Устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка Советский патент 1989 года по МПК E21B44/06 

17

сд

Изобретение относится к горной промышленности. Цель изобретения - повышение точности управления и снижение потребляемой мощности. Устройство содержит клапан 1, состоящий из головки 2 управления с электромагнитом /ЭМ/ 3 и золотника 5, генератора 18 пилообразного напряжения, двух компараторов 19, 23, коммутатора 22 управляющего сигнала, дифференциального усилителя 21, датчика 24 т-ры и датчика 25 вязкости. Обмотка 12 ЭМ 3 подключена к выходу импульсного усилителя 20 мощности. При изменении т-ры окружающей среды сигнал с датчика 24 через дифференциальный усилитель 21 и первый компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20 мощности, что приводит к изменению длительности сигнала управления ЭМ 3. При изменении вязкости рабочей жидкости сигнал с датчика 25 через компаратор 23, коммутатор 22 управляющего сигнала, дифференциальный усилитель 21 и компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20, что также приводит к изменению длительности управляющего импульса. При этом изменяется давление рабочей жидкости в гидросистеме бурового станка. 1 ил.

&0

У)

среды сигнал с датчика 2k через дифференциальный усилитель 21 и первый компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20 мощности, что приводит к изменению длительности сигнала управления ЭМ 3. При изменении вязкости рабочей жидкости сигнал -с датчика 25 через компаратор 23, комИзобретение относится к горной промышленности, а именно к управле- нию режимами вращательного бурения взрывных скважин.

Целью изобретения является повышение точности управления и снижение потребляемой мощности.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства управления.

Устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка со- держит клапан 1, головку 2 управле- |ния с электромагнитом 3, включающее корпус 4 головки, золотник 5, напорное отверстие 6, сливное отверстие 7 сопло 8, заслонку 9, сердечник 10 электромагнита со штоком 11, обмотку 42 электромагнита, уплотнительные кольца 13-15 крышку 16 электромагнита, и блок 17 управления, состоящий из генератора 18 пилooбpaзнo o напряжения, первого компаратора 19, импульсного усилителя 20 мощности, дифференциального усилителя 21, коммутатора 22 управляющего сигнала, второго компаратора 23, датчиков 24 температуры и датчика 25 вязкости рабочей жидкости.

Выход датчика 25 вязкости соединен с входом второго компаратора 23, выход которого подключен к управляю- щему входу коммутатора 22 Выход коммутатора 22 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 21, инвертирующий вход которого подключен к выходу датчика 2 температуры. Выход дифференциального усилителя 21 и выход генератора 18 пило образного напряжения подключены к входам первого компаратора 19, выход

которого через импульсный усилитель 20 мощности подключен к электромагниту 3 головки 2 управления.

Сопло 8 расположено в подвижном золотнике 5, способном перемещаться

мутатор 22 управляющего сигнала, дифференциальный усилитель 21 и компаратор 19 поступает на импульсный усилитель 20, что также приводит к изменению длительности управляющего импульса. При этом изменяется давление рабочей жидкости в гидросистеме бурового станка, 1 ил.

5

0

5 0 5 0

5

0

5

относительно корпуса головки 4 для начальной настройки устройства по критерию минимальной мощности, рассеиваемой электромагнитом 3.

Устройство работает следующим образом.

1атчик 25 вязкости рабочей жидкости анализирует ее параметры. Выходной сигнал датчика 25 сравнивается, вторым компаратором 23 с опо рным напряжением Ugj, . По достижении вязкостью рабочей жидкости номинальной величины срабатывает компаратор 23, разре-. шая коммутатору 22 прохождение сигнала управления U на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 21, На инвер1йрующий вход того же усилителя подается сигнал с датчика температуры рабочей жидкости. Разность сигналов - U,- усиливается и подается на первый компаратор 19, на другой вход которого подается пилообразное напряжение U, с выхода генератора 18 пилообразного-напряжения. В результате сравнения пилообразного напряжения U , и усиленной разности K (Uyr,- UT-)образуется на выходе первого компаратора 19 импульсная последовательность с частотой, равной частоте генератора пилообразного напряжения, и длительностью импульса в периоде, пропорциональной K (Uv,p|- UT). Эта последовательность,- усиленная импульсным усилителем 20 до амплитуды, достаточной для полного закрывания сопла 8, подается на электромагнит 3 головки 2 управления, Сердечник 10 электромагнита со штоком 11 и заслонкой 9 начинает колебаться с частотой импульсной последователь- ности, причем продолжительность закрытия сопла О в периоде равна ширине импульса и пропорциональна К-(, т) В результате дросселирования рабочей жидкости через отверстия малого диаметра в основном клапа не 1 давления

