Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Система автоматизации станка ударно-вращательного бурения. 2 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 10Следующая ⇒

Система является статической, так как обеспечивает оптимальное ведение процесса бурения в установившемся режиме работы. Эффективность системы определяется по статическим характеристикам объекта. В рабочем диапазоне изменения нагрузки мощность пропорциональна произведению осевого давления на частоту вращения: N=kРω.При условии постоянства мощности N=kРω=kPