Устройство управления режимами бурения вращательных станков Советский патент 1978 года по МПК E21B44/00 

(54). УСТРийСТВО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СТАНКОВ резонансной частоты с частотой максимума спектральной плотности. Это достигаетсятем, что датчик нагрузки подключен к одному из входов анализатора спектра, выход которого связан через экстремальный регулятор с входами серводвигателей грубого и точного отсчета,-ВЫХОДЫ которых подклю чены к двум другим входам анализатора спектра и к потенциометрическим преоб разователям грубого и точного отсчета подключенных через суммирующий блок к одному из входов блока сра,внения, к второму входу которого через блок рез нансной частоты подключен датчик глубины скважины, а выход блока сравнения через двухканальный экстре- мальный регулятор и блоки граничны значений связан с регуляторами усилия и скорости вращения. На чертеже изображена блок-схема устройства управления режимами бурения вращательных станков. Устройство состоит из регулятора 1 усилия подачи и регулятора 2 скорости вращения, входы которых соединены через блоки 3 и 4 граничных значений с выходами двухканального экстремального регулятора 5, предназначенного под бирать такие значения усилия подачи и скорости вращения инструмента, при ко торых входной сигнал двухканального экстремального регулятора, пропорциональный разности частот максимума спектральной плотности нагрузок на ин струменте и резонансной частотой буровой машины, был минимальньом. Вход двухканального экстремального регулят ра 5 соединен с выходом блока б сравнения, входы которого соединены с бло ком 7 резонансной частоты, который вы дает электрический сигнал, пропорциональный резонансной частоте в зависимости от глубины скважины, и с выходом блока 8 суммирования, который выдает электрический сигнал, пропорциональный частоте максимума спектральной плотности нагрузок на породоразрушающий инструмент. Система, выдающая сигнал, пропорциональный частоте максимума спектральной плотности нагру зок, состоит из потенциометрических преобразователей угла поворота грубого 9 и точного 10 отсчета, серводвига телей грубого 11 и точного 12 отсчета анализатора 13 спектра частот, экстре мального регулятора 14, датчиков.нагрузок 15 и глубины скважины 16. Структура нагрузок на породоразрушающий инструмент зависит от скорости вращения инструмента, усилия подачи инструмента на забой, интенсивности очистки, физико-механических свойств горной породы и ее состояния (крепост породы, абразивность породы, трещиноватость и т.д.) Наиболее пpиe 4лeмыми факторами, имеющими широкий диапазон регулирования и поддающимися регулиро ванию, являются усилие подачи и .скорость вращения инструмента. Их изменением можно добиться различных форм н.агрузок, т.е. сформировать на долоте нагрузки, которые комплексно могут быть охарактеризованы спектральной плотностью. Максимум спектральной плотности соответствует основной частоте разрушения скальной породы. Динамические свойства бурового станка характеризуются коэффициентом усилия и резонансной частотой, причем последняя зависит от длины буровой штанги, количества штанг, т.е. от глубины скважины. Эта зависимость реализуется блоком 7. При взаимодействии инструмента с породой на нем возникают стохастические нагрузки, которые воспринимаются датчиком нагрузок 15 и подаются на вход анализатора 13 спектра, построенного на двойных Т-образных фильтрах. Выходное напряжение анализатора 13 спектра подается на экстремальный регулятор 14, который с помощью серводвигателя 12 и 11 подбирает такой Т-образный фильтр анализатора спектра, при котором выходное напряжение последнего будет максимальным. Таким образом будет определен максимум спектральной плотности нагрузок. Угол поворота переключателей Т-образных фильтров будет пропорционален частоте максимума спектральной плотности. С помощью потенциометрических преобразователей грубого 9 и точного 10 отсчета и блока 8 суммирования на выходе последнего будет электрический сигнал,пропорциональный частоте максимума спектральной плотности.Далее этот сигнал сравнивается- в блоке б с сигналом,пропорциональным резонансной частоте, полученным на выходе блока 7. Сигнал, пропорциональный рассогласованию, поступает на вход двухканального экстремального регулятора 5, который при помощи регуляторов 1 и 2 подбирает такое соотношение усилия подачи и скорости вращения, при котором сигнал рассогласования минимален . При изменении глубины скважины будет непрерывно изменяться сигнал, пропорциональный резонансной частоте.Следовательно, режимы бурения по всей глубине скважины корректируются. При изменении нерег1улируемых факторов (крепость породы, абразивность, трещиноватость и др.) изменится структура нагрузки, т.е. переместится основная частота разрушения, что повлечет за собой изменение сигнала на выходе блока 7. Следовательно режимы бурения будут корректироваться при любом изменении структуры нагрузок. Предлагаемое устройство управления режима бурения вращательных станков может работать по одной из составляю