и головке 2 управления пульсации управляющего потока рабочей жидкости сглаживаются и давление в управляюще полости основного клапана 1 можно считать постоянным, пропорциональным времени закрытия сопла 8 в периоде (ширине импульса), а .следовательно, усиленной разности К ( U-r) . Золотник основного клапана 1 управляет давлением в напорной магистрали так, что оно пропорционально давлению в управляющей полости основного клапана.

Таким образом, устройство осущест вляет импульсное пропорциональное управление давлением в гидросистеме с коррекцией по температуре и вязкости рабочей жидкости.

Коррекция по температуре необхо- дима в связи с широким температурным диапазоном рабочей жидкости от - tO до +90°, в котором физико-механические свойства минерального масла значительно меняются, изменяются гидрав лимеские сопротивления отверстий з золотниках основного клапана и головки управления. Следовательно, изменяется и давление в напорной магистрали гидросистемы. Разрешение работы гидросистемы (повышения давления}по достижении рабочей жидкостью определенной вязкости необходимо в связи с возможностью аварийного превышения давления в гидросистеме в момент запуска при низких температурах окру- жающей среды.

Для повышения усилия электромагни- .та и снижения рассеиваемой мощности введена регулировка положения золотника 5 головки 2 управления относи- тельно корпуса головки и .жестко закрепленного на ней электромагнита 3. Электромагнит 3 развивает максимальное усилие при минимальном зазоре между сердечником 10 и упором электромагнита 3. Рабочий ход штока 11 электромагнита 3 в устройстве, обеспечивающий изменение давления от О до максимума, равен 0,5-0,6 мм. Следовательно, основным критерием настройки золотника 5 является одновременное достижение сердечником 10 электромагнита 3 своего упора и заслонки 9 сопла. При этом зазоры .выбираются одновременно и электро- агнит работает в оптимальном режиме с минимальной потребляемой мощностью.

.

5 5

0

В случае, если зазор электромагнита 3 выбирается раньше зазора между соплом 8 и заслонкой 9, последняя не достигает сопла 8 и давление не достигает максимума. Если же раньше выбирается зазор между заслонкой 9 и соплом В, электромагнит 3 работает с зазором, что снижает его отдачу и требует повышения мощности, рассеиваемой обмоткой.

Импульсное управление клапаном позволяет добиться низких значений гистерезиса (+3) за смет постоянного уровня первой гармоники тока, протекающего через обмотку электромагнита во всех режимах.

Формула изобретения

Устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка, содержащее клапан, состоящий из головки управления с золотником, заслонкой и электромагнитом с сердечником и упором, причем обмотка электромагнита подключена к выходу импульсного усилителя мощности, и дифференциальный усилитель, отличающееся тем, ЧТО; с цельлз повышения точности управления и снижения потребляемой мощности, оно снабжено двумя компараторами, коммутатором управляющего сигнала, датчиками температуры и вязкости и генератором пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого компаратора, к второму входу которого подключен выход дифференциального усилителя, а выход первого компаратора подключен к импульсному усилителю мощности, датчик вязкости подключен к первому входу второго компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с первым входом коммутатора управляющего сигнала, второй вход которого соединен с клеммой напряжения управления, а выход коммутатора подключен к первому входу дифференциального усили теля, к второму входу которого подключен датчик температуры, причем золотник головки управления выполнен подвижным с возможностью регулирования зазора между сердечником электромагнита и его упором, соответствующего зазору между торцом золотника и заслонкой.