Устройство управления режимами бурения вращательных станков

 

41

1 -1 е ни уес на я йякот

Союз Советских

Социалистических

Республик описАН,В

ИЗОЬРЕтеййЯ (») áÎ3745

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Допалнительное к авт. свнд-ву— (51) М. Кл.

Е 21 С 1/00 (22) 3аявлено2506.73 (21) 1933915/22-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

1 аардаратааииый иамитат

Соната Мнинатраа OQQP иа.далам иаабратаиий и атирытий (43) Опубликовано 2504.78 Втоллетень № 15 (53) УДК 622.233.62 (088.8) (45) Дата опубликования описания:06.04.78 (72) вторы изобретения

Н. З.Гармаш, К.Н. Харлашкин, Е.А.Соловьев и С.В.Кононыхин (71) Заявитель донецкий филиал Научно-исследовательского горнорудного института (54). УСТРОЙСТВО .УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ

ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СТАНКОВ

Изобретение относится к устройствам управления режимами бурения станков вращательного бурения шпуров и скважин.

Известны устройства автоматическо»

ro управления режимами бурения станков, призванные поддерживать тот или иной параметр процесса бурения в оптимальной области. В качестве параметра оптимизации принимается скорость бурения, энергоемкость процесса разрушения, себестоимость бурения 1м скважины, уровень вибрации и др. Однако указанные стройства не учитывают структуру нагрузок на породоразрушающий инструмент и влияние ее на эффективность процесса разрушения.

Выполненные исследования по формированию нагрузок на инструмент и влиянию их,на эффективность процесса буре- gg ния свидетельствуют о возможности резкого увеличения скорости бурения и стойкости инструмента при наложении колебаний на инструмент с частотой, близкой к частоте максимума спектраль- 25 ной плотности нагрузок на инструмент (1).

Недостатком вышеизложенного является применение специальных устройств и затраты дополнительной энергии для создания наложенных колебаний. Кроме 30 того, вопрос оптимизации решается частично, без учета динамических параметров (масс, упругостей) буровой машины, Оказывающих существенное влияние на процесс разрушения породы при бурении.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство управления режимами бурения вращательных станков, состоящее из датчиков нагрузок и глубины скважины, блока резонансной частоты, анализатора спектра, экстремальных регуляторов, потенциометрических преобразователей грубого и точного отсчета, серводвигателей грубого и точного отсчета, блоков суммирования и сравнения, блоков граничных значений и регуляторов усилия и скорости вращения 123.

Данное устройство позволяет получить оперативные характеристики динамических нагрузок на долоте (амплитуду колебаний).

Недостатком этого устройства является то, что амплитуда колебаний определяется в узком диапазоне частот, определяемых скоростью вращения и шириной полосы пропускания фильтров.

Целью изобретения является повышение эфф<-ктивности бурения путем поддержания бурения в области совпадения

603745 резонансной частоты с частотой максимума спектральной плотности.

Это достигается тем, 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 подключены к двум другим входам анализатора спектра и к потенциометрическим преобразователям грубого и точного отсчета, l0 подключенных через суммирующий блок к одному из входов блока сравнения, к второму входу которого через блок резонансной частоты подключен датчик глубины скважины, а выход блока срав- l6 нения через двухканальный экстреО мальный регулятор и блоки граничных 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 че- 6 рез блоки 3 и 4 граничных значений с выходами двухканального экстремального регулятора 5, предназначенного подбирать такие значения усилия подачи и скорости вращения инструмента, при ко-.„ торых входной сигнал двухканального экстремального регулятора, пропорциональный разности частот максимума спектральной плотности нагрузок на инструменте и резонансной частотой буровой машины, был минимальным. Вход двухканального экстремального регулятора 5 соединен с выходом блока 6 сравнения, входы которого соединены с блоком 7 резонансной частоты, который вйио- 40 дает электрический сигнал, пропорциональный резонансной частоте в зависимости от глубины скважины, и с выходом блока 8 суммирования, который выдает электрический сигнал, пропорцио45 нальный частоте максимума спектраль- 4 ной плотности нагрузок на породоразрушающий инструмент. Система, выдающая сигнал, пропорциональный частоте максимума спектральной плотности нагрузок, состоит из потенциометрических 60 преобразователей угла поворота грубого 9 и точного 10 отсчета, серводвигателей грубого 11 и точного 12 отсчета, анализатора 13 спектра частот, экстремального регулятора 14, датчиков,наг- 56 рузок 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 (крепость породы, абразивность породы, трещиноватость и т.д.) Наиболее приемлемыми факторами, имеющими широкий диапазон регулирования и поддающимися регулиро66 ванию, являются усилие подачи и,скорость вращения инструмента. Их изменением можно добиться различных форм нагрузок, т.е. сформировать на долоте нагрузки, которые комплексно могут быть охарактеризованы спектральной плотностью. Максимум спектральной плотности соответствует основной част те 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 6 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 нерегулируемых 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 составляю603745

Формула изобретения

Составитель P.Ãëàäóí

ТехредМ. Келемеш Корректор E.Ïàïï

Редактор A.Ìàðêoâè÷

Заказ 2427/38 Тираж 734 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щих нагрузок, т.е. или по крутящему моменту, или по усилию подачи.

Благодаря совмещению частоты максимума спектральной плотности нагрузок с резонансной частотой резко возраста- 6 ют динамические нагрузки на породу, в результате чего увеличивается производительность и снижается энергоемкость процесса разрушения (в 1,5-2,0 раза).

Устройство управления режимами бурения врацательных станков, состоящее из15 датчиков -нагрузок и глубины скважины, блока резонансной частоты, анализатора спектра, экстремальных регуляторов, потенциометрических преобразователей грубого и точного отсчета, серводвига- 20 телей грубого и точного отсчета, блоков суммирования и сравнения, блоков граничных значений и регуляторов усилия и скорости вращения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыше- 25 ния эффективности бурения путем поддержания режимов бурения в области совпадения резонансной частоты с частотой максимума спектральной плотности, датчик нагрузки подключен к одному из входов анализатора спектра, выход которого связан через экстремальный регулятор с входами серводвигателей грубого и точного отсчета, выходы которых подключены к двум другим входам анализатора спектра и к потенциометрическим преобразователям грубого и точного отсчета, подключенных через суммирующий блок к одному из входов блока сравнения, к второму входу которого через блок резонансной частоты подкЛючен датчик глубины скважины, а выход блока сравнения через двухканальный экстремальный регулятор и блоки граничных значений связан с регуляторами усилия и скорости вращения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Ямщиков В.С. и Коробейников Н.С.

О рациональной частоте вибраций при вибрационно-вращательном бурении скальных пород. Тезисы докладов конференции по разрушению горных пород. Караганда, 1968, с. 11-15.

2. Патент Франции 9 2067613, кл. Е 21 с 1/00 1969.