Система управления буровым станком Советский патент 1983 года по МПК E21B44/00 E21B19/08 

Изобретение относится к системе управления горными машинами, в частности буровыми станками.

Известна система автоматического управления бурильной установкой, содержащая блок управления с ячейкой памяти пуска, соединенные с блоком управления распределители включения приводов промьшки и продувки шпура, вращения и подачи бурового инструмента, а также датчики контроля конечных положений инструмента ClJ,

Однако это устройство не обеспечивает автоматического наращивания бурового става,

Наиболее близкой к предлагаемой является система управления буровым станком, содержащая блок управления с кнопками Пуск , Стоп и триггером с раздельными входами для запоминания пусковой операции и соединенные с блоком управления распределители включения исполнительных механизмов подачи и вращения бурового става, питателя и подхвата, очистки скважины, датчики контроля конечных положений механизмов подачи бурового става, питателя, подхвата, соединения буровой штч1нги со ставом, а также логические элементы ИЛИ, И, ЗАПРЕТ и триггеры с разделительными .входами, причем управлякацие входы распределителя включения механизма питателя соединены с выходами соответствующих триггеров с раздельными входами, включающие входы последних соединены с выходами соответствующих датчиков контроля конечных положений механизма питателя и с выходами элементов ИЛИ и И, причем вход элемента И соединен с блоком управления, а выход - с управляющим входом распределителя включения исполнительного механизма очистки скважины и с вторым входом элемента ИЛИ, выход- которого соединен с управляющими входгили распределителей включения исполнительных механизмов подачи и вращения бурового става, включающие входы триггеров с paздeльJ ыми входами соединены с выходами датчика контроля заднего конечного положения механизма пог дачи бурового инструмента и контроля соединения штанги со ставом, а питающий вход триггера с раздельными входами запоминания пусковой операции в блоке упоавления соединен с выходом кнопки CTont2j.

Недостатком системы является отсутствие контроля новой штанги на оси бурения.

Новая штанга на ось бурения подается из питателя посредством подающих рукоятей. В период перемещения новой штанги из писателя на ось бурения штанги в поданяцих рукоятях может не оказаться (не осуществлялся

Захват штанги, штангу выбило куском породы и т.д.) и может произойти ложное соединение штанги с буровым ставом, так как датчики контроля наличия штанг в питателе и переднего положения питателя дают разрешение на включение следующего цикла. При бурении скважины вверх ложное соединение штанги со ставом может привести к поломке бурового станка.

Цель изобретения - повышение надежности работы системы за счет сокращения поломок.

Поставленная цель достигается тем, что в системе управления буровы станком,, содержащей датчик наличия буровых штанг, датчик переднего положения механизма подачи соединенный с первьнл входом блока управления, датчик контроля заднего положения механизма питателя, соединенный с . отключакнцим входе первого триггера, с вторым входом блока управления, с включающим входом элемента ЗАПРЕТ и с одним входом первого элемента И, другой ззхол которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с входом распределителя подачи воды и с одним из входов элемента или, выход которого соединен с входами распределителей включения исполнительного механизма подачи вперед и включения механизма вращения бурового става вправо, распределители включения механизма питателя вперед и назад соединены с включающими входами триггеров, выход одного из которых соединен с третьим входом блока управления и датчиком контроля положения механизма подачи, а выход другого - с датчиком контроля соединения буровых штанг, отключающий вхо второго триггера соединен с выходом датчика контроля переднего положения механизма питателя, распределители включения механизма подхвата соединены с вторым и третьим выходами блока управления, датчик контроля .закрытия подхвата соединен с четвертым и пятым входами блока управления, четвертый выход блока управления соединен с распределителями включения механизма вращения бурового става влево и включения исполнительного механизма подачи назад, выход элемента ЗАПРЕТ соединен с шестым входом блока управления, датчик наличия буровых штанг установлен в подающих рукоятях питателя и введен второй элемент И, один из входов которого соединен с датчиком наличия буровых штанг, другой вход - с датчиком контроля переднего положения механизма питателя, а выход - с другим входом элемента ИЛИ, датчик конт.роля наличия буровых штанг соединен с отключаюищм входом элемента ЗАПРЕТ. На, чертеже показана схема системы управления буровым станком. Система управления, реализованна например/на,пневмоэлементах, содержит блок 1 управления с кнопками Пуск, Стоп и триггером 2с раздельными входами для запоминания пусковой операции, распределители 3 и 4 для включения исполнительного механизма 5 подачи бурового става назад и вперед, распределители б и 7 включения механизма 8 вращения бурового става влево и вправо, распределители 9 и 10 для включения механизма 11 подхвата, служащего для фиксации бурового става, распре делители 12 и 13 включения вперед и назад механизма питателя, служаще го для подачи буровых, ютанг на ось бурения, распределитель 15 подачи води (или воздуха) в скважину для ее очистки, датчик 16 контроля закрытия подхвата, контролирунедий технологическую операцию фиксации бурового става в скважине, датчик 17 контроля соединения буровых штан ковтролируннций окончание процесса соединения штанг, т.е. наращивания бурового става, датчик 18 контроля наличия буровьЕХ штанг, контролирующий наличие штанги в подающих рукоятях 19, датчики 20 и 21 контроля соответственно переднего и заднего положений механизма питателя 14, а следовательно, и рукоятей 19), служащ его для подачи буровых ютанг из неподвижной части питателя 2,2 на ось бурения, датчики 23 и 24 контро ля соответственно переднего и заднего положений механизма 5 подачи бурового става, служащего для контроля подачи бурового, става в процессе бурения. Механизм 8 вращения бурового става закреплен на подвижной части механизма 5 подачи. . В систему управления входят такж триггед ы с раздельными входами 25 и 26, осуществляющие функцию запоми нания технологической операции перемещения механизма питателя 14 с рукоятями 19 назад и вперед, а также логические элементы И 27, ИЛИ 28 ЗАПРЕТ 29. В блок 1 управления входят логические элементы И 30, триггер 31 с раздельными входами, осуществляющий функцию запоминания тех нологической операции Механизм 11 подхвата закрыт, элемент ЗАПРЕТ 3 элемент ИЛИ 33., импульсатор 34, сос тоящий из элемента ЗАПРЕТ и звена задержки из дросселя и обратного клапана. Элементы, входящие в блок 1 управления, осуществляют логическую связь между датчиками контроля, распределителями и кнопками Пуск и Стоп. Наличие этих элементов не являетсй обязательным для блока 1 управления и служит примером его осуществления. Система управления содержит также элемент И 35, один из входов которого соединен с выходом датчика 18, контролирующего наличие штанги в подающих рукоятях 19, второй вход с выходом датчика 20 контроля переднего положения механизма питателя 14 и рукоятей 19, а-выход - через логический элемент, например, ИЛИ 28 и распределители 4 и 7 с механизмом 5 подачи бурового става вперед и механизмом 8 вращения вправо, т.е. с исполнительными механизмами, обеспечивакяцими соединение штанги с буровым ставом. Система работает следунидим образсм. В исходном положении буровой став зафиксирован в скважине механизмом 11 подхвата (подхват закрыт),, датчик 16 контроля этого положения находится во включенном состоянии. Рукояти 19 питателя 22 находятся в переднем положении, т.е. штанга находится на оси бурения, датчик 20 контроля &ТОГО положения находится во включенном состоянии, механизм 15 подачи бурового става - в крайнем заднем положении, а датчик 24, контролирующий это положение - во включенном состоянии (такое расположение исполнительных механизмов и состояние датчиков изображено на чертеже). Для запуска системы необходимо нажать кнопку Пуск, расположенную в блоке 1 управления, при вклю чается триггер 2 с разделительными вводами и сигнал с его выхода идет на включение маслостанции. С разворотом привода маслостанцни (не показан) появляется давление в гидросистеме. Наличие двух сигналов на выходах датчиков 18 и 20, контролирующих наличие штанги в рукоятях 19 и механизма питателя 14 в переднем положении, включает элемент И 35, сигнал с которого через элемент ИЛИ 28 и распределители 4 и 7 включает исполнительные механизмы 5 н 8 соответственно подачи вперед и вращения вправо. Происходит процесс соединения новой штанги с буровым ставом. По окончании этого процесса, контролируемого датчиком 17, т.е. его срабатывания, сигнал с его выхода поступает на включающий вход триггера 25, последний срабатывает и сигнал с его выхода поступает на включение распределителя 13 .включения механизма питателя 14 назад. При отходе механизма питателя 14, с рукоятями 19 назад включается датчик 20, контролирующий это положение, следовательно, снимаются управляющие сигналы с распределителей 4 и 7 (подача бурового става вперед и вращение его вправо), они отключаются и,- тем самым, прекращают процесс соединения штанги с буровый ставоМ. Когда механизм питателя 14 вернется в крайнее заднее положение, срабатывает датчик 18, контролирующий это положение, так как подающие рукояти 19 захватывают новую штангу, находящуюся в неподвижной части питателя 22, и датчик 21 контроля заднего положения механизма питателя 14 с рукоятями 19, сигнал с выхода датчика 18 контроля штанги в рукоятях поддерживает в выключенном состоянии элемент ЗАПРЕТ 29, а сигнал с выхода датчика 21 контроля заднего положения механизма питателя поступает на отключающий вход триггера 25 и на управляющий вход 36 блока 1 управления. Командный сигнал с вьнсода 37 блока 1 управления через распределитель 10 включает механизм подхвата на раскрытие на время, определяемое настройкой звенаимпульсатора 34, в то же время сигнал с датчика 21 контроля заднего положения механизма питателя поступает на управляющий вход элемента И 27 и на включающий вход элемента ЗАПРЕТ 29, но на входе последнего сигнал не появляется,

.так как на его отключающий вход поступает сигнал от датчика 18 наличия штанги в подающих рукоятях. При срабатывании механизма 11 подхвата на раскрытие (расфиксация буроврго става) срабатывает (отключается) датчик 16 закрытия подхвата, тем самым снимается сигнал с его выхода, т,е, происходит снятие командного сигнала с входа 38 блока 1 управления, в результате чего на выходе элемента ЗАПРЕТ 32 появляется командньай .сигнал с выхода 39 блока 1 управления, поступающий на второй вход элемента И 27, сигнал с выхода последнего поступает на включакнций вход распределителя 15 включения технологической операции очистки скважины и на второй вход элемента ИЛИ 28, выходной сигнал с которого поступает на включающие входы распределителей 4 и 7, т.е, происходит процесс бурения.

После того, как скважина пробурена на глубину, равную длине штанги, срабатывает датчик 23 контроля крайнего положения механизма подачи, командный сигнал с его выхода поступает на вход 40 блока 1 управления, на вход элемента ИЛИ 33 и далее на, включающий вход триггера 31, командный сигнал (выход 37 1 блока управления) которого приводит к включению распределителя 9 включения механизма 11 подхвата (фиксация бурового става) и одновременно сигнал с выхода триггера 31 поступает на второй вход элемента

и 30, командный сигнал (вход 40) которого включает распределитель 3 подачи исполнительного механизма 5 назад и распределитель 6 вращения исполнительного механизма 5 влево. Одновременно сигнал с датчика 23 контроля переднего положения механизма подачи, проходя элемент ИЛИ 33, поступает на отключающий вход элемента ЗАПРЕТ 32 блока 1 управления, тем самым-снимая питающий сигнал с элемента И 27 я отключая распределители 4, 7 и 11 подачи бурового става вперед, вращения вправо и очистки скважины соответственно. Таким образом, происходит процесс разъединения механизма. 8 вращения от бурового стбва, находящегося в скважине, .и возвращение механизма 5 подачи в крайнее заднее положение, при котором срабатывает датчик 24 контроля зад0 25 него положения, командный сигнал которого поступает с входа 42 блока 1 управления и на включающий вход триггера с раздельными входами 26, осуществляющий функции запоминания технологической операции перемещения механизма питателя 14 с рукоятями 19 вперед, и технологический цикл системы управления буровым станком повторяется.

0 35 40 45 50 55 60

Когда последняя штанга из питателя 22 подана на ось бурения, происходит сое,цинение со ставом, осуществляется раскрытие механизма 11 подхвата, подающие рукояти 19 и механизм йитателя 14 возвращаются в кpiaйнёе заднее положение (последовательность этих операций приведена выше), срабатывает датчик 21 контроля заднего полозкения механизма питателя 14 и рукоятей 19, сигнал с выхода которого поступает на включающий вхЪд элемента ЗАПРЕТ 29 f а запрещанлдяй сигнал от датчика 18 наличия щтанги в рукоятях 19 на элемент ЗАПРЕТ 29 не поступает, поэтому сигнал с выхода элемента ЗАПРЕТ 29 поступает на отключакяций вход 43 блока 1 управления (на триггер 2 с раздельными входами, служащий дня запоминания пусковой операции)„Триггер 2 отключается,отключая все исполнительные механизмы станка,В этот момент все исполнительные механизмы станка находятся в удобном положении для заполнения питателя ноЕ1ыми буровыми штангами. Когда питатель заполнен штангами и в подгиощих рукоятях находится штанга, остается нажать кнопку Пуск, и прерванный технологический цикл бурения восстановится, т.е, при наличии штанги в подающих рукоятях 19 срабатывает датчик 18 наличия штанги в рукоятях, с выхода которого сигнал поступает на отключающий вход элемента ЗАПРЕТ 29 и, тем самым, снимает командный сигнал с входа 43 бло

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМ СТАНКОМ, содержащая датчик наличия буровых штанг, датчик переднего положения механизма подачи, соединенный с первым входом блока управления, датчик контроля заднего положения механизма питателя, соединенный с отключающим входом первого триггера, с вторым входом блока управления, с включаннцим входом элемента ЗАПРЕТ и с одним входом первого элемента И, другой вход которого соединен с первым выходом блока управления, a выход - с входом распределителя подачи воды и с одними из входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с входамй распределителей включения исполнительного Механизма подачи вперед и включения механизма вращения . бурового става вправо, распределители включения механизма питателя вперед и назад соединены с включающими входами триггеров, выход одного из которых соединен с третьим входом блока управления и датчиком контроля положения механизма подачи, a выход другого - с датчиком контроля соединения буровых штанг, отключающий вход второго триггера соединен с выходом датчика контроля переднего положения механизма питателя, распределители включения механизма подхвата соединены с вторым и третьим выходами блока управления, датчик контроля закрытия подхвата соединен с четвертым и пятым входами блока . управления, четвертый выход блока управления соединен с распределителями включения механизма вращения бурового отаиa влево и включения (Л исполнительного механизма подачи назад, выход элемента ЗАПРЕТ соединен d с шестым входом блока управления, охличающа яс я тем, что, с целью .повышения надежности работы системы, датчик наличия буровых штанг установлен в подающих рукоятях питателя и введен второй элемент И, СП один из входов которого соединен с датчиком наличия буровых штанг, со другой вход - с датчиком .контроля переднего положения механизма питаТ1еля, a выход - с другим входом эле4 мента ИЛИ, датчик контроля наличия 00 буровых штанг соединен с отключающим входом элемента ЗАПРЕТ.