Буровой станок

 

Использование: изобретение относится к карьерному оборудованию, а именно к станкам шарошечного бурения Сущность изобретения: буровой станок содержит датчик 1 колебаний, выход которого через усилитель-формирователь 12 и блок смещения 3 сигналов подключен к электромагнитному преобразователю 4 дросселирующего гидрораслределителя 5, силовой гидравлический орган, состоящий из гидронасоса 6 и гидроцилиндра 7,8, подключенных к входу дросселирующего гйдрораспределителя, снабжен дополнительным гидронасосом 9. гидроаккумулятором 13 и клапаном разности давлений 12, причем вход дополнительного гидронасоса 9. подключен к выходу дросселирующего гидрораспределителя 5, выходу клапана разности давлений 12 и гидроаккумулятору 13, а выход дополнительного гидронасоса 9 подключен к гидроцилиндру 6 силового гидравлического органа и входу клапана разности давлений 12, устройство снабжено также регулятором подачи дополнительного гидронасоса, двумя дросселями и двумя дополнительными гидроаккумуляторами, причем регулятор подачи выполнен виде гидроцилиндра одна из полостей которого пддключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель 16 - к выходу дополнительного гидронасоса , а другая полость - к второму дополнительному гидроаккумулятору и через второй дроссель - к входу дополнительного гидронасоса 2зп ф-лы,9 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

lena лелю

ЬЭ

CO

4ь

ЬЭ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4927338/03 (22) 10.04.91 (4B) 15.12.93 Бюл. Мю 45-46 (71) Университет дружбы народов им.Патриса Лумумбы (?2) Гришин ДК; Подэрни P.Ю.; Улицкий ЕН„. Лынский fl.B. (73) Российский университет дружбы народов (54) БУРОВОЙ СТАНОК (57) Использование: изобретение относится к карь-ерному оборудованию, а именно к станкам шарошечного бурения. Сущность изобретения: буровой станок содержит датчик 1 колебаний, выход которого через усилитель-формирователь 12 и блок смещения Э сигналов подключен к электромагнитному преобразователю 4 дросселирующего гидрораспределителя 5, силовой гидравлический орган, состоящий из гидронасоса 6 и гидроцилиндра 7, 8, подключенных к входу дросселирующего гидрораспределитепя, снабжен дополнительным гидро(В) RU (11) 2004792 С1 (51) 2 насосом 9, гидроаккумулятором 13 и клапаном разности давлений 12, причем вход дополнительного гидронасоса 9, подключен к выходу дросселирующего гидрораспределителя 5, выходу клапана разности давлений 12 и гидроаккумулятору 13, а выход дополнительного гидронасоса 9 подключен к гидроцилиндру 6 силового гидравлического органа и входу клапана разности давлений 12, устройство снабжено также регулятором подачи дополнительного гидронасоса. двумя дросселями и двумя дополнительными гидроаккумуляторами, причем регулятор подачи выполнену виде гидроцилиндра. одна из полостей которого Мдключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель 16 — к выходу дополнительного гидронасоса, а -другая полость — к второму дополнительному гидроаккумулятору и через второй дроссель — к входу дополнительного гидронасоса. 2 зп ф-лы, 9 ип

2004792

Изобретение относится к буровой технике, в частности к буровым станкам шарошечного бурения для открытых горных работ..

Известен буровой станок, включающий гидропривод подачи бурового става, насос гидррпривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напорной линией гидропривода (1). Недостаток станка заключается в том, что гидроаккумулятор постоянно подсоединен к гидроприводу. При этом уменьшается жесткость механизма подачи, снижаются эффективность разрушения породы. при бурении и соответственно производительность.

Наиболее близким Ilo технической сущности к предлагаемому устройству является буровой станок, включающий гидропривод подачи бурового става и опорных гидродомкратов, насос гидропривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напорной линиейгидропривода через гидрораспределитель, датчик колебаний станка, подключенный через электронный блок к электромагниту гидрораспределителя (2).

Недостатком укаэанного бурового станка является снижение производительности бурения в периоды работы с повышенной вибрацией, продолжительность которых составляет приблизительно 10-15® рабочего времени.

