Устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка Советский патент 1991 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к управлению режимами вращательного бурения взрывных скважин посредством изменения давления в гидросистеме бурового ставка.

Известен предохранительный клапан с пропорциональным электрическим управлением, предназначенный для предохранения гидросистем от перегрузок, а также для дистанционного регулирования, содержащий основной клапан и головку управления с электромагнитом и используемый в комплекте с электронным блоком БУ 1100.

Недостатками известного клапана являются низкая чувствительность, малый диапазон регулирования и недостаточная

надежность, связанная с отсутствием предохранительных свойств при выходе из строя электромагнита.

Известно устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка, содержащее основной клапан давления, головку управления с электромагнитом и блок управления. В головке управления имеется золотник, позволяющий осуществлять начальную настройку элемента типа сопло-заслонка по критерию минимальной мощности, рассеиваемой электромагнитом.

К недостаткам указанного устройства относятся потеря предохранительных свойств в результате выхода из строя электромагнита и связанная с этим недостаточная надежность устройства в целом, а также низкая чувствительность вследствие больших усилий со стороны электромагнита и малый диапазон регулирования в области низких давлений.

Целью изобретения является повышение чувствительности путем уменьшения жесткости пружины, повышение надежности и расширение диапазона регулирования, т.е. повышение эффективности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве управления давлением в гидросистеме бурового станка, включающем головку управления с золотником, внутри которого расположено отверстие со сливным и напорным каналами, и управляемым электромагнитом, выполненным из обмотки и сердечника со штоком, головка управления снабжена подпружиненной конической заслонкой, взаимодействующей со штоком сердечника электромагнита, при этом центральное отверстие золотника выполнено конической формы, соответствующей форме конической заслонки, причем на внутренней поверхности центрального отверстия золотника выполнено кольцевое сопло, а надзолотниковая и подзолотниковая полости соединены между собой гидравлическим каналом.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства управления давлением в гидросистеме бурового станка; на фиг. 2 - силы, действующие на коническую заслонку в процессе работы устройства.

Устройство управления давлением содержит головку 1 управления с золотником 2, внутри которого расположено отверстие со сливным 3 и напорным 4 каналами, и управляемый электромагнит 5, выполненный из обмотки б и сердечника 7 со штоком 8. Головка 1 управления снабжена кониче- ской заслонкой 9 с пружиной 10. Центральное отверстие 11 золотника 2 выполнено конической формы, соответствующей форме конической заслонки 9, причем на внутренней поверхности отверстия 11 золотника 2 выполнено кольцевое сопло 12. Надзолотниковая полость 13, образованная золотником 2 и торцом электромагнита 5, соединена гидравлическим каналом 14 с подзолотниковой полостью 15, образованной золотником 2 и регулировочным винтом 16. В корпусе головки 1 управления выполнены отверстия 17 для подачи рабочей жидкости и отверстие 18 для ее слива.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал Уэм поступает на обмотку 6 электромагнита 5. Созданное электромагнитом

5 магнитное поле воздействует на сердечник 7, и возникающее усилие через шток 8 передается на коническую заслонку 9. Через отверстие 17 для подачи рабочей жидкости поток масла поступает в напорный канал 4 и затем в кольцевое сопло 12 золотника 2. Поток масла из сопла 12 воздействует на коническую заслонку 9 в том же направлении, что и шток 8 электромагнита

5. Отработанное масло через сливной канал 3, надзолотниковую полость 13,гидравлический канал 14, подзолотниковую полость 15 и отверстие 18 уходит на слив. В противоположном направлении на коническую заслонкуЭ действует сила сжатия пружины 10, варьируемая с помощью вращения регулировочного винта 16.

Таким образом, в процессе работы устройства на коническую заслонку действуют

силы FI и F2 (фиг. 2), причем их нормальные составляющие FNI и FN2 равны по модулю и противоположны по направлению, т.е. компенсируют друг друга, а тангенциальные составляющие РП и Ft2 складываются и их

равнодействующая Fri + Ft2 воздействует на пружину заслонки.

Связь, сил, действующих на коническую заслонку 9, можно записатч в виде формулы

30

Рпр Р.

давл

+ Рэм,

5

0

0

5

где Рпр - сила сжатия пружины (Н);

Рдавл - сила давления, действующая на заслонку (Н), равная:

а

Рдавл Ft Р SK Sin - ,

где Р - давлг.-i/ie в напорном канале золотника (Па):

SK - площадь кольцевого сопла (м2):

а - угол г.ри вершине конуса заслонки (рад):

Рэм - сила, действующая на коническую заслонку со стороны штока электромагнита (Н), пропорциональная управляющему сигналу Уэм.

Таким образом, зависимость давления масла в гидросистеме бурового станка от управляющего сигнала 1Ьм имеет обратный линейный характер.

За счет уменьшения на порядок жесткости пружины предлагаемое устройство обладает высшей чувствительностью к входным сигналам, расширяется диапазон регулирования в области низких давлений,

так как в этом случае в отличие от прототипа управление ведется при относительно высоких значениях тока электромагнита 5. Абсолютное же значение тока и мощность электромагнита 5 снижаются пропорционально снижению жесткости пружины. При выходе из строя электромагнита 5 предохранительные свойства устройства сохраняются за счет начальной установки максимального давления с помощью регулировочного винта 16.

Пример. Изготовлено устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка, рассчитанное на максимальное давление 20.0 МПа с площадью 5к кольцевого сопла 8, равной 12,5x10 м , углом а при вершине конуса заслонки 9, равным 1Г20 .

Максимальная сила сжатия пружины 10 равна 25 Н (для клапана с обычным соплом того же сечения сила сжатия пружины составляет 250 Н).

Амплитуда управляющего сигнала иэмд 10 В, а коэффициент передачи электромагнита К 2,5(Н/В).

Следовательно, предлагаемое устройство позволяет на порядок снизить мощность, подаваемую на электромагнит 5, и усилие пружины 10 с 250 до 25 Н. Его использование позволяет повысить чувствительность за счет снижения силовых нагрузок на исполнительный электромагнитный элемент. Кроме того, его применение в системе управления не изменяет ее

0

5

0

5

исходного состояния, позволяя при этом расширить функциональные возможности за счет регулирования по обратной линейной зависимости. В результате этого производительность бурового станка повышается на 1,5%.

Формула изобретения Устройство управления давлением в гидросистеме бурового станка, включающее головку управления с золотником, внутри которого расположено центральное отверстие со сливным и напорным каналами, и управляемым электромагнитом, выполненным мз обмотки и сердечника со штоком, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства, головка управления снабжена подпружиненной конической заслонкой, взаимодействующей со штоком сердечника электромагнита, при этом центральное отверстие золотника выполнено конической формы, соответствующей форме конической заслонки, причем на внутренней поверхности центрального отверстия золотника выполнено кольцевое сопло, а надзолотниковая и подзолотниковая полости соединены между собой гидравлическим каналом.

30

Изобретение относится к горной технике, а именно к управлению рабочими режимами на буровых станках вращательного бурения с гидроприводом подачи или вращения. Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства. Устройство состоит из клапана давления, головки управления (ГУ) с управляемым электромагнитом (ЭМ). В корпусе ГУ находится золотник, ка внутренней конической поверхности которого выполнено кольцевое сопло с возможностью взаимодействия с подпружиненной конической заслонкой и штоком сердечника ЭМ. В ГУ расположен регулировочный винт, позволяющий варьировать силу сжатия пружины заслонки. Устройство также снабжено блоком управления, выход которого подключен к обмотке. Внутри золотника расположено центральное отверстие со сливным и напорным каналами. Центральное отверстие выполнено конической формы, соответствующей форме заслонки. Надзолотниковая и подзолотниковая полости соединены между собой гидравлическим каналом. 2 ил. Ё

/5243

fO 9 f8 ц

Фи.г.1

15 5

i У7Х 8

Фиг.2.