Устройство электропитания магнитострикционного вибровозбудителя бурильной установки

 

Изобретение относится к бурильной технике и м.б. использовано для интенсификации процесса бурения при использовании магнитострикционных вибровозбудителей. Цель изобретения - повышение эффективности работы путем снижения энергопотребления устройства. Устр-во содержит последовательно соединенные датчик 3 осевого усилия, блок 2 регулирования напряжения, источник 1 постоянного тока, импульсный источник 4 питания и вибровозбудитель 5. К второму входу источника 4 подключен выход блока 6 управления, вход которого соединен с выходом источника . Блок 6 управления содержит 5 (Л а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧйНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„,ß241 щ) E 21 В "/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4642149/03 (22) 26.01.89 (46) 30.01.91. Бюл. Р 4 (71) Донецкий филиал Государственного проектно-конструкторского и научноисследовательского института по автоматизации угольной промышленности

"Гипроуглеавтоматизация (72) В.М. Исаев, В.В.Некрасов, А.И. Шумейко, О.В. Гумеров и В.В. Иыбулько (53) 622.243.92(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 424969, кл. E 21 С 3/16, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 697678, кл. E 21 В 5/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

В 107342?, кл. F. 21 В 6/00, 1984.

2 (54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ

БУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к бурильной технике и м,б. использовано для интенсификации процесса бурения при использовании магннтострикционных вибровозбудителей. 1(ель изобретения— повьппение эффективности работы путем снижения энергопотребления устройства.

Устр-во содержит последовательно соединенные датчик 3 осевого усилия, блок ? регулирования напряжения, источник 1 постоянногo тока, импульсный источник 4 питания и вибровозбудитель 5, К второму входу источника 4 подключен выход блока 6 управления, вход которого соединен с выходом источника. Блок 6 управления содержит

1624113 генераторы колебаний низкой частоты 11 и тактовых импульсов 14, реверсивный счетчик 13, ПАП 15 компаратор 12, фазовый детектор 10, сумматор 16, AHJlbTp 5

9 низкой частоты, формирователь 7 импульсов и амплитудный детектор 8. ИсI точник 1 постоянного тока упранляется сигналом от датчика 3. Сигнал с датчика 3 пропорционален давлению подачи 1ð бурильной установки на забой. На имИзобретение относится к бурильной технике и может быть использовано для 2р интенсификации процесса бурения при использовании магнитострикционных нибронозбудителей.

Пелью изобретения является повьппе ггие эффективности работы путем сниже- 25 ния энергопотребления устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства электропитания магнитострикционного вибровозбудителя (MB); на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие

30 принцип работы блока управления °

Система состоит из управляемого источника 1 постоянногo тока, управляющий вход которого связан через блок 2 регулирования напряжения с дат35 чиком 3 осевого усилия, подключенным к гидроцилиндру подачи, а выход источника — с входом импульсного источника 4 питания. При этом выход последнего соединен с обмоткой нибровозбу- 40 дителя 5 и с входом блока 6 управления, а управляющий вход импульсного источника соединен с. выходом формирователя 7 импульсов. Входной сигнал блока б управления через амплитудный 45 детектор 8, фильтр 9 низкой частоты подается на вход фазового детектора

10, на второй вход которого подается сигнал от генератора 11 колебаний низкой частоты, выход фазового детектора 10 через компаратор 12 подается на вход реверсивного счетчика 13, который тактируется генератором 14 тактовых импульсов. Выход реверсивного счетчика 13 соединен с нходом цифро55 аналогового преобразователя (ПАП) 15, а выход после (Hpl o — с входом сумматора 16.

Система работает следующим образом. пульсном источнике 4 питания производится с помощью блока 6 управления формирование импульсов, частота которых соответствует резонансу системы виброноэбудитель — забой. Таким образом, производится одновременное регулиронание амплитуды и частоты возбуждающего тока, что приводит к счижению энергопотребления. 2 ил.

При включении питания и подаче бурильной установки на забой датчик 3 осевого усилия вырабатывает сигнал, который воздействует на блок 2 регулирования напряжения. В результате на выходе управляемого источника 1 постоянного тока появляется напряжение, пропорциональное величине осевого усилия.

Одновременно при подаче питания н блоке 6 управления вырабатывается сигнал управления импульсным источником 4 питания, воздействующим на обмотку магнитострикционного вибровозбудителя 5.

Формирователь 7 импульсов представляет собой генератор импульсов, частота следования которых зависит от входного напряжения. Это напряжение формируется на выходе сумматора

16, на входе которого действуют си1 нусоидальные напряжения низкой частоты с выхода генератора 11 и ступенчато-изменяющееся напряжение с выхода ЦАП 15, зависящее от текущего состояния реверсивного счетчика 13, который тактируется генератором 14 тактовых импульсов.

Частоты генераторов 11 и 14 выбраны так, чтобы интервал между двумя соседними состояниями счетчика 13 значительно (> 10 раз) преньппал пери од колебания генератора 11. Таким образом, текущее состояние счетчика

13 и ПАП 15 задают среднее значение частоты импульсов формирователя 7, а сигнал генератора 11 нызынает их частотную модуляцию, девиация которой определяется амплитудой напряжения генератора 11. Изменением состояния счетчика 13 достигается перестройка

Однако АЧХ имеет крутые склоны, позволяющие эффективно преобразовать незначительные отклонения частоты возбуждающих импульсов в напряжение на обмотке, т.е. осуществлять преоб- 25 разование частотно-модулированного напряжения в амплитудно-модулированное. Кроме того, в связи с экстремальным характером АЧХ, фаза огибающей амплитудно-модулированных колебаний может изменяться на 180 по отношению к фазе напряжения, модулирующего частггту формирователя 7, т.е. к фазе генератора 11, в зависимости от того, на каком склоне АЧХ находится рабочая точка. Так, при f (f р, производная

dU< «/df отрицательна (левая, падающая ветвь АЧХ) и фаза огибающей противофазна напряжению генератора 11 (фиг. 2б) . На правой ветви АЧХ эти сигналы синфаэы (фиг. 2в). Таким образом, изменение фазы огибающей свидетельствует о прохождении резонанса.

Огибающая выделяется амплитудным детектором, O,фильтр 9 низкой частоты отде- 45 ляет огибающую от импульсов заполнения, а фазовый детектор 10 сравнивает фазу огибающей с фазой напряжения генератора 11. Если выходное напряжение фазового детектора 10 положитель- 5р но, значит огибающая выходного напряжения и модулирующее напряжение синфаэны и f > fpe1 (Рабочаи точка находится на правом склоне АЧХ), а если отрицательно, то Е (Г . Кпмпаратор

12 вырабатывает логические уровни

i 0" и "1" в зависимости от знака выходного напряжения фазового детектора 10. устройство электропитания магниI тостриниионного ниброноебуиит еля б

5 16?41 формирователя 7 во всем рабочем диапазоне частот.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (фиг. 2а) имеет резко выраженный экстремум, для которого ха5 рактерно минимальное значение полногс сопротивления Z (последовательный резонанс). Работа NR в этой области позволяет получить максимум активной составляющей потребляемой мощности и минимум йапряжения на обмотке вибровозбудителя. Абсолютное значение минимума напряжения нестабильно, так как зависит от состояния режущего инструмента, напряжения возбуждения (пропорционального усилию подачи), температуры, добротности обмотки NB и ряда других причин.

1 20

Прк положительном вгчхпдном напряженки (f ) Гpey ) вырабатывается уровень логический "0", переключающий счетчиг 13 на вычитание, напряжение на выходе преобразователя 15 снижается, что вызывает уменьшение напряжения на выходе сумматора 16 и входной частоты формирователя 7 импульсов.

Рабочая точка возвращается к резонансу. После его прохождения (f w f p< ) знак выходного напряжения фазового детектора 10 изменяется на противоположный, компара-.ор 12 устанавливается в состояние логическая "1", счет. чик 13 включается в режим суммирования и частота импульсов формирователя 7 возрастает. Работоспособность блока 6 управления не зависит от амплитуды напряжения, так как фиксация момента резонанса происходит по изменению фазового сдвига. Этп очень важно, так как в данном устройстве имеется независимый контур регулирования по мощности возбуждения и напряжение принципиально может изменяться в широких пределах в зависимости от усилия подачи.

Следпвательно, блок управления формирует иггпульсы питания, обеспечивающие работу при минимуме напряжения на зажимах вибровоэбудителя, что соответствует резонансу электромеханического контура вчбровозбудитель— забой и характеризуется компенсацией реактивных составляющих контура, т.е. потребляемая электроэнергия максимально используется для выполнения механической работы по разрушению забоя.

Использование автоматической пегулировки напряжения питания импульсного источника пп усилию подачи обеспечивает рациональную форму. импульсов, улучшая при этом энергетические показатели устройства, повышает надежность, вибровозбудителя, предохраняя механически ненагруженный вибровпзбудитель от работы с большой амплитудой колебаний (при эабуривании, прохождении пустот в породе и окончании бурения), а также повышает удобство эксплуатации, сводя к минимуму количество органов управления.

Формула и з о б р е т е н и я

7 16241 рильной установки, содержащее источник постоянного тока, вибровозбудитель и генератор низкой частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью

1 повьппения эффективности работы устройства путем снижения энергопотребления, оно снабжено блоком регулирования напряжения, импульсным источником питания, генератором тактовых импульсов, реверсивным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, компаратором, Фазовым детектором, сумматором, Фильтром низкой частоты, формирователем импульсов, амплитудным детектором и датчиком осевого усилия, выход которого через блок регулирования напряжения подключен к входу источника постоянного тока, выход которого подключен к первому входу импульсного источника питания, к второму входу

I которого подключен формирователь импульсов, а выход импульсного источника питания подключен к входу вибровозбудителя и входу амплитудного детектора, выход которого через Фильтр низкой частоты подключен к первому входу Фазового детектора, выход которого через компаратор подключен к первому входу реверсивного счетчика, к второму входу которого подключен генератор тактовых импульсов, а выход реверсивного счетчика через цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу сумматора, выкод которого подключен к входу Формирователя импульсов, причем выход генератора низкой частоты подключен к вторым входам сумматора и Фазового детектора.