Бурильная машина Советский патент 1986 года по МПК E21B3/00 E21B44/02 

Изобретение относится к горной промьпяленности, в частности к буриль ным машинам вращательного действия.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем увеличения чувствительности саморегулирования скорости подачи в зависимости от нагрузки на режущем инструменте при одновременном уменьшении вероятности поломки инструмента,

На чертеже показана принципиальная гидрокинематическая схема машины. Бурильная машина состоит из шпинподвода, эабуривания и отвода режущего инструмента 2 от забоя.

От вала гидродвигателя 5 передача крутящего момента шпинделю i с режу- щим инструментом 2 может осуществлять ся через передачу или непосредственно, если в бурильной машине исполь10

зуются вьгсокомоментные гидродвигатели I

Подающий механизм 25 выполнен в ви де приводных 21 и 22 и натяжных 26 и 27 звездочек, которые установлены на неподвижных направляющих 28, две блок-звездочки 29 и 30 установлены

деля I с режущим инструментом 2, трех (5 подвижной каретке 31, а все звез

дочки охвачены бесконечным гибким элементом 32. Кроме того, на подвижной каретке 31 подающего механизма 2 представляющего собой цепную диффере циально-полиспастную передачу, же стк установлен гидродвигатель 5 вращения шпинделя 1 с режущим инструментом 2.

гидродвигателей 3-5 постоянной производительности, два из которых(гидродвигатели подачи 3 и опорного момента 4) соединены параллельно и представляют привод подачи,а гидродвига- jo тель 5 вращения шпинделя 1 с режущим инструментом 2 соединен параллельно гидросистеме, питающей гидродвигатели 3 и 4. Маслостанция содержит электдочки охвачены бесконечным гибким элементом 32. Кроме того, на подвижной каретке 31 подающего механизма 2 представляющего собой цепную диффере циально-полиспастную передачу, же стк установлен гидродвигатель 5 вращения шпинделя 1 с режущим инструментом 2.

В процессе забуривания дроссели 10,18,23 и 24 открыты на величину,не

родвигатель 6, насос 7, фильтр 8, пре-25 обходимую и достаточную для плавного

дохранительный клапан 9. Параллельно ветви гидродвигателя 5 в гидросистему включен дополиительньш регулируемый дроссель 10, причем его гидросопротивление во время установившегося режима работы машины больше гидросопротивления гидроднигателя 5 на величину, необходимую и достаточную для создания на режущем инструменте определенного момента сопротивления при заданном режиме. Между сливной магист ралью II гидродвигателя 5 и дросселем 10 включен дифференциальный гид- роцилиидр I2, причем его поршневая полость 13 соединена со сливной магистралью II гидродвигателя 5, а Што- ковая полость 14 - с магистралью 15 дровселя 10.

После дифференциального гидроцилиндра 12 в сливную магистраль II гидродвигателя 5 и сливную магистраль 16 дросселя 10 включены соответственно дроссель 17 и дополнительный дроссель 18, регулируемые на расчетные расходы в зависимости от заданного режима, например скорости подачи.Поршень 19 связан с распределителем 20, регулирующим расход и направление рабочего потока жидкости к гидродвигателям 3 k 4 непосредственно, которые передают крутящие моменты приводным звездочкам 21 и 22, Дроссели 23 .и 24 служат для управления режимами

30

35

40

45

50

55

подвода режущего инструмента 2 к забою, а дроссель 17 полностью открыт.

Дроссели 10,17,18,23 и 24, гидроцилиндр 13 и распределитель 20 обр зуют блок управления режимом бурения

Бурильная работает следую- образом.

При включении бурильной машины электродвигатель 6 начинает вращатьс и приводит в движение рабочие органы насоса 7 пocтoянf oй производительнос ти. Вследствие работы насоса 7 через ф Ильтр .8 по напорным магистралям 33 35 рабочая жидкость (масло) подается одновременно к гидродвигателю 5, дро селю 10, гидрораспределителю 20 и предохранительному клапану 9. В зависимости от необходимого режима бу- рения, например, для крепких трещино ватых горных пород гидросопротивление гидродвнгателя 5 устанавливается меньшим, чем гидросопротивление дрос селя 10 на величину, необходимую и достаточную для создания на исполнительном органе соответствующего момента сопротивления бурению.

Поскольку в начальный момент работы бурнпыюй машины контакт инстру мента 2 с забоем отсутствует, а значит отсутствует и момент сопротивления бурению на нем, следовательно, 1 идросопротивление гидродвигателя 5 будет меньше гидросопротивления регу лятора режима в виде дросселя 10.

7952

подвода, эабуривания и отвода режущего инструмента 2 от забоя.

От вала гидродвигателя 5 передача крутящего момента шпинделю i с режу- щим инструментом 2 может осуществляться через передачу или непосредственно, если в бурильной машине исполь

зуются вьгсокомоментные гидродвигатели. I

Подающий механизм 25 выполнен в виде приводных 21 и 22 и натяжных 26 и 27 звездочек, которые установлены на неподвижных направляющих 28, две блок-звездочки 29 и 30 установлены

подвижной каретке 31, а все звез

дочки охвачены бесконечным гибким элементом 32. Кроме того, на подвижной каретке 31 подающего механизма 25, представляющего собой цепную дифферен- циально-полиспастную передачу, же стко установлен гидродвигатель 5 вращения шпинделя 1 с режущим инструментом 2.

