Гидравлическая бурильная машина Советский патент 1988 года по МПК E21B44/02 E21B3/00 

СУ)

4i)i

оо

CD 00 СО

Ы

управления которого соединен с М 10 или с М-12. В последней, на участке между ее соединением с каналом 17 и баком, установлен дроссель. Параллельно двигятелю 5 размещен дополнительный клапан 22 с возможностью соединения М 10 или М 12 с каналом 17. При подаче рабочей жи,п;кости через двигатель I происходит его вращение и подача вращателя 2 со штангой 3 к забою. При этом жидкость поступает в М 10 и 11, Скорость вращения двигателя 5 регулируется изменением проходного сечения дросселя. При попадании штанги 3 в трещину давление в М 13 увеличивается, а в М 7 - уменьшается, т. обр. уменьшается величина крутящего момента. Если сопротивле- :ние вращению штанги 3 возрастет, то клапан-регулятор перекрывает сечение между М 7 и 8 и соединяет трубопровод 15 с баком. Возможны варианты конструкции машины. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к горной пром-ти и позволяет обеспечить защиту двигателя от перегрузок за счет увеличения быстродействия системы управления путем автоматизации ее работы. Машина включает вращатель 2 и податчик, каждый из которых имеет гидравлический реверсивный двигатель 5 и 1, гидравлический насос 9, напорные 10 и 11 и сливные 12,13 магистрали (М) двигателей 5,1,М, соединяющую М 13 с М 10, и бак. В М 7 установлен клапан-регулятор 14, канал 17

1

Изобретение относится к горной промыитенности, в частности к гидравлическим бурильнь м машинам, и может быть использовано в буровых установках для бурения шпуров и скважин,

Цель изобретения - обеспечение защиты двигателя от перегрузок за счет увеличения быстродействия сис- темы управления путем автоматизации ее работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная гидравлическая схема бурильной машины с управлением клапаном-регулятором от напорной магистрали гид- равли еского двигателя вращателя; на фиг. 2 - то же, с управлением клапаном регулятором от сливной магистрали гидродвигателя враа1ателя; на

фиг„ 3 - схема, изображенная на

фиг. 1, с реверсивным гидравлическим двигателем вращателя; на фиг. 4 - то же, BapnaHT; на фиг. 5 - схема, изображенная на фиг. 2, с реверсивным гидравлическим двигателем вращателя; на фиг, 6 - то же, вариант; на |фиг„ 7 - гидравлическая схема 6ypiinb- ной машины с реверсивным гидравлическим двигателем вращателя при нейтральном положении распределителей; на фиг. 8 - то же, при бурении поро.ч ды; на фиг. 9 - то же, при регулировании режима бурения.

Гидравлическая бурильная машина содержит реверсивный гидравлический двигатель 1 податчика, обеспечиваю- щий перемещение вращателя 2 с буровой штангой 3 по раме 4 податчика к забою и обратно. Вращатель 2 приво

i

0

5

5

дится во вращение гидравлическим двигателем 5, который по одному из вариантов выполнения бурильной машины может быть и реверсивным. Для бурения твердых пород в бурильной машине установлен вибратор (не показан) с приводом от гидравлического двигателя 6, Гидродвигатель 1 податчика напорными магистралями 7 и 8 соединен с гидравлическим насосом 9, который напорными магистралями 10 и 11 соединен с гидродвигателем 5 вращателя. Гидродвигатель 5 вращателя сливной магистралью 12 соединен с баком для сбора масла (не обозначен). Сливная магистраль гидродвигателя 1 податчика магистралью 13 (фиг. 1) соединена с напорной магистралью 10 гидродвигателя 5 вращателя. В напорной магистрали 7 гидродвигателя 1 податчика установлен клапан-регулятор 14, который в одном из его крайних положений соединяет напорную магистраль 7 через магистраль 8 с гидронасосом 9, а в другом положении соединяет магистраль 7 через трубопровод 15 с баком. Трубопровод 16 соединяет магистраль 13 с каналом 17 управления клапана-регулятора 14, который вьшолнен с регулятором 18 для установки величины управляющего сигнала.

В другом варианте конструкции (фиг. 2) гидравлической бурильной машины в сливной магистрали 12 гидродвигателя 5 вращателя установлен дроссель 19, который расположен на участке между ее соединением посредством трубопровода 20 с каналом 17 управления клапана-регулятора 14 и баком.

При выполнении гидравлической схемы бурильной машины с реверсивным гидравлическим двигателем 5 вращателя ре«ерс последнего осуществляется перемещением рукоятки гидрораспределителя 21, установленного параллельно реверсивному гидродвигателю 5 (фиг. 7). В этом случае параллельно гидравлическому двигателю 5 установлен дополнительный клапан 22, который установлен с возможностью соединения напорной магистрали гидродвигателя 5 вращателя с каналом 17 управления клапана-регулятора 14 посредством магистрали 1.3 и трубопровода 16 (фиг, 3).

При выполнении гидравлической схемы бурильной машины с управлением от сливной магистрали реверсивного гидродвигателя 5 вращателя (фиг. 5) параллельно гидродвигателю 5 вращател; установлен дополнительный клапан 23, который размещен с возможностью соединения сливной магистрали гидродви- гатёля 5 с каналом 17 управления клапаном-регулятором 14 посредством трубопровода 20, а соединение магистрали 13 с напорной магистралью гидродвигателя 5 обеспечивает дополнительный клапан 22, установленный параллельно гидродвигателю 5.

В гидравлическую схему бурильной машины включены регулирующие клапаны 24, которые установлены в напорной 11 и сливной 12 магистралях реверсивного гидродвигателя 5 вращателя (фиг. 7), Для ограничения величины максимального давления в гидросистеме на выходе гидронасоса 9 установлен предохранительный клапан 25. Оптимальное давление рабочей жидкости в напорной магистрали гидродвигателя 1 податчика устанавливается с помощью клапана 26, размещенного в напорной магистрали 8. С помощью гидрораспределителей 27 и 28 осуществляется управление соответственно гидродвигателем 1 податчика и гидродвигателем 6 вибратора. Для обеспечения возможности извлечения буровой штанги 3 с использованием ручного управления магистраль 13 соединена через обратный клапан 29, -установленньш в магистрали 30, и гидрораспределитель 27 с гидронасосом 9, При этом при

36890

извлечении буровой штанги 3 по напор- ньм магистралям 7 и 8 осуществляется слив рабочей жидкости в бак, для чего параллельно клапану-регулятору 14 установлен обратный клапан 31, размещенный в трубопроводе 32, в параллельно клапану 26 установлен обратный клапан 33, размещенный в трубопро10 воде 34.

В качестве .одного из вариантов для реверсирования гидродвигателя 5 вращателя в гидросхему может быть включен гидрораспределитель 35, ус15 тановленный параллельно гидродвигателю 5 (фиг. 4 и 6).

Гидравлическая бурильная работает следующим образом.

В режиме бурения породы (фиг, 8)

20 гидронасос 9 подает рабочую среду под давлением в гидродвигатель 1 податчика через гидрораспределитель 27 и клапан 26, по магистра.аи 8, через клапан-регулятор 14 и по магист25 рали 7. Прохождение рабочей жидкости через 1 идродвигатель 1 обеспечивает его вращение и, следовательно, подачу вращателя 2 с буровой штангой 3 по раме 4 податчика в направлении к

30 забот. Рабочая жидкость, проходя через гидродвигатель , отдает часть

5

0

5

0

5

магистрали 13 оказывается ниже давления рабочей жидкости в магистрали 7. Рабочая жидкость по магистрали 13 поступает в напорную магистраль 10 гидродвигателя 5 вращателя. Поскольку для работы гидродвигателя 5 требуется значительно большее количество энергиИ; чем поступает от гидродвигателя 1, то дополнительное количество рабочей жидкости поступает по магистрали 1I через регуляирующий клапан 24 и гидрораспределитель 21 от гидронасоса 9. При этом разность величины давления рабочей жидкости в магистралях 7 и 13 соответствует заданному осевому усилию на буровую щтангу 3 в оптимальном режиме.бурения, а расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель 5, соответствует оптимальной скорости вращения буровой штанги 3 и равен сумме расходов рабочей жидкости, поступающей по магистралям 11 и 13. При этом скорость вращения гидродвигателя 5 регулируется изменением проходного сечения дросселя клапана 24. Одновременно с вращением гидродвигателя 5 посредством включения ги,ц- :рораспределителя 28 может быть при- :)зеден в действие гидродвигатель 6 ;вибратора. При этом площадь канала 17 управления клапаном-регуля- ором 1А, воздействующая на шток клапана- регулятора 14, и усилие пружины регулятора 8, Боздействующее на его шток, выбираются таким образом, чтобы в процессе нормального режима бурения давление рабочей жидкости в магистрали 7 бьто равным или несколько ниже, чем давление рабочей жидкости в магистрали 8, т.е. проходное

сечение клапана-регулятора 4 макси- I.о

мально,

Если в процессе бурения долото буровой штанги 3 попадает в трещину или в зону рыхлой породы, то сопротивление вращению буровой штанги 3 )зозрастает, а при увеличении сопро- |тивления вращению гидродвигателя 5 ;давление рабочей жидкости в напорной магистрали 10 и 11, магистрали 13 и ; трубопроводе 16 немедленно возраста- I ВТ (фиг. 9). При этом давление в ма- ;гистрали 13 увеличивается- ПО сравне- ншо с величиной давления в этой маги- jстрады при нормальном режиме бурения iУвеличение давления в трубопроводе |16, соединенном с каналом 17 управ- ;ления клапана-регулятора 14, вызьша- ;ет перемещение штока последнего в сторону уменьшения проходного сечения клапана-регулятора 14, в результате чего давление рабочей жидкости в магистрали 7 уменьшается. Таким образом, вследствие увеличения величины давления рабочей жидкости в магистрали 13 и уменьшения давления рабочей жидкости обеспечивается необходимое -уменьшение величины крутящего момента, создаваемого гидродвигателем 1„ т.е„ снижение осевой нагрузки на буровую штангу 3, что, в свою очередь, предотвращает заклинивание буровой штанги 3. Если, несмотря на описанное уменьшение осевой нагрузки на буровую штангу 3, сопротивление вращению буровой штанги 3 возрастает то клапан-регулятор 14 полностью пер крьгоает проходное сечение между магистралями 7 и 8 и соединяет магистраль через трубопровод 15 с баком. При этом давление рабочей жидкости в магистрали 13 становится выше давлен в магистрали 7, которая в этом случа становится сливной, в результате чег

направление вращения реверсивного гид- гидродвигателя 1 податчика и меняет- ся на противоположное, что ообеспечи- вает перемещение вращателя 2 с буровой штангой 3 из зоны оседающей рыхлой породы.

В другом варианте конструкции гид- ,. равлической бурильной машины (фиг. 2)

во время работы гидродвигателя 5 вращателя рабочая жидкость, проходящая по сливной магистрали 12, создает на дросселе 19 перепад давления. В случае небольшого сопротивления враще5 нию буровой штанги 3 поток рабочей жидкости в сливной магистрали достаточно интенсивен, что позволяет поддерживать величину давления в канале 17 управления клапана-регулятора 14, достаточную для удержания штока клапа 1а-регулятора 14 в положении, обеспечивающем максимальное проходное сечение, соединяющее магистрали 7 и 8, В случае увеличения сопротивления вращению гидродвигателя 5 вра- щателя уменьшается величина перепада давления на дросселе 19. Снижение величины давления рабочей жидкости в трубопроводе 20 вызывает перемещение штока клапана-регулятора 14 под действием пружины регулятора 18, что обеспечивает при достаточной величине сопротивления вращению гидродвигателя 5 вращателя изменение направления вращения гидродвигателя 1 по0

5

0

0

5

5

датчика на противоположное, как и

в ранее рассмотренном варианте в,ы- йолнения конструкции бурильной машины.

При выполнении гидродвигателя 5 вращателя реверсивным (фиг. 3) работа бурильной машины происходит аналогичньм образом дополнительный клапан 22 типа ИЛИ обеспечивает соединение магистрали 10 или магистрали 12, т.е. той из них, которая в данный момент является напорной магистралью гидродвигателя 5 вращателя с каналом 17 управления клапана- регулятора 14.

Аналогично происходит работа бурильной машины с реверсивным гидравлическим двигателем 5 вращателя и регулированием от его сливной маги- 5 страли (фиг. 5). При этом с помощью дополнительного клапана 23 канал 17 управления клапаном-регулятором 14 автоматически соединяется с одной из магистралей 10 или 12, т.е. той.

0

1

которая при данном направлении вращения гидродвигателя 5 является слив ной магистралью, а клапан 22 соединяет магистраль 13 с другой магистралью 12 или 10, которая при указанном направлении вращения гидродвигателя 5 является напорной. При этом подпор рабочей жидкости в сливной магистрали обеспечивается дросселями 19, ус- тановленными в магистралях II и 12, а для беспрепятственного прохода рабочей жидкости в напорной магистрали параллельно дросселям 19 установлены обратные клапа.ны.

При использовании для реверсирования гидродвигателя 5 вращателя гидрораспределителя 35 (фиг. 4 и 6) работа гидравлической бурильной машины не отличается от описанной ранее.

В качестве гидродвигателя 1 привода податчика может быть использован гидравлический цилиндр или какое либо другое устройство вытеснитель

ного типа.

Формула изобретения

. Гидравлическая бурильная машина, включающая врап1атель с гидравлическим двигателем, податчик с реверсивным гидравлическим двигателем, гидравлический насос, напорные и сливные магистрали гидравлических двигателей вращателя и податчика, ма- д истраль, соединяющую сливную магистраль гидравлического двигателя податчика с напорной магистралью гидравлического двигателя вращателя,.и бак, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения защиты двигателя от перегрузок за счет увеличения быстродействия системы управления путем автоматизации ее работы, она снабжена клапаном-регулятором с каналом управления, который соединен с одной из магистралей

i t

гидравлического двигателя вращателя, при этом клапан-регулятор установлен в напорной магистрали гидравлического двигателя податчика для ее соединения с гидравлическим насосом или с баком.

3.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что канал управления клапана-регулятора соединен со сливной магистралью гидравлического двигателя вращателя.4.Машина ion. 3, отличающая с я тем, что в сливной ма- гистали гидравлического двигателя вращателя, на участке между ее соединением с каналом управления клапана-регулятора и баком установлен

дроссель.

гО

t

i t

9u,2.2

f

9UZ.5

6

rOi

I

fO

19

/J

9u

25

X

/J

« I

ifoh

.5

9tiz.6

и,2.в

Редактор С. Патрушева

Составитель А. Холстов

Техред м.Дидык Корректор Н. Король

Заказ 5663/59

Тираж 459

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Подписное