Бурильная машина

 

Изобретение относится к области горной пром-ти и позволяет повысить точность и диапазон регулирования , крутящего момента и усилить подачу для условий изменяющихся физико-механических характеристик пород при одновременном повьшении КПД машины за счет сокращения времени выбора рациональных условий нагрузки на инструмент . Машина включает буровую штангу 17 с инструментом 18, жестко закрепленным Hai винте-шпинделе 7, «-я: f rl--I приводы вращения и подачи с асинхронными короткозамкнутыми биротативными двигателями (БД) 2 и 13. Привод подачи имеет дифференциально-винтовой механизм с гайкой 8, а БД 13 - основной тормоз (т) 12. Блок управления машиной имеет контроллер (К) 19, датчики 5, 15 и 16 соответственно скорости вращения винта-шпинделя 7 и втулки 6, осевого усилителя и крутящего момента штанги 17. Данный К 19 связан со всеми датчиками, Т 12 и дополнительным Т 1. Причем Т 12 сообщен с контрротором 23 БД 13, а Т 1 кинематически связан с ротором 20 БД 2. При внедрении инструмента 18в забой информация поступает в К 19и далее на Т 1 и 12, которые задают режим бурения. Изменение свойств породы приводит к уменьшению скорости вращения контрротора 21 БД 2. Информация поступает на К 19, и скорость снова возрастает. Нагрузка на главньй лривод вращения регулируется после поступления сигнала на Т 12. Изменяя удельнуюподачу, осуществляют дозированное изменение нагрузки на привод вращения. 3 ил. В (Л -г , / ОО сд ел а OS

„„SU„„1357563 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 E 21 С t/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИД

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4019229/22-03 (22) 24.12.85 (46) 07.12.87. Бюл. У 45 (71) Фрунзенский политехнический институт (72) Л.Т.Дворников и А.Я.ПоноМарев (53) 622.24.054(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1229327, кл. Е 2t С 1/00, 1984.

Талько А.И., Габов В.В. и Марголин И.И. Применение электрического дифференциала для автоматизации горных электросверл. Известия вузов.

Горный журнал, 1979, У 1, с. 151-154. (54) БУРИЛЬНАЯ МАШИНА (57) Изобретение относится к области горной пром-ти и позволяет повысить точность и диапазон регулирования, крутящего момента и усилить подачу для условий изменяющихся физико-механических характеристик пород при одновременном повышении КПД машины за счет сокращения времени выбора рациональных условий нагрузки на ин" струмент. Машина включает буровую штангу 17 с инструментом t8, жестко закрепленным на винте-шпинделе 7, приводы вращения и подачи с асинхронными короткозамкнутыми биротативными двигателями (БД) 2 и 13. Привод подачи имеет дифференциально-винтовой механизм с гайкой 8, а БД 13 основной тормоз (Т) 12. Блок управления машиной имеет контроллер (К)

19, датчики 5, 15 и t6 соответственно скорости вращения винта-шпинделя

7 и втулки 6, осевого усилителя и крутящего момента штанги 17. Данный

К 19 связан со всеми датчиками, Т 12 и дополнительным Т 1. Причем Т 12 сообщен с контрротором 23 БД 13, а

Т 1 кинематически связан с ротором

20 БД 2. При внедрении инструмента а

18 в забой информация поступает в К

19 и далее на Т 1 и 12, которые зада- // ют режим бурения. Изменение свойств породы приводит к уменьшению скорос- С ти вращения контрротора 21 БД 2. Информация поступает на К 19, и скорость = снова возрастает. Нагрузка на главный лривод вращения регулируется пос- @ ле поступления сигнала на Т 12. Изменяя удельную подачу, осуществляют дозированное изменение нагрузки на привод вращения. 3 ил.

1357563

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурильным машинам вращательного действия с регулируемой скоростью. подачи и

Б вращения в породах с изменяющимися физико-механическими характеристиками.

Цель изобретения — повышение точности и диапазона регулирования крутящего момента и усиление подачи для 10 условий изменяющихся физико-механических характеристик пород при одновременном повышении КПД машины эа счет сокращения времени выбора рациональных условий нагрузки на инстру- !Б мент.

На фиг. 1 показана структурно-кинематическая схема бурильной машины; на фиг. 2 — характеристика привода подачи в зависимости от усилия пода- 20 чи; на фиг. 3 — характеристика приво= да вращения в зависимости от величины крутящего момента.

Бурильная машина состоит из дополнительного управляемого тормоза 1, биротативного двигателя 2 вращения, зубчатой передачи 3 и 4, датчика 5 скорости вращения, например, в виде тахогенератора ("Тг 1"), шлицевой втулки 6 вращения, ходового винта- 3О шпинделя 7, гайки 8, зубчатой передачи 9-11„ основного управляемого тор= моза 12„ биротативного двигателя 13 подачи, датчика 14 скорости подачи вращения гайки, например, н виде тахогенератора ("Тг 2"),, датчика 15 осевого усилия, датчика 16 крутящего момента, буровой штанги 17, рабочего инструмента !8 и контроллера 19.

