Система автоматического управления режимом бурения Советский патент 1993 года по МПК E21B44/00 

. Изобретение относится к горной промышленности, а именно к системам автоматического управления режимами бурения, и может быть использовано при бурении шпуров, скважин и восстающих выработок.

Цель изобретения - повышение точности управления.

На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления режимом бурения.

Система содержит гидроцилиндры 1, регулируемый гидродроссель 2, дифференциальный датчик 3 давления, датчик 4 скорости бурения, усилитель 5, тиристорный преобразователь 6, вращатель 7, тахогене- ратор 8, множительный блок 9, дополнительный двухпороговый компаратор 10, блок 11 управления задатчиками интенсивности режима бурения, блок 12 задатчиков интенсивности режима бурения, двухпороговый компаратор 13, блок 14 управления серводвигателем, серводвигатель 15, буровой став 16.

Выход датчика 4 скорости бурения соединен с первым входом дополнительного компаратора 10 и входом усилителя 5, выход последнего через тиристорный преобразователь 6 соединен с входом вращателя 7. Буровой став 16 жестко соединен с валом тахогенератора 8, выход которого соединен с первым входом множительного блока 9. Входы датчика 3 давления соединены с штоков ыми и поршневыми полостями гидроцилиндров 1, а выход соединен с вторым входом множительного блока 9. Выход по- следнего соединен с первым входом компа00

о

О

о

ю ю

ратора 13. Выход дополнительного компаратора 10 через блок 11 управления задат- чиками и через блок 12 задатчиковсоединен с вторым входом компаратора 13. Выход компаратора 13 соединен с входом блока 14 управления серводвигателем, к,выходу которого подключен серводвигатель 15. Вал серводвигателя 15 жестко соединен с заслонкой регулируемого гидродросселя 2, вход которого соединен с поршневой полостью гидроцилиндров 1. Выход гидродросселя 2 соединен со сливом. . Система автоматического управления режимом бурения работает следующим образом.

До начала бурения регулируемый гидродроссель 2 устанавливают в зоне чувстви- тельности, исходя из крепости пород. Первым задатчиком блока 12 устанавливают интенсивность режима бурения также исходя из крепости пород. Причем подключенная уставка обеспечивает работу вращателя 7 с мощностью ниже номинальной. Если в процессе бурения сигнал на выходе блока 9 равен сигналу уставки первого за- датчика, то на выходе компаратора 13 сигнал равен нулю.

При переходе с мягкой на твердую породу скорость бурения снижается, как и падение давления на сидродросселе 2, следовательно, осевое усилие на забой увеличивается. При уменьшении скорости бурения сигнал с выхода датчика 4 скорости бурения, а значит усилителя 5 и тиристорно- го преобразователя 6 тоже уменьшится. Скорость вращения выходного вала вращателя 7, а значит и бурового става 16 тоже уменьшится, как и сигнал с выхода тахоге- нератора 8. Сигнал на выходе дифференциального датчика 3 давления увеличится. Сигналы с выходов блоков 8 и 3 поступают на множительный блок 9, с выхода которого сигнал подается на первый вход двухпоро- гового компаратора 13, выполненного с окном для обеспечения устойчивости системы. Где он сравнивается с сигналом уставки ранее подключенного первого за- датчика. Если сигнал на выходе блока 9 больше сигнала уставки, то на выходе компаратора 13 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход блока 14 управления серводвигателем. Блок 14 выполнен по ключевой схеме на двух транзисторах различной структуры, в коллекторные цепи которых, в качестве нагрузки включены катушки исполнительных реле (блок 11 управления задатчиками интенсивности режима бурения устроен аналогично). После поступления сигнала отрицательной полярности открывается

первый транзистор, включается реле и подключает серводвигатель 15. Вал серводвигателя 15, вращаясь, увеличивает проходное сечение гидродросселя 2 и тем

самым уменьшает величину сигнала на выходе датчика 3 давления. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока сигналы на выходах блоков 9 и 12 не станут равными. После чего выходной сигнал компаратора 13

0 станет равным нулю, первый транзистор закроется и реле отключит серводвигатель 15. Если сигнал на выходе блока 9 меньше сигнала уставки, то на выходе компаратора 13 появляется сигнал положительной поляр5 ности, открывается второй транзистор (первый при этом закрыт) подключается серводвигатель 15 и его вал начинает вращаться в обратном направлении, увеличивая тем самым сигнал с выхода датчика 3.

0 Регулирование закончится после того, как сигналы с выходов блоков 9 и 12 станут равными. После чего выходной сигнал компаратора 13 станет равным нулю, второй транзистор закроется, серводвигатель 15

5 отключится.

При переходе с твердой на мягкую породу скорость бурения, а значит, и скорость вращения бурового става 16 увеличиваются, в осевое усилие уменьшается. Однако и в

0 этом случае интенсивность режима бурения (мощность вращателя 7) поддерживается на постоянном уровне, как было описано выше.

При очень резком изменении крепости

5 пород от твердой к мягкой, скорость бурения значительно возрастает и выходной сиг- кал датчика 4 скорости бурения выходит из области окна дополнительного двухпоро- гового компаратора 10. Выходной сигнал

0 компаратора 10 становится отрицательным (до этого момента он был равен нулю) и поступает на вход блока 11 управления за- датчиками интенсивности режима бурения. Сигнал отрицательной полярности открыва5 ет первый транзистор, включается реле и подключает второй задатчик интенсивности блока 12 ко второму входу компаратора 13. Уставка второго задатчика меньше чем у первого, поэтому мощность, развиваемая

0 вращателем 7,уменьшается. Процесс ее стабилизации аналогичен описанному выше.

При обратном резком изменении крепости пород скорость бурения существенно уменьшается. Выходной сигнал датчика 4

5 снова выходит из области окна дополнительного компаратора 11 и на выходе последнего появляется сигнал положительной полярности (ранее выходной сигнал был равен нулю). Положительный сигнал открывает второй транзистор, включается реле и

подключает трети и задатчик интенсивности блока 12 ко второму входу компаратора 13. При этом, данная уставка больше уставки первого задатчика и задает интенсивность режима бурения, исходя из номинальной мощности вращателя 7. Процесс стабилизации номинальной мощности аналогичен описанному выше.

Для обеспечения устойчивости системы управления дополнительный двухпоро- говый компаратор 10 выполнен с окном. То есть, в зависимости от крепости пород (скорости бурения) система задает и стабилизирует мощность вращателя 7, одновременно поддерживая оптимальные значения скорости вращения бурового става 16 и осевого усилия на забой.

Формула изо бретени я Система автоматического управления режимом бурения, содержащая последовательно соединенные датчик скорости бурения, усилитель и тиристррный преобразователь, выход которого подключен к вращателю, регулируемый дроссель, соединенный с серводвигателем, дифференциальный датчик давления и тахогенера- тор, соединенные с входами блока

умножения, выход которого подключен к первому входу двухпорогового компаратора, к второму входу которого подключен за- датчик интенсивности, а выход компаратора подключен к блоку управления, соединенному с серводвигателем, отличающая- с я тем, что, с целью повышения точности управления, она снабжена дополнительными задатчиками интенсивности, подключенными параллельно основному и

последовательно соединенными дополнительным двухпороговым компаратором и блоком управления задатчиками интенсивности, причем выходы дополнительных за- датчиков интенсивности подключены к

дополнительным входам основного двухпорогового компаратора, а вход дополнительного двухпорогового компаратора соединен с выходом датчика скорости бурения. .

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить точность управления режимами бурения. Система имеет гидроцилиндры, регулируемый гидродроссель, дифференциальный датчик давления, датчик скорости бурения, усилитель, тиристорный преобразователь, вращатель, тахогенератор, множительный блок, дополнительный двухпороговый компаратор, блок управления задатчиками интенсивности режима бурения, блок задатчйков интенсивности режима бурения, двухпороговый компаратор, блок управления серводвигателем, серводвигатель и буровой став. При изменении крепости пород меняется скорость бурения и сигнал на выходе датчика скорости бурения и осевое усилие на забой. Сигнал с выхода датчика скорости бурения является заданием скорости вращения бурового става и мощности, потребляемой вращателем. Одновременно поддерживаются оптимальные значения скорости вращения става и осевого усилия на забой. 1 ил. н fe