Устройство для автоматического управления процессом шарошечного бурения Советский патент 1987 года по МПК E21B44/02 E21B44/08 

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов на карьерах, а именно к устройствам для управления буровыми станками.

Цепью изобретения является повьшенив качества управления процессом бурения.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство включает индикатор 1, блок 2 вычисления энергоемкости разрушения горной породы, задатчик 3 скоростей подачи и вращения, блок 4 сравнения, сумматор 5, усилитель 6 с регулируемым коэффициентом передачи, блок 7 защиты бурового станка от колебаний в горизонтальной плоскости, блок 8 защиты бурового станка от колебаний в вертикальной плоскости, блок 9 -защиты бурового става от поперечных колебаний, следящий привод

10вращателя, следящий привод 11 подачи, блок 12 формирования отсечки

по нагрузке.

Выход блока 9 защиты бурового става от поперечных колебаний подключен к входу следящего привода 10 вращателя, перв ый выход которого соединен с первым входом блока 2 вычисления энергоемкости разрушения горной породы и входом блока 12 формирования отсечки по нагрузке, выход которого подключен к входу следящего привода

11подачи, другой вход которого чере . усилитель 6 с регулируемьм коэффициентом передачи соединен с вторым входом следящего привода 10 вращения, второй выход которого подключен к второму входу блока 2 вычисления энергоемкости разрушения горной породы, выход которого соединен с входом индикатора 1, а третий вход подключен к выходу следящего привода 11 подачи, причем выход блока 7 защиты бу рового станка от колебаний в горизонтальной плоскости подключен к входу сумматора 5, второй вход которого соединен с выходом блока 8 защиты бурового станка от колебаний в верти- калькой плоскости, а выход соединен

с вторым входом блока 4 сравнения, первый вход которого подключен к за- датчику 3 скоростей подачи и вращения, выход соединен с входом усилите ля 6 с регулируемым коэффициентом передачи.

Устройство работает следующим об- раяом.

.-

10

20

, 5 ..

25

у. зо

- е-„ е-

35

После завершения вспомогательных работ, предшествующих бурению, задаются максимальные скорости сл едящих приводов 10 вращения и 11 подачи, для чего устанавливаются максимальными коэффициент передачи усилителя 6 и сигнал на выходе задатчика 3. Однако отношение скоростей подачи и вращения в этом случае для KOKKpeTr- ного долота может не соответствовать, оптимальному в отношении энергоемкости разрушения горной, породы, величина которой контролируется по дикатору 1. Выбор оптимального отношения скоростей подачи и вращения осуществляется за счет уменьшения коэффициента передачи усилителя 6 (уменьшения скорости вращения), при этом коэффициент передачи уменьшается до тех пор, пока показания индикатора 1 не станут минимальными, что соответствует минимуму энергоемкости разрушения горной породы, т.е. максимуму углубления зуба шарошки, в породу. Благодаря этому мощность привода вращателя максимально расходуется на разрушение горной породы.

Энергоемкость разрушения породы вычисляется блоком 2, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению электродвигателя привода вращателя, а также скорости подачи бурового става. В блоке 2 сигналы, пропорциональные току и напряжению, перемножаются, в результате чего определяется сигнал, пропорциональный мощности, необходимой для разрушения горной породы. Затем сигнал, пропорциональный мощности, делится на сигнал, пропорциональный скорости подачи. В итоге сигнал, поступающий на индикатор 1, пропорционален энергоемкости разрушения горной породы.

Датчики тока, напряжения и скорости подачи в-ходят в состав соответствующих следящих приводов, образуя в них контуры регулирования тока (в гидроприводе - давления) и скорости.

Если вращатель оборудован следящим гидроприводом, то для вычисле- €ия мощности, необходимой для разрушения горной породы, необходимо и.спользовать сигналы, пропорциональные давлению и производительности гидронасоса.

Блоки 7 и 8 зашлты бурового станка от колебаний в горизонтальной и

вертикальной плоскости, a также блок 9 защиты бурового става от поперечных колебаний ртеют одинаковую структуру и состоят из последовательно соединенных датчика колебаний интегратора, выпрямителя и усилителя с регулируемой зоной нечувствительности в области нуля (не показаны). В качестве датчиков колебаний, как правило, используются магнитоэлектрические приборы, например сейсмоприемники, амплитуда выходного сигнала которых пропорциональна произведению амплитуды виброперемещения бурового станка или бурового става на частоту колебаний. Следовательно, при вибрации бурового станка с малой амплитудой и большой частотой сигнал на выходе датчика будет таким же, как и при колебаниях с большой амплитудой и малой частотой, в то время, как защита от вибраций должна реагировать на амплитуду колебаний (виброперемещение). Интеграторы, включенные на выход датчиков, устраняют зависимость их выходных сигналов от частоты, т.е. позволяют получить сигнал, пропорциональный амплитуде вибраций. Выходные сигналы интеграторов выпрямляются выпрямителями и подаются на вход усилителя с регулируемой зоной нечувствительности в области нуля. Изменяя зону нечувствительности, представляется возможным регулировать порог срабаты- вания.защиты по вибрациям. Таким образом, если в процессе бурения вибрации, бурового станка в одной плоскости или в обеих сразу достигаю-т вели

чины, превышающей порог срабатывания то на входах сумматора 5 появляются сигналы, которые суммируются, а затем величина выходного сигнала сумматора в блоке 4 вычитается из величины сигнала задатчика 3. Это прив.одит к одновременному и пропорциональному снижению скоростей подачи и вращения, что, с одной стороны, предотвращает развитие вибраций бурстанка,и, с другой стороны, сохраняет углубление зуба шарошки в породу на прежнем уровне, т.е. позволяет вести процесс бурения с минимальной энергоемкостью разрушения горной породы. Если при этом возрастает нагрузка на привод вращателя, то сигнал, снимаемый с датчика тока, входящего в следящий привод вращателя, действуя через

484

блок 12 формирования отсечки по нагрузке, уменьщает скорость подачи, что устраняет перегрузку привода вращателя за счет уменьшения глубины внедрения зуба шарошки, т.е. за счет отклонения процесса бурения от режиJO

f5

5 -2035

25

30

0

5

0

5

Поперечные колебания бурового става не передаются на платформу бурового станка, однако способствуют возникновению больших динамических нагрузок в редукторе привода вращателя и гидропатроне. В связи с этим датчик поперечных колебаний бурового става ; входящий в блок 9 защиты бурового става от поперечных колебаний, должен устанавливаться на редукторе привода вращателя или гидропатроне. Выходной сигнал блока 9, действуя на второй вход следящего привода 10 вращателя, снижает скорость его вращения. При этом возрастает усилие прижатия долота к забою, что способствует прекращению поперечных колебаний бурового става. После устранения колебаний скорость вращения автоматически возрастает до заданной.

Если в качестве датчиков колебаний используются датчики, измеряющие виброперемещение, то интеграторы из блоков 7, 8 и 9 исключаются.

В качестве задатчика 3 используется потенциометр или сельсинный командоаппарат, выходной сигнал ког торого подается на вход блока 4 сравнения через выпрямитель. В качестве блока 4 сравнения используется операционный усилитель с двумя входами .

В качестве блока 2 вычисления энергоемкости разрушения горной породы в устройстве применяется микросхема К525ПС1 или К425ПС2, обеспечивающая перемножение двух сигналов и деление полученного произведения на третий сигнал.

Б качестве усилителя 6 с регулируемым коэффициентом передачи используется операционный усилитель с регулируемым сопротивлением в цепи обратной связи. Изменяя положение ползуна сопротивления, регулируется коэффициент передачи усилителя от нуля до некоторого максимального значения.

Блок 12 формирования отсечки по нагрузка представляет собой усилитель с регулируемой зоной нечувствительности в области нуля.

Устройство позволяет органичить на заданном уровне вибрации бурового станка и става нагрузку приводов вращателя и подачи, выбрать глубину внедрения зуба шарошки в породу, исходя из минимума энергоемкости разрушения горной йороды, что существенно повьшгает качество управления процессом бурения. Формула изобрете н й я

Устройство для автоматического управления процессом шарошечного бурения, содержащее задатчик скоростей подачи и вращения, соединенный с первым входом блока сравнения, выход которого подключен к первому входу следящего привода подачи, следящий привод вращателя, отличающееся тем, что, с целью повышения качества управления, оно снабжено индикатором, блоком вычисления энергоемкости разрушения горной породы, сумматором, усилителем с регулируемым коэффициентом передачи, блоком формирования отсечки по нагрузке, блоком защиты бурового става от поперечных колебаний, блоком защиты бурового станка от колеор А. Гулько 7692/32

Составитель А. Рыбаков Техред М.ХЬданич

Корр Подп

Тираж 532 - ВНИИПИ 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

867486

баний в горизонтальной плоскости, блоком защиты бурового станка от колебаний в вертикальной плоеко сти, причем вьгход блока защиты бурового

5 става от поперечных колебаний соединен с первым входом следящего привода вращателя, первый выход которого одновременно подключен к первому входу блока вычисления энергоемкос10 ти разрушения горной породы и через блок формирования отсечки по нагрузке - к второму входу следящего привода подачи, второй выход соединен с вторым входом блока вычисления

5 энергоемкости разрушения горной породы, вьгход которого подключен к нн

дикатору, а третий вход соединен с выходом следящего привода подачи, первый вход которого через усилитель с регулируемым коэффициентом передачи подключен к второму входу следящего привода вращателя, при этом, первые и вторые входы сумматора соединены соответственно с блоком защиты бурового станка от колебаний в горизонтальной плоскости и блоком защиты бурового станка от колебаний в вертикальной плоскости, а выход подключен к второму входу блока сравнения .

Корректор Г. Решетник Подписное

Изобретение относится к области автоматизации управления технологическими процессами на карьерах. С целью повышения качества управления устройство снабжено блоком 2 вычис-. ления энергоемкости разрушения горной породы, на входы которого подаются сигналы скорости подачи (СП) бурового става и сигналы, пропорциональные штоку и напряжению,эл. двигателя привода вращателя (ПВ) 10. Вычисленная энергоемкость фиксируется на индикаторе 1. Сигналы СП и скорости вращения (СВ) задаются за- датчиком 3 и сравнивается в блоке 4 сравнения с сигналом с выхода сумматора 5. На его вход поступают сигналы при изменении в процессе бурения вибрации бурового станка с блоков 7 и 8 его защиты от колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях. По сигналу рассогласования с блока 4 одновременно и пропорционально снижаются СП и СВ соответственно привода II подачи и ПВ 10. Это предотвращает развитие вибраций станка и сохраняет углубление шарошки в породу. Процесс ведется с минимальной энергоемкостью. При возникновении динамических нагрузок с блока 9 защиты бурового става от поперечных колебаний подаются сигналы на снижение СВ. При возрастании нагрузки на ПВ 10 сигнал, пропорциональный току двигателя, через блок 12 формирования отсечки по нагрузке уменьшает СП. 1 ил. о ю 00 (SS 4 4:1 Г2