В процессе забуривания дроссели 10,18,23 и 24 открыты на величину,необходимую и достаточную для плавного

подвода режущего инструмента 2 к забою, а дроссель 17 полностью открыт.

Дроссели 10,17,18,23 и 24, гидроцилиндр 13 и распределитель 20 образуют блок управления режимом бурения.

Бурильная работает следую- образом.

При включении бурильной машины электродвигатель 6 начинает вращаться и приводит в движение рабочие органы насоса 7 пocтoянf oй производительности. Вследствие работы насоса 7 через ф Ильтр .8 по напорным магистралям 33 - 35 рабочая жидкость (масло) подается одновременно к гидродвигателю 5, дросселю 10, гидрораспределителю 20 и предохранительному клапану 9. В зависимости от необходимого режима бу- рения, например, для крепких трещиноватых горных пород гидросопротивление гидродвнгателя 5 устанавливается меньшим, чем гидросопротивление дросселя 10 на величину, необходимую и достаточную для создания на исполнительном органе соответствующего момента сопротивления бурению.

Поскольку в начальный момент работы бурнпыюй машины контакт инструмента 2 с забоем отсутствует, а значит отсутствует и момент сопротивления бурению на нем, следовательно, 1 идросопротивление гидродвигателя 5 будет меньше гидросопротивления регулятора режима в виде дросселя 10.

JTO приведет к тому, что расход масла через гидродвигатель 5 будет больше расхода через дроссель 10 и больше расхода через дроссель 17, соответствующего в свою очередь определенному расходу через дроссель 18. Следовательно, часть масла, равная разности его действительного расхода через гидродвигатель 5 и возможного для определенного режима через дроссель 17, поступит в поршневую полость 13 гидроцилиндра 12, создав Та

определенное давление, которое по величине больше давления в штоковой

полости 14. Разность давлений соответствует определенному усилию, действующему на дно поршня 17 со стороны полости 13, и перемещает поршень 19, а также связанный с ним или через передаточный механизм золотник гидрораспределителя 20 в правое положение (по чертежу).Вследствие этого часть рабочей жидкости поступает к гидродвигателям подачи 3 и опорного момента 4 и подвижная каретка 31 подающего механизма 25 осуществляет подачу гидродвигателя 5 и исполнительного органа на забой.

По мере внедрения инструмента 2 в буримую скважину им воспринимается все более увеличивающийся момент сопротивления бурению. При достижении момента сопротивления бурению величины, отвечающей заданному режиму, при которой гидросрпротивление гидродвигателя 5 соответствует установленному для данного режима гидросопротивлению дросселя 10, для поршня 19 гидроцилиндра 12 наступает период динамического равновесия. Этот период характеризуется тем, что с одной стороны на поршень 19 гидроцилиндра 12 вдоль его оси действует усилие, создаваемое давлением в полости 13, а с другой стороны это усилие уравновешивается усилием, создаваемым давлением в полости 14. Период динамического равновесия соответствует опре0

5

0

5

0

5

0

деленному режиму работы бурильной машины, например определенной категории крепости горных пород.

При нарушении динамического равновесия, например, из-за возрастания момента сопротивления бурению на исполнительном органе вследствие увеличения крепости горных пород результирующее усилие будет приложено к поршню 10 гидроцилиндра 12 со стороны штоковой полости 14 и переместит его и связанный с ним золотник гидрораспределителя 20 на некоторую величину влево от его первоначального положения. Такое изменение положения золотника гидрораспределителя 20 уменьшит поток рабочей жидкости к гидродвигателям 3 и 4 подающего механизма 25 и соответственно скорость подачи каретки 31 с гидродвигателем 5 и инструментом 2 на забой. При этом скорость подачи будет снижаться до тех пор, пока для поршня 19 гидроцилиндра 12 вновь не наступит динамическое равновесие.

При значительном возрастании момента сопротивления на инструменте 2,. например, за счет прихвата или заш- тыбовки поршень 19 и золотник гидрораспределителя 20 переместятся результирующим усилием, действующим со стороны штоковой полости 14, в крайнее левое положение. Такое изменение положения золотника гидрораспределителя 20 осуществит переброску потока рабочей жидкости к гидродвигателям 3 и 4 подающего механизма 25, что приведет при неизменной настройке гидродросселей 23 и 24 к перемещению подающей каретки 31 назад. Это происходит до тех пор, пока на вращающемся инструменте 2 момент сопротивления вращению не снизится до заданного и поршень 19 гидроцилиндра 12 не займет первоначальное положение.

В случае исчезновения нагрузки на Инструменте 2 происходи наибольшая подача его на забой.

13 19 П 20

ч ч

ШШ

UJ

Составитель Ю.Стрелов Редактор А.Козориз Техред М,Ходанш1 Корректор В.Бутяга

Заказ 2748/33 Тираж 470Подписное

ВНИЖШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4