Целью изобретения является повыше.-. ние производительности бурения, 1, Достигается это тем, что буровой станок, включающий гидропривод подачи бурового става и, опорных гидродомкратов, насос гидропривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с мапррной линией гидропривода через гидрораспределитель, датчик колебаний станка, подключенный через электронный блок к электромагниту гидрораспределителя, снабжен дополнительным насосом и клапаном разности давлений, гидрораспределитель выполнен с пропорциональной характеристикой расхода от управляющего сигнала, вход дополнительного насоса подключен к выходу гидрораспределителя, выходу клапана разности давлемий и к гидроаккумулятору, выход дополнительного насоса подключен к напорной линии гидропривода и входу клапана разности давлений; буровой станок снабжен также регулятором подачи дополнительного насоса, двумя дросселями и двумя дополнительными гидроаккумуляторами, причвм регулятор подачи выполнен в виде гидроцилиндра, одна иэ полостей которого подключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель — к выходу дополнительного насоса, а другая полость — к второму дополнительному гидроаккумулятору и через второй дроссель — к входу дополнительного насоса; датчик колебаний выполнен в виде акселерометра, а электронный блок содержит фильтрующий усилитель и блок смещения

10 сигнала.

Существенность отличий предлагаемого изобретения состоит в том, что использование дополнительного насоса, клапана. разности давлений, исполнение гидрораспределителя с пропорциональной характеристикой расхода от управляющего сигнала позволяет в сочетании с известными элементами получить новый качественный эф20 фект (повышение производительности бурения), не являющийся суммой эффектов, достигаемых за счет использования известных и новых признаков в отдельности. Указанное свойство обеспечивается путем

25 уменьшения уровня вибраций до допустимых значений без снижения жесткости ме. ханизма подачи и без соответствующего снижения эффективности бурения в резонансных режимах, как это имеет место в

30 известном устройстве.

При.анализе новых признаков авторами в известных решениях наличие сходных признаков не обнаружено. Следовательно, 35 по мнению. авторов, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена гидравлическая схема предлагаемого станка, включающего

4р в себя нерегулируемый дойолнительный насос (исполнение I), на фиг.2 — вариант гидравлической схемы стан ка с использованием. дополнительного насоса с регулируемой подачей (исполнение II); на

45 фиг,3 схема станка с гидроприводом опорных домкратов; на фиг.4 — схема станка с гидроприводом подачи бурового става; на фиг.5 — схема блока смещения сигнала, на фиг.б- график изменения во времени t pac50 хода Q жидкости, проходящей через гидрораспределитель; на фиг.7 — график изменения подачи 0> дополнительного на. соса; на фиг.8- график изменения потока Qu

55 жидкости, поступающей в напорную линию гидропривода; на фиг.9 — зависимость подачи Он регулируемого дополнительного нау, соса от перепада Лр давлений на его выходе и входе, Станок включает датчик 1 колеЬаний, выход которого через фильтрующий усилитель 2 и блок 3 смещения сигн»л» подклю2004792 чен к электромагниту 4 гидрораспределителя 5. Фильтрующий усилитель 2 и блок 3 смещения сигнала образуют электронный блок. Гидропривод станка включает насос 6, гидроцилиндры 7 опорных гидродомкратов и тидроцилиндры 8 подачи бурового става.

Напорная линия гидропривода подключена к входу гидрораспределителя 5. Выход дополнительного насоса 9 или 10 подключен через обратный клапан 11 ко входу клапана

12 разности давлений и к напорной линии

10 гидроцилиндров 7, 8, а вход дополнительного насоса 9 или 10 подключен к гидроаккуВ варианте с использованием регулятора 14 подачи дополнительного насоса 10 (фиг.2) одна из полостей регулятора 14 под- 20 ключена к первому дополнительному гидроаккумулятору 15 и через первый дроссель 16 — к выходу дополнительного насоса 10. Другая полость регулятора 14 подключена к второму дополнительному гидроаккумулятору

17 и через второй дроссель 18 — к входу дополнительного насоса 10. Винт 19 и пружина 20 служат органами настройки дополнительного насоса 10. Гидравлическая 30 часть, предназначенная для подавления колебаний, объединена в гидроблок 21. Блок 3 смещения сигнала включает двухполупериодный выпрямитель 22, сглаживающий фильтр 23 и сумматор 24. Буровой станок- 35 имеет платформу 25 и мачту 26, Механизм подачи бурового става 27 содержит гидроцилиндры 8 и полиспастную систему 28, связанную с кареткой 29 вращателя 30.

Работа станка происходит следующим 40 образом. В исходном положении дополнительный насос 9(10) отключен, электрический сигнал на обмотке электромагнита 4 отсутствует и рабочие линии гидрораспределителя 5 перекрыты, При заполнении гидроблока 21 жидкостью, поступающей из напорной линии гидропривода через открываемый для этой цели вентиль {не показан), на гидрораспределителе 5 и дополнитель- 50 ном насосе 9(10) устанавливается номинальный перепад давления Арно ., определяемый настройкой клапана 12 разности давлений. Величина указанного перепада на 10...207 выше перепада давления 55 на гидрораспределителе 5 при его номинальном расходе. Обратный клапан 11 препятствует проникновению жиДкости через зазоры в дополнительном насосе 9 10. После включения насоса 9. 10 устройство готово к работе. мулятору 13, к выходу гидрораспределителя 15

5 и к выходу клапана 12 разности давлений..