Привод вращения образован " îòîðîì :46

20 и контрротором 21 биротативного асинхронного короткозамкнутого двига1 .теля 2, зубчатой передачей 3 и 4 и шлицевой втулкой 6, охватывающей часть винта-шпинделя 7. Привод пода- 4 чи образован ротором 22 и контрротором 23 биротативного асинхронного ко-роткоэамкнутого двигателя 13, зубчатой передачей 9-11 и гайкой 8 на вин.ге-шпинделе 7. Дифференциально-винто- щ вои механизм подачи образован парой винт-шпиндель 7 и гайкой 8.

Блок управления бурильной машиной выполнен в виде управляющего контроллера 19, датчиков 5, 14, 15, 16 и ВВ тормозов 1 и 12.

Винт-шпиндель 7 привода вращения кинематически соединен со шлицевой втулкой 6, связанной с тахогенерато= ром и через зубчатую передачу 3, 4 с контрротором 21 биротативного двигателя 2, ротор 20 которого связан с управляющим тормозом 1. Гайка 8 привода подачи кинематически связана с винтом-шпинделем 7, соединенным через зубчатую передачу 9-1 1 (имеющую связь с датчиком 14 скорости подачи) с ротором 22 биротативного двигателя 13, контрротор 23 которого связан с управляющим тормозом 12. В качестве управляющих тормозов 1, 12 могут быть использованы электромагнитные гидравлические или другие тормоза, имеющие схему защиты по предельной нагрузке.

Винт-шпиндель 7 связан с буровой штангой 17 и рабочим инструментом 18.

Контроллер 19 входами 24 и 25 связан- соответственно с датчиками скорости привода вращения, датчиком 14 скорости привода подачи, а выходами

26 и 27 — соответственно с управляющим тормозом 1 биротативного двигателя 2 и управляющим тормозом 12 биротативного двигателя 13.

Устройство работает следующим образом.

Биротативный двигатель 2 через зубчатую передачу 3 и 4 приводит во вращение контрротором 21 (статором) шлицевую втулку 6 которая вращает винт-шпиндель 7 с наружной резьбой.

Другой биротативный двигатель 13 через систему зубчатой передачи 911 приводит во вращение ротором 22 гайку 8, в которую ввинчен винтшпиндель 7, передающий вращательнопоступательное движение через буровую штангу 17 рабочему инструменту

18, внедряющемуся в забой.

Текущая информация с датчиков 5, 14, 15., 16 поступает в контроллер

19, где происходит обработка ее по заложенному алгоритму оптимального управления согласно заданными крите-. риям, после чего управляющие сигналы поступают на управляемые тормоза 1 и

12.

Режим бурения, т.е. обороты и крутящий момент привода вращения задаются тормозным моментом управляющего тормоза 1 и передаточным отношением . зубчатого зацепления 3 и 4, а также . тормозным моментом управляющего тормоза 12 и передаточным отношением зубчатой передачи 9-11 привода подачи, 3 135756

Возрастание крутящего момента на буровой штанге 17 (момента сопротив- ления вращению инструмента 18) в результате изменения физико-механических свойств горной породы, заштыбовки буровой штанги 17 приводит к уменьшению скорости вращения контрротора 21 биротативного двигателя 2 и к возрастанию скорости вращения в обратную сторону ротора 20 этого дви-10 гателя 2.

Информация с датчиков 5 скорости вращения штанги 17 и датчика 15 крутящего момента поступает в контроллер 19, где происходит обработка ее 15 по заложенному алгоритму, после чего управляющий сигнал поступает на тормоз 1, увеличивая тем самым тормозной момент на роторе 20 биротативного двигателя 2, в результате че- 20

ro. увеличивается скорость вращения контрротора 21 до необходимой и по кинематической цепи 3, 4, 6, 7 происходит передача к инструменту 18 нужного крутящегр момента.

Возрастание осевого усилия подачи штанги 17 по оси бурения в результате изменения физико-механических свойств горной породы, затупления инструмента 13, изменения его геомет- 30 рии и формы, заштыбовки штанги 17 приводит к уменьшению скорости вращения ротора 22 двигателя 13 подачи и к возрастанию скорости вращения его контрротора 23 в обратную сторону. 35

4 энергетическими возможностями привода и служит сигналом для автоматического извлечения рабочего инструмента 18 иэ скважины.

