книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

При левом положении поршня золотника происходит раскрепле­ ние верхнего гидропатрона на подвижном шпинделе и закрепление нижнего гидропатрона на неподвижном шпинделе, после чего по­ движной шпиндель начинает двигаться вверх.

При правом положении поршня золотника верхний гидропатрон закрепляет бурильные трубы, нижний — открепляет и подвижной шпиндель движется вниз.

Гидравлическая часть 1 автоперехвата показана на рис. 98.

§ 2. БУРОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Буровые регуляторы позволяют автоматизировать процесс изме­ нения осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. В дан­ ном параграфе рассматриваются регуляторы двух типов: буровой регулятор БР-1, работающий совместно с аппаратурой для измере­ ния и регистрации параметров бурения типа ИРБ, и автоматический регулятор подачи АРП.

Буровой регулятор БР-1

Буровой регулятор БР-1 предназначен для автоматического управления осевой нагрузкой на породоразрушающий инструмент. Регулятор может устанавливаться на буровые станки ЗИФ-1200П, оборудованные аппаратурой для измерения и регистрации пара­ метров бурения типа ИРБ.

По принципу действия БР-1 является автоматическим регуля­ тором непрерывного действия с астатической характеристикой. Он поддерживает постоянным сочетание двух параметров бурения:

При увеличении скорости проходки осевая нагрузка на породо­ разрушающий инструмент с помощью регулятора автоматически уменьшается, а при уменьшении скорости увеличивается.

из двух основных частей: усилительно-задающего устройства и ис­ полнительного механизма. Усилительно-задающее устройство уста­ навливается под блоком контрольно-измерительной аппаратуры ИРБ, а исполнительный механизм монтируется непосредственно на буровом станке, где врезается в его гидравлическую схему. Усилительно-задающее устройство соединяется с исполнительным механизмом и с блоком аппаратуры ИРБ двумя бронированными кабелями. Структурная схема регулятора показана на рис. 99.1

1 Подробное описание работы гидросистемы в автоматическом цикле см. «Буровой станок СБА-500», М., «Недра», 1971.

180

Датчик скорости проходки аппаратуры ИРВ

+(-) -(+)

~ 3 6 В

00

Всостав усилительно-задающего устройства входят катодные повторители, задатчик, усилитель напряжения, фазочувствительный усилитель мощности и устройство ограничения осевой нагрузки. Исполнительный механизм состоит из реверсивного двигателя, при­ вода (редуктор, червячная пара, фрикционная муфта и винтовая пара) и золотника, с помощью которого изменяется давление в гид­ роцилиндрах бурового станка. Золотник включается параллельно дросселю ручного управления станка, и поэтому при работе с регу­ лятором дроссель ручного управления должен быть полностью закрыт.

Впроцессе бурения на усилительно-задающее устройство посту­ пают одновременно два сигнала: сигнал с датчика скорости про­ ходки Uса подается на вход первого катодного повторителя, а сигнал

собмотки дублирующего потенциометра прибора ПКР-21 UOH, пропорциональный осевой нагрузке подается на вход второго катод­ ного повторителя. Выход этого повторителя соединен с измеритель­ ной обмоткой индукционного потенциометра задатчика непосред­

ственно, а выход первого повторителя — через потенциометр R, с помощью которого можно изменять выходное напряжение, пропор­ циональное скорости проходки, и тем самым устанавливать требу­ емый коэффициент настройки регулятора К. Применение катодных повторителей исключает влияние напряжения задатчика на напряже­ ния датчиков давления и скорости проходки аппаратуры ИРБ.

Так как напряжения сигналов скорости проходки и осевой на­ грузки совпадают по фазе, то они суммируются. Суммарное напряже­ ние сигналов находится в противофазе с напряжением задатчика U3, и поэтому результирующее напряжение, поступающее с задатчика на вход усилителя, равно разности суммарного напряжения сигна­ лов и напряжения задатчика

и Сп + и он = и 3.

В этом случае результирующее напряжение на входе усилителя равно нулю. Лампы JISи Л4 работают поочередно. В те полупериоды, когда напряжение вторичной обмотки трансформатора T p t имеет полярность плюс в точке а, а минус в точке б, импульс тока про­ ходит от точки а через лампу Л 3 и обмотку управления реверсивного двигателя к средней точке. В другие полупериоды, когда в точке а минус, а в точке б плюс, импульс тока проходит от точки б через лампу Л 4 и далее по такой же цепи. Таким образом, в данном случае через обмотку управления протекает импульсный ток с частотой следования импульсов 100 с '1. Магнитный поток, создаваемый то­ ками, протекающими по обмоткам управления и возбуждения ревер­

182

сетках плюс, на аноде Л± также плюс, а следовательно, на аноде Л 3— минус. Лампа Л± открыта, а лампа Л 3 заперта и ток проходит от толки б через лампу Л 4 и обмотку управления двигателя к средней точке вторичной обмотки трансформатора. В другие полупериоды, когда на сетки подается отрицательное напряжение обе лампы за­ перты этим напряжением. Таким образом, через обмотку управления реверсивного двигателя протекает импульсный ток, сдвинутый по фазе на 180° относительно тока, протекающего через эту же обмотку при Ucn + Uoa U3. При этом магнитный поток, создаваемый то­ ками возбуждения и управления, вращается против часовой стрелки и в таком же направлении поворачивается ротор реверсивного двига­ теля, что в свою очередь вызывает перемещение золотникового устройства. Направление этого перемещения будет противополож­ ным по сравнению со случаем, когда Ucn + Uon > U3, и поэтому независимо от режима бурения осевая нагрузка увеличивается.

У с т р о й с т в о о г р а н и ч е н и я о с е в о й н а г р у з к и . При уменьшении скорости проходки осевая нагрузка с помощью бурового регулятора автоматически увеличивается и в некоторых случаях может превысить допустимую величину. Для предотвраще­ ния такого превышения в регуляторе БР-1 предусмотрено устройство ограничения осевой нагрузки. В состав этого устройства входят трансформатор Тр 2, фазочувствительный выпрямитель, собранный

двигателя. В цепь ограничительного устройства включены также кон­ такты ПМ максимальной уставки прибора ПКР осевой нагрузки.

Если осевая нагрузка превысит величину, установленную макси­ мальной уставкой, контакты ПМ замкнутся и подготовят срабаты­ вание реле Р 2. Однако цепь обмотки Р 2 может замкнуться только после срабатывания реле P t , а это в свою очередь зависит от фазы импульсного тока, протекающего через обмотку управления ревер­ сивного двигателя. Рассмотрим два возможных случая.

1. В момент замыкания контактов П М осевая нагрузка продол­ жает увеличиваться, так как ротор реверсивного двигателя испол­ нительного механизма вращается против часовой стрелки. При этом фаза напряжений на вторичной обмотке трансформатора Тр2 и об­ мотке управления реверсивного двигателя такова, что полярность в точках в и д и в точках г же соответственно одинакова. Благодаря этому напряжения Ua и Ul включены встречно, а напряжения С/д

и U 2 — последовательно. В те полупериоды, когда в точках в и д плюс, а в точках г и е — минус, ток проходит от точки д через об­ мотку реле Р г в направлении снизу вверх, диод Д в и правую поло­ вину обмотки Тр 2 к точке е. В другие полупериоды, когда в точках в и д — минус, а в точках г и е — плюс, диоды Д ъ и Д в заперты и ток через обмотку Р 1 не проходит. Постоянная составляющая импульс­ ного тока, протекая через обмотку поляризованного реле Р г, вызы­ вает перебрасывание якоря этого реле в таком направлении, при

184

котором его контакты Р г замыкаются и создают цепь тока через кон­ такты уставки П М и обмотку неполяризованного реле Р 2. В резуль­ тате контакты Р 2 размыкаются и обесточивают обмотку возбуждения реверсивного двигателя. Ротор двигателя останавливается, благодаря чему перемещение золотникового устройства и связанное с этим уве-* личение осевой нагрузки прекращается.

2. В момент замыкания контактов П М осевая нагрузка умень­ шается, так как ротор реверсивного двигателя исполнительного механизма вращается по часовой стрелке. При этом фаза напряжения

Постоянная составляющая импульсного тока, протекая через об­

якоря, при котором контакты Р х остаются разомкнутыми, реле Р 2 не срабатывает, обмотка возбуждения реверсивного двигателя не обесточивается и двигатель продолжает работать.

Таким образом, ограничение регулирования осуществляется только при повышении осевой нагрузки сверх установленной вели­ чины. При снятии сигнала, вызывающего повышение нагрузки (например, при увеличении скорости проходки), буровой регуля­ тор БР-1 продолжает работать в соответствии с установленной характеристикой регулирования.

Управление режимом бурения осуществляется по одной из ха­ рактеристик, приведенных на рис. 100, в зависимости от установлен­ ных на задатчике значений осевой нагрузки Р и коэффициента на­

категории буримости в данных геолого-технических условиях. Например, если установить на задатчике значение осевой нагрузки

185

Р = 1500 кгс и выбрать коэффициент настройки регулятора К 3, то в процессе бурения при скорости проходки 10 м/ч буровой регуля­ тор автоматически установит осевую нагрузку Р — 1250 кгс (рис. 100, точка Mj). При увеличении скорости до 15 м/ч осевая нагрузка авто­ матически уменьшится и станет равной 1120 кгс (точка М 2)у а ПРН уменьшении скорости до 5 м/ч нагрузка возрастет до 1380 кгс (точка М з).

Автоматический регулятор подачи АРП

Автоматический регулятор подачи АРП создан на базе бурового регулятора БР-1 и предназначен для автоматической подачи бурового снаряда в процессе бурения путем плавного оттормаживания ле­ бедки станка

По принципу действия АРП является автоматическим регулято­ ром непрерывного действия с электрогидравлическим исполнитель­ ным механизмом. Помимо автоматического регулирования подачи в соответствии с физико-механическими свойствами разбуриваемых пород регулятор АРП позволяет осуществлять измерение и реги­ страцию осевой нагрузки, а также измерение скорости подачи инстру­ мента.

В комплект АРП входят следующие основные узлы и механизмы: измерительно-задающий блок ИЗБ, датчик осевой нагрузки ДНР, датчик скорости подачи бурового снаряда ДС, исполнительный

вается с задающим напряжением индукционного потенциометра ИИ. Результирующее напряжение после усиления подается к реверсив­ ному двигателю Р Д Хвращающему ротор потенциометра ИИ, стрелку измерительного прибора И 1 и перо регистрирующего прибора РП до полной компенсации входного напряжения, пропорционального осевой нагрузки. Сигнал Ucu от датчика ДС идет в двух направле­ ниях: через выпрямитель В удвоения напряжения на измерительный прибор И 2 и одновременно на вход сравнительного устройства СУ, где происходит его суммирование с сигналом UH, поступающего от потенциометра И компенсации веса. Суммарное напряжение Z7cn -f + UHнаходится в противофазе с сигналом U3 задатчика З К , опреде­ ляющего значение коэффициента регулирования К. Результиру-1

1 Регулятор может быть установлен на любой из модификаций станка ЗИФ-1200МР.

186

ющее напряжение указанных сигналов поступает на вход усилите­ ля У 2- В случае неравенства указанных сигналов на выходе измери- тельно-задающего блока появляется напряжение управляющее рабо­ той реверсивного двигателя Р Д 2. Три возможных случая работы реверсивного двигателя были рассмотрены в пункте «а» настоящего параграфа. Реверсивный двигатель управляет работой дросселя Д , регулирующего подачу масла в рабочий гидроцилиндр РГЦ. Зажим

Рис. 101. Структурная схема автоматического регулятора подачи АРП:

Д — дроссель, Н — маслонасос, Р Д ,, Р Д 2 — реверсивные двигатели; И М — исполнительный

ками ТК силой сжатия тарельчатых пружин. Обратное перемещение тормозных колодок происходит в результате подачи масла в рабо­ чую полость гидроцилиндра.

К о н с т р у к т и в н ы е о с о б е н н о с т и у з л о в и м е ­

схемы, реверсивный двигатель, индукционный потенциометр, при­ вод на стрелки, часовой механизм и привод на диск для крепления диаграммного бланка. За открывающейся крышкой с остекленным окном располагается шкала измерения осевой нагрузки. На передней

187

панели корпуса смонтированы: измерительный прибор скорости подачи бурового снаряда М-325, потенциометр компенсации веса, переключатель рода работ (бурение-спуско-подъем), потенциометр задания нагрузки, переключатель пределов измерения и задатчик коэффициента регулирования К. ИЗБ крепится на стене бурового здания в месте удобном для визуальных наблюдений.

Д а т ч и к о с е в о й н а г р у з к и . Конструкция и принцип действия аналогичный датчику применяемому в измерителе МКН. Размещается на неподвижном конце каната талевой системы.

Д а т ч и к с к о р о с т и п о д а ч и . В качестве датчика ис­ пользуются двухфазный асинхронный двигатель с полым ротором, работающий в генераторном режиме. Привод датчика осуществляется через фрикционную муфту от ролика соприкасающегося с канатом, идущим от лебедки станка на кронблок. Во время спуско-подъемных операций станок смещается от устья скважины, и при этом нарушается контакт ролика датчика с канатом, что приводит к выключению датчика. Датчик ДС монтируется на элементах конструкции вышки.

И с п о л н и т е л ь н ы й м е х а н и з м . Принцип работы ана­ логичен исполнительному механизму БР-1. Привод иглы дросселя

цилиндра помещен шток с поршнем, за которым находится большое количество тарельчатых пружин. Силой сжатия этих пружин пор­ шень со штоком воздействует на тормозные колодки, прижимая их

кповерхности тормозной шайбы. Регулируемое дросселем давление масла, поступающего в рабочую полость гидроцилиндра, приводит

коттормаживанию шайбы, в результате чего поворачивается бара­ бан лебедки и происходит подача каната вместе с буровым снарядом.

РГЦ монтируется на тормозе лебедки.

§ 3. ПРИНЦИП КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

В1959 г. Специальным конструкторским бюро Министерства геологии СССР были начаты работы по созданию системы автомати­ зации основных процессов разведочного колонкового бурения.

Вкачестве объекта автоматизации был выбран буровой станок

сгидравлической подачей шпинделя, обладающий рядом качеств, способствующих проведению этих работ.

Воснову схемы автоматизации были положены:

принцип стабилизации крутящего момента на шпинделе бурового станка путем регулирования осевой нагрузки;

регулируемый расход промывочной жидкости, закачиваемой

вскважину, в зависимости от скорости проходки.

Вслучае зашламования скважины предусматривалось увеличение расхода промывочной жидкости, снижение осевой нагрузки, а при резком росте крутящего момента — отключение электродвигателя.

188