Устройство электропитания магнитострикционного вибровозбудителя бурильной установки Советский патент 1991 года по МПК E21B6/00 

L а - 1

L..

грнераторы колебаний низкой частоты 11 и тактовых импульсов 14, реверсивный счетчик 13, ПАП 15 компаратор 12, фазовый детектор 10, сумматор 16, фильтр 9 низкой частоты, формирователь 7 импульсов и амплитудный детектор 8. Ис,i

точник 1 постоянного тока управляется

сигналом от датчика 3. Сигнал с датчика 3 пропорционален давлению подачи бурильной установки на забой. На импульсном источнике 4 питания производится с помощью блока 6 управления формирование импульсов, частота которых соответствует резонансу системы вибровозбудитель - забой. Таким образом, производится одновременное регулирование амплитуды и частоты возбуждающего тока, что приводит к снижению энергопотребления. 2 ил.

Изобретение относится к бурильной технике и м.б. использовано для интенсификации процесса бурения при использовании магнитострикционных вибровозбудителей. Цель изобретения - повышение эффективности работы путем снижения энергопотребления устройства. Устр-во содержит последовательно соединенные датчик 3 осевого усилия, блок 2 регулирования напряжения, источник 1 постоянного тока, импульсный источник 4 питания и вибровозбудитель 5. К второму входу источника 4 подключен выход блока 6 управления, вход которого соединен с выходом источника. Блок 6 управления содержит 5 (Л а

Изобретение относится к бурильной технике и может быть использовано для интенсификации процесса бурения при использовании магнитострикционных вибровозбудителей.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем сниже- ния энергопотребления устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства электропитания магнито- стрикционного вибровозбудителя (МБ); на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип работы блока управления.

Система состоит из управляемого источника 1 постоянного тока, управляющий лход которого связан через блок 2 регулирования напряжения с датчиком 3 осевого усилия, подключенным к гидроцилиндру подачи, а выход источника - с входом импульсного источника 4 питания. При этом выход послед

него соединен с обмоткой вибровозбу

дителя 5 и с входом блока 6 управления , а управляющий вход импульсного источника соединен с выходом формирователя 7 импульсов. Входной сигнал блока 6 управления через амплитудный цетектор 8, фильтр 9 низкой частоты подается на вход фазового детектора 10, на второй вход которого подается сигнал от генератора 11 колебаний низкой частоты, выход фазового детектора 10 через компаратор 12 подается на вход реверсивного счетчика 13, который тактируется генератором 14 тактовых импульсов. Выход реверсивного счетчика 13 соединен с входом цифро- аналогового преобразователя (ПАП) 15, а выход последнего - с входом сумматора 16 .

Система работает следующим образом

0

5

0

5

0

5

5

При включении питания и подаче бурильной установки на забой датчик 3 осевого усилия вырабатывает сигнал, который воздействует на блок 2 регулирования напряжения. В результате на выходе управляемого источника 1 постоянного тока появляется напряжение, пропорциональное величине осевого усилия.

Одновременно при подаче питания в блоке 6 управления вырабатывается сигнал управления импульсным источником 4 питания, воздействующим на обмотку магнитострикционного вибровозбудителя 5.

Формирователь 7 импульсов представляет собой генератор импульсов, частота следования которых зависит от входного напряжения. Это напряжение формируется на выходе сумматора 16, на входе которогр действуют синусоидальные напряжения низкой частоты с выхода генератора 11 и ступенчато-изменяющееся напряжение с выхода ПАП 15, зависящее от текущего состояния реверсивного счетчика 13, который тактируется генератором 14 тактовых импульсов.