Попадание рабочего инструмента 18 в трещину, встреча с твердыми включениями, определяющими предельные энергетические возможности бурения данной машиной, предельный текущий. износ или аварийная поломка рабочего инструмента 18, уменьшает скорость подачи, увеличивает усилие подачи.

При атом сигнал с датчика 16 осевого усилия и датчика 15 скорости подачи поступает в контроллер 19, где происходит обработка поступающей информации, после чего управляющий сигнал поступает на основной тормоз 12< увеличивая тем самым тормозной момент кортрротора 23 биротативного двигателя 13, В результате увеличивается скорость вращения ротора 22.. грузке, то предельный тормозной момент, определяющий предельные энергетические возможности системы привода, приводит к срабатыванию схемы защиты и к отключению биротативного двидвигателя 13 подачи. Тормоз 1 биротативного двигателя 2 привода вращения также снабжен схемой защиты, но ввиду того, что инерционность привода подачи на порядок ниже, чем инерционность привода вращения - из примерного соотношения мощностей их—

i:10, то схема защиты привода подачи среагирует быстрее, чем схема защиты привода вращения, Так как полярность вращения винта-шпинделя 7 и гайки 8 противоположная, то при отключении привода подачи остановится гайка 8, а винт-шпиндель 7 будет вывинчиваться из нее и уводить от забоя рабочий инструмент 18.

Так как скорость вращения винташпинделя 7 практически не оказывает влияния на величину реактивного усилия подачи, то режим подачи задается только тормозным моментом управляющего тормоза 12, а также передаточным отношением зубчатой передачи 9, 10, 11 привода подачи.

На величину реактивных крутящего момента и осевого усилия оказывают существенное влияние удельная пода- ча, износ рабочего инструмента 18, условия бурения (вынос выбуренной

Информация с датчиков 14 скорости вращения гайки 8 и датчика 16 осевого усилия поступает в контроллер

19, где происходит обработка ее по заложенному алгоритму, после чего управляющий сигнал поступает на основной управляемый тормоз 12, увеличивая тем самым тормозной момент .на контрроторе 23 биротативного двига- 4> теля 13. В результате увеличивается скорость вращения ротора 22 до прежней иопо кинематической цепи 11, 10, 9, 8 за счет разности скорости вращения гайки 8 и винта-шпинделя 7, . происходит передача к рабочему инструменту 18 необходимой удельной подачи и осевого усилия, регулируя тем самым толщину стружки, т.е. нагрузку Н> главный привод вращения ° 55

Биротативные двигатели 2, 13, имея мягкую механическую характеристику, могут работать в режиме упора, который определяется предельными

Так как основной тормоз l2 снабжен схемой защиты по предельной на5

1357563 мелочи), физико-механические свойг ства буримых пород. ч

Условием, определяющим начало объемного разрушения данной породы с н рабочим инструментом 18, является

5 щ осевое усилие P. ш

Формула

J изобретения ООЯ, Я

Составитель Б."-ахаров

Редактор С.Патрушева Техред N. Ходанич Корректор А Тяс!«

Заказ 5977/30 Тираж 453 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035р Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-.полиграфическое предприятие, г. Ужгород. ул. Проектная, 4

Изменяя удельную подачу h (см. фиг. 2) при изменении физико-меха-. 1п нических свойств буримой породы, осуществляют дозированное изменение нагрузки на привод вращения (см.фиг.3, где М вЂ” крутящий момент, ы — частота вращения, h<, h, h> — различные (9 Э величины удельной подачи). Изменение приведенных характеристик (фиг. 2 и

1) происходит в линейном диапазоне.

Бурильная машина, включающая буровую штангу с инструментом, жестко закрепленном на винте-шпинделе, приводы вращения и подачи с асинхронными 25 короткозамкнутыми двигателями, кинематически связанными с винтом-шпинделем, дифференциально-винтовой меха" низм привода подачи, гайка которого кинематически связана с ротором двиателя подачи, тормоз двигателя подаи, втулку привода вращения, охватыающую винт-шпиндель, и блок управлеия бурильной машиной, о т л и ч а ю.а я с я тем, что, с целью повыения точности и диапазона регулирования крутящего момента и усиления подачи для условий изменяющихся физико-механических характеристиках пород при одновременном повышении

КПД машины за счет сокращения времени выбора рациальных условий нагрузки на инструмент, бурильная машина снабжена дополнительным тормозом, двигатели вращения и подачи выполне-, ны биротативными, а блок управления бурильной машиной имеет контроллер, датчики скорости вращения шпинделя и гайки осевого усиления и крутящего момента буровой штанги, причем .контроллер блока управления связан со всеми датчиками, дополнительным и основным тормозами, а последний кинематически сообщен с контрротором двигателя подачи, причем дополнительный тормоз кинематически связан с ротором двигателя вращения, контр» ротор которого кинематически сообщен с гайкой.