В процессе бурения скважины прад действием переменных усилий, приложенных со сторонъ забоя к буровому инструменту. возникают колебательные перемещения бурового става 27 с вращателем 30, а также перемещения платформы 25 с мачтой 26.

Указанные перемещения фиксируются датчиком 1 в виде непрерывного электрического сигнала,, поступающего на вход . фильтрующего усилителя 2, в котором происходит фильтрация высокочастотных составляющих сигнала (помех), выделение преобладающей гармоники и ее усиление. С выхода блока 2 электрический сигнал, близкий по форме к симметричной синусоиде, поступает на вход блока 3 смещения сигнала, на выходе которого образуется синусоида, смещенная на величину, равную ее амплитудному значению (фиг.5). Достигается это благодаря сложению в сумматоре 24 двух сигналов: синусоидального, снимаемого с выхода фильтрующего усилителя 2, и постоянного, получаемого путем детектирования в выпрямителе 22 и сглаживания в фильтре 23 сигнала, поступающего с выхода блока 2. С выхода блока 3 смещенный сигнал поступает на обмотку электромагнита 4 гидрораспределителя 5, обеспечивающего пропорциональную зависимость расхода от величины электрического сигнала, В результате расход жидкости, вытекающей из гидроцилиндра 7(8) через гидрораспределитель 5, изменяется по пульсирующемузакону(график Br на фиг.6).

В то же время в гидроцилиндр 7(B) из дополнительного насоса 9, 10 поступает постоянный поток жидкости, соответствующий подаче насоса (график Q< на фиг.7). В итоге в гидроцилиндр 7(8) подается переменный поток 0=0н+Ог (фиг,8), создающий на штоке переменное усилие, обеспечив ющее уменьшение вертикальных х или угловых а колебаний платформы 25 с мачтой 26, а также вертикальных колебаний бурового става 27 с вращателем 30: В частности, для уменьшения угловых колебаний а жидкость из гидроблока 21 подается к цилиндрам 7 двух ближайших к мачте 26 опорных гидродомкратов (фиг.3). Для уменьшения вертикальных колебаний х платформы 25 жидкость из гидроблока 21 одновременно подается в гидроцилиндры 7 всех опорных гидродомкратов (подводящие трубопроводы на чертеже не показаны). Для уменьшения вертикальных колебаний у бурового става 27 с вращателем 30 жидкость из гидроблока 21 поступает одновременно в оба

2004792 гидроцилиндра 8 механизма подачи бурового става (фиг.4).

В качестве датчика 1 колебаний использован акселерометр. При этом расход Оц жидкости, поступающей в гидроцилиндры

8, пропорционален мгновенному значению колебательного ускорения бурового става

27 с вращателем 30 (фиг,4). Поскольку перемещение штока гидроцилиндра 8 пропорционально интегралу от расхода по времени, то оно пропорционально интегралу от ускорения, а. следовательно, пропорционально колебательной скорости движения бурового става 27 с вращателем 30. Указанные перемещения штоков гидроцилиндров 8 создаю1 в полиспастной системе 28 усилия, равные произведению перемещения на жесткость полиспаста. В результате к движущимся массам бурового става 7 и вращателя 30 прикладывается сила, пропорциональная и противоположно направленная их колебательной скорости (эффект вязкого сопротивления), что, как известно, обеспечивает снижение колебаний, Аналогичным образом достигается эффект уменьшения колебаний платформы 25 с мачтой 26 при подаче жидкости в гидроцилиндры 7двух ближайших к мачте 26 опорных гидродомкратов последние создают момент, пропорциональный и противоположно направленный скорости углового перемещения а платформы, а при подаче жиДкОсти из гиДроблока 21 в гиДроцилинДры 7 всех опорных гидродомкратов последние создают силу, пропорциональную и

k5 противоположно направленную скорости вертикального перемещения х платформы.

При использовании для гашения колебаний сил, эквивалентных вязкому сопротивлению, не происходит уменьшения жесткости механизмов станка и соответственно не снижается эффективность бурения, как это имеет место в известном устройстве. В то же время в предлагаемом устройстве за счет назначения соответствующей величины общего коэффициента усиления звеньев 1, 2, 3 обеспечивается допустимый уровень вибрации, при котором . не накладываются ограничения на параметры режима бурения станка и не происходит по этой причине снижение его производительности.