Частоты генераторов 11 и 14 выбраны так, чтобы интервал между двумя соседними состояниями счетчика 13

значительно ($ 10 раз) превышал перич од колебания генератора 11. Таким образом, текущее состояние счетчика 13 и НАЛ 15 задают среднее значение частоты импульсов формирователя 7, а сигнал генератора 11 вызывает их частотную модуляцию, девиация которой определяется амплитудой напряжения генератора 11. Изменением состояния счетчика 13 достигается перестройка

516

формирователя 7 во всем рабочем диапазоне частот.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (фиг. 2а) имеет резко вы- ражегный экстремум, для которого характерно минимальное значение полного сопротивления Z (последовательный резонанс) . Работа МБ в этой области позволяет получить максимум активной составляющей потребляемой мощности и минимум напряжения на обмотке вибровозбудителя. Абсолютное значение минимума напряжения, нестабильно, так как зависит от состояния режущего инструмента, напряжения возбуждения (пропорционального усилию подачи), температуры, добротности обмотки MR и ряда других причин.

I

Однако АЧХ имеет крутые склоны, позволяющие эффективно преобразовать незначительные отклонения частоты возбуждающих импульсов в напряжение на обмотке, т.е. осуществлять преоб- разование частотно-модулированного напряжения в амплитудно-модулирован- ное. Кроме того, в связи с экстремаль сым характером АЧХ, фаза огибающей амплитудчо-модулированньгх колебаний может изменяться на 180е по отношению к фазе напряжения, модулирующего частоту формирователя 7, т.е. к фазе генератора 11, в зависимости от того, на каком склоне АЧХ находится рабочая точка. Так, при , производная dUfi ))(/df отрицательна (левая, падающая ветвь АЧХ) и фаза огибающей проти вофазна напряжению генератора 11 (фиг. 26). На правой ретьи АЧХ эти сигналы синфазы (фиг. 2в). Таким образом, изменение фазы огибающей свидетельствует о прохождении резонанса. Огибающая выделяется амплитудным дететором, 8,фильтр 9 низкой частоты отде- ляет огибающую от импульсов заполнения, а фазовый детектор 10 сравнивает фазу огибающей с фазой напряжения генератора 11. Если выходное напряжение фазового детектора 10 положитель но, значит огибающая выходного напряжения и модулирующее напряжение син- фазны и f fpev (рабочая точка находится на правом склоне АЧХ), а если отрицательно, то .. Компаратор 12 вырабатывает логические уровни i O и 1 в зависимости от знака выходного напряжения фазового детектора 10.

5

1

0

5 о д 5 0 5

5

13

При положительном выходном напряжении () вырабатывается уровень логический О, переключающий счетчик 13 на вычитание, напряжение на выходе преобразователя 15 снижается, что вызывает уменьшение напряжения на выходе сумматора 16 и входной частоты формирователя 7 импульсов. Рабочая точка возвращается к резонансу. После его прохождения ( рвэ.) знак выходного напряжения фазового детектора 10 изменяется на противоположный, компаратор 12 устанавливается в состояние логическая 1, счетчик 13 включается в режим суммирования и частота импульсов формирователя 7 возрастает. Работоспособность блока 6 управления не зависит от амплитуды напряжения, так как фиксация момента резонанса происходит по изменению фазового сдвига. Это очень важно, так как в данном устройстве имеется Независимый контур регулирования по мощности возбуждения и напряжение принципиально может изменяться в широких пределах в зависимости от усилия подачи.

Следовательно, блок управления формирует и(тульсы питания, обеспечивающие работу при минимуме напряжения на зажимах вибровоэбудителя, что соответствует резонансу электромеханического контура вчбровозбудитель - забой и характеризуется компенсацией реактивных составляюгчих контура, т.е. потребляемая электроэнергия максимально используется для выполнения механической работы по разрушению забоя.

Использование автоматической пегу- лировки напряжения питания импульсного источника по усилию подачи обеспечивает рациональную форму импульсов, улучшая при этом энергетические показатели устройства, повышает надежность, вибровозбудителя, предохраняя механически ненагруженный вибровозбудитель от работы с большой амплитудой колебаний (при забуривании, прохождении пустот в породе и окончании бурения), а также повышает удобство эксплуатации, сводя к минимуму количество органов управления.

Формула изобретения

Устройство электропитания магни- тострикционного вибровозбудителя бу .