной операции, выход второго 20 узла сравнения соединен со вторым входом узла 21 принятия решения, первый вход второго 20 узла сравнения является пятым входом блока 8 управления, второй вход - шестым входом блока 8 управления, третий и четвертый входы узла 21 принятия решения являются соответственно вторым и четвертым входами блока 8 управления, выход узла 21 принятия решения является выходом блока 8 управления.
Узел выбора вспомогательных операций 16, пример выполнения которого приведен на фиг.4, содержит, по меньшей мере, подузел 26 выбора операции “горизонтирование”, подузел 27 выбора операции “подвод - отвод фиксатора мачты”, подузел 28 выбора операции “подвод - отвод ключа”, подузел 29 выбора операции “подвод - отвод сепаратора”, подузел 30 выбора операции “поднять – опустить - закрыть - открыть люнет”, подузел 31 выбора операции “подвод - отвод пылеотдува”, подузел 32 выбора операции “открыть - закрыть клапан воздуховода”, а также может содержать дополнительный подузел 33 выбора какой-либо другой (требуемой)операции, при этом входы всех узлов объединены, образуя вход узла 16, первые выходы всех узлов образуют первый выход блока 16, а вторые выходы всех узлов - второй выход блока 16.
На фиг.4 входной сигнал, поступающий со второго выхода блока 12 на вход узла 16 (объединенные входы подузлов 26-33), и второй выходной сигнал узла 16 (вторые выходы подузлов 26-33) выполнены жирным шрифтом (множество входов и выходов) - это значит, что вход каждого подузла связан со вторым выходом узла 12 ручного управления, а вторые выходы подузлов - со входом блока 18. Когда поступает выбранная оператором команда на выполнение конкретной вспомогательной операции, то сигнал поступает непосредственно на подузел выбранной вспомогательной операции, при этом на остальные подузлы команда не поступает. При выполнении любой вспомогательной операции с первого выхода соответствующего подузла выходной сигнал через первый выход блока 16 поступает на четвертый вход блока 8 управления.
Блок 18 формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций, пример выполнения которого показан на фиг.5, содержит, по меньшей мере, формирователь 34 опорных сигналов для операции “горизонтирование”, формирователь 35 опорных сигналов для операции “подвод - отвод фиксатора мачты”, формирователь 36 опорных сигналов для операции “подвод - отвод ключа”, формирователь 37 опорных сигналов для операции “подвод - отвод сепаратора”, формирователь 38 опорных сигналов для операции “поднять - опустить - закрыть - открыть люнет”, формирователь 39 опорных сигналов для операции “подвод - отвод пылеотдува”, формирователь 40 опорных сигналов для операции “открыть - закрыть клапан воздуховода”, а также может содержать дополнительный формирователь 41 опорных сигналов для какой-либо другой (требуемой) операции, при этом входы всех формирователей объединены, образуя вход блока 18, а выходы образуют выход блока 18.
На фиг.5 входной сигнал блока 18 (объединенный вход формирователей 34-41) выполнен жирным шрифтом - это значит, что вход каждого формирователя соединен с соответствующим выходом узла 16 выбора вспомогательных операций, а выходы каждого формирователя соединены с общим выходом узла 18 и пятым входом блока 8. Когда выбранная оператором команда на выполнение конкретной вспомогательной операции поступает с выхода узла 16, то формируется опорный сигнал для выбранной операции и поступает с выхода блока 18 непосредственно на первый вход второго узла 20 сравнения.
Двигатель подачи для вспомогательных операций 25, пример выполнения которого показан на фиг.6, содержит, по меньшей мере, гидравлический цилиндр 42 для операции “горизонтирование”, гидравлический цилиндр 43 для операции “подвод - отвод фиксатора мачты”, гидравлический цилиндр 44 для операции “подвод - отвод ключа”, гидравлический цилиндр 45 для операции “подвод-отвод сепаратора”, гидравлический цилиндр 46 для операции “поднять – опустить - закрыть - открыть люнет”, гидравлический цилиндр 47 для операции “подвод - отвод пылеотдува”, гидравлический цилиндр 48 для операции “открыть - закрыть клапан воздуховода”, а также может содержать дополнительный гидравлический цилиндр 49 для какой-либо другой (требуемой) операции, при этом входы всех гидравлических цилиндров 42-49 образуют входы двигателя 25 подачи для вспомогательных операций, а первые и вторые выходы всех подузлов 42-49 являются соответственно первыми и вторыми выходами двигателя 25 подачи.
Далее будет описано заявляемое изобретение со ссылками на вышеописанное устройство. Поскольку устройство, на котором реализуется заявляемое изобретение, выполнено на двух фигурах, то последовательно рассмотрим фиг.2 и 3.
Как показано на фиг.2, бурильный молоток 1 предназначен для перемещения в течение бурения вдоль подающей балки 4 в продольном направлении к переднему концу подающей балки 4. На стадии бурения вначале перемещают подающую балку 4 к горной породе 5, после чего перемещают вперед бурильный молоток 1. Бурильный молоток 1 приводят в действие гидравлически: напорную текучую среду подают к бурильному молотку 1 по напорным трубопроводам 7а и 7b или по рукавам (см. фиг.3).
Как показано на фиг.3, напорную текучую среду по первому напорному трубопроводу 7а подводят к двигателю 6 подачи для перемещения бурильного молотка 1 в направлении бурения. В качестве двигателя 6подачи для операции бурения может использоваться, например, гидромотор или гидравлический цилиндр.
Идущую обратно напорную текучую среду выпускают по второму напорному трубопроводу 7b. Обратное движение обычно выполняют посредством перекрестного соединения напорных трубопроводов.
Что касается работы, то подачу напорной текучей среды контролируют средствами управления, которые включают в себя узел ручного управления, который по команде оператора управляет посредством узла 15 выбором режима операции бурения, блока 8 управления, который в автоматическом режиме поддерживает выбранный расход напорной текучей среды, а в случае уменьшения/увеличения напорной текучей среды, регулирует количество напорной текучей среды в различных рукавах и соответственно давление в каждом рукаве в соответствии с параметрами, выбранными оператором вручную.
Напорную текучую среду способом, который сам по себе известен, подают регулируемым гидравлическим насосом 23.
Рассмотрим подробнее фиг.3, на которой выполнена блок-схема устройства, с помощью которого осуществляют заявляемое изобретение.
Из общего набора режима команд для операции бурения горной породы (“мягкие породы 1”, “мягкие породы 2” или “твердые породы 1”, “твердые породы 2”) или визуально оператор выбирает оптимальный режим для бурения горной породы в соответствии с конкретными условиями в конкретный момент времени. По команде оператора с первого выхода узла 12 ручного управления поступает сигнал на узел 15 выбора давления и включения автоматического поддержания значения давления напорной текучей среды для операции бурения. Со второго выхода узла 15 сигнал выбора давления напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а двигателя 6 подачи для операции бурения поступает на первый вход узла 17 памяти. В узле 17 запоминают выбранное значение или выбирают из общего набора, хранящегося в узле 17, или из установленного по датчику давления на втором входе узла 17. Набор значений давлений может быть сформирован предварительно и записан в узел 17, но в тоже время в зависимости от условий работы сформированные значения могуткорректироваться и изменяться. С первого выхода узла 15 поступает команда включения на узел 21 принятия решения блока 8 управления. Таким образом выбранное значение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя 6 подачи для операции бурения устанавливают в режим автоматического поддержания до выбора оператором следующего режима бурения.
По команде оператора с четвертого выхода узла 12 ручного управления поступает команда на включение регулируемого гидравлического насоса 23, а с пятого выхода узла 12 ручного управления поступает команда подачи напорной текучей среды в двигатель 6 подачи для операции бурения и отключают подачу напорной текучей среды в двигатель 25 подачи для вспомогательных операций.
Информационный датчик 13 давления непрерывно измеряет давление напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а двигателя 6 подачи при выполнении операции бурения и формирует информационный сигнал, соответствующий фактической величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя 6 подачи в каждый текущий момент времени. С первого выхода информационного датчика 13 давления информационный сигнал о величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя 6 подачи поступает на второй вход первого узла 19 сравнения (первый вход блока 8 управления). Выполнение этой операции способа позволяет ввести автоматический режим работы устройства по выбранным значениям давления, исключая, таким образом, постоянную подстройку оператором, в различные режимы бурения: “мягкие породы 1”, “мягкие породы 2” или “твердые породы 1”, “твердые породы 2” и т.д. (что свойственно известным техническим решениям).
Сигнал с выхода узла 17 памяти поступает на первый вход узла 19 сравнения (третий вход блока 8 управления). В узле 19 сравнивают значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а двигателя 6 подачи в каждый текущий момент времени, с запомненным значением давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а двигателя 6 подачи.
Сигнал сравнения с выхода узла 19 поступает на первый вход узла 21 принятия решения.
По результатам сравнения в узле 21 принимают решение о формировании сигнала на поддержание давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, соответствует запомненному значению давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, или формировании сигнала на уменьшение/увеличение давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи в текущий момент времени, принимает крайние значения запомненного давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи.
Сигнал о поддержании или регулировании давления напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а двигателя 6 подачи в процессе выполнения операции бурения поступает на второй вход регулятора 22 объема напорной текучей среды. Регулятор 22 определяет объем напорной текучей среды и регулирует подачу напорной текучей среды через регулируемый гидравлический насос 23 на первый напорный трубопровод 7а для двигателя 6 подачи для операции бурения.
Если в процессе работы устройства принято решение о поддержании давления напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а для двигателя 6 подачи, то напорная текучая среда с первого выхода двигателя 6 подачи поступает на бурильный молоток 1.
Если в процессе работы устройства принято решение о увеличении/уменьшении давления напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а для двигателя 6 подачи, то напорная текучая среда со второго выхода двигателя 6 подачи поступает по второму напорному трубопроводу 7b на третий вход регулируемого гидравлического насоса 23.
Используя фиг.3, 4, 5 и 6, рассмотрим реализацию изобретения для выполнения вспомогательных операций. К вспомогательным операциям принято относить следующие операции: “горизонтирование”, “подвод - отвод фиксатора мачты”, “подвод - отвод ключа”, “подвод - отвод сепаратора”, “поднять – опустить - закрыть - открыть люнет”, “подвод - отвод пылеотдува”, “открыть - закрыть клапан воздуховода”, а также могут быть какие-либо другие операции, необходимость в которых может возникнуть в процессе подготовки машины для бурения горной породы.
Из общего набора вспомогательных операций оператор в соответствии с конкретными условиями в конкретный момент времени выбирает требуемую операцию. По команде оператора со второго выхода узла 12 ручного управления сигнал поступает на вход узла 16 выбора вспомогательных операций. Узел 16 расположен на пульте 14 управления и позволяет автоматически поддерживать выбранную оператором вспомогательную операцию до тех пор, пока это необходимо выполнять (до переключения на следующую операцию). Со второго выхода узла 16 сигнал поступает на соответствующий подузел выбранной операции (см. фиг.4). Поэтому на фиг.4 входные и выходные сигналы узлов 26-33 показаны как множество входов и выходов - это значит, что вход каждого подузла связан с узлом ручного управления, а вторые выходы подузлов - с блоком 18. Когда поступает выбранная оператором команда на выполнение конкретной вспомогательной операции, то сигнал поступает непосредственно на подузел выбранной вспомогательной операции, при этом на остальные подузлы команда не поступает. При выполнении любой вспомогательной операции с первого выхода соответствующего подузла выходной сигнал через первый выход блока 16 поступает команда включения на узел 21 принятия решения блока 8 управления.
Выходной сигнал выбранной вспомогательной операции со второго выхода соответствующего подузла выбора операции поступает на второй выход узла 16. Со второго выхода узла 16 поступает на вход блока 18 формирования опорных сигналов выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для вспомогательных операций.
Блок 18, как показано на фиг.5, для каждой вспомогательной операции содержит формирователь опорных сигналов. Значения опорных сигналов для каждой вспомогательной операции могут быть сформированы предварительно и записаны в блок 18 (в соответствующий формирователь опорных сигналов), но в тоже время в зависимости от условий работы сформированные значения могут корректироваться и изменяться.
Опорный сигнал для выполнения каждой вспомогательной операции представляет собой оптимальное значение настройки объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе для выполнения конкретной вспомогательной операции, которое впоследствии используется для сравнения с фактическим объемом напорной текучей среды и, в случае уменьшения/увеличения, для последующей коррекции объема.
Сформированный опорный сигнал с выхода соответствующего формирователя опорных сигналов выбранной операции поступает на первый вход второго узла 20 сравнения.
По команде оператора с четвертого выхода узла 12 ручного управления поступает команда на включение регулируемого гидравлического насоса 23, а с пятого выхода узла 12 ручного управления поступает команда подачи напорной текучей среды в двигатель 25 подачи для вспомогательных операций и отключают подачу напорной текучей среды в двигатель 6 подачи для операции бурения.
Датчик 24 объема измеряет объем напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а непрерывно в процессе выполнения выбранной вспомогательной операции и формирует информационный сигнал, соответствующий фактической величине расхода объема напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а в каждый текущий момент времени. Информационный сигнал с выхода датчика 24 объема поступает на второй вход второго узла 20 сравнения (шестой вход блока 8 управления).
Узел 20 сравнивает величину информационного сигнала, соответствующего величине расхода объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе при выполнении вспомогательной операции в данный текущий момент времени, с сформированным опорным сигналом.
Сигнал сравнения с выхода узла 20 поступает на второй вход узла 21 принятия решения.
По результатам сравнения в узле 21 принимают решение о формировании сигнала на поддержание объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а двигателя 25 подачи для вспомогательных операций, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а двигателя 25 подачи в текущий момент времени, соответствует значению сформированного опорного сигнала; или формировании сигнала на уменьшение/увеличение объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а двигателя 25 подачи для вспомогательных операций, когда значение информационного сигнала, соответствующего величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе 7а двигателя 25 подачи для вспомогательных операций в текущий момент времени, принимает крайние на уменьшение/увеличение значения сформированного опорного сигнала.
Сигнал о поддержании или регулировании расхода объема напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а двигателя 25 подачи в процессе выполнения выбранной вспомогательной операции поступает с выхода узла 21 на второй вход регулятора 22 объема напорной текучей среды. Регулятор 22 определяет объем напорной текучей среды и регулирует подачу напорной текучей среды через регулируемый гидравлический насос 23 на первый напорный трубопровод 7а для двигателя 25 подачи для вспомогательных операций.
Пример выполнения двигателя 25 подачи для вспомогательных операций приведен на фиг.6. Как показано на фиг.6, двигатель 25 подачи вспомогательных операций содержит устройство подачи для выполнения каждой вспомогательной операции. В качестве устройства подачи могут быть использованы, например, гидравлические цилиндры.
Таким образом, требуемый расход напорной текучей среды через первый напорный трубопровод 7а для двигателя 25 подачи выбранной вспомогательной операции поступает со входа двигателя 25 на вход соответствующего гидравлического цилиндра.
Если в процессе работы устройства принято решение о поддержании расхода объема напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а для двигателя 25 подачи, то напорная текучая среда с первого выхода соответствующего гидравлического цилиндра поступает на соответствующий выполняемой операции исполнительный элемент.
Если в процессе работы устройства принято решение о увеличении/уменьшении расхода объема напорной текучей среды в первом напорном трубопроводе 7а для двигателя 25 подачи, то напорная текучая среда со второго выхода соответствующего гидравлического цилиндра поступает по второму напорному трубопроводу 7b, на третий вход регулируемого гидравлического насоса 23.
Заявляемое изобретение является наиболее эффективным по сравнению с обнаруженными техническими решениями в данной области техники, но при этом оно является несложным в реализации, т.к. может быть реализовано с использованием известных в электротехнике устройств.
Например, в качестве датчика давления 13, способного непрерывно формировать информационный сигнал о величине давления напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, можно использовать преобразователь избыточного давления КРТ ТКСИ.421111.001.
В качестве гидравлического насоса можно использовать регулируемый гидравлический насос 23 типа 313.3.55. ТУ 22-1.020-100-95.
В качестве регулятора 22 объема напорной текучей среды можно использовать регуляторы, выполненные совместно с регулируемым насосом механического, гидравлического и других воздействий.
Пульт управления также несложен в реализации, т.к. может быть собран из известных элементов, которые могут выполнять функции автоматического поддержания режима предварительной настройки давления напорной текучей среды и функции выбора вспомогательных операций.
В качестве датчика 24 объема, непрерывно формирующего информационный сигнал о величине объема напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, можно использовать датчик типа УРСВ-010М.
Блок 8 управления выполнен приспособленным для автоматического управления и контроля за расходом напорной текучей среды и, тем самым, для управления скоростью подачи двигателя подачи и управления давлением и объемом напорной текучей среды в напорном трубопроводе двигателя подачи, и является наиболее эффективным по сравнению с известными блоками управления в аналогичных устройствах, однако он также в реализации несложен, т.к. скомпонован из двух узлов сравнения и узла принятия решения, эти элементы в электротехнике являются достаточно известными и при соответствующей настройке позволяют осуществить требуемые действия.
Двигатель 25 подачи для вспомогательных операций также предполагает наличие известных устройств, например гидравлических цилиндров типа Ц40х250-11 или Ц75х110-2 ЮФЕИ.306417.001.
Простота реализации в производстве заявляемых способа и устройства, безусловно, является одним из преимуществ созданного изобретения, т.к. доступность в реализации позволяет быстро наладить выпуск этого устройства в реальных условиях отечественной промышленности.
Однако главным преимуществом изобретения является получение нового технического эффекта и возможность облегчить работу оператора. Технический эффект заключается в следующем.
Во-первых, появилась возможность использовать автоматический режим поддержания значения предварительной настройки напорной текучей среды при выполнении операции бурения до выбора оператором следующего режима бурения.
Во-вторых, изобретение позволило осуществлять автоматическое управление и контроль за процессом бурения по заданной команде оператора.
В-третьих, позволило автоматически поддерживать выбранную оператором вспомогательную операцию до тех пор, пока это необходимо выполнять, т.е. до выбора оператором следующей операции.
В-четвертых, сформировать опорный сигнал выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для каждой вспомогательнойоперации для того, чтобы определить оптимальный объем напорной текучей среды для выполнения каждой вспомогательной операции и сформировать заданное значение, которое впоследствии используется для сравнения с фактическим объемом напорной текучей среды, и, в случае уменьшения/увеличения, для последующей коррекции объема.
В-пятых, позволило определить фактический объем напорной текучей среды в каждый момент времени при выполнении вспомогательной операции, что привело к рациональному ее расходу.
В-шестых, позволило при выполнении вспомогательных операций по результатам сравнения значения опорного сигнала и фактического значения объема напорной текучей среды осуществлять автоматическое управление и контроль за объемом напорной текучей среды.
Изобретение относится к способу и устройству управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, когда бурильный молоток подают вперед посредством двигателя подачи, приводимого в действие напорной текучей средой и выполнения вспомогательных операций, обеспечивающих подготовку машины к процессу выполнения операции бурения. Техническим результатом изобретений является обеспечение автоматического режима управления и непрерывного контроля подачей машины на заданных скоростях при выполнении основной операции бурения горной породы, а также при выполнении вспомогательных операций, обеспечивающих подготовку к процессу бурения. Указанный технический результат достигается за счет: введения автоматического режима поддержания значения предварительной настройки напорной текучей среды при выполнении операции бурения до выбора оператором следующего режима бурения; автоматического управления и контроля за процессом бурения по заданной команде оператора; поддержания в автоматическом режиме выбранной оператором вспомогательной операции до тех пор, пока это необходимо выполнять, т.е. до выбора оператором следующей операции; формирования опорного сигнала выбранных значений настройки объемов напорной текучей среды для каждой вспомогательной операции для того, чтобы определить оптимальный объем напорной текучей среды для выполнения каждой вспомогательной операции и сформировать заданное значение, которое впоследствии используется для сравнения с фактическим объемом напорной текучей среды и, в случае уменьшения/увеличения, для последующей коррекции объема; определения фактического объема напорной текучей среды в каждый момент времени при выполнении вспомогательной операции, что приводит к рациональному ее расходу; автоматического управления и контроля за объемом напорной текучей среды при выполнении каждой вспомогательной операций, которое устанавливается по результатам сравнения значения опорного сигнала и фактического значения объема напорной текучей среды. 2 н.з.п.ф-лы, 6 ил.
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ПРИ БУРЕНИИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ | 1997 |
|
RU2173384C2 |
| Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой | 1986 |
|
SU1372034A1 |
| Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой | 1988 |
|
SU1548418A2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОПРИВОДНОГО БУРИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ | 1995 |
|
RU2120548C1 |
| РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА | 1991 |
|
RU2013531C1 |
| US 6176324 В1, 23.01.2001 | |||
| US 4275793 A, 30.06.1981. | |||