Номинальная подача QH,H . дополнительного насоса 9(10) выбрана равной средней составляющей расхода Ог,р. через гидрораспределитель 5 при расчетном уровне колебаний. При уменьшении колебаний. расход О, через гидрораспределитель 5 ста1 новится меньше подачи G насоса 9, гидроаккумулятор 13 разряжается до тех пор, пока разность давлений на входе и выходе дополнительного насоса 9 не станет равной разности давлений, на которую настроен клапан 12 (исполнение I, фиг.1), Клапан 12 открывается и избыточная жидкость циркулирует по замкнутому контуру дополнительный насос 9 — клапан 12 разности давлений, причем в клапане 12 происходит потеря мощности на дросселирование. В варианте с использованием регулятора 14 подачи дополнительного насоса 10 (исполнение II, 15 фиг.2) при уменьшении колебаний станка и увеличении разности давлений Л р на выходе и входе насоса 10 подача Он насоса уменьшается в соответствии с графиком на фиг.9 до тех пор, пока не становится равной

20 расходу жидкости, проходящей через гидрораспределитель 5, Клапан 12 в этом случае не работает и потери на дросселирование отсутствуют. Изменение подачи насоса происходит за счет изменения, например, эксцентриситета в пластинчатом насосе под действием разности давлений в полостях регулятора 14. Дроссель 16, 18 и дополнительные гидроаккумуляторы 15, 16 произво30 дят сглаживание пульсаций давления в полостях регулятора 14.

При увеличении колебаний станка выше расчетного уровня расход 0- через гидрораспределитель 5 становится больше под g5 ачи Ов насоса, давление в гидроаккумуляторе 13 возрастает, перепад давлений на кромках золотника гидрораспределителя 5 уменьшается. 8 результате расход жидкости через гидрораспредели40 тель 5 уменьшается до тех пор, пока он не сравняется с подачей дополнительного насоса 9. В варианте и с использованием регулятора 14 подачи дополнительного насоса

10 (исполнение II, фиг.2) при увеличении колебаний станка и уменьшении разности давлений Лр между выходом и входом дополнительного насоса 10 его подача QH в соответствии с характеристикой на фиг.9

50 увеличивается до тех пор, пока она не сравняется с расходом жидкости, проходящей через гидрораспределитель 5. При этом эффективность снижения колебаний не ограничивается насыщением по расходу и в то же время обеспечивается устойчивость работы станка в различных режимах с минимальными затратами энергии, расходуемой на снижение колебаний

Установка номинальной подачи О,,ол. насоса. соответствующей номинальному значению перепада Л р;„.. давлений между выходом и входом дополнительного насоса 10, осуществляется созданием при помощи винта 19 определенной силы затяжки пружины 20. Крутизна характеристики дополнительного насоса 10 (фиг.9) задается выбором соотношений между площадями рабочих поверхностей в полостях регулятора 14 и жесткостью пружины 20.

Использование изобретения позволяет повысить производительность бурового станка за счет улучшения его виброустойчивости, а также повысить надежность и долговечность конструкции, снизить вибронагруженность на рабочем месте оператора. (56) Авторское свидетельство СССР

Q 213741. кл. Е 21 С 1/00, 1967, Авторское свидетельство СССР

М 750051„кл, Е 21 С 1/00, 1978.

Формула изобретения

1;. БУРОВОЙ СТАНОК, включающий гидропривод подачи бурового става и опорных гидродомкратов, насос гидроп ривода, гидроаккумулятор, сообщающийся с напорной линией гидропривода через гидрораспределитель, датчик колебаний станка, подключенный через электронный блок к электромагниту гидрораспределителя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности бурения, он снабжен дополнительным насосом и клапаном разности давления, при этом вход дополнительного насоса подключен к выходу гидрораспределителя, выходу клапана разности давлений и к гидроаккумулятору, а выход дополнительного насоса подключен к напорной линии гидропривода и входу клапана разности давлений.,.2.-.,Станок г.с п.1 отличающийся тем, 15 что он снабжен регулятором подачи дополнительного насоса, двумя дросселями идвумя дополнительными гидроаккумуляторами, причем регулятор подачи выполнен в виде гидроцилиндра, одна из полостей которого подключена к первому дополнительному гидроаккумулятору и через первый дроссель - к выходу дополнительного насоса, а другая полость подключена к вто25 рому дополнительному гидроаккумулятору и. через второй дроссель - к входу дополнительного насоса.

3. Станок. по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что датчик колебаний выполнен в виде 0 акселерометра, а электронный блок содержит фильтрующий усилитель и блок смещения сигнала, 2004792

2004792 гср

Н МЖС

Н ИОН

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Рэушская наб„4/5

Заказ 3390

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Д.Гришин

Редактор Е.Полионова Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар