Автоматическое устройство управления бурового станка Советский патент 1982 года по МПК E21B44/00 

1

Изобретение относится к средствам автоматизации буровых машин.

По основному авт. св. № t88l95 известно устройство, содержащее электродвигатель вращателя, пневмоподатчик,два воздухораспределителя, пневмоаккумулятор с обратным клапаном, автоматическую защиту от заклинивания бурового органа с датчиком нагрузки и три электрически связанных между собой логических пороговых устройства, второй датчик нагрузки и задатчик оптимального усилия бурового станка.

Второй датчик нагрузки электрически связан с силовой цепью электродвигателя и задатчиком оптимального усилия бурового станка, а также электрически соединен через электронный блок, включающий в себя два логических блокин -генератора, два фильтра и усилитель с тиристорами, с исполнительным механизмом, который жестко связан с пневмодросселем.

Пневмодроссель соединен воздухопроводом с воздухораспределителем ручного управления и пневмоподатчиком.

Такое устройство осуществляет автоматическую защиту от заклинивания бурового органа, автоматическое регулирование усилия подачи и поддержание заданного значения нагрузки электродвигателя вращателя путем изменения проходного сечения пневмоtoдросселя, а вместе с ним и давления в пневмоподатчике бурового станка 1.

Однако при использовании известного устройства производительность бурения и надежность работы бурового станка снижаются в результате возникновения при бурении взрывных скважин интенсивной вибрации, уровень которой нередко превышает допустимые

20 нормы. Это обстоятельство имеет существенное значение, поскольку в процессе бурения взрывных скважин при возникновении сильной вибрации станка оптимальное управление не выдерживается, и машинист, излишне снижая осевое усилие на забой скважины для уменьшения уровня вибрации, тем самым снижает скорость проходки и сменную производительность станка. Кроме того, вибрации вызывают дополнительные динамические напряжения во всех узлах бурового станка, снижая его надежность, а также при определенных условиях (резонанс) они могут нарушить процесс бурения и подвергают обслуживающий персонал вредному воздействию низкочастотной вибрации, которая нередко существенно превышает допустимые санитарно-гигиенические нормы. Вследствие этого для защиты от вибраций членов станочной бригады и оборудования необходимо в первую очередь нормализовать режим бурения по фактору вибрации .

Цель изобретения - автоматизация регулирования режима бурения при непрерывном контроле уровня вибрации станка, улучшение производственных условий труда персонала станка, а также снижение динамических нагрузок в оборудовании станка.

Указанная цель достигается тем, что автоматическое устройство управления бурового станка дополнительно снабжено усилителями, двумя выпрямителями, двумя нуль-органами, задатчиком уровня вибрации и датчиком ypoB-js на ня амплитуды низкочастотной составляющей вибрации, который механически связан с платформой бурового стан ка, выходы обоих датчиков соединены через усилители, выпрямители с фильт рами и нуль-органы с исполнительным механизмом пневмодросселя бурового .станка. На фиг. 1 изображена принципиальная схема пневматической части устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема электрической части устройства с дополнительными элементами. Пневмоподатчик 1 через воздухорас пределители 2 и 3 связан с магистралью, подводящей сжатый воздух от компрессора. Аккумулятор 4 сжатого воздуха через обратный клапан 5 соединен с магистралью, и в нем поддерживается давление пневмосети. Пневмодроссель 6 автоматического управления соединен воздухопроводом с воз духораспределителем 3 и пневмоподат

чиком 1. Пневмодроссель b автоматического управления при нормальной нагрузке электродвигателя позволяет осуществить ручное управление пневмоподатчиком 1 с помощью воздухораспределителя 3.

Электрическая схема устройства включает в себя следующие основные элементы: автоматическую защиту 7 от заклинивания бурового органа с тремя связанными между собой логическими пороговыми устройствами, датчик 3 нагрузки, задатчик 9 оптимального усилия бурения, блокинг-генераторы 10 и 11, фильтры 12-17, триггеры 18 и 19, исполнительный механизм 20, выпрямители 21 и 22, диоды 23-28, резисторы 29-31, конденсаторы 32 и 33. Электрическая схема устройства включает в себя следующие дополнительно введенные элементы: датчик 3+ уровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации, усилитель, выполненный на транзисторах 35-39, выпрямитель 0 с фильтром 1-42- 3, задатчик k допустимого по санитарно-промышленным нормам уровня вибрации, нуль-органы 5 и 46, конденсаторы 47-5, диоды 55-58, резисторы 59-6 и транзисторы 65-70.

Датчик З уровня вибрации пола в кабине машиниста, выдающий в систему сигнал, пропорциональный виброскорости, подключен на вход усилителя транзисторах 35-39. Усилитель мерез выпрямитель 0 с фильтром 4142- 3 соединен с измерительной схемой сравнения. Измерительная схема включает в себя нуль-органы на трансформаторах 5 и 46, диодный компаратор 55-58, блокинг-генераторы на транзисторах 66 и 69. Выходной каскад схемы выполнен как усилитель-ключ с общим эмиттером на транзисторах б7 и 70, в цепь которых включены тиристоры 18 и 19. Тиристоры 18 и соединены с исполнительным механизмом 20 пневмодросселя 6 бурового станка. Датчик 8 нагрузки и задатчик 9 соединены через электронный блок, выполненный с двумя логическими блоКИН1-генераторами 10 и 11, двумя фильтрами и и усилителем с тиристорами 18 и 19 с иЬполнительным механизмом 20, жестко связанным с пневмодросселем 6. Датчик 3- уровня амплитуды низкомастотной переменной составляющей вибрации жестко связан с платформой бурового станка и электрически соединен с задатчиком 4. Выходы задатчика и датчика 3 электрически связаны через электронный блок, выполненный с усилителем выпрямителем 40 с фильтром 4l- 3, логическими нуль-органами на трансформаторах i5 и 46, с исполнительным механизмом 20 пневмодросселя 6 бурового станка. Устройство работает следующим образом. Для непрерывной оценки фактического значения величины уровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации бурового станка и недопущения ее превышения допустимого уровня независимо от знака амплитуды колебаний выходная величина датчика З уровня амплитуды вибрации усиливается пятикаскадным низкочастотным усилителем переменного тока на транзисторах 35-39, преобразуется выпрямителем 40 в напряжение постоянного тока, которое сглаживается фильтром 41-43, и поступает в балансную измерительную схему на логических нуль-органах 45 и 46 с диодным компаратором 55-58 и блокинг-генераторами на транзисторах 66 и 69, где сравнивается с заданным опорным напряжением с задатчика 44 оптимального уровня вибрации станка. Балансная измерительная схема электронного блока является знакочувствительным нуль-индикатором опорного на пряжения с задатчика 44 и напряжения с датчика 34 уровня вибрации и связана с блокинг-генераторами на транзисторах 66 и 69 через дифференциальные обмотки трансформаторов нуль-органов 45 и 46 и конденсаторы 50 и 54. Средняя точка дифференциальной обмотки обратной связи трансформаторов нуль-органов 45 и 46 подключена на вход транзисторов 66 и б9 через конденсаторы 50 и 54. Для импульсов бло кинг-генераторов концы дифференциаль ной обмотки трансформаторов нуль-органов 45 и 46 соединены с нулем питания через динамические сопротивления диодов 55-58 и шунтированы кон денсаторами 48, 49, 52 и 53. В состоянии равновесия измеритель ной схемы сравниваемые диодами 55-58 9 напряжения равны. Диоды смещены в прямом направлении, и ч.ерез них протекают небольшие прямые токм, которые определяются сопротивлением резисторов 59 и 62. Равным токам через диоды соответствуют также равные по величине их динамические сопротивления. Мостовые схемы переменного тока (обмотка трансформатора нуль-органа 45, диоды 55 и 56, обмотка трансформатора нуль-органа 46, диоды 57 и 58) находятся в равновесии. Концы обмоток трансформаторов нуль-органов 45 и 46 соединены таким образом, чтобы при равенстве входных напряжений на диодах 55-58 возникала положительная обратная связь. При этом выполняется условие самовозбуждения блокин -генераторов. Колебания блокинг-генераторов через обмотку трансформаторов нуль-органов 45 и 46 поступают на базу транзисторов б5 и 68. Через транзисторы 65 и 68 заряжаются конденсаторы 47 и 51, протекающий через резисторы 60 и 63 базовый ток открывает транзисторы б7 и 70, напряжение выхода с которых падает до величины, близкой к нулю. Тиристоры 18 и 19 выходного каскада закрыты, обмотки исполнительного механизма 20 обесточены. При этом пневмодроссель 6 находится в таком положении, когда буровой станок работает с оптимальной скоростью бурения, соответствующей номинальной нагрузке электродвигателя вращателя и допустимому уровню вибрации станка. Этому состоянию схемы соответствует равенство опорного и контролируемого напряжений. К диодам 56 и 57 подводится контролируемое напряжение датчика, а к диодам 55 и 58 - опорное напряжение. При вибрации станка, превышающей допустимый по санитарно-промышленным нормам уровень, контролируемое напряжение с датчика 34 превышает опорное, и равновесие измерительной схемы нарушается. Ток через один из диодов увеличивается, одновременно ток через другой диод уменьшается. Происходит сдвиг рабочих точек на вольт-амперных характеристиках диодов 55-58 и соответственно изменяются величины их динамических сопротивлений, диод 55 открыт, а диод 57 закрыт. Знак обратной связи меняется на отрицательный. Колебания блокин - генератора прекращаются. Конденсатор 51 разряжается. Напряжение сме790

щения через резистор б запирает транзистор 70, и протекающий базовый ток открывает тиристор 19 выходного каскада, который включает исполнительный механизм 20 на уменьшение усилия подачи бурового става на забой, а, следовательно, и вибрации станка до уровня допустимой. По окончании процесса регулирования равновесие измерительной схемы восстанавливается, тиристор 19 закрывается, и исполнительный механизм 20 обесточивается.

При вибрации станка ниже порогового уровня и скорости бурения станКЗ меньше оптимальной опорное напряжение превышает контролируемое. В работу включается нуль-орган ЦВ и тиристор 18, а исполнительный механизм 20 изменяет положение пневмодросселя 6 в сторону увеличения скорости бурения до заданной оптимальной, рассогласование в системе устраняется. Регулирование и увеличение скорости бурения происходит до тех пор, пока не установится заданный оптимальный режим бурения бурового станка, нагрузка электродвигателя вращателя и уровень вибрации бурового станка не станут номинальными.

Таким образом, автоматическое устройство управления бурового станка позволяет осуществить регулирование режима бурения при непрерывном контроле уровня вибрации и стабилизации его в допустимом режиме бурения, защиту обслуживающего персонала и бурового инструмента от вредного воздей8

стаия вибраций, снизить динамические нагрузки в механическом и электрическом оборудовании станка, значительно повысить надежность станка и улучшить производственные условия труда. Как следствие, работа устройства сопровождается заметным экономическим эффектом.

Формула изобретения

Автоматическое устройство управления бурового станка по авт. св. № 88195, отличающееся тем, что, с целью автоматизации регулирования режима бурения при непрерывном контроле уровня вибрации станка и улучшения социально-экономических и производственных условий труда персонала станка, а также снижения динамических нагрузок в оборудовании станка, оно дополнительно снабжено усилителями, двумя выпрямителями с фильтрами, двумя нуль-органами, задатчиком уровня вибрации и датчиком уровня амплитуды низкочастотной переменной составляющей вибрации, который механически связан с платформой бурового станка, выходы задатчика и датчика соединены через усилители, выпрямители с фильтрами и нуль-органы с исполнительным механизмом пневмдросселя бурового станка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ff 488195. кл. G 05 О 29/00.