/
Author: Жуковский А.А. Нанкин Ю.А. Сушинский В.А.
Tags: горные работы при разработке месторождений полезных ископаемых организация производства управление экономика предприятий автоматика системы автоматического управления и регулирования интеллектуальная техника технология управления оборудование систем управления техническая кибернетика общие вопросы горного дела горное дело физико-математические науки горные породы станки бурение скважин издательство недра горная промышленность
ISBN: 5—247—00909—6
Year: 1990
Text
А.А.ЖУКОВСКИЙ Ю.А.НАНКИН ВА.СУШИНСКИЙ
ПРИВОД
И СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
БУРОВЫХ
СТАНКОВ
ДЛЯ КАРЬЕРОВ
МОСКВА "НЕДРА” 1990
QJUL.M'
ББК 33.13:33:22-
Ж 86
УДК 622.233.6:658.8HhO11 .66r605?68 1.51
Жуковский А. А., Нанкин Ю. А., Сушинский В. А.
Ж 86 Привод и системы управления буровых станков для
карьеров.—М.: Недра, 1990.— 223 с.: ил.
ISBN 5—247—00909—6
Даны краткое описание устройства и конструкции станков
шарошечного бурения отечественного и зарубежного производства для
открытых горных разработок. Приведены функциональные схемы главных
и вспомогательных приводов, систем и средств управления приводами,
технологических систем автоматического управления процессов бурения;
изложены принципы построения этих схем. Освещены перспективы совер-
шенствования электроприводов главных механизмов станков шарошечного
бурения. Рассмотрены технические средства, методы наладки и техни-
ческого обслуживания приводов и средств управления бурением.
Для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой,
исследованием и эксплуатацией приводов и средств управления буровыми
.станками.
2501000000-049
Ж -043(61)—90 53—89
ББК 33.13:33.22
ISBN 5—247—0090!
ьство «Недра», 1990
I Ci»ep/VK>nf'
ВВЕДЕНИЕ
Развитие отечественной горной промышленности происходит на
основе широкого внедрения открытых горных разработок, где
первоочередным, весьма трудоемким и наиболее дорогостоящим
производственным процессом является бурение'взрывных сква-
жин. Удельный вес буровых работ в общей себестоимости добычи
полезного ископаемого составляет 30% и более. Поэтому!для
выполнения значительного объема работ по подготовке горной
массы и добыче полезных ископаемых в горнодобывающей
промышленности предстоит в первую очередь создать, освоить и
внедрить высокопроизводительные буровые станки. В связи с
этим вопросы совершенствования техники и технологий бурения
на открытых разработках приобрели особо важное значение для
народного хозяйства страны.
Из различных способов проходки скважин в горной промыш-
ленности в породах с коэффициентом крепости f=6~ 16 по
шкале проф. М. М. Протодьяконова в СССР и за рубежом наи-
более эффективен способ шарошечного бурения. Созданием оте-
чественных станков шарошечного бурения занимаются специаль-
ные конструкторские бюро (СКВ) Института горного дела
(ИГД) им. А. А. Скочинского Министерства угольной промыш-
ленности СССР и СКВ СГО (самоходного горного оборудова-
ния) Министерства тяжелого машиностроения СССР совместно
с заводами-изготовителями станков и при участии Научно-
исследовательского и проектно-конструкторского института по
добыче полезных ископаемых открытым способом, Всесоюзного
научно-исследовательского и проектно-конструкторского институ-
та по автоматизированному электроприводу в промышленности,
сельском хозяйстве и на транспорте, ИГД Министерства
металлургии СССР, Научно-исследовательского института «Ги-
проникель» и др.
Станки шарошечного бурения изготавливают на Бузулукском
заводе тяжелого машиностроения им. В. В.. Куйбышева (ПО
«Южуралмаш»); барвенковском машиностроительном заводе
«Красный Луч», Воронежском заводе горно-обогатительного
оборудования (ПО «Рудгормаш») и криворожском заводе гор-
ного оборудования «Коммунист» (НПО «Криворожрудмаш»),
Наиболее распространенными в настоящее время на горных
предприятиях являются станки 2СБШ-200-32 (2СБШ-200) *,
2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н), 4СБШ-200-40 (2СБШ-200МН),
ЗСБШ-200-60 (ЗСБШ-200Н), СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МН) и
СБШ-250-55 (СБШ-250С).
За рубежом созданием и производством станков шарошеч-
* В скобках указаны старые наименования;моделей серийных станков.
. • ' ; > г- 3
ного бурения занимаются фирмы «Марион», «Бюсайрус-Ири»,
«Робинс-Джой», «Ингерсолл-Ранд», «Гарднер-Денвер» (США),
«Атлас Копко» (Швеция), «Хаусхер» (ФРГ) и др.
Многолетние наблюдения за эксплуатацией буровых станков
и изучение замечаний и предложений горных предприятий дали
возможность конструкторским бюро и институтам совместно с
заводами-изготовителями усовершенствовать конструкцию стан-
ков, повысить их технический уровень и увеличить производи-
тельность. Отличительная особенность станков последних выпус-
ков — бурение направленных (вертикальных й наклонных) сква-
жин на глубину до 55—60 м, что позволяет расширить область
применения наиболее экономичной бестранспортной системы раз-
работки с частичной перевалкой пород вскрыши взрывом во
внутренние отвалы. Комплекс конструктивных мероприятий, на-
правленный на увеличение производительности, повышение тех-
нического уровня и обеспечение комфортных условий буровых
станков включает в себя:
использование тиристорного электропривода в механизмах
вращателя и подачи с высоким качеством механических характе-
ристик во всем, диапазоне регулирования;
установку на станках систем автоматического управления
процессом бурения, регулирующую частоту вращения бурового
инструмента и осевое усилие на забой скважины в зависимости
от крепости горных пород, что снижает вибрацию станка и защи-
щает его от перегрузки;
применение в приводе гусеничного хода и лебедки подъема
бурового става тиристорных станций управления, обеспечиваю-
щих необходимую плавность пуска при трогании с места, что
способствует уменьшению динамических нагрузок в металлокон-
струкциях и механизмах хода и лебедки;
установку на станках кабельных барабанов, облегчающих
обслуживание станков при их эксплуатации;
амортизацию кабин и оснащение их кондиционерами, улучша-
ющими гигиенические условия труда оператора;
применение на станках комплектных тиристорных устройств,
блочное исполнение системы управления, основанной на исполь-
зовании интегральных микросхем и оснащенной устройством
диагностирования отказов, обеспечивающих их компактность;
удобство обслуживания, минимальные затраты времени на поиск
и устранение неисправностей.
Таким образом, для конструкций станков шарошечного буре-
ния характерны сложность и разнообразие механизмов, приво-
дов и систем управления. В последние годы значительно измени-
лись приводы и системы управления. Однако в литературе не
отражены наиболее важные изменения в механизмах, приводах и
системах управления буровых станков. Особого внимания заслу-
живает автоматизация управления буровыми станками, реализа-
ция которой позволит существенно повысить технический уро-
вень и эффективность буровых работ.
4
1. СТАНКИ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ
1.1. Общие сведения о буровых станках
Буровые станки предназначены для шарошечного бурения сква-
жин под взрывные работы как на вскрышных, так и на добычных
уступах карьеров, в сухих и обводненных, монолитных и трещи-
новатых породах. Область применения — открытые горные раз-
работки в угольной, рудной, черной и цветной металлургии,
горно-химической промышленности и промышленности строи-
тельных материалов, а также строительство гидротехнических и
железнодорожных сооружений.
Буровые станки — самоходные буровые агрегаты,, основное
оборудование которых — ходовая тележка, рабочий орган, гидро-
привод, пневмосистема, системы пылеулавливания или пыле-
подавления, электрооборудование, машинное помещение и каби-
на управления.
Ходовая тележка. Станки тяжелого и среднего типов, как
правило, монтируют на гусеничных тележках, а станки легкого
типа — как на гусеничном, так и на пневматическом (колесном)
ходу.
Рабочий орган располагается консольно и состоит из мачты,
вращательно-подающего механизма и кассеты. Мачта представ-
ляет собой закрытую или открытую с одной стороны пространст-
венную ферму прямоугольного сечения. Открытая мачта облегча-
ет надзор и обслуживание механизмов и питающих коммуника-
ций рабочего органа, расположенных внутри мачты. Крепление
мачт шарнирное. С помощью гидроцилиндров их можно уста-
навливать в вертикальное или наклонное рабочее и горизон-
тальное транспортное положения.
По принципу действия станки шарошечного бурения делятся
на станки с нижним (патронная схема) и верхним (шпиндельная
схема)' расположением вращательно-подающего механизма.
Привод вращения бурового инструмента на’ станках тяжелого
и среднего типов осуществляется от электродвигателя постоян-
ного тока с управлением по системе генератор — двигатель
(Г — Д), силовой магнитный усилитель — двигатель (СМУ—
Д) и тиристорный преобразователь — двигатель (ТП — Д). На
станках легкого типа привод вращения производится в основном
от гидродвигателей. Некоторые фирмы за рубежом для привода
станка применяют двигатели внутреннего сгорания.
В большинстве случаев используют гидравлический способ
подачи инструмента на забой, что обеспечивает плавное регули-
рование нагрузки и достаточную степень упругости. Конструктив-
но гидравлические механизмы подач различны.
Станки оборудуют канатно-реечным напорным механизмом
или реечно-цепным с приводом от гидродвигателя. На многих
5
станках инструмент на забой скважины подается роликовыми
цепями с гидравлическим приводом или гидроцилиндрами в
сочетании с цепной или канатно-полиспастной системой.
Некоторые станки оснащаются канатной подачей через ле-
бедки с приводом от электродвигателя. Этими же механизмами
производится и подъем бурового става при его разборке.
В конструкциях многих станков предусмотрено создание осе-
вой нагрузки при помощи гидроцилиндров и гидропатронов. При
этом подъемно-спусковые операции при сборке и разборке буро-
вого става производятся установленными на станках специаль-
ными лебедками.
Наращивают и разбирают буровой став при помощи кассеты,
в которой размещаются буровые штанги, и вертлюгом, соеди-
няющим лебедку подъема бурового става с буровыми штангами.
Натяг с резьбовых соединений штанг при разборке бурового ста-
ва и смене шарошечных долот снимается гидроключом.
Гидропривод. С помощью гидропривода на станках осущест-
вляются основные и вспомогательные операции. Исполнительные
органы получают питание от насосов регулируемой или постоян-
ной подачи. В систему гидропривода входят маслонасосная
станция, состоящая из гидробака и насосных установок, блоки
гидроаппаратуры, гидромоторы, силовые гидроцилиндры различ-
ных механизмов, контрольные приборы и гидрокоммуникации.
Пневмосистема. Для удаления из скважины продуктов раз-
рушения (буровой мелочи) и охлаждения шарошечного долота
применяется сжатый воздух, который нагнетается компрессорной
станцией в скважину через буровой став.
Системы пылеулавливания и пылеподавления. Улавливание
выносимой из скважины буровой мелочи и пыли осуществляется
установками сухого пылеулавливания или пылеподавления водой.
В воздушную струю впрыскивается вода, и скважина продува-
ется воздушно-водяной смесью.
Электрооборудование. Станок питается электроэнергией от
низковольтной сети переменного тока напряжением 380 В или
высоковольтной сети напряжением 6000 В с помощью гибкого
кабеля.
Для предотвращения воздействия атмосферных осадков
оборудование на станках тяжелого и среднего типов располо-
жено в машинном помещении.
Управление процессом бурения и всеми вспомогательными
операциями осуществляется из кабины машиниста (оператора).
1.2. Устройство и конструктивные Особенности
буровых станков
Станки с нижним расположением вращательно-подающего меха-
низма. Станки 2СБШ-200-32 (2СБШ-200), 2СБШ-200-40 (2СБШ-
200Н), 4СБШ-200-40 и ЗСБШ-200-60 (табл. 1.1) с консольным
расположением рабочих органов и нижним расположением вра-
б
щательно-подающих механизмов предназначены для бурения
взрывных скважин: 2СБШ-200-32 только- вертикальных, осталь-
ные — вертикальных и наклонных.
Буровой станок 2СБШ-200-40 (рис. 1.1, а) является модер-
низированной моделью станка 2СБШ-200Н. На передней части
платформы ходовой тележки 4 по продольной оси станка смон-
тирован рабочий орган 2, все узлы которого расположены на
мачте. Подъем мачты в рабочее и опускание в транспортное
положения осуществляются двумя гидроцилиндрами /. Установка
станка в горизонтальное положение производится тремя гидрав-
лическими домкратами 3, вмонтированными в платформу станка.
Оборудование на станке располагается следующим образом.
В машинном помещении / (рис. 1.1, б) смонтированы: станции 2
и 3 управления соответственно вспомогательными операциями,
приводами компрессорной установки и гусеничного хода; обору-
дование пневмосистемы, состоящее из винтового компрессора
5, холодильника 6 и вентиля 4 с. электромагнитным приво-
дом. Нагнетаемый компрессорной установкой сжатый воздух
удаляет из скважины буровую мелочь и охлаждает шарошечное
долото.
В передней части машинного помещения установлены станции
9 и 10 управления рабочим органом и оборудование гидроприво-
да, состоящее из маслонасосной станции 11, на крышке масля-
ного бака которой закреплены гидропанели аппаратуры основных
операций и пластинчатый масляный насос. Под баком находится
радиально-поршневой масляный насос. На передней стенке по-
мещения Крепится гидропанель 12 гидрораспределителей вспо-
могательных операций. Под панелью размещен датчик скорости
бурения, который прикреплен к платформе станка. Рядом со
станциями управления установлены верстак 8 и сварочный транс-
форматор 7.
С левой стороны передней части платформы (по ходу движе-
ния станка) расположена пылеулавливающая установка 14, со-
стоящая из осадительной камеры, циклонной пары с бункером,
фильтрационной камеры с механизмом встряхивания и вентиля-
торной установки. По продольной оси в передней части станка
смонтирован рабочий орган 13.
Управление процессом бурения и всеми вспомогательными
операциями осуществляется из кабины 22 машиниста (операто*
ра), представляющей собой сварную панельную конструкцию,
стены и потолок которой утеплены термоизоляцией. В кабине
установлены: пульты управления 20 и 21 с контрольно-измери-
тельной аппаратурой, кресло 18 оператора, тумбочка 16 и си-
денье откидное 17. В зимнее время кабина отапливается калори-
ферной установкой 19, состоящей из нагревателя и установлен-
ного на мачте.вентилятора. Вход в кабину — с площадки 23 ма-
шинного помещения, выход — на рабочую площадку 15.
Все основные механизмы станка оборудованы электроприво-
дами с дистанционным управлением из кабины оператора, а
7
// fft и В1 61 02 12 22
Рис. 1.1. Буровой станок 2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н):
а — общий вид; б — размещение оборудования
Таблица 1.1
Параметры 2СБШ-200-32 2СБШ-200-40 4СБШ-200-40 ЗСБШ-200-60
Диаметр долота, мм 215,9 215,9 215,9 215,9; 244,5
Глубина бурения вертикальных скважин, м >32 >40 >40 >60
Направление бурения к вертикали, градус 0 0; 15; 30 0; 15; 30 0; 15; 30
Коэффициент крепости буримых пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова 6—12 6—14 6—14 6-16
Способ подачи бурового инструмента на забой Гидравлический
Максимальное давление в гидросистеме, МПа 10 12,5 12,5 18,0
Максимальное усилие подачи, кН 240 300 300 300
Скорость подачи (подъема) бурового снаряда, м/мин 1,5(29,2) 1,5(31) 1,5(31) 2,0(24)
Максимальная частота вращения бурового става (бесступенчатая,) с"'1 >2,5 >2,5 ' . >2,5 >2,5
Максимальный крутящий момент на буровом инст- рументе, Н • м 5600 5950 5220 6070
Способ очистки скважин Пневматический
Производительность компрессора, м3/мин 25 25 25 25
Давление сжатого воздуха, МПа 0,7 0,7 0,7 0,7
Способ пылеулавливания или пылеподавления Водяной Сухой трехступенчатой очисткой
Площадь поверхности'очистки, м2 — 56 56 60
Ход станка Гусеничный
Скорость передвижения станка, км/ч 0,6 0,6 0,75 0,75
Среднее удельное давление гусениц на грунт,'МПа 0,11 0,1 0,12 0,12
Угол преодолеваемого станком уклона, градус 12 12 . 12 12
Суммарная установленная мощность электродвига- телей, кВт 320 335 340 378
Штанга: длина, м диаметр, мм 8 ' 180 . 8 180 8 v 180 12 180
Габариты станка, мм: 4770 4800 5000 5400
ширина
в рабочем положении: 8330 9180 10 600 12 100
длина 12 750 13 400 14 300 18 040
высота
в транспортном положении: 13 170 13840 14 200 18 540
длина 6000 5650 6100 5300
высота , 50 53,,7 68 64,1
Масса станка, т
е. С 1987 г. станки 2СБШ-200-40, 4СБШ-200-40 и ЗСБШ-200-60 оборудованы компрессорными установками с производительностью 32 м3/мип
Рис. 1.2. Буровой станок ЗСБШ-200-60:
а — общий вид; б — размещение оборудования
привод гусеничного хода и операция по смене долот осущест-
вляются от выносных постов.
Буровой станок ЗСБШ-200-60 (рис. 1.2, а) предназначен для
работы с мощными экскаваторами при транспортной и бестранс-
портной системах разработки.
На платформе гусеничной тележки 4. станка смонтирована
мачта 9, которая в рабочее и транспортное положения устанав-
ливается двумя гйдроцилиндрами 3. В рабочем положении мачта
фиксируется телескопическим подкосом 8, а в транспортном по-
ложении — на задней опоре 6. Перед опусканием мачты в транс-
портное положение необходимо отсоединить ее от передней опо-
ры, а гидроцилиндры опустить до соприкосновения мачты с
задней опорой. При установке рабочего органа под необходимый
угол бурения передняя опора крепится к задним кронштейнам
на платформе. Перед бурением станок устанавливается в гори-
зонтальное положение четырьмя гидравлическими домкратами —
передними 2 и задними 5.
Станок питается электроэнергией от низковольтной сети
переменного тока напряжением 380 В с помощью гибкого кабеля
через кабельный барабан 7. Управление станком осуществляется
из кабины 1.
В передней части платформы (рис. 1.2, б) по продольной
оси станка на передней опоре 20 находится рабочий орган 1,
все узлы которого смонтированы внутри мачты.
Между рабочим органом и машинным помещением на плат-
форме размещена лебедка 19 подъема бурового става, С левой
стороны передней части платформы (по ходу движения станка)
расположена установка 21 сухого пылеулавливания с трех-
ступенчатой очисткой и замкнутым потоком. В задней части
размещены машинное помещение 16, в котором установлено
рборудование: компрессорная установка 17 для удаления буро-
вой мелочи из скважины, гидропривод 18, состоящий из гид-
робака, гидроблоков, приводов, силового и вспомогательного
насосов, три станции управления, два настенных электрошкафа
13 и вспомогательное оборудование.
Машинное помещение представляет собой сварную панель-
ную конструкцию, установленную на платформе станка, и имеет
люки и проемы в стенах и крыше для облегчения обслуживания
во время эксплуатации станка и демонтажа оборудования при
ремонте. В машинном помещении установлен верстак 11с тиска-
ми для ремонтных работ. Необходимый для работы материал,
долота и масла хранятся в приямке средней части платформы.
Вход в машинное помещение предусмотрен с площадки 12
кабины управления. На площадке находится сварочный транс-
форматор 14. Для создания комфортных- условий в машинном
помещении имеются два осевых вентилятора.
С правой стороны передней части, платформы расположена
кабина управления 2, которая является рабочим местом маши-
ниста станка. Она представляет Собой сварную панельную кон-
14
струкцию, установленную на платформе станка с амортизато-
рами для снижения вибрации. В кабине предусмотрены две
двери — входная со стороны машинного помещения и выход-
ная — со стороны рабочей площадки 22, пульт управления 4
станком, электрошкаф 9 автоматизации процесса бурения, щит 8
управления кондиционером, шкаф 7 для одежды, тумбочка 6,
сиденье откидное 5 и огнетушитель. Перед пультом управления
смонтировано поворачивающееся кресло 3 оператора. Стены
кабины утеплены, пол деревянный настил, покрытый лино-
леумом. На крыше кабины управления размещены прожекторы
для освещения рабочего органа и пути передвижения станка,
а со стороны входной двери кондиционер 10.
Для центровки станка при передвижении необходимо от-
соединить заднюю сторону передней опоры от задних кронштей-
нов и с помощью гидроцилиндров передвинуть ее вместе с мач-
той вперед до упора, затем мачту зафиксировать в задней
опоре.
Питание станка электроэнергией осуществляется с помощью
гибкого кабеля от низковольтной сети переменного тока напря-
жением 380 В. При передвижении станка питающий кабель
автоматически разматывается или наматывается на кабельный
барабан 15, смонтированный в задней части платформы.
Станки с верхним расположением вращательно-подающего
механизма. Стайки СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МН) и
СБШ-250-55 (табл. 1.2) имеют консольное, расположение рабо-
чих органов и верхнее расположение вращательно-подающего
механизма.
Станок СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МН) (рис. 1.3, а) смон-
тирован на гусеничном ходу 5. На его осях устанавливается
платформа станка с машинным помещением 4, являющимся си-
ловой конструкцией станка.
В передней части станка по продольной оси. установлен ра-
бочий орган / на специальных опорах, закрепленных на сило-
вых элементах машинного помещения. Он устанавливается
в рабочее и транспортное положения, двумя гидроцилиндрами 2,
шарнирно соединенными с опорами мачты. Установка станка
в горизонтальное положение производится тремя гидр'одомкрата-
ми — двумя передними 7 и задним 6. Управление станком осу-
ществляется из кабины 3.
Оборудование на станке размещается следующим образом
(рис. 1.3, б). В неутепленной части машинного помещения 1
размещена компрессорная установка 19 с распределительным
ящиком 18, а в утепленной.— маслонасосная станция 9 с блоком
гидроаппаратуры 10, насос 11 закачки воды в бак, насос 13
орошения забоя, выпрямительное устройство 12, трансформатор
14 цепей управления и освещения, тиристорный преобразователь
17 и кнопочная станция 16, электрический шкаф 20 управления,
ящик 15 для инструмента.
С правой стороны станка по ходу движения — бак 8 для
15
Рне. 1.3. Буровой станок СБШ-250МНА-32 (СБШ-250М1-П
а общим вид; б — размещение оборудования ".
10 11 12 13 /4 15 16 17
20
Таблица 1.2
Параметры
СБШ-250МНА-32
СБШ-250-55
Диаметр долота, мм 244,5; 269 244,5; 269
Глубина бурения вертикальных сква- жин, м >32 >55
Направление бурения к вертикали, градус 0; 15; 30. 0; 15; 30
Максимальное усилие подачи, кН 300 . 294
Ход непрерывной подачи става, м <8 <11,3
Механизм подачи Четырехкратная капатно-полиспа- Две лебедки и трехкратная • ка-
Максимальная скорость подачи долота, м/мин стная система от двух гидроцилинд- ров натно-полиспаст- ная система
1,0 1,5
Маневровая скорость, м/мин 7 20
Максимальная частота вращения бурово- го става, с-1 ,>2,5 >2,5
Крутящий момент на буровом инструмен- те, Н • м 4200 5700
Производительность компрессора, м3/мин 25 25
Давление сжатого воздуха, МПа 0,7 0,7
Ход станка Гусеничный
Скорость передвижения станка, км/ч 0,74 0,84
Угол преодолеваемого станком уклона, градус 10 10
Установленная мощность электродвига- телей, кВт 398 517
Давление гусениц на грунт, МПа 0,14 - 0,12
Давление плит домкратов на грунт, МПа Габариты станка, мм: 0,85 0,85
ширина в рабочем положении: 5450 5240
длина 9200 11 200
высота 15 350 17 730
Масса станка, т 66 88
Примечание. С 1987 г. станки оборудуются компрессорной установкой с производительностью
32 мэ/мин.
воды с нагревателями 7, а с левой — кабина 3 с пультом управ^
ления 6 и кресло 4 оператора. Конструкция кабины сварная
цельнометаллическая со звукоизоляционными стенами и потол-
ком. Пол деревянный с настилом из резиновых матов. Вход в
машинное помещение и кабину с площадки 2, а выход из кабины
к рабочему органу — через площадку 5.
Гидропривод состоит из маслонасосной станции и исполни-
тельных гидроцилиндров, а также распределительной и конт-
рольно-регулирующей аппаратуры.
Удаление буровой мелочи из скважины, охлаждение шаро-
шечного долота и пылеподавление осуществляются воздушно-
водяной смесью.
Электроэнергия к станку подводится гибким кабелем от низ-
ковольтной сети "переменного тока напряжением 380 В.
18.
Станок СБШ-250-55 (рис. 1.4, а) предназначен для бурения
вертикальных и наклонных взрывных скважин. Станок смонти-
рован на гусеничном ходу 1, на осях которого установлено ма-
шинное помещение 6, являющееся силовой конструкцией. На
верхнем поясе каркаса машинного помещения установлены
опоры, на которых закреплен рабочий орган 4. При помощи
гидроцилиндров 5 последний .устанавливается в рабочее или
транспортное положение.
Установка станка в горизонтальное положение производится
с помощью четырех гидродомкратов 2, из которых два передних
прикреплены к платформе каркаса машинного помещения при
помощи кронштейнов, а два задних — к поперечной балке
платформы. Домкраты включаются попарно: два правых или
два левых, два передних или два задних. Такая система исклю-
чает статическую неопределимость, возникающую при опирании
станка на четыре точки.
Выполнение всех операций ,с помощью гидроцилиндров
осуществляется от маслонасосной станции гидропривода.
Сжатый воздух, нагнетаемый компрессорной установкой,
удаляет буровую мелочь из скважины и охлаждает шарошечное
долото. Образующаяся пыль подавляется установкой, состоящей
из водяного бака и электронасосного агрегата, подающего в
скважину воду для орошения забоя. Всеми операциями управ-
ляют из кабины 3 оператора.
Электроэнергию станок получает с помощью гибкого кабеля
от низковольтной сети переменного тока напряжением 380 В.
При передвижении станка питающий кабель наматывается и
разматывается автоматически двумя кабельными барабанами.
. Оборудование на станке расположено следующим образом
(рис. 1.4, б). В передней части по продольной оси станка уста-
новлен рабочий орган 1. К платформе гусеничного .хода 3 при-
креплены гидродомкраты 12. С правой стороны расположен
водяной бак 2 установки пылеподавления, а с левой — кабина
19 управления.
В машинном помещении 10 установлены маслонасосная
станция 4 гидропривода с гидроблоками, электронасосный агре-
гат 5, ящик для инструмента 6, трансформатор 7, электрошкафы
управления (НКУ — низковольтное комплектное устройство) 8,
компрессорная установка 9 с холодильником, и в конце станка
на раме смонтирован кабельный барабан.
В кабине оператора установлены пульт 22 управления, кресло
21 оператора, обогреватель 18 кабины, стол 16, сиденье 15,
аптечка 17, огнетушитель 14 и щит 13 управления кондиционе-
ром. Конструкция кабины сварная, цельнометаллическая со
звукоизоляционными стенками и потолком; под деревянный с
настилом из резиновых матов. Вход в кабину и машинное по-
мещение с площадки 11, а выход к рабочему органу — через
площадку 20.
Буровые станки, выпускаемые фирмами «Бюсайрус-Ири» и
19
г 1
«Марион», выполнены с консольным расположением рабочих
органов и верхним расположением вращательно-подающих
механизмов. Фирма «Бюсайрус-Ири» выпускает станки следую-
щих моделей: 30-R, 40-R, 45-R, 47-R, 49-R, 55-R, 60-R, 61-R, а
«Марион» — М-2, М-3, М-4, М-5 и др. (табл. 1.3).
fHC- 1-4; Буровой станок СБШ-250-55-
общим вид; б—размещение оборудования
Таблица 1.3
Параметры «Бюсайрус-Ири* (50-R «Марион» М-4
Диаметр долота, мм 311(320) 311 (320)
Глубина бурения вертикальных сква- >55 >55
жин, м Направление бурения к вертикали, 0—30 0—30
градус Механизм подачи бурового инструмента Реечно-цепной Цепной
на забой Максимальное давление в гидросистеме, 21 25
МПа Максимальное усилие подачи, кН 560 475
Скорость подачи/подъема бурового сна- 1,22/30,5 1,98/39,6
ряда, м/мин Максимальная частота вращения бурово- 2,2 1,8
го става, с ' Максимальный крутящий момент на буро- 13 780 13 140
вом инструменте, Н м Производительность компрессора, м3/мин 54,6 40
Давление сжатого воздуха, МПа 0,45 0,28
Ход стайка Гусеничный
Скорость передвижения станка, км/ч 1,12 1,33
Среднее давление гусениц на грунт, МПа 0,12 0,11
Угол преодолеваемого станком уклона, 10,2 8,5
градус Установленная мощность электродвига- 580 580
телей, кВт Штанга: диаметр, мм 273 273
длина, м ' 19,5 16,76
21
Продолжение табл. 1.3
. Параметры
Габариты станка, мм:
ширина
в рабочем, положении:
длина
' высота
в транспортном положении:
длина,
высота .
Масса станка, т
«Бюсайрус-Ирн» 60-R
«Марион» М-4’
6400 6240
12 970 13 615
26 190 25 300
25 830 26 280
6350 6860
150 134
Станок модели 60-R (рис. 1.5, а) предназначен для. бурения
вертикальных и наклонных взрывных скважин, смонтирован, на
гусеничном ходу 1. В передней части расположен рабочий орган 4.
Рис. 1.5. Буровой станок модели 60-R фирмы «Бюсайрус-Ири»:
а — общий вид; б — размещение оборудования
22
Кузов 2 является одновременно машинным помещением и
кабиной управления. Буровой став вращается от электродвига-
теля постоянного тока через двухступенчатый редуктор.
Подача бурового става на забой производится гидродвига-
телем через редуктор механизма подъема. Приводы подъема
вращателя и гусеничного хода осуществляются электродвига-
телем постоянного тока через редуктор, приводящий в действие
либо механизм гусеничного хода, либо механизм подъема. Меха-
низм подъема вращателя и привода гусеничного хода распо-
ложен между машинным помещением и рабочим органом. Хра-
нение и подача буровых штанг на ось бурения для наращивания
бурового става производятся тремя отдельными независимо ра-
ботающими кассетами.
Снятие натяга с резьбовых соединений буровых штанг и от-
винчивание штанг й долот производятся вращателем с помощью
механизма, стопорящего штангу от проворота двумя затворами,
приводимыми в действие двумя гидроцилиндрами, или цепным
ключом, соединенным с гидроцилиндром с последующим отвин-
чиванием вращателем. Штанги свинчиваются механизмом стопо-
рения и вращателем. Буровой став состоит из шарошечного
долота, стабилизатора и трех штанг.
С помощью гидропривода осуществляются подача бурового
става на забой, привод кабельного барабана, вспомогательные
операции, выполняемые гидроцилиндрами. Мачту в рабочее и
транспортное положения устанавливают двумя гидроцилиндра-
ми. Установка станка в горизонтальное положение производится
четырьмя гидродомкратами 3.
На осях хода установлена платформа, на которой разме-
щено оборудование (рис. 1.5, б).
С левой стороны рабочего органа 1 расположена кабина 26
управления, разделенная на два отсека. В одном отсеке смонти-
ровано гидрооборудование 23, во втором — пульт управления 24
и ящик для инструмента (одновременно вспомогательное си-
денье 25). С правой стороны находится пылеулавливающая или
пылеподавляющая установка 2. В хвостовой части станка —
задняя опора 12. В машинном помещении находятся охладитель
масла 13 компрессора, высоковольтный выключатель 10, сва-
рочный аппарат 9, вводная коробка 8, трехмашинный преобра-
зовательный агрегат 7, три трансформатора 6, вспомогательный
компрессор 19, нагнетательная установка с фильтром 18, бачки
16 и. 17 соответственно жидкой и густой смазки, панель управ-
ления смазкой 15, щит освещения 14, низковольтные шкафы 20,
3 и'4, шкаф автоматизации 21, шкаф для одежды 22.
Удаление буровой мелочи и охлаждение шарошечного долота
осуществляются сжатым воздухом, нагнетаемым компрессорной
установкой 5.
Станок оббрудован системами сухого пылеулавливания типа
«Амерпульс» с воздушными фильтрами или пылеподавления
водой. ' .
23
б
Напряжение к станку подается посредством гибкого.кабеля
от высоковольтной сети переменного тока напряжением 6000 В
с автоматической подмоткой кабеля гидравлическим приводом
на кабельный барабан 11 емкостью 600 м.
Процесс бурения автоматизирован.
Станок модели М-4 фирмы «Марион» (рис. 1.6, а) предна-
значен для бурения скважин шарошечным долотом. Станок
смонтирован на гусеничном ходу 1 с индивидуальным приводом
каждой гусеницы от гидромотора. На осях хода установлена
платформа, на которой размешено оборудование станка. В пе-
редней части платформы по продольной оси станка установлена
24 •
мачта 4, в которой расположены все узлы рабочего органа. Мач-
та устанавливается в рабочее и транспортное положения двумя
гидроцилиндрами <?.
Буровой став вращается электродвигателем постоянного тока
через одноступенчатый редуктор, а подача бурового става на
забой скважины с созданием осевого усилия и спуско-подъемные
операции производятся гидромоторами через цепную передачу.
Хранение и подача буровых штанг на ось бурения для наращи-
вания бурового става осуществляются тремя отдельными неза-
висимо работающими кассетами. Буровой став состоит из шаро-
шечного долота, стабилизатора и трех штанг. Установка станка
в горизонтальное положение производится четырьмя гидро-
домкратами 2.
В передней части станка расположен рабочий орган 6
(рис. 1.6, б), а в хвостовой — кабельный барабан 16 и машинное
помещение 1, в котором размещено основное оборудование:
трансформатор 15, установка 14 очистки воздуха в машинном
помещении, мотор-генераторный агрегат 12, вспомогательный
компрессор 13, компрессорная установка 11, холодильник 17
компрессорной установки, вспомогательный генератор 10, мас-
лонасосная установка 9, маслоохладитель 8 гидропривода,
электрошкаф 19 с аппаратурой постоянного тока и электрошкаф
20 с аппаратурой переменного тока, маслобак 18 для полуавто-
матической смазки станка.
Улавливание пыли производится установкой 7 сухого пыле-
улавливания или мокрого пылеподавления. В кабине 5 оператора
установлены пульт управления бурением 3 и пульт управления
передвижением 4 станка. Вход в кабину и машинное помещение
с площадки 2. Станок получает питание от высоковольтной сети
переменного тока с помощью гибкого кабеля.
2. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ
БУРОВЫХ СТАНКОВ
2.1. Рабочий орган
Рабочий орган — основной механизм станка, узлы и детали кото-
рого в большей степени, чем другие, подвергаются действию
ударных нагрузок и износу в процессе бурения.
Рабочие органы станков 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40,
4СБШ-200-40 и ЗСБШ-200-60 выполнены с нижним расположе-
нием вращательно-подающих механизмов (ВПМ) и смонтиро-
ваны в передней части платформы. С их помощью производятся
вращение и подача бурового инструмента на забой, сборка и
разборка бурового става.
В рабочий орган станка 2СБШ-200-40 (рис. 2.1) входят
следующие узлы, смонтированные в мачте <3:
вращательно-подающий механизм (вращатель /, гидропатрон 8,
два напорных гидроцилиндра 9); механизм подачи штанг 7
25
«Г
Рис. 2.1. Рабочий орган бурового стан-
ка 2СБШ-200-40
Рис. 2.2. Рабочий орган бурового стан-
ка ЗСБШ-200-60 (обозначения те же,
что на рис. 3.1)
(кассета и цилиндр поворота кассеты); механизм развинчивания
бурового става (гидроключ) 10 (храповый механизм и гидро-
цилиндр); механизм подъема бурового става (лебедку 4 и верт-
люг 5); буровой став 6; приспособление для смены долота 11;
гидроцилиндры 2 установки мачты в рабочее и транспортное
положения.
26
В отличие от станков 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40 и 4СБШ-
200-40, где мачты разъемные и состоят из шарнирно соединенных
между собой основания и мачты, в рабочем органе станка
ЗСБШ-200-60 (рис. 2.2) мачта цельная шарнирно соединена с
передней опорой. . . •
Лебедка подъема бурового става смонтирована на плат-
форме.
Механизм подачи штанг (кассета) 7 расположен внутри
мачты. Такая конструкция обеспечивает наклон мачты в. пло-
скости продольной оси станка, и позволяет бурить как верти-
кальные, так и наклонные скважины. Передняя опора или осно-
вание мачты крепится к платформе с помощью двух передних
шарниров, образующих ось поворота мачты. Рабочий орган
оснащен лестницей с площадкой.
Задняя сторона передней опоры или основания мачты в
вертикальном и наклонном (15 и 30° к вертикали) положениях
фиксируется с помощью пальцев-в задних кронштейнах плат-
формы, а в станке ЗСБШ-200-60 — дополнительно телескопиче-
ским подкосом, соединенным шарнирно с мачтой и задней опо-
рой мачты, расположенной на платформе. В транспортное поло-
жение мачта может устанавливаться только при вертикальном
положении передней опоры или основания мачты.
Мачта станков 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40 и 4СБШ-200-40
представляет собой сварную металлоконструкцию из сортового
и листового металла с закрытой передней панелью, а станка
ЗСБШ-200-60 — из труб квадратного сечения и листового метал-
ла с открытой передней панелью.
Для получения большого диапазона частоты вращения бу-
рового инструмента на приводе вращателя рабочего органа
установлен электродвигатель постоянного тока, который рабо-
тает на станках 2СБШ-200-32 по .системе генератор — дви-
гатель с электромагнитным управлением (Г — Д с ЭМУ), на стан-
ках 2СБШ-200-40 и 4СБШ-200-40 — по системе СМУ — Д, а на
станках ЗСБШ-200-60 — по системе ТП — Д с управлением от
тиристорного преобразователя. Такие исполнения обеспечивают
плавное бесступенчатое регулирование частоты вращения буро-
вого инструмента.
Вращение бурового става на станках 2СБШ-200-32,
2СБШ-200-40 и 4СБШ-200-40 производится вертикальным
фланцевым электродвигателем постоянного тока типа ДПВ-52
мощностью 50 кВт с частотой вращения 15 с1 или мощностью
60 кВт с частотой вращения 20,5 с-1 через вертикальный ци-
линдрический двухступенчатый редуктор, а на станке ЗСБШ-
200-60 .также от вертикального фланцевого электродвигателя
постоянного тока типа ДЭВ-808, мощностью 68 кВт с частотой
вращения 20 с-1.
На станке ЗСБШ-200-60 с передаточным числом редуктора
10,9 на буровом инструменте номинальный крутящий момент
равен 6070 Н-м при частоте вращения в диапазоне 0,12—1,8 с-1
27
и 4420 Н-м при частоте вращения в диапазоне 0,10—2,5 с“‘.
Сборка и разборка бурового става осуществляются с по-
мощью механизма подачи штанг — кассеты. Кассета вмещает
четыре буровые штанги, фиксируемые в гнездах нижнего и верх-
него секторов. Сектора соединены трубой. На штангах и нижнем
секторе кассеты имеются риски, облегчающие установку штанг
в соответствующие гнезда кассеты.
Кассета устанавливается на кронштейны и люнет, прикре-
пленные к мачте. Гидроцилиндром, прикрепленным к мачте,
кассета поворачивается с подачей штанг на ось бурения.
Кроме четырех штанг в кассете на станках, за исключением
2СБШ-200-32, имеется пятая штанга, которая соединена с
вертлюгом и забурником.
При наращивании бурового става 6 (см. рис. 2.1 и 2.2)
штанги подаются на ось бурения и устанавливаются между
забурником или штангой, находящейся в скважине, и вертлюгом
5, и производится свинчивание или развинчивание штанг.
Вращательно-подающий механизм работает следующим об-
разом (рис. 2.3). От электродвигателя 6 с шестерней 5 на валу
I — I движение передается зубчатому колесу 7 вала II — И. От
шестерни 4 вала II—II через
промежуточную шестерню 3
вала 111—Ill движение пере-
дается зубчатому колесу 2, ко-
торое приводит во вращение
проходящий через него шести-
гранный пустотелый шпин-
дель 16.
Трехкулачковый гидравли-
ческий патрон 9 на верхнем
конце шпинделя зажимает и
перехватывает буровые штанги
15 при ручном и автоматиче-
ском бурении. К траверсе гид-
ропатрона прикреплены штоки
поршней, а к корпусу, враща-
теля — гидроцилиндры 1 на-
порного механизма, сообща-
ющие шпинделю поступатель-
ное движение с ходом поршня,
равным 1000 мм, и максималь-
ным осевым усилием на забой
скважины до 300 кН.
Для придания большей
устойчивости шпинделю и
устранения перекоса штоков
гидравлических цилиндров на-
порного механизма траверса
гидропатрона перемещается по
Рис. 2.3. Кинематическая , схема вра-
щательно-подающего механизма ра-
бочего органа буровых станков
2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40, 4СБШ-
200-40, ЗСБШ-200-60
28
двум направляющим, закрепленным с помощью кронштейнов
на передних поясах мачты.
Таким образом, вращение буровому инструменту переда-
стся от электродвигателя через редуктор на шпиндель патрона
и через кулачки патрона на штангу. Шпиндель, получая враще-
ние, одновременно имеет возможность двигаться поступательно.
При воздействии на конечный выключатель 14 кулачки гидро-
патрона освобождают штангу 15. С помощью гидропатрона кру-
тящий момент и осевое усилие передаются буровому ставу.
Крайние положения (верхнее и нижнее) патрона ограничи-
ваются конечными выключателями 8 и 10. Окончание бурения
одной штангой происходит при воздействии вертлюга 12 на ко-
нечный выключатель 11, установленный на патроне, что обеспе-
чивает добуривание немерного конца штанги. Верхнее положение
вертлюга ограничивается конечным выключателем 13.
Для подъема бурового става при его разборке, свинчивании
(развинчивании) верхнего конца штанги, а также для подачи
в буровой став сжатого воздуха служит вертлюг, перемещаю-
щийся по направляющим, которые прикреплены к мачте.
Операции по свинчиванию (развинчиванию) шпинделя верт-
люга и верхнего конца штанги осуществляются вращателем, а на
станке ЗСБШ-200-60 приводным механизмом, размещенным в
корпусе вертлюга и состоящим из электродвигателя мощностью
2,2 кВт, частотой вращения 16 с"1 и редуктора с передаточным
числом 16,6.
На станке 2СБШ-200-32 буровой став при.разборке под-
нимается лебедкой с трехкратным полиспастом. Привод бараба-
на лебедки осуществляется электродвигателем мощностью
14,0 кВт и частотой вращения 22,25 с_| через редуктор РЦД-400
с передаточным числом 20,49.
Затормаживание, с удержанием бурового става на весу
производится колодочным тормозом с электромагнитом пере-
менного тока ТКТ-300/200, шкив, которого закреплен на входном
валу редуктора.
Буровой став при разборке на станках 2СБШ-200-40 и
4СБШ-200-40 поднимается лебедкой с трехкратным полиспастом,
расположенной в мачте. Привод барабана лебедки осуществля-
ется электродвигателем мощностью- 19,5 кВт с частотой враще-
ния 22,5 с-1 через редуктор ВК-550 с передаточным числом
17,72.
На станке ЗСБШ-200-60 подъем бурового става производится
той же лебедкой, но расположенной на платформе станка.
Частота вращения электродвигателя лебедки 15 с'1.
Удержание бурового става на весу производится колодочным
тормозом с электромагнитом постоянного тока ТКП-300/200,
шкив которого закреплен на входном валу редуктора.
Снятие натяга с резьбовых соединений штанг и долота при
разборке бурового става и смене долот осуществляется с по-
мощью механизма развинчивания штанг (гидроключа), а раз-
29
Рис. 2.4. Рабочий орган бурового станка СБШ-250МНА-32
винчивание штанг и долота — за счет прямого-и обратного ходов
электродвигателя вращателя рабочего органа.
Механизм представляет собой гидроцилиндр, который цап-
фами установлен на кронштейне, прикрепленном к основанию
мачты. Гидроцилиндр своим штоком шарнирно соединен с со-
бачкой, которая, в свою очередь, шарнирно соединена с кор-
пусом гидроключа верхней крышки редуктора. В корпус встав-
лено храповое колесо, имеющее шестигранное отверстие, через
которое проходит шпиндель гидропатрона.
При бурении скважин долотами диаметром 215,9 и 244,5 мм
буровой став состоит из шарошечного долота и комплекта
буровых штанг диаметром 180 мм. В него входят одна конце-
вая штанга (забурник) длиною 2350 мм и четыре или пять основ-
ных рабочих штанг длиною 8000 мм, а на станке ЗСБШ-200-60 —
12060 мм.
Рабочие органы станков СБШ-250МНА-32 и СБШ-250-55 вы-
полнены с верхним расположением вращательно-подающего
механизма.
В мачте 3 смонтированы следующие узлы рабочего органа
станка СБШ-250МНА-32 (рис.
2.4): вращатель 2, кассета 1 с
комплектом буровых штанг 9,
натяжная каретка 5 гирлянды
4, блоки 6 механизма подачи и
другие узлы. На мачте уста-
новлены лестница 8 и площади
ка 7 с ограждениями для без-
опасного обслуживания узлов.
Мачта представляет собой
сварную пространственную
ферму из сортового металла.
Два гидроцилиндра 11 ме-
ханизма подачи и механизм раз-
винчивания 10 находятся в
основании мачты. Вдоль мачты
проходят направляющие, по
которым перемещаются карет-
ки вращателя и гирлянды.
Мачта подвешена на специаль-
ных опорах, которые закрепле-
ны на силовых элементах ма-
шинного помещения. Подъем и
опускание мачты осуществля-
ются двумя гидроцилиндрами,
установленными на опорах
мачты.
Торцевой привод вращения
буроврго става осуществляется
от электродвигателя постоян-
Рис. 2.5. Кинематическая схема вра-
щательно-подающего механизма буро-
вого станка СБШ-250МНА-32
31
ного тока типа ДПВ-52 мощностью 60 кВт с частотой вращения'
20,5 с~', управляемого по системе ТП—Д. Регулируется часто-
та вращения изменением напряжения на якоре электродви-;
гателя.
Вращение бурового става производится электродвигателем
1 (рис. 2.5) через двухступенчатый редуктор 2 с передаточным
числом 11, что дает.на буровом инструменте номинальный
крутящий момент, равный 4200 Н-м. С выходного вала редукто-
ра вращение через шинно-зубчатую муфту 3 и опорный узел
4 передается буровому ставу. Шинно-зубчатая муфта предо-
храняет электродвигатель с редуктором от толчков и вибраций.
Осевое усилие на долото через опорный узел 4, восприни-
мается пакетом из трех радиально-упорных подшипников, а мас-
са бурового става — одним радиально-упорным шарикоподшип-
ником. С цомощью кареток 5 вращатель перемещается вверх
и вниз по направляющим мачты. Опорный узел может пере-
мещаться относительно каретки 5. В его корпусе смонтированы
два гидроцилиндра, стопорящие шпиндель вращателя от про-
ворота. Для охлаждения электродвигателей на его верхнем флан-
це смонтирована вентиляционная установка. Ниже опорного узла
расположено устройство подачи воздушно-водяной смеси в бу-
ровой став для охлаждения долота и выноса буровой мелочи
из скважины.
Механизм подачи, осуществляющий подачу бурового става на
забой, подъем става и натяжение гирлянды, состоит из двух-
гидроцилиндров 8 и двух четырехкратных канатно-полиспаст-
ных систем, что при ходе штока цилиндра .2 м обеспечивает
ход буровой штанги длиною 8 м. Канатно-полиспастная система
состоит из верхних 9 и нижних 6 канатов, концы которых соеди-
нены с кареткой 5 вращателя. При движении штоков цилиндров
вверх происходит натяжение нижних канатов и вращатель дви-
жется вниз, а гидроцилиндры создают усилие 300 кН. При опу-
скании штоков натягиваются верхние канаты и происходит
подъем вращателя.
Натяжение гирлянды осуществляется подвижной кареткой 11,
которая при помощи каната 10, соединенного со штоком одного
из цилиндров, поднимается или опускается вслед, за вращате-.
лем, но проходит путь вдвое меньший. Натяжение каната ре-
гулируется винтами 12 или муфтами 7.
Кассета служит для хранения трех штанг и подачи их на
ось бурения в процессе' наращивания бурового става, а также
для удержания штанги от проворота во время отвинчивания от
нее переходника. Кассета состоит из вертикального вала, смон-
тированного на шарикоподшипниковых опорах, корпуса которых
крепятся к задней стенке мачты, верхнего сектора-захвата и
нижнего сектора-опоры (с чашками), приваренных к валу кас-
сеты.
Поворот кассеты для подачи штанг на ось бурения при
сборке бурового става или забора их с оси бурения при раз-
32 '
борке осуществляется гидроцилиндром. Совмещение оси одной
из трех чашек кассеты с осью бурения производится автомати-
чески с помощью фиксатора.
Для удержания штанги от проворота во время отвинчивания
переходника от штанги, находящейся в кассете, в чашках кас-
сеты установлены фиксаторы штанг, которые создают тормозной
момент во время отвинчивания. Фиксация и запирание штанг в
кассете производятся защелками под действием веса штанг.
До установки буровой штанги защелка пружинами поднята
вверх и захват свободен для приема штанги. При установке в
свободную чашку штанга давит на педаль и через трос тянет
верхнюю защелку вниз, запирая себя в кассете. Отведенная
назад кассета фиксируется и удерживается в крайнем положе-
нии автоматической защелкой. Свинчивание и развинчивание
штанг и шарошечных долот при сборке и разборке бурового
става производятся механизмом, состоящим из корпуса, в кото-
ром смонтирован храповой механизм. Поворот храпового колеса
осуществляется гидроцилиндром через собачку двустороннего
действия или гидродвигателем через редуктор.
Выше механизма развинчивания расположен верхний ключ,
который предназначен для удержания верхней штанги и пре-
дохранения ее от проворота при свинчивании и развинчивании
штанг.
При бурении наклонных скважин удержание верхней штанги
па оси бурения во время свинчивания при наращивании буро-
вого става и развинчивания при разборке става, а также во
время извлечения и установки очередной штанги в кассету
производится люнетом.
Рабочий орган станка СБШ-250-55 (рис. 2.6) конструктивно
несколько отличается от рабочего органа станка СБШ-250МНА-
32. Вращатель. 2 приводится также от электродвигателя по-
стоянного тока, но более мощного. Буровой став на забой по-
дается двумя лебедками 5 с трехкратной полиспастной системой.
Рабочий орган оснащен двумя кассетами- 3, позволяющими
бурить скважины глубиной до 55 м. Все узлы рабочего органа
также монтируются внутри мачты 4, представляющей собой
сварную пространственную ферму, выполненную из сортового и
листового металла.
На мачте имеются площадка и лестница с ограждениями
для безопасного обслуживания узлов. В верхней части мачты
смонтированы блоки 1 механизма подачи, а в основании — ме-
ханизм 7 натяжения подач-и и механизм 6 свинчивания и раз-
винчивания штанг.
Привод вращения бурового става осуществляется от элек-
тродвигателя постоянного тока типа ДЭВ-808 мощностью
68 кВт с частотой вращения 20 с'1 через двухступенчатый
редуктор с передаточным числом 11,78, что дает на буровом
инструменте номинальный крутящий момент, равный 5700 Н-м.
Вращательйо-подающий механизм работает следующим образом
33
3-2509
Рис. 2.7. Кинематическая схема вращательно-подающего механизма бу-
рового станка GBUI-250-55
(рис. 2.7). От электродвигателя 1 с шестерней 2 движение пе-
редается зубчатому колесу 3. От шестерни 4 — зубчатому
колесу 5. С выходного вала редуктора вращение через эластич-
но-зубчатую муфту 6 и опорный узел 8 передается буровому ста-
ву 9. На корпусе опорного узла смонтирован гидроцилиндр 7,
стопорящий шпиндель опорного узла от проворота.
Через опорный узел осевое давление сообщается на долото.
Вращатель расположен на каретке 10, передвигающейся по
направляющим мачты.
Механизм подачи (см. рис. 2.7) состоит из двух лебедок,
двух сдвоенных полиспастов и двух устройств для натяжения
канатов. Каждый сдвоенный полиспаст имеет верхний и нижний
полиспасты, соединенные общим канатом, который многократно
навит на барабаны лебедки, а его концы (верхний и нижний)
закреплены на корпусе вращателя. Два верхних полиспаста,
обеспечивают подъем бурового става, а два нижних — создание
усилия на забой при бурении скважины. .
Лебедка подачи представляет собой четырехступенчатый
редуктор, приводимый электродвигателем постоянного тока
типа Д-806 мощностью 32 кВт с частотой вращения 16,6 с-1. :
На двух выходных валах лебедки насажены барабаны с канав- .
ками для однослойной навивки каната. Остановка лебедки 1
производится тормозом ТКП-200, расположенным на валу элек- j
тродвигателя. При подъеме бурового. става электродвигатель |
развивает частоту вращения до 36,6 с-1, что соответствует,
скорости 20 м/мин. I
От электродвигателя 11 (см. рис. 2.7) через зубчатую муфту ]
12 движение передается валу. От вал-шестерни 13 через зубча- i
тое колесо 14 — валу, на котором расположена. шестерня 15. |
При ее вращении начинает движение блок шестерен . 16—17. |
При вращении блока шестерен зубчатое колесо 18 приводит в ]
движение шестерню 19, а она — зубчатые колеса 20 и 21 на тех 1
же валах, что и барабаны 22 и 23, связанные между собой ка- 1
натами 24. Затормаживание — тормозом 25. ]
Механизм натяжения осуществляет натяжение сбегающей '
ветви каната при подъеме вращателя и выборку удлинения j
каната. Механизм состоит из рычага 28 с блоками 27 и собачкой, I
гидроцилиндра 26 с гидрозамком и храповика. , 'j
При бурении происходит натяжение сбегающей ветви каната .1
за счет массы вывешенной части вращателя. При этом гидро- 1
цилиндр 26 является упором за счет жидкости, запираемой гид- i
розамком в поршневой полости. В случае утечки жидкости через ]
гидрозамок упор рычага произойдет через собачку и храповик.
При подъеме бурового става натяжение сбегающей ветви и вы- ,
борка каната производятся гидроцилйндром, при этом жидкость
подается в поршневую полость через штоковую и гидрозамок,
вмонтированный в штоке цилиндра.
Хранение штанг и подача их на ось бурения при наращива- ’
нии бурового става или отвода их с оси бурения при разборке '
36
бурового става осуществляются механизмом, состоящим из двух
кассет. Последние установлены на закрепленных в мачте и вме-
щающих по две штанги опорах. Поворот каждой кассеты с по-
дачей штанг на ось бурения или отводом их производится гидро-
цилиндром. Отведенная кассета фиксируется и удерживается в
крайнем положении автоматической защелкой. Фиксация и
запирание штанг в кассетах производятся отсекателями под
действием веса штанг, которое через педали передается на отсе-
катели тягами в виде тросов.
Свинчивание и развинчивание штанг и замена долота осу-
ществляются механизмом, состоящим из корпуса 29, удерживаю-
щего ключа 30 с закладной доской и надвигающегося на ось
бурения гидроцилиндром 31, верхнего ключа 32 с гидроцилинд-
ром подачи 33 и гидроцилиндром страгивания 34.
Подъем мачты в рабочее и опускание в транспортное по-
ложения производятся двумя гидроцилиндрами 35.
Рабочие органы станков моделей М-2, М-3, М-4 и М-5 фирмы
«Марион» с верхним расположением вращателя состоят из
мачты, в которой расположены вращатель, механизм подачи
(подъема) вращателя и кассета с буровыми штангами.
Мачта представляет собой пространственную ферму сварной
конструкции из сортового металла. В верхней и нижней частях
мачты установлены цепные звездочки механизма подачи. Перед-
ние двутавровые стойки мачты одновременно являются направ-
ляющими, по которым с помощью роликов на подшипниках
качения перемещается вращатель.
Вращение бурового става осуществляется вертикальным
фланцевым электродвигателем постоянного тока, соединенным с
одноступенчатым редуктором. С выходного вала редуктора через
муфту, соединенную со шпинделем, вращение передается бу-
ровому ставу. Муфта предохраняет электродвигатель с редукто-
ром от толчков и вибраций. В верхней части вращателя распо-
ложено устройство для подачи воздуха в буровой став.
Подача вращателя с буровым ставом на забой и подъем его
производятся с помощью механизма, состоящего из двух гидро-
моторов, которые, приводя во вращение две отдельные роли-
ковые цепи, соединенные с‘ вращателем, осуществляют его
передвижение по направляющим мачты. Длина цепей регулиру-
ется стяжкой винтовой муфты в верхней части вращателя.
На валу гидромотора установлен тормоз, состоящий из тор-
мозной ленты; он действует на прикрепленный к ступице шкив
приводной звездочки. Тормоз освобождается пневмоцилиндром
одностороннего действия и зажимается пружиной, встроенной в
цилиндр.
Кассета применяется для хранения запасных буровых штанг
и подачи штанги на ось бурения при сборке с буровым ставом.
В мачте можно расположить одну, две или три независимо
р-аботающие кассеты. Каждая кассета состоит из нижнего и
верхнего кронштейнов, соединенных с мачтой станка и пере-
37
двигающихся параллельно с помощью четырехугольной рычаж-
но-канатной системы. Кассета со штангой опускается и под-
нимается гидроцилиндром и стопорится в поднятом положении
затвором, зажимаемым пружиной и освобождаемым гидроци-
линдром.
В опущенном положении кассеты затвор действует как опора.
Буровая штанга поддерживается чашей на нижнем кронштейне '
и стопорится на месте двумя поворотными зажимными высту- '
пами на верхнем кронштейне.
При опускании штанги в чашу нижнего кронштейна она на- ‘
жимает на клапан, приводящий в движение поворотные зажим- -
ные выступы на верхнем кронштейне. Когда штанга вынимается J
из чаши, зажимные выступы освобождают ее. Подпружиненная
защелка в чаше препятствует вращению штанги при развинчи- >
вании резьбового соединения на верхнем конце штанги. I
Буровой став состоит из бурового инструмента (долота), 1
стабилизатора бурения, комплекта буровых штанг и предо- *
хранителя, представляющего собой соединенную со шпинделем ,
вращателя и предназначенную для уменьшения износа резьбы j
шпинделя муфту.
Рабочие органы станков моделей 60-R и 61-R фирмы «Бюсай- •{
рус-Ири» также выполнены с верхним расположением враща-- ?
телей и состоят из мачты, внутри которой размещены вращатель, 1
механизм подачи (подъема) вращателя и кассета с буровыми
штангами.
'Мачта конструктивно выполнена цельносварной П-образной ч
формы из труб квадратного сечения, обшита листом. <
Сзади передних стоек мачты смонтированы зубчатые рейки, i
по которым перемещается вращатель. Подъем мачты в рабочее :
и опускание в транспортное положения осуществляются двумя
гидроцилиндрами. При наклонном бурении мачта фиксируется ;
подкосами. ' '
Вращение бурового става осуществляется вертикальным •
электродвигателем постоянного тока, соединенным с двухступен- ,
чатым редуктором. От выходного вала редуктора (шпинделя вра- :
щателя) вращение через муфту передается буровому ставу.
Муфта предохраняет электродвигатель, с редуктором от толчков
и вибраций, а также от износа резьбы шпинделя вращателя.
К верхней части редуктора вращателя через пневмоуплотнение ;
вала присоединяется воздушный шланг, подающий воздух в бу-
ровой став для очистки скважины.
Привод механизмов подъема и хода осуществляется от элек-
тродвигателя постоянного тока, а подачи на забой —от гидро-
двигателя. Редуктор механизмов подъема и хода приводит в
действие либо механизм подъема вращателя, либо механизм
гусеничного хода. Чтобы не допустить работу гидродвигателя
привода механизма подачи при работе гусеничного хода, пре-
дусмотрена блокировка управления.
Сидящие на концах выходного вала редуктора звездочки
38
приводят во вращение цепи, которые, огибая отклоняющие,
звездочки, передают вращение звездочкам, смонтированным
на оголовке мачты. Далее цепи через отклоняющие звездочки
вращают другие, расположенные на валу вращателя. На его
концах находятся приводные шестерни, входящие в зацепление
с зубчатыми рейдами, смонтированными на мачте. При враще-
нии вала вращателя приводные шестерни обкатываются по
зубчатым рейкам, осуществляя движение вращателя вниз для
создания давления подачи на забой скважины или подъем его
вверх при наращивании и разборке бурового става.
Перед переключением кулачковых муфт станок должен быть
остановлен. Подъем вращателя вверх может производиться и от
электродвигателя постоянного тока.
Для хранения буровых штанг и подачи их на ось бурения
при наращивании става и снятия при разборке служат три
отдельные независимо работающие кассеты, размещенные внутри
мачты. Каждая кассета состоит из верхнего и нижнего кронштей-
нов, шарнирно соединенных с мачтой. Буровая штанга удержи-
вается в кассете снизу гнездом, а сверху фиксатором, дейст-
вующим от пневмоцилиндра, управляемого пневмоклапаном,
который расположен у основания кассеты. Когда штанга нахо-
дится в кассете, она своей массой нажимает на рычаг в гнезде,
пневмоклапан включается и закрывает фиксатор. Подъем кас-
сеты вверх для хранения штанги и опускания вниз для нара-
щивания или съема при разборке производится гидроцилиндром,
установленным на нижнем кронштейне. В положении хранения
штанг, кассета закрепляется управляемым пневмозатвором.
При свинчивании муфты привода вращателя со штангой послед-
няя удерживается от проворота пружинными защелками в гнез-
де кассеты. Механизм свинчивания (развинчивания) штанг
представляет собой два затвора, установленных в основании
мачты и приводимых в действие двумя гидроцилиндрами.
Затворы удерживают буровой став от проворота во время
его сборки или разборки. Механизм также служит для закрепле-
ния бурового става во время передвижения станка с поднятой
мачтой.
Если натяг в резьбовом соединении очень сильный и его
невозможно снять вращателем, то применяют цепной ключ, под-
вешенный на тросе и подсоединенный к отключенному гидро-
цилиндру. В дальнейшем развинчивание штанг производится
приводом вращателя..
Опорой нижнего конца штанги во время сборки и разборки
става при наклонном бурении служит люнет, охватывающий
штангу зажимами. По окончании операции зажимы открывают-
ся, и люнет возвращается в исходное положение.
Буровой став состоит из бурового инструмента (шарощеч-
ного долота), стабилизатора бурения и комплекта буровых штанг
(не более трех).
39
2.2. Ходовое оборудование
Все станки шарошечного бурения отечественного производ-
ства — самоходные на гусеничном ходу с индивидуальным
приводом каждой гусеницы.
Ход станка 2СБШ-200-32 представляет собой две много-
опорные гусеницы открытого типа, соединенные двумя осями.
Каждая гусеница состоит из литой балки, к нижней части кото-
рой крепятся шесть опорных, а к верхней — два поддерживаю-
щих катка. В концах балки установлены колеса: с одной сторо-
ны— ведущее (звездочка), а с другой — ведомое (натяжное).
Колеса и катки охватываются гусеничной лентой, натяжение
которой осуществляется с помощью регулировочных винтов.
Привод каждой гусеницы смонтирован на раме, шарнирно под-
вешенной к платформе станка.
На рис. 2.8 показана кинематическая схема привода правой
гусеницы. Схема привода левой гусеницы аналогична.
Рис. 2.8. Кинематическая схема приво-
да гусеничного хода бурового станка
2СБШ-200-32
Рис. 2.9. Кинематическая схема приво-
да гусеничного хода буровых станков
2СБШ-200-40 и ЗСБШ-200-60
40
От электродвигателя / мощностью 15 кВт с частотой враще-
ния 11 ;6 с'1 через упругую втулочно-пальцевую муфту 2 дви-
жение передается валу I — 1.
От вала шестерни 3 посредством зубчатого колеса 4 при-
водится во вращение вал II —II. Вал-шестерней 5 движение
передается зубчатому колесу 7, расположенному на валу /// —
///. От вал-шестерни 6 движение сообщается зубчатому коле-
су 8 на валу IV— IV. От вала IV— IV через зубчатую муфту
9 движение переходит валу V— V ,с ведущей звездочкой 10.
Последняя с помощью цепи 11 передает движение ведомой
звездочке 12 на оси VI — VI с ведущим колесом 13 гусеничной
ленты. Затормаживается гусеница колодочным тормозом с элек-
тромагнитами переменного тока типа ТКТ-300/200. Переда-
точное число редуктора 89,3, цепной передачи 1,71, общее пере-
даточное число 152,7.
При включении обеих гусениц осуществляется прямолиней-
ное движение. При включении одной гусеницы или обеих, но в
разные стороны происходит поворот станка. Независимость при-
вода каждой гусеницы дает возможность производить разворот
станка на малых площадках уступов.
Гусеничный ход станков 2СБШ-200-40 и ЗСБШ-200-60 пред-
ставляет собой две малоопорные гусеницы открытого типа,
жестко соединенные средней частью платформы (рамой сварной
конструкции). Каждая гусеница состоит из литой рамы (балки)
со встроенными бортовыми редукторами, к которой крепятся
три опорных катка. Катки вращаются на неподвижных осях,
закрепленных в раме тележки. Опорные катки одновременно
служат и для поддержания верхней ветви гусениц. В передней
части гусеничного хода установлен натяжной каток, а в зад-
ней— ведущая звездочка, охватываемая гусеничной лентой.
Натяжение гусениц регулируется с помощью двух регулировоч-
ных винтов.
Приводом гусеничного хода станка ЗСБШ-200-60 служит
электродвигатель MTKF411-6 мощностью 22 кВт с частотой
вращения 15,6 с~‘, крутящий момент которого через бортовой
четырехступенчатый редуктор с передаточным, числом 225,8
передается ведущей звездочке гусеницы. Затормаживание гу-
сеницы производится колодочным тормозом с электромагнитами
постоянного тока типа ТКП-300/200.
Для привода гусеничного хода станка 2СБШ-200-40 приме-
нен электродвигатель типа MTKF411-8 мощностью 15 кВт с ча-
стотой вращения 13,1 с“'. Передаточное число бортового редук-
тора 204,3. Затормаживание гусеницы производится колодочным
электромагнитным тормозом переменного тока типа ТКТ-300/200.
Привод гусеничного хода работает следующим образом
(рис. 2.9). От электродвигателя 1 через шестерню 2 на конце
вала двигателя вращение передается зубчатому колесу 3 вала
/ — I. От вал-шестерни 4 посредством зубчатого колеса-5 при-
водится в движение вал // — //, а вад-шестерней 6 — зубчатое
41
колесо 7 вала III —III. От вал-шестерни 8 движение сообщается
зубчатому колесу 9 на валу IV —IV. Ведущее колесо (звез-
дочка) 10 вала IV — IV приводит в движение гусеничную ленту.
Торможение гусеницы осуществляется колодочным тормозом .11,
установленным на втором конце вала электродвигателя. На вы-
ходном валу редуктора находится зубчатая муфта, соединенная
с ведущей звездочкой гусеничной ленты и-служащая для отсое-
динения редуктора при транспортировке станка тягачом.
Ход станков 4СБШ-200-40, СБШ-250МНА-32 и СБШ-250-55
выполнен на базе унифицированного гусеничного хода УГ-60М и
УГ-70, представляющего собой две многоопорные гусеницы, ко-
торые соединены двумя осями.
Каждая гусеница состоит из рамы сварной конструкции, в
нижней части которой закреплены три оси балансиров с шестью
катками, а в верхней части установлены четыре поддерживаю-
щих катка. С одной стороны рамы гусеницы расположено ве-
домое колесо с натяжным устройством гусеничной ленты, а с
другой стороны — ведущее колесо, соединенное с выходным ва-
лом-редуктора привода хода. Привод каждой гусеницы крепитря
через подвеску к раме машинного отделения.
Привод гусеничного хода станков 4СБШ-200-40 и СБШ-
250МНА-32 осуществляется от электродвигателя типа
МТКН412-8 мощностью 22 кВт с частотой вращения 11,7 с~',
крутящий момент которого через редуктор РХ-9 с передаточным
числом, 162,8 передается ведущему колесу (звездочке) гусе-
ницы.
Станок СБШ-250-55 монтируется на гусеничном ходу УГ-70, *
длина которого по сравнению с УГ-60М увеличена на 600 мм.
Гусеничный ход станка приводится - от . электродвигателя
типа МТКН511-8 мощностью 30 кВт с частотой вращения .;
11,5 с~‘, крутящий момент которого через редуктор РХ-14 с пе-
редаточным числом 150,23 сообщается ведущему колесу (звез- i
дочке) гусеницы.
Привод гусеничного хода станков 4СБШ-200-40, СБШ- -
250МНА-32 и СБШ-250-55 (рис. 2.10) имеет электродвигатель 1, :
от которого через муфту 2 движение передается валу I.— I, S
от вал-шестерни 3 с помощью зубчатого колеса 4 — валу
// — //, шестерней 5 — зубчатому колесу 6 вала III — III. От !
вал-шестерни 7 движение переходит к зубчатому колесу 8 вала
IV—IV, от вал-шестерни 9 через зубчатое колесо 10—на вал
V— V. Ведущее колесо (звездочка) 11 на валу V— V приво-
дит в движение гусеничную -ленту. Для торможения хода стан- 1
ка, а также для разворота при одной заторможенной гусенице '
установлены колодочные .электромагнитные тормоза 12 посто- (
янного тока типа ТКП-300. j
Гусеничный ход станков фирмы «Марион» представляет со-
бой две многоопорные гусеницы, соединенные двумя осями,
одна из которых связана с платформой шарнирно, а вторая — ,•
жестко. Такая система обеспечивает возможность качающегося
42 1
СБШ-2250Мн1'ТиаСБШК2а5Я0-55ХеМа ПРИВ°Да ГУсеничного хода буровых станков 4СБШ-200-40,
движения одного конца гусениц для компенсации неровностей
почвы. На станках моделей М-4 и М-5 каждая гусеница состоит
из балки сварной конструкции, к нижней части которой кре-
пятся десять опорных катков, а в верхней части установлены
два катка, поддерживающие верхнюю ветвь гусеницы.
В концах балки установлены колеса — с одной стороны ве-
дущие (звездочка), а с’другой — ведомое (натяжное). Колеса и
катки охватываются гусеничной лентой, состоящей из 43 звень-
ев. Натяжение гусеничной ленты происходит с помощью гидро-
цилиндра. Привод каждой гусеницы смонтирован на верхней
части балки и осуществляется от высокомоментного гидро-
мотора, двухступенчатого редуктора и цепной передачи. Ведомая
звездочка оси с ведущим колесом передает вращение гусенич-
ной ленте.
Для торможения ленты используется пневматический тормоз.
Для отсоединения привода хода при буксировке станка тягачом
кулачковая муфта устанавливается кулачками наружу.
Гусеничный ход станков фирмы «Бюсайрус-Ири» представ-
ляет собой также две многоопорные гусеницы, соединенные дву-
мя осями, одна из которых шарнирно связана с платформой
станка. Каждая гусеница состоит из балки сварной конструк-
ции, к нижней части балки крепятся опорные катки, а в верх-
ней части размещены поддерживающие катки. В концах балки
установлены колеса — с одной стороны ведущее (звездочка),
а с другой ведомое (натяжное). Колеса и катки охватываются
гусеничной лентой.
Привод гусеничного хода станков фирмы «Бюсайрус-Ири»
в отличие от ранее описанных — единый на обе гусеницы.
Электродвигатель постоянного тока через зубчатую и цепные
передачи вращает две ходовьщ звездочки, расположенные на
осях гусениц с ведущими колесами гусеничных лент. Тормо-
зится лента пневматическим тормозом.
2.3. Гидравлический привод
Общие сведения и назначение гидропривода. В промышленно-
сти применяют два типа гидравлических приводов: с дроссель-
ным и объемным регулированием потока жидкости, работающих
от насосов соответственно постоянной и переменной подачи.
На отечественных станках принят гидропривод с дроссельным
регулированием, т. е. поток жидкости регулируется распреде-
лительным устройством.- При дросселировании подаваемой
жидкости насос продолжает работать с наибольшей подачей,
и часть энергии жидкости превращается в тепло.
При постоянных давлениях и частоте вращения приводного
вала подача установленных на станках насосов не регулирует-
ся, что является существенным недостатком гидросистем с насо-
44
сами постоянной подачи. Однако применяемые в таких системах
насосы постоянной подачи очень компактны, просты, в доста-
точной степени надежны и дешевы.
Гидропривод станков 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40 и 4СБШ-
200-40 обеспечивает: горизонтирование машины на гидродомкра-
тах; подъем мачты в рабочее и опускание в транспортное по-
ложения; зажим и разжатие бурового става кулачками гидро-
патрона; подачу бурового инструмента (напорный механизм)
с плавнорегулируемым давлением на забой скважины; подъ-
ем бурового става при заклинивании бурового инструмента;
снятие натяга с резьбовых соединений штанг и долот при раз-
борке бурового става; поворот кассеты при сборке и разборке бу-
рового става, открытие затворов бункеров пылеулавливающей
установки (за исключением станка 2СБШ-200-32, где мокрое
пылеподавление).
Устройство и работа гидропривода.' Гидропривод всех отече-
ственных станков выполнен по схеме с разомкнутой циркуля-
цией жидкости и у станков 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40 и
4СБШ-200-40 состоит из гидробака, насосных установок, гидро-
блока распределительно-регулируюшей аппаратуры, устройств
для очистки и нагрева жидкости, датчика скорости бурения,
исполнительных механизмов, гидроциклонов и гидролиний.
Для обеспечения маневренности при бурении пород различ-
ной крепости и уменьшения времени на основные и вспомогатель-
ные операции гидропривод станков 2СБШ-200-32 и 2СБШ-200-40
оборудован двумя маслонасосами: радиально-поршневым Н-403Е
с подачей 35 л/мин и пластинчатым БП2-22 с подачей 18 л/мин,
а станок 4СБШ-200-40 также радиально-поршневым насосом
Н-403Е, но с разделением на две секции с подачей по 18 л/мин
каждая и пластинчатым БГ12-24АМ с подачей 56 л/мин. Уве-
личение подачи пластинчатого насоса снижает время проведения
вспомогательных операций.
Работа гидропривода станков 2СБШ-200-32 и 2СБШ-200-40
(рис. 2.11) осуществляется следующим образом. Из бака 1 на-
сосами 2 и 3 через обратные клапаны 4(1) и 4(2) масло пода-
ется к режимному гидрораспределителю 7(1). При включении
соленоида гидрораспределителя 7(1) напорная магистраль гид-
росистемы подключается к гидрораспределителю 7(3) управле-
ния подачей бурового става.
От режимного гидрораспределителя 7(1) Масло поступает
к гидрораспределителю 7(3), который управляет работой напор-
ных гидроцилиндров 9(1) и 9(2), соединенных параллельно.
При включении соленоидов гидрораспределителей 7(3) и 7(10)
подключения и отключения сливной магистрали производится
соответственно подъем и опускание гидропатрона 10 при вспо-
могательных операциях, а при включении соленоида гидрорас-
пределителя 7(3) и -отключении соленоидов гидрораспредели-
теля 7(10) (при перекрытии слива) —холостые перехваты гид-
ропатроном буровых штанг. Подача бурового става на забой
45
скважины при бурении происходит при работе соленоидов гид-
рораспределителёй 7(3) и 7(10).
Операции зажатия и разжатия (освобождения) гидропйтро-
ном 10 буровых штанг и перехваты их в автоматическом режи-
ме выполняются включением соленоидов гидрораспределите-
ля 7(2), а разгрузка верхнего упорного подшипника гидропатрона
10 (за счет сообщения нижних полостей цилиндра гидропат-
рона и напорных гидроцилиндров) — соленоидами гидрорас-
пределителей 7(2) и 7(10). В результате нагрузка на упорный
подшипник изменяется в зависимости от изменения давления
в нижних полостях напорных гидроцилиндров, которое соответ-
ствует осевому усилию, передаваемому на забой. Такая схема
46 -
работы гидропатрона позволяет значительно увеличить долго-
вечность подшипников при бурении мягких и средней крепости
пород..
При включении гидрораспределителей 7(7), 7(8) и 7(9) ма-
сло поступает соответственно в цилиндры гидродомкратов 16,
17(1) и 17(2). Производится горизонтирование станка, причем
путем индивидуального управления каждым домкратом. По окон-
чании горизонтирования положение домкратов фиксируется
гидрозамками 13(4), 13(5) и 13(7), встроенными в верхние
крышки цилиндров.’
Подъем мачты в рабочее или опускание в транспортное по-
ложение обеспечивается гидрораспределителем 7(5). Масло при
47
этом поступает в соединенные параллельно цилиндры 14(1) и
14(2). Положение мачты фиксируется гидрозамками -13(2) и
13(3). ,
С помощью гидрораспределителя 7(4) масло поступает в
цилиндр //; кассета поворачивается и подает штангу на ось
бурения при сборке бурового става или отводится штангами
при разборке бурового става. Положение кассеты фиксиру-
ется гидрозамком 13(1).
Включением гидрораспределителя 7(6) масло подается в ци-
линдр 15, и штоком производится поворот рычага храпового
механизма гидроключа для снятия натяга с резьбового соеди-
нения штанг или долота. После этого включается двигатель
и осуществляется развинчивание штанг или долота и штанги.
Положение гидроключа фиксируется гидрозамком 13(6).
В штоковую полость гидроцилиндра 11 поворота кассеты
вставлена дроссельная шайба 12(1), в поршневые полости гид-
роцилиндров 14(1) и 14(2) подъема и опускания мачты — дрос-
сельные шайбы 12(2) и 12(3), в штоковую полость заднего
гидродомкрата 16 — дроссельная шайба 18.
Масло очищается фильтрами 20(1) и 20(2).
Регулирование скоростей бурения, поворота кассеты, подъ-
ема и опускания мачты производится дросселем 19 с регуля-
тором, соединенным со сливной магистралью гидроцилиндров
9(1) и 9(2), И, 14(1) и'14(2).
Максимальное давление в гидросистеме поддерживается
предохранительным клапаном 6(1), отрегулированным на дав-
ление 12,5 МПа. При превышении давления сверх отрегулиро-
ванного масло через предохранительный клапан 6(1) сливается
в бак.
При работе гидроцилиндров 14(1) и 14(2) подъема и опус-
кания мачты и гидроцилиндра И поворота кассеты давление
в сливных полостях этих цилиндров при закрывании дросселя
19 может превысить рабочее давление 12,5 МПа. Для устране-
ния этого явления перед дросселем 19 установлен предохрани-
тельный клапан 6(2), настроенный на давление 13,0 МПа.
Для измерения скорости бурения с выдачей электрического
сигнала в гидросистеме установлен гидром'отор 21, соединенный
с тахогенератором, а для пропуска масла в одном направлении
предусмотрены обратные клапаны 4(1)—4(3) и 8(1)—8(3).
Гидросистема . снабжена манометром 5, показывающим дав-
ление в напорноц магистрали системы. Все оборудование гидро-
системы соединено трубопроводами 22, 23 и 24.
Гидропривод станка ЗСБШ-200-60 выполнен также по схеме
с разомкнутой циркуляцией жидкости и оборудован двумя
маслонасосами: основным радиально-поршневым. Н-403Е с раз-
делением на две секции с подачей по 18 л/мин и вспомога-
тельным шестеренным НШ-50-2 с подачей 46,5 л/мин. Кроме
того, в состав гидропривода входят .гидробак, гидроблоКи, рас-
пределительно-регулирующая аппаратура, устройства для очист-
48
ки, нагрева и охлаждения рабочей жидкости, датчик скорости
бурения, исполнительные гидроцилиндры и передвижная запра-
вочная маслостанция.
Гидропривод станка обеспечивает горизонтирование машины
с помощью четырех гидродомкратов; подъем мачты в рабочее
(вертикальное или наклонное) и опускание в транспортное по-
ложение; зажим бурового става кулачками гидропатрона; по-
дачу бурового инструмента (напорный механизм) с плавноре-
гулируемый давлением на забой скважины; подъем бурового
става при заклинивании бурового инструмента; снятие натяг.а
с резьбовых соединений штанг и долот при разборке бурового
става; поворот кассеты при наращивании и разборке бурового
става; встряхивание рукавных фильтров; открытие затворов
бункеров пылеулавливающей установки.
Гидропривод снабжен предохранительными клапанами, пре-
дотвращающими повышение давления в гидролиниях сверх
заданных значений.
При бурении максимальное давление в гидроцилиндрах на-
порного механизма и патрона составляет 16—18,5 МПа; при вы-
полнении вспомогательных операций максимальное давление во
всех исполнительных гидроцилиндрах—11,5—17 МПа. Давле-
ние в гидросистеме при работе станка контролируется мано-
метрами, подсоединенными к различным точкам гидропривода, а
скорость и усилие подачи бурового инструмента, температура
рабочей жидкости, включение насосов и нагревателей жидкости
по приборам, установленным в кабине управления.
Температура окружающего воздуха допускается в пределах
от —40 до +40° С, рабочей жидкости — от —40 до +80° С
с кратковременным повышением температуры жидкости до
100° С в течение не более 15 мин. Распределение жидкости
осуществляется гидрораспределителями с электромагнитным
управлением.
Гидравлическая схема станка (рис. 2.12) работает следую-
щим образом. Насосы вспомогательный Н1 и основной Н2 своей
всасывающей гидролинией соединены с гидробаком Б (вмести-
мостью 290 л, полным заправочным объемом масла 570 л, мини-
мально допустимым объемом 50 л), а сливнай гидролиния со-
единена с гидробаком М через обратный гидроклапан КО12,
по которой в гидробак М поступает избыток сливного потока
жидкости, появляющийся при втягивании штоков гидроцилинд-
ров и достигающий в процессе работы домкратов 210 л/мин.
В гидробаке установлена съемная вертикальная сетчатая пере-
городка, разделяющая его на сливной и всасывающий отсеки.
К сливному отсеку подведены сливная и дренажная гидроли-
нии; из всасывающего отсека масло поступает к насосам. Пере-
городка служит для очистки жидкости от крупных механиче-
ских включений и отделения от масла воздушных и паровых
пузырьков. В сливном отсеке, внизу, расположен отстойник.
Содержимое отстойника удаляется через спускную пробку.
49
4-2509
Рис, 2.-12. Гидравлическая схема бурового станка ЗСБШ-200-60
Около отстойника имеется спускной рукав для слива масла из
гидробака. Кроме' того, в гидробаке М имеются: смотровые
окна МУ для определения уровня масла с рисками, обозначаю-
щими допустимые верхний и нижний уровни масла; два воз-
душных фильтра-сапуна ФВ1 и ФВ2-, три показывающих мано-
метра МН1, МН2. и МНЗ (пружинные электрические типа
МПЭ); подвод к каждому манометру осуществлен через демп-
фирующий (дросселирующий) штуцер и запорный кран. Мано-
метры предназначены для периодического контроля работы
отдельных участков гидропривода.
Расположенный в донной части всасывающего отсека под-
пружиненный выпускной клапан К коническо-тарельчатого типа
50
с резиновым затвором позволяет разбирать всасывающие и слив-
ные гидролинии без слива масла из гидробака. Конечный выклю-
чатель КВ предназначен для того, чтобы предотвратить возмож-
ность запуска электродвигателей насосов в случае закрытого
выпускного клапана К.
Во всасывающем отсеке гидробака М вокруг клапана К сдела-
на съемная сетка с ячейкой 0,5 мм. Сетка предотвращает образо-
вание гидравлической воронки у выпускного отверстия и способ-
ствует выделению воздуха из масла.
Смонтированный заодно с выпускными клапаном магнитный
уловитель (фильтр магнитный ФМ), состоящий из пакета метал-
51
локерамических магнитных колец, расположен со стороны всасы-
вающего патрубка насосов.
Всасывающая гидролиния соединяет всасывающие патрубки
основного Н2 и вспомогательного Н1 насосов с выпускным па-
трубком гидробака М. Во всасывающей гидролинии вспомога-
тельного насоса Н1 установлен датчик температуры Т, показы-
вающая часть которого размещена на пульте управления в каби-
не. В нижней части всасывающей гидролинии имеется пробка
для выпуска масла из сливных и всасывающих гидролиний. Для
предотвращения опорожнений гидролиний при неработающих на-
сосах в гидросистеме установлены обратные клапаны: КОЗ на
напорной гидролинии насоса Hl, КО7 и КО8 на напорных лини-
ях секций основного насоса Н2, КОП на сливной гидролинии,
подведенной к насосу Н2, КО12 на сливной Гидролинии перед
радиатором АТ. Опорожнение гидролиний возможно, так как
часть гидроэлементов расположена выше уровня масла в гидро-
баке. Опорожнение гидролиний способствует образованию пены
и воздуха в масле и кавитационных явлений при работе насосов.
Это снижает долговечность насосов, особенно при зимней экс-
плуатации гидропривода, и приводит при запертых гидрораспре-
делителях к перемещению штоков гидроцилиндров под действием
внешней нагрузки.
Управление работой гидроцилиндров осуществляется гидро-
блоками — режимным, распределительным и предохранительным,
напорным золотником и обратным гидроклапаном.
Режимный блок состоит из трех гидрораспределителей, смон-
тированных на плите и предназначенйых для разгрузки насосов
при неработающих .(запертых) гидроцилиндрах; подключения
насосов к гидроцилиндрам напорного механизма и патрона, уча-
ствующим в процессе бурения, или к остальным гидроцилиндрам,
осуществляющим вспомогательные операции. Таким образом
обеспечивается рабочая подача жидкости 18, 36 или 80 дмумин.
Режимный блок содержит также две пары обратных гидроклапа-
нов.
Обратные клапаны КО4 и КОЮ установлены на сливных
гидролиниях гидрораспределителей РЗ и Р2 и служат для отсое-
динения от сливной гидролинии неработающих гидроцилиндров
вспомогательных операций при работе гидроцилиндров при буре-
нии. Этим обеспечивается разгрузка гидроцилиндров механизма
отвинчивания штанг и кассеты от давления слива и предотвра-
щается самопроизвольное постепенное выдвижение штоков ука-
занных гидроцилиндров в процессе бурения. Такую же функцию
выполняет не входящий в режимный блок обратный гидроклапан
КО1 при включении в работу вспомогательного насоса Н1.
Обратные гидроклапаны КО5 и КО9 установлены на отводах
от напорных гидролиний гидрораспределителей Р2 и РЗ (соот-
ветственно секций Н2.1 и И2.2 насоса Н2) и служат для сообще-
ния указанных напорных гидролиний с блоком предохранитель-
ным. Использование обратных гидроклапанов позволяет приме-
52 "
нить один предохранительный гидроклапан КП1 для ограничения
давления при независимой работе двух секций основного насоса
Н2.
Предохранительный блок содержит предохранительный гидро-
клапан КП1 и пружинный гидроаккумулятор А1, установленный
на общей плите. Обратный гидроклапан КО6 встроен в поршень
гидроаккумулятора А1. Сливная гидролиния блока соединена со
сливной гидролинией режимного блока и с входом в блок фильт-
ров Ке 2 грубой очистки; предохранительный гидроклапан ^Z7/
ограничивает давление основного насоса Н2. Гидроаккумулятор
А1 предназначен для ограничения скорости повышения давления
в гидроприводе и, следовательно, пульсации давления в системе
и напорного усилия подачи при бурении.
Гидрораспределитель напорный ЗНЗ и гидроклапан обратный
КОЗ размещены на напорной гидролинии насоса Н1. Гидрорас-
пределитель ЗНЗ ограничивает давление вспомогательного насо-
са Н1. Линия управления гидрораспределителем ЗНЗ подсоеди-
нена к напорной гидролинии за обратным гидроклапаном КОЗ.
Этим обеспечиваются автоматическая разгрузка вспомогательно-
го насоса Н1 от давления и переключение его подачи на слив в
период одновременного включения насосов Н1 и Н2, если давле-
ние в напорной гидролинии превышает давление настройки гид-
рораспределителя ЗНЗ.
Распределительный блок № 1 состоит из четырех гидрорас-
пределителей и предохранительного гидроклапана' КП2, смонти-
рованных на плите, и предназначен для индивидуального незави-
симого управления работой четырех гидроцилиндров домкратов.
Гидроклапан КП2 служит для ограничения давления при осу-
ществлении всех вспомогательных операций. Сливная гидроли-
ния блока соединена с. входом блока фильтров № 2 грубой
очистки.
Распределительный блок № 3 установлен параллельно рас-
пределительному блоку № 1 и имеет общую напорную гидроли-
нию. На общей плите размещены три гидрораспределителя Р15,
Р13 и Р12 для управления гидроцилиндрами установки мачты,
поворота кассеты и механизма отвинчивания штанг, и три гидро-
распределителя для управления гидроцилиндрами открытия за-
слонок бункеров пылеуловителя (гидрораспределитель Р14, один
отвод заглушен), циклона и рукавных фильтров Р17 и гидроци-
линдром привода встряхивателя рукавных фильтров Р18. Пода-
ваемые потоки жидкости: при работе гидроцилиндра механизма
отвинчивания штанг 36 л/мин, при работе остальных гидроци-
линдров 18 л/мин. Сливная гидролиния блока № 3 минует блок
фильтров, поэтому в ней поддерживается давление 0,15—
0,3 МПа, которое создается обратными гидроклапанами КОП и
КО12, установленными на сливе гидропривода. Этим обеспечи-
вается разгрузка блока распределительного № 3 от давления
при работе гидроцилиндров, управляемых другими распредели-
тельными блоками.
53
Распределительный блок № 2 состоит из двух гидрораспре-
делителей Р7 и Р6, установленных на общей плите, и служит для
управления работой гидроцилиндров напорного механизма и пат-
рона. Каждый гидрораспределитель имеет свою сливную гидро-
линию. Сливная гидролиния гидрораспределителя Р6 управления
патроном соединена с входом в блок фильтров № 2 (грубой
очистки), а сливная гидролиния гидрораспределителя Р7 управ-
ления напорным механизмом — с входом расходомера 1М датчика
скорости бурения, выход которого соединен с блоком фильт-
ров № 2. Распределительный блок № 2 имеет два вывода (шту-
цера), связанных с выводами к гидроцилиндрам напорного ме-
ханизма. Эти штуцеры соединены трубопроводами с электричес-
кими манометрами типа МПЭ, установленными на гидробаке.
Датчик скорости-бурения состоит из установленных на крон-
штейнах гидромотора-расходомера ГМ и тахогенератора ТГ,
соединенных муфтой. Тахогенератор ТГ соединен с показываю-
щим прибором, расположенным в кабине на пульте управления.
Блок фильтров № 1 состоит из двух параллельных фильтров
грубой очистки и стоящих за ними (последовательно по ходу
потока жидкости) двух фильтров пористых тонкой очистки. Па-
раллельно фильтру установлен гидрораспределитель напорный
ЗН2, ограничивающий общий перепад давления на фильтрах.
На блоке фильтров № 1 имеется обратный гидроклапан КО2 со
штуцером для заправки гидропривода рабочей жидкостью. Блок
фильтров № 1 размещен в сливной гидролинии, выходящей из
гидрораспределителя Р1 (в сливной гидролинии вспомогательно-
го насоса Hi).
Блок фильтров № 2 состоит из четырех параллельных филь-
тров грубой очистки и напорного гидрораспределителя ЗН4,
предназначенного для ограничения общего перепада давления
на фильтрах. Через блок фильтров № 2 проходит подача жид-
кости работающего вхолостую насоса Н2 или поток жидкости,
вытесняемый из гидроцилиндров при работе домкратов и буре-
нии.
. Блок нагревателей рабочей жидкости ТЭН установлен в слив-
ной гидролинии вспомогательного насоса Н1 последовательно с
блоком фильтров № 1. Он состоит из девяти соединенных эле-
ментов, каждый из которых представляет собой прямой трубча-
тый электронагреватель типа ТЭН, заключенный в герметичный
трубопровод. Электроконтакты ТЭН выведены наружу. По трубо-
проводу проходит поток жидкости, омывающий ТЭН.
Радиаторная установка содержит закрепленные на общей
раме электродвигатель ЭД1 с насаженным на вал осевым венти-
лятором, тракторный трубчатый двухрядный масляный радиатор
АТ и кожух-воздуховод. Радиатор размещен на открытом возду-
хе в передней левой части станка. Параллельно радиатору АТ
установлен размещенный в машинном отделении золотник напор-
ный ЗН1, предназначенный для ограничения перепада давления
на радиаторе.
54
Предохранительный блок № 2 сделан аналогично предохра-
нительному блоку № 1 и состоит из установленных на плите
предохранительного гидроклапана КПЗ и пружинного гидроакку-
мулятора А2 с встроенным в поршень обратным гидроклапаном
КО15. Блок предназначен для ограничения усилия подачи напор-
ного механизма в процессе бурения; он работает совместно с
дросселем усилия подачи.
Дроссель усилия подачи состоит из щелевого поворотного
дросселя ДР1, соединенного через муфту и зубчатую передачу
(с отношением 1:1) с двумя электродвигателями-редукторами
ЭД4 и ЭД5. Дроссель ДР1 — четырехоборотный. Кроме того,
есть поворотный резистор, приводимый во вращение теми же
электродвигателями через зубчатую передачу с отношением 1:5
(поворот на 270° вращающейся части резистора соответствует
полному ходу поворотной части дросселя ДР1}. Для ограничения
общего угла поворота резистора (и дросселя) используются кон-
цевые электромикропереключатели, на которые воздействуют
регулируемые механические упоры. Электрические подводы к
узлу осуществляются через пакет клеммных контактов.
Блок дифференциальной подачи предназначен для обеспече-
ния быстрого выдвижения штока гидроцилиндров напорного
механизма при перехвате штанги патроном в процессе бурения.
Блок состоит из установленных на плите гидроуправляемого
двухпозиционного гидрораспределителя (два основных подвода
из четырех заглушены плитой), гидрозамка ЗМ5, обратного
гидроклапана КО 14 и крана выпускного КВ. Гидрораспредели-
тель имеет условный проход 20 мм, полный ход золотника 18 мм.
В боковой крышке, в которой установлена возвратная пружина
золотника, имеется винтовое устройство для ограничения хода
(стопорения) гидрораспределителя. Гидрораспределитель пред-
назначен для сообщения поршневых и штоковых полостей гидро-
цилцндров напорного механизма только при подаче, жидкости, в
поршневые полости, т. е. для дифференциального подключения
гидроцилиндров. Обратный гидроклапан КО14 предотвращает
вытеснение жидкости из штоковой полости гидроцилиндров в
сливную гидролинию (через гидрораспределитель Р7). Гидроза-
мок -ЗМ5 предотвращает слив жидкости через'блок предохрани-
тельный № 2 при выдвижении штоков гидроцилиндров. Кран вы-
пускной КВ с устройством для ограничения хода (стопорения)
золотника гидрораспределителя служит для переоборудования
схемы подключения гидроцилиндров напорного механизма с
дифференциальной на обычную.
Гидрораспределители с условным проходом 10 мм использо-
ваны во всех блоках, кроме блока дифференциальной подачи.
Это трехпозиционные четырехлинейные (четырехходовые) гидро-
распределйтели с электромагнитным управлением и пружинным
возвратом золотника. Они снабжены кнопками для ручного
включения золотников, расположенными в торцевых крышках, и
сигнальными лампами, включенными при подаче напряжения на
55
электромагниты. Ход золотников в каждую сторону составляет
3,2 мм; диаметр— 16 мм.
Краны выпускные (на схеме не показаны) расположены в
разных узлах и гидролиниях гидропривода. Они служат для вы-
пуска воздуха и вспененного масла из отдельных участков гид-
ропривода. Кран выпускной состоит из корпуса-седла, перекры-
ваемого шариковым затвором. Перемещение шарикового затвора
осуществляется накидной гайкой, воздействующей на затвор че-
рез уплотняемый плунжер. Ход плунжера составляет около
40 мм. Кран выпускной имеет два штуцера-подвода, которые
расположены по обе стороны пары «седло-затвор».
Все гидроцилиндры имеют разъемную конструкцию — со
съемными крышками поршневой и штоковой полостей, имеющи-
ми резиновые уплотнения с цилиндром. Все гидроцилиндры, кро-
ме гидроцилиндров открытия заслонок бункеров, имеют регули-
руемое шевронное резинотканевое уплотнение штока. Штоки
гидроцилиндров открытия заслонок бункеров уплотнены рези-
новыми манжетами уменьшенного сечения. Манжеты такого
же типа установлены для уплотнения поршней всех гидроци-
линдров.
Гидроцилиндры открытия заслонок бункеров являются гидро-
цилиндрами одностороннего действия, имеют возвратную пружи-
ну и дроссельное отверстие диаметром 3 мм в подводящем
штуцере. Установочное усилие пружины составляет 10,5 кН, уси-
лие максимального сжатия — 20,0 кН. Предусмотрена возмож-
ность регулировать длину штока гидроцилиндра в пределах
60 мм.
На входах в поршневые полости гидроцилиндров домкратов,
установки мачты и кассеты расположены гидрозамки (управ-
ляемые обратные гидроклапаны), полости управления которых
сообщены со штоковыми полостями этих гидроцилиндров. Гидро-
замки предназначены для предотвращения втягивания штоков
гидроцилиндров под действием внешней нагрузки при запертых
гидрораспределителях.
Заправочная станция состоит из смонтированных на раме
насоса с электродвигателем, установленных последовательно
фильтров грубой и тонкой очистки, манометра и золотника на-
порного, выполняющего функции предохранительного гидрокла-
пана. Станция имеет всасывающий рукав для забора рабочей
жидкости из емкости и заправочный рукав, на входе которого
установлен обратный гидроклапан, предотвращающий обратный
ток жидкости, который возможен при непосредственной заправке
отдельных участков гидропривода.
Демпфирующие (дроссельные) штуцеры, установленные на
входах показывающих и электрических манометров, представля-
ют собой корпус, в котором имеются два винта М10, перекрываю-
щие канал к манометру. Дросселирующее отверстие образуется
винтовой парой. Чтобы уменьшить демпфирующее свойство шту-
цера, необходимо нанести риску вдоль образующей одного или
56
обоих винтов по всей или частичной длине. Необходимое демпфи-
рование обеспечивается опытным путем.
Дроссельные отверстия ДР2, ДР5, ДР6 гидроцилиндров Ц10,
Ц13 и Ц14 предназначены для обеспечения относительно плавно-
го закрытия заслонок бункеров при действии возвратной пружи-
ны гидроцилиндра. Дроссельные отверстия выполнены в штуцере
гидроцилиндра.
Пакет дроссельных шайб ДР7 выполнен в узле, установлен-
ном на трубопроводах. В узел входят пять шайб с дроссельными
отверстиями диаметром 2,9 мм и обратным гидроклапаном
КО13. С обеих сторон пакета дроссельных шайб установлены
фильтрующие сетки с ячейкой 0,5 мм. Узел предназначен для
свободного пропуска жидкости от гидрораспределителя к порш-
невым полостям гидроцилиндров установки мачты и создания
сопротивления потоку жидкости, вытесняемому из этих, полостей
гидроцилиндров. Этим достигается лучшая работа гидрозамков
ЗМ7 и ЗМ8 в период опускания мачты.
Вспомогательный насос Н1 или одновременно оба насоса
Н1 и Н2 могут работать вхолостую. В этом случае гидрораспре-
делители находятся в нейтральных позициях. От насоса Н1
жидкость проходит через гидрораспределитель Р1, далее через,
фильтры грубой и тонкой очистки блока фильтров № 1, электро-
нагреватель ТЭН, радиатор АТ и поступает к всасывающему
патрубку основного насоса Н2. От секций насоса Н2 жидкость
через гидрораспределители Р2 и РЗ передается блоку фильтров
№ 2 и далее к всасывающему патрубку насоса Н2. Избыток жид-
кости от всасывающего патрубка насоса Н2 перемещается по
всасывающей гидролинии к всасывающему патрубку насоса Н1.
Из гидробака Б жидкость не забирается. При холостой работе
насосов давление определяется общим гидравлическим сопротив-
лением гидролиний (потерями давления). При высокой вязкости
жидкости—при запуске и прогреве системы в зимнее время—
потери давления на блоках фильтров и в радиаторе велики,
поэтому основной поток жидкости насоса Н1 проходит, минуя их,
через напорные электрораспределители ЗН1 и ЗН2. Точно так же
поток жидкости от насоса Н2 проходит через гидрораспредели-
тель напорный ЗН4, минуя блок фильтров № 2.
При прогреве жидкости сначала включается в холостую рабо-
ту вспомогательный насос Н1, более приспособленный к работе
при вязкой жидкости, включается ТЭН, затем — насос Н2. При
этом отсутствует обмен, жидкостью между гидробаком и осталь-
ной системой. Затем включаются в возвратно-поступательную
работу (без нагрузки) гидроцилиндры механизма отвинчивания
штанг, напорного механизма, домкратов, патрона. При работе
гидроцилиндров происходит обмен жидкостью между гидробаком
и остальным гидроприводом. Прогрев гидропривода с температу-
ры выше—25° С можно проводить в том же порядке, не вклю-
чая ТЭН.
Режимы работы гидроцилиндров даны ниже. '
57
Рабочая операция Рабочий насос
(подача, л/мин)
Режим Ручной
Подъем-опускание мачты
Подъем-опускание патрона
Привод встряхивателя '
Поворот кассеты
Открытие, заслонок бункеров......................... Н2.2. (18)
Подъем станка домкратами
Втягивание штоков
домкратов
Поворот механизма отвинчивания штанг . .......... //2(36)
Движение штоков домкратов вхолостую
Зажим-разжатие патрона
Подъем-опускание патрона......................... . Н1, Н2(80)
Режим Автоматический
Бурение (втягивание штоков гидроцилиндров напорного
механизма) . . ".................................... /72.2.(18) /72(36)
Перехват (зажатие-разжатие патрона и подъем патрона) , /7/(80)
Как отмечалось, гидроцилиндры могут работать при трех раз-
личных подачах жидкости: 18, 36 и 80 л/мин. В первом случае
работают секция Н2.2 основного насоса Н2 и гидрораспредели-
тель РЗ, во втором — обе секции насоса Н2 и гидрораспределители
Р2 и РЗ, в третьем — насосы Н1, Н2 и гидрораспределители
Pl, Р2 и РЗ. При работе основного насоса Н2 и гидроцилинд-
ров напорного механизма и патрона давление ограничивается
предохранительным гидроклапаном КПЗ', при включении осталь-
ных гидроцилиндров давление ограничивается гидроклапаном
KU2. В обоих случаях, если гидроклапаны КП2 и КПЗ не сра-
ботали или настроены на слишком высокое давление, давление
ограничивается гидроклапаном КП1 и достигает 18,5 МПа.
Вспомогательный насос Н1 всегда подключается в до-
полнение к насосу Н2 при осуществлении холостых движений
штоков гидроцилиндров домкратов, при ускоренном выдвижении
штоков гидроцилиндров напорного механизма и при работе пат-
рона; тогда давление ограничивается гидрораспределителем
напорным ЗНЗ и достигает 0,9 кН. Однако, если в этом случае
шток гидроцилиндра дошел до упора, а золотник гидрораспреде-
лителя Р1 остался в рабочей позиции, давление в гидроприводе
вырастет до уровня настройки предохранительных гидроклапанов
КП1 или КП2, насос Н1 разгружается, и его подача при малом
давлении поступает через гидрораспределитель напорный ЗНЗ
непосредственно в сливную гидролинию.
В режимном блоке при включении гидрораспределителей в
рабочие позиции подача насосов направляется либо к распредели-
тельному блоку-№ 2, управляющему гидроцилиндрами напорно-
го. механизма и патрона, либо к распределительным блокам
№ 1 и № 3,.управляющим остальными гидроцилиндрами.
58
Таким образом, при работе гидроцилиндров должны одновре-
менно включиться один или несколько гидрораспределителей
режимного блока и один из гидрораспределителей распредели-
тельных блоков № 1, № 2 или № 3. При этом поток жидкости
поступает в гидроцилиндр, пройдя последовательно через два
гидрораспределителя. Система управления выполнена таким об-
разом, что при включении операции задаются и подача насосов
в гидроцилиндр, и направление движения штока гидроцилиндра.
Схема гидропривода допускает одновременное включение не-
скольких различных гидроцилиндров (совмещение операций).
Однако использовать такое совмещение операций нецелесообраз-
но, а в некоторых случаях недопустимо, так как это не приводит
к экономии времени и может вызвать аварию в гидроприводе
или электрической системе управления. Допустимым и целесооб-
разным является совмещение операций при работе гидроцилинд-
ров домкратов вхолостую, без внешней нагрузки на штоке.
В станке предусмотрено два основных вида управления рабо-
той гидроцилиндров: ручной и автоматический. При ручном уп-
равлении могут работать все гидроцилиндры. Автоматическое
управление используется в процессе бурения. Машинист, дает
первый сигнал, включает режим «бурение». Далее переключение
в направлениях движения поршней гидроцилиндров напорного
механизма и патрона осуществляется с помощью системы ко-
нечных выключателей, взаимосвязанных с электромагнитами
гидрораспределителей. При автоматическом управлении бурени-
ем 'Возможны два способа регулирования основных параметров
бурения—усилия подачи и частоты вращения бурового става:
ручное и автоматизированное. В первом случае параметры буре-
ния задаются машинистом-оператором, во втором — электрон-
ным устройством; в обоих случаях гидропривод обеспечивает
лишь один из параметров — усиление подачи, причем исполни-
тельным устройством является дроссель усилия подачи.
Фильтры, нагреватели и охладители работают следующим
образом. Через фильтры тонкой очистки (блок фильтров № 1)
нагреватель и радиатор жидкость проходит только в том случае,
когда гидрораспределитель Р1 находится в нейтральной позиции.
Продолжительность периодов подключения вспомогательного на-
соса HI при работе гидроцилиндров составляет незначительный
процент времени работы гидропривода, поэтому фильтрация с
тонкостью очистки 25 мкм и-охлаждение рабочей жидкости
блоком фильтров № 1 и радиатором АТ достаточно эффективны.
Нахождение неподвижной жидкости во включенном ТЭН даже в
течение короткого периода может привести к перегреву и разру-
шению жидкости и выпадению из нее смол, что приводит к отка-
зам в работе гидрораспределителей, насоса Н-403Е и гидрокла-
панов. Поэтому в период прогрева жидкости (при включенном
ТЭН) не допускается работать гидроцилиндрами на третьей
скорости с подключением вспомогательного насоса Н1.
Включение ТЭН производится с пульта управления из каби-
59
ны. Если насос Н1 не работает (электродвигатель ЭД2 не запу-
щен в работу), то ТЭН включить нельзя. Включение вентилятора
(электродвигателя ЭД-1) также производится с пульта управле-
ния из кабины. Блокировок на включение вентилятора не пре-
дусмотрено. При неработающем вентиляторе эффективность
охлаждения жидкости в радиаторе АТ невелика, и наличие ра-
диатора практически не сказывается на температуре жидкости.
Устанавливают станок в горизонтальное положение с по-
мощью домкратов. Имеются два основных режима в работе
гидроцилиндров домкратов: подъем и опускание платформы и
движение штоков гидроцилиндров без нагрузки, вхолостую. Да-
вление в системе при подъеме платформы задними домкратами
составляет около 4 МПа, передними домкратами — около 10 МПа.
Возможна попарная (обоими задними или обоими передними)
работа домкратами при подъеме платформы. Опускание плат-
формы должно производиться при индивидуальном включении
домкратов. Выдвижение-втягивание штоков гидроцилиндров
домкратов вхолостую производится с подключением вспомога-
тельного насоса. Чтобы уменьшить потери давления в гидро-
распределителях Р8—Р11, рекомендуется производить совме-
щение операций, т. е. включать домкраты попарно. Из-за боль-
шого различия в активных площадях штоковой и поршневой
полостей гидроцилиндров втягивание штоков производится
быстро, а выдвижение — медленно. В гидроприводе предусмотре-
но реле давления РД, соединенное с напорной гидролинией рас-
пределительных блоков № 1 и № 3. Реле давления предназна-
чено для отключения насоса Н1 (для перевода в нейтральную
позицию гидрораспределителя Р1) при повышении давления
сверх заданного значения в случае выдвижения штоков гидроци-
линдров домкратов. В остальных случаях реле давления РД не
влияет на работу гидропривода. Это устройство облегчает выс-
тавление платформы на домкратах: машинист включает выдви-
жение штоков всех домкратов вхолостую (с подключением на-
соса Н1), когда сработает реле давления РД и скорость штоков
уменьшится, машинист должен отключить передние или задние
домкраты, и продолжить подъем платформы на двух остальных.
При неподвижных домкратах, но работающих гидроцилинд-
рах, возможно некоторое повышение давления в полостях гидро-
цилиндров из-за перетечек в зазорах гидрораспредёлителей
Р8—Р11. При бурении это давление ниже давления открытия
гидрозамков ЗМ1— ЗМ4, так как напорные гидролинии к распре-
делительным блокам № 1 и № 3 разгружены. При вспомога-
тельных операциях, управляемых распределительным блоком № 3,
это давление в редких случаях может открывать гидрозамки
ЗМ1— ЗМ4, что не приводит к изменению положения платформы
станка из-за относительной кратковременности вспомогательных
операций.
К гидроцилиндрам, управляемым распределительным блоком
№ 3, относятся семь гидроцилиндров, причем два гидроцилиндра
60
открытия заслонок бункеров (циклона и рукавных фильтров)
управляются от одного гидрораспределителя Р17. Во избежание
аварий и нечеткрй работы гидроцилиндры должны включаться
поочередно. Исключение составляет гидроцилиндр заслонки бун-
кера пылеуловителя, который можно включать одновременно с
тидроцилиндрами заслонок бункера циклона или бункера рукав-
ных фильтров.
При выдвижении штоков гидроцилиндров установки мачты
рабочая жидкость поступает в поршневые полости, проходя
через обратный гидроклапан КО13 и гидрозамки ЗМ7 и ЗМ8.
При обратном движении штоков (опускание мачты) рабочая
жидкость проходит через пакет дроссельных шайб Др7, на кото-
ром создается перепад давления около 4 МПа. Гидрозамки ЗМ7
и ЗМ8 выполняют в этом случае роль тормозных устройств,
поддерживая в штоковых полостях гидроцилиндров избыточное
давление 0,3—1,0 МПа. Наличие пакета дроссельных шайб
делает работу гидрозамков и опускание мачты более плавными.
Установленные в гидроцилиндрах мачты дроссели ДрЗ и Др4
выполняют роль аварийных — ограничивают скорость опускания
мачты при поломке гидрозамков ЗМ7 и ЗМ8 или обрыве выхо-
дящих из них рукавов.
Пружины гидроцилиндров заслонок бункеров рассчитаны на
создание достаточно плотного закрытия заслонок даже при нали-
чии сливного давления в системе, равного 1,0 МПа. Нормальное
давление в сливной гидролинии распределительного блока № 3
составляет не более 0,4 МПа. Поэтому при неработающих гидро-
цилиндрах этого блока осуществляется надежная разгрузка гид-
роцилиндров и не должно быть самопроизвольного выдвижения
штоков гидроцилиндров кассеты и механизма отвинчивания
штанг.
Гидроцилиндры патрона й напорного механизма могут рабо-
тать при выполнении вспомогательных операций — при сборке —
разборке штанг и забурника, вытаскивании из скважины закли-
нившегося бурового става. Скорости движения поршней гидроци-
линдров напорного механизма в этих случаях уменьшенные,
управление — ручное. При подаче жидкости к штоковым полос-
тям гидроцилиндров напорного механизма поток жидкости посту-
пает через обратный гидроклапан К.О14, кран сливной КВ пере-
крыт. Гидрораспределитель Р4 удерживается в исходной пози-
ции пружиной и давлением, подведенным к боковой крышке, в
которой установлена пружина. Поэтому поршневая и штоковая
полости гидроцилиндров напорного механизма разъединены, и
жидкость из поршневой полости вытесняется’через гидрораспре-
делитель Р7 в сливную гидролинию. Для предупреждения слива
жидкости из штоковых полостей гидроцилиндров через откры-
тый гидрозамок ЗМ5 и блок предохранительный необходимо
перекрыть дроссель Др1 усилия подачи.
Обратное движение напорного механизма при монтажных
операциях производится при дифференциальном подсоединении
61
гидроцилиндров: жидкость от гидрораспределителя Р7 поступает
к поршневым полостям гидроцилиндров; появляющееся давле-
ние переключает гидрораспределитель Р4, соединяя штоковую и
поршневую полости гидроцилиндров; обратный гидроклапан
КО14 и закрытый кран сливной КВ отсоединяют штоковую по-
лость гидроцилиндра от отвода гидрораспределителя Р7, сооб-
щенного со сливной гидролинией; гидрозамок ЗМ5 перекрыт, его
полость управления сообщена со сливной гидролинией, в кото-
рой в этот период поддерживается минимальное давление, так
как сливной поток жидкости поступает лишь от секции И2.1
насоса Н2.
При дифференциальном подсоединении активные площади
гидроцилиндров равны площадям сечения их штоков; соответст-
венно уменьшаются усилия при выдвижении штоков. При мон-
тажных операциях и обычной работе станка эти усилия доста-
точны, но при заклинивании бурового става в скважине может
появиться необходимость в их увеличении. С этой целью откры-
вается кран сливной КВ, установленный на плите блока диф-
ференциальной подачи, и запирается (с помощью винта в боко-
вой крышке) золотник гидрораспределителя Р4. Тогда подключе-
ние гидроцилиндров осуществляется по обычной схеме (при по-
даче жидкости к поршневой полости штоковая полость сообщена
со сливной гидролинией и отделена от поршневой полости),
усилие на штоках гидроцилиндров увеличивается примерно
втрое, работа должна производиться при подключении одной
секции насоса Н2.
При бурении жидкость от насосов подается к распределитель-
ному блоку № 2; распределительные блоки № 1 и № 3 разгру-
жены от действия напорного давления, а блок № 3 — и от дейст-
вия давления в сливной гидролинии перед фильтрами грубой
очистки Ф5 — Ф8.
Последовательность операций при бурении: гидроцилиндры
напорного механизма поднимают патрон в верхнее положение,
производится зажим штанги в патроне, включаются гидроци-
линдры напорного механизма на опускание (на втягивание што-
ков), одновременно штанга вращается (момент от вращателя
передается через шпиндель и зажатые кулачки патрона). Это и
есть собственно бурение. После того как ход гидроцилиндров на-
порного механизма, равный 1 м, выбран, осуществляется «пере-
хват» штанги, который состоит из следующих операций: кулачки
патрона разжимаются, освобождают штангу, и она начинает
поддерживаться тросом лебедки; гидроцилиндры напорного
механизма переключаются на подъем, и происходит быстрое
выдвижение их штоков; в верхнем положении патрон останавли-
вается, зажимает кулачки, и цикл повторяется до тех пор, пока
не выберется вся длина штанги.
Необходимые переключения гидрорасп}/еделителей произво-
дятся автоматически. Сигналы на переключения задаются конеч-
ными выключателями, срабатывающими и в крайних положени-
62
ях штоков гидроцилиндров напорного механизма, и после зажа-
тия штанги, а также реле времени, отрегулированным на необхо-
димый период для разжатия кулачков патрона.
Бурение происходит на первой или второй скорости (подклю-
чаются секции насоса Н2.2 или обе секции насоса Н2). Выдви-
жение штоков гидроцилиндров напорного механизма при пере-
хвате осуществляется на суммарной подаче насосов, равной
80 л/мин, при дифференциальной схеме соединения полостей
гидроцилиндров. Работа патрона всегда производится на подаче
насосов, равной 80 л/мин. При бурении патрон постоянно
включен на зажим кулачков. Регулирование усилия подачи до-
стигается изменением степени открытия дросселя Др/, через
который проходит поток управления. При бурении гидрозамок
ЗМ5 открыт; жидкость поступает к блоку предохранительному.
Когда через дроссель предохранительного гидроклапана (на
схеме этот дроссель не обозначен) проходит поток жидкости,
равный 2—4 л/мин, гидроклапан КПЗ открывается и перепуска-
ет поток жидкости из штоковой полости гидроцилиндра в сливную
гидролинию. Давление в штоковой полости гидроцилиндров напор-
ного механизма и соответствующее усилие подачи тем больше,
чем меньше степень открытия дросселя Др1 и чем больше пере-
пад давления на этом дросселе. Поток жидкости, поступающий в
сливную гидролинию через предохранительный блок составляет
часть потока тем большую, чем меньше скорость проходки. Жид-
кость, поступающая через гидрораспределитель Р7, делится на
два потока жидкости. Один, «полезный», поступает в гидроци-
линдр напорного механизма и определяет скорость бурения;
второй сливается через гидроклапан КПЗ и определяет потери
мощности. Объем жидкости, поступающий от насосов через гидро-
распределитель Р7 задается машинистом станка (1-я или 2-я ско-
рость бурения). Скорость подачи определяется свойствами бури-
мой породы и рабочими параметрами бурения — частотой враще-
ния бурового става и усилием подачи. Параметры бурения могут
задаваться машинистом станка или системой автоматического
управления.
Гидроаккумулятор Д2 совместно с обратным гидроклапаном
КО15 выполняют роль гасителя колебаний давления и, соответ-
ственно, усилия подачи в процессе бурения. Уменьшение колеба-
ний усилия подачи способствует уменьшению вибрации бурового
станка. Вытесняемая из поршневых полостей рабочая жидкость
проходит через гидрораспределитель Р7 и гидромотор ГМ', кото-
рый вместе с тахогенератором ТГ показывает фактическую ско-
рость бурения. Настройка предохранительного гидроклапана
КПЗ определяет максимальное усилие подачи, которое появляет-
ся при закрытом дросселе Др1.
Для предотвращения отказов и аварий при работе в электри-
ческой системе управления и гидроприводе предусмотрены бло-
кировки и сигнализации.
Электродвигатель ЭДЗ насоса Н2 нельзя включить при нера-
63
ботающем электродвигателе ЭД2 насоса Н1. Нагреватель ТЭН
нельзя включить при неработающем электродвигателе ЭД2
(насосе Н1). Электродвигатель ЭД2 (насос Hi) нельзя включить
при закрытом клапане выпускном К гидробака Б.
Кроме того, в гидроприводе предусмотрены следующие пре-
дохранительные устройства,
предохранительныё гидроклапаны КП}, КП2, КПЗ, ограничи-
вающие максимальное давление в напорных гидролиниях различ-
ных участков системы;
напорный гидрораспределитель ЗНЗ, ограничивающий макси-
мальное давление на выходе насоса ///;
. напорный гидрораспределитель ЗН5, ограничивающий давле-
ние насоса заправочной станции;
напорные гидрораспределители ЗН1, ЗН2 и ЗН4, ограничи-
вающие перепады давления на радиаторе АТ, блоках фильтров
№ 1 и блоках фильтров № 2 соответственно.
Увеличение перепада давления на этих элементах происходит
при возрастании вязкости жидкости, а на фильтрах, кроме того,
при- засорении фильтррэлементов.
Система из напорного гидрораспределителя ЗНЗ и обратного
гидроклапана КО8 разгружает насос Н1 при повышении давле-
ния в напорной гидролинии, реле давления РД отключает насос
Н1 (выключает гидрораспределитель Р1) при повышении давле-
ния в период выдвижения штоков домкратов; тем самым предот-
вращается быстрый подъем платформы, что может привести к
потере станком устойчивости.
Гидрозамки ЗМ1 — ЗМ4, ЗМ6, ЗМ7 и ЗМ8 предотвращают
быстрое движение, «падение» платформы, кассеты и мачты при
опускании, а обратные гидроклапаны КО1, КОЗ, КО4, КО7, КО8,
КОЮ, KOii, КО12 — опорожнение гидролиний при неработаю-
щих насосах.
В кабине на пульте управления имеются следующие приборы,
отмечающие параметры гидропривода и его исполнительных ор-
ганов: ' .
показывающая часть манометра МН4, позволяющая следить
за давлением наиболее нагруженной секции насоса Н2\ прибор
работает с некоторым запаздыванием при резком снижении
давления в гидроприводе;
прибор, показывающий усилие подачи при бурении; сигналы
на него подаются с манометров МН6 и МН7, сообщенных с
полостями гидроцилиндров напорного механизма;
прибор, показывающий скорость проходки при бурении; сиг-
нал на него подается от тахогенератора ТГ, соединенного с
гидромотором ГМ;
показывающий .прибор термометра, датчик-которого помещен
во всасывающую гидролинию вспомогательного насоса Н1.
Кроме того, на пульте управления размещены сигнальные
лампы, включающиеся при включении насосов Н1 и Н2, нагрева-
теля ТЭН и вентилятора охладителя.
64
На заправочной станции установлен манометр МН5, показы-
вающий давление при работе насоса.
На гидробаке Б предусмотрены места для установки маномет-
ров. Манометры подсоединяются при проверках работы и налад-
ке гидропривода. Манометр МНЗ соединен с напорной гидроли-
нией насоса Н2, манометр МН2 сообщен с напорной гидролинией
насоса Н1, манометр МН1 подсоединяется к блоку фильтров № 1.
При необходимости манометры могут быть подсоединены к кра-
нам выпускным, установленным в различных местах гидроприво-
да. Фильтры тонкой очистки, входящие в блок фильтров № 1,
имеют собственные указатели загрязнения фильтров.
Гидрораспределители типа BE-10 снабжены контрольными
лампами, по две на каждый гидрораспределитель. Лампы вклю-
чаются одновременно с соответствующими магнитами гидрорас-
пределителя и позволяют контролировать правильность функцио-
нирования цепей управления. В гидробаке имеются смотровые
окна для контроля уровня рабочей жидкости.и наличия в ней
воды (в нижней части гидробака).
Рис. 2.13. Гидравлическая схема бурового станка СБШ-250МНА-32
5-2509
Гидравлическая схема (рис. 2.13) станка СБШ-250МНА-32
обеспечивает выполнение следующих операций: горизонтирова-
ние станка, подъем мачты в рабочее и опускание в транспортное
положения, подача бурового става с созданием давления на за-
бой скважины, поворот кассеты, подъем и опускание люнета,
зажим штанги в люнете, свинчивание и развинчивание штанг
и долот, спуско-подъемные операции при наращивании и разбор-
ке бурового става.
Все исполнительные механизмы гидропривода питаются от
маслонасосной станции, состоящей из гидробака и трех насосов:
радиально-поршневого двухсекционного Н-403Е с суммарной по-
дачей 35 л/мин, пластинчатого сдвоенного 35Г12-24 с подачей 70
и 35 л/мин и пластинчатого 18БГ12-22 с подачей 35 л/мин,
служащего для питания через фильтр насоса Н-403Е и системы
управления реверсивных гидрораспределителей. Максимальное
рабочее давление в гидросистеме 12,5 МПа. Гидроаппаратура
управления и распределения оснащена подогревателями, обеспе-
чивающими работоспособность их при низких температурах окру-
жающего воздуха.
Давление в линии насоса Н-403Е поддерживается предохра-
нительным клапаном 7, который регулируется от 0 до 10 МПа
регулятором давления 2, подключенным к нему через гидрорас-
пределитель 3.
Установка станка в горизонтальное положение осуществляет-
ся при работе всех насосов, при этом поток жидкости от насосов
проходит через гидрораспределители 4 и 11 и гидрозамки 12 в
поршневые полости домкратов, а из штоковых полостей жидкость
через гидрораспределители 11 идет на слив. При достижении в
системе давления 6 МПа поток жидкости от секции насоса
35Г12-24 с подачей 35 л/мин через гидрораспределитель 13
направляется на слив, а при давлении 7 МПа гидрораспредели-
тель 14 направляет поток на слив и от секции с подачей 70 л/мин.
После отключения насосов поршневые полости домкратов запира-
ются гидрозамками.
При работе насосов Н-403Е и 18БГ12-22 и включенных гидро-
распределителях производятся следующие операции: подъем и
опускание люнета гидрораспределителем 15, поворот кассеты
гидрораспределителем 16, зажим штанги в люнете гидрораспре-
делителем 17, подъем и опускание мачты гидрораспределителем
18, свинчивание и развинчивание штанг и долот гидрораспреде-
лителем 19 и удержание штанги верхним гидроключом гидро-
распределителя 20.
При бурении крепких пород работают насосы Н-403Е и
18БГ12-22. Поток жидкости от насоса Н-403Е через реверсивные
гидрораспределители 4 и 5 проходит в поршневые полости гидро-
цилиндров 6 подачи, а из штоковых полостей через гидрораспре-
делитель 5 и гидрозамок 7 — на слив. При этом одну секцию на-
соса Н-403Е реверсивный гидрораспределитель 8 разгружает,
направляя жидкость на слив.
66
При бурении-мягких пород эта секция гидрораспределителем
8 подключается к напорной магистрали, имеющей обратный кла-
пан 9 и предохранительный клапан 10, и скорость подачи увели-
чивается.
Медленный подъем бурового става производится также при
работе насосов Н-403Е и 18БГ12-22, при этом поток жидкости от
насоса Н-403Е через реверсивные гидрораспределители 4 и 5 и
гидрозамок 7 проходит в штоковые полости гидроцилиндров 6
подачи, а из поршневых полостей через гидрораспределитель 5
проходит на слив.
Быстрый подъем или спуск бурового става производится при
работе насосов Н-403Е и сдвоенного 35Г12-24, причем при быст-
ром спуске штоковые и поршневые полости гидроцилиндров по-
дачи соединяются гидрораспределителем (слив закрыт).
Рис. 2.14. Гидравлическая схема бурового станка СБШ-250-55
67
К потоку жидкости от насосов добавляется жидкость, посту-
пающая из штоковых полостей, и скорость спуска увеличивается.
При'аварийной перегрузке электродвигателя вращателя ги-
дрораспределитель 3 включается и через предохранительный
клапан разгружает гидросистему.
Гидропривод станка СБШ-250-55 (рис. 2.14) выполняет сле-
дующие операции: горизонтирование станка с помощью четырех
гидродомкратов; подъём и опускание мачты; крепление мачты;
натяжение канатов системы подачи, поворот кассет, подъем и
опускание люнета, свинчивание и развинчивание штанг.
Гидропривод станка состоит из. гидробака, очистителя при-
водного автономного с центрифугой, радиально-поршневого
насоса с разделенными потоками с подачей по 18 л/мин каждый,
гидрораспределителя, осуществляющего подключение одной или
обеих секций насоса к гидросистеме; двух клапанов предохрани-
тельных, настроенных на давление 16 МПа и установленных в
гидролинии .каждой секции насоса, реле давления, настроенного
на 4 МПа и предназначенного для горизонтирования станка,
гидрораспределителя, служащего для управления механизмом
фиксации мачты, фильтра и двух гидроблоков с распределитель-
ной аппаратурой, исполнительных механизмов гидравлической
системы гидроцилиндров и гидролиний.
Рабочая жидкость из гидробака насосом Н1 подается в ис-
полнительные механизмы через Тидрораспределители, включаю-
щиеся согласно диаграмме включения элементов схемы (табл.
2.1). Слив рабочей жидкости с исполнительных механизмов про-
изводится через соответствующие гидрораспределители и фильтр
Ф2 в бак.
Установка станка в горизонтальное положение осуществляет-
ся в два этапа. На первом этапе происходит одновременный
выпуск штоков всех четырех домкратов до соприкосновения их
с грунтом. При этом жидкость от насоса Н1 поступает в поршне-
вые полости четырех домкратов Ц5, Ц6, Ц7, Ц8 через гидро-
распределители Pl, Р14, Р15, Р16, Р17, Р18, Р19 при включении
электромагнитов У2, У7, У9, У11, У13, У15, У17. Из штоковых
полостей домкратов рабочая жидкость через гидрораспредели-
тель Р14 поступает в поршневые полости домкратов (дифферен-
циальное включение), тем самым увеличивая скорость выпуска
домкратов.
При достижении грунта всеми домкратами давление в систе-
ме повышается и, достигнув 4 МПа, включает в работу реле
давления РД1, которое прекращает дальнейший выпуск домкра-
тов.
На втором этапе установка станка в горизонтальное положе-
ние осуществляется по бортам согласно диаграмме включений
элементов схемы (см. табл. 2.1) в зависимости от положения
станка относительно горизонта. При этом рабочая жидкость
правым или левым бортом поступает на задние домкраты
Ц7, Ц8 через редукционный клапан КР1, обеспечивая равномер-
68
Таблица 2.1
Операции Номер электромагнита У на схеме (см. рис. 2.14)
Установка станка в гори- зонтальное положение Домкраты выдв Домкраты убра Левый борт Правый борт Передний борт Задний борт инуть ть Поднять Опустить Поднять Опустить Поднять Опустить Поднять Опустить 2 7 9 11 15 17 2 8 10 12 14 16 2 9 17 13 2 8 16 13 2 11 15 13 2 10 14 13 2 9 11 2 8 10 2 15 17 12 2 14 16 12
Мачта / Поднять Опустить 1 6 1 5
Крепление мачты Зажать Разжать 1 4 1 3
Развинчивание и свинчи- вание штанг Нижний ключ Подвести Отвести 2 27 1 26
Верх- ний ключ правый Подвести Отвести 2 24 1 25
левый Подвести Отвести 1 30 2 31
Стопор Подвести Отвести 1 18 1 19
Кассета штанг Подвести Отвести 1 32 1 33
Кассета штанг 11 Подвести Отвести 1 34 1 35
Люнет Поднять Опустить 2 20 1 21
Натяжение Подъем Спуск 1 28 1 29
ность выпуска переднего и заднего домкратов независимо от
приходящейся на них нагрузки. По окончании этого этапа порш-
невые полости домкратов запираются гидрозамками ЗМЗ, ЗМ4,
ЗМ5, ЗМ6.
При снятии станка с домкратов рабочая жидкость от насоса
Н1 через гидрораспределители Pt, Р15, Р16, Р17, Р18, Р19
при включении электромагнитов У2, У8, У10, У12, У14, У16
поступает в штоковые полости четырех домкратов. Из поршневых
полостей домкратов рабочая жидкость через дроссели АЗ, А4,
А5, А6, обеспечивающие плавное опускание станка, идет на слив.
Для натяжения канатов при подъеме бурового става рабочая
жидкость от насоса Н1 через гидрораспределитель Р4 при вклю-
69
ченных электромагнитах У/ и У28 поступает в цилиндры натяже-
ния канатов Ц14 и Ц15. Давление в системе натяжения канатов
2,5 МПа поддерживается с помощью аппарата А7 (напорный
золотник с обратным клапаном), расположенного в гидроблоке
мачты.
При опускании бурового става включаются электромагниты
У/ и У29 гидрораспределителей Р1 и Р4 и происходит прокачка
цилиндров натяжения канатов. В гидроцилиндры натяжения ка-
натов встроен золотниковый аппарат, с помощью которого при
полностью выбранном ходе гидроцилиндров можно возвратить
штоки цилиндров натяжения канатов в исходное положение.
При подводе кассеты 1 со штангами на ось бурения рабо-
чая жидкость от насоса Н1 через гидрораспределитель Р11 при
включении электромагнитов У1 и У32 поступает сначала в ци-
линдр защелки кассеты Ц17. При достижении давления 4 МПа с
помощью аппарата А9 (напорный золотник с обратным клапа-
ном) защелка убирается, рабочая жидкость попадает в цилиндр
Ц18, и происходит поворот кассеты. При отводе кассеты рабочая
жидкость от насоса Н1 через гидрораспределитель Р11 при
включении электромагнитов У1 и УЗЗ поступает в цилиндры
Ц17 и Ц18. В момент постановки кассеты в исходное положение
защелка фиксирует кассету от самопроизвольного перемещения.
Подвод кассеты 7 на ось бурения производится аналогично при
включении электромагнитов У34 и У35 гидрораспределителя Р12.
При подъеме мачты рабочая жидкость от насоса Н1 через
гидрораспределитель. Р13 при включении электромагнитов У1 и
Уб поступает в поршневые полости гидроцилиндров ЦЗ и Ц4,
а из штоковых полостей — на слив. Опускается мачта при пода-
че рабочей жидкости от насоса Н1 через гидрораспределитель
Р13 при-включении электромагнитов У1 и У5 в штоковые полости
гидроцилиндров ЦЗ и Ц4. Из поршневых полостей гидроцилинд-
ров ЦЗ и Ц4 рабочая жидкость через дроссели А1 и А2, обеспе-
чивающие плавное опускание мачты, поступает на слив. Гидро-
замки ЗМ1 и ЗМ2 запирают обе полости гидроцилиндров подъ-
ема мачты. Операции по подъему и опусканию мачты должны
осуществляться при вращателе, опущенном вниз из крайнего
верхнего положения на 1,5—2 м.
Остальные механизмы работают согласно диаграмме включе-
ния элементов схемы (см. табл. 2.1).
Для замера давлений при наладке и настройке системы гид-
ропривода в кабине машиниста установлен манометр МН1. Кро-
ме того, в гидроблоке машинного отделения имеется контрольная
точка КТ1, которая служит для настройки редукционного клапа-
на КР1 в системе горизонтирования станка (рис. 2.14).
Настройка гидроаппаратов
Обозначение ... К! К2 КП! КП2 КР1 РД! А7 ' А8 А9 А10
Давление Р,
МПа ........ 15 40 16 16 3,0 4,0 2,5 4,0 4,0 4,0
70
Гидропривод буровых станков фирмы «Марион» выполнен с
двумя раздельными системами: основной замкнутой и вспомога-
тельной открытой. С помощью гидропривода основной системы
осуществляются подъем и опускание вращательно-подающего
механизма, создающего необходимое при бурении усилие на
забой скважины.
Так как бурение и передвижение станка производятся в разное
время, то основная система также питает гидропривод гусеничного
хода. Каждая гусеница имеет индивидуальный привод.
Основная система состоит из двух аксиально-поршневых насо-
сов с регулируемым рабочим объемом, приводимых во вращение
через раздаточную коробку асинхронным электродвигателем
мощностью 147 кВт.
Через цепную передачу два низкоскоростных высокомомент-
ных гидромотора сообщают поступательное движение механизму
подъема и опускания вращательно-подающего механизма, и
два высокомоментных гидромотора осуществляют передвижение
станка. Каждый из регулируемых насосов оборудован встроен-
ным насосом с постоянным рабочим объемом, пополняющим ма-
сло и прогоняющим охлажденное масло через картер насоса.
Насосы с постоянной подачей удерживают первоначальное
давление подпитки регулируемых насосов и подают под давлени-
ем жидкость, необходимую для приведения в действие золотни-
ков и сервомеханизмов регулируемых насосов. Максимальное
рабочее давление каждого из регулируемых насосов — 24,5 МПа
и ограничено предохранительным клапаном. Давление подпитки
установлено 1,4 МПа.
Включение гидромоторов привода подъема и опускания вра-
щательно-подающего механизма или гидромоторов привода пере-
движения станка производится двумя четырехходовыми пере-
ключающими гидрораспределителями с ручным управлением.
При спуско-подъемных операциях во время сборки и разборки
бурового става с помощью четырехходового золотника можно
соединить гидромоторы последовательно. В этом случае через
гидромоторы пройдет максимальный объем жидкости под давле-
нием, создавая высокую скорость подъема или цпускания враща-
тельно-подающего механизма при половинной величине враща-
ющего момента гидромотора.
При бурении же, когда необходимо создать максимальное
давление на забой, золотник должен' быть сдвинут для парал-
лельного соединения гидромоторов. Управление подачей бурового
станка на забой осуществляется как вручную, так и автомати-
чески. Каждый из двух регулируемых насосов и два гидромотора
передвижения станка работают независимо, что обеспечивает
станку высокую степень маневренности. Поворот же на месте
осуществляется включением двух гусениц в разные стороны.
С помощью гидропривода вспомогательной открытой системы
осуществляют установку станка в горизонтальное положение,
подъем и опускание мачты, несущей основные узлы рабочего
71
органа, подачу и стопорение буровых штанг во время сборки
и разборки бурового става, подъем и опускание зонта уста-
новки пылеулавливания над устьем скважины. Вспомогательная
система при необходимости приводит в действие лебедку во вре-
мя эксплуатации и ремонта станка.
Гидропривод вспомогательной системы состоит из шестерен-
ного насоса с постоянным рабочим объемом, соединенного с тем
же асинхронным электродвигателем, имеющим вал с двумя выхо-
дящими концами, мощностью 147 кВт, который приводит во вра-
щение регулируемые насосы. Все золотники вспомогательной
системы сгруппированы в блоки. Предохранительный клапан
системы настроен на давление 17,5 МПа. Установка станка в го-
ризонтальное положение производится гидравлическими домкра-
тами с независимым управлением золотником каждого домкрата.
На подводящем трубопроводе к цилиндру каждого домкрата
установлен золотник с сервоприводом. Каждый домкрат имеет
гидрозамок.
На цилиндрах домкратов и механизма подъема и опускания
зонта пылеулавливания установлен регулятор давления на
7 МПа.
Подъем и опускание мачты производятся двумя гидроци-
линдрами, соединенными параллельно. Управление потоком жид-
кости осуществляется двумя клапанами, уравновешенными по
давлению и установленными в основных контурах с клапаном
последовательного действия в контуре подъема мачты. -
В основания каждого цилиндра домкрата также установлены
клапаны последовательного действия, открываемые вспомога-
тельным давлением от напорного трубопровода опускания мачты.
Для обеспечения равномерного опускания мачты клапаны урав-
новешены по давлению.
Для хранения и подачи буровых штанг на ось бурения станок
оборудован тремя кассетами, каждая из которых приводится в
движение гидравлическим цилиндром двустороннего действия.
Со стороны штоковой'полости цилиндра установлен клапан
регулирования давления, настроенный на 5,6 МПа.
При опускании буровой штанги напорная жидкость отво-
дится от штоковой полости цилиндра через уравновешивающий
привод с внешним управлением, настроенный на давление
3,5 МПа. Соединенный параллельно с цилиндром подачи штанги
запорный клапан приводит в действие гидрозамок.
Стопорение бурового става во время его сборки или разборки
производится двумя гидроцилиндрами двустороннего действия.
Гидропривод буровых станков фирмы «Бюсайрус-Ири» сос-
тоит из двух независимых систем: замкнутой и открытой.
Замкнутая система обеспечивает при бурении работу гидро-
двигателя подачи, открытая система"— работу гидроцилиндров
вспомогательных операций станка: домкратов горизонтирова-
ния станка, подъема и опускания мачты, кассет хранения и пода-
чи штанг на ось бурения, механизма свинчивания штанг, разъ-
72
ема захватов, балансира натяжения цепей, который работает от
отдельного насоса, соединенного с системой гидроподачи, пыле-
защитных штор.
Гидросистема также питает гидродвигатель при наличии на
станке кабельного барабана. Гидропривод состоит из сдвоенного
резервуара, охладителя масла, двух сдвоенных насосов, гид-
родвигателей распределительно-регулирующей аппаратуры,
фильтров и исполнительных цилиндров.
Гидропривод работает следующим образом.
Из резервуара рабочая жидкость насосами под давлением по-
дается в гидрораспределители. Регулируемый предохранитель-
ный клапан настроен на 18 МПа. Одна из секций каждого
сдвоенного насоса соединена с разгрузочным клапаном. Для
системы, подающей гидрожидкость в цилиндры, он настроен на
6,3 МПа, а для системы подачи — на 4,2 МПа.
Если давление в системе превышает установленное, то клапа-
ны направляют рабочую жидкость из секции насосов в сливную
магистраль резервуара. Обратный клапан насоса предотвра-
щает истечение рабочей жидкости через разгрузочный клапан.
Масляный фильтр общего потока жидкости находится в слив-
ной магистрали.
После прохождения через фильтр гидрожидкость поступает
в охладитель. Если давление в сливной магистрали более
0,2 МПа, то гидрожидкость, минуя охладитель, сливается в ре-
зервуар через перепускной клапан.
2.4. Пневматическая система
Пневматическая система (пневмосистема) станков
2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40, 4СБШ-200-40 и ЗСБШ-200-60 пред-
назначена для удаления буровой мелочи из скважин, охлажде-
ния шарошечного долота, торможения шпинделя вертлюга при
сборке и разборке бурового става, амортизации кабины опера-
тора (станок ЗСБШ-200-60), включения стеклоочистителей
и обдува станка от пыли.
Питание пневмосистемы осуществляется компрессорной уста-
новкой 6ВКМ25/8 с подачей 25 м3/мин и давлением 0,8 МПа.
С 1987 г. на станках применяются компрессорные установки
7ВВ32/7 с подачей 32 м3/мин и давлением 0,7 МПа.
Компрессорная установка 6ВКМ25/8 (рис. 2.15) состоит из
собственно компрессора 6, электродвигателя 10, рамы-бака
(маслосборника со встроенным маслоотделителем) 21, холо-
дильника 1 масла, муфты 9 и фильтров воздушного 8 и масля-
ного 4.
Весь агрегат, за исключением холодильника 1 масла, уста-
новлен на сварочной раме-баке, крепящейся к платформе станка.
Маслозапблненный винтовой компрессор типа РК-11 6 яв-
ляется горизонтальным-. одноступенчатым с непосредственным
приводом от электродвигателя переменного тока.
73
/ 2
3 4 5 5
7 8 9 fO
Всасывание воздуха
ВА — воздух а/нпосрерный
МВ—пасловиздушная спесь
М — пасло
ВС — воздух сжатый
К цилиндру затворов бунке-
ров фильтрационной каперы
30 13-
В атпоареру
и циклонов
На обдув станка
\ К стеклоочистителю
В скважину
через вертлюг
75 fS 77 78 IS ZU 71 77 23
Рис. 2.15. Пневматическая схема буровых станков 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-
40, 4СБШ-200-40, ЗСБШ-200-60
Передача вращения от электродвигателя 70 к компрессору
6 производится через эластичную муфту 9.
Компрессорная установка работает следующим образом.
Воздух всасывается из атмосферы при вращении винтового
компрессора 6 с помощью муфты 9 двигателем 10 и проходит
через инерционно-масляный фильтр 8, где происходит очистка
воздуха от пыли. Очищенный воздух, пройдя впускной клапан
7 и всасывающую камеру, поступает к окну всасывания, которое
с торца соединяется с рабочими полостями обоих винтов рото-
ров. При вращении роторов поступающий через окно всасывания
воздух заполняет по всей длине те полости (впадины) винтов,
которые в это время соединены с окном всасывания. При даль-
нейшем вращении роторов объемы воздуха, заполнившего - по-
лости (впадины) винтов, отсекаются от окна всасывания и под-
вергаются постепенному сжатию зубьями, входящими в эти по-
лости.
При этом через специальный штуцер в корпусе компрессора
над ведомым ротором в рабочую полость подается под давлением
масло, которое, смешиваясь с сжимаемым воздухом, образует
масловоздушную смесь и, поглощая тепло, охлаждает сжимае-
мый воздух.
Сжатие масловоздушной смеси заканчивается в момент сое-
динения впадин винтов с окном нагнетания. Сжатая масловоз-
душная смесь проходит через обратный клапан 11 и поступает в
маслосборник 21, где основная масса масла (до 90%) отде-
ляется от воздуха. Обедненная масловоздушная смесь проходит
через маслоотделитель 22, где происходит окончательная, тон-
кая очистка воздуха от масла. Из сборника масло под давле-
74
нием нагнетаемого воздуха, пройдя сетчатый масляный фильтр
4, поступает в трубчатый холодильник 1 для охлаждения воз-
душным потоком, создаваемым вентилятором 2, рабочее колесо
которого насажено на вал электродвигателя 3.
Для предотвращения слива масла в камеру всасывания
при остановке компрессора между компрессором и холодиль-
ником масла установлен запорный клапан 13. Из холодильника
1 масло через запорный клапан 13 подводится к узлам компрес-
сора.
Для запуска компрессора в зимнее время подогрев масла в
маслосборнике осуществляется электронагревателем 18, насос
17 работает для перемешивания масла во время его подогрева.
Насос 17 с помощью муфты 16 соединен с электродвигателем 15.
Температура масла в маслосборнике измеряется термо-
метром 19.
При запуске компрессора в холодное время года масло сле-
дует подавать с помощью перепускного клапана 5 непосред-
ственно к компрессору, минуя масляный фильтр 4 и холодиль-
ник /. Для слива масла из всасывающего патрубка компрессора
служит клапан 12, а из маслосборника и холодильника — вен-
тили 20 и 30. На нагнетательном трубопроводе установлен предо-
хранительный клапан 23. Автоматический выпуск воздуха из мас-
лосборника после остановки компрессора производится страв-
ливающим клапаном 14.
Контрольно-измерительные приборы давления и температуры
масла и воздуха установлены на щите в кабине управления
станком.
Буровая мелочь удаляется из скважины следующим образом.
От компрессора очищенный от масла сжатый воздух по нагне-
тательному трубопроводу и гибкому шлангу поступает в вертлюг
и через шпиндель вертлюга — в буровой став. Выходя из буро-
вого става, воздух охлаждает шарошечное долото, подхватывает
с забоя выбуренную мелочь и выносит ее по кольцевому прост-
ранству между стенками скважины и буровым ставом к устью
скважины. Управление подачей воздуха в буровой став произ-
водится с помощью вентиля 26 с ' электромагнитным приводом.
Включается кулачковая муфта для торможения шпинделя
вертлюга при сборке и разборке бурового става с помощью сжа-
того воздуха. Подача сжатого воздуха к пневмоцилиндрам
управления муфтой вертлюга, стеклоочистителям и амортизато-
рам кабины осуществляется с помощью электропневматиче-
ских клапанов 25, 27 и 28. Воздух для обдува станка от пыли
включается краном 29.
Во избежание частых пусков электродвигателя компрессора
предусмотрен вентиль 24 для вывода воздуха в атмосферу.
На станках фирмы «Бюсайрус-Ири» (США) пневмати-
ческая система состоит из двух раздельных систем — главной
и вспомогательной. Главная система обеспечивает удаление
буровой мелочи из скважины и охлаждение шарошечного долота.
75
Сжатый воздух нагнетается винтовым компрессором под давле-
нием 0,28 или 0,45 МПа.
На буровых станках модели 60-R, работающих на угольных
разрезах страны, подача компрессора 54 м3/мин.
Компрессор приводится в действие электродвигателем мощ-
ностью 224 кВт через клиноременную передачу. Всасывае-
мый воздух, проходя через фильтр и впускной клапан, нагне-
тается компрессором по основной воздушной магистрали к глав-
ному впускному и разгрузочному клапанам. При включении
главного клапана управления впускные клапаны открыты, а
разгрузочный закрыт. Воздушный поток, проходя по нагнетатель-
ной магистрали, через вращатель поступает в буровой став и при
выходе из него охлаждает шарошечное долото. Увлекая с забоя
буровую мелочь, воздушный поток выносит ее по затрубному
пространству из скважины.
При выключении главного клапана управления главный
впускной клапан закрыт, а разгрузочный клапан открывается,
выпуская воздух через глушитель в атмосферу.
Вспомогательная система служит для питания сжатым
воздухом магистралей управления тормозами, муфтами, клапа-
нами и другим пневмооборудованием. Система состоит из двух-
цилиндрового двухступенчатого поршневого компрессора с по-
дачей 0,6 м3/мин с воздушным охлаждением и давлением
0,88 МПа, двух воздухосборников и органов управления. При-
вод компрессора осуществляется от электродвигателя мощно-
стью 5,6 кВт через ременную передачу. Воздух от компрессора
через обратный клапан поступает в главный воздухосборник,
а оттуда — во вспомогательный, который питает все органы'
управления и пневмооборудования, кроме муфты хода и тормоз-
ных камер. Они питаются воздухом через реле-клапаны от глав-
ного воздухосборника и управляются клапаном. Воздух перед
поступлением в клапаны управления фильтруется увлажненным
фильтром многократного использования. Компрессор оборудован
центробежным регулятором давления, позволяющим двигателю
набрать обороты до появления давления в системе.
На станках фирмы «Марион» удаление буровой мелочи и
охлаждение шарошечного долота производятся также сжатым
воздухом, нагнетаемым ротационным компрессором под давле-
нием 0,28 МПа. На буровом станке модели М-4, работающем
на угольном разрезе Нерюпгринский, подача компрессора
48 м3/мин. Компрессор приводится во вращение электродвига-
телем мощностью 186 кВт через клиноременную передачу. Воз-
дух всасывается компрессором из атмосферы и проходит через
фильтр сухого роторно-циклонного типа.
На всасывающем трубопроводе установлен запорно-выпуск-
ной перекидной клапан с приводом от пневматического цилиндра
с пружинным возвратом. Нормальное положение клапана —
открытое. Между компрессором и глушителем установлен также
перекидной клапан с пневматическим приводом. Компрессорная
76
установка на трубопроводе подачи сжатого воздуха оснащена
разгрузочным предохранительным клапаном и системой управ-
ления температурой воздуха, которая при превышении темпе-
ратуры 170° С отключает электродвигатель компрессора.
Клапан подачи воздуха- в буровой став при бурении открыт,
а клапан между глушителем и компрессором закрыт. С пре-
кращением подачи воздуха в буровой став клапан перед буровым
ставом закрывается, а перед глушителем открывается. Пере-
кидные клапаны приводятся в действие сжатым воздухом, нагне-
таемым вспомогательной компрессорной установкой.
2.5. Система пылеулавливания
Очищается воздух от пыли, образующейся при бурении, сухим
способом с помощью установки сухого пылеулавливания или
подавлением пыли водой (мокрое пылеподавление).
На станках 2СБШ-200-40 и 4СБШ-200-40 пылеулавливание
производится в три ступени.
Буровая мелочь и пыль, выходящие из скважины, попадают
в пылеосадительную камеру (зонт), расположенную над устьем
скважины, где скорость потока снижается, и вокруг устья сква-
жины выпадают самые крупные фракции и частично пыль (пер-
вая ступень очистки). Из пылеосадительной камеры буровая
мелочь по пылепроводу поступает в два циклона, включенных
параллельно, где происходит дальнейшая очистка (вторая сту-
пень очистки).
В циклоне под действием центробежных сил и в результате
снижения скорости из потока выпадают мелкие частицы и тон-
кие фракции пыли, ссыпаясь в бункер. Самая мелкая пыль через
вертикальный пылепровод поступает в нижнюю часть фильтра-
ционной камеры, а затем проходит через тканевые рукава фильт-
ра, в которых происходит окончательная очистка воздуха
(третья ступень очистки). При очистке стряхиваемая с рукав-
ных фильтров осевшая на них пыль собирается в нижнюю часть
камеры — бункер. Очистка внутренней поверхности рукавов про-
изводится периодически механизмом встряхивания во время на-
ращивания и разборки бурового става. Для создания необхо-
димого перепада давлений в фильтрационной камере и движения
по воздухопроводу служит вентилятор, который засасывает из
камеры очищенный воздух и выбрасывает его через диффузор в
атмосферу. При этом в зависимости от скорости проходки
сквджин регулируется дроссельная заслонка диффузора.
Бункера парного циклона и фильтрационной камеры разгру-
жаются периодически по окончании бурения скважины, перед
переездом на следующую скважину, для чего в днищах бункеров
открываются затворы при помощи механизма с гидроприводом.
Зонт пылеосадительной камеры поднимается с помощью подъ-
емного устройства. Буровая мелочь, выпавшая у устья скважины
в пылеосадительной камере из бункера циклона, а также пыль
77
из бункеров фильтрационной камеры используется как забойный
материал при заряжании ВВ.
На станке ЗСБШ-200-60 улавливание выносимой из скважины
сжатым воздухом буровой мелочи и пыли осуществляется уста-
новкой сухого пылеулавливания (рис. 2.16), смонтированной на
платформе в передней части станка.
Установка ‘работает следующим образом. Воздушный по-
ток q, подаваемый от компрессора через полые штанги бурового
става 1, через затрубное пространство 2 выносит продукты буре-
ния в пылеприемник 3. .
Вентилятор 16 подачей QB внутри установки создает поток,
часть которого дц циркулирует по замкнутому контуру через кон-
фузор 18 и гибкий воздуховод 19.
В пылеприемнике 3 происходит смешение потока q из сква-
жины с высокой концентрацией в нем пыли со сравнительно
чистым, прошедшим очистку в пылеулавливающих агрегатах
установки циркулирующим потоком qB.
Образуется суммарный пылевоздушный поток Q, который че-
Рис. 2.16. Схема пылеулавливания бурового станка ЗСБШ-200-60
78
рез герметизатор 4 по штанге и пылепровод 5 поступает в первую
ступень пылеулавливания — пылеуловитель 7, которым улавли-
ваются крупные фракции продуктов бурения, осыпающиеся за-
тем в бункер 6.
Затем пылевоздушный поток, содержащий средние и мелкие
фракции пыли, через пылепровод 8 поступает во вторую ступень
пылеулавливания -- циклонную пару 9. Из циклонов пылевоз-
душный поток попадает в бункер 10, а поток, содержащий не-
уловленную мелкодисперсную пыль> через улитку 11 и пыле-
проводы 12 поступает в вентилятор 16 на всасывание. Из вен-
тилятора через пылепровод 15 пылевоздушный поток QB под
напором поступает в тканевый рукавный фильтр 14. Очистка
поверхности рукавов производится периодически механизмом
встряхивания 13, образующаяся пыль поступает в бункер 17.
Воздушный поток, содержащий не уловленную после филь-
трации мелкодисперсную пыль (см. рис. 2.16), раздваивается.
Часть его q$, равная сумме всех потоков, поступающих в уста-
новку извне (из скважины в сумме с подсосами из-под пыле-
приемника), выходит через перфорированные окна фильтра в
атмосферу. Другая часть \qa, равная' разности потоков и созда-
ваемая вентилятором и выходящим в атмосферу воздушным по-
током, циркулирует по замкнутому контуру, увлекая пропорцио-
нально своей величине количество неуловленной пыли снова в
установку.
На станках фирмы «Бюсайрус-Ири» и «Марион» улавли-
вание выносимой из скважины сжатым воздухом буровой мелочи
и пыли осуществляется установкой сухого пылеулавливания
«Амерпульс». Выходящая из скважины буровая мелочь посту-
пает в пылеприемник, установленный над скважиной. При буре-
нии шторы пылеприемника опускаются до земли, крупные фрак-
ции пород оседают вокруг устья скважины и используются для
забойки. Пыль из атмосферы и пылеприемника поступает в пыле-
вибратор, представляющий собой непрерывно очищающийся кол-
лектор импульсно-реактивного действия, в котором находятся
матерчатые рукава, автоматически очищающиеся от пыли.
Мелкие частицы из пылевибратора засасываются в пылеот-
делитель и поступают в его бункер, а запыленный воздух — в
верхнюю часть бункера коллектора и с помощью отражатель-
ной пластины резко изменяет направление потока. Пыль фильт-
руется наружной поверхностью отдельных рукавов. Чистый,
отфильтрованный воздух попадает внутрь рукавов и через
встроенный выходной водяной коллектор — в систему воздухо-
водов. Рукава надеты на расширители пружинного типа, не
дающие им изгибаться при большом давлении воздуха. Верх-
ний конец рукава прикреплен к диффузору, нижний — в отвер-
стии пластины коллектора. Самые мелкие частицы пыли через
пылеотделитель засасываются в диффузор, имеющийся на каж-
дом матерчатом рукаве. Через заданные интервалы времени
электроколлектор включает воздушные клапаны, обеспечиваю-
79
щие поступление сжатого воздуха через пробки диффузоров, и
управляет длиной импульса и интервалами между импульсами.
Под давлением воздух выпускается через сопло диффузора и
идет вниз под действием сил тяжести и инерции. Рукав вибри-
рует в средней части. Частицы пыли, отделяясь от стенок рукава,
оседают в бункере и периодически высыпаются при открывании
заслонки в днище бункера. Шторы пылеприемника поднимаются,
с помощью гидравлического цилиндра. Заслонка бункера от-
крывается пневматическим цилиндром.
На многих зарубежных станках применяются установки
мокрого пылеподавления, состоящие из водяного бака, водяного
насоса и вентилятора отдува бурового шлама.
2.6. Система пылеподавления
Система пылеподавления на станках 2СБШ-200-32, СБШ-
250МНА-32 и СБШ-250-55 состоит из установок компрессорной,
пылеподавления и отдува буровой мелочи и с помощью воздуш-
но-водяной смеси обеспечивает очистку забоя скважины от буро-
вого шлама с транспортированием из скважины, охлаждение
опор шарошечного долота и снижение запыленности окружаю-
щей среды.
Назначение, устройство и работа компрессорной установки
описаны в разд 2.4.
Установка пылеподавления осуществляет подачу воды в воз-
душный трубопровод для охлаждения бурового инструмента и
снижения- запыленности воздуха в рабочей зоне до санитарных
норм. В установку пылеподавления входят: бак для воды вме-
стимостью 2,3 м3 с электронагревателями типа ТЭН общей мощ-
ностью 12 кВт и датчиком указания уровня жидкости, электро-
насосный питательный агрегат с приводом от электродвигателя,
фильтр для'очистки воды от твердых частиц, арматура и тру-
бопровод.
' Установка отдува буровой мелочи (рис. 2.17) удаляет буро-
вой шлам от устья скважины. Она состоит из центробежного
вентилятора Н2 типа СВМ-5М с приводом от встроенного элект-
родвигателя, воздуховода для подачи воздушной струи к устью
скважины й гидроцилиндра для изменения телескопической ча-
сти воздуховода в рабочем и транспортном положениях.
Схема воздушно-водяной системы бурового станка СБШ-250-
55 работает следующим образом. Электронасосный питатель-
ный агрегат ПН1 включают по достижении устойчивой работы
компрессора КМ1, в результате чего создается воздушно-водя-
ная смесь. При этом вентили ВН1ъ и ВН1ц открыты, BHh и
ВН — закрыты. Вода через фильтр Ф1 и обратный клапан К02
поступает в смеситель СМ1. Чтобы уменьшить подачу воды в
смесь, открывают вентиль, регулирующий ВН2, и часть воды пе-
реливается в бак Б1. /
Регулируя вентилем ВН2 расход, воды, создают воздушно-
80
Рис. 2.17. Схема воздушно-водяной системы бурового стайка СБШ-250-55
водяную смесь, необходимую в зависимости от буримости пород
и их смачиваемости для эффективного снижения запыленности
окружающей среды. Для предотвращения попадания обратного
потока воды в компрессор на магистрали установлены обрат-
ные клапаны КО1 и КО2.
Вентили запорный ВНЦ и BHh предназначены для слива воды
из насоса, а ВН1?, — конденсата в трубопроводах после оконча-
ния работы на буровом станке.
Свободный слив воды обеспечивает разводка магистральных
трубопроводов. Электромагнитным клапаном В31 перекрывается
воздух при производстве вспомогательных операций на буровом
станке (свинчивание и развинчивание буровых штанг, переезд
на новую точку бурения и т. д.). При закрытии клапана В31
создается избыточное давление 0,7 МПа в магистральном трубо-
проводе, который, воздействуя на регулятор подачи компрессора,
обеспечивает поступление командного воздуха в управление
впускного клапана, и забор воздуха из атмосферы прекращается
за счет перекрытия заборных окон впускного клапана.
Клапан дренажный незамерзающий КД1 предназначен для
спуска остатков воды из емкости после окончания буровых
работ.
Для продувки магистрали воздухом отключают агрегат
ПН1, при этом клапан КО2 закроет доступ воздуха в водяные
магистрали. Продувка насоса осуществляется через вентили
ВИЗ с подсоединением шланга поочередно к штуцерам венти-
лей ВН1\ и ВН1г для удаления воды из агрегата.
Вентилем ВН2 вода отключается из системы при ремонтных
81
6-2509
работах, вентилем BHI5 подается для промывки оборудования
и прочих нужд.
Заполнение бака водой осуществляют с помощью рукава во-
дозаборного РВЗ.
2.7. Установка кабельных барабанов
Для автоматической намотки и размотки двух питающих кабелей
при передвижении станка в задней части платформы станков
.СБШ-250-55 и ЗСБШ-200-60 смонтирована установка (рис.
2.18) , состоящая из двух кабельных барабанов, каждый из
которых включает в себя: барабан 5 емкостью 210 м, кабеле-
укладчик 3, токосъемник 1, стопорное устройство и механизм
отключения. Привод кабельных барабанов на станке СБШ-250-
55 осуществляется от одного электродвигателя и редуктора, а
на станке ЗСБШ-200-60 барабаны имеют индивидуальный
привод.
От электродвигателя 10 мощностью 2,2 кВт с частотой вра-
щения 14,75 с-1 через муфту 9 движение передается редуктору
8 с передаточным числом 40. Редуктор через муфты 11 и цепные
передачи 12, имеющие передаточное число 3,75 (общее пере-
даточное число 1.50), приводит во вращение кабельные бараба-
ны 5, производя намотку кабеля. Вращением барабанов 5 через
цепную передачу 6 приводится в движение винт кабелеуклад-
чика 3, который приемным устройством 4 производит, укладку
кабеля. Равномерность намотки кабеля по всей длине барабана
обеспечивается согласованием шага и скорости вращения винта.
Намотку кабеля можно производить вручную. С помощью
переключающих устройств 7 отключают зубчатые муфты 2,
соединяющие барабаны с приводом. Намотку производят, наде-
вая на вал барабана ручку или за боковины кабельного ба-
рабана.
Привод кабельного барабана устроен так, что вал электро-
двигателя вращается в одном направлении — в сторону нама-
тывания кабеля на барабан. При движении станка вперед кабель
сматывается с барабана, а электродвигатель находится в режиме
противовращения под действием внешнего усилия от натяже-
ния кабеля, который превосходит статический момент, созда-
ваемый электродвигателем.
При движении станка назад вследствие уменьшения усилия
от натяжения кабеля кабель наматывается на барабан (выби-
рается слабина.). Для выполнения этих условий в качестве при-
вода принят асинхронный электродвигатель с фазовым ротором
типа МТ на искусственной механической характеристике с по-
стоянно включенным сопротивлением СД-3, которое изменяет ре-
жим работы двигателя в зависимости от характера внешней
нагрузки.
Для предохранения питающего кабеля от разрыва при
передвижении станка вперед (при полном сматывании кабеля
82
Рис. 2.18. Схема привода кабельных барабанов буровых станков СБШ-250-55 и
ЗСБШ-200-60
с барабана) предусмотрен стопор, который воздействует на ры-
чаг конечного выключателя и отключает привод гусеничного
хода.
‘ Зарубежные буровые станки тяжелого типа по желанию за-
казчика оснащаются кабельными барабанами.
3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
БУРОВЫХ СТАНКОВ
3.1. Разновидности электрооборудования
Большое количество типоразмеров буровых станков, разнообра-
зие их конструктивных решений, особенности тенденций разви-
83
. 00
Таблица 3.1
Станок, фирма-изготовитель (страна) Главные приводы механизмов Вспомогательные приводы Система энергопитания
вращателя подачи (подъема) механизма хода компрессора остальные
СБШ-250МНА-32 СБШ-250МН СБШ-320 'ЗСБШ-200-60 _ тп- д г АД АД АД переменного тока От внешней сети низ- кого напряжения
СБШ-250-55 тп-д тп-д АД АД То же То же
2СБШ-200-40 2СБШ-200Н 4СБШ-200-40 ему —д г АД АД » »
2СБШ-200-32 2СБШ-200 Г — Д с ЭМУ г АД АД » »
M-4-SS, «Марион-Сумми- томо» (Япония) М-4, М-5, «Марион» (США) Г — Д с ТВ г Г АД От внешней сети вы- сокого напряжения
60R, 61R «Бюсайрус- Ири» (США) GD-120, GD-I30 «Г арднер-Денвер» (США) GD-100 «Гарднер-Денвер» (США) Г — Д с ТВ Г — Д с ТВ Г (Г — Д с ТВ) Г - Д с ТВ Г — Д с ТВ Г-Д с ТВ АД АД » » То же »
40R «Бюсайрус-Ири» (США) тп-д Г (ТП - Д) г (ТП - Д) АД » »
45R «Бюсайрус-Ири» (США) ТП-Д Г (АД - ТРС) АД — ТРС АД » »
55R «Бюсайрус-Ири» (США) АД — ТРС ' Г (АД — ТРС) АД - ТРС АД АД и ТП — Д пе- ременного тока »
RR-I2E «Джой» (США) ТП-Д Г Г АД АД переменного тока »
R"R-11E «Джой» (США) АД-М Г Г АД То же »
RR-15E «Джой» (США) АД - ГМ г, г АД » »
DM-6, DM-7 «Ингерсолл Ранд» (США). Г г АД АД АД переменного тока От внешней сети с АД или ДВС
Примечание. Г — Д с ТВ — привод по системе генератор - - двигатель с тиристорным возбудителем; АД — ТРС — привод с асинхронным двигателем и тиристорным
регулятором в цепи статора; АД — ЛА — привод с асинхронным двигателем и механической трансмиссией: АД — ГМ — привод с асинхронным двигателем и гидромеха-
нической трансмиссией; АД — привод с асинхронным двигателем; Г -- гидравлический привод; ДВС — привод от двигателя внутреннего сгорания.
тия электропривода в СССР и за рубежом и ряд других факторов
обусловили применение различных видов электрооборудования
на буровых станках.
В состав электрооборудования бурового станка входят глав-
ные и вспомогательные электроприводы, система энергопитания.
К главным относятся электроприводы механизмов вращателя и
подачи (подъема), а к вспомогательным — электроприводы ме-
ханизма хода, компрессора, вентиляторов кабины машиниста и
кузова; привод механизма подачи воды в главную магистраль
системы отдува, вентиляторов охлаждения двигателей главных
приводов; приводы гидросистемы и водяного циркуляционного
насоса, кабельного барабана и др. Вспомогательные системы
обеспечивают освещение, обогрев машины и рабочей площадки,
сигнализацию, очистку фильтров от пыли и др. Система энерго-
питания — прием электроэнергии из внешней сети либо от авто-
номной энергоустановки с последующим распределением и пере-
дачей ее к главным и вспомогательным приводам и системам
бурового станка.
При всем многообразии систем приводов буровых станков их
можно свести к следующим (табл. З.1.).
3.2. Режимы работы электроприводов
Режимы работы электроприводов вращателя, механизмов подачи
(подъема), хода и компрессора существенно различаются.
Привод вращателя работает в процессе бурения, а также при
наращивании и разборке бурового става. Нагрузка привода вра-
щателя носит случайный характер, который определяется мно- i
жеством факторов. Основным является распределение горных по-
род по глубине залеганйя. В результате анализа литологических
разрезов ряда угольных месторождений (Черногорского, Экиба-
стузского, Минусинского, Черемховского и др.) выявлено, что тол-
щина слоев и коэффициент крепости буримых пород изменяются
случайным образом и колеблются соответственно от 0,1 до 6 м и
от 2 до 14 (по шкале профессора М. М. Протодьяконова).
Из осциллограммы (рис. 3.1, а) изменения тока якоря электро-
двигателя вращателя бурового станка 2СБШ-200Н, полученной в
процессе буровых работ,видно, что нагрузка двигателя в пределах
нескольких циклов перехвата одного периода бурения изменяется
в четыре раза (отношение максимального значения к минималь-
ному) . Это происходит случайным образом относительно более
или менее очевидных средних значений в пределах одного цикла
перехвата и в период бурения всей штанги. На характер нагрузки
вращателя оказывает также влияние конструктивное исполнение
механизма вращателя, что определяется верхним или нижйим рас-
положением механизма вращателя.
Диаграмма нагрузки двигателя привода вращателя в процессе
цикла работы бурового станка показывает, что в период tt
(рис. 3.1, б) происходит непосредственно бурение первой и после-
86
Рис. 3.1. Осциллограм-
ма нагрузки двигателя
вращателя станка
2СБШ-200-40 (а), ди-
аграммы цикла работы
(б) и операции буре-
ния станка (в) с ниж-
ним расположением
механизма вращателя
а
1,А
дующими штангами, Д — смена штанги, t3 — свинчивание штанг,
а Ц — их развинчивание. За время t$ осуществляется комплекс
операций, необходимых для подготовки к бурению новой скважины
(переезд, горизонтирование и др.). Период бурения tt (рис. 3.1,в)
для станков с нижним расположением механизма вращателя
состоит из участков непосредственного бурения ..., tt „ и участ-
ков перехвата штанги между tlA, tl 2, ...,
В период свинчивания и развинчивания штанг максимум тока
достигает стопорного значения.
У станков с верхним расположением механизма вращателя
цикл работы привода проще, чем описанный выше для станков с
нижним расположением механизма вращателя, поскольку подача
става осуществляется без перехватов. Двигатель в процессе буре-
ния работает непрерывно, без пауз. Значения нагрузки якоря дви-
гателя по току и продолжительность отдельных участков нагрузоч-
87
ной диаграммы носят случайный характер и непрерывно изменяют-
ся в процессе работы от цикла к циклу.
Для привода механизма подачи в процессе бурения характер-
на работа с малой скоростью и большим усилием подачи бурового
инструмента, а в режиме подъема (после завершения бурения) —
с большими скоростями при малых усилиях в механизме. Осталь-
ное время цикла этот привод практически не функционирует.
Привод механизма хода работает при перемещении станка для
бурения новой скважины, а также с одного участка карьера на
другой. Для него характерны нагрузки, аналогичные нагрузкам
экскаваторов. Наибольшая нагрузка, вплоть до стопорения приво-
да механизма хода, возникает при разворотах станка в условиях
рыхлого грунта или на плохо выровненной площадке.
3.3. Требования к электроприводам
Анализ режимов нагружения и характеристик приводов отечест-
венных и зарубежных станков шарошечного бурения позволяет
сформулировать требования к ним (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Показатели Привод механизмов
вращателя подачи кода
Диапазон регулирования Форма механической характеристики Кратность перегрузки Жесткость рабочей ветви механической характеристики, Целесообразность регулирования про- должительности пуска Необходимость оперативного реверсиро- вания в период рабочего процесса Возможность неоперативного (установоч- ного) реверсирования Целесообразность автоматизации управления 10—15 2,5 5—7 Да Нет Да Да 200 )кскаваторна 2,5 2—5 Да Да Нет Да 10—15 2,5 10—15 Да Да Нет Нет
Необходимо обеспечить работоспособность приводов в услови-
ях питания от внешней сети с увеличенным диапазоном изменения
значения рабочего напряжения (от 80 до 115% номинального зна-
чения); повышенной запыленности, тряски и вибрации; широкого
диапазона изменения температуры окружающего воздуха (от
—50° С для условий Крайнего Севера, до +40° С). Необходимы
минимальные габариты, максимальная унификация приводов для
одного типа станка и между станками различных типов.;
При выборе привода компрессора необходимо учитывать, что
из-за сравнительно большого числа его пусков (до 3—4 в сутки)
и значительного пускового тока соответствующими конструктив-
ными характеристиками должен обладать как сам привод, так и
вся система энергопитания станка в целом.
88
3.4. Выбор параметров электроприводов
При разработке электроприводов буровых станков определяются
параметры электродвигателей, преобразователей, контакторной и
защитной аппаратуры. Для выбора электродвигателей необходимо
установить значения мощности, перегрузочной способности (мак-
симальный и стопорный вращающий момент или ток), частоты
вращения и типа электродвигателя.
Необходимая мощность определяется путем расчета нагрузки,
создаваемой на валу электродвигателя механизмов, момента со-
противления или мощности, относительной продолжительности
включения электродвигателя. Когда нагрузка изменяется в широ-
ких пределах, рассчитывается фактическая кратность перегрузки
относительно эквивалентного (среднего) значения мощности.
Для большинства механизмов буровых станков, нагрузка ко-
торых носит детерминированный характер, не возникает особых
проблем с определением необходимых параметров и выбором дви-
гателей с использованием известных приемов из области теории
автоматизированного электропривода. Наибольшие трудности
возникают при выборе электродвигателей для механизмов, нагруз-
ка которых носит случайный характер. К ним относятся вращатель,
механизмы подачи и хода. В основе выбора параметров этих при-
водов лежит эмпирическая методология, однако применяемые
приемы расчета требуют дальнейшего уточнения.
Нагрузка и режим работы электродвигателя механизма вра-
щателя (см. рис. 3.1) носят случайный характер. Нагрузочные диа-
граммы двигателя при его использовании на станках с верхней или
нижней установкой существенно различаются.
Для определения эквивалентного тока электродвигателя мож-
но воспользоваться зависимостью [6]
^=л/42д+^> <31)
где 1Э д — эквивалентное значение тока, полученное из нагрузочной
диаграммы; D — дисперсия, усредненная по времени в интервале,
равном среднему времени цикла.
При выборе зависимостей для определения эквивалентного
тока двигателя паузу, следующую за циклом работы вращателя,
можно не учитывать, так как продолжительность цикла (в сред-
нем около 160—200 мин) близка к значению тепловой постоянной
времени (для двигателя мощностью 50—60 кВт — около 120—
150 мин). Исходные осциллограммы нагрузки, необходимые для
выбора параметров привода, снимают для тяжелых условий рабо-
ты бурового станка, чтобы свести к минимуму вероятность перегре-
ва двигателя в реальных условиях работы.
При выборе длительности осциллограммы с записью тока на-
грузки двигателя целесообразно воспользоваться рекомендация-
ми, изложенными в [6].
После определения эквивалентного значения тока необходимо
установить наиболее вероятное значение максимального уровня
89
нагрузки, при котором не должно происходить стопорение электро-
двигателя: —
Лтах>Л1(/тах)+ -Д ^ах)- , . (3.2)
где Л4(/тах) и £)(/тах) — математическое ожидание и дисперсия
максимального значения тока двигателя.
Кратность перегрузки определяется из выражения
. Л max /о п\
Т = — (3.3)
Механическая характеристика экскаваторной формы, в наи-
большей степени удовлетворяющая требованиям привода враща-
теля, изображена на рис. 3.2. Токи /э, /э тах и /СТОп соответствуют Мн,
А/тах И МСтоп-
Аналогично выбирается двигатель привода подачи. Следует
только делать поправку на то, что этот двигатель значительную
часть времени работает с пониженной частотой вращения, в связи
с чем условия их охлаждения существенно ухудшаются. Поэтому
требуется вводить дополнительный коэффициент запаса по
мощности.
Работа двигателей механизма хода характеризуется сравни-
тельно небольшой длительностью включения и большими пере-
грузками, возникающими при развороте (особенно двумя гусе-
ницами) и во время подъема станка на предельный угол. Для
указанных условий и должен производиться расчет приведенного
момента сопротивления на валу электродвигателя.с поправкой на
снижение напряжения, питающей сети на 15—20%. Кроме того,
необходим некоторый запас по максимальному моменту для ус-
тойчивой работы привода при предельных нагрузках, т. е.
Рис. 3.2. Механическая характеристика
электродвигателя:
о ~~ частота вращения; М — вращающий момент;
Мним; Ммах, Метоп — номинальный, максимальный и
стопорный вращающий моменты
М2Мтахр, (3.4)
где Л4тахд — максимальный
вращающий момент электро-
двигателя; Л4тахр — расчет-
ный максимальный момент
нагрузки, приведенный к ва-
лу электродвигателя; k\ =
= U^/Uc—1,4 — коэффици-
ент, учитывающий снижение
напряжения питающей сети;
/г2=1,05 — коэффициент за-
паса при максимальной на-
грузке.
Следовательно, для при-
вода хода буровых станков
должно выдерживаться со-
отношение
Л4тахл> 1,5Мтахр. (3.5)
90
4. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ГЛАВНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Для буровых-станков характерно многообразие типов применяе-
мых электроприводов как постоянного, так и переменного тока.
Поэтому в данном разделе рассмотрены основные разновидности
электроприводов, применяемых в главных механизмах отечест-
венных и зарубежных буровых станков.
4.1. Электроприводы постоянного тока
Электропривод по системе Г — Д с ЭМУ применяется в механиз-
ме вращателя бурового станка 2СБШ-200-32 (2СБШ-200). До-
вольно большое количество этих станков находится в эксплуата-
ции. Поэтому, хотя электропривод по системе Г — Д с ЭМУ на
новых станках в настоящее время не применяется, рассмотрение
особенностей его принципов действия и схемных решений пред-
ставляется целесообразным. .
Использование электроприводов по системе Г — Д с ЭМУ в
механизме вращателя буровых станков обеспечивает требуемые
статические и динамические характеристики с достаточно
высокой плавностью пуска и широким диапазоном регули-
рования.
В буровых станках применяется система Г — Д с ЭМУ по-
перечного поля, в котором усиление производится в две ступени.
Это дает достаточно высокий коэффициент усиления. ЭМУ слу-
жит возбудителем генератора постоянного тока, который обеспе-
чивает питание якоря двигателя постоянного тока исполнитель-
ного механизма. Генератор и ЭМУ приводятся во вращение от
асинхронных электродвигателей.
ЭМУ представляет собой генератор постоянного тока неболь-
шой мощности. На его коллекторе расположены две пары щеток,
сдвинутые по отношению друг к другу на 90 эл. градусов. На
сердечниках полюсов усилителя имеются обмотки управления и
компенсационная обмотка, которая полностью реализует дейст-
вие реакции якоря по. продольной оси.
Работа ЭМУ происходит следующим образом. Магнитный по-
ток, обеспечиваемый задающей обмоткой управления, наводит
э. д. с. в цепи, замкнутой накоротко, что обусловливает бол.ьшой
ток в этой цепи и поперечный магнитный поток. Этот поток наво-
дит в продольной цепи э. д. с. и соответствующий ток в цепи
нагрузки.
Компенсационная обмотка компенсирует реакцию якоря по
продольной оси и обеспечивает малое снижение напряжения
ЭМУ при нагрузке. ЭМУ имеют большое значение коэффициента
усиления .по мощности (5000-—10 000) и сравнительно малую по-
стоянную времени (0,1—0,5 с). . ,
Для повышения жесткости механической характеристики дви-
гателя в системе Г — Д применяется отрицательная связь по
91
напряжению генератора, которая также уменьшает влияние тем-
пературных изменений параметров схемы управления на характе-
ристики электропривода.
Частота вращения электродвигателя вращателя мощностью
50 кВт регулируется изменением напряжения генератора мощно-
стью 60 кВт с использованием ЭМУ мощностью 1,2 кВт, питаю-
щего обмотку возбуждения генератора.
Задающая обмотка ЭМУ включена на напряжение 110 В, вы-
рабатываемое возбудителем, через реверсивные контакты и со-
гласующий резистор. С помощью этого резистора при наладке
устанавливают требуемое максимальное значение частоты вра-
щения электродвигателя.
Встречно задающей обмотке ЭМУ включена обмотка жесткой
отрицательной обратной связи по э.д.с.
Регулирование частоты вращения электродвигателя произво-
дится с помощью регулятора, включенного последовательно в
цепь обмотки ЭМУ. При увеличении величины сопротивления
действие обратной связи уменьшается, а частота вращения
электродвигателя увеличивается, и наоборот.
Для стабилизации работы привода в переходных процессах
обмотка ЭМУ включена в цепь динамического моста, образован-
ного обмоткой генератора и двумя резисторами.
На буровых станках отечественного производства электропри-
вод по системе Г — Д с ТВ применения не нашел, однако широко
используется в буровых станках различных зарубежных фирм
(см. табл. 3.1). Достоинство привода по системе Р— Д с ТВ со-
стоит в том, что при его использовании улучшается качество ста-
тических и динамических характеристик благодаря большему
быстродействию, возможностям применения многоконтурных
систем регулирования.
Электропривод вращателя буровых станков М-4 (5) и M-4SS
фирм «Марион» и «Марион-Сумитомо» включает в себя генера-
тор постоянного тока Г1 (рис. 4.1) типа СД5505 мощностью
71 кВт при частоте вращения 157,2 с-1 и напряжением 475 В.
Ток в обмотке возбуждения ОВГ1 изменяется реверсивным ти.-
ристорным возбудителем ТВ. Приводной двигатель Ml механиз-
ма вращателя типа MDV806 номинальной мощностью 66 кВт .с
частотой вращения 130,6 с-1 получает питание от генерато-
ра Г1. Обмотка возбуждения ОВД1 подключена через трехфаз-
ную мостовую схему выпрямления, резистор R1 и реле обрыва
поля РОТ11 к трансформатору напряжения мощностью 3 кВт.
Привод генератора Г1 осуществляется от асинхронного коротко-
замкнутого двигателя типа XCD-1227 мощностью 75 кВт при
.напряжении питания 380 В и частоте 50 Гц. Буровой станок М5
имеет два приводных электродвигателя постоянного тока {Ml и
М2) и два преобразовательных агрегата (генераторы Г1 и Г2).
Обмотки возбуждения двигателей ОВД1, ОВД2 и генераторов
ОВГ1 и ОВГ2 в этом случае включаются параллельно, а мощно-
сти применяемых для их питания трансформаторов удваиваются.
92
Рис. 4.1. Схема привода вращателя бурового станка М-4 (М-5) фирмы «Марион»
Питание тиристорного возбудителя ТВ выполнено от сети на-
пряжением 380 В через трансформатор TV 1 мощностью 7,5 кВ-А
(380/120 — 240 В) для станка М4 и 15 кВ-A для станка М5,
резисторы R3 и R4 с подключенным активно-емкостным контуром
R5—С2. Формирование требуемых механических характеристик
обеспечивается введением отрицательных обратных связей по
напряжению (делитель напряжения R5, резистор R6) и току
(цепь резисторов R7, R9, терморезистора R8, резистора RW, то-
коограничцвающего дросселя L1, диодов УД1 и УД2) в регуля-
тор тиристорного возбудителя РТВ. Опорное напряжение в цепи
обратной связи по току создается резисторами RJ1 и R12, пи-
тающимися от источника стабилизированного напряжения
ИСН1.
Питание цепей постоянного тока регулятора РТВ осущест-
вляется от источника стабилизированного напряжения ИСН2, а
цепь регулируемого задающего сигнала управления привода —
от источника ИСНЗ через потенциометры R13 и R14 и реверсив-
ные контакты командоаппарата К1 и К2 к регулятору РТВ. Пита-
ние источники ИСН1—ИСНЗ получают от понижающего тран-
сформатора TV2 мощностью 150 В-А (380/120 В). Защита ти-
ристорного возбудителя ТВ от перегрузки выполнена с использо-
ванием плавких предохранителей F1. и F2 на ток 150 А.
Описанная система привода обеспечивает получение характе-
ристик привода вращателя, близких по форме к экскаваторной,
причем характеристика при максимальном значении задающего
сигнала управления регулятора РТВ имеет жесткость на рабочей
ветви около 3% и стопорный ток 300 А. Контроль напряжения и
93
тока в силовой цепи привода осуществляется с использованием
вольтметра PV и амперметра РА (см. рис. 4.1). Защита цепи по-
стоянного тока от замыкания на землю обеспечивается с исполь-
зованием реле КЗ.
Электроприводы станков GD-100 и GD-120/130 фирмы
«Гарднер-Денвер» (США) оснащены приводами по системе Г —
Д с ТВ для механизмов вращателя и подачи (подъема). Преоб-
разовательный агрегат станка QD-100. состоит из двух генерато-
ров постоянного тока мощностью по 71 кВт (150’Л, 475 В), раз-
мещенных на одной раме с приводным трехфазным асинхронным
короткозамкнутым двигателем мощностью НО кВт (460 В,
60 Гц).
Двигатели вращателя мощностью 48 кВт и подачи (подъема)
мощностью 66 кВт ]при напряжении 475 В) получают питание
каждый от своего генератора преобразовательного агрегата.
Тиристорные возбудители—реверсивные, с мощностью на-
грузки 3,6 кВт при 90 В постоянного тока. Регулятор, управляю-
щий этим возбудителем, оборудован бесконтактным усилителем.
Возбудители вращения, и подачи (подъема) бурового става осна-
щены регуляторами напряжения с ограничением предельного
значения тока, в то время как возбудитель подачи бурового ста-
ва содержит регулятор тока с ограничением по напряжению. Оба
этих устройства выполнены в экскаваторном исполнении.
Механизм вращателя станка GD-100 может быть стандартно-
го (двигатель MDV806 мощностью 66 кВт) или специального
(двигатель MDV808 мощностью'78 кВт и 97 кВт) исполнения.
Повышенные на 7—10% значения номинальной и максимальной
скоростей вращения рабочего органа обеспечиваются за счет
ослабления магнитного потока двигателя. Отношение максималь-
ного момента к номинальному для указанных двигателей колеб-
лется от 1,85 до 2,25.
В приводе вращателя станка GD-120 используется один
(стандартное исполнение) или два (специальное исполнение)
электродвигателя мощностью 78 кВт (475 В). Станок GD-130 ос-
нащен двумя электродвигателями. Привод обеспечивает бессту-
пенчатое регулирование частоты вращения рабочего органа от 0
до 126 с-1, а при шпоночном соединении в механизме — до 147 с-1.
Подача при бурении станками GD-120 и GD-130 осуществляется
гидравлическим приводом, а подъем — с помощью электродвига-
теля постоянного тока мощностью 78 кВт. Мощность используе-
мых в приводах вращателя и подачи (подъема) электродвигателей
может быть изменена по требованию заказчика. На станке GD-130
второй генератор-преобразователь обеспечивает питанием двига-
тель подъема бурового става, а в процессе бурения — двигатель
вращателя.
Электроприводы главных механизмов станков 60R и 61R
фирмы «Бюсайрус-Ири» аналогичны приводам станков GD-120 и
GD-130,
Технические данные электрических машин главных приводов
94
станков M-4-SS, М-4, М-5, 60R, 61R, GD-100, GD-120 и GD-130
приведены в табл. 4.1.
Электропривод по системе СМУ—Д используется в механизме
вращателя бурового станка 2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н)
(рис. 4.2.)
В свое время применение такого типа привода было обуслов-
лено стремлением сократить количество электрических машин в
механизме вращателя и тем самым повысить его надежность.
Кроме того, применение силового статического преобразователя,
благодаря его меньшей инерционности по сравнению с генерато-
ром постоянного тока, позволяет улучшить качество характерис-
тик привода.
Привод вращателя станка оборудован экскаваторным элек-
тродвигателем постоянного тока ДПВ-52 мощностью 50 кВт. На-
грузочные обмотки силовых магнитных усилителей (см. рис. 4.2)
МУ1, МУ2, МУЗ, выпрямители VD1 — VD6, шунтирующий вен-
тиль VD7 образуют силовой магнитно-полупроводниковый пре-
образователь (СМПП), предназначенный для преобразования
напряжения трехфазного переменного тока в регулируемое
напряжение постоянного тока. Силовой полупроводниковый
выпрямитель — УД6 собран по трехфазной двухполупери-
одной схеме. В плечи моста включены нагрузочные (силовые)
полуобмотки магнитных усилителей, что позволяет кроме функ-
Рис. 4.2. Схема электропривода по системе СМУ — Д бурового станка 2СБШ-
200-40 (2СБШ-200Н)
96
АВИ
ZZ0B
стабилизированное
АВШ
ций выпрямления осуществлять обратную положительную связь
по току нагрузки, необходимую для работы магнитного усилите-
ля. Шунтирующий вентиль V Д7 исключает влияние на СМПП
изменений тока нагрузки, обусловленных индуктивностью якоря
двигателя и возникающих при переходных процессах. В резуль-
тате обеспечивается устойчивая работа привода.
Конденсаторы С11—С12, С21—С22, С31—С32 и резисторы
Rl 1—R14, R21—R24, R31—R34 служат для выравнивания обрат-
ных напряжений по вентилям, что предохраняет их от возможных
перенапряжений. Автоматический выключатель АВ12 предназна-
чен для защиты вентилей от перегрузки. Цепь якоря двигателя М
защищается максимальным реле РМ (срабатывает без выдержки
времени при достижении током значения уставки) и тепловым ре-
ле РТП (срабатывает с выдержкой времени в зависимости от
значения перегрузки). Для контроля тока якоря служит ампер-
метр А, включенный в цепь якоря.
Нагрузочные обмотки магнитного трехфазного усилителя
ПМУ, вентили обратной связи ВТ7—ВТ9 и трехфазный двухпо-
лупериодный выпрямительный .мост образуют промежуточный
магнитный усилитель (ПМУ), служащий для осуществления тре-
буемого режима работы СМПП. На выход ПМУ подключены
задающие обмотки МУ1, МУ2, МУЗ. Для ПМУ вентили обратной
связи и выпрямительного моста разделены.
Выпрямитель ВТЗ — источник питания цепей смещения ПМУ
и МУ1, МУ2, МУЗ. Дроссель Др1 служит для смягчения влияния
резких перепадов питающего напряжения на работу привода
ротора. Задающая обмотка ПМУ, а также цепи управления при-
водом ротора и его защиты питаются от стабилизированного
источника. Ток задающей обмотки — нерегулируемый.
Регулятор PC с потенциометром R-PC и выпрямитель ВТ5
служат для подачи на вход ПМУ регулируемой обратной отри-
цательной связи по частоте вращения двигателя М. В качестве
эквивалентной электрической величины используется проти-
во-э.д.с. якоря двигателя М, пропорциональная величина от ко-
торой снимается с тахометрического моста, образуемого сопро-
тивлениями обмоток якоря, дополнительных полюсов и участками
потенциометра R2Q. Входом моста являются точки 447—444, а
выходом — точки 464—460. Регулированием обратной связи
осуществляется изменение частоты. вращения двигателя. Благо-
даря наличию обратной связи по скорости привод автоматически
поддерживает заданную частоту вращения электродвигателя М.
Все магнитные усилители в приводе ротора— нереверсивные.
Двигатель реверсируется с помощью контактора Bl, Hl, В2,
М2. Поэтому в цепи обратной связи по частоте вращения пре-
дусмотрен выпрямитель ВТ5, который обеспечивает неизменность
полярности обратного сигнала при смене этой полярности в якор-
ной цепи.
Трансформатор ТПЗ, выпрямитель ВТ4, резистор R16 и токо-
вое реле РОП (реле ослабления поля) образуют цепь возбужде-
97
7-2509
ния двигателя М. Реле РОП служит для защиты электродвигате-
ля от ослабления магнитного потока возбуждения, что может
привести к недопустимому повышений скорости якоря.
Для ослабления толчков тока при пуске двигателя служит
узел, состоящий из обмоток усилителей МУ1, МУ2, МУЗ, диода
]/Д8 и резистора R43. В начальный момент пуска эта цепь
задерживает (подавляет) действие задающего сигнала с выхода
ПМУ, тем самым затягивает процесс нарастания тока якоря.
Контактами реле времени пуска РВП эта цепь отключается.
Стабилизирующий трансформатор ТС поддерживает устой-
чивую работу привода, обеспечивая обратную отрицательную
гибкую связь по напряжению якоря двигателя и обратную отри-
цательную гибкую связь по току якоря. Сигнал со вторичной
обмотки ТС поступает на вход ПМУ, предотвращая неустойчи-
вую работу привода в заданном диапазоне.
Защитное реле РЗ срабатывает от сигналов: максимального
реле РМ в цепи якоря двигателя М, реле перегрузки РТП в цепи
якоря двигателя, реле обрыва поля РОП в цепи возбуждения
двигателя блокировки от автомата АВ14 цепей возбуждения дви-
гателя М, блокировки от автомата АВ15 вентилятора обдува
двигателя М, блокировки от ветрового реле РСВ продувки блока
силовых вентилей СМПП.
На отечественных и зарубежных буровых станках применяют
электроприводы постоянного тока по системе ТП — Д. Приме-
нение статического силового преобразователя обеспечивает более
широкий по сравнению с системами Г — Д диапазон регулиро-
вания, возможность формирования высококачественных стати-
ческих и динамических характеристик привода благодаря малой
его инерционности более высокий к.тд., меньшие габаритные
размеры и массу, большие возможности блочно-модульного кон-
структивного решения и унификации; рациональную благодаря
этому компоновку оборудования в машинном, помещении станка,
лучшие эргономические характеристики.
Электроприводами по системе ТП — Д оснащаются механиз-
мы вращателя отечественных станков типа СБШ-250МНА-32
(СБШ-250МН), СБШ-320, ЗСБШ-200-60, механизмы вращателя
и подачи станка СБШ-250-55, а также механизмы вращателя за-
рубежных станков 45R, фирмы «Бюсайрус-Ири» и RR-12E фирмы
«Джой» (США) и др. Некоторые из характеристик приводов по
системе ТП — Д приведены в табл. 4.2.
Электропривод вращателя бурового станка СБШ-250МН вы-
полнен на основе использования электродвигателя постоянного
тока типа ДПВ-52 мощностью 54 кВт (при ПВ = 100%) и тирис-
торного преобразовательного агрегата типа ТЕЗ.
Силовой блок тиристорного преобразователя ТЕЗ-160/460Р
получает питание из трехфазной сети переменного тока напряже-
нием 380 В через автоматический выключатель, силовой контак-
тор, анодный реактор.
В силовой блок кроме тиристорного выпрямителя, собранного
98
СБШ-250 МНА-32 СБШ-320 ЗСБШ-200-60 СБШ-250-55 40R 45R RR-I2E
OIIXI Контакторное цепи якоря 1 1 .
1X37 1 1 !
1X22 1 — 1 1X37 1
00 сч ! орное эзбуж-1 1Я
ixe ДЭВ-: ?хг J Контакт в цепи в< денг
к S X
“о? х® — <т> е( 0) t=( я ко со о ш 1 1
X X <и
X 0J •о
—' д Хс -с( о та 1 1
X
по трехфазной мостовой симметричной схеме выпрямления,
входят, усилители-формирователи импульсов для каждого из ти-
ристоров. 'Сигнал к усилителю — формирователю импульсов по-
ступает от системы импульсно-фазового управления (СФУ).
Система СФУ обеспечивает подачу на каждый тиристор в те-
чение периода напряжения питающей сети двух импульсов,
сдвинутых между собой на 60 эл. градусов, а при подаче на
ее вход управляющего напряжения изменяет фазу импульсов
и напряжение на выходе тиристорного преобразователя.
Управляющее напряжение на СФУ подается от суммирую-
щего магнитного усилителя. Значение напряжения на выходе
усилителя определяется алгебраической суммой сигналов, посту-
пающих на его обмотки управления. В системе электропривода
для обеспечения требуемой жесткости характеристики исполь-
зуется отрицательная обратная связь по напряжению якоря.
При пуске и перегрузках двигателя его ток ограничивается бло-
ком токовой, отсечки. В качестве датчиков тока использованы
трансформаторы тока, сигнал с выхода которых подается в блок
токовой отсечки.
Управляемый реверсивный возбудитель состоит из силового
блока возбудителя, системы фазово-импульсного возбуждения
(СФУВ), блока управления возбудителем, реверсивных контак-
торов.
В системе электропривода предусмотрена возможность двух-
зонного регулирования его частоты вращения путем изменения
тока возбуждения в зависимости от значений тока и напряже-
ния в цепи якоря. Это обеспечивает увеличение частоты враще-
ния электродвигателя при уменьшении нагрузки на его валу и
усиление магнитного потока при увеличении нагрузки.
Для выполнения двухзонного регулирования скорости сигнал,
пропорциональный току якоря двигателя, сравнивается с задаю-
щим сигналом в суммирующем магнитном усилителе блока уп-
равления возбудителем и поступает- на вход СФУВ, которая вы-
рабатывает импульсы для управления тиристорами блока воз-
буждения. Переключение контакторов и реверсирование напря-
жения в цепи возбуждения осуществляется при полной останов-
ке двигателя. Задающий' сигнал в блок возбуждения подается
с пульта управления.
Для защиты преобразователя от токов короткого замыкания
и перегрузки применен быстродействующий автоматический вы-
ключатель со стороны переменного тока. Защита двигателя от
излишних токовых перегрузок, которые могут возникнуть при
отказе в функционировании БТО, обеспечивается включением в
цепь якоря реле максимального тока РМТ типа РЭВ-571. За-
щита силовых тиристоров от перенапряжений осуществляется
емкостью, включенной на выходе дополнительного выпрямитель-
ного моста, который подключен со стороны переменного тока
преобразователя, а также /?С-цепочкой, включенной параллель-
но. каждому тиристору.
100
В приводе вращателя модернизированного бурового станка
СБШ-250МНА используется тиристорный агрегат типа ТПЕ-
200-460.
. Приводы вращателя станков СБШ-320 и СБШ-250М.Н ана-
логичны. Двигатель постоянного тока типа ДПВ-72 мощностью
100 кВт получает питание от тиристорного преобразователя типа
ТЕЗ-250/460, в котором вместо тиристоров Т-150-8 установлены
тиристоры Т-200-8. Автоматический выключатель силовых цепей
типа-А3144 используется с .установкой теплового расцепителя
на 400 А, анодные реакторы ДРА-244 выбраны на номиналь-
ный ток 250 А.
Унифицированный тиристорный электропривод нового поколе-
ния буровых станков ЗСБШ-200-60, СБШ-250-55 выполнен по
системе ТП — Д с реверсированием тока в обмотке возбуждения
ОВМ двигателя М типа ДЭВ-808 мощностью 68 кВт при ПВ =
= 100%. Тиристорный’преобразователь ТП (рис. 4.3) выполнен на
тиристорах Т-630 с естественным охлаждением по трехфазной
мостовой симметричной схеме выпрямления. Система управления
и регулирования тиристорным преобразователем, конструктивно
оформленная в виде блока БСУ типа БРГЗ, включает в себя
задатчик интенсивности ЗИ, регуляторы напряжения PH и тока
РТ, систему фазово-импульсного управления СИФУ, источник
стабилизированного напряжения ИСН, фильтры Ф.
Задающий сигнал в БСУ подается от задатчика ЗС — мно-
гопозиционного переключателя с набором резисторов. Напряже-
ние к нему подводится от статического выпрямителя ВУ1, под-
ключенного к понижающему однофазному трансформатору
TV2. Питание блока БСУ осуществляется от понижающего тран-
сформатора TV1.
От СИФУ управляющие импульсы поступают к блокам им-
пульсных трансформаторов (БИТ), выход с которых подключен
непосредственно к управляющим электродам тиристоров. В сис-
тему управления напряжение 380 В подается через автомати-
ческий выключатель SPJ, а в силовую цепь тиристорного преоб-
разователя — через автоматический выключатель QF1 и реакто-
ры L1 — L3. Якорь электродвигателя М подключен к преобра-
зователю ТП через шунт RS1 амперметра РА1 и реле макси-
мального тока К1.
Характеристика электропривода, близкая по форме к экска-
ваторной, формируется путем введения обратных связей по на-
пряжению (от делителя, образованного резисторами R8, R9 и
R10, через' цепь гальванической развязки ГР) и' току (от транс-
форматоров тока ТА1 —: ТАЗ через выпрямитель ВУ2) к регуля-
торам напряжения PH и тока РТ соответственно. Система ре-
гулирования — двухконтурная, с внешним контуром напряжения
и внутренним, контуром тока. Регулятор напряжения PH —
пропорциональный, а регулятор тока — пропорционально-ин-
тегральный.
Напряжение в цепь возбуждения двигателя подается от трех-
101
s s о >>
IX 4 S С
фазной сети 220 В через автоматический выключатель SF3,
полууправляемый тиристорный мост, выполненный на оптронных
тиристорах VS8— VS10 и диодах VD4— VD3. Реверсирование
тока в обмотке возбуждения обеспечивают контакторы КМ1 —
КМ2. Система управления оптронными тиристорами включает в
себя диоды VD1 — VD3 и согласующий резистор R1.
При реверсе привода с помощью контактов реле К.4 осу-
ществляется запирание тиристорного моста, а с помощью К5—
ослабление поля возбуждения и превышение частотой вращения
двигателя номинального значения. Реле обрыва поля К2 обеспе-
чивает защиту двигателя от подачи напряжения в цепь якоря
при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Реле КЗ предот-
вращает переключение контактов КМ1, КМ2 в цепи обмотки
возбуждения при наличии напряжения в цепи якоря.
. С помощью вольтметра PV2 и амперметра РА2 осуществляют
контроль за напряжением и током возбуждения. Система воз-
буждения дает возможность плавного изменения напряжения
в обмотке возбуждения от 20 до 100% максимального значения.
Тиристорная система электропривода вращателя обеспечи-
вает диапазон регулирования частоты вращения при номиналь-
ной нагрузке за счет регулирования напряжения якоря около
1.100. Номинальная частота вращения якоря • электродвига-
теля— 126 с_|, а максимальная частота вращения при ослаб-
ленном поле возбуждения — 174 с-1. Привод допускает двукрат-
ную (с продолжительностью до 10 с) перегрузку.
На буровом станке СБШ-250-55 электропривод подачи вы-
полнен по системе ТП—Д с использованием двух электродви-
гателей, соединенных последовательно, и питанием от одного
тиристорного преобразователя, аналогичного используемому для
привода вращателя. В приводе подачи станка применены двига-
тели типа Д-806 мощностью по 32 кВт каждый. Реверсирование
двигателей производится изменением полярности питания обмо-
ток возбуждения с помощью переключателя, установленного в
пульте (обмотки возбуждения двигателей включены параллель-
но). Скорость подачи регулируется задатчиком—трехпанель-
ным ползунковым переключателем. Одна контактная панель
этого переключателя используется для задания скорости подачи,
другая — для ослабления поля двигателя, третья — для включе-
ния электромагнитов тормозов двигателей подачи. Контроль
за работой двигателей подачи осуществляют по вольтметрам,
включенным параллельно обмоткам якорей, и амперметру в
общей цепи питания от тиристорного преобразователя.
В остальном схема электропривода механизма подачи су-
щественно не отличается от электропривода вращателя.
Тиристорный электропривод вращателя бурового станка
RR-12E (рис. 4.4) работает следующим образом. Двигатель
постоянного тока Ml мощностью 110 кВт получает питание от
трехфазной сети переменного тока через автоматический выклю-
чатель АВ, дроссели L1 — L6, трехфазный тиристорный силовой
103
-380В
AB
1 _ К системе
Ш
КМ1
1 Г
Рис. 4.4; Схема электропривода вращателя по системе ТП — Д
станка RR-12E фирмы «Джой»
мост и реверсивные контакторы К.М1 и КМ2. Управление тирис-
торами и формирование характеристик привода осуществляется
с помощью системы управления СУТ. Обмотка возбуждения
ОВМ двигателя Ml подключена‘к выходу выпрямителя В В цепи
возбуждения через согласующий резистор R1 и реле обрыва
поля KJ.
Задающий сигнал в СУТ подается с пульта управления,
обратная связь по напряжению — от трансформаторов тока
ТА1 и ТА2, а по напряжению — с делителей R3 и R4. Изме-
нение напряжения и тока в цепи якоря осуществляется с помо-
щью вольтметра PV и амперметра РА. Охлаждение двигателя
Ml выполняется вентилятором, приводимым во вращение от
асинхронного электродвигателя М2. Защита тиристоров от пере-
грузок выполняется с помощью предохранителей FIJI — FU6,
104
а ограничение предельной величины темпа нарастания тока —
с использованием дросселей L1 — L6. Привод обеспечивает бес-
ступенчатое регулирование частоты вращения рабочего органа
механизма вращателя от 6 до 12,6 с_|.
На буровых станках 40R и 45R фирмы «Бюсайрус-Ири»
применен тиристорный привод постоянного тока. На станке 40R
тиристорный преобразователь и двигатель постоянного тока
мощностью 22 кВт при номинальном напряжении 460 В ис-
пользованы в механизме вращателя, а двигатель мощностью
37 кВт при номинальном напряжении 460 В — для спуско-подъ-
емных операций бурового става.
На станке 45R в механизме вращателя применен двигатель
постоянного тока мощностью 37 кВт при напряжении 460 В от
тиристорного преобразователя. z
4.2. Электроприводы переменного тока
На первых образцах буровых станков в механизме вращателя
использовались нерегулируемые приводы с асинхронными корот-
козамкнутыми электродвигателями. Однако большие динамичес-
кие перегрузки механизма, связанные с резким пуском, невоз-
можность получения устойчивых промежуточных скоростей,
большие толчки тока в питающей сети при пусках и стопоре-
ниях электродвигателей обусловили их замену регулируемыми
приводами постоянного или переменного тока. Применяются
смешанные системы привода: электромеханические многоскорост-
ные, электрогидромеханические и др.
Ниже рассмотрены основные разновидности электроприводов
переменного тока, которые используют в, главных механизмах
отечественных и зарубежных буровых Станков.
Привод вращателя бурового станка RR-UE фирмы «Джой»
(США) выполнен с использованием асинхронного короткозамк-
нутого четырехскоростного электродвигателя мощностью 73 кВт.
Механическая трансмиссия станка включает в себя двухскорост-
ную коробку передач, что обеспечивает восемь скоростей буре-
ния. При номинальной нагрузке частота вращения рабочего
органа будет составлять одно из следующих значений (с-1):
18,2; 15,1; 9,1; 8,3; 6,1; 5,5; 4,1; 5,8. Двигатель допускает более
чем двукратную перегрузку по' номинальному вращающему
моменту.
Привод вращателя бурового станка RR-15E фирмы «Джой»
имеет односкоростной асинхронный короткозамкнутый электро-
двигатель мощностью 257 кВт, вращающий момент от которого
передается к редуктору и его плавающей головке через гидроме-
ханическую трансмиссию, обеспечивающую изменение частоты
вращения рабочего органа от 0 до 20,9 с-1.
В механизме вращателя станка 55R, а также в механизме
подъема бурового става станков 45R и 55R фирмы «Бюсайрус-
Ири» применен привод с асинхронным электродвигателем с фаз-
105
Рис. 4.5. Схема электропривода по системе АД—ТРС буровых станков 45R и
55R фирмы «Бюсайрус-Ири»
а — схема; б—механические характеристики; -f-w,— ю — частота вращения электродвигателя;
— М — вращающий момент электродвигателя; /. /', 2, 2', 3, 3' — основные и регулировочные ха-
рактеристики электродвигателя
ным ротором и тиристорным регулятором в цепи статора (АД —
ТРС). В цепь ротора двигателя включены резисторы, обеспе-
чивающие совпадение максимального и стопорного вращающих
моментов. Напряжение к статору электродвигателя 1 (рис. 4.5, а)
подается через тиристорный регулятор 2. Силовой блок тиристор-
ного регулятора состоит из автоматического выключателя и
тиристоров, включенных в каждую фазу силовой цепи по встреч-
но-параллельной схеме. Между тиристорным регулятором и
двигателем включены контакторы для реверсирования электро-
двигателя.
Напряжение от тахогенератора, соединенного с валом элек-
тродвигателя 1, а также от задающего потенциометра в кабине
машиниста подается в систему регулирования. Привод осущест-
вляет с помощью электронного модуля 5 управление тиристора-
ми б, а с помощью модуля 8 — реверсивными контакторами 7.
Принцип работы системы заключается в следующем. Частота
вращения двигателя задается с помощью потенциометра, подаю-
щего напряжение к модулю 4, откуда оно поступает на мо-
дуль 5. Это обеспечивает поддержание тиристорами необходимо-
го уровня напряжения на обмотке статора электродвигателя до
тех пор, пока частота его вращения не достигнет заданного зна-
чения. Напряжение тахогенератора <?, подаваемое на модуль 4,
сравнивается с сигналом управления и обеспечивает ограниче-
ние на заданном уровне частоты вращения двигателя.
При уменьшении сигнала управления и появлении разницы
между напряжением обратной связи от тахогенератора 3 и
задающим потёнциометром модуль 8. силового управления, по-
лучив сигнал от модуля 4, включает контактор обратного вра-
щения, и двигатель 1 тормозится.
106
Резисторы 9 в цепи ротора' двигателя обеспечивают требуе-
мую форму его механических характеристик. Характеристики
/, 2, 3 (рис. 4.5, б) в квадранте -(-со, -|-М соответствуют вклю-
чению контакторов для прямого вращения вала электродвига-
теля при различных значениях напряжения на обмотках стато-
ра, устанавливаемых с использованием тиристоров.
Характеристики 1 и Г обеспечиваются при максимальном,
а 3 и 3' — при минимальном уровнях напряжения на выходе
тиристорного регулятора. Характеристики 1', 2', 3' соответствуют
включению контакторов для обратного вращения вала электро-
двигателя.
Таким образом, изменением напряжения на обмотке статора
в сочетании с соответствующим включением контакторов обеспе-
чивается поддержание постоянства частоты вращения двигателя
(характеристика А— А').
Параметры приводов переменного тока главных механизмов
буровых станков приведены в табл. 4.3.
Таблица 4.3
Показатели
Двигатель вращателя:
мощность, кВт
число ступеней скорости
Двигатель подачи (подъема):
мощность, кВт
число ступеней скорости
назначение
Тип станка
45R 55R RR-1IE RR-15E
1X92 1X73 1х220/257
— Бесступен- 8 Бесступен-
чатое чатое
1 Х55 1X55 -
Бесступенчатое — ' —
Подъем бурового става
4.3. Перспективы совершенствования электроприводов
главных механизмов
Характерная тенденция электроприводов главных механизмов —
все более широкое применение тиристорных преобразователей.
В настоящее время все станки отечественного производства
переводят на использование тиристорных приводов постоянного
тока в механизме привода вращателя. Намечается использова-
ние привода постоянного тока по системе ТП — Д в механизме
подачи/подъема взамен гидропривода. Это будет определяться
результатами эксплуатации и дальнейшего совершенствования
такой системы привода на станках. СБШ-250-55.
‘В последние годы расширяется применение привода по систе-
ме ТП—Д на зарубежных буровых станках. Этот тип привода
используется на станках RR-12E фирмы «Джой», 40R и 45R
фирмы «Бюсайрус-Ири».
Большое внимание уделяется дальнейшему совершенствова-
нию статических и динамических характеристик приводов, рас-
107
ширению диапазона регулирования, повышению надежности,
уменьшению габаритных размеров и массы всех узлов привода.
Важное значение придается конструктивной отработке преоб-
разователей, двигателей, шкафов и пультов управления.
Совершенствование комплектных устройств управления ве-
дется на основе реализации блочно-модульного исполнения
при максимальной унификации. На этой основе возможно ос-
нащение всех буровых станков отечественного производства
единым унифицированным комплектным устройством управления
с двумя типоразмерами тиристорных преобразователей (по но-
минальному току и мощности). Это позволит существенно сокра-
тить затраты в эксплуатации и производстве станков, будет
способствовать сокращению простоев станков и повышению их
эксплуатационной производительности.
Использование систем контроля и диагностирования приводов
и их отдельных компонентов — один из путей повышения рабо-
тоспособности приводов. Это позволит сократить время простоя
станков при возникновении неисправностей. В унифицированном
комплектном тиристорном электроприводе буровых станков
отечественного производства применены узлы контроля и диаг-
ностирования тиристорного преобразователя, в частности, от-
дельных ячеек его' блока управления. Различные формы конт-
роля и диагностирования приводов используются в буровых
станках зарубежных фирм (контроль работоспособности различ-
ных узлов управления, нагрева двигателей и др.). Очевидна
необходимость обеспечения контроля Состояния всех наиболее
важных компонентов привода (двигателей, тиристоров силового
преобразователя и возбудителя, трансформаторов, ячеек управ-
ления и др.) и оперативного диагностирования за счет встроен-
ных в комплектное устройство технических средств с возмож-
ностью быстрой замены за минимальное время вышедших из
строя блоков, модулей, ячеек или отдельных компонентов благо-
даря хранящемуся на станке’ или в непосредственной близости
обменному ремонтному фонду. При этом методика контроля и
диагностирования для обслуживающего персонала должна быть
достаточно простой.
Наблюдается тенденция к увеличению мощности приводных
электродвигателей и допустимого тока тиристорных преобразо-
вателей. Это дает возможность форсировать работу буровых
станков, увеличить глубину бурения, расширить область их
применения, повысить надежность и долговечность.
Дальнейшее совершенствование электроприводов буровых
станков ведется в направлении поиска новых решений, позво-
ляющих радикально улучшить их технико-эксплуатационные
характеристики. Это относится к частотно-регулируемому элек-
троприводу. Работы ведутся в СССР и за рубежом. Интерес
к такой системе обусловлен следующими ее достоинствами:
уменьшение момента инерции привода благодаря применению
асинхронного короткозамкнутого двигателя, что позволяет сни-
108
зить динамические нагрузки при стопорениях механизмов; сни-
жение габаритных размеров и массы приводных электродвига-
телей, благодаря чему облегчается задача их размещения на
станке, в частности на его мачте; сокращение эксплуатацион-
ных затрат на техническое обслуживание электрических машин.
Создание надежного, удобного в эксплуатации и сравни-
тельно простого частотно-регулируемого электропривода яв-
ляется сложной технической задачей. В связи с этим такие при-
воды не нашли еще применения на серийно выпускаемых буро-
вых станках.
5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
И ЭНЕРГОПИТАНИЕ БУРОВЫХ СТАНКОВ
5.1. Вспомогательные'электроприводы и системы
К .вспомогательным условно отнесены все приводы и системы,
не входящие непосредственно в состав приводов вращателя и
подачи (подъема), но находящиеся на буровом станке и обеспе-
чивающие его работу. Технические данные приводов даны в
табл. 5.1.
Состав и схема вспомогательных приводов и систем зависят
от конструктивных особенностей вспомогательных механизмов,
исполнения главных приводов. В значительной степени они опре-
деляются традициями организаций или фирм, разрабатывающих
буровые станки. Поскольку трудно выделить какой-то ‘главный
признак (особенность) этих решений, материал по электрообору-
дованию вспомогательных приводов и систем изложен для стан-
ков, объединенных «фирменным» признаком и имеющих по этой
причине определенную общность технических решений.
Управление приводами маслонасосов гидросистемы, компрес-
соров, вентилятора отсоса пыли, трехмашинного агрегата, элект-
ромашинного усилителя, лебедки подъема бурового станка, вен-
тиляторов бурового станка 2СБШ-200 осуществляется с по-
мощью соответствующих кнопок, реле и контакторов. В системе
электрооборудования предусмотрена световая сигнализация о
включении соответствующего вспомогательного привода.
Управление электродвигателями ходового механизма типа
МТКВ-411-8 (мощность 16 кВт при ПВ = 25%) осуществляется
либо с пульта управления ходом, расположенного в кабине ма-
шиниста, либо с выносного поста управления. Выбор места
управления производится переключателем.
’В схеме управления компрессорами предусмотрено реле дав-
ления типа АК-11 Б, которое автоматически отключает компрес-
соры от сети при достижении общего “давления в пневмосети
свыше 7,09 Па.
Управление установкой подогрева масла в картерах компрес-
соров в зимнее время осуществляется с помощью двух универ-
109
Таблица 5.1
Оборудование станка Типы двигателей (число X мощность, кВт)
2СБШ-200-40. 2СБШ-200Н * ЗСБШ-200-60 СБШ-250-55
Механизм хода MTKF411-8 MTKF411-6 МТКН511-8
(2X15) (2X22) (2X30)
Лебедка подъема бурового ста- 4AC160S4 - MTKF312-6 Д-806 *
ва (1X17) (1X19,5) (2X32)
Компрессор A3-315М-2Б A3-315М-2Б АЗ-315М-2Б
(1X200) (1X200) (1X200)
Вентиляторы:
отдува пыли 4AI60M4 4A180S4 Специальный
(1X18,5) (1X22) (1X14)
наддува шкафов — 4АА63В2 4А71В2
— (1X0,55) (1X1,1)
компрессора 4AI12M4 4А112М4 4А112М4
(1X5,5) (1X5,5) (1X5,5)
машинного помещения — 4АА63В2 4А71В2
(1X0,55) (1X1,1)
охлаждения двигателей вра- — 4А80А2 4А80А2
щателя, подачи охлаждения (1X1,5) (1X1,5)
масла гидросистемы кабель- — 4A100S2 —
ного барабана (1X4) —
— 4АА63В2 —
(1X0,55) —
Центрифуга — — 4AI004
— — . (1X3)
Кабелеукладчик — MTF011-6 MTF012-6
(2X1,4) (1X2,2)
Насос подачи воды — — А02-22-4
(1X1,5)
Маслонасос компрессора 4А80А4 4А80А4 4А80А4
(1ХЫ) (1X1,1) (1X1,1)
Маслонасос 4А132М4 4А132М4 4А160М4
(1ХН) (1X11) (1X18,5)
4AI32S4 4A132S4 —
(1X7,5) (1X7,5) -—
Вертлюг — 4А80А4
(1X2,2)
Вибраторы:
фильтров Специальный Специальный
(2X0,27) (2Х'0,27) —
пылеулавливателя Специальный Специальный
(1X0,27) (1X0,27) —
Герметизатор — 4А71В4
(1X0,75) —-
Устройство заправки маслом — 4А80А4
гидросистемы (1X1,1) —-
Переносной калорифер 4АА50В2 4АА50В2
(1X0,12) (1X0,12) —- .
Встряхиватель рукавного филь- 4АХ80В4
тра — (1X1,5) —
*) Старая модификация станка 2СБШ-200-40.
t 1Л
Рис. 5.1. Схема вспомогательных приводов и систем бурового станка
2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н) (условные обозначения к рисунку приведены в
табл. 5.2)
сальных переключателей, установленных на щите управления.
Электрической схемой предусматривается контроль давления
масла в картерах компрессоров и редукторе привода вращателя,
а также контроль температуры в маслобаке гидросистемы.
Для защиты электродвигателей и цепей управления от токов
короткого замыкания установлены соответствующие автоматиче-
ские выключатели. Обогрев кабины машиниста в холодное
время года обеспечивается калориферной установкой. Имеется
наружное и внутреннее освещение станка. Для ремонтного осве-
щения на станке предусматривается переносная лампа с арма-
турой.
Звуковые сигналы включаются кнопками управления, вмон-
тированными в рукоятки крестовых переключателей на пульте
управления ходом, и кнопкой на выносном посту управления
ходом.
В буровом станке 2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н) (рис. 5.1,
табл. 5.2) питание из внешней сети напряжением 380 В посту-
пает на вводной автоматический выключатель. В силовой цепи
питания приводов и систем бурового станка предусмотрен авто-
матический выключатель с дистанционным отключением. На вхо-
де вводного автомата включена цепь аварийного обслуживания
станка, состоящая из автомата понижающего трансформатора
и розеток напряжением 12 В и 220 В для включения переносных
светильников, обогревателей, электроинструмента, паяльников
И др. •.
Поскольку принято раздельное питание электродвигателей
и аппаратов управления,- имеется блокировка в цепях управ-
111
Таблица 5.2
Обозначение элементов по рис. 5.1 Назначение элементов схемы
/ 2 3, 4, 5 Вводной автоматический выключатель Силовой автоматический выключатель Автомат, трансформатор и цепи аварийного обслужи- вания
6,7,8 Автомат, трансформатор и цепи внутреннего и наруж- ного освещения
9, 10 11, 12, 13 Автомат и сварочный трансформатор Автомат, калорифер обогрева кабины машиниста, пе- реносной калорифер
14, 15 16, 17, 18 19, 20, 21 Автомат и вентилятор обдува двигателя ротора Автомат, контактор и электронагреватель компрессора Автомат, контактор и электродвигатель маслонасоса
22, 23 24, 25, 26 компрессора Контактор, и электродвигатель компрессора Автомат, контактор и электродвигатель вентилятора компрессора
27, 28 29 30 31, 32, 33, 34 Автомат и стабилизатор Автомат цепей контроля и сигнализации Система управления, контроля и зашиты компрессора Трансформатор и узлы измерения давления масла в
-- гидросистеме, давления воздуха в пневмосистеме, тем- пературы масла в гидросистеме и давления масла в коробке передач ротора (вращателя)
35, 36 Трансформатор и узел измерения осевого усилия на забой
37 Цепи задающей обмотки промежуточного магнитного усилителя, реверсивного управления ротора (вращате- ля) и его защиты
38 Цепи управления приводом вращателя (цепи смеще- ния силового и промежуточного магнитных усилите- лей)
39, 40 Трансформатор и цепи питания системы управления напряжением НО В приводами станка
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 Автомат, контакторы и электродвигатели механизма встряхивания рукавных фильтров и очистки бункеров
48, 49, 50 пылеулавливающей установки Автомат, контактор и электродвигатель маслонасоса
51, 52, 53 № I гидросистемы Автомат, контактор и электродвигатель маслонасоса
54, 55, 56, 57 № 2 гидросистемы Автомат и электродвигатели вентиляторов машинного помещения
58, 59 Автомат и трансформатор питания обмотки возбужде- дения двигателя ротора (вращателя)
60, 61 62, 63 Автомат и цепь наружного освещения (фары, мачта) Выпрямитель и цепь питания обмотки возбуждения
64, 65 двигателя ротора Автомат и силовая цепь питания силового магнитного
66, 67 68, 69 70, 71, 72 усилителя ротора (вращателя) Автомат и двигатель вентилятора силовых диодов Автомат и нагреватели маслобака гидросистемы Автомат, контактор и электродвигатель вентилятора отдува буровой мелочи
73, 74, 75, 76 Автомат, реверсивные контакторы, электродвигатель и тормозной электромагнит левой гусеницы механизма хода
112
Продолжение табл. 5.2
Обозначение элементов по рис. 5.1 Назначение элементов схемы
77, 78, 79, 80 81, 82, 83 84, 85, 86 Автомат, реверсивные контакторы, электродвигатель и тормозной электромагнит правой гусеницы механизма хода Автомат, реверсивные контакторы, электродвигатель, контактор и тормозной электромагнит Лебедки подъема бурового става
ления, выполненная вспомогательными контактами автоматиче-
ского выключателя. При отключении автомата отключается и
соответствующий контактор. Этим предупреждается возможность
неконтролируемого пуска электродвигателя. Включение приводов
контролируется на пульте управления с помощью сигнальных
ламп. Отключение электроприводов общее, от отдельной кнопки.
Маслонасосы гидросистемы в'режимах работы с производи-
тельностью 18 или 35 л/мин включаются автоматически, по ко-
мандам от системы автоматического перехвата. Система авто-
матического перехвата обеспечивает сблокированную работу
привода ротрра, гидроприводов механизма подачи и патрона ра-
бочего органа, а также тормоза лебедки подъема бурового става
по командам от путевых (кнопочных) выключателей, контроли-
рующих крайние положения механизмов подачи и патрона ра-.
бочего органа. Лебедка работает от асинхронного электродви-
гателя с повышенным скольжением.
: Защита электропривода компрессорной установки 6ВКМ25/8
от перегрузки производится с помощью тепловых реле, а от
токов короткого замыкания — вводным автоматом. Рабочие па-
раметры контролируются датчиками в комплекте с соответствую-
щими указателями. Защита компрессора осуществляется по
двум параметрам: давлению масла и температуре воздуха.
В системе электрооборудования станка 2СБШ-200-40
(2СБШ-200Н) предусмотрены электрическая блокировка дверей,
аварийное отключение приводов, звуковая сигнализация.
Управление пневмоприводами и аппаратами производится
крестовым переключателем. Вибраторы можно включать только
при открытых бункерах пылеосадительной камеры.
Светильники напряжением 36 В обеспечивают освещение ма-
шинного помещения, кабины, наружное освещение, а фары —
переднее освещение станка и мачты. Предусмотрено вспомога-
тельное освещение с помощью переносного светильника.
Система вспомогательного электрооборудования бурового
станка ЗСБШ-200-60 аналогична системе станка 2СБШ-200-40.
Отличия обусловлены применением тиристорного преобразова-
теля в приводе механизма ротора (вращателя), системы авто-
матизации бурения, новыми техническими решениями механиз-
мов и узлов, применением новой, более совершенной аппара-
113
8-2509
туры, электродвигателей, датчиков, использованием комплектно-
го устройства управления типа УКБС.
В отличие от бурового станка 2СБШ-200-40 питание в энерго-
систему станка ЗСБШ-200-60 подается от сети через кабельные
барабаны. Контроль за фазировкой питающей сети осуществляет
реле, предотвращающее включение главного автоматического
выключателя с дистанционным управлением при неправильном
чередовании фаз.
С целью снижения динамических нагрузок в трансмиссии
механизма хода и в металлоконструкциях бурового става при
трогании станка в цепь статора асинхронных двигателей пре-
дусмотрено включение тиристорных станций управления. Эти
станции обеспечивают плавное изменение подводимого к двига-
телям питающего напряжения.
Электропривод кабельных барабанов выполнен с использо-
ванием двух асинхронных двигателей с фазовым ротором.
За счет выбора резисторов в цепи ротора обеспечивается натяг
питающих кабелей при передвижении бурового станка с тем,
чтобы не допускать их ослабления. В системе защиты бурового
станка предусмотрено реле контроля трехфазного напряжения,
исключающее работу на двух фазах, асимметрию напряжения,
недопустимое снижение его уровня.
Вспомогательные приводы й системы размещены в вводном
ящике, шести шкафах и трех пультах управления устройства
УКБС. .
С целью обеспечения наладочных работ при открытых две-
рях шкафов управления выполняется шунтирование контактов
конечных дверей выключателей с помощью специальных выклю-
чателей. В машинном помещении увеличено количество розеток
для подключения переносных ламп и различного электрифици-
рованного инструмента. В кабине машиниста находится конди-
ционер.
В шкафах для защиты электрооборудования от пыли с по-
мощью вентилятора наддува создаются избыточное давление и
Рис. 5.2. Схема вспомогательных приводов и систем бурового станка СБШ-
250МНА-32 (СБШ-250МН)
114
более благоприятные температурные условия работы электрообо-
рудования.
Схема вспомогательных, приводов и систем бурового станка
СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МН) (рис. 5.2) работает следующим
образом. Через автоматический выключатель 1, расположенный
в одном из шкафов, производится питание всех приводов и сис-
тем станка. Через автоматический выключатель 2 подключается
понижающий трансформатор 3 системы управления 4, через
автоматический выключатель 5, реверсивные контакторы 6 и 8 —
двигатели 7 и 9 привода ходового механизма, через автоматиче-
ский выключатель 10 и контакторы И, 13 и 15—асинхронные
двигатели 12, 14 и 16 соответственно маслонасосов гидросистемы
и вентилятора отдува бурового шлама. От автоматического вы-
ключателя 17 и контакторов 18, 20 и 22 питаются двигатели 19,
21, 23 соответственно насоса закачки воды, смесителя, насоса
фильтра гидросистемы, а через автоматический выключатель 24
и контактор 25 — асинхронный короткозамкнутый двигатель
компрессора 26. Через автоматические выключатели 27 и 34,
контакторы 28, 30, 32, 35, 37 и 39 питаются асинхронные коротко-
замкнутые электродвигатели 29, 31, 33, 36, 38 и 40 соответствен-
но вентилятора компрессора, маслонасоса, вспомогательной ле-
бедки, нагнетающего вентилятора, вибратора и вентилятора
кабины.
Питание внутренней сети напряжением 380 В бурового стан-
ка СБШ-250-55 (рис. 5.3) осуществляется через питающий ка-
бель 1, кабельный барабан 2, вводной автоматический выклю-
чатель 3. Реле утечки 4 включено через автоматический выклю-
чатель 5 и понижающий трансформатор 6 (380/220 В), а цепи
управления приводами 8, в том числе дистанционный привод
вводного автомата,— через контактор 7.
Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели привода
механизма хода 11 и 13 включаются через автоматический вы-
ключатель 9, реверсивные контакторы, 10 и 12. Через автома-
тический выключатель 14, контакторы 15 и 17 подключаются
асинхронные двигатели маслонасоса 16 и вентилятора обдува 18.
Питание электродвигателя .21 привода центрифуги и электро-
двигателя 23 с фазным ротором привода ка'белеукладчика 24
производится через автомат 19, контактор 20, реверсивные кон-
такторы 22.
Управление приводами хода и кабельного барабана — дис-
танционное, от переносных пультов. Особенность электропривода
кабельного барабана — включение электропривода в сторону
намотки. Необходимая форма характеристик обеспечивается
соответствующим выбором параметров сопротивлений в цепи
ротора. При движении станка вперед барабан вращается назад
(двигатель, работает в режиме противовключения), сматывая
кабель с натягом, исключающим его провисание и образование
петель. Во время Движения станка назад кабельный барабан
наматывает кабель.
115
Рис. 5.3. Схема вспомогательных приводов и систем бурового станка СБШ-250-55
Электродвигатель 27 привода вентилятора наддува шкафов
подключается к силовой цепи через автоматический выключа-
тель 25 и контактор 26. Электродвигатели 30, 32 и 34 соответ-
ственно привода насоса подачи воды, вентилятора и мйслонасо-
са компрессора, а также нагреватель масла 35 получают пита-
ние через автомат 28, контакторы 29, 31 и 33. Асинхронный
короткозамкнутый электродвигатель 37 подключается к силовой
цепи через контактор 36.
Установка станка в горизонтальное положение выполняется
с помощью системы 40, питание которой производится от авто-
мата 38 и понижающего многообмоточного трансформатора 39
(380/29/29 В).
Для управления гидродомкратами используются электрогид-
рораспределители. Приборы контроля и аппаратуры управления
компрессором 42 подключены к понижающему трансформато-
ру 41 (220/24 В).
В состав системы освещения станка входят прожекторы осве-
щения мачты 44 и переднего освещения 46, включение которых
выполняется через автоматические выключатели 43 и 45. Пита-
ние цепей освещения кабины 50, компрессорного помещения 52,
машинного отделения 54, наружных светильников 56 напряже-
нием 36 В производится с использованием автоматических вы-
ключателей 49, 51, 53 и 55 соответственно от понижающего
трансформатора 48 (380/37 В) и автоматического выключа-
теля 47. К трансформатору 48 подключены и цепи питания 57
(через концевые выключатели) осветительных ламп шкафов
1X6
управления вращателя и подачи, а к трансформатору 58—
цепи питания шкафа вспомогательных приводов и систем 59.
Переносной калорифер машинного отделения, состоящий из
электродвигателя 63 и нагревателей 62, а также калорифер ком-
прессорного помещения (электродвигатель 66, нагреватель 65)
включаются в силовую цепь через разъемы 61 и 64 и автомати-
ческий выключатель 60. В состав системы обогрева входят
также электронагреватели кабины 69, 71, получающие питание
с помощью контакторов 68 и 70, автоматического выключа-
теля 67. Двигатель вентилятора кабины 73 приводится в дейст-
вие магнитным пускателем 72. Электронагреватели 76 и 79 масла
и воды соединяются с сетью с помощью магнитных пускателей
75 и 78 через автоматические выключатели 74 и 77.
Электрические обогреватели стекол кабины 84 через пере-
ключатель 83 получают питание от понижающих трансформато-
ров 81 и 82 (380/29 В) и автоматический выключатель 80.
В состав вспомогательных приводов входят также асинхрон-
ные электродвигатели вентиляторов охлаждения двигателей по-
стоянного тока механизмов вращателя и подачи.
Защита цепей управления, отопления и освещения от корот-
ких замыканий обеспечивается автоматическими выключателями.
Звуковая сигнализация осуществляется сиренами, включае-
мыми с пульта управления бурением и с выносного пульта гусе-
ничного хода. ' .
В технических решениях вспомогательных приводов и систем
буровых станков зарубежных фирм много общего (табл. 5.3).
Различаются в основном приводы механизма хода. Определен-
ные отличия имеют место в количестве и параметрах асинхрон-
ных электродвигателей, светильников и другого электрооборудо-
вания, в конкретных технических решениях отдельных приводов
и систем.
Значения номинальной мощности асинхронных электродвига-
телей даны для условий питания переменным током частотой
60 Гц и напряжением 460 В (для станка M-4SS частота и на-
пряжение равны соответственно 50 Гц и 380 В). Номинальное
значение напряжения для приводов постоянного тока 475 В.
Приводы механизма хода станков GD-100, GD-120, GD-130,
RR-60 и RR-61 выполнены по системе Г — Д с ТВ с использо-
ванием одного и того же двигателя для передвижения и подъема
бурового става. В буровом станке 40R привод механизма хода
выполнен по системе ТП — Д.
В буровых станках 45R и 55R для передвижения и подъема
использован один двигатель. Привод выполнен по системе АД —
ТРС аналогично описанному выше для главных приводов этих
же станков.
На станках GD-70, DM-6 и DM-7 для передвижения устанав-
ливаются гидродвигатели с приводом насосов от главного элек-
тродвигателя, используемого также для привода компрессора,
гидронасосов вращателя и подачи.
117
Таблица 5.3
(Л сп LQ О О Ef Ef е? ' 00 00 LQ • • • -co III
.М-4 М-5 b- О О v ф CD CD ’ т* T* -4 cq Tf •J-< >-i-i
04 сх ' О О О Ef Ef E? 04 CD CD • • • <N -* III
шш •—Ю Ct? Ct? Ct? Ct? * . . . ' to 00 О О • CO tD CD CD •t- *7* *7* —H xU xU xi-t
¥ X Я ь 60R 61R • « * X О * К f- 1ч«7О О ID О ’too CD fs» b* b „ - <N © „ 5 S E x
Тип с 55R b* О O CD О О Tf cD CD CD CD CD
45R 110 4000 о CD CD О О CD ср CD
40R НО 460 09 04 Ю 04 Ь- X к о 5 1Й Т0К| <£> X
с X ю g t/3 о? Q£ О
ООО о cvj co QQQ ООО 186 372 * .4000 * * о о ср CD CD Ю CD b. |Постоян-1 ный ток
СО
GD-70 00 О CD О СО О О CD 1 1 1 Q О о go X ©
Показатели Двигатель главного компрессо-1 pa:. мощность, кВт напряжение, В J частота, Гц Двигатель механизма хода: мощность, кВт • напряжение, В . частота, Гц * Суммарное значение мощности для ст ** Значение напряжения для станка GD-
На буровых станках М-4, М-5, M-4SS привод гидронасосов
механизмов передвижения осуществляется от асинхронного ко-
роткозамкнутого электродвигателя мощностью 150 кВт.
Для привода главного компрессора системы очистки сква-
жины, гидравлических насосов, водяного насоса, системы охлаж-
дения гидросистемы, вспомогательного компрессора пневмосисте-
мы управления применены асинхронные короткозамкнутые элект-
родвигатели. На станках М-5, GD-130, 61R и RR-15E установ-
лено по два компрессора и, следовательно, по два приводных
электродвигателя.
. Синхронная частота вращения, двигателя компрессора, как
правило, 189,0 с_| (на станке M-4-SS по=157 с-1).
Типичной во многих отношениях для вспомогательных при-
водов и систем буровых станков зарубежных фирм является
электрическая схема (рис. 5.4) станка M-4SS, изготавливаемого
фирмой «Сумитомо» (Япония) по лицензии фирмы «Марион»
(США). От общей внутренней трехфазной линии напряжением
400 В с частотой 50 Гц питаются все потребители переменного
тока станка.
Тонный асинхронный двигатель 7 преобразовательного агре-
гата мощностью 75 кВт подключен к бортовой сети через кон-
тактор 6 и автоматический выключатель 5. Двигатели 10, 13,' 16,
18 а 19 — соответственно двигатели вентиляторов кузова мощ-
ностью. 7,5 кВт, компрессора (185 кВт), венти,штора радиатора
(5,5 кВт), водяного насоса (5,5 кВт) и насоса смазки (0,1 кВт) —
соединены с бортовой сетью через контакторы 9, 12, 15, 17 и
автоматические выключатели 8, И, 14. Приводы вентилятора
двигателя вращателя гидронасоса, системы охлаждения масла
гидравлической системы, вспомогательного компрессора, кабель-
118
Рис. 5.4. Схема вспомогательных- приводов, систем и энергопитания бурового
станка М-4-S'S фирмы «Сумитомо-Марион» "
119
ного барабана, устройства для удаления пыли выполнены с
использованием асинхронных двигателей 22 мощностью 1,1 кВт,
25 (150 кВт), 28 (2,2 кВт), 29 (2,2 кВт), 31 (3,7 кВт), 34.
(2,2 кВт), ,56 (22 кВт), контакторов 21, 24, 27, 30, 52, 55, ревер-
сивных контакторов 33, автоматических выключателей 20, 23,
26, 32, 39 и 54.
В систему вспомогательных электроприводов входят тран-
сформатор управления 36 и предохранитель 35 привода кабель-
ного барабана, выключатель 37 и трансформатор 38 системы
освещения, выключатель цепи питания вспомогательного гене-
ратора, обогреватель кабины машиниста 40, выключатели, кон-
такторы и нагреватели левого и правого редукторов, гусенич-
ного хода, редуктора вращателя 41—47, трансформатор 48 и
термостат 49 нагревателя регулятора вращателя, вольтметр 50,
выключатель, контактор и обогреватель кузова машинного отде-
ления станка 51, 52 и 53, выключатели цепей возбуждения 57 и
59, трансформаторы возбуждения двигателя вращателя и гене-
ратора преобразовательного агрегата 58 и 60.
В системе электрооборудования станка предусмотрены элек-
трогидравлические клапаны, соответствующая пускорегулирую-
щая аппаратура (рычаги, реле, кнопки, командоаппараты, по-
тенциометры) для управления гидравлическими приводами ме-
ханизмов подачи (подъема) и хода, гидроцилиндрами горизон-
тирования. Блокировка исключает возможность одновременной
работы приводов механизмов подачи и хода.
Комплект аппаратуры (датчики давления, преобразователи и
источники напряжения, электронные усилители и регуляторы)
предназначены для автоматического и ручного управления про-
цессом бурения.
В системе пылеулавливания «Амерпульс» использована элек-
тропневматическая очистка фильтров. Длительность импульсов
управления электропневматическими клапанами и интервал
между импульсами задаются с помощью электронной системы
управления, расположенной в машинном помещении станка.
Система обогрева станка включает в себя нагреватели кузо-
ва суммарной мощностью 20 кВт, обогреватель кабины (11 кВт),
нагреватели редукторов гусеничного хода (8 кВт) и нагреватель
редуктора вращателя (3 кВт). Поддержание требуемой темпе-
ратуры регулятора вращателя осуществляется с помощью термо-
стата, который подключен к трансформатору мощностью
0,025 кВ-A, напряжением 380/110 В.
Для обеспечения работоспособности электронной аппаратуры
управления при низких температурах предусмотрено ее термо-
статирование. По требованию заказчика в кузове может уста-
навливаться ^дизель-генераторная электростанция мощностью
15 кВт для питания цепей обогрева и освещения в случае пере-
рывов в питании от внешней сети.
На станках М-5, GD-130, 61R устанавливается по два двига-
теля вращателя и преобразовательных агрегата, в связи с чем
120
удваивается количество вентиляторов двигателя вращателя.
При этом возрастает до 15 кВ-А мощность трансформатора воз-
буждения генераторов постоянного тока, до 6 кВ-А — мощность
трансформатора питания обмоток возбуждения двигателей вра-
щателя.
Питание вспомогательных электроприводов и систем боль-
шинства станков фирм «Бюсайрус-Ири» и «Гарднер-Денвер»,
«Джой» и «Марион» осуществляется от сети напряжением 460 и
380 В в зависимости от частоты тока.
На станке 55R в системе подачи воды в главную магистраль
системы обдува применен тиристорный привод постоянного тока,
что позволяет регулировать в широком диапазоне подачу воды
насоса в систему;
Системы освещения станков различных типов имеют много
общего, обеспечивая освещение машинного помещения, кабины
машиниста, а также переднее, боковое, нижнее, переносное, ава-
рийное и наружное. На станке M-4-SS цепи освещения напря-
жением ПО В питаются от трансформатора 380/220-110 В мощ-
ностью 25 кВ-А. К этому же трансформатору подключены цепи
нагревателей гидравлических баков, резервуаров смазки, кабины
машиниста, цепи.управления.
Наружное освещение станка M-4-SS состоит из пяти прожек-
торов накального типа мощностью 500 Вт каждый, прожектора
с ртутной лампой мощностью 400 Вт, пяти ламп накаливания по
100 Вт, одна из которых расположена под кабиной машиниста,
розеток для переносной лампы, расположенных с левой и пра-
вой стороны кузова. В машинном помещении размещено восемь
ламп мощностью по 100 Вт каждая и две розетки. В кабине
машиниста установлены три лампы суммарной мощностью
350 Вт.
На станках фирмы «Джой» для наружного освещения при-
меняются кварцевые и ртутные лампы, а для освещения машин-
ного помещения и кабины оператора — флюоресцентные. На
станках фирмы «Гарднер-Денвер» в системе наружного освеще-
ния используются кварцевые лампы и лампы накаливания, а во
внутренних помещениях — лампы накаливания. Напряжение в
цепях освещения станков — однофазное переменного тока, рав-
ное 110—120 В.
Цепи управления релейно-контакторной аппаратурой глав-
ных и вспомогательных электроприводов выполнены на пере-
менном токе напряжением 220 и 110 В.
На станках фирмы «Марион» управление гидравлическим при-
водом механизма хода может осуществляться из кабины маши-
ниста, и дистанционно, с помощью выносного пульта и соеди-
нительного кабеля. Аппаратура управления ходом включает в
себя электронную систему управления и электрогидравлические
клапаны, управляющие гидронасосами. Для сигнализации ис-
пользуются лампы на пульте управления и в шкафах электро-
оборудования, информирующие о включении или выключении тех
121
или иных приборов и систем, звукового сигнала. На станках
фирмы «Джой» установлены лампы, сигнализирующие о наличии
всех фаз цепи напряжением 460 В, включенного или выключен-
ного состояния главного выключателя в силовой цепи низкого
напряжения; напряжения в цепях управления; включении дви-
гателя вращателя, охладителя гидросистемы, компрессора; фик-
сации мачты и др.
На станках осуществляется контроль нагрева двигателя при-
вода вращателя посредством сигнальной лампы на пульте управ-
ления и звукового сигнала. С помощью сигнальных ламп конт-
ролируется подача напряжения к электрогидравлическим кла-
панам домкратов, тормозам механизма хода, системе автомати-
ческой смазки и др. Контролируется степень засорения фильтров
системы очистки скважины.
Станки оснащаются .индикаторами глубины бурения. В систе- -
ме электрооборудования станков предусмотрено аварийное от-
ключение силовых цепей, отдельных приводов и систем из ка-
бины-машиниста, контроль фазировки, реле контроля тока утеч-
ки. Для защиты от. перегрузок и коротких замыканий исполь-
зуются автоматические выключатели и плавкие предохранители.
5.2. Энергопитание станков
Как на отечественных, так и на зарубежных станках питание
осуществляется от внешней сети переменного тока низкого
(380—460 В) и высокого (3000—4000 В) напряжения. Благо-
даря снижению габаритных размеров и '• массы понижающих
трансформаторов, особенно в сухом исполнении, улучшению
технико-эксплуатационных характеристик коммутационного обо-
рудования и аппаратуры, электродвигателей, кабельной продук-
ции, рассчитанных на использование в горных машинах при
питании высоким напряжением, открывается возможность рас-
ширения номенклатуры соответствующих буровых станков. При-
менение таких станков позволяет упростить энергосистемы пита-
ния в карьерах, сокращает затраты на их эксплуатацию.
Ниже рассмотрены конкретные технические решения вопросов
энергопитания отечественных и зарубежных буровых станков.
Энергопитание отечественных буровых станков осуществля-
ется от внешней сети низкого напряжения 380 В с частотой
50 Гц (табл. 5.4).
Станки подключаются к карьерной сети через понизительную
трансформаторную подстанцию (КТП).
Контрольна состоянием изоляции кабелей и электрооборудо-
вания, а также защита от замыканий на корпус станка и на
землю выполняется с помощью реле утечки, предусмотренного
на КТП. Корпус станка соединяется с корпусом КТП четвертой
(замыкающей) шиной питающего кабеля (кабелей).
Напряжение подается к вводной коробке (на станке СБШ-
320 через кабельный барабан), оттуда поступает на общий вы-
1-22
ключатель. К его выходу подключены все энергопотребители
станка.
В системах энергопитания предусмотрено дистанционное
отключение вводного автомата с помощью кнопок, расположен-
ных на пультах управления бурением, пульте управления ходо-
выми механизмами и у вводной коробки.
На станке 2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н) питающие кабели
вводятся в распределительный .ящик с вводным автоматическим
выключателем типа А3144. На входе вводного разъединителя
(см. рис. 5.1) включены выключатель 1 и трансформатор 4 с
штепсельными разъемами на напряжение 220 В и 36 В для воз-
можности проведения ремонтных работ в аварийных ситуациях.
Электроэнергия в систему энергопитания станка СБШ-250-55
подводится с помощью двух гибких кабелей 1, укладываемых
на кабельные барабаны 2 (см. рис. 5.3). Корпус станка заземля-
ется с помощью четвертой жилы питающих кабелей. С токо-
приемников кабельных барабанов напряжение подается на ввод-
ной автоматический выключатель 3. На дверце шкафа установ-
лена лампа, сигнализирующая о подключении станка к питаю-
щей подстанции. Для контроля фазировки питающего напряже-
ния предусмотрено реле.
Вводной автоматический выключатель имеет дистанционное
управление и расцепитель минимального напряжения, подклю-
ченный к цепи управления напряжением 200 В.
Реле утечки типа УАКИ 380 служит для отключения силовых
цепей и системы управления при снижении общего сопротивле-
ния изоляции до опасного значения.
Питание бурового станка ЗСБШ-200-60 осуществляется от
подвижной понижающей трансформаторной подстанции 6,0/0,4
кВ мощностью 430—560 кВ-А с изолированной нейтралью на
стороне высокого и низкого напряжения. Станок подключается
с помощью двух гибких кабелей типа КРИТ сечением Зх
Х70 мм2+1Х25 мм2, укладывающихся на кабельные барабаны.
Четвертой жилой кабеля корпус станка соединяется с корпусом
питающей подстанции. С токосъемных щеток кабельных бараба-
нов напряжение подается на рубильник, затем — на автомати-
ческий выключатель.
Защита цепей управления от токов утечки на землю осущест-
вляется с помощью устройства, контроля изоляции, контакт ко-
торого включен в цепь расцепителя главного автоматического
выключателя.
Особенностью системы энергопитания станка СБШ-320 яв-
ляется установка на нем кабельных барабанов, к которым под-
ключаются питающие кабели. С токосъемных устройств кабель-
ных барабанов напряжение подается на кабельный ввод и далее
на вводной автоматический выпрямитель, установленный в шка-
фу управления. Для проверки правильности чередования фаз
при подключении станка на пульте управления установлен фазо-
указатель.
124
На буровом станке СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МН) пита-
ющий кабель подключается к вводной коробке, напряжение с ко-
торой подается на автоматический выключатель, установленный
в первом шкафу управления. Из этого шкафа получают питание
двигатель компрессора, тиристорный агрегат, пульты управления
бурением и передвижением станка, трансформаторы цепей управ-
ления и освещения. От первого шкафа управления напряжение
подается к остальным энергопотребителям, установленным на
мачте и в машинном помещении бурового станка (включая вто-
рой шкаф управления).
На зарубежных буровых станках применяются две разновид-
ности систем энергопитания (табл. 5.5) от внешней сети высокого
напряжения. Одна группа станков — М-4, М-5, M-4SS фирмы
«Марион» (США); 40R, 55R («Бюсайрус-Ири», США), GD-100
Рис. 5.5. Схемы энергопитания приводов и систем буровых станков фирмы
«Бюсайрус-Ири»:
а — станок 60R; б — станок 61R
125
Таблица 5.5
(«Гарднер-Денвер», США); RR-11E, RR-12E, RR-15E («Джой»,
США) — имеет в своем составе понижающий высоковольтный
трансформатор, от вторичной обмотки которого получают пита-
ние все приводы и системы. Другая группа станков — 45R, 60R,
61R фирмы «Бюсайрус-Ири», GD-70, GD-120 и GD-130 фирмы
«Гарднер-Денвер» — характеризуется тем, что от вторичной об-
мотки высоковольтного понижающего трансформатора получает
питание часть приводов и систем, в то время как двигатель
компрессора (а в некоторых станках и двигатель преобразова-
тельного агрегата) подключен к' цепи .высокого напряжения.
Все эти станки рассчитаны на питание высоким напряжением
частотой 60 или, по требованию заказчика, 50 Гц.
Цепи энергопитания буровых станков типа M-4SS (М4, М5)
фирмы «Марион» показаны на рис. 5.4. Напряжение 3000/6000 В
от внешней сети подается по кабелю к кабельному барабану
/, а затем через соединительную высоковольтную коробку 2, вы-
соковольтный выключатель 3 на 100 А поступает на понижа-
ющий трансформатор 4 «сухого» типа мощностью 500 кВ-А.
Для намотки кабеля кабельный барабан оснащен реверсив-
ным приводом с асинхронным короткозамкнутым двигателем
(2,2 кВт) и дистанционным кабельным управлением от отдель-
ного пульта.
Для станка GD-120 предусмотрена возможность питания от
автономной дизель-генераторной установки.
На станках 60R и 61R подключение асинхронных высоко-
вольтных двигателей преобразовательного агрегата и компрессора
осуществляется с помощью масляного выключателя или воздуш-
ного контактора. Высоковольтные понижающие трансформаторы
вспомогательных приводов и освещения подключаются к сети
высокого напряжения через разъединитель с плавкими предохра-
нителями.
На станках 55R и М-4 главный трансформатор подключен к
сети высокого напряжения через разъединитель с плавкими пре-
дохранителями. На буровых станках применяются главные
трансформаторы сухого (M-4SS, 45R, 60R) или масляного
(RR-12E, GD-100) типа.
На станке 60R (рис. 5.5, а) высокое напряжение через ка-
бель 1 подводится к вводной коробке 2, высоковольтным выклю-
чателю 15 и плавкому разъединителю 3. К выходу выключа-
теля 15 подсоединены асинхронные двигатели 13 и 14 соответ-
ственно компрессора и преобразовательного агрегата. Выход
разъединителя 3 подключен к высоковольтным понижающим
трансформаторам 4 и 5 вспомогательных приводов и системы
освещения. От трансформатора 4 напряжение подается к авто-
матическому выключателю 7 статического возбудителя 8 и цепям
вспомогательных приводов 6.
Статический возбудитель 8 обеспечивает питание обмоток
возбуждения генератора 12 и двигателя 10 постоянного тока
приводов подъема бурового става и хода, а также обмоток
127
возбуждения генератора 11 и двигателя 9 постоянного тока
привода вращателя.
На станке 61R (рис. 5.5,6) выход выключателя 15 соединен
со вторым высоковольтным асинхронным двигателем 18 дополни-
тельного компрессора. Статический возбудитель 8 обеспечивает
дополнительно питание обмотки возбуждения второго двигателя
16 вращателя, получающего питание (так же, как и двигатель
подъема-хода) от контактора 17.
На буровых станках предусмотрена установка реле контроля
тока утечки на землю и контроля чередования фаз. На всех
станках имеются высоковольтные закрытые входные коробки
для подключения высоковольтного кабеля.
По заказу фирмы обеспечивают установку кабельных бара-
банов, оснащенных приводом с асинхронным электродвигателем
мощностью 2—3 кВт и дистанционным- управлением от перенос-
ного пульта.
6. УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
БУРОВЫХ СТАНКОВ
6.1. Электрические машины и трансформаторы
В приводах современных буровых станков применяются электро-
двигатели постоянного тока и асинхронные электродвигатели.
На некоторых из станков используются генераторы постоянного
тока.
Основные технические данные электродвигателей
ДПВ-52 ДЭВ-808
Мощность, кВт ....................................... 50- 68
Напряжение якоря, В ................................. 306 440
Ток якоря, А ........................................ 180 170
Режим работы ПВ, % .................................. 60 100
Номинальная частота вращения, с_| ................... 94,1 125,5
Напряжение возбуждения (при ПВ= 100%), В ............. 85 85
Ток возбуждения, А .................................. 10,6 11,7
Максимальный вращающий момент, Н-м .................. 1225 1225
Стопорный момент, Н-м ........................... Н. д. 1322
Ток якоря, соответствующий максимальному моменту,
А ................................................. Н.д. 400
Ток якоря, соответствующий стопорному моменту, А ... Н. д. 435
Интенсивность охлаждения окружающим воздухом,
м3/мин ............................................... 13 13
Номинальный магнитный поток на один полюс, Вб ...... Н.д. 3,82-10-2
Момент инерции якоря, кг-м2 ......................... 7,5 8
Обмотки:
электродвигателя независимого возбуждения:
сопротивление при / = 20° С, Ом .................. 6,3 5,6
число параллельных ветвей ....................... 1 1
число “витков на полюс ......................... 475 440
дополнительных полюсов:
сопротивление при /=20° С, Ом ................. 0,0215 0,02
число параллельных ветвей ....................... 1 1
128
число витков на полюс .............................. 21 21
якоря:
сопротивление при / = 20° С, Ом ................... 0,033 0,034
число параллельных ветвей ........................... 2 2
число витков на полюс .............................. 139 139
Масса электродвигателя, кг ....................:.... 925 905
Примечания. 1. Число активных проводников якоря 2X139 = 278. 2. Число главных полюсов
двигателя 2Р = 4.
Общий вид, габаритные, установочные размеры и характе-
ристика намагничивания двигателей ДЭВ-808 и MDV806 приве-
дены на рис. 6.1, 6.2 и 6.3.
Техническая характеристика электродвигателя MDV806
буровых станков М4, М5 фирмы «Марион»
Мощность, кВт .................................................. 66
Напряжение якоря, В ........................................... 475
Режим работы ...............................................Длительный
Частота вращения, с-1 ......•............................... 131
Напряжение возбуждения, В ...................................... 72
Ток возбуждения, А ............................................ 15
Сопротивление обмотки якоря при / = 25° С, Ом ........,..... 0,071
Рис. 6.1. Электродвигатель ДЭВ-808
9-2509
129
Рис. 6.2. Электродвигатель
MDV806
Рис. 6.3. Характеристика
намагничивания двигателя
ДЭВ-808:
Ф — магнитный поток; Fo — намаг-
ннчивающая сила
Сопротивление обмотки добавочных полюсов, Ом ................. 0,032
Сопротивление обмотки независимого возбуждения, Ом ............. 3,9
В преобразовательном агрегате станка 2СБЩ-200 использо-
ваны генераторы П-92 и П-42, а в агрегате буровых станков
М-4 и М-5 фирмы «Марион» применены генератор постоянного
тока мощностью 71 кВт при напряжении 474 В и асинхронный
двигатель мощностью 75 кВт при напряжении питания 380 В.
Частота вращения электрических машин 157 с-1. Предельно
допустимая перегрузка 200%. Масса агрегата 1470 кг.
На буровых станках применяется широкая гамма асинхрон-
ных электродвигателей, в основном короткозамкнутых. На от-
дельных типах зарубежных станков (например, фирмы «Бюсай-
рус-Ири»), используются асинхронные двигатели с фазным рото-
ром мощностью от 55 до 257 кВт. .
Буровые станки оснащаются понижающими трансформато-
рами. сухого типа с низким напряжением питания и сравни-
тельно небольшой мощности (до 25—50 кВ-А). На большинстве
станков зарубежных фирм применяются питающие трансформа-
торы сухого типа с входным высоким напряжением.
Трансформатор станка М4 фирмы «Марион» при мощности
500 кВ-A. и напряжении 6000/400 В имеет габаритные размеры
1790X1118X914 и массу 1180 кг.
6.2. Тиристорные преобразователи и возбудители
На буровых станках применяются силовые тиристорные преобра-
зоратели, предназначенные для питания цепи якоря двигателей
постоянного тока, и тиристорные возбудители, обеспечивающие
изменение (поддержание) на заданном уровне тока в обмотках
возбуждения генераторов и двигателей постоянного'тока.
Тиристорный преобразователь — полупроводниковое устрой-
ство, основанное на использовании тиристоров — управляемых
кремниевых выпрямителей, находящихся в закрытом или в от-
крытом состоянии в зависимости от отсутствия или наличия
тока в цепи его управляющего электрода. После подачи напря?
жения (отпирающего импульса) к управляющему электроду
тиристор будет открыт в прямом направлении даже после снятия
управляющего напряжения.
В трехфазной, мостовой схеме, наиболее часто используемой
в приводах постоянного тока буровых станков, три из шести
тиристора объединены в катодную группу, а еще три в анод-
ную. В любой момент в катодной группе будет проводить тот
вентиль, потенциал анода которого выше потенциалов анодов
других вентилей, а в анодной группе — вентиль, потенциал като-
да которого ниже потенциалов катодов других вентилей.. Ком-
мутация тока с одного вентиля на другой происходит в моменты,
соответствующие пересечениям синусоид фазных напряжений
питания преобразователя.
131
На управляющие электроды открытых тиристоров подаются
отпирающие импульсы в момент, близкий к моменту естествен-
ного включения вентиля. При увеличении (уменьшении) угла
задержки подачи отпирающего импульса угла управления, отсчи-
тываемого с момента естественного включения вентиля и выра-
женного в эл. градусах, происходит уменьшение (увеличение)
выпрямленного напряжения.
В приводах буровых станков тиристорные преобразователи
работают на активно-индуктивную нагрузку, что обусловило
различие кривых выпрямленного тока и напряжения.
Тиристорный преобразователь снабжен системой фазово-
импульсного управления (СИФУ), которая обеспечивает форми-
рование управляющих импульсов и сдвиг по фазе относительно
анодного напряжения тиристоров. СИФУ, применяемые в элект-
роприводах буровых станков, имеют многоканальную структуру,
при которой управляющие импульсы формируются для каждого
тиристора отдельно, в своем канале. Для трехфазной мостовой
схемы таких каналов шесть.
Тиристорные преобразователи буровых станков оснащаются в
основном СИФУ с вертикальным принципом управления, который
заключается в том, что на входе формирователя импульсов про-
изводится сравнение переменного (опорного) напряжения и регу-
лируемого напряжения управления. При равенстве этих напря-
жений формируется управляющий импульс. Изменяя значение
напряжения управления, можно получить сдвиг управляющих
импульсов по фазе относительно анодного напряжения.
Для надежного открывания тиристоров СИФУ должна обес-
печивать ток и напряжение управления, превышающие наиболь-
шие, ток и напряжение управления, указываемые для тиристоров
данной серии.
В тех или иных СИФУ функциональные узлы могут различа-
ться по исполнению и принципу работы.
Тиристорный агрегат типа -ТЕЗ. используется в приводах
вращателей буровых станков СБШ-250МН й СБШ-320.
Характерной особенностью агрегата ТЕЗ является то, что он
обеспечивает с помощью тиристорных преобразователей питание
цепей якоря и обмотки возбуждения электродвигателя. Ревер-
сирование неоперативное, с использованием контакторов в обмот-
ке возбуждения. Агрегаты ТЕЗ выпускаются и двух модифика-
циях: ТЕЗ-160/460Р-У и ТЕЗ-250/460Р-У2, различающихся зна-
чением номинального выпрямленного тока (160 и 250, А).
Агрегат работает при естественном воздушном охлаждении, с
подсоединением к питающей сети через токоограничивающий
реактор, с климатическим исполнением У2 (температура окру-
жающего воздуха ±40° С). Использование агрегата допустимо в
условиях невзрывоопасной окружающей среды, не содержащей
токопроводящей пыли в концентрациях, снижающих параметры в
недопустимых пределах.
Агрегат не защищен от попадания в него воды и пыли. При
132
закрытой оболочке исключается случайное прикосновение к токо-
ведущим частям.
В агрегат ТЕЗ (рис. 6.4) входят силовые тиристорные преоб-
разователи .для питания цепи якоря (ПТЯ1 и ПТЯ2) и 'цепи
возбуждения (ПТВ) электродвигателя постоянного тока.
Питание к тиристорам силовых преобразователей ПТЯ1 и
ПТЯ2 поступает через контактор КМ], автоматический выключа-
тель QF1 и токоограничивающие реакторы LI, L2, L3. В модифи-
кации ТЕЗ-160/460Р-У2 используется один трехфазный мост
ПТЯ1, а в модификации ТЕЗ-250/460Р-У2— дополнительный
мост ПТЯ2. Для выравнивания нагрузки тиристорных преобразо-
вателей они подключаются через анодные делители LAI, LA2,
LA3. Управление тиристорами осуществляется с помощью систе-
мы управления СУПТЯ- Обратная связь по току в системе и
регулирование и защита от перегрузки привода осуществляются
с использованием трансформаторов тока TAI, ТА2, ТАЗ с рези-
сторами нагрузки R], R2, R3.
Защита от перенапряжений обеспечивается конденсаторной
панелью ПЗП и RC-цепями, включенными параллельно каждому
тиристору. Выпрямительные мосты тиристоров силовых преобра-
зователей конструктивно выполнены в виде блоков, которые
включаются в схему через разъемы. В этих блоках находятся
Рис. 6.4. Схемы цепей тиристорного агрегата ТЕЗ
133
также усилители мощности импульсов тиристоров (УФИ).
Управляющие импульсы на тиристоры подаются в последователь-
ности естественной коммутации вентилей с интервалом 60 эл.
градусов.
Каждый усилитель УФИ питает один тиристор. Импульсный
тиристор, входящий в состав УФИ, имеет две вторичные обмотки,
с одной из которых поступает импульс управления тиристором.
Вторая обмотка служит для перемагничивания тороидального
сердечника трансформатора. Сигнал на вход УФИ подается от
системы импульсно-фазового управления (СИФУ) системы
управления СУПТЯ, напряжение питания к которой подается от
автоматического выключателя QF2.
В систему управления тиристорным преобразователем якор-
ной цепи СУПТЯ входят подсистема импульсно-фазового управг
ления (СИФУ) и подсистема регулирования (СР).
Подсистема СИФУ — многоканальная, выполнена по «верти-
кальному» принципу управления и включает в себя три одинако-
вых блока фазы, блок входного устройства и трансформатор
синхронизации. Блок.входного устройства (БВУ) имеет источник
управляющего напряжения, состоящий из выпрямительного мо-
ста и сглаживающей емкости на выходе, и предназначен для
согласования выхода СР и входа СИФУ. Сигнал от СР поступает
в БВУ и сравнивается с напряжением, определяющим начальную
фазу управляющих импульсов. Блок фазы содержит два раз-
дельных канала импульсно-фазового управления, выполняющих
одинаковые функции. Каждый из каналов состоит из генератора
пилообразного напряжения, устройства сравнения, генератора и
усилителя импульсов. Выходной импульс с выхода усилителя
блока фазы подается на вход УФИ. Трансформатор синхрони-
зации обеспечивает синхронность формирования управляю-
щих импульсов в отдельных каналах блоков фазы с питающей
сетью.
На каждый тиристор в течение периода напряжения питаю-
щей- сети подаются два импульса, сдвинутых относительно друг
друга на 60 эл. градусов. -
Изменение угла управления -импульсов, подаваемых к управ-
ляющим электродам тиристоров, осуществляется при изменении
напряжения управления, подаваемого на вход СИФУ от СР.
Пределы изменения угла управления ограничены наперед задан-
ными минимальным и максимальным значениями, которые
соответствуют предельно допустимым открытому и закрытому
состояниям тиристоров.
Подсистема регулирования (СР) —одноконтурная, и выпол-
нена на суммирующем магнитном усилителе с.внутренней обрат-
ной связью. Магнитный усилитель суммирует задающий сигнал,
поступающий от пульта управления, и сигнал обратной связи по
напряжению на выходе тиристорного преобразователя, а также
обеспечивает подачу сигнала, пропорционального их сумме,
на вход СИФУ. Защита агрегата от перегрузки и ограничение
134
тока, преобразователя заданным значением (установка по току)
осуществляются блоком токовой отсечки, входящей в состав
СУПТЯ.
Преобразователь возбуждения (ПТВ) (см. рис. 6.4) содержит
управляемый однофазный несимметричный выпрямитель, Выпол-
ненный на тиристорах и диодах. Питание к выпрямителю подает-
ся от сети переменного тока напряжением 220 В через автомати-
ческий выключатель QF3.
Управление тиристорами ПТВ выполняется с помощью систе-
мы управления СУПТВ, включающей один блок импульсно-фазо-
вого управления, блок входного устройства и блок суммирую-
щего магнитного усилителя. Указанные блоки аналогичны опи-
санным выше для СУПТЯ- Узел ограничения диапазона регули-
рования и устройство согласования выхода усилителя и входа
блока импульсно-фазового управления выполнены практически
по той же схеме, что и БВУ в. СУПТЯ-
Реверсирование вращения электродвигателя осуществляется
изменением полярности выходного напряжения ПТВ с исполь-
зованием реверсивных контакторов КМ2 и КМЗ. Переключение
контакторов производится с выдержкой времени, необходимой
для остановки электродвигателя и исключения режима противо-
включения. При переключении контакторов К.М2 и 1(МЗ напря-
жение на выходе тиристорного преобразователя ПТВ снижается
до минимального значения. Реле обрыва поля F, включенное в
цепь нагрузки выпрямителя ПТВ, обеспечивает блокировку от
включения тиристорных преобразователей ПТЯ1 и ПТЯ2 при не-
допустимо низком значении тока в цепи обмотки возбуждения
двигателя.
Контроль напряжения и тока в силовых цепях на выходе
тиристорных преобразователей обеспечивается вольтметрами и
амперметрами PV1, PV2 и PAI, РА2.
Агрегат оснащен световой сигнализацией о наличии питания
силовых цепей преобразователей, системы управления и исправ-
ной работе ПЗП, системы управления СУПТЯ и СУПТВ. Кроме
того, в агрегате предусмотрено устройство контроля правильно-
сти чередования фаз питающей сети, состоящее из кнопки, лампы
резистора и конденсатора. При прямом чередовании фаз и нажа-
той кнопке лампа будет светиться ярко, а при обратном чередо-
вании фаз ее свечение будет слабым.
Габаритные и установочные размеры агрегата ТЕЗ приведены
на рис. 6.5.
Выпрямитель ТПЕ-200-460 используется в приводе вращателя
буровых станков типа СБШ-250МНА-32. Это устройство, в на-
стоящее время выпускается вместо агрегата ТЕЗ. В его основу
положено использование силового нереверсивного преобразова-
теля в цепи якоря и реверсивного тиристорного возбудителя для
питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока. В от-
личие от агрегата ТЕЗ системы регулирования и фазово-импуль-
сного управления тиристорными преобразователями построены
135
Ml ins
□□
а а
ООО
□
□ □
а а
ОО
В 00
ВВО
0 /В
Рис. 6.5. Тиристорный
гат ТЕЗ
агре-
усилителях К553УД2 и
□
на основе использования полупровод-
никовых компонентов (интегральных
микросхем, транзисторов и др.).
Выпрямитель ТПЕ-200-460 состоит
из следующих основных узлов: блока
силового БС-31 А; системы управления
преобразователем СУРП; регулируе-
мого источника возбуждения РИВ;
блока питания БП-66; комплекса ком-
мутационной, защитной и сигнальной
аппаратуры; шкафа с односторонним
оперативным доступом.
Силовой блок питания цепи якоря
электродвигателя включает в себя ти-
ристоры ТЛ-171-320-10-5У2 с . шунти-
рующими RC-цепями, платы усили-
теля-формирователя импульсов
УФИ-1В.
Двухконтурная система регулиро-
вания, выполненная на операционных
входящая в состав СУРП, формирует
требуемые внешние характеристики привода вращателя. Сигнал
обратной связи по току получают с помощью трансформаторов
тока, включенных в цепь питания тиристорного преобразователя,
а по напряжению — с использованием выпрямленного напряже-
ния на выходе тиристорного преобразователя с последующей
гальванической развязкой в блоке питания. В СУРП формиру-
ются управляющие импульсы тиристоров блока БС-31 А.
Источник возбуждения обеспечивает двухзонное регулирова-
ние частоты вращения двигателя (в режиме полного и ослаблен-
ного потоков двигателя вращателя). Выпрямитель выполнен по
полууправляемой однофазной двухполупериодной схеме на тири-
сторах Т132-40-10-2У2 и диодах Д122-40-10У2. В узлах управления
тиристорным преобразователем и цепях формирования управ-
ляющих импульсов использованы микросхемы К553УД2, транзи-
сторы и другие компоненты. Для защиты от перенапряжений в
цепи питания тиристорного моста включен варистор СН2-2А-820В.
В блоке питания скомпонованы источники стабилизированно-
го напряжения для питания СУРП и РИВ, выпрямители и стаби-
литроны цепи обратной связи по току, узел гальванической раз-
вязки цепи обратной связи по напряжению тиристорного преоб-
разователя на блоках БС-31А, выпрямители для питания цепей
управления релейно-контакторной аппаратурой.
На входе выпрямителя использован выключатель А3726Б на
ток 250 А с дистанционным расцепителем. Защита от перенапря-
жений обеспечивается с помощью RC-цепей и варисторов
СН2-2А-820В.
Реверсирование приводного электродвигателя осуществляется
с помощью контакторов,, установленных в РИВ.
136
Конструктивно выпрямитель ТПЕ-200-460 выполнен в виде
шкафа с габаритными размерами 800X750X1100 мм. Приборы
управления, сигнализации и контроля размещены на двустворча-
той двери шкафа. Масса выпрямителя ,290 кг.
Комплектное устройство управления типа УКБС предназначе-
но для управления:главными и вспомогательными приводами и
системами перспективных станков шарошечного бурения
(ЗСБШ-200-60, СБШ-250-55 и др.). Тиристорный преобразова-
тель, входящий в комплектное устройство УКБС, питает цепь
якоря, а тиристорный возбудитель — цепь обмотки возбужде-
ния двигателя постоянного тока механизма вращателя или
подачи.
Основные узлы тиристорного преобразователя якоря и возбу-
дителя скомпонованы в шкафах управления тиристорным элек-
троприводом механизма вращателя или подачи.
Тиристорные преобразователи и возбудители предназначены
для использования в климатических условиях УЗ, ХЛЗ по
ГОСТ 15150—69 с диапазоном рабочих температур соответствен-
но от —45° С, —60° С до -(-40о С.
Максимальное значение выпрямленного напряжения на выхо-
де тиристорного преобразователя равно 460 В; аша выходе воз-
будителя— 115-4-230 В.
Схема тиристорного преобразователя, возбудителя и системы
управления электроприводом механизма вращателя (подачи)
приведена на рис. 6.6.
Питание к блоку нереверсивного мостового преобразователя
цепи якоря БТЯ, состоящего из силовых тиристоров, подается
от трехфазной сети переменного тока через автоматический
выключатель QF1 и анодные реакторы L1—L3. Управляются
тиристоры БТЯ от блока системы управления и регулирования
БСУ через импульсные трансформаторы. Выпрямленное регу-
лируемое напряжение к цепи якоря электродвигателя постоянно-
го тока подается от блока БТЯ через реле максимального тока
К.1 и зажимы 41 и 42.
Управление преобразователем цепи якоря сосредоточено в
системах регулирования и импульсно-фазового .управления, кон-
структивно оформленных в виде блока БСУ. Задающий сигнал
в блок БСУ подается от потенциометрического переключателя
ВЗ-2П через переключатель ЗЛ по цепи 105-107-Х1 (а5). Пита-
ние к переключателю ВЗ-2П поступает от трансформатора
TV2 через выпрямители VD17—VD20 й стабилизирующую цепоч-
ку R19—С9—VD22. При изменении тока в цепи 105—107 с
помощью переключателя ВЗ-2П, устанавливаемого в кабине уп-
равления бурового станка, осуществляется регулирование часто-
ты вращения привода вращателя (подачи). При переключении
ВЗ-2П в положение «Местное управление» можно осуществлять
регулирование частоты вращения двигателя непосредственно из
тиристорного шкафа с использованием потенциометра R20.
Внешняя характеристика преобразователя формирует требуе-
137
41 К якорю двигателя
Рис. 6.6. Схема тиристорного преобразователя и возбудителя комплекта УКБС
мую механическую характеристику электропривода благодаря
наличию отрицательных обратных связей по току и напряжению,
подаваемых в БСУ. Обратная связь по току формируется по
цепи: трансформаторы тока ТА1—ТАЗ—выпрямитель VD7—
VD12—разъем XI (контакты 101, al, 102, аЗ) блока БСУ.
Обратная связь по напряжению преобразователя снимается с
делителя, состоящего из резисторов R7—R10, и подается по цепи
138
49—СЗ (разъем XI блока БСУ) — С1 (разъем XI блока БСУ) —
41.
Напряжение преобразователя якоря контролируется с исполь-
зованием вольтметра PV1, установленного на двери шкафа, а
ток—амперметров РА1 и РАЗ, первый из которых установлен
на двери шкафа, а второй — на пульте управления.
Автоматический выключатель QF1 имеет электромагнитный
привод, обеспечивающий возможность дистанционно (кнопки
SB42' SB43), с пульта управления, включать и отключать тири-
139
сторный преобразователь, катушку нулевого напряжения, кото-
рая его отключает при исчезновении напряжения сети.
Кратковременные перенапряжения, возникающие в питающей
сети, на входе БТЯ ограничиваются варисторами RU1—RU3,
а коммутационные, напряжения на тиристорах — с помощью
RC-цепей, включаемых параллельно каждому из них.
Защита преобразователя от перегрузок, возникающих при
коротких замыканиях, обеспечивается автоматическим выключа-
телем QF1. При перегрузках, превышающих допустимое «стопор-
ное» значение, реле К1 отключает своим нормально закрытым
контактом реле К4, которое, в свою очередь, прерывает цепь
задающего сигнала, подаваемого в систему управления (БСУ)
тиристорного преобразователя якоря, и блокирует тиристорный
возбудитель.
Обмотка возбуждения приводного двигателя питается от ста-
тического возбудителя, состоящего из тиристорного блока воз-
буждения БВ, комплекта релейно-контакторной аппаратуры, эле-
ментов питания, защиты, контроля и сигнализации.
Тиристорный блок возбуждения БВ (см. рис. 6.6) через авто-
матический выключатель SF3 получает питание от трехфазной
сети переменного тока напряжением 220 В. Сеть обеспечена
трехфазным понижающим трансформатором напряжением 380/
220 В, входящим в комплект электрооборудования бурового
станка. Выпрямленное напряжение на выходе БВ через ревер-
сивные контакторы КМ1 и КМ2 и реле обрыва поля К2 подается
на выходные зажимы возбудителя, а затем к обмотке возбужде-
ния двигателя. Тиристорный возбудитель обеспечивает стабили-
зацию тока в условиях изменения сопротивления обмотки воз-
будителя вследствие влияния температурных факторов, осуще-
ствляет ослабление тока возбуждения двигателя с целью
значительного повышения его частоты вращения сверх номи-
нального значения.
Ослабление тока возбуждения выполняется с помощью пере-
ключателя В1-2П, размещенного на пульте управления в каби-
не бурового станка, и реле /<5, установленного в тиристорном
шкафу управления. Реле КЗ, включенное на выходе блока БТЯ,
своим нормально открытым контактом в цепи катушки реле
К5 разрешает ослабление поля только при условии максималь-
ного напряжения на выходе блока БТЯ- Замыкание контакта К5,
подключенного к зажимам (17), (19) блока БВ, обеспечивает
уменьшение напряжения на выходе’ БВ и ослабление поля.
Изменение полярности напряжения, подаваемого от БВ к
обмотке возбуждения, осуществляется с помощью переключа-
теля В5-ЗП. Номинальное значение тока в обмотке возбужде-
ния обеспечивается при включении переключателя В5-ЗП в по-
ложение «Вперед». При этом включается блокировочное реле
К4 (при замкнутых блок-контактах автоматических выключа-
телей SF2 и SF3). и реверсивный контактор КМ1.
Установкой переключателя В5-ЗП в нулевое положение от-
140
ключается реле К.4, которое своим контактом в цепи (5)—68—
69—(19) снимет импульсы в цепях управления тиристорами
блока БВ. Размыкание другого контакта реле К4 в цепи а9—
126—125—аб снимет задающий сигнал в системе управления
(БСУ) привода вращателя и понизит напряжение тиристорного
преобразователя цепи якоря до минимального уровня.
Контактор КМ1 не отключается до тех пор, пока ток в цепи
возбуждения не достигнет минимального значения, при котором
отключится реле обрыва поля К2 и своим контактом в цепи
А2-93 не разомкнет цепь катушки реле КМ1. Если переключа-
тель В5-ЗП установлен в положение «Назад», то включаются
контактор КМ2 и реле К4, деблокируется тиристорный возбу-
дитель и устанавливается ток в цепи возбуждения. Цепь задаю-
щего сигнала управления тиристорного преобразователя при
этом замкнется. Значения напряжения и тока возбуждения конт-
ролируются вольтметром PV2 и амперметром РА2, расположен-
ными на двери шкафа.
С помощью световой сигнализации проверяются наличие в
шкафу питающего' напряжения (лампа HL1); включение тири-
сторного преобразователя (лампа HL2)-, подача питания к сис-
темам управления и регулирования (лампа HL3), к тиристор-
ному блоку возбуждения БВ (лампа HL4)\ исправность систе-
мы регулирования либо срабатывание токовой защиты (лампа
HL5).
Автоматическое снижение усилия подачи при перегрузке при-
вода вращателя обеспечивается включением цепи, состоящей
из трансформатора управления TV4, выпрямительного моста на
диодах VD13—D16, делителя, состоящего из элементов R27,
VD21, R28, СЮ.
В приводе подачи станка СБШ-250-55 к преобразователю
подключаются два последовательно соединенных электродвига-
теля лебедок подачи (подъема.) бурового става.
Система управления и регулирования тиристорного преоб-
разователя якоря (БСУ) (рис. 6.7) выполнена на основе блока
типа БРГ-3. БСУ состоит из следующих ячеек: задатчика интен-
сивности (ЯЗИ), ячейки линейных регуляторов (ЯЛР), ячейки
управляющего органа (ЯУО), ячейки гальванической развязки
(ЯГР), ячеек системы управления (ЯСУ1—ЯСУЗ), ячейки
преобразователя напряжения (ЯПИ)', ячейки стабилизаторов
(ЯС), ячейки фильтров (ЯФ), ячейки диагностирования (ЯД),
панели формирования импульсов (ПФИ).
Ячейка ЯЗИ обеспечивает необходимый темп изменения
задающего сигнала от переключателя ВЗ-2П (см. рис. 6.6),
который зат,ем поступает в ячейку ЯЛР, обеспечивающую тре-
буемую форму статической и динамической характеристик
привода вращателя. Операционный усилитель А1 в ячейке
ЯЛР выполняет функцию регулятора напряжения, а усилитель
А2 — регулятора тока. С помощью цепи со стабилитронами
VD3 и VD4, резисторами R27, R32, R35 обеспечивается ограни-
141
Рис. 6.7. Схема блока системы управления и регулирования типа БРГ-3
чение напряжения на выходе регулятора напряжения на требуе-
мом уровне и тем самым определяется ток отсечки привода.
Сигнал обратной связи по напряжению подается от делителя
R7—R10 через разъем XI (Cl, СЗ) БСУ ячейки ЯГР к цепи ре-
зисторов R11—R15, R23 операционного усилителя А1 ячейки
ЯЛР, выполняющего функцию пропорционального регулятора
напряжения двухконтурной системы регулирования (см.
рис. 6.7). Пропорционально-интегральный регулятор тока этой
системы, выполненный на операционном усилителе А2, полу-
чает сигнал от регулятора напряжения по цепи резисторов
R37—R41, R53, а от Датчика . тока (трансформаторов тока
ТА1—ТАЗ, см. рис. 6.6) — через разъемы XI (аЗ) БСУ и Х7
142
(5) ЯЛР. Резисторы R27—R33 определяют значение стопорного
тока привода вращателя.
Согласование выхода регулятора тока с системой фазово-
импульсного управления осуществляется с помощью ячейки
ЯУО, позволяющей ограничить изменение углов управления
тиристоров в требуемых пределах. Ячейки ЯСУ1—ЯСУЗ обеспе-
чивают формирование управляющих импульсов, их синхрониза-
цию, фазовое изменение угла управляющих импульсов в зави-
симости от поступающего от ячеек ЯЛР и ЯУО сигнала. Ячейки
ЯПН и ЯС обеспечивают стабилизированным питанием ( + 15В,
—15 В, +5 В) все остальные узлы Б СУ.
Ячейка ЯФ содержит активные фильтры для исключения
влияния помех в питающей сети на работу ячеек ЯСУ и тири-
сторного преобразователя в целом. Ячейка ЯД осуществляет
143
Рис. 6.8. Блок управления БРГ-3:
1 — ячейки; 2 — панель ПФИ; 5,—разъем внешних
подключений (Xi, Х2)
проверку исправности ячеек
БСУ. Конструктивно БСУ
оформлена в виде кассеты с
размещенными в ней ячейками
(рис. 6.8). На лицевые панели
некоторых из них вынесены
гнезда для контрольных заме-
ров, предусмотрены отверстия
для доступа с целью подстрой-
ки регулируемых сопротивле-
ний. Ячейки с использованием
специальных винтов фиксиру-
ются в кассете, чтобы при ра-
боте бурового станка не про-
исходило самопроизвольного
их выдвижения. С задней сто-
роны блока крепятся панель
ПФИ и разъемы внешних под-
ключений XI и Х2.
Управляющие импульсы
после панели ПФИ подаются
к блокам импульсных трансформаторов (БИТ1-А1— БИТ6-А1)
силового блока нереверсивного мостового тиристорного преобра-
зователя (рис. 6.9, а). С выхода блоков БИТ1-А1 — БИТ6-А1
усиленные импульсы поступают к управляющим электродам ти-
ристоров.
Каждый из тиристоров преобразователя шунтируется RC-
цепью, ограничивающей коммутационные перенапряжения в до-
пустимых пределах. Измерения в различных точках тиристор-
ного моста выполняются с использованием контрольных гнезд
XS1—XS15.
Схема блока импульсного трансформатора БИТ представ-
лена на рис. 6.9, б. Напряжение в форме импульса подается от
ПФИ БСУ (см. рис. 6.7) к зажимам. / и 2 (см. рис. 6.9,6).
Импульсный трансформатор Т, выполненный на ферритовом
сердечнике, обеспечивает гальваническую развязку цепей управ-
ления тиристорами, согласование по напряжению выхода
ПФИ и входа на управляющие электроды при обеспечении
требуемой формы импульсов. Светодиод VD4 сигнализирует о
наличии импульсов на управляющем электроде тиристоров.
Блок возбуждения (БВ) (рис. 6.10) состоит из силовой части,
выполненной на оптронных тиристорах, и системы управления
возбудителем (СУВ). Силовая часть БВ с помощью перемычек
может быть собрана по трехфазным нулевой или мостовой несим-
метричной схеме (рис. 6.11) выпрямления. В первом случае
максимальное значение выпрямленного напряжения на выходе
равно 120 В, во втором — 250 В. При разомкнутых контактах
реле К4 и К5 обеспечиваются номинальные значения напряже-
ния на зажимах / и 3 блока БВ и тока в обмотке возбуждения
144
a XSf C1-A1 Kf-Af XS2 СЧ Rtf XSfO
Рис. 6.9. Схемы цепей тиристорного преобразователя комплектного устройства
УКБС: .
а — цепи силового блока; б — цепи блока импульсного трансформатора
двигателя привода вращателя. С помощью резистора R2 (см.
рис. 6.10) осуществляется регулировка тока возбуждения. При
замыкании нормально открытого контакта реле К 5 происходит
уменьшение напряжения на зажимах 1 и 3 блока БВ и ослаб-
ление потока двигателя вращателя, регулировка уровня которого
145
10— 2509
К обмотке Возбужде-
ния двигателя
Рис. 6.10. Схема блока возбуждения комплектного устройства УКБС
Рис. 6.11. Схема силовой части блока возбуждения, собранного по трехфазной
мостовой несимметричной схеме выпрямления комплектного устройства УКБС
выполняется резистором (см. рис. 6.10). Снятие напряже-
ния с выхода блока БВ происходит при замыкании контакта
К4. В этом режиме управляющие импульсы к светодиодам
оптронных тиристоров силовой части блока БВ не поступают.
Это необходимо при реверсировании тока в обмотке возбужде-
ния двигателя.
Тиристорные возбудители применяются на буровых станках
зарубежных фирм с электроприводами по системе Г—Д с ТВ.
Прежде всего это однофазные тиристорные возбудители фирмы
«Дженерал электрик» (США).
Силовая цепь тиристорного возбудителя может обеспечивать
реверсирование тока в одной обмотке возбуждения генератора
146
либо включение двух отдельных его обмоток возбуждения (ОВ1,
ОВ2) через тиристоры прямого и обратного направления тока-
возбуждения KS6 и P'S# (рис. 6.12), что приводит к изменению
полярности напряжения в цепи якоря генератора. В последнем
случае для ослабления влияния электромагнитной связи в пере-
ходных ' режимах и в условиях переключений тиристоров па-
раллельно обмоткам возбуждения генератора включаются ком-
мутирующие диоды VD5, VD7. Управление тиристорами IAS6 и
l/S<? осуществляется с помощью системы СУТ, которая может
быть выполнена на полупроводниковых или магнитных компо-
нентах (амплистатах).
Амплистат представляет собой магнитный усилитель, индук-
тивное сопротивление которого при насыщении магнитопровода
уменьшается. При этом почти все напряжение питания ампли-
стата прикладывается к нагрузке. Изменяя ток в обмотке уп-
равления, можно изменить момент насыщения в проводящий
полупериод Синусоиды приложенного к амплистату питающего
напряжения. В зависимости от направления тока в обмотке
управления создаваемая им намагничивающая сила будет
складываться или вычитаться с намагничивающей силой, кото-
рая обусловливает ток в главной цепи. Амплистат имеет не-
сколько обмоток управления. Фазовый сдвиг момента насыще-
ния будет зависеть от суммы ампер-витков всех обмоток.
Каждый из двух тиристоров обмоток возбуждения (см. рис. 6.12)
имеет свой амплистат. Стабилитрон формирует полуволну пря-
моугольного вида в проводящий период времени. Предусмот-
рена цепь- смещения для перевода амплистата в отрицательную
зону управления.
Формирование требуемой внешней характеристики привода
обеспечивается подачей на соответствующие обмотки ампли-
стата задающего сигнала, а также обратными связями по напря-
жению и току (см. рис. 4.1).
Для защиты тиристоров от коммутационных перенапряже-
ний используются фильтры, состоящие из последовательно вклю-
ченных резисторов и конденсаторов. Для предотвращения на-
водки в цепи обратных связей пульсаций такие цепи включаются
также параллельно каждой обмотке возбуждения генератора.
Рис. 6.12. Схема
силовой части
тиристорного
возбудителя с
раздельным пи-
танием обмоток
возбуждения ге-
нератора
' 147
Силовая часть в шкафах управления буровых станков разме-
щается отдельно от источников питания и узлов подстройки в
цепях задания, смещения и обратных связей.
6.3. Комплектные устройства управления
Комплектные устройства буровых станков представляют собой
набор шкафов и пультов с содержащейся в них необходимой
аппаратурой и приборами управления, регулирования, контроля
и сигнализации.
На первых буровых станках 2СБШ-200 применялись комп-
лектные устройства, предназначенные для станков БСШ-2М
и поэтому подвергавшиеся переделке. В дальнейшем станки
2СБШ-200 оснащались комплектными устройствами специально
для этих станков.
В состав комплекта входят щит управления типа ПСХ9053-
43A3; станции управления типа ПСХ9052-53АЗ, ПСХ5081-ЗЗМ1,
ПСХ5082-23М1, ПСХ5083-ЗЗМ1, ПСХ5084-ЗЗМ1, ПСХ9103-53М1,
пульт управления типа ПСХ9104-00М2; переносной пульт управ-
ления механизма хода.
Комплектное устройство управления для станка 2СБШ-
200-40 (2СБШ-200Н) состоит из четырех шкафов и двух пультов
управления.
Шкаф управления ШГС 3402-63А4 обеспечивает управле-
ние приводом вращателя. В нем размещены аппаратура цепей
управления, система питания нагревателей масла и приводов
вентиляторов.
Шкаф управления ШГС 3401-34А2 содержит силовые эле-
менты привода вращателя — магнитные усилители и выпрями-
тели с системой их охлаждения, цепи освещения и блокировки.
Силовые выпрямители конструктивно выполнены в виде само-
стоятельного блока типа БВХ-0008.
Шкаф управления ШГС 9008-53А1 служит для управления
пневмосистемой, приводом хода, вентиляционно-калориферной
системой, освещением, обеспечивает работу системы контроля
параметров рабочего органа.
В шкафу управления ШГС 5905-13А1 размещена коммута-
ционная аппаратура электроприводов маслонасосов, системы
автоматического перехвата, электропривода лебедки, системы
пылеулавливания.
В пультах управления ШГС 9407-00А1 и ШГС 9402-00А1
находится аппаратура управления системами бурового станка.
Шкафы управления ШГС 9008-53А1, ШГС 3402-63А4, ШГС
3401-34А2 и ШГС 5905-13А1 расположены в машинном отде-
лении бурового станка, а пульты управления ШГС 9401-00А1
и ШГС 9402-001А1 — в его кабине.
Устройство управления станка СБШ-250МН включает в себя
тиристорный агрегат ТЕЗ, шкаф управления, пульт управления
бурением, выносной пульт управления гусеничным ходом.
148
Для управления освещением, используется щиток, расположен-
ный на боковой стенке шкафа управления.
Комплектные низковольтные устройства управления буро-
выми станками типа УКБС содержат защитную, коммутацион-
ную, регулирующую и сигнальную аппаратуру и приборы, обес-
печивающие работу всех приводов и. систем буровых станков
типа 2СБШ-200-40, ЗСБШ-200-60, СБШ-250-55.
' Тиристорный шкаф управления комплектного устройства
УКБС состоит из тиристорного преобразователя, статического
возбудителя, аппаратуры управления и защиты привода вра-
щателя.
В вводном шкафу размещена аппаратура для подачи1 напря-
жения и защиты сети питания бурового стайка, главный авто-
матический выключатель, имеющий электромагнитный дистан-
ционный привод включения и отключения с пульта управления,
реле контроля чередования фаз, автоматические выключатели
цепей управления и освещения.
В шкафу отопления находится аппаратура для управления и
защиты системы обогрева маслостанции и гидроблоков (станки
ЗСБШ-200-60 и. 2СБШ-200-40).
В шкафу освещения размещена аппаратура для коммута-
ции и защиты системы освещения станка.
Шкафы управления вспомогательными приводами и система-
ми предназначены для управления приводами компрессора и
хода; гидросистемой лебедки и др.
В шкафу автоматизации находятся блоки питания и авто-
матизации процесса бурения. Блок автоматизации имеет в
своем составе ячейки гальванической развязки, усилителей,
множительно-делительные. Выходной сигнал с блока обеспе-
чивает автоматическое регулирование подачи рабочего органа
в зависимости от загрузки привода вращателя и других фак-
торов.
Пульты управления содержат аппаратуру управления враща-
телем, маслонасосами, компрессором, встряхивателем, венти-
лятором пыли, гидропатроном, кассетой, вертлюгом, лебедкой,
измерительные приборы, кнопки звуковой сигнализации, сиг-
нальные лампы.
Шкафы и пульты управления УКБС выполнены на основе
использования унифицированных конструкций. Тиристорный и
вводный шкафы-, шкафы управления вспомогательными приво-
дами и системами имеют габаритные размеры 800X1600X
Х800 мм. Исполнение шкафов напольное, с двусторонним до-
ступом. Шкафы освещения и отопления — навесного исполнения.
Устройство управления бурового станка М-4 фирмы «Мари-
он». Аппаратура управления, защиты, контроля и сигнализации
размещена в шкафах сварного типа. В кузове станка М-4 уста-
новлены два шкафа, один из которых содержит аппаратуру пе-
ременного тока, а другой — в основном аппаратуру постоянного
тока. Размер шкафов 800X1900X400 мм. Аппаратура управ-
149
ления электрогидравлическими клапанами домкратов установки
станка в горизонтальное положение, системами обогрева, осве-
щения, управления приводом кабельного барабана и другими
устройствами установлена в нескольких шкафах небольшого
размера, расположенных в кузове. Главный пульт управления и
пульт управления механизмом хода размещены^ кабине станка.
Для дистанционного управления механизмом хода имеется
выносной пульт. Еще один выноской пульт, состоящий из трех
кнопок, обеспечивает управление с земли реверсивным приво-
дом кабельного барабана.
На буровом станке 55R аппаратура управления и защиты
сконцентрирована в шкафах, размещенных в ряд в машинном
отделении с общими габаритными размерами приблизительно
3500X1900X700 мм. Шкафы имеют односторон-
нее обслуживание. Сходны по исполнению и шкафы станка
RR-12E.
Пульты управления станков RR-12E и 55R выполнены в виде
стола с вертикальной стенкой и горизонтальной полкой, что
позволяет управлять станком сидя в кресле.
7. НАЛАДКА И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
7.1. Наладка приводов и систем
Наладка — регулировка отдельных элементов электрооборудо-
вания, приводов н систем в целом с целью обеспечения требуе-
мых характеристик. Первый этап наладки — после изготовления
или ремонта станка, второй — после сборки бурового станка на
карьере перед вводом его в работу.
Проверка и наладка производятся в следующем порядке:
1) внешний осмотр электрооборудования и проверка элект-
рических цепей на соответствие технической документации;
2) замер сопротивления изоляции;
3) проверка и при необходимости наладка нерегулируемых
приводов переменного тока;
4) проверка и наладка регулируемых приводов;
5) проверка и при необходимости наладка систем (автома-
тического перехвата, пылеочистки, автоматического управления
процессом бурения и др.).
При наладке необходимо соблюдать заводские инструкции и
действующие правила техники безопасности. В частности, при
опробовании работы схем не рекомендуется ставить какие-либо
перемычки, не предусмотренные инструкцией по наладке. Во
время наладочных работ не допускается присутствие на буро-
вом станке лиц, не входящих в наладочную бригаду. Раз-
решается присутствие контролирующих лиц (с уведомлением
старшего в бригаде).
150
Необходимо помнить, что во время работы преобразователь-
ного агрегата, даже при отключенных обмотках возбуждения
двигателей постоянного тока, существует опасность работы
соответствующих механизмов.
При появлении неисправностей в налаженном приводе или
полностью налаженном буровом станке отыскание этой неисправ-
ности производится поэтапно в соответствии с разделом инст-
рукции, к которому относится обнаруженная неисправность.
Цель внешнего осмотра электрооборудования и проверки
электрических цепей на соответствие технической документа-,
ции — установить отсутствие внешних нарушений монтажа, эле-
ментов и узлов электрооборудования. При этом по внешним
признакам отмечаются компоненты и участки монтажа, подлежа-
щие замене. Проверяется соответствие электрических цепей,
аппаратуры, двигателей и другого электрооборудования
технической документации. Убираются защитные покрытия, про-
кладки и крепежные детали, которые устанавливаются на заво-
де-изготовителе для защиты подвижных частей аппаратов,
коллекторов электродвигателей и т. д. Контролируется наличие
пломб на электроизмерительных приборах. Обращается внима-
ние на соответствие технической документации типа и сечений
проводов и кабелей, их маркировки, трассировки и крепления.
Проверяется отсутствие заеданий при перемещении от руки под-
вижных частей аппаратов и характер замыкания их контактов.
Производится контроль качества электрических соединений
(затяжка клеммных соединений, состояние пайки), наличия
заземления электрооборудования и качества его выполнения.
Замер сопротивления изоляции производится с целью про-
верки соответствия уровня' изоляции в системе электрообору-
дования допустимым нормам. При проверке сопротивления
изоляции с использованием мегомметров следует отсоединить
те цепи, где повышенное напряжение, развиваемое им, может
привести к повреждению элементов (диодов, тиристоров, кон-
денсаторов и др.). В частности, необходимо разъединить штеп-
сельные разъемы блока системы управления и регулирования в
тиристорном шкафу.
Перед проверкой и наладкой электроприводов необходимо
подключить питающий кабель — сначала к вводной коробке,
а затем — к подключательному пункту. При этом кабель должен
быть достаточного сечения (см. разд. 5). Перед включением
напряжения на буровом станке должна быть произведена про-
верка исправности механизмов, наличия ограждений, правиль-
ной намотки каната в лебедке, коммутации гидросистемы. Ру-
коятки на пультах управления должны быть в нейтральном по-
ложении, рукоятки и кнопки автоматических автоматов — в
положении, соответствующем их отключенному состоянию.
Проверка и наладка электрических аппаратов ведется в соот-
ветствии с требованиями, определяемыми технической докумен-
тацией на электрооборудование бурового станка, инструкцией
151
по эксплуатации на конкретный тип аппарата. При этом особое
внимание должно быть уделено контролю и установке зазоров,
усилий нажатия силовых контактов и блок-контактов, площади
прилегания контактов, легкости хода подвижных систем ап-
паратов. При подаче напряжения на буровой станок прове-
ряется правильность чередования фаз.
После подачи питающего напряжения на буровой станок сле-
дует проверить правильность функционирования предусмот-
ренных технической документацией блокировок (реверсивной
и других), аппаратуры управления и сигнализации. Эту про-
верку лучше всего делать при отключении (на первом этапе)
силовой цепи, питания электродвигателей. При этом соответ-
ствующими кнопками и переключателями включаются аппараты
и электромагниты гидро- и пневмораспределителей. Отсутствие
дребезжания, повышенного нагрева и излишнего искрения в
цепях управления сигнализирует об исправной работе электро-
магнитных систем аппаратуры. На. втором этапе проверки, после
включения силовой цепи питания электродвигателей, путем крат-
ковременного включения (1—2 с) устанавливается правиль-
ность направления вращения приводных электродвигателей,
выбора уставки по максимальному току аппаратов защиты
(автоматических выключателей, реле тока).
Затем производится включение двигателей на более дли-
тельный режим работы с целью окончательной проверки пра-
вильности работы электроприводов и механизмов в целом.
Следует убедиться в отсутствии излишних шумов при работе
электродвигателей, чрезмерной вибрации и нагрева его корпуса.
Проверка и наладка электроприводов постоянного тока в
сильной степени определяются конкретными их схемным" и кон-
структивным исполнениями. Соответствующие особенности
проверки и наладки -различных вариантов электропривода по-
стоянного тока будут рассмотрены ниже.
Здесь же мы остановимся на некоторых 'общих принципах.
Необходимо убедиться в исправном состоянии аппаратуры управ-
ления, контроля и защиты, тиристоров, выпрямителей, а также
проверить соответствие регулируемых параметров элементов
привода’ (уставок резисторов, реле времени) данным, указан-
ным в технической документации.
Перед наладкой очищают машину постоянного тока от
грязи и пыли, снимают защитный кожух (со стороны коллек-
тора), прокладки, защищающие вентиляционные отверстия
во время транспортировки, и обдувают сжатым воздухом кол-
лектор так, чтобы пыль не попала во внутренние части.
Особое внимание следует уделить коллектору. Поверхность
коллектора должна быть чистой. Необходимо, чтобы между
коллекторными пластинами не было пыли, грязи и они не имели
заусенцев и острых кромок, нагара и темных участков. Поверх-
ность щеток, прилегающая-к коллектору, должна быть зеркаль-
ной, чтобы они свободно входили в гнезда. Проверка установки
152
щеток в нейтральное положение осуществляется по заводской
метке.
В процессе проверки привода под напряжением устанавли-
вается правильность направления вращения электрических
машин, контролируется искрение щеточных узлов.
Наладка тиристорного агрегата ТЕЗ в составе электропривода
вращателя бурового станка СБШ-250МН производится следую-
щим образом.
1. После общей проверки и контроля фазировки питающей
сети включаются автоматические выключатели управления и
возбуждения. Производятся проверка и настройка работы ре-
лейно-контакторной аппаратуры, системы управления и силовой
части тиристорного возбудителя в соответствии с данными, при-
водимыми в инструкции по эксплуатации агрегата ТЕЗ. Откло-
нения параметров не должны превышать 10%. Проверкой сило-
вого блока возбудителя контролируется наличие импульсов на
управляющих электродах тиристоров в том случае, если выход-
ное напряжение возбудителя при нормированных значениях
задающего сигналу отличается от величин, указанных в техни-
ческой документации. Контроль формы и сдвига по фазе управ-
ляющих импульсов осуществляется с помощью электронного
осциллографа, при использовании которого следует помнить,
что его корпус находится под напряжением.
2. Для наладки тиристорного преобразователя после его об-
щей проверки, отключения якоря двигателя вращателя, цепи
обратной связи по напряжению (частоте вращения двигателя)
и замыкания выхода преобразователя на нагрузочное сопро-
тивление 50—100 Ом (ток 10—5 А) подается напряжение к
силовому блоку. Проверяются наличие и полярность управляю-
щих импульсов в контрольных точках силового блока (должно
быть по два управляющих импульса, сдвинутых относительно
друг друга на 60 эл. градусов). При увеличении задающего
сигнала происходит их сдвиг в сторону, соответствующую режи-
му выпрямления. При необходимости подстраивается фаза
управляющих импульсов в соответствии с инструкцией. Устанав-
ливается правильность (полярность) обратной связи по напря-
жению, и производится ее включение.
Изменением задающего сигнала от нуля, до максимального
значения контролируется работа преобразователя. Наибольшее
значение напряжения на выходе преобразователя должно соот-
ветствовать технической документации (около 440 В).
3. Контролируется совместная работа преобразователя и воз-
будителя, всего комплекта управляющей и сигнальной аппара-
туры. Проверяется работа агрегата в режиме реверсирования
тока в обмотке возбуждения двигателя вращателя.
4. Преобразователь подключается к обмотке якоря электро-
двигателя вращателя. При разомкнутой цепи питания обмотки
возбуждения производятся проверка и подстройка стопорного
значения тока регулировкой в цепи обратной связи по току.
153
5. Опробуется работа привода вращателя при питании его
двигателя от агрегата ТЕЗ. Окончательно выставляются мак-
симальное значения напряжения преобразователя и частоты
вращения электродвигателя (с подстройкой по контуру тиристор-
ного возбудителя).
Наладка тиристорного электропривода по системе ТП—Д бу-
ровых станков с устройством УКБС повторяет изложенные выше
операции, но в то же время имеет особенности, обусловленные
схемотехническими и конструктивными решениями данного
устройства. Проверка и наладка тиристорного электропривода
с преобразователями и возбудителями устройства УКБС произ-
водятся в следующем порядке.
1. После общей проверки подается трехфазное напряжение
380 В и 220 В соответственно на входы главного автоматичес-
кого выключателя QF1 и SF3 (см. рис. 6.6). Устанавливаются
перемычки для питания катушки нулевого напряжения выключа-
теля QF1, к блоку БРГ-3 подключается панель диагностирования,
и контролируется правильность фазировки сети.
2. Проверяются функционирование тиристорного преобра-
зователя и его наладка. Для этого подается питание на блок
БСУ и с помощью панели диагностирования осуществляется
контроль наличия и уровня напряжений согласно таблице на
двери тиристорного шкафа управления. Проверяется правиль-
ность функционирования системы БСУ (выход ячейки ЯСУ) —
должны светиться светодиоды «Выход ЯСУ», не должны —
светодиоды «Авария ЯСУ» и «Авария ПФИ» ячейки диагности-
рования ЯД блока БСУ, должны светиться светодиоды на блоках
импульсных трансформаторов. С помощью осциллографа про-
веряется соответствие полярности и формы управляющих им-
пульсов тиристоров технической документации. После этого
производится настройка фильтра ячейки ЯФ блока БСУ и про-
верка правильности положения управляющих импульсов отно-
сительно питающего напряжения для всех тиристоров.
Следующий этап наладки — выставление ограничений по углу
перемещения управляющих импульсов и их равномерного (сим-
метричного) взаимного расположения. С этой целью осциллогра-
фом контролируется положение управляющего импульса (пер-
вого слева из двух видимых на экране осциллографа) относи-
тельно кривой пилообразного напряжения. Картина на экране
осциллографа (рис. 7.1), полученная при подключении его к
контрольным гнездам одной из ячеек ЯСУ (см. рис. 6.7), по-
казывает, что с изменением угла регулирования а изменяется
положение управляющего импульса относительно пилообраз-
ного напряжения 4. При данном замере автоматический вы-
ключатель QF1 (см. рис, 6.6) преобразователя должен быть
отключен.
С. помощью резистора R19 ячейки ЯУО (см. рис. 6.7) импульс
выходного напряжения системы управления сдвигается в началь-
ное положение «пилы» (см. рис. 7.1, кривая 4), что соответст-
154
Рис. 7.1. Диаграмма напряжений на
выходе системы управления тиристо-
рами блока БРГЗ:
/ — управляющий импульс при угле регулирова-
ния ой =a[njn==20° ; 2 — то же, при a2 —ао =
= 100°; 3 — то же, при ал = атах = 150°; 4 - пи-
лообразное напряжение
KZ ХЧ[ЯС9))
Х5(ЯС!И-гЯЕМ)
R1
КЗ ХЛЯСЦ2)
R9 ХЖЯСУЗ]
К осциллографу
Ри.{. 7.2. Схема контроля симметрии
управляющих импульсов при наладке
тиристорного преобразователя устрой-
ства УКБС
вует максимальному открытию тиристоров преобразователя и
максимальному напряжению на его выходе.
С использованием схемы наложения импульсов (рис. 7.2)
контролируется взаимное расположение управляющих импуль-
сов на выходе всех трех каналов ЯСУ1—ЯСУЗ одновременно.
С помощью резисторов, расположенных в ячейке ЯФ БСУ
(см. рис. 6.7), обеспечивается равномерное распределение им-
пульсов. •
В схеме (см. рис. 7.2) рекомендуется принимать /?/ = 25 кОм,
a R2 — R3 — R4 = 500 кОм. После этого устанавливается <х =
— °cmin—20° (см. рис. 7.1) с помощью резистора R27 ячейки
ЯУО БСУ (см. рис. 6.7). Затем резистором R19 ячейки ЯУО
БСУ импульс перемещается в конец кривой пилообразного на-
пряжения и повторяется процедура выравнивания распределения
импульсов с помощью резистора R9 в ячейках ЯСУ1—ЯСУЗ
блока БСУ. Используя резисторы R25 и R19 ячейки ЯУО, уста-
навливают положения импульсов на углы a3 = amax = 150° ' и
а2 = ао=1ОО°. (см. рис. 7.1) соответственно. Обеспечивается
ограничение по максимальному углу 'открывания тиристоров
в режиме инвертирования преобразователя и оптимальное на-
пряжение на выходе преобразователя в нейтральном положении
задающего аппарата системы управления привода вращателя
или подачи бурового станка.
При указанных операциях наладки, ячейка ЯЛР БСУ (см.
рис. 6.7) вынута из гнезда блока. Производится контроль пре-
образователя с подключением его выхода на сопротивление
10—50 Ом. С помощью резистора R19 ячейки ЯУО проверяется
функционирование преобразователя и устанавливается его на-
пряжение, близкое к нулевому значению, а с помощью резисто-
ра R27 ячейки ЯУО — его максимальное значение, равное 480 В.
Темп нарастания напряжения на выходе преобразователя при
пуске Двигателя устанавливается с помощью резисторов R6 и
R24 ячейки ЯЗИ БСУ. С использованием резисторов R1—R5
этой ячейки устанавливается напряжение на выходе ячейки,
равное 10 В.
155
"Следующая операция наладки — регулировка действия об- 1
ратных связей по напряжению и току в приводе, что достигается я
соответствующей настройкой регуляторов напряжения и тока, их |
входных и выходных цепей, размещенных в ячейке ЯЛР 1
БСУ. Контроль нужных значений на выходе регуляторов обес- j
печивается с помощью панели диагностирования. На первом
этапе убираются обратные связи по напряжению и току, а за-
тем последовательным подключением проверяется правиль-
ность их действия. Процедура наладки стопорного тока и внеш-
ней характеристики выполняется с подключением двигателя.
3. Блок возбуждения налаживается в следующем порядке.
Между клеммами 84 и N, 87 и 85 устанавливаются перемычки
(см. рис. 6.6). На выход возбудителя подключается нагрузоч-
ное сопротивление 5—6 Ом, и после установки временной пере-
мычки между клеммами А2-94 включается автоматический вы-
ключатель SF3. Резистором R2 (см. рис. 6.10) ячейки БВ (при
включении реле К4) проверяется возможность регулирования
возбудителя, а резистором R3 (при включенном реле К5) — воз- j
можность уменьшения тока возбуждения. После выполненной
проверки производятся восстановление схемы возбуждения и |
окончательная настройка параметров возбуждения в соответ- :
ствии с данными, приведенными в технической документации.
7.2. Особенности технического обслуживания
электрооборудования буровых станков
В процессе эксплуатации буровых станков происходит изнаши- 1
вание элементов и узлов электрооборудования, изменяется наст- i
ройка электроприводов и в случае отсутствия надлежащего .
надзора возникает опасность выхода их из строя, создания ’
аварийных ситуаций. Для надежной работы электрооборудова-
ния с устойчивым сохранением требуемых параметров помимо
первоначальной наладки требуется систематическое наблюдение,
своевременное и качественное выполнение работ по техническому
обслуживанию, предусмотренных инструкциями заводов-изго-
товителей, Правилами устройства электроустановок, Правила-
ми технической эксплуатации электроустановок потребителей.
Большую роль играет повторная наладка.
Техническое обслуживание статических преобразователей и
возбудителей, комплектных устройств управления заключается
в ежедневной и периодической проверке (периодичность опре-
деляется в заводской инструкции) силовых статических (ти-
ристоров и диодов) и конструктивных элементов систем управ-
ления (ячеек, блоков). При ежедневной проверке производится
внешний осмотр с целью визуального контроля за состоянием
крепежа. По сигнальным лампам, ячейкам и панелям диагно-
стирования, по встроенным в шкафы электроизмерительным
приборам и соответствующим таблицам проверки и диагности-
ке
рования контролируется исправность систем управления, тири-
сторных преобразователей и возбудителей.-
При периодической проверке в целях устранения скоплений
пыли и грязи, обнаружения чрезмерного нагрева деталей по из-
менению их цвета, обугливанию изоляции, запаху, коррозии ме-
таллических частей, изношенных, оборванных или ослабленных
соединений проводят осмотр.
При проверке преобразователей и возбудителей следует
учитывать наиболее частую причину их отказов в работе —
пробой тиристоров и диодов. Если есть сомнение в исправности
тиристора или диода, то омметром можно проверить сопротив-
ление между анодом и катодом после отключения его от цепи.
Тиристор должен име^ь сопротивление более 500 Ом в обоих
направлениях? Сопротивление между управляющим электродом
и катодом должно быть примерно 30—50 Ом. .Диод обычно
имеет малое сопротивление ’ в прямом направлении и почти
бесконечное — в обратном.
В процессе эксплуатации осуществляются ежедневные и пе-
риодические осмотры и профилактические работы в соответ-
ствии с инструкциями по эксплуатации заводов—изготовителей
буровых станков и комплектных устройств управления. При
периодических проверках они очищаются от пыли и грязи.
Контролируется качество контактных йоверхностей, состояние
монтажа, целостность заземления, степень затяжки контакт-
ных соединений и сопротивление изоляции.
Электрооборудование, предназначенное для использования в
климатических условиях, соответствующих районам Крайнего
Севера и зон, приравненных к ним, должно отвечать требова-
ниям соответствующих руководящих технических материалов
(РТМ). Электрооборудование, имеющее специальное исполнение
для использования в указанных условиях, имеет после обозна-
чения индекс ХЛ.
Низкая температура воздуха, доходящая до —60° С,— глав-
ный фактор, влияющий на работоспособность буровых станков
и их электрооборудования. При длительных стоянках на коллек-
торах электрических машин и контактах аппаратов образуется
иней, нарушающий электрический контакт и в некоторых случа-
ях приводящий к повреждению щеточного аппарата. Для
борьбы с инеем предусмотрены специальные подогреватели под
коллекторами генераторов, включаемые при остановке машин.
В этом случае црш перерывах в работе обмотки возбуждения
электродвигателей не включаются. Возможна очистка инея с
коллекторов путем .протирки их ветошью, смоченной в спирте.
Электрические машины, аппараты станции и пультов испол-
нения ХЛ различаются применением специальных лаков и
изоляции, не растрескивающихся при низких температурах, спе-
циальной смазки и защиты от попадания внутрь снежной пыли.
Почти все марки кабельных изделий исполнения ХЛ изго-
тавливаются с изоляцией из'специальных сортов резины и пласт-
157
массы, так как изоляция, кабельных изделий для нормального
климата при низких температурах растрескивается и осыпается.
После пребывания бурового станка длительное время в нера-
бочем состоянии необходимо осмотреть коллекторы и при наличии
на них слоя льда или инея удалить его (например, путем протирки
коллекторов и щеткодержателей ветошью, смбченной в спирте).
Затем необходимо проверить, не заклиниваются ли щетки в обой-
мах щеткодержателей, и провернуть, если это возможно, якори
машин вручную. Необходимо проверить контакты аппаратов и при
наличии на них инея также протереть ветошью, смоченной в
спирте.
8. БУРОВОЙ СТАНОК КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ
8.1. Общая оценка управления процессом бурения
В результате работы бурового станка должны достигаться за-
данные значения производительности /7, себестоимости С, энер-
гоемкости Е и скорости v бурения. При этом буровой инстру-
мент изнашивается, а оборудование станка может оцениваться
надежностью его работы.
На результаты бурения наибольшее влияние оказывают три
параметра режима: частота вращения м бурового инструмен-
та, осевое усилие р на забой скважины, расход сжатого воз-
духа и воздушношодяной смеси </, подаваемых в скважину для
удаления буровой мелочи.
Для каждой горной породы с определенными физико-меха-
ническими свойствами, выражаемыми, например, коэффициентом
крепости f по М. М. Протодьяконову, существует режим работы,
при котором достигается наибольшая производительность либо
наименьшая себестоимость и т. д. Такой режим называется
оптимальным режимом бурения по принятому критерию, эффек-
тивности (критерию качества).
цПри бурении свойства горной породы на забое скважины
(условия бурения) меняются непрерывно случайным, образом.
Для поддержания оптимальных значений параметров режима
требуется непрерывное или дискретное- их регулирование,
поэтому в общем случае условия бурения — случайный про-
цесс.
Управление процессом бурения осуществляется ручными или
автоматическими системами и средствами управления. В усло-
виях случайного течения процесса ручное управление не всегда
дает нужные результаты, и для эффективного регулирования
параметров режима требуется применение автоматических си-
стем управления. Необходимы совершенные системы приводов
бурового снаряда для приведения бурового инструмента в опти-
мальное для данных условий бурения состояние.
Средства управления бурением можно классифицировать по
158
виду критерия эффективности. Наибольшее распространение в
разработках по управлению бурением получил критерий себе-
стоимости бурения. Этот критерий обычно используется в си-
стемах управления косвенным образом, так как вычисление его
в процессе бурения затруднительно. Применяются также крите-
рии постоянства мощности на вращение, постоянства скорости
подачи, осевого усилия и даже частоты вращения. Известны
разработки, в которых используются ручные методы контроля
и управления процессом бурения по вспомогательному матери-
алу в виде номограмм, таблиц, графиков, иногда встроенных
в обратные связи систем управления. В программных системах
заданы зависимости режимных и выходных параметров.^
Известны системы управления бурением с использованием
для регулирования параметров режима различных экстремаль-
ных характеристик объекта. Иногда эти характеристики форми-
руются искусственно.
[-Большое значение в системах имеют средства автоматиче-
ского ограничения крутящего момента, вибрации.
Для проектирования систем управления необходимо знание
основных закономерностей технологических процессов при буре-
нии, статических, динамических и др. свойств бурового станка
как объекта управления. Требуется предварительная оценка ре-
зультатов, которые могут быть достигнуты при применении
систем управления.
Оценить эффективность применения таких систем можно
по результатам технологических экспериментов, поставленных
в промышленных условиях, при попеременной работе станка в
ручном и автоматическом режимах. Более точная оценка может
быть проведена по статистическому материалу, накопленному в ре-
зультате бурения промышленных скважин. Суть такой оценки
состоит в определении разности между значениями критерия
эффективности при оптимальном или другом ведении процесса
бурения.Д
В качестве примера на рис. 8.1 показаны оптимальные тра-
ектории изменения значения критерия С (кривые ABD и A'B'D').
Любая из траекторий, отличающаяся от указанных кривых,
дает потери значения критерия качества.
Для рассмотрения порядка отклонения процесса бурения
от оптимального режима по отклонениям отдельных параметров
от оптимальных значений, устанавливаемых оператором перед
бурением на ручном управлении, Используют кривые распреде-
ления параметров (рис. 8.2). Для удобства принимают оценки
математических ожиданий каждого рассматриваемого парамет-
ра за их величины при бурении в оптимальном режиме.
Время течения бурового процесса в оптимальном режиме
определяют по интегральным функциям распределения F(y)
(в % от чистого времени бурения) в зоне отключений, равной
10%. [Исследования, проведенные для горных пород, например
магнетитовых руд (/ = 8-4-10), диоритов (/= 144-16), роговиков
159
Рис. 8.1. Зависимости критерия себе-
стоимости С от параметров режима
р, и> для различных условий бурения f
Рис. 8.2. Кривые распределения n,, F (v)
скорости бурения и
(/=16-4-18), показали, что даже при заранее известном усло-
вии — бурении монолитных блоков с достаточно однородной
породой — время нахождения бурового процесса в оптимальном
режиме ДЕ(п) не превышает 50%. Меньшие значения ДЕ(ц)
относятся к бурению неоднородных пород, большие — одно-
родных. Для обеспечения оптимальности бурового процесса пу-
тем увеличения времени ДЕ(п) необходимо вести непрерывное
регулирование параметров режима в соответствии с непре-
рывным изменением свойств разбуриваемой породы даже при
бурении кажущихся однородными пород.' Путем разовой ручной
установки или ручного регулирования параметров процесса
оптимальный режим обеспечивать непрерывно практически не-
возможно.
Отклонения выходного параметра за пределы оптимальной
зоны вызваны несколькими причинами. Основная из них при
стабильном режиме бурения — изменение свойств породы в. про-
цессе бурения. Если предположить, что свойства породы неиз-
160
менны, то действует фактор изменения режима бурения из-за
случайных отклонений входных параметров.
Приведенная выше оценка отклонений параметров режима
бурения от оптимального режима позволяет рассчитать ожи-
даемую эффективность современных средств управления буре-
нием. Совершенствование средств регулирования параметров
режима и переход на автоматическое управление процессом
бурения повышает производительность станков на 15—18%,
снижает себестоимость бурения на 10%, увеличивает срок служ-
бы (стойкость) бурового инструмента. Снижается аварийность
и повышается надежность работы буровых станков, улучша-
ются условия обслуживания механизмов станка и труда буриль-
ЩИКОВ-J
В связи с ростом темпов открытых разработок, увеличени-
ем мощности выемочного, погрузочного й транспортного обору-
дования широкое распространение получают средства автомати-
ческого управления.
В последнее время проблема управления бурением, в част-
ности автоматизация бурового процесса, связана с проблемой
создания буровой техники нового технического уровня, которую
характеризует наличие современных регулируемых приводов
(тиристорный привод вращательного органа, объемный гидро-
привод подачи и др.), средств контроля, средств защиты (от-
вибраций, зашламования и др.), дистанционных средств ручного
управления и систем автоматического управления процессом бу-
рения. За рубежом автоматизации бурения также уделяется
большое внимание, так как она снижает себестоимость бурения
при минимальных затратах времени и материальных средств
на текущее обслуживание и ремонт. Решающий фактор при
этом — повышение коэффициента использования бурового стан-
ка, так как стоимость системы автоматического управления
составляет менее 3% стоимости станка. [При бурении с авто-
матическим управлением достигаются более высокие и устой-
чивые скорости бурения, чем у самых опытных операторов при
ручном управлении станком. При прежней стойкости этого ин-
струмента увеличиваются его сроки службы либо скорости бу-
рения^Длительность стажировки начинающего оператора буро-
вого станка сокращается от двух недель до двух дней.Д
Управление бурением помимо регулирования параметров
режима включает в себя задачи, связанные с автоматическим
забуриванием и перебуриванием, форсированным, бурением,
управлением буровым ставом, горизонтированием станка, конт-
ролем параметров, записью и передачей информации сигнализа-
цией и дистанционным управлением объектом или группой
станков и др.
В США в основу систем автоматического управления буре-
нием положено использование полупроводниковых электронных
блоков и аналоговых выходных регистрирующих устройств,
регулирующих производительность станка и обеспечивающих
161
11-2509
связь между машинистом станка и персоналом, управляющим
горным производством. В последние годы проводятся также
разработки по программированному управлению группой буро-
вых станков.
8.2. Процессы бурения и их свойства
Буровой станок характеризуется входными и выходными пара-
метрами процесса бурения. Входные параметры, воздействую-
щие на станок, можно разделить на управляющие, возмущения
в системе и помехи. Выходным служит один из технологических
параметров или обобщенный показатель процесса (У). Выход-
ные переменные являются результатом комплексного воздейст-
вия регулируемых входных параметров. Внешние воздействия
на процесс бурения имеют вид случайных функций. Переменные
процесса являются, как правило, неотрицательными величинами.
Буровой станок состоит из систем вращения бурового сна-
ряда, подачи бурового инструмента на забой скважины и выноса
буровой мелочи из скважины на поверхность. Каждая из си-
стем потребляет энергию и преобразует ее из одного вида в
другой, совершая работу на забое.
Имея входной X(t) и выходной Y(t) процессы, можно рассчи-
тать функцию преобразования энергии У(Х). Если же известны
функция преобразования У(Х) и входной процесс, то можно
определить выходной процесс Y(t).
•Основные характеристики преобразованных случайных про-
цессов при бурении (табл. 8.1) позволяют решать вопросы про-
ектирования систем управления бурением и параметров бурового
оборудования. При известных функциях залегания горных по-
род на месторождении построенные по этим данным характери-
стики выходных статистических процессов дают возможность рас-
считать параметры приводов механизмов бурового оборудова-
ния. Учет статистических свойств процессов увеличивает точ-
ность расчета.
С помощью рассмотренных преобразований решается иден-
тификация входных процессов по выходным параметрам. Для
этого в процессе бурения замеряют один или несколько выбран-
ных выходных параметров (мощность Л/, скорость бурения v,
момент вращения М и др.) и с помощью необходимых устройств
производят математические вычисления по уравнению
ехр[-Ц^] (8-1)
и соответствующим исходным данным (см. табл. 8.1). По постро-
енным случайным процессам v(t), N(t), M(t) могут быть опре-
делены характеристики и свойства горных пород (крепость,
контактная прочность и др.), выявлены их статистические .функ-
ции распределения на. выбранном отрезке глубины залегания
162
оо
Исходные данные Характеристика функций распределения
или времени бурения. Оперативное определение таких характе-
ристик в процессе бурения важно для систем управления, по-
строенных по принципам идентификации горных пород, и для
оперативной информации о параметрах забоя. Статистические
методы позволяют использовать усредненные функции преобра-
зования входных сигналов, что важно для точности результата
оценки, так как эти функции преобразования обладают измен-
чивостью во времени.
Диапазон оптимальных значений параметров бурового про-
цесса довольно широк и составляет на станках шарошечного
бурения 2СБШ-200Н для осевого усилия 20—400 кН, а для
частоты вращения бурового инструмента 0,35—4,10 с-1. Значе-
ния мощности двигателя вращателя могут меняться в пределах
9—90 кВт, а крутящего момента — 10—65 кН-м.
Полученные результаты показывают необходимость регули-
рования параметров режима бурения. По ним можно опреде-
лить диапазон регулирования параметров режима бурения как
вручную, так и автоматической системой управления. Эти ре-
зультаты дают также сведения о необходимых энергетических
величинах приводов бурового станка. Для этой цели экспери-
ментальный материал подвергается статистической обработке.
Для определения, например, установочного значения мощности
можно использовать известное выражение
^К = Л/М^Н^7)"- (8-2)
где NCK, M(No), D(No) — соответственно среднеквадратическое
значение мощности, математическое ожидание и дисперсия
оптимального значения мощности.
Для шарошечного бурения скважин диаметром 214 мм по
породам крепостью / = 34-10 оптимальное значение установоч-
ной мощности двигателя вращателя составляет 60 кВт, крутя-
щего момента на буровом инструменте — 59 кН-м. Предельные
значения осевого усилия — 200 кН, частоты вращения — 2,3 с-1.
Ожидаемые скорость бурения — до. 14,4 мм/с, себестоимость,
бурения — 0,9-4-1,3 руб./м.
8.3. Статика бурового процесса и критерии
его эффективности
Основные закономерности преобразования энергии при бурении.
В процессе работы бурового инструмента на .забое происходит
преобразование поступающей извне энергии, которая затрачива-
ется на полезную работу и непроизводительные расходы. Энер-
гия преобразуется по каналам: осевое усилие — мощность по-
дачи (р— Np), частота вращения — мощность разбуривания
(со — ЛГШ) и расход сжатого воздух'а — мощность эвакуации буро-
вой мелочи (ср — N4). Эти три канала преобразования энергии
соответствуют системам приводов бурового станка, выполняю-.
164
щим основную работу по бурению: приводу подачи бурового
снаряда, приводу вращения бурового инструмента и приводу
системы удаления буровой мелочи из забоя скважины.
Основным параметром (рис.. 8.3), характеризующим систему
подачи бурового станка, является скорость и бурения, а систем
разбуривания и пневмотранспорта буровой мелочи — соответ-
ственно крутящий момент М и давление воздуха рв на забое
скважины.
Критерии качества бурового процесса. Целью бурения явля-
ется проходка наибольшего количества скважин при наимень-
шей затрате общественного труда. Эта цель может быть кон-
кретизирована введением критериев наибольшей производитель-
ности П бурового станка или наименьшей стоимости С единицы
продукции. Оба критерия представляют собой функционалы,
зависящие от скорости бурения, стойкости бурового инструмен-
та, энергоемкости процесса и других показателей, которые яв-
ляются функциями параметров режима бурения.
Первую группу составляют критерии, поддерживающие выб-
ранный параметр на постоянном уровне (постоянную скорость
v подачи бурового инструмента, крутящий момент М или мощ-
ность Af на буровом инструменте, величину осевого усилия р на
забой). Эти критерии позволяют бурить без поломок и возник-
новения аварийных ситуаций. В ряде случаев они обеспечивают
достаточно высокое значение экономических показателей.
Ко второй группе относятся критерии, поддерживающие
постоянными значения сочетания двух параметров и более,
например, постоянного значения произведения параметров ре-
жима бурения, постоянного значения углубления бурового ин-
струмента за один оборот его вращения (z = y/co, где у — ско-
рость бурения) и др.
Критерии первой и второй групп отличаются свойством не-
Рис. 8.3. Статические характеристи-
ки основных систем преобразования
энергии:
а — удельная мощность относительно усилия
на подачу долота . разбуривания поро-
v Р '
ды I— I и вынос буровой мелочи из сква-
х Р 7
(Ng\
жины I— I при постоянных значениях час-
тоты вращения и расхода сжатого воздуха
qtl б — то же, относительно частоты враще-
ния долота при постоянных значениях осе-
вого усилия pi и расхода сжатого воздуха
qr, в — то же, относительно расхода возду-
ха при постоянных значениях осевого усилия
pi и частоты вращения ш,----------зави-
симости, имеющие вспомогательное значение
определенности. Так, если использовать для управления режимом
бурения критерий рсо = const, то необходимо знать значение кон-
станты и задаться значением одного из параметров режима.
Только после этого можно регулировать другой параметр режи-
ма бурения.
Указанные недостатки привели к разработке комбинирован-
ных критериев качества процесса бурения. К ним можно отнести
критерий максимума скорости v бурения при постоянстве мощ-
ности WB, затрачиваемой на вращение бурового снаряда. Однако
и этот критерий обладает неопределенностью, так как неизвест-
но, какого значения должна достигать мощность AfB.
Свойство неопределенности отпадает при применении энерге-
тических критериев, к которым можно отнести, например, кри-
терий минимума удельного крутящего момента Му = М/р, ми-
нимума энергоемкости (удельной мощности) E=N/v и др.
Однако эта группа критериев не всегда отражает технико-эко-
номическую сторону процесса и в ряде случаев не может обес-
печить высокие экономические показатели бурения.
Этого недостатка лишены стоимостные критерии качества
(С-критерии). Однако они обладают другим недостатком — труд-
ностью оперативного использования.
Для оптимизации процесса бурения по С-критерию можно
использовать уравнение
с®=й> + лг>- <8'3>
Практически используют уравнение (8.3), развернутое по со-
ставляющим: ‘
с®'>=яЛ>+с-тйг+с-^)- <8-4)
В формулах (8.3), (8.4) Л\— суммарная затрачиваемая при
бурении мощность; Се — стоимость электроэнергии; Са — стои-
мость долота; L — стойкость долота; рср — средняя нагрузка
на долото; — коэффициент нагрузки на долото.
С-критерий тесно связан с энергетикой и отражает энерге-
тические характеристики процесса бурения, которые в основном
определяют положение точки минимума себестоимости в про-
странстве параметров режима бурения. С-критерий можно счи-
тать основным критерием эффективности. Из С-критерия вы-
текают, как следствие, энергетические критерии (если учитывать
только второй член уравнения (8.4), критерии износа долота
(третий член уравнения) и другие частные критерии качества,
применяемые на практике. Частные критерии, как правило, не
учитывают полностью все стороны оптимизации по С-критерию,
поэтому являются приближенными.
Ограничения области оптимального управления и непроизво-
дительные затраты энергии. В связи с тем что буровой станок
является многопараметрическим объектом, задача управления
1 об
им связана с непрерывными изменениями свойств и значитель-
ными ограничениями.
Прежде всего следует указать на конструктивные ограни-
чения. К ним относятся предельно возможные значения пара-
метров режима бурения крутящего мо-
мента Мв.^УИвп и мощности вращательно-подающего механизма
М>^Мвп, предельной суммарной мощности агрегатов станка
• При этом значение предельной нагрузки Рп на забой
определяется допустимыми значениями этой нагрузки по проч-
ности бурового инструмента и бурового снаряда, а также по
допустимым значениям нагрузки на буровой станок по условиям
его устойчивости в рабочем положении. Предельные значения
частоты (оп, крутящего момента 7ИВП и мощности NBn зависят от
конструкции и установленной мощности привода ротора, а зна-
чение qn — от конструктивных параметров пневмосистемы.
Первая группа ограничений представляет собой ограничения
с постоянным значением предельного уровня параметров и опре-
деляет базовую область управлений.
Вторая группа ограничений зависит от случайного изменения
свойств разбуриваемых пород, в результате чего такие пара-
метры, как крутящий момент Л4В, мощность Мв, меняются также
случайным образом. Эта группа ограничений дополнительно су-
жает область оптимального управления.
Третья группа ограничений учитывает механические колеба-
ния, приводящие к вибрациям отдельных узлов и объекта в
целом (рис. 8.4). Практическая область управления в плоскостях
параметров р, w, q режима бурения дрейфует случайным об-
Рис. 8.4. Области
управления и огра-
ничения в плоскос-
тях параметров ре-
жима бурения р, <о,
<7
167
разом в зависимости от свойств пород, которые разбуриваются
в данный момент, оставаясь в рамках базовой области управ-
ления, ограниченной линиями pmax, wmax, qmax. •
Учет ряда ограничений при использовании частных критериев
качества приводит к еще большему сужению области управле-
ний. Так, при управлении параметрами со и р по условию и>р =
=const область управлений представляет собой гиперболичес-
кую линию АВ или семейство таких линий в плоскости этих
параметров.
Непроизводительные затраты энергии при бурении вызваны
моментами трения в подшипниках опор двигателя вращателя,
редуктора, вертлюга, гиДропатрона, трением бурового става о
стенки скважины, упругими колебаниями снаряда, возникаю-
щими при перекатывании долота на забое скважины. Ограни-
чивают производительность бурения также вибрации бурового
станка, передающиеся от забоя через буровой снаряд.
С увеличением частоты вращения бурового снаряда потери
мощности в двигателе меняются по линейному закону, а в ре-
дукторе, вертлюге и гидропатроне — по параболическому. Сле-
довательно, момент сопротивления в подшипниках вала — вели-
чина постоянная, а моменты сопротивления в опорах валов ре-
дуктора Мр, вертлюга и гидропатрона Л4ВГ носят линейный ха-
рактер. Потери мощности на трение бурового става о стенки
скважины Л\ при отсутствии осевого усилия р(р = 0) изменяются
прямо пропорционально частоте вращения со и зависят от длины
Н этого става. Если р#=0, то непроизводительные затраты мощ-
ности на трение бурового снаряда б стенки скважины значи-
тельно увеличиваются.
Потери мощности на упругие колебания снаряда при пере-
катывании долота по забою скважины зависят от частоты вра-
щения бурового става и осевого усилия.
Зависимость потерь мощности на вибрацию МВиб при нали-
чии осевого усилия (р#=0) от частоты со вращения и длины И
бурового става может быть выражена в виде
Л/виб = В((о24-й|(о4-^2) = ^<о24-Е(;р((о), (8.5)
где В, kt, k?, D, Е — коэффициенты пропорциональности.
При отсутствии осевого усилия нижний конец бурового става
находится в свободном состоянии и может перемещаться более
интенсивно, поэтому потери мощности на вибрации значительно
больше, чем когда это усилие приложено к забою.
Граничные частоты вращения бурового става, при которых
начинаются интенсивные вибрации: coi«lc“‘ (при р^О) и со2«
«0,8 с-1 (при р = 0). При возникновении вибраций нагрузоч-
ный ток якоря двигателя значительно возрастает, а потери мощ-
ности в двигателе увеличиваются. .
Обобщенная оценка вибрации может производиться по виб-
роскорости
Увиб = 2лл>Л, (8.6)
168
где v, А — соответственно частота и амплитуда вибрации
Для определения непроизводительных потерь энергии и коэф-
фициента полезного действия системы бурения важную роль
играет оценка вибромощности:
А/виб === ^внбТ^виб, (8-7)
где Рвиб — сила, вынуждающая вибрацию.
Штанги бурового става во время работы подвергаются слож-
ным упругим напряжениям колебательного характера. Частота
колебаний момента кручения составляет 10—20 Гц. На изгиб
штанги, вибрации и трение тратится до 20% энергии. В усло-
виях сильных вибраций доля энергии, затрачиваемая на созда-
ние полезного момента, падает ниже 70%. Интенсивные вибра-
ции бурового снаряда приводят к вибрациям всего бурового
станка. Частота вибраций определяется частотой вращения
бурового става и осевой нагрузкой на долото.
При определенных частотах вращения наблюдаются резонан-
сные явления. Резонанс зависит от осевой нагрузки, крепости
и трещиноватости горных пород, по которым осуществляется
бурение. С увеличением крепости и трещиноватости пород уве-
личение виброскорости и появление резонансных колебаний
наблюдаются при меньших частотах вращения долота. Сильная
вибрация сопровождается большими колебаниями тока якоря
двигателя вращателя. При отсутствии резонансных явлений
амплитуда вибраций растет пропорционально частоте вращения
бурового снаряда.
Вибрации бурового станка могут быть высокочастотными и
низкочастотными. Высокочастотные вибрации вызваны работой
вспомогательного оборудования (маслонасосная станция, комп-
рессорная установка и др.), а низкочастотные — работой ос-
новного оборудования (вращательно-подающий орган). Па-
раметры низкочастотных вибраций, приведенные ниже, имеют
тесную корреляционную связь с параметрами режима бурения
(О и р.
Высокочастотные Низкочастотные
Частота, Гц ........................ 20—60 2—12
Амплитуда, мм'...................... 0,01—0,03 0,1—2
Большие значения осевого усилия вызывают изгиб буровой
штанги, что может привести к вибрациям, определяющимся по-
перечными колебаниями бурового снаряда. Упругие колебания
бурового снаряда и вибрации приводят к неравномерности его
вращения. Значение этой неравномерности, замеренное у устья
скважины, составляет 20—40% от среднего значения частоты
вращения бурового снаряда, причем большее значение неравно-
мерности относится к меньшему частоты вращения.
Существуют два вида экспериментальных зависимостей виб-
рационной мощности в функции осевой нагрузки р. В первом
случае с увеличением осевой нагрузки р вибрации нарастают
169
достаточно плавно. Вибромощность Л/В„б(р) с увеличением р-
растет с закономерностью
МВЯб(р') = арь + N0 (8.8)
(1<6<2).
Во втором случае наблюдаются зоны повышенного значе-
ния вибромощности при некоторых значениях Д/л, Др2, , &рп,
в промежутке между которыми вибрации незначительны.
При увеличении частоты вращения со характер возрастания
вибраций бурового става может быть различным. Наблюдаются
случаи плавного или скачкообразного, возрастания вибрации.
Скачкообразное нарастание вибраций ведет, как правило, к
одновременному повышению тока / и мощности Af двигателя
ротора, причем скорость v бурения может при этом значительно
снизиться.
Рассмотренные характерные зависимости вибромощности в
функции параметров режима мир определяют дополнитель-
ные запретные зоны в области оптимального управления (см.
рис. 8.4).
8.4. Динамические характеристики процесса бурения
Передаточные функции основных каналов процесса бурения.
Динамика процесса бурения оказывает существенное влияние
ца результаты буровых .'работ. Основными динамическими кана-
лами являются: частота вращения бурового инструмента — ско-
рость бурения (со — v), осевая нагрузка на забой — скорость
бурения (p — v), расход воздуха пневмосистемы эвакуации вы-
буренной породы— скорость бурения (q— v).
Задача определения динамических характеристик системы с
несколькими входами и выходами для процесса бурения сво-
дится к рассмотрению системы с взаимно коррелированными
входом и выходом.
Конкретные расчеты для канала со— и дают передаточную
функцию, описываемую уравнением второго порядка с запазды-
ванием:
Гш_Дз) =
ехр(—ts)
TlT2s2 + Tls + l
(8-9)
где Т\, Тг — постоянные времени; т — время запаздывания.
Переходный процесс в канале со — v носит монотонный харак-
тер (рис. 8.5). Время запаздывания составляет 0,9—1 с. Дли-
тельность переходного процесса около 5с.
Расчеты, выполненные аналогично предыдущим, дают для
динамического канала p — v передаточную функцию в виде урав-
нения третьего порядка:
Гр_в(з) =
kpv exp ( —ts)
T3s3 + r2s24-r,s + 1 ’
(8.10)
170
Рис. 8.5. Переходный процесс в канале
ш— V;
k{l)—QT импульсного воздействия; h(t)— от сту-
пенчатого воздействия
Рис. 8.6. Структура типичной системы
электропривода бурового станка
где kpv — коэффициент передачи канала р — v/, Ti, Т?, Т3 — по-
стоянные времени.
Для разных условий бурения параметры, характеризующие
динамику процесса (время переходного процесса tv, время за-
паздывания т), изменяются в широких пределах.
При проектировании систем управления можно принимать
следующие значения этих- параметров для горных пород раз-
ной крепости:
Коэффициент крепости f . . . .
Время переходного процесса с
Время запаздывания т, с . . . .
3 6 9 12 18
3,0 2,5 2,0 1,5 0,7
0,7 0,5 0,35 0,22 0,08
Структура основных приводов объекта управления. Основными
приводами бурового станка в соответствии с рассматриваемыми
тремя динамическими каналами являются привод .вращателя бу-
рового рабочего органа, привод поступательного движения (пода-
чи на забой) этого органа и привод подачи реагента для очистки
скважины от буровой мелочи.
Основное требование к системам приводов вращения рабочего
органа бурового станка в связи с оптимизацией его работы — хо-
рошая регулируемость. Кроме того, для обеспечения точного регу-
лирования параметров режима требуются высокое быстродейст-
вие привода и стабильность его параметров при случайных возму-
щениях от сигналов, не введенных в контуры управления.
Определим граничные варианты структуры привода. В случае
применения привода постоянного тока с практически безынерцион-
' • .171
ным преобразователем, датчиками и регулированием двигателя
постоянного тока по якорной цепи передаточная функция разомк-
нутой системы характеризуется звеном запаздывания и двумя ко-
лебательными звеньями (рис. 8.6):
Г(5) = rA(s) ? . п ’ <811)
(/э/мо (/ 1S H-/2S-I-1)
где L,, Тм, Ti, Т2—постоянные времени привода; fen, — коэф-
фициенты передачи преобразователя и двигателя.
Например, в случае применения асинхронного двигателя пере-
да'точная функция может быть сведена к системе третьего порядка.
В то же время магнитный усилитель в качестве преобразователя
значительно увеличивает порядок передаточной функции системы,-
ведя к снижению быстродействия и точности системы привода.
Блок-схема системы привода подачи (рис. 8.7) работает сле-
дующим образом. Маслонасос И, приводимый во вращение двига-
телем М с частотой вращения со, нагнетает в гидросистему ГС.мас-
ло под давлением Рк. В связи с потерями в гидросистеме устанав-
ливается давление Рг в соответствии с заданной уставкой х2 уп-
равляющего клапана К, включенного своим выходом в сливную
магистраль с давлением Рс. При включении с помощью перемеще-
ния Х|, управляющего гидрораспределителя РЗ, давление напора
Р„ подается на вход рабочего органа РО привода подачи (спарен-
ные гидроцилиндры двухходового действия). В нижней полости
привода подачи с помощью дросселя Др, включенного выходом в
сливную магистраль, создается противодавление (подпор) Рп,
определяемое уставкой Хз- Разница между давлением напора Рн и
подпора Р„ создает силу, которая производит работу по переме-
щению рабочего органа на забой. Рабочий процесс выделен в виде
отдельного блока РП, на выходе которого показан результат дейст-
вия привода подачи У.
Воздействие на привод при необходимости изменения режима
его работы возможно путем перестановки сигнала х2 управляюще-
Рис. 8.7. Блок-схема системы привода подачи бурового станка на забой
172 ‘
го клапана К либо сигнала х3 гидродросселя Др в напорной полос-
ти гидроцилиндров подачи рабочего органа. Ручное управление
приводом подачи с помощью перемещений Xi, х2, х3 может быть
заменено на автоматическое с помощью САУ, вырабатывающей
необходимые воздействия, являющиеся функцией, например, пара-
метра Y и времени t\
x^xJK.t), (i=l, 2, 3). (8.12)
Контуры автоматического управления показаны на схеме пунк-
тирными линиями.
Система привода имеет нелинейные элементы, которыми могут
быть в зависимости от рассматриваемых воздействий узлы блоков
клапана К, гидрораспределителя РЗ и дросселя Др.
В соответствии с основным назначением системы гидропрйвода
(рис. 8.8) гидропривод подачи может быть представлен динами-
ческой системой с переменной структурой. При включении системы
она первоначально работает как интегрирующая, пока не сравняв
ются значения давления в гидросистеме Рг и системе управления
Ру. В момент их равенства происходит включение клапана К, при
котором часть жидкости непрерывно переливается в сливной резер-
вуар. Этим поддерживается заданное уставкой Ру давление Рк на
выходе клапана К.
Если гидрораспределитель РЗ не включен, то вся жидкость,
нагнетаемая маслонасосом И, переливается в резервуар через кла-
пан К. Такой режим считается исходным. При включении гидро-
распределителя РЗ в работу включается система подачи рабочего
органа в виде блоков РП и Др.
Движение рабочего органа зависит от значения выходного па-
раметра У, так как он объективно отражает физико-механические
свойства горной породы (прежде всего его сопротивляемость раз-
буриванию). Различным свойствам горной породы соответствует
различное значение давления подпора Рп- Переменной по коэф-
фициенту усиления и постоянным времени является передаточная
рп
Рис, 8.8. Структурная схема гидропривода бурового станка
173
функция системы долото— забой (Д — 3). Имеется возможность
при управлении с целью изменить режим бурения менять значе-
ние величины открытия дросселя путем регулирования уставки
%3-
Динамика рассматриваемой системы гидропривода подачи опи-
сывается переменной структурой по трем режимам ее работы.
После момента включения системы в работу (от 1 = 0 до t = t\),
при котором РГ = РУ, имеем: „
Wt(S)=PK(S)/^(S)=kKkrkK/S (8.13)
(Рк<Ру).
В исходном режиме системы, когда РК = РУ,
Г2(5) =PK(S)/to(S) =-------------. (8.14)
\ • Л " к ’ S(TK2s2 + TK,S + l) v ’
Передаточная функция рабочего органа
w-a(S)=.Y<S)/P.(S)--t-+А^-+г-+-,(8.15)
Передаточная функция всей системы в рабочем режиме:
Г(5) =y(S)/.(o(S) =
_ ^4^rliKk3kp(TaS -f- 1) q
s (fepfe. + (T„S + 1) (T3S34- T2S2 + T,S + 1)|(TK2S2 + TK,s +1) •'
В уравнениях (8.13) — (8.16) kK, kr, kK, k3, kp, ka — коэф-
фициенты передачи соответственно двигателя Л1, труб гидросисте-
мы ГС, клапана К, гидрораспределителя РЗ, системы подачи рабо-
чего органа (РП, Др), дросселя Др-, ТК2, — постоянные времени
колебательного звена, описывающего движение клапана К; то же,
дросселя Др; Т3, Т2, Ti —то же, рабочего процесса РП гидропо-
дачи.
Экспериментальные характеристики гидросистемы (рис. 8.9)
относятся к ее состоянию, когда управляющий гидрораспредели-
тель РЗ включен, а рабочий орган заторможен, т. е. его поступа-
тельное движение равно нулю. Из семейства этих характеристик
видно, что время интегрирования /и пропорционально величине
уставки Ру. Характер процесса — затухающий колебательный.
Время переходного процесса 3—5 с.
Рассмотрим систему пневмопривода бурового станка, предназ-
наченную для удаления из забоя буровой мелочи (рис. 8.10).
Рабочая машина (компрессор) К.М, приводимая во вращение
асинхронным электродвигателем М (200 кВт) с частотой w, за-
сасывает из атмосферы определенное количество qa атмосферного
воздуха и, сжимая его до давления Рр, нагнетает в пневморезер-
вуар АК. С помощью предохранительного клапана ПК в пневмо-
системе поддерживается давление Рп, которое через прямой возду-
174
Рис. 8.9. Переходные процессы в гидросистеме станка
Рис. 8.10. Блок-схема типичной пневмотранспортной системы бурового станка
2СБШ-200Н
ховод ПВ передается на забой ЗС рабочего органа РО (по каналу
внутри бурового снаряда). Этим обеспечивается перемещение
на забой ЗС скважины определенного количества воздуха с расхо-
дом qB, давлением и скоростью перемещения. Эти параметры за-
висят от ряда условий, создаваемых на забое при бурении породы
со случайно изменяющимися в процессе бурения свойствами.
В результате бурового процесса БП разбуренная горная порода
(qK) перемещается с забоя на поверхность воздухом (qB) в виде
воздушно-шламовой смеси qc по обратному воздуховоду ОВ. Уда-
ление продуктов разрушения бурения с забоя скважины сжатым
воздухом создает условия для перемещения рабочего органа РО
с изменяющейся выходной координатой Y (например, скоростью
бурения v). В процессе перемещения смеси на поверхность проис-
ходят утечки Qon этой смеси через трещины в горной породе и щели
в обратном воздуховоде, которым служит пространство между
стенкой буровой скважины и буровым снарядом.
175
Далее перемещающаяся воздушно-шламовая смесь направ-
ляется в осадительную камеру ОК, где часть док бурового шлама
осаждается. Следующими этапами осаждения все более мелко-
дисперсного бурового шлама являются этапы его осаждения в
циклоне Ц (доц) и фильтре Ф тонкой очистки (доф). Перемещение
воздушно-шламовой смеси в системе пылеподавления, которой
являются рассматриваемые осадительная камера, циклон и
фильтр, производится дополнительно с помощью вентилятора В,
который выбрасывает в атмосферу определенное количество возду-
ха qBB, свободного от продуктов разрушения горной породы в буро-
вой скважине.
Передаточная функция пневмосистемы (рис. 8.11, а) имеет вид:
^(S) = y(S)/<o(S) =
______________’___(Т |.S2-|- TIS + 1)_________, z g 17)
kS (T№\S3+TH2S+1) (fiS-f-1) (r2S+ 1) (r3s2 + ns+ 1) (r5S+ 1) M '
где feM, k3, kp, kB, k, ky — коэффициенты передачи соответственно
компрессора КМ, рабочего органа РО, резервуара АК, воздухово-
да ПВ, обратной связи пневмосистемы, бурового процесса БП;
Т\, Тч — постоянные времени форсирующего звена рабочего орга-
на; Г], Тч — то же, апериодических звеньев пневмосистемы,
Тц, Тз — то же, колебательного звена пневмосистемы; Ту — то же,
бурового процесса БП, Тв — то же, прямого воздуховода ПВ;
TMl = TB/kkpkB, TK2—\/kkpkB.
Рис. 8.11. Структурная схема пневмотранспортной системы:
а — относительно выходной координаты Е; б — совместно с пылеулавливающей установкой
176
Структуру типичной пылеулавливающей системы бурового
станка можно представить в виде последовательно соединенных
инерционных звеньев (рис. 8.11, б). Это правомерно при условии
представления отдельных ее звеньев в виде пневморезервуаров, у
которых сток зависит от давления в резервуаре P[X3 = k„q„, где
7ст — величина стока. Такое представление, как показывает опыт,
достаточно точно отражает существо происходящих в системе про-
цессов.
Рассмотренные выше закономерности бурового процесса и
свойств основных каналов бурового станка как объекта управле-
ния должны учитываться при разработке принципов управления
бурением и позволяют создавать высокоэффективные по технико-
экономическим показателям системы управления.
9. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЕМ
9.1. Модели критериев качества процесса бурения
При управлении процессом бурения регулируют как минимум два
параметра режима: частоту вращения со и осевое усилие р. Для
быстродействия управления параметры необходимо регулировать
одновременно. Такое регулирование основано на закономерностях
описывающих линии равных значений критериев качества, т. с
модели критериев качества в плоскости регулируемых параметров.
Рассмотрим один из примеров двухмерной модели С-критерия дл^
шарошечного бурения (рис. 9.1). Линии равных значений С-кри-
.терия построены для трех условий бурения: при бурении доло-
тами типа ТП алевролитов (/ = 4), песчаников (/=7) и крепких
песчаников (/=9) на разрезе «Черногорский» (станки
2СБШ-200). Модель имеет форму криволинейной долины с поло-
гими и крутыми склонами, причем пологие склоны расположены
в направлении, приближенно совпадающем с семейством кривых,
зависящим от крепости ?:
P« = F(D- . (9-1)
Минимальные значения С-критерия для разных горных
пород лежат на линии а, которая является оптимальной траек-
торией регулирования параметров режима со и р при изменении
крепости горной породы f.
Регулировать режим бурения можно только в области А,
ограниченной предельными значениями мощности М, крутящего
момента М и вибраций у.
При изменении свойств горных пород линии ограничения
по моменту, мощности и вибрации перемещаются случайным
образом (дрейфуют), сужая или расширяя область регулирова-
ния А. В таких условиях регулирование параметров со и р может
производиться только автоматической системой управления.
177
12-2509
Рис. 9.1. Пример двухмерной модели С-критерия в плоскости параметров ш, Р:
А — область оптимальных режимов; а — оптимальная траектория; у — линия ограничения по вибро-
скорости. Заштрихованы линии ограничения по моменту М и мощности N
Кроме рассмотренной унимодальной модели в практике
бурения часто наблюдается модель критерия качества с двумя
вершинами (бимодальная модель). В каждой из вершин такой
модели критерий качества имеет свое экстремальное значение.
Форма линий равного уровня критерия качества в плоскости
параметров мир зависит от типа бурового инструмента. Общим
свойством всех моделей является то, что экстремальные значения
выбранного критерия качества располагаются в окрестностях
семейства кривых гиперболического вида. Приближенно гипер-
болический характер имеют также линии наименьшего- градиента.
9.2. Методы оптимизации процесса бурения
Оптимизацию процесса бурения следует осуществлять с учетом
установленных в п. 9.1 характерных особенностей моделей кри-
териев качества. Это позволяет сократить время поиска и умень-
шить потери качества в процессе поиска.
Оптимизацию проводят в два этапа. На первом этапе осу-
ществляется выход системы управления процессом бурения в
исходную точку при включении этой системы в работу. Исходные
координаты системы определяются из технологических сообра-
жений. Устанавливают исходную минимальную частоту со вра-
щения бурового снаряда с учетом максимальной крепости f
178
горных пород. Исходное значение осевой нагрузки р обычно
определяется весом бурового снаряда при отсутствии дополни-
тельного усилия.
Цель второго этапа поиска — наискорейший выход системы
на исходную траекторию. Он должен совершаться по линии
наибольшего градиента при одновременном приращении обоих
параметров режима. Одновременное пропорциональное прира-
щение двух параметров возможно при условии, что при этом
находится не точка, а гиперболическая траектория дальнейшего
движения системы на третьем этапе, когда производится поиск
экстремальной точки, лежащей на уже найденной -гиперболи-
ческой кривой.
Если точка экстремума скачкообразно изменит свои коорди-
наты, то поиск новых координат этой точки производится ана-
логично, начиная со второго этапа. При случайном характере
изменения координат точки экстремума производится ее экстре-
мальное отслеживание.
Существенное значение имеет бурение с заданным углубле-
нием бурового инструмента за один оборот его вращения. Это
углубление z является прежде всего функцией конструктивных
параметров бурового долота и функцией свойств горных пород,
например крепости f. Целесообразно осуществлять бурение
с минимумом потерь углубления. В частном случае необходимо
поддерживать значение углубления, оптимальное для данных
условий (типа долота, свойств пород), т. е. z = z0. При этом
необходимо одновременно осуществлять бурение с экстремумом
основного критерия качества, например, минимумом себестои-
мости Cmin. Оптимизацию следует начинать с критерия z, после
чего можно оптимизировать основной критерий.
При бурении полезная работа производится за счет энергии
Е2(£), подводимой к забою по нескольким путям (каналам) и
зависящей от параметров режима:
п m
Es(£) =£©+$(£) = £ ВД+ Es/©, (9-2>
где Е(£), S(£) — соответственно полезная энергия, подводимая
к забою, и энергия потерь; £ — обобщенный Параметр режима
бурения; i, j — соответственно каналы передачи полезной энергии
и каналы потерь.
Непроизводительные затраты (потери) энергии S(£) можно
выразить в виде суммы составляющих затрат энергии в дви-
гателе вращателя, редукторе, шпинделе, на трение о стенки
скважины, на упругие перемещения бурового снаряда и
вибрации.
Полезная работа на бурение может быть оценена обобщенно
по скорости бурения ц(£):
Е© = £М(£), (9.3)
где kv — коэффициент пропорциональности.
179
Интенсивность возрастания -полезной энергии Е(£) и интен-
сивность потерь S(|) при увеличении £ имеют различный вид.
Определим режим, при котором бурение производится с мак-
симальным отношением полезной энергии к непроизводительным
затратам:
ko —
y^=s, = max.
(9.4)
Можно воспользоваться
иным соотношением:
” т Eid,)
ko= 1Ж= П’у®
= max,
(9.5)
п Я®
т. е. по каждому t-му каналу может быть найдено соотношение k'o
и определено затем произведение этих величин. Преимущество
выражения (9.5) заключается в том, что оно определяет обост-
ренный экстремум благодаря:тому, что находится произведение
экстремумов по каждому каналу передачи энергии.
Практическое использование полученных уравнений неудобно
ввиду необходимости измерения отдельно энергии, затрачиваемой
полезно, и энергии потерь.
Это затруднение можно обойти, если воспользоваться нахож-
дением соотношений k'oi-i и k'Ol по каждой паре каналов
передачи энергии на забой. При этом достаточно измерять
лишь суммарную энергию по каждому из каналов передачи ее
на забой.
Отношение г] коэффициентов £6<-i и koi для каждой пары
каналов передачи энергии имеет вид:
_ feoi-1 ® _ Ej-i d)Sid) /q z?\
ЫЮ £,®5._,® • ,
Наилучший режим с точки зрения ц-критерия будет наблю-
даться, если
sdt) max; ж) =тш- (9-7)
Практический пример нахождения оптимальных значений
параметров по гркритерию для бурового станка 2СБШ-200
применительно к разрезу «Черногорский» показан на рис. 9.2,
где приведены снятые в производственных условиях и вычислен-
ные характеристики: скорость бурения v, мощность NB канала
«вращение», мощность потерь на вибрации МВИб и трение NT,
себестоимость бурения С и параметр г] в функции осевой
нагрузки р. Кривые относятся к бурению песчаников f=6-=-8
долотами 203К-214ТП с частотой вращения бурового инстру-
мента со = 1,7 с-1. Характер зависимостей, наблюдающихся
при бурении разных -пород другими типами бурового инстру-
мента, остается тем же.
В качестве рассматриваемой пары каналов взяты каналы
«подача» и «вращение» бурового снаряда. Параметр т](|)
вычислен по соотношениям:
180
а) энергия подачи для поступательного движения бурового
снаряда:
Лп(р, ®)=pz(p, (9.8)
где z — углубление долота за один оборот вращения; р — сила
подачи (осевая нагрузка);
б) энергия на вращение бурового снаряда:
Дв(р,М) = ^1. (9.9)
Отношение энергий г] определяется как отношение мощ-
ностей:
п(о (р)-71^’-L-(9 ю)
; Л(р,<о) ЛГ(р,<о) . J
Из рис. 9.2 видно, что имеется некоторое значение параметра
режима рол> ПРИ котором т]> определенное как Отношение энергии
каналов «подача» и «вращение», максимально (лррч = т1о). Отме-
ченные значения т]о и Cmin являются частными максимумом и
минимумом для фиксированного значения второго параметра
режима — частоты вращения то бурового снаряда. Видно также,
что оптимальные параметры р, вычисленные по критерию Cmin
И г]о, близки по значению.
При изменении частоты вращения <о бурового снаряда значе-
ние р0 смещается (рис. 9.3) и при некотором значении осевой
нагрузки рёв имеется минимальное отношение энергии T]omin
(точка С). При этом точка рао является оптимальной в плоскости
181
Рис. 9.3. Зависимости параметра т| от осевого усилия р и точки (Л, В, С, D, Е, F),
принадлежащие оптимальному режиму по частоте вращения о>
двух параметров (<о и р). Точке р00 соответствует оптимальная
частота вращения со.
Из рассмотренного ясен порядок действий при поиске опти-
мального режима по параметру г]. На первом этапе находится
такое оптимальное значение осевой нагрузки р0, при котором
к буровому ставу подводится максимум энергии подачи А„. На
втором этапе поиска, когда находится минимум максимального
отношения энергии подачи к энергии вращения, устанавливается
оптимальная скорость вращения бурового снаряда, при которой
на забой передается максимум энергии вращения Ав. При этом
найденное значение осевой нагрузки становится равным р00.
9.3. Функциональные схемы и программы работ
системы управления
Функциональные схемы систем управления. На основе рассмот-
ренных закономерностей бурения и принципов управления можно
представить полную схему автоматизации бурового станка вра-
щательного действия, предназначенного для работы в условиях
открытых разработок для бурения взрывных скважин, в виде
блок-схемы (рис. 9.4).
Буровой станок (объект О) содержит основные приводы (ОПО)
(приводы вращателя, подачи, пневмбтранспортной системы), уп-
равление которыми производится с помощью регуляторов (РОП).
Последние могут управляться как вручную (ввод РУ—ручное
управление), так и автоматически. Информационно-измеритель-
182
Рис. 9.4. Полная схема автоматизации бурового станка вращательного действия
ная система (ИИС) объекта О обеспечивает необходимой инфор-
мацией все его системы управления. Вычислительное устройст-
во (ВУ) на основе текущей информации от ИИС и вводной инфор-
мации (ВИ) производит непрерывное или дискретное вычисление
критерия качества бурового процесса. При этом необходимый вид
критерия качества может быть избран с помощью блока выбора
критерия (КК)- Получаемая на выходе блока ВУ информация
может использоваться для управления процессом по выбору
оператора или задана в виде программы управления (ПОП) и
дополнительной вводной информации (ВВ). С ее помощью также
осуществляется экстремальное регулирование. В последнем случае
к выходу блока ВУ должна быть подключена система экстремаль-
ного регулирования (СЭР), содержащая блоки.улучшения экстре-
мума (БУЭ), экстремальный регулятор (ЭР), генератор поис-
ка (ГП) и переключатель (ПРП) вида поиска. Выбор необходи-
мого вида поиска осуществляется коммутационным устройст-
вом (КУ).
Началу процесса бурения скважины предшествует процесс
забуривания по рыхлым или разрушенным породам, который
необходимо вести по особой программе. Для этой цели в системе
управления объектом предусматривается блок забуривания,
показанный на схеме в виде системы забуривания (АСЗ). Систе-
ма работает на основе текущей информации и включается через,
блок КУ- Объект оборудован системой управления защитой
(УПЗ) и приводами защиты (ИПЗ), предназначенными для
защиты основных узлов рабочего органа при внезапно возни-
183
кающих аварийных ситуациях. Система УПЗ должна воздейство-
вать не только непосредственно на исполнительные приводы за-
щиты, но и одновременно на основные регуляторы с целью
изменения значений параметров режима для возможно более
быстрого реагирования объекта на сложившуюся ситуацию.
Для своевременной корректировки параметров процесса бу-
рения при возникновении осложнений при бурении в целях лик-
видации этих осложнений и недопущения возникновения ава-
рийной ситуации объект О снабжается анализатором ослож-
нений (АОП), формирователем программы восстановления
(ФПВ) нормального течения процесса бурения и переключателем
программы восстановления (ППВ), которые работают на основе
непрерывной информации от блока ИИС и воздействуют на
координаты объекта О через блок КУ-
Для управления объектом в процессе перемещения его от
одной точки бурения к другой он должен быть снабжен систе-
мой ориентации (СУО) и исполнительными механизмами ориен-
тации (ИМО), воздействующими непосредственно на объект.
Для контроля процесса бурения и регистрации основных
параметров бурения объект О снабжается блоком контрольных
и регистрирующих приборов. Одновременно параметры процес-
са бурения могут передаваться по телеканалу (ТК)'В диспет-
черский пункт или в виде обратной связи к буровому станку,
выполняющему функции лидера при управлении станком-лиде-
ром группой ведомых станков. Команды станка-лидера (КЛ)
формируются вычислительным устройством и передаются дру-
гим станкам на коммутационное устройство КУ по отдельному
каналу «команда ведомому» (КВ).
В соответствии с приведенной общей блок-схемой системы
автоматизации рассмотрим\онкретные схемы систем управления.
Полная схема автоматизации (см. рис. 9.4) содержит основную
систему управления процессом и ряд вспомогательных систем,
необходимых для нормального функционирования основной
системы. Главным узлом основной системы, определяющим
принцип управления процессом бурения, служит вычислительное
устройство ВУ, без которого в принципе не может быть построена
ни одна из систем управления этим процессом. Структура вы-
числительного устройства определяется принципом построения
системы управления, т. е. критерием, применяемым для управ-
ления процессом. Для универсальности системы управления
целесообразно применение комбинированного вычислительного
устройства с возможностью реализации им нескольких критериев
качества. На рис. 9.5 показан вариант функциональной схемы
управления, в составе которого имеется такое комбинированное
вычислительное устройство.
, Система управления объектом / содержит регулятор 2
осевой нагрузки р на буровой инструмент и регулятор 3 частоты
со вращения бурового инструмента, подключенные к входам буро-
вого станка /. Эти регуляторы 2 и 3 через соответствующие
184
Рис. 9.5. Схема системы управления с комбинированным вычислительным уст-
ройством
элементы сравнения 4 и 5 связаны с выходами вычислительного
устройства.
К соответствующим выходам бурового станка подключены
датчики скорости бурения 6, частоты вращения бурового инстру-
мента 7, осевой нагрузки на буровой инструмент 8, крутящего
момента на буровом инструменте 9, виброскорости рабочего ор-
гана станка 10. Выходы датчиков подключены к соответству-
ющим входам вычислительного устройства. Кроме того, на
входы вычислительного устройства вводятся сигналы, пропор-
циональные значениям моторесурса R бурового инструмента; сто-
имости Ск этого инструмента; стоимости Се электроэнергии,
потребляемой буровым станком; стоимости Са амортизации буро-
вого станка и зарплаты обслуживающего персонала;. мощности
W, потребляемой буровым станком (от датчика мощности 11).
В составе вычислительного устройства имеется блок 12 вы-
числения текущего значения углубления z бурового инстру-
мента за один оборот его вращения, а также блок 13 вычисле-
ния текущего значения показателя удельной буримости породы.
Этот показатель вычисляется в виде произведения параметров
режима со и р. Такое построение системы дает возможность
непрерывно и автоматически контролировать текущие значения
углубления z и показателя удельной буримости, не допуская
режимов работы станка с малой производительностью.
Полная блок-схема вычислительного устройства включает в
себя набор блоков вычисления критериев качества процесса
бурения. Блок вычисления отношения мощности N„ = pv подачи
бурового инструмента на забой к мощности Ntt = <aM разбури-
вания породы буровым инструментом выполнен в виде делителя
14, на входы которого подключены множительные элементы 15
и 16, На вход множительного элемента 16 от соответствующих
датчиков поступают сигналы, пропорциональные текущим значе-
ниям осевой нагрузки р и скорости v бурения. На вход мно-
жительного элемента 15 от соответствующих датчиков подаются
сигналы, пропорциональные текущим значениям частоты <о вра-
щения бурового инструмента и крутящего момента М на этом
инструменте. Получаемые на выходе элементов 15 и 16 значения
мощности /VB разбуривания породы и мощности подачи буро-
вого инструмента на забой поступают на вход делителя 14,
с выхода которого индикатором 17 снимается искомая величина
х\ = ри/ыМ. Этот же блок используется для вычисления произве-
дения отношения осевой нагрузки р на буровом инструменте к
крутящему моменту М на этом инструменте на углубление z
бурового инструмента за один оборот его вращения, при этом
z может быть задано постоянным по значению для всей гаммы
разбуриваемых в данных условиях пород или быть функцией
какого-либо свойства этих пород.
Блок вычисления С-критерия качества выполнен на суммато-
ре 26, один вход которого через промежуточный делитель 27
связан с выходом другого делителя 28, на входы которого по-
186
ступают сигналы, соответствующие текущему значению углубле-
ния z и стоимости Си бурового инструмента. На один из входов
промежуточного делителя 27 поступает вычисленное делителем
28 значение отношения стоимости Си бурового инструмента к
углублению z этого инструмента за один оборот его вращения,
на другой—через переключатель 43 ресурса — значение мото-
ресурса /? бурового инструмента, которое может быть опреде-
лено в одном из следующих видов:
R — RP~tp(p); A?=/?co = const. (9.11)
Функция ср(р) вычисляется функциональным преобразователем
29 нагрузки р. Второй вход сумматора 26 через промежуточный
делитель 30 связан с выходом сумматора 31. На один из его
входов поступает сигнал Са, соответствующий стоимости аморти-
зации бурового станка и зарплаты обслуживающего персонала.
На другой вход включен множительный элемент 32. На его входы
подаются сигналы, соответствующие стоимости Сс киловатт-часа
электрической энергии и значению потребляемой станком мощ-
ности N. На второй вход промежуточного делителя 30 от датчи-
ка скорости бурения поступает сигнал, соответствующий теку-
щему значению этой скорости v. Текущее значение себесто-
имости С контролируется по индикатору 34, включенному на
выходе сумматора 26.
Блок вычисления С-критерия качества бурения используется
также для вычисления частных критериев себестоимости, таких,
как себестоимость бурения по буровому инструменту С„, себе-
стоимость бурения по расходуемой буровым станком электро-
энергии Се, себестоимость бурения по амортизации бурового
станка и зарплате обслуживающего персонала Са. Для этой
цели упомянутый блок снабжен соответствующими элементами.
Блоки вычисления критерия качества через переключатель 44
связаны со входом системы экстремального регулирования
(СЭР). Выход СЭР 33 через имеющий трехпозиционный выход
элемент 45 переключателя 47 связан либо через переключатель
35 с- одним из входов элемента сравнения 4 текущего зна’чения
произведения сор с оптимальным значением ‘показателя Fo/za,
либо через переключатель 36 — с одним из входов элемента
сравнения 5 текущего значения z углубления бурового инстру-
мента с оптимальным значением z0 этого углубления. Средняя
позиция элемента 45 переключателя 47 соответствует отключен-
ному экстремальному регулятору 33. В положении средней пози-
ции элемента 45 переключателя 47 на вход элемента сравнения
4 через элемент 46 переключателя 47 подключается компенса-
тор 20, а на вход элемента сравнения 5 через элемент 48 пере-
ключателя 47 — компенсатор 24. Если экстремальный регулятор
33 включен через элемент 45 переключателя 47 и элемент 35
переключателя 49 на вход элемента сравнения 4, то на вход
элемента сравнения 5 через элемент 48 переключателя 47 вклю-
чен компенсатор 24. Если экстремальный регулятор 33 вклю-
.187
чен через элемент 45 переключателя 47 и элемент 36 переключа-
теля 50 на вход элемента сравнения 5, то на вход элемента
сравнения 4 через элемент 46 переключателя 47 включен ком-
пенсатор 20.
Выход элемента сравнения 4 'через элемент 51 переключа-
теля 49 и переключатель 19 связан электрически с одним из
входов регулятора 2 осевого усилия р. На выходе элемента
сравнения 4 подключен индикатор 21.
Выход элемента сравнения 5 через элемент 52 переключателя
50 и переключатель 23 связан электрически с одним из входов
регулятора 3 частоты <о вращения бурового инструмента. На
выходе элемента сравнения 5 подключен индикатор 25.
К другому входу переключателя 19 подключен задатчик 18.
На вход задатчика 18 от датчика 8 осевой нагрузки р подается
сигнал обратной связи, пропорциональный этой нагрузке. К дру-
гому входу переключателя 23 Подключен задатчик 22. На вход
задатчика 22 от датчика 7 частоты <о вращения бурового инстру-
мента подается сигнал обратной связи, пропорциональный час-
тоте (О.
Блок ограничения осевой нагрузки р бурового инструмента
содержит элемент сравнения 40 текущего значения у виброскоп
рости с заданным с помощью задатчика 41 значением уор вибро-
скорости. Выход элемента сравнения 40 через запирающий эле-
мент 42 подключен ко второму входу регулятора 2 осевой на-
грузки р на буровой инструмент.
Блок ограничения частоты <о содержит элемент сравнения
37 текущего значения у виброскорости с заданным с помощью
задатчика 38 значением уош. виброскорости. Выход элемента
сравнения 37 через запирающий элемент 39 подключен ко
второму входу регулятора 3 частоты вращения <о бурового
инструмента.
Работа вычислительного устройства может производиться по
нескольким программам. Необходимая программа работы вы-
числительного устройства выбирается оператором бурового стан-
ка 1 предварительно.
Выбирается необходимый критерий качества, по которому
будет производиться регулирование. Критериями качества в вы-
числительном устройстве могут быть:
отношение г] мощности Nn подачи бурового инструмента к
мощности /VB разбуривания породы. Этот критерий выгодно при-
менять при бурении пород- небольшой твердости, вязких и рых-
лых. Он дает возможность производить бурение с низкими за-
тратами энергии на непроизводительные потери (вибрации буро-
вого станка, трение бурового снаряда о стенки буровой сква-
жины и т. д.);
произведение pzfM. отношения осевой нагрузки р к крутя-
щему моменту М на буровом инструменте на углубление z буро-
вого инструмента за один оборот его вращения. Этот критерий
pz/M выгодно применять в случае бурения пород небольшой
188 .
твердости и вязких пород, когда перемежаемость горных пород
по физико-механическим свойствам (например, твердости) проис-
ходит медленно. В этом случае бурение можно проводить с по-_
стоянным заданным значением углубления z бурового инстру-
мента за один оборот его вращения;
себестоимость С бурения. Этот критерий выгодно применять
при бурении крепких пород, когда происходит быстрый износ
бурового инструмента и нужно обеспечить эффективное исполь-
зование этого инструмента;
частные себестоимости, в качестве которых могут применять-
ся себестоимость Сн бурового инструмента, себестоимость Са
амортизации бурового станка и зарплата обслуживающего пер-
сонала, себестоимость Се электроэнергии, потребляемой буро-
вым станком, и другие комбинации частных себестоимостей;
другие критерии качества (гибридные), когда частота <о вра-
щения регулируется, например, по минимуму себестоимости С
бурения, а осевая нагрузка р — по максимуму отношения
Mi//Vb мощности Nn подачи бурового инструмента. к мощности
Мв разбуривания горной породы и др.
Корректирующие цепи и программы в системах управления.
Построение цепей вычислительного устройства, предназначен-
ных для корректировки параметров режима бурового станка О,
автоматического забуривания и осуществления защитных
функций при бурении, иллюстрируется на рис. 9.6. Информация
для такого устройства собирается измерительной системой ИС.
Блок забуривания 1 содержит элементы сравнения 4, 5, одно-
полярные усилители 6, 7, сумматор 8 и нелинейный элемент 9
(например, типа реле). Сравниваются сигналы уставки предель-
ной скорости vy забуривания с текущим значением этой ско-
рости v и предельно допустимого значения давления рву воздуха
для пневмоочистки скважин с текущим его значением рв.
Блок 'забуривания / включается с помощью релейного эле-
мента 9, и переключателя ПРР режимов работы, если скорость v
превосходит заданное уставкой значение vy или если давление
воздуха Рв превосходит заданное значение РВу В таком случае
на выходе соответствующего однополярного усилителя (6 или
7) появляется один из сигналов:
a) Ua=(v — иу)> 0;
б) ир = (Рв-Рву)> о. (9Л2)
В систему забуривания'из технологических соображений мо-
гут быть включены другие параметры бурового процесса, по
уставкам которых может осуществляться включение программы
забуривания. Эта программа состоит из оптимального для про-
ведения забуривания сочетания значений параметров процесса
бурения и подключается переключателем ПРР с одновременным
отключением основной системы управления.
Вычислительное устройство 2 содержит блоки вычисления
189
Рис. 9.6. Функциональная схема вычислительного устройства с корректировкой
параметров бурения
критериев качества, выполненные на множительных (/(7, 11, 12)
и делительных {13, 14, 15) элементах. Нужный критерий может
быть выбран с помощью сигнала U3i подаваемого на переклю-
чатель ПКК критерия качества. В нормальных условиях, при
бурении без осложнений регулирование процесса ведется с
помощью системы экстремального регулирования (СЭР) по выб-
ранному критерию качества, причем регулируемыми параметрами
являются показатель буримости (р<о), расход воздуха qt, частота
<о вращения бурового инструмента, непрерывно вычисляемые
вычислительным устройством 2 с помощью СЭР и элементов
190
сравнения 38, 39, 40. При этом углубление (и/<о)о задано зара-
нее уставкой на входе сумматора 17.
Блок корректировки параметров процесса бурения 3 содержит
элементы сравнения 18—24, однополярные усилители 25—31,
блок временной задержки 32, элементы 33, 34, сумматоры 35—
36. Возникновение осложнения любого вида (по вибрациям у,
повышению крутящего момента М или усилия р выше допустимого
уровня) приводит к появлению на сумматорах 16, 35, 36 сигнала,
пропорционального уровню осложнения. Суммирование соответ-
ствующих составляющих последнего сигнала на элементе срав-
нения 37 на входе СЭР равноценно корректировке процесса
бурения по измененному критерию качества.
Оптимальная программа управления (рис. 9.7) определяется
системой уравнений:
- <0о(ц) = а>1п!п + ац; \
P^v)=kpv~'-, Г (9.13)
q{v)=q0(y)=const.
На рис. 9.7 помимо оптимальных зависимостей <оо(п), р0(ц)
показаны также кривые <Оф(п), Рф(ц), <ол(п), Pn(v), определяющие
соответственно форсированный и облегченный режимы бурения.
Минимальное значение (omin частоты вращения (omin бурового
снаряда определяется уставкой по технологическим соображе-
ниям. Минимальное значение pmin осевого усилия р равно соб-
ственному весу бурового снаряда. Критическое значение <ок час-
тоты вращения <о бурового снаряда определяется уровнем до-
пустимой вибрации конструкции станка, критическое значение
рк осевого усилия — виброустойчивостью бурового става.
Выше критического значения сок корректировка частоты вра-
щения ведется в сторону снижения этой частоты пропорцио-
нально значению виброскорости у (скорректированные стати-
ческие характеристики на рис. 9.7 показаны пунктиром). Кор-
ректировка осевого усилия р ведется в сторону снижения этого
усилия также пропорционально виброскорости. Выше критиче-
ского значения рк корректировка осевого усилия ведется в сто-
Рис. 9.7 Оптимальные программы и
характеристики системы управления,
работающей по жесткой программе
рону его снижения пропорционально виброскорости или крутя-
щему моменту.
На графике (см. рис. 9.7) отмечены также точки с коорди-
натами vj, рк и V2, й>к, проекции которых на оси абсцисс разде-
ляют график на три зоны, соответствующие диапазонам v:
О fi, I ^2» ^2 ^тах' В первой зоне необходимы, как пра-
вило, регулировки оптимального реж,има в сторону уменьшения
р по условиям виброустойчивости бурового става. Вторая зона
соответствует практически не корректируемому оптимальному
режиму. В третьей зоне возможны наиболее частые корректи-
ровки оптимального режима в сторону уменьшения обоих пара-
метров режима бурения. Практически это может привести к бу-
рению на облегченном режиме, когда значения параметров р и <в
значительно ниже оптимальных.
Корректировка параметров режима бурения в системах
управления обеспечивает надежность их работы при бурении пе-
ремежающихся по крепости f горных пород.
Эта корректировка позволяет защитить станок от чрезмерных
вибраций его конструкций, а также от превышения крутящего
момента на долоте выше допустимого уровня.
10. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ
10.1. Узлы и элементы систем управления
Датчики систем управления. Применение датчиков скорости
бурения (ДСБ) в системах управления и контроля вызывается
необходимостью оперативной оценки свойств горных пород в
процессе бурения.
На буровых станках применяются два типа ДСБ: встроенные
в гидросистему подачи бурового станка (если таковая система
на станке имеется) либо связанные с подвижной частью буро:
вого станка механически. ДСБ первого типа представляют собой,
как правило, сочлененные механически по валам гидродвигатель
и тахогенератор, причем гидродвигатель приводится во враще-
ние потоком жидкости (масла). Величина этого потока, а сле-
довательно, и частота вращения тахогенератора, пропорциональ-
на скорости подачи рабочего органа на забой скважины, т. е.
в первом приближении — средней скорости бурения.
Основным недостатком таких ДСБ является то, что они созда-
ют дополнительное сопротивление в гидросистеме подачи буро-
вого рабочего органа, пропорциональное квадрату скорости
перемещения этого рабочего органа. Имеются также чисто тех-
нические трудности использования таких ДСБ, в числе которых
можно указать на недостаточную их надежность (вследствие
малой надежности устройств уплотнения гидросистем) , а также
невозможность применения на буровых объектах, у которых
192
гидроподача отсутствует (например, на станках со свободной и
механической фрикционной подачей). Однако эти ДСБ обла-
дают рядом достоинств, основным из которых является просто-
та сочленения и установки конструкций.
Большой универсальностью обладают датчики, связанные
механически непосредственно с рабочим органом бурового стан-
ка, .например, ДСБ с преобразующим устройством, в котором
используется последовательная дифференцирующая цепь.
В установившемся режиме ток последовательной дифферен-
цирующей цепи пропорционален, скорости изменения входного
сигнала, т. е. в конечном счете — скорости перемещения. При
достаточно малой величине постоянной времени такая диффе-
ренцирующая цепь может быть использована для измерения
мгновенной скорости перемещения, имеющей вид случайной
функции.
Преобразователь этого ДСБ представляет собой тороид, на-
витый из электротехнической листовой стали. На нем имеются
две пары измерительных обмоток. Каждая из этих обмоток охва-
тывает половину длины тороида. Вторая пара обмоток сдвинута
относительно первой на 90°. Первая пара обмоток-р.асполагается
в нижнем слое, вторая—во втором слое намотки. Каждая из
пар обмоток соединяется встречно-последовательно. Внутри то-
роида помещен сердечник, шихтованный из электротехнической
стали, который имеет z-образную форму, вокруг средней части
его намотана первичная обмотка, питаемая напряжением пере-
менного тока, z-образный сердечник жестко соединен с осью и
может свободно вращаться в подшипниках.
При включении первичной обмотки под переменное напряже-
ние во вторичных обмотках будут наводиться э. д. с., значение
и направление которых зависят от положения подвижного сер-
дечника.
Для ДСБ описанного вида можно применить вращающийся
трансформатор либо сельсин, работающий в режиме вынужден-
ного перемещения его ротора от рабочего органа бурового стан-
ка, кинематически с ним связанного.
Напряжения на фазах трехфазной обмотки, сельсина при его
вращении изменяются во времени по синусоидальному закону
и сдвинуты на равные электрические углы. Эти фазные напря-
жения можно представить в виде симметричной трехфазной сис-
темы, частота которой пропорциональна угловой скорости рото-
ра сельсина. С выхода каждой обмотки ротора сельсина после
выпрямления и преобразования с помощью нелинейных элемен-
тов получаются три электрических сигнала, которые дифферен-
цируются, а затем выпрямляются с помощью трехфазного моста.
В результате получается электрический сигнал, амплитуда ко-
торого пропорциональна частоте вращения, сельсина-датчика.
' При измерениях скорости бурения на буровом станке пре-
образователь ДСБ (сельсин) жестко закрепляется на основании
в нижней части станка, на ось преобразователя насаживается
193
13-2509
шкив, диаметр которого выбирается исходя из диапазона изме-
ряемой скорости бурения, а на шкив надевается тросик, в верх-
ней и нижней своей части закрепленный жестко на подвижной
части рабочего органа станка.
Датчики осевого усилия. Результирующее усилие, развивае-
мое гидросистемой бурового станка, зависит от величины давле-
ния масла в штоковых полостях гидроцилиндров системы подачи
бурового снаряда на забой и величины противодавления (под-
пора), возникающего в нижних полостях гидроцилиндров в. ре-
зультате перекрытия (частичного или полного) сливной полости
гидросистемы. Усилие на забое определяется разницей давления
обеих полостей.
Для. облегчения расчета результирующего усилия можно
пользоваться номограммами либо при постоянном значении дав-
ления в напорной магистрали проградуировать манометр нижней
полости в единицах результирующего усилия (в виде обратной
шкалы). Однако такая оценка осевого усилия не может быть
точной, кроме того, данный метод измерения не дает возмож-
ности получения непрерывной оценки осевого усилия в виде сиг-
нала, пригодного для использования в системах управления.
Необходимо применение для этой цели дифференциальных дат-
чиков давления. Один из подобных датчиков, основу которого
составляют электрические пружинные манометры МПЭ-МИ, по-
казан на рис. 10.1.
Принцип действия манометров основан на преобразовании
перемещения упругого чувствительного элемента под действием
измеряемого давления в токовый сигнал с помощью малога-
баритного магнитомодуляционного преобразователя (ММП-М) с
компенсацией магнитных потоков. Измеряемое давление преоб-
разуется чувствительным элементом — одновитковой трубчатой
пружиной 7 — в перемещение постоянного магнита 6, который
создает управляющее воздействие в виде магнитного потока
фм.
Этот поток компенсируется магнитным потоком обратной свя-
Рис. 10.1. Дифференциальный
датчик давления на базе МПЭ-
МИ
194
зи Фос, возникающим при протекании в обмотках обратной связи
Гос выходного сигнала постоянного тока /. При изменении по-
тока Фм меняется намагниченность сердечников магнитомодуля-
ционного преобразователя 5, и в его обмотках Гв возникает
сигнал рассогласования. Этот сигнал управляет выходным
сигналом / усилительного устройства 3, который передается в
лицию дистанционной передачи и одновременно в обмотку обрат-
ной связи. Настройка диапазона осуществляется за счет изме-
нения сопротивления 4, а настройка нуля — плавным пере-
мещением ферромагнитного шунта 1 с помощью винта 2.
Вторичные приборы и устройства, работающие от унифици-
рованного сигнала постоянного тока (например, миллиампермет-
ры), включают в разрыв электрической цепи двухпроводной ли-
нии связи. Вторичные приборы и устройства постоянного напря-
жения (например, вольтметры) подключают параллельно нагру-
зочному сопротивлению Rn, выбираемому в зависимости от вход-
ного сигнала этих устройств. Вторичные приборы должны под-,
ключаться таким образом, чтрбы в процессе эксплуатации по
возможности не происходило скачкообразного изменения нагруз-
ки во избежание выброса выходного сигнала. Общее суммарное
сопротивление всех вторичных приборов с учетом линии связи не
должно превышать значений, указанных в технических данных.
Косвенное измерение осевого усилия манометрическими дат-
чиками давления не всегда может дать достаточно точные
результаты. Более точно измерить осевое усилие можно не-
посредственно на рабочем органе бурового станка, например, с
помощью магнитоупругого датчика, который позволяет произво-
дить это измерение без промежуточных преобразований.
Магнитоупругий датчик усилия на забой дроссельного типа
представляет собой тороидальный сердечник, выполненный из ма-
териала, обладающего магнитоупругим эффектом (сталь Х13Ю4,
ОХ23Ю5, Ю12 и др.). Принцип его действия основан на измене-
нии магнитной проницаемости стали датчика при приложении к
его рабочим плоскостям сжимающих сил. Тороидальная форма
магнитопроводов дает возможность удобно размещать их на што-
ках поршней гидроцилиндров подачи бурового станка.
Датчик содержит чувствительный элемент тороидальной фор-
мы, в котором-имеются радиально расположенные отверстия для
укладки обмоток, число которых четное; Рабочие обмотки наматы-
ваются таким образом, что магнитные потоки расположенных ря-
дом катушек направлены навстречу друг другу. Комплект датчика
состоит из чувствительного элемента с рабочими обмотками, верх-
ней, нижней и центрирующей шайб. Сопрягаемые поверхности
двух последних шайб выполнены сферическими. Это необходимо
для устранения перекосов после сборки датчиков на штоках порш-
ней гидроцилиндров подачи. Для установки датчиков на буровом
станке необходимо иметь удлиненные против обычных штоки
поршней гидроцилиндров подачи. Можно воспользоваться также
специальными удлинителями.
195
Число установленных датчиков на станке соответствует коли-
честву штоков поршней гидроцилиндров подачи бурового станка
(для станков 2СБШ-200Н, ЗСБШ-200-60 оно равно двум). Воз-
можно применение любого количества датчиков при последова-
тельном их соединении. Для исключения механических и атмосфер-
ных воздействий обмотки датчиков заливаются эпоксидной смолой,
а сами датчики защищаются кожухами.
Электрическая схема включения датчиков позволяет изменять
чувствительность и имеет компенсационные элементы для уста-
новки нуля. При установке датчиков на штоки гидроцилиндров
необходима предварительная напряженная затяжка, после чего
производится компенсация выходного сигнала, что определяет
нулевую точку измерений. Отклонение стрелки показывающего
прибора регулируется установкой чувствительности на отметку
шкалы, соответствующую развиваемой нагрузке, которая рассчи-
тана по давлению в верхней полости цилиндров и их рабочей
площади.
Функциональные преобразователи сигналов, необходимые для
формирования управляющих воздействий, могут быть реализова-
ны на известных средствах, например на блоках аналоговых
вычислительных устройств. Предварительно должны быть опре-
делены законы преобразования в соответствии с реализуемой
статической характеристикой. В простейшем случае статические
характеристики с достаточной точностью приводятся к следую-
щим уравнениям:
ы0(С=“тт + ^У(С (0<ц<отах);1 .
®o(C = ®ni3x(y> Утах)! ' ' \ ’
Po(f) = Ртах (0< V С Ц|) J х
• po(i) =kP!v(t) (vi^v^v2y, I (Ш.2)
Po(O =Pmin ( У2 V Утах) > J
где <oo(0> Pa(t) —функции времени оптимальных значений час-
тоты вращения и осевого усилия; <omin, «max, Pmin, Ртах — мини-
мальные и максимальные значения уставок этих величин; цтах —
максимальное значение скорости бурения.
Кроме того, должен быть обеспечен сдвиг характеристик вида
(10.1) и (10.2) в плоскости обеих осей координат. Характерис-
тики вида (10.1) могут быть реализованы путем, введения уста-
вки минимальной частоты <о вращения (<omin) и усилительным
звеном с коэффициентом усиления, равным ka. Характеристики
вида (10:2) реализуются достаточно просто блоками, позволяю-
щими воспроизводить гиперболические функции с ограничения-
ми.
Регуляторы систем управления. В связи с качественным раз-
личием систем подачи, вращения и пневмотранспорта бурового
процесса соответствующие приводы рабочего органа не могут
быть выполнены на однородных технических средствах. Следст-
196
вием этого является то, что регуляторы управления приводами
указанных систем, как правило, разнородны по техническим
решениям.
Регулирование частоты <о вращения рабочего органа не пред-
ставляет особых затруднений, так как обычно буровые станки
снабжаются комплектным электроприводом вращателя, напри-
мер, постоянного тока. В состав такого комплекта входит устрой-
ство управления частотой вращения.
Регулирование в процессе бурения осевого усилия р на буро-
вой инструмент на станках с неавтоматизированным гидравли-
ческим приводом подачи производится обычно с помощью гидро-
дросселя, установленного в подпорной цепи гидросистемы стан-
ка (станки 2СБШ-200), либо с помощью гидроклапана.
Регулирование усилия на забой'указанным способом легко
позволяет получать при необходимости как форсированный, так
и облегченный режим бурения. Однако этот способ не дает до-
статочной точности регулирования. Точное управление осевым
усилием в процессе бурения может быть достигнуто с помощью
специальных регуляторов.
Один из таких регуляторов основан на применении управляе-
мых предохранительных клапанов (рис. 10.2). Устройство состо-
ит из основного клапана и смонтированного на нем клапана уп-
равления (см. рис. 10.2, а).
Основной клапан состоит из корпуса 1, в котором находится
втулка 2. Отверстия в корпусе 1, в котором находятся пере-
численные детали, глушатся пробками 5 и б. Клапан управления
состоит из корпуса 7 с центральным отверстием, в котором на-
ходится сопло 9 с демпферами 8 и 10, а также пробка 11, фик-
сирующая сопло 9 в расточке корпуса.
Управляющий элемент клапана управления — типа сопло-зас-
Рис. 10.2. Регулятор-осевого усилия на забой:
а — устройство, б — схема включения
197
лонка. Для воздействия на управляющий элемент на корпусе
клапана управления крепится пропорциональный электромаг-
нит 12. На толкатель якоря пропорционального электромагнита
установлена втулка 13, которая служит, заслонкой в управляю-
щем элементе.
Основное свойство пропорционального электромагнита, позво-
ляющее применять его для непосредственного управления клапа-
нами давления,— пропорциональная зависимость толкающего
усилия от тока управления, подаваемого на катушку.
Таким образом, при изменении тока управления в катушке
пропорционального электромагнита пропорционально ему изме-
няется усилие закрытия сопла 9 втулкой 13, а следовательно,
и величина настраиваемого давления.
Когда сигнал в катушке электромагнита 12 отсутствует, гид-
рораспределитель 3 прижимается к седлу втулки 2 усилием пру-
жины 4. По каналам гидрорасп'ределителя рабочая жидкость
поступает под его торцы, благодаря чему он гидравлически урав-
новешен.
Одновременно рабочая жидкость подходит к управляющему
элементу сопло-заслонка клапана управления. При подаче тока
управления в катушку электромагнита 12 втулка 13 прикрывает
сопло 9 и давление в надклапанной полости увеличивается, со-
ответственно повышая давление в системе, где установлен кла-
пан.
При возрастании давления в клапане, превышающем проти-
водействующее усилие электромагнита, обусловленное велйчиной
тока управления, втулка с якорем отжимается от сопла и про-
пускает поток управления на слив. Проходя через дроссельное
отверстие в гидрораспределитель 3, поток управления теряет
часть давления, что создает разность гидравлических усилий на
золотник. Вследствие этого золотник, сжимая пружину 4, отходит
от седла, создавая проход основному потоку на слив, и таким
образом предотвращает дальнейшее повышение давления в сис-
теме. При понижений давления в системе усилием электромаг-
нита сопло прикрывается, давление в надклапанной полости
возрастает и клапан прикрывает проход основного потока на
слив или перекрывает его полностью.
Катушка электромагнита может подключаться к сети постоян-
ного тока (частота-пульсации выпрямленного напряжения — не
более 2,5%) через потенциометр, допускающий прохождение то-
ка 0,85 А, или электронный блок типа БУ1100.
При работе клапана от потенциометра значение давления
в процессе работы может отличаться от первоначального за счет
изменения тока управления при нагревании катушки электромаг-
нита или колебании питающего напряжения в допустимых пре-
делах.
Электронный блок обеспечивает:
независимость тока в обмотке от.ее нагрева и колебания
напряжения в сети;
198
пропорциональность зависимости тока в обмотке от значения
управляющего сигнала;
согласование с маломощными управляющими устройствами,
в том числе с ЧПУ;
в случае необходимости линейное во времени нарастание и
спадание тока в обмотке при ступенчатом изменении управляю-
щего сигнала;
возможность прямого подключения задающих резисторов;
возможность ввода в обмотку тока осцилляции с настраивае-
мой амплитудой;
возможность установки начального тока электромагнита.
Напряжение питания 24В (рис. 10.2,6) подается на схему
через диод VD, защищающий блок при неправильном включе-
нии напряжения. В модуле питания операционных усилителей
(МПО) образуются сдвинутые по отношению к общей точке схе-
мы напряжения 4-9 В и —9 В, предназначенные для питания
операционных усилителей, входящих в состав схемы блока, и для
подключения внешнего задатчика /?0Н, сигнал от которого подает-
ся на потенциометр R1.
Потенциометром R2 можно установить предварительный ток в
обмотке электромагнита при нулевом управляющем напряжении.
Измеряемое на контрольных гнездах X напряжение в вольтах
соответствует току в обмотке электромагнита в амперах.
При установке тумблера S в положение «Откл.» сигнал с
движка потенциометра R1 поступает на вход модуля стабилиза-
ции тока (МСТ), в нагрузку которого подключается обмотка
электромагнита УА.
На второй вход МСТ от модуля напряжения осцилляции
(МНО) через потенциометр R3 подается напряжение, создающее
в обмотке электромагнита переменную составляющую тока, пред-
назначенную для уменьшения зоны нечувствительности гидроап-
парата.
При установке тумблера S в положение «Вкл.» сигнал с движ-
ка потенциометра R1 поступает на МСТ через модуль задатчика
интенсивности (МЗИ). В этом случае При ступенчатом измене-
нии управляющего сигнала напряжение на выходе М.ЗИ изме-
няется линейно во времени, причем скорость изменения напряже-
ния устанавливается потенциометрами R4 и R5 («Наброс» и
«Сброс»).
Шкаф автоматизации управления бурового станка. Шкаф
автоматизации управления предназначен для автоматического
управления режимом бурения путем регулирования частоты а>
вращения бурового инструмента и осевого усилия р на буровой
инструмент в зависимости от меняющихся случайным образом
условий бурения вследствие изменений свойств разбуриваемой
породы на забое скважины. Шкаф автоматизации работает в
комплекте с набором датчиков, задатчиков и регуляторов, имею-
щихся в составе системы управления и контрольно-измеритель-
ных приборов на пультах станка. Управление процессом бурения
199
производится в соответствии с выбранным оператором станка
критерием эффективности из набора критериев системы. Шкаф
автоматизации представляет основу системы автоматизации.
Для пояснения принципа работы системы управления на рис.
10.3 приведена ее блочная структура. Регулирование частоты
вращения со и осевого усилия (нагрузки) р ведется на оптималь-
ные значения этих параметров по максимуму критерия, который
определяется отношением мощности, потребляемой системой по-
дачи бурового станка, к мощности вращения бурового инстру-
мента. Значение критерия эффективности бурения определяется
непрерывно в процессе бурения вычислительным устройством.
Кроме того, САУ поддерживает во время бурения оптимальные
значения углубления бурового инструмента за один оборот его.
вращения и показателя режима бурения.
В процессе работы бурового станка система управления кор-
ректирует значения параметров режима и и р, не допуская ин-
тенсивных вибраций и превышения крутящего момента двигателя
вращателя выше заданной величины.
В блок-схему системы управления входят:
датчик скорости бурения BV, датчик нагрузки ВР, датчик
вибрации BF, частоты со вращения бурового инструмента AR,
крутящего момента АА, преобразователи сигналов скорости буре-
ния AV, осевой нагрузки АР и вибрации у (на схеме не показан);
вычислительное устройство, собранное на четырех множитель-
но-делительных ячейках типа МД-2АИ' (Ul, U2, U3, U4) и двух
усилителях У12-АИ (Al, А2).
А5
Рис. 10.3. Блочная схема системы управления режимом бурения:
UI—U4, А/, А2 — элементы вычислительной част/, AR, АА — развязывающие ячейки, BV, BP, ВР —
датчики, AV, АР — преобразователи, сигналов, АЗ, А4, А5, М — устройства управления, PV, SAI,
SA2 — элементы настройки и контроля
200
Выходные сигналы подаются:
а) на вход преобразователя частоты вращения АЗ для регули-
рования частоты вращения со (AZ);
б) на вход регулятора нагрузки (Ай) через ячейку А4 уп-
равления двигателем, который регулирует давление масла в гид-
росистеме подачи рабочего органа бурового станка.
Преобразователь частоты вращения АЗ и двигатель М ре-
гулируют частоту вращения бурового инструмента.
Сигнал, получаемый от тахомоста двигателя вращателя, про-
порциональный частоте со вращения бурового инструмента, после
прохождения через преобразователь напряжения AR подается на
вход множительно-делительного устройства U1. На второй вход
U1 с преобразователей AV или АР через переключатель SA1
поступает сигнал, пропорциональный скорости бурения v или
осевой нагрузке р.
На входе блока UI вырабатывается сигнал ры, пропорцио-
нальный произведению частоты вращения со на осевую нагрузку
и равный текущему значению показателя режима бурения. Этот
сигнал подается на усилитель А2. Сюда же поступает заданное
оптимальное значение осевой нагрузки й0. В усилителе сигналы
pw и йо сравниваются. На третий вход усилителя А2 от шунта
якоря двигателя через преобразователь АА подается коррек-
тирующий сигнал /, пропорциональный крутящему моменту М.
На выходе усилителя А2 вырабатывается сигнал Ай, равный
разнице текущего значения осевой нагрузки р и оптимального
значения йо, скорректированный по величине крутящего мо-
мента М на двигателе вращателя. Сигнал Ай подается на вход
ячейки управления двигателем А4 и преобразуется в напряже-
ние переменного тока Up,- которым управляется двигатель М
(типа РД-09) регулятора нагрузки А5. Двигатель РД-09 жестко
сочленен с гидродросселем, с помощью которого регулируется
давление масла в гидросистеме подачи рабочего органа буро-
вого станка.
На первый вход U2 через преобразователь ДУ от датчика
скорости бурения BV подается сигнал, .пропорциональный ско-
рости бурения. На второй вход U2 через AR поступает сигнал,
пропорциональный частоте w вращения бурового инструмента.
На выходе устройства U2 вырабатывается сигнал v/<£>, про-
порциональный текущему углублению’ бурового инструмента
за один оборот его вращения, который поступает далее на вход
усилителя At для сравнения его с задаваемым значением оп-
тимального углубления z0.
На третий вход усилителя А! подается корректирующий сиг-
нал вибрации у от датчика вибрации BF. .
На выходе усилителя А! вырабатывается сигнал Az, равный
разнице текущего значения углубления v/а и оптимального зна-
чения углубления z0 бурового инструмента за один оборот его
вращения, скорректированный по величине виброскорости у.
Сигнал Az подается на вход преобразователя частоты враще-
201
XI
I -О—о-
010
dl-о-
Off
828 <-
a7<-
^7<-
88
a9 <-
8м 4~
89 4r
an 4r
tвыводу 1 змментаД1, Os-
trjbi&odg 7элемента, il Z “?¥Nf
Твыбодц Кзлементанг еп£л.
-w________________
выводам 9ЛЦЗ 813 4л-
цемента Дс________2J
817^-
а1в4^-
а1в4^-
ets 4^
818 4^-
8!S4r
es4r
826 4~
агв4г
Рис. Ю.4. Электрическая схема ячейки У12-АИ
Х4.1
выход J
ния АЗ и преобразуется в напряжение, которым управляется
двигатель М вращательно-подающего органа станка.
Критерий эффективности режима бурения г] вычисляется
множительно-делительными блоками ИЗ и U4, текущие значе-
ния которых поступают через переключатель SA2 на вольтметр
PV. Переключателями SA/, SA2 выбирается либо критерий
удельного осевого усилия р/l, либо критерий удельной скоро-
сти бурения у//, либо критерий т], равный в одном случае
pv/ыМ, в другом v2 /а>М.
Переход от. одного критерия управления к другому осуще-
ствляется переключателями 5Л/, SA2 с последующей подст-
ройкой резисторов, находящихся в усилителях и преобразова-
телях.
Возможен переход от ручного режима к автоматическому
и обратно в процессе работы бурового станка в любой момент
и из любого положения ручных регуляторов. Допускается пе-
реход от одного критерия к другому путем переключения SA1
или SA2 с последующей подстройкой резисторов в любой мо-
мент работы станка.
Рукоятки задатчиков углубления г0 и показателя режима
бурения k0 первоначально должны быть установлены в среднее
положение. Тем самым вводятся задания feoc и zOc, соответст-
вующие средним значениям ш и р. При включении САУ проис-
ходит автоматическое установление частоты со вращения дви-
гателя вращателя и осевой нагрузки р на буровом инструменте,
соответствующие установленным средним значениям koc и zoC.
Затем производят поиск оптимальных значений углубления
z0 и показателя k0. Для этого с помощью задатчика показателя
z0 режима бурения изменяют значения задания z0, добиваясь
максимального значения показания v // (либо р/1} по вольт-
метру PV.
После этого, оставляя найденный показатель k0 неизменным,
меняют уставку k0 с помощью задатчика углубления. Произво-
дят последовательный поиск k0 и z0, добиваясь максимума по-
казаний прибора PV, при котором величины k0 и г0 имеют оп-
тимальные значения.
После того как будут найдены оптимальные значения k0 и
z0, САУ работает автоматически без переключения и. перена-
ладок до тех пор, пока резко не изменится критерий эффектив-
ности бурения, что контролируется по прибору PV. При резком
изменении выбранного критерия повторяют поиск значений ус-
тавок z0 и k0. Повторение производится также при смене типа
бурового инструмента для бурения скважин.
Ячейки систем управления процессом бурения:
а) усилительная У12-АИ (рис. 10.4). В состав ячейки вхо-
дят три микросхемы усилителей А1 —АЗ, для образования вход-
ных цепей и цепей обратных связей которых предназначены
резисторы R1 — R20, R26, R39, R40. Резисторы R14, R15 вклю-
чены на неинвертирующий вход усилителя At, остальные из
204
перечисленных резисторов включены на инвертирующий вход
усилителей.
С помощью резисторов R23, R24 настраивают нуль выход-
ного напряжения усилителей Al, А2. Усилитель А1 снабжен
схемой регулируемого двухполярного ограничения выходного
напряжения, построенной на транзисторах VI, V4 и диодах V2,
V5, включенных в цепь обратной связи усилителя.
Уровень напряжения ограничения положительной и отрй-
цательной полярности устанавливают подачей соответствую-
щих опорных запирающих напряжений на базы транзисторов
VI, V4 с потенциометров R29, R33, подключенных к источнику
питания ячейки. Диоды V2, V5 защищают переход «эмиттер-
база» транзисторов от обратных напряжений. Конденсаторы
С6, С7 повышают устойчивость работы схемы ограничения на
высокой частоте. Если уровень ограничения выходного напря-.
жения усилителя А1 должен в процессе работы автоматически
корректироваться, то необходимо снять перемычки 9—10, 11—12
и установить 9—^13, И—14. Зажим а.21 штепсельного разъема
надо соединить с клеммами а5, в!4, общего провода, а на клем-
мы аб, а15 относительно общего провода подать соответственно
с положительной и отрицательной полярностью внешнее уп-
равляющее парафазное напряжение. Уровень ограничения
устанавливают в данном случае переменными резисторами R31,
R35. В общем случае резисторы R30, R31, R35, R36 и диоды
V7, V8 могут использоваться как вспомогательные элементы
при построении различных схем на базе ячейки У12-АИ. При
установке перемычки 1—2 конденсатор СП обеспечивает ра-
боту усилителя А1 в режиме интегратора.
Нерегулируемое ограничение выходного напряжения уси-
лителя А2 осуществляется двуханодным стабилитроном V3 при
установленной перемычке 5—6. На выходе усилителя А2 вклю-
чен эмиттерный повторитель на транзисторах V9, V10, который
предназначен для расширения нагрузочной способности уси-
лителя по току. Резисторы R37, R38 обеспечивают защиту тран-
зисторов V9, V10 от возможных случайных кратковременных
замыканий выхода 4 на общий провод. Защита от замыканий
выходов усилителя А1—АЗ предусмотрена непосредственно
в микросхемах. t
Усилитель АЗ имеет вспомогательное назначение и может
быть применен в качестве инвертора с коэффициентом передачи
0,1; 1 или 10.
В цепи обратной связи усилителей А1, А2 включены бесконтакт-
ные ключи в виде пар полевых транзисторов микросхемы Д1:
Ключи замыкаются при наличии на входах 2, 4, 6 микросхе-
мы Д1 управляющих напряжений положительной полярности
величиной 2,3—5,5 В. Эти напряжения формируются с по-
мощью логического элемента Д2 и снимаются с нагрузочных
резисторов R41 — R43, получающих питание от параметриче-
ского стабилизатора, выполненного на стабилитроне V6, и ре-
205
зистора R34. При подаче на входы в20, в22, в23 сигналов ло-
гического нуля ключи Д1 замыкаются, а при подаче сигналов
логической единицы — размыкаются.-Цепь одного из трех клю-
чей Д1 выведена на клеммы штепсельного разъема а19, в19 и
может использоваться по назначению.
Если ключи Д1 не используются, то перемычки 3—4, 7—8
следует снять, а клеммы в20, в22, в23 соединить с клеммами а5,
в(4 разъема. Конденсаторы СЗ, С4, С8 корректируют частотные
характеристики усилителей А1 — АЗ, конденсаторы С5, С9, СЮ
могут быть применены для ослабления действия высокочастот-
ных составляющих в цепях входных сигналов. С помощью кон-
денсаторов Ci, С2 выполнены развязывающие фильтры по це-
пям питания.
Элементы R14, R15, R30, R36, R40, С5, С9 — С11 смонти-
рованы на монтажных лепестках, их номиналы можно заменять
при настройке схемы на заданные параметры.
На лицевой панели ячейки размещены контрольные гнезда
для проверки работы схемы, а также органы регулировки;
б) множительно-делительная МД2-АИ (рис. 10.5). Ячейка,
позволяет производить вычисление результата операции умно-
жения и деления входных аналоговых сигналов, заданных в
виде напряжений Ux, Uy, U2, в соответствии с выражением
Двых = к UtUy/Uz. (Ю.З)
Принцип перемножения входных сигналов основан на вы-
делении средней составляющей переменного напряжения пря-
моугольной формы, которое формируется по амплитуде напря-
жением сомножителя U у, а по длительности — напряжением
сомножителя Ш х. Деление происходит за счет изменения коэф-
фициента усиления в канале формирования по длительности
под действием сигнала (7г.
Функционально схему можно разделить на три составные
части: широтно-импульсный модулятор (ШИМ)', амплитудно-
временной модулятор (АВМ); выходной усилитель с фильтром
(УФ).
ШИМ построен с применением инвертора А1, интегратора
АЗ, компаратора А5 и ключей V7, VII. На вход z подается
напряжение положительной полярности. Предположим, что V7,
VII, управляемые выходным напряжением А5, разомкнуты (на-
пряжение А5 отрицательное). В этом случае при отсутствии
входного сигнала Ux под воздействием сигнала U2, поступаю-
щего через резисторы RIO, R15, выходное напряжение интег-
ратора А5 начинает линейно во времени возрастать в сторону
отрицательной полярности.
В некоторый момент выходной сигнал интегратора АЗ срав-
нивается по. действию с входным сигналом Шг, поступающим
через резистор R20, и компаратор А5 изменит свои показания.
На его выходе появится напряжение положительной полярно-
сти, и ключи V7, VII замкнутся.
206
С этого момента на интегратор 23 и компаратор А5 подклю-
чаются дополнительные входы соответственно через резисторы
R12 и R13, коэффициент передачи по которым в два раза боль-
ше, чем по ранее рассмотренным. Поскольку через эти допол-
нительные входы поступает сигнал U? с отрицательной поляр-
ностью, благодаря наличию инвертора А1 с коэффициентом
передачи, равным единице, производная выходного. напряже-
ния АЗ меняет знак, и выход АЗ начинает увеличиваться в сто-
рону положительной полярности. Одновременно изменяется и
полярность порога переключения компаратора А5, который
вновь срабатывает по достижении выходным напряжением ин-
тегратора этого порога. Далее цикл повторяется.
В, результате на выходе интегратора формируется пилооб-
разное напряжение, симметричное относительно нуля и с оди-
наковой крутизной, а на выходе компаратора — прямоугольные
разнополярные импульсы со скважностью, равной 2 (рис. 10.6,
а, б). Подстройка скважности достигается регулировкой рези-
стора RJO (см. рис. 10.5). Для отрицательной полярности сиг-
нала-делителя (Л следует установить перемычки а — в, б — г.
При наличии входного сигнала Ux в зависимости от его по-
лярности противоположно изменяются значения положительной
207
Рис. 10.6.
ШИМ
Диаграммы сигналов
и отрицательной производных выходного напряжения интегра-
тора АЗ. В результате пропорционально Ux изменяется длитель-
ность положительных и отрицательных импульсов на выходе
компаратора А5 (рис. 10.6, в, г). Узел АВМ включает в себя
усилитель А2 и ключ V3 (см. рис. 10.5). Без учета действия
конденсатора СЗ выходное напряжение А2 представляет собой
импульсы положительной или отрицательной полярности в за-
висимости от знака сомножителя Uy с амплитудой, пропорци-
ональной величине Uy. Коэффициент передачи усилителя А2
равен единице; Скважность этих импульсов определяется ре-
жимом работы ключа V3, управляемого выходным напряже-
нием ШИМ аналогично V7, VII, т. е. в конечном итоге вели-
чиной сомножителя Ux. Выходное напряжение А2 предвари-
тельно фильтруется благодаря наличию конденсатора СЗ и
поступает на вход выходного усилителя 24, одновременно вы-
полняющего роль активного фильтра первого порядка. Однако
при этом для нулевого значения Ux и отличного от нуля Uy
выходное напряжение А4, которое должно быть результатом
их перемножения, не будет, равно нулю. Поэтому в схеме
предусмотрена дополнительная цепочка R4, R7, выбранная
так, чтобы при Ux = 0 и Uy^0 результирующее действие двух
входных сигналов на усилитель А4 обеспечивало его нулевое
выходное напряжение. Соотношения по входам регулируют
резистором R16, коэффициент передачи усилителя А4 устанав-
ливают резистором R27. Резистором R24 подстраивают смеще-.
ние нуля А4. С помощью резистора R1 устанавливают общий
коэффициент передачи ячейки в пределах 0,1 —1,0.
Конденсатор С1 предназначен для создания задержки, ком-
пенсирующей запаздывание в цепи усилителя А2 и уменьшаю-
208
щей динамическую ошибку. Постоянные времени
-\-КуУ)С1 и RnC3 должны быть при этом одинаковы.
Диоды VI, V2, V5, V6, V8, V9 защищают от пробоя полевые
транзисторы V3, V7, VII в режиме их запирания. Диоды V4,
V10, V12 исключают попадание положительного потенциала на
затворы транзисторов, нарушающего нормальный режим их ра-
боты. Конденсаторы С2, С4, С6, С8 корректируют частотные
характеристики усилителей, конденсаторы С9, СЮ выполняют
роль фильтров в цепях питания.
Двуханодный стабилитрон V13 может подключаться через
клемму а13 к плюсу или минусу источника питания. Напряжение
стабилитрона используется в том случае, когда какой-либо из
входных переменных сигналов не поступает в ячейку, например,
только в режиме перемножения или только в режиме деления.
В этом случае его заменяют постоянным напряжением стабили-
трона, перемыкая зажимы в5 — а.7 или в5 — а.8.
Полоса пропускания и значение пульсаций выходного напря-
жения ячейки МД-2АИ зависят от величин емкостей конденса-
торов С1, С2, С7. Поэтому в ячейке существует возможность
смены номиналов этих' конденсаторов. В табл. 10.1 приведены
значения номиналов емкостей для двух значений полосы про-
пускания и амплитуды пульсаций.
Таблица 10.1
Емкость, пФ Двойная амплитуда пульсаций выходного напряжения, В Полоса пропускания, Гц
С! С7
18 000 .3300 22 000 0,15 200
18 000 3300 4700 1,3 900
Резистор R16 предназначен также для установки нуля выход-
ного усилителя А4 при Uy = 10 В и UX = Q. Полярность выход-
ного напряжения ячейки в зависимости от полярности входных
сигналов Ux, Uy, Uz представлена в табл. 10.2.
Таблица 10.2
Входные и выходные параметры Полярность сигналов
их + + — —
Uy + — + —
U вых + — — + .
. их + + — —
-и, Uy + — + —
£/вых — + + —
в) ячейка гальванической развязки РГЗ-АИ (рис. 10.7). Ос-
нову ячейки составляет измерительный орган на трансформато-
рах TV1, TV2, включенных по дифференциальной схеме. Пер-
вичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, к
209
14- 2509
ним подводится напряжение питания прямоугольной формы от
внешнего генератора 10 кГц, 12 В.
Выходные напряжения трансформаторов с обмоток 2, 3 вы-
прямляются элементами VT2, VT4. Нагрузкой являются резис-
торы R9, R10, R11, выделяющие разностное напряжение выпря-
мителей,-
Обмотки 4, 5 трансформаторов образуют измерительную
часть схемы и через выпрямители элементов VT1, VT3 нагру-
жены на резисторы R7, R8 и общее сопротивление R1 таким
образом, что через R1 протекает разностный ток выпрямителей.
Входной сигнал, подаваемый на резистор R1, в зависимости от
его полярности включен согласно или встречно с напряжением
каждого из выпрямителей VT1, VT3. Нагрузка обмоток 4, 5 при
согласном включении входного сигнала увеличивается, а при
встречном — уменьшается. В результате трансформации нагруз-
ки в первичную цепь происходит перераспределение напряжения
питания на обмотках трансформаторов — напряжение на нагру-
женном трансформаторе уменьшается, а на разгруженном уве-
личивается.
Вследствие этого выделяется разностное напряжение на ре-
зисторах R9, R11 около ±(0,5—0,75) В в диапазоне входного
сигнала на резисторе Р1± 0,075 В.
Резистором R10 осуществляется балансировка нуля на вы-
ходе измерительного органа при нулевом входном сигнале за
счет перераспределения нагрузок в цепи обмоток 2, 3 трансфор-
маторов. Выходное напряжение измерительного органа, сглажен-
-ное конденсатором С/, подается на усилитель U и доводится до
унифицированного уровня ±10 В. Конденсатор С2 в обратной
210
связи усилителя образует вторую ступень фильтрации выход-
ного напряжения ячейки, резистором R16 плавно подстраивается
коэффициент передачи напряжения, а резистором R15 баланси-
руется нуль выходного сигнала усилителя U. В качестве выпря-
мителей VT1 — VT4 используются транзисторные сборки в диод-
ном режиме.
Для возможности ступенчатой регулировки коэффициента
передачи напряжения на входе установлен делитель на резисто-
рах R2 — R6.
Выходному напряжению (±10 В) усилителя U соответствуют
следующие значения входного сигнала, подаваемые на клеммы
делителя относительно клеммы 1: 1—3 — 75 мВ; /—4 — 150 мВ;
1—5 — 168,8 мВ; 1—6 — 187,5 мВ; 1—7 — 206 мВ; 1—2 — 10 В.
Эти уровни входного сигнала выбраны исходя из загрузки
стандартного шунта 75 мВ токами 1; 2; 2,25; 2,5; 2,75 /„ом или
номинального выходного напряжения ±10 В высоковольтного
делителя, являющихся источниками входного сигнала ячейки
гальванической развязки.
Низковольтные цепи ячейки выведены через штепсельный
разъем X, высоковольтные — через специальные присоедини-
тельные клеммы.
Положительной полярности напряжения на входной клемме 1
соответствует положительная полярность входного напряжения
на клемме 67.
Трансформаторы TVi, TV2 выполнены ио нижеприведенным
данным (табл. 10.3).
Таблица 10.3
Марка обмотки (число витков)
Показатели H1-KI (130)- Н2-К2 (130) НЗ-КЗ (130) Н4-К4 (23) H5-K5 (23)
Напряжение холостого хода, В 6 6'± 0,2 6+0,2 6+0,1 6± 0,1
Ток холостого хода, мА <5 <5 s£5 ±5 ^5
Частота тока, кГц . Провод: 10—15 10—15 10—15 10—15 10-15
марка ПЭВ-2 ПЭВ-2 ПЭВ-2 ПЭВ-2 ПЭВ-2
диаметр, мм 0,16 0,16 0,16 0,29 0,29
Магнитопровод Тип сердечника Ферритовый М2000НМ1-16-2Б36 1 класс
Обмотки 2, 3, 4, 5 наматываются в два провода одновременно.
Каркас катушки имеет две секции. -На одной секций наматы-
вается первая обмотка, а на нее — вторая и третья. На второй
секции наматываются четвертая и пятая обмотки, которые долж-
ны быть изолированы от остальных обмоток и от сердечника
изоляцией, рассчитанной на рабочее напряжение 1000 В.
211
10.2. Наладка и техническое обслуживание
системы управления
Основные вопросы, связанные с наладкой и обслуживанием от-
дельных узлов и ячеек системы управления, рассмотрены в соот-
ветствующих разделах при их описании. Дополнительно требу-
ется наладка этих узлов в комплекте со шкафом автоматизации,
являющимся основой системы управления.
Конструктивно шкаф автоматизации выполнен в виде пово-
ротной рамы, которая позволяет производить обслуживание пе-
редней и задней частей блоков автоматизации и узлов, находя-
щихся внутри шкафа. Конструкция шкафа подвесная, с передней
съемной крышкой. Соединения в шкафу выполнены с помощью
разъемов и клеммников.
Для функционирования шкафа автоматизации необходимо
подать напряжение переменного тока 50 Гц, 220 ±20 В, соеди-
нить его с датчиками, задатчиками, регуляторами и измеритель-
ными приборами в соответствии с маркировкой на вводных
клеммниках XI—Х4. Для питания всех ячеек и блоков постоян-
ным напряжением используются ячейки БПХ, находящиеся . в
блоках 1 и 2 автоматики, которые настраиваются на выходное
стабилизированное напряжение 1,5 В, либо специальный блок
питания БПЭ.
Шкаф автоматизации позволяет регулировать параметры ре-
жима бурения по следующим критериям (в режимах):
a) T]=py/wAf;
б) х\'=vz/ыМ',
в) р /М при v/(n — const;
г) pw = const;
д) y/w = const;
е) п. п. а), б), в) — экстремальное регулирование при наличии
экстремального регулятора;
ж) п.п. а) — е) — одновременно с регулировкой параметров
корректировка параметров <о и р по устанавливаемым макси-
мальным значениям уровня вибраций бурового органа крутящего
момента на двигателе вращательно-подающего механизма.
Ячейки и блоки, входящие в состав шкафа автоматизации, а
также датчики и регуляторы должны быть предварительно нала-
жены. Предварительная наладка предусматривает проверку пра-
вильности функционирования ячеек, преобразователей, датчиков,
блоков САУ.
Датчик скорости бурения ДСБ расположен в машинном от г
делении, в цепи гидросистемы подачи рабочего органа. Он пред-
ставляет собой магнитоиндукционный тахометр с преобразова-
телем в виде трехфазного выпрямительного моста и фильтра.
Наладка датчика ДСБ сводится к следующим операциям:
включение гидросистемы подачи бурового станка и скорости
' подачи вниз, равной максимальному значению;
установка движка резистора R3 в шкафу управления приво-
212
дом при движении рабочего органа вниз в такое положение,
при котором показание прибора PV4, расположенного на пульте,
управления станка, равно 120 делениям («120 м/ч). При
этом напряжение на входе резистора R3 не должно превышать
12 В без заметных пульсаций;
установка движка резистора R3 перед проверкой датчика
ДСБ в такое положение, при котором напряжение на выходе
этого резистора равно нулю.
На станке имеется комплект датчиков нагрузки ВР из двух
штук, расположенных на штоках поршней гидроцилиндров пода-
чи бурового става. Они представляют собой магнитоупругие
элементы тороидальной формы с обмотками, включенными в
электрическую схему, которая образует совместно с преобразо-
вателем АР мост, на его выходе имеются выпрямитель и фильтр.
Настройка датчика ВР сводится к следующим операциям:
при включенном электропитании датчиков* в гидросистеме
подачи рабочего органа на забой регулировкой резистора RI
(шкаф управления приводом) устанавливается нуль показаний
прибора PV3 — по активной составляющей моста преобразова-
теля АР. Затем путем регулировки положения подвижных ка-
тушек LI, L2 производится компенсация реактивной составля-
ющей. Последовательно регулируя LI, L2, R1, устанавливают
точный нуль показаний прибора PV3;
дается гидроподача рабочего органа вниз до упора в забой,
и регулировкой резистора R3 производится установка масштаба
показаний датчика ВР. При предварительно установленном дав-
лении в гидросистеме подачи р= 120 кг/см2 развивается усилие
подачи на забой, равное 300 кН, что используется для установ-
ки датчика ВР на деление 30 на приборе PV3. При этом резистор
R4 блока автоматики должен быть установлен в положение,
когда на его выходе наблюдается нуль напряжения.
Настройка датчиков вибрации сводится к проверке их функ-
ционирования путем измерения наличия сигнала на выходе пре-
образования датчиков при постукивании по плите, на которой
установлены датчики. Значение сигнала при этом должно состав-
лять 0,5—1 В. •
Множительно-делительные ячейки МД2-АИ работают в ре-
жиме либо умножения, либо деления. На третий вход каждой
ячейки подается вспомогательное напряжение 10 В, стабильное
по значению.
Для суммирований сигналов и введения задающих величин
используются усилительные ячейки У12-АИ. Перемычки 3—4 и
7—8 в ячейках У12-АИ должны быть разомкнуты, а выходы на
разъем в20, в22, в23 — закорочены и соединены с общей точкой
(а5, в!4).
Для управления и регулирования гидросистемы станка ис-
пользуются ячейки управления реверсивным двигателем РД-09.
Если для регулирования осевого усилия используется гидро-
клапан МПКПД с электронным блоком БУ 1100, то необходимо
213
предварительно перед работой выполнить следующие, операции
(см. рис. 10.2):
потенциометры R3, R1 на блоке поставить в крайнее левое
положение;
вращением вправо потенциометра R2 - добиться состояния,
когда при нулевом входном сигнале при дальнейшем вращении
потенциометра давление начинает регулироваться;
установить уровень напряжения управляющего сигнала, соот-
ветствующий максимальному настраиваемому давлению;
поворотом потенциометра R1 установить максимально необхо-
димое давление;
после установки резистором R3 уровня осцилляции произ-
вести перестройку схемы путем повторения предыдущих опе-
раций;
в случае необходимости работы с задатчиком интенсивности
тумблер S на передней панели блока перевести в положение
«Вкл.» '
Во время эксплуатации необходимо следить за чистотой рабо-
чей жидкости. Загрязняющие рабочую жидкость частицы, по-
падая на поверхности клапана, могут привести к неустойчивой
его работе или заклиниванию.
При появлении течи по стыкам клапана необходимо подтянуть
крепежные винты. Если течь не устраняется, то необходимо ос-
мотреть уплотнительные кольца и качество стыкуемых поверх-
ностей. При выходе из строя колец заменить их новыми.
В процессе эксплуатации необходимо контролировать давле-
ние, температуру рабочей жидкости и номинальную тонкость
фильтрации рабочей жидкости.
Для преобразования входных сигналов, пропорциональных
напряжению и току двигателя вращения рабочего органа, в си-
стеме автоматизации применяются ячейки гальванической раз-
вязки. РГ5-АИ.
Ячейка РГ5-АИ № 1 настраивается на работу от шунта
75 мВ, а ячейка РГ5-АИ № 2 — от входного напряжения 10 В.
Переключение бурового станка с ручного на автоматическое
управление режимом бурения и обратно производится с помощью
переключателей S1 и S2, находящихся на пульте машиниста.
Работа регуляторов частоты вращения и осевого усилия после
переключения на автоматическое управление контролируется по
вольтметрам PV2, PV3.
Эффективность автоматического управления при работе бу-
рового станка оценивается по показывающему прибору PV6.
Допускается переход с автоматического управления режимом
бурения на ручное и обратно в любой момент работы станка
при налаженных предварительно уставках и заданиях.
Изменение при необходимости Bbi6paHHoYo критерия эффек-
тивности производится переключателями S3 и S4. Допускается
производить переключение в момент работы станка.
В процессе эксплуатации при замене в шкафу неисправных
214
ячеек может потребоваться подстройка нулей выходного напря-
жения вновь установленных ячеек.. Ячейки при этом должны
иметь идентичную настройку коэффициентов передачи и уста-
новку соответствующих перемычек.
Ячейки автоматизации должны быть предварительно настрое-
ны и проверены по соответствующим техническим описаниям
и инструкциям по эксплуатации.
Перед настройкой шкафа автоматизации необходимо прове-
рить работу датчиков и регуляторов на ручном управлении режи-
мом бурения станка.
Настройка САУ производится в следующем порядке. Резис-
торы Rl, R3, R4, R6 на блоке автоматики устанавливаются
примерно в средние положения.
При бурении на ручном управлении рукоятки задатчиков
R4 и R5 на пульте управления устанавливают в средние положе-
ния. Затем с помощью переключателей S1 и S2 включают в
работу систему автоматического управления.
При отсутствии усилия подачи, когда скорость бурения при-
мерно равна нулю, регулировкой R6 на блоке автоматики уста-
навливают минимальное значение. частоты вращения бурового
инструмента. Оно должно находиться в пределах 0,8^ 1,3 с-1
в зависимости от условий бурения. Если усилие подачи не удает-
ся установить равным нулю, то минимальную частоту вращения
можно установить при любом значении усилия подачи, предва-
рительно выведя резистор R3 в блоке автоматики на нуль. По
окончании операции R3 необходимо поставить в среднее поло-
жение. Резисторы R2 и R5 при этом должны находиться в
выведенном состоянии (напряжения на их выходах должны быть
равны нулю).
Регулятор осевого усилия включается на ручное управление,
а регулятор частоты вращения — на автоматическое. Регулируя
при бурении ручным регулятором осевое усилие, добиваются
максимального показания вольтметра PV6. Затем с помощью
задатчика R4 показания вольтметра PV5 устанавливают на нуль,
компенсируя сигнал v /<л. Если компенсация наступает при поло-
жении задатчика R4, близком к крайнему (предельному) положе-
нию его регулятора, то изменяют положение резистора R1
или R3.
Регулятор частоты вращения включается на ручное управле-
ние, а регулятор осевого усилия — на автоматическое. Регулируя
при бурении ручным регулятором частоту вращения, добиваются
максимального показания вольтметра PV6, Затем с помощью за-
датчика R5 показания вольтметра PV7 устанавливают на нуль,
компенсируя сигнал ра>.
При необходимости повторяют действия по настройке регуля-
торами осевого усилия и частоты вращения, после чего вклю-
чают на автоматическое управление оба регулятора (w и р).
Вводят плавно резистор R2, наблюдая, чтобы осевое усилие при
этом- не изменялось, 'если ток нагрузки двигателя вращения
215
бурового снаряда не превосходит заданное по условию предель-
ное значение. При увеличении тока нагрузки выше значения
уставки осевое усилие должно уменьшаться. Это исключает воз-
никновение предельных токов нагрузки.
Вводят плавно резистор R5, наблюдая, чтобы частота вра-
щения бурового снаряда при этом не менялась, если интенсивные
вибрации бурового снаряда отсутствуют. При возникновении ин-
тенсивных вибраций бурового снаряда частота вращения должна
уменьшаться, тем самым не допускается возникновение вибро-
скоростей рабочего органа на станке в целом.
Продолжают работу на автоматическом управлении до тех
пор, пока не понадобится повторить подстройку.
При настройке должны соблюдаться следующие условия.
Резисторы Rl, R2, R3 должны быть настроены так, чтобы
коэффициент передачи по каждому из входов для всех трех
входных сигналов был 1/3 (по модулю), т. е. напряжения на вы-,
ходе каждого резистора не должны превосходить ±3,5 В.
Резистор R5 должен быть настроен так, чтобы коэффициент
передачи для сигнала.-у был равен 1 (по модулю).
Для правильной работы ячеек МД2-АИ необходимо, чтобы
отношения y/w и р/l были меньше или равны 1. Первое из
условий относится к ячейке № 2, второе — к ячейке № 3, оба
условия — к ячейке № 4 МД2-АИ.
11. ПОКАЗАТЕЛИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
11.1. Показатели систем управления бурением
•
Показатели, характеризующие применение на буровых станках
новых типов приводов и систем управления этими приводами, а
также технологических принципов оптимального управления буре-
нием в целом приведены на осциллограммах (рис. 11.1). Для
привода вращателя системы ТП-ДПТ регулировочная характе-
ристика линейна во всем диапазоне регулирования, а механи-
ческие характеристики имеют высокую жесткость от холостого
хода до номинальной нагрузки двигателя (180 А), что обеспечи-
вает точное воспроизведение заданных параметров режима. На-
грузка двигателя, при которой сохраняется жесткость механи-
ческих характеристик, может быть значительно увеличена под-
стройкой узла ограничения задатчика тока.
Переходные процессы системы в режимах пуска, наброса и
сброса нагрузки происходят с высоким заполнением токовой
диаграммы, а величина перерегулирования под нагрузкой со-
ставляет не более 2,5%. Длительность пуска под нагрузкой не
превышает 2,0—2,5. с. Характеристики удовлетворяют условиям
работы электропривода на буровых станках.
На полученных практически реализациях заданной стати-
216
Рис. 11.1. Осциллограмма работы при-
вода вращательного механизма буро-
вого станка
Рис. 11.2. Реализация заданной про-
граммы системой управления
ческой программы (рис. 11.2) показаны заданные 4, 4' и выпол-
ненные 5, 5' программы управления бурением. Прямая 2 яв-
ляется аппроксимирующей линией программы 5, а линии / и
3 определяют границы зоны ошибки выполнения этой программы.
Это показывает, что точность реализации программы достаточно
высока и составляет примерно 5%. Снижение точности реали-
зации этой программы в диапазоне скоростей 12 мм/с объяс-
няется в конкретном примере недостаточной жесткостью характе-
ристик привода двигателя вращателя. При увеличении жесткости
механических характеристик этого привода точность может быть
значительно повышена.
Динамические свойства систем управления, полученные во
время нормальной эксплуатации буровых станков, в основном
соответствуют вычисленным ранее переходным процессам в этих
системах (см. рис. 8.5). Переходные функции /i(/) канала w—v
системы управления имеют монотонный характер. Время пере-
217
ходного процесса составляет 2—4 с, причем имеется запазды-
вание т = 0,3-?0,6 с.
Длительные наблюдения при эксплуатации автоматизирован-
ных буровых станков 2СБШ-200, 2СБШ-200Н на горных пред-
приятиях по породам с разными физико-механическими .свой-
ствами (f = 2-4-22) и типами бурового инструмента (преиму-
щественно шарошечного) показали, что аппаратура управления
обеспечивает необходимые значения и диапазоны регулирования
параметров процесса бурения, а также устойчивую (в статике
и динамике) работу бурового станка по сравнению с ручным
управлением: Применение системы автоматизации практически
целесообразно также и при работе станков на геологически
однородном массиве (блоке), так как даже в этом случае, не-
смотря на кажущуюся однородность пород, параметры проходки
скважины по мере ее углубления изменяются весьма значи-
тельно.
В общем случае применение разработанных систем управ-
ления процессом бурения увеличивает среднюю скорость проход-
ки скважин, тем самым повышая производительность буровых
станков. Кроме того, увеличивается стойкость долот и снижается
стоимость проходки скважин. Преимуществами автоматического
управления являются также снижение аварийности, увеличение
долговечности работы механизмов станка и облегчение работы
буровой бригады.
Комбинированная система управления, применяемая на буро-
вых станках ЗСБШ-200-60, при работе в комплексе с тиристор-
ным электроприводом, по экспериментальным данным, позволяет
получать:
жесткие механические характеристики привода вращения вра-
щательно-подающего механизма;
линейные регулировочные характеристики привода по всем
диапазонам частот;
автоматическую регулировку режима бурения, в функции
свойств горных пород;
защиту от чрезмерных вибраций конструкций бурового станка
и перегрузок по крутящему моменту привода вращения рабочего
органа.
Аппаратура управления для шарошечных буровых станков на
: карьерах имеет следующие практические показатели надеж-
ности: средняя наработка на отказ 1000—2000 ч, среднее время
восстановления 0,5—2 ч, коэффициент готовности — около 0,998.
Увеличение показателей надежности аппаратуры связано в ос-
новном с качеством ее изготовления и представляет резерв повы-
шения производительности бурения и экономической эффектив-
ности.
218
11.2. Перспективы применения и развития систем
управления, буровыми станками
В настоящее время показатели буровых станков (особенно шаро-
шечного бурения) стабилизировались, но они не являются до-
статочно высокими в свете перспектив развития горно-рудного
производства. Ограничением к дальнейшему росту производи-
тельности бурения являются, помимо прочего, конструктивные
недостатки буровых станков.
Увеличение объема производства будет осуществляться за
счет роста производительности буровых станков при одновремен-
ном сокращении численности обслуживающего персонала. При
этом производство буровых работ будет осложняться за счет,
того, что увеличится глубина карьеров (разрезов), уменьшатся
размеры уступов, возрастет в среднем крепость горных пород,
слагающих вскрышу. В этих условиях особое значение приобре-
тают совершенствование буровой техники, разработка методов и
средств управления этой техникой с точки зрения повышения
производительности и улучшения условий эксплуатации.
Развитие буровой техники на базе накопленного опыта буре-
ния, экспериментальных и исследовательских работ и зарубежно-
го опыта приведет к созданию нового ряда буровых станков,
оснащенных современными машинами и механизмами, с рядом
устройств, позволяющих обеспечить высокие технико-экономиче-
ские показатели. К числу таких устройств относятся прежде
всего устройства управления процессом бурения, устройства ав-
томатизации вспомогательных операций, регулируемые приводы
основных механизмов станка. Они позволяют бурить на наивы-
годнейших режимах работы буровых станков в сложных, меняю-
щихся случайным образом условиях бурения. В то же время эти
устройства должны удовлетворять ряду противоречивых требо-
ваний (торных, технических, экономических, производственных
и т. п.). Таким образом, актуальная задача создания средств уп-
равления современными буровыми станками в изменяющихся
случайным образом условиях их эксплуатации является сово-
купностью сложных задач анализа, синтеза, оптимизации, ко-
торые можно решить лишь на основе современных средств и
методов автоматики и вычислительной техники.
Разработанные в настоящее время системы управления слу-
жат для ведения процесса бурения при оптимальных значениях
параметров режима и заданных характеристиках приводов. Они
позволяют достигать экстремального значения принятого крите-
рия эффективности (себестоимости, энергоемкости и т. п.).
В перспективе актуальной задачей является создание средств
для комплексной автоматизации процесса бурения.
Комплексная САУ буровым станком должна обеспечивать:
бурение в автоматическом режиме по заранее заданной про-
грамме, автоматизацию вспомогательных операций, возможность
применения форсированного или облегченного режима. Кроме
219-
того, комплексная САУ должна включать: систе'му корректировки
параметров режима, систему автоматического забуривания сква-
жины по особой программе, устройства, позволяющие формиро-
вать программу корректировки в зависимости от глубины сква-
жины, систему автоматической защиты от вибраций, перегрузок
по крутящему моменту и мощности.
В США считают, что оптимальные параметры режима бу-
рения для получения наивысшей производительности буровых
станков в перспективе необходимо будет выбирать при наличии
постоянной оперативной связи между буровым станком, диспет-
чером и горной службой карьера. Для этого на буровых станках
должны использоваться цифровые ЭВМ с набором информации,
оборудованные печатающими устройствами и устанавливаемые
непосредственно на станках. Применение таких ЭВМ возможно
благодаря снижению стоимости электронного оборудования и
внедрению интегральных схем.
В будущем встанет также задача создания систем оптимиза-
ции буровых станков на основе ЭВМ АСУ карьером. При этом
ЭВМ должна быть связана с буровым станком по каналу связи,
на каждом из которых должны быть установлены датчики пара-
метров бурения. По сигналам датчиков ЭВМ рассчитывает па-
раметры режима бурения и • передает их на каждый буровой
станок.
В перспективе предстоит решить задачу создания системы
дистанционного управления группой буровых станков. Такая си-
стема может быть выполнена в виде самоходной кабины с пуль-
тами управления, причем управление должно осуществляться
диспетчерской группой. Преимущества-применения таких си-
стем — сокращение количества обслуживающего персонала,
улучшение условий работы операторов, повышение производи-
тельности буровых станков.
Таким образом, в настоящее время создание автоматизиро-
ванных станков — одно из перспективных направлений в буро-
вом станкостроении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авдеев В. В., Андриевский В. В., Швырков В. И. Унифицированный
тиристорный электропривод буровых станков.— Электротехника, 1986, № 10, с. 6.
2. Агрегаты серии ТЕЗ.— М.; Каталог.— Информэлектро, Электротехника
СССР, 05.03.40—77, 1977.
3. Буткин В. Д., Чигинцев В. Ф., Жуковский А. А. Методика инженерного
расчета оптимальных параметров шарошечного бурения взрывных скважин.—
Уголь, 1975, № 11, с. 42—44.
4. Буткин В. Д., Жуковский А. А. Автоматизация буровых станков — про-
грессивное развитие технологии бурения на карьерах.— Горный журнал, 1981,
№ 9, с. 41—44.
5. Волков И. В.. Думин В. В. Неисправности электроприводов экскавато-
ров.— М.: Недра, 1976.
6. Гайдукевич В. И., Титов В. С. Случайные нагрузки силовых электро-
приводов.— М.: Энергоатомиздат, 1983.
7. Жуковский А. А., Нанкин Ю. А., Сушинский В. А. Электропривод и •
автоматизация буровых станков США для открытых горных работ.— М.:
Недра, 1982. •
8. Жуковский А. А., Ковалев Д'. Т., Кошкина Н. И. Новые эффективные
средства интенсификации бурения.— М.; Недра, 1977.
9. Жуковский А. А., Кошкина Н. И., Троп А. Е. Оптимизация режима буре-
ния по энергетическому критерию.— Изв. вузов. Горный журнал, 1977, .У» 1,
с. 83—88.
10. Зимин Е. Н., Кацевич В. Л., Козырев С. К Электроприводы постоян-
ного тока с вентильными преобразователями.— М.: ЭнергоизДат, 1981.
11. Лебедев О. Т. Конструирование и расчет электронной аппаратуры на
основе интегральных микросхем.— Л.: Машиностроение, 1976.
12. Манохин П. И. Сушинский В. А., Авдеев В. В. Диагностирование ти-
ристорного привода постоянного тока бурового станка.— В кн.: Управление
электромеханическими объектами в горной промышленности. Сборник научных
трудов.— Кемерово; КПП, 1982.
13. Нанкин Ю. А., Герасимов И. В. Станок направленного бурения
2СБН1-200Н,— М.: Недра, 1980.
14. Сафохин М. С., Катанов Б. А. Машинист бурового станка на карьере.—
М.: Недра, 1980.
15. Совершенствование буровзрывных работ в горном деле. Под ред.
Н. В. Мельникова и Б. А. Снмкина.— М.; Недра, 1976. .
16. Справочник по бурению на карьерах. Под ред. Б. А. Симкина,— М.:
Недра, 1981. ‘
17. Средства автоматизации железорудных карьеров/А. А. Жуковский,
А. Г. Зарипов, В. В. Климов, В. П. Крюков.— М.: Недра, 1976.
18. Регулирование и управление режима бурения взрывных скважин/
Н. И. Терехов, И. С. Аврамов, П. Д. Гаврилов, П. Н. Кунииин — Л.; Недра, 1980.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ..............;............... ’..............................3
1. Станки шарошечного бурения ..................................... 5
1.1. Общие сведения о буровых станках ................................ 5
1.2. Устройство и конструктивные особенности буровых станков .......' 6
2. Конструкция основных узлов буровых станков ...................... 25
2.1. Рабочий орган ................Г................................. 25
2.2. Ходовое оборудование ...............;......................... ' 40
2.3. Гидравлический привод .......................................... 44
2.4. Пневматическая система ..................................... 73
2.5. Система пылеулавливания ...................................... 77
2.6. Система пылеподавления ....................................... 80
2.7. Установка кабельных барабанов...............'................... 82
3. Общая характеристика электрооборудования буровых станков......... 83
3.1. Разновидности электрооборудования ............................ 83
3.2. Режимы работы., электроприводов .............................. 86
3.3. Требования к электроприводам ................................ 88
3.4. Выбор параметров электроприводов ............................... 89
4. Электроприводы главных механизмов ............................... 91
4.1. Электроприводы постоянного тока.................;............... 91
4.2. Электроприводы переменного тока ..:.............?.............. 105
4.3. Перспективы совершенствования электроприводов главных механизмов 107
5. Вспомогательные электроприводы и энергопитание буровых станков. 109
5.1. Вспомогательные Электроприводы и системы....................... 109
5.2. Энергопитание станков ..................................... 122
6. Узлы и элементы электрооборудования буровых станков ............ 128
6.1. Электрические машины и трансформаторы .;..................... 128
6.2. Тиристорные преобразователи-и возбудители..................... 131
6.3. Комплектные устройства управления .................:........... 148
7. Наладка и техническое обслуживание электроприводов ............. 150
7.1. Наладка приводов и систем ...............................:..... 150
7.2. Особенности технического обслуживания электрооборудования буро-
вых станков ....................................................... 156
8. Буровой станок как объект управления ........................... 158
8.1. Общая оценка управления процессом бурения ..................... 158
8.2. Процессы буреяия и их свойства ............................... 162
8.3. Статика бурового процесса и критерии его эффективности ........ 164
8.4. Динамические характеристики процесса бурения ................ 170
9. Принципы построения систем управления бурением.................. 177
9.1. Модели критериев качества процесса бурения ..............•..... 177
9.2. Методы оптимизации процесса бурения .......................... - 178
9.3. Функциональные схемы и программы работ системы управления ..... 182
222
10. Технические средства управления процессом бурения .............. 192
10.1. Узлы и элементы систем управления ............................ 192
10.2. Наладка и техническое обслуживание системы управления ........ 212
11. Показатели и перспективы применения систем управления .......... 216
11.1. Показатели систем управления бурением......................... 216
11.2. Перспективы применения и развития систем управления буровыми
станками ........................................................... 219
Список литературы .................................................. 221
Сканировал
Кириллов Р.С.
гр. ЭГП-05-1
Екатеринбург 2009г.