Система подачи бурового станка Советский патент 1985 года по МПК E21B44/02 

00

со г со

4

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении, например, взрывных скважин на открытых горных работах.

Цель изобретения - повышение надежности станка путем снижения вертикальных колебаний буровой штанги с опорным узлом.

На фиг. 1 изображена система подачи бурового станка; на фиг. 2 - принципиальная схема электрогидравлического преобразователя с обратной связью по давлению (ПЭГ-Д).

В мачте 1 расположены враш.атель 2 с редуктором 3, опорный узел 4 с буровой штангой 5. Система подачи бурового инструмента состоит из двух гидроцилиндров 6 подачи, двух четырехкратных полиспастных систем 7 подъема. При ходе штока 8 гидроцилиндра подачи вверх опорный узел 4 вместе с буровой штангой 5 пойдет вниз. При этом полиспастная система дает возможность отцепиться вращателю 2 с редуктором 3 за счет собственного веса и переместиться на ту же величину, обеспечивая постоянным расстояние между враш,ателем 2 и опорным узлом 4. Крутящий момент от вращателя 2 к буровой штанге 5 передается через высокоэластичную муфту 9, которая предохраняет опорный узел 4 от высокочастотных колебаний.

Ход штока 8 гидроцилиндра 6 подачи вниз поднимает вращатель 2, а за ним при помощи тяг 10 поднимается и опорный узел 4 с буровой щтангой 5. Предварительное натяжение канатно-полиспастных систем производится натяжным устройством 11. Гидроцилиндры подачи 6 установлены в нижней части мачты 1, в верхней ее части установлены поворотные блоки 12. Вращатель 2 и опорный узел 4 перемещаются по направляющим 13 на каретках 14. Через блок 15 перекинуты кабель и шланг с воздушноводяной смесью. Блок 15 за счет канатно-полиспастной системы 16 и блоков 17-19 опускается в два раза медленнее, чем вращатель 2..

Внутренние полости дополнительных гидроцилиндров 20, щтоки 21 которых скреплены с опорным узлом 4, а корпусы 22 - с концами напорных ветвей канатно-полиспастной системы 16, сообщены между собой. Дополнительные рабочие гидроцилиндры 23 штоками 24 скреплены с опорным узлом. А их внутренние полости сообщены между собой и с исполнительным гидравлическим органом ПЭГ-Д 25. Взаимное расположение дополнительных гидроцилиндров 20 и дополнительных рабочих гидроцилиндров 23, установленных над опорным узлом (фиг. 1), характеризуется тем, что гидроцилиндры 23 являются зеркальным отображением гидроцилиндров 20. Датчик 26 давления установлен во внутренней полости дополнительного гидроцилиндра 20, к его выходу подключен

через знаковый инвертор 27 и усилитель 28 электрический вход ПЭГ-Д 25. Датчик 29 давления, расположенный во внутренней полости гидроцилиндров 6 подачи, через усилитель 28 подключен к электрическому входу ПЭГ-Д 25. Питание последнего осуществляется подключением его к маслонасосной станции 30. Все поршни 31 и 32 дополнительных 20 и дополнительных рабочих 23 гидроцилиндров соединены с их корпусами

0 упругими элементами 33, характеризующимися равными жесткостями.

Система работает следующим образом. При вертикальных колебаниях опорного узла 4 возникает динамическая нагрузка, которая передается через напорные ветви канатно-полиспастной системы 16 на раму станка. Если опорный узел 4 перемещается вверх, то во внутренней полости дополнительных гидроцилиндров 20 возникает дополнительное давление сжатия, если вниз - дополнительное давление разрежения. Для компенсации пульсирующего давления во внутренних полостях дополнительных гидроцилиндров 20 служит ПЭГ-Д 25. Принцип работы ПЭГ-Д заключается в преобразовании входного электрического сигнала в пропорциональное изменение давления жидкости на выходе исполнительного органа. Эффективность работы ПЭГ-Д зависит от объема нагрузки. Дополнительные рабочие гидроцилиндры как раз и служат для создания наиQ более благоприятного режима работы ПЭГД - постоянного, не зависящего от времени оптимального объема нагрузки.

Датчик 26 давления преобразует изменение давления во внутренней полости дополнительных гидроцилиндров 20 в электрический сигнал, который через знаковый инвертор 27, изменяющий знак сигнал, но не его величину, т.е. если, например, определенному давлению сжатия соответствует определенный положительный сигнал, то, проходя через знаковый инвертор, он обращается - становится отрицательным, не изменяя своей величины, и наоборот: поступает на электрический вход ПЭГ-Д, который преобразует его в пропорциональное изменение давления на выходе, передающееся

2 во внутренние полости дополнительных гидроцилиндров 23, установленных над опорным узлом 4. Так, напри.адер, если опорный узел перемещается вниз, в дополнительных гидроцилиндрах 20 возникает дополнительное давление разрежения, которое преобразуется в точно такое же дополнительное давление сжатия во внутренних полостях гидроцилиндров, компенсирующее возникшее давление разрежения. Это дополнительное давление сжатия во внутренних полостях гидроцилиндров 23 удерживает их поршни, скрепленные с опорным узлом 4, и сам опорный узел неподвижным. Поступательное движение опорного узла в процессе бурения на работу виброгасящей системы влияния

не оказыает. Это достигается тем, что во внутренних полостях гидроцилиндров подачи, перемещение штоков которых создает Ьсевое усилие, передающееся через канатнополиспастную систему на опорный узел, расположен датчик давления, вырабатывающий сигнал, который поступает на вход ПЭГ-Д через усилитель. Коэффициент усиления его таков, что компенсирует постоянный сигнал от датчика 26 давления, расположенного во внутренней полости дополнительных гидроцилиндров 20. Таким образом, варьирование осевого усилия в процессе бурения на работу системы не оказывает никакого влияния. Поскольку положение опорного узла поддерживается постоянным (исключая поступательное), следовательно, натяжение канатов системы подачи также постоянно, в результате чего ликвидируется вертикальная вибрация опорного узла и рамы. Включение

упругих элементов между порщнем и корпусами цилиндров, жесткость которых одинакова, предотвращает заметный ход перемещающихся корпусов, способствуя эффективной диссипации энергии при колебаниях. Применение изобретения в связи со снижением вибрации бурового става и рамы во всем диапазоне бурения пород с различными горно-технологическими свойствами позволит интенсифицировать процесс бурения и, как следствие, увеличить производительность труда; повысить надежность работы станка за счет увеличения стойкости долот, щтанг, срока службы комплектующего оборудования, в частности двигателя вращателя с редукторами; увеличить коэффициент готовности станка за счет ликвидации простоев, связанных с поломками долот, штанг и металлоконструкций, происходящих из-за усталостного разрущения металла.

СИСТЕМА ПОДАЧИ БУРОВОГО СТАНКА, содержащая гидроцилиндры подачи с датчиком давления, канатно-полиспастную систему, ветви которой связаны с кареткой вращателя и опорным узлом буровой штанги, регистрирующие гидроцилиндры с датчиком давления в рабочей полости одного из них, установленные под опорным узлом и связанные с ним, электрогидравлический преобразователь с обратной связью по давлению, к электрическому в.ходу которого через усилители подключены датчики давления гидроцилиндров цодачи и регистрирующих гидроцилиндров, отличающаяся тем, что, с целью повыщения надежности станка путем снижения вертикальных колебаний буровой щтанги с опорным узлом:, система снабжена силовыми гидроцилиндрами, установленными над опорным узлом и связанными с ним щтоками, при этом внутренние полости силовых гидроцилиндров сообщены между собой и подключены к гидравлическому выходу электрогидравлического преобразователя, и знаковым инвертором, включенным между усилителем и датчиком давления регистрирующего гидроцилиндра, причем порщни регистрирующих и силовых гидроцилиндров связаны с их корпусами упi ругими элементами с одинаковой жесткостью, установленными в их порщневых по(Л лостях.

12

Z

3

/« JJ

9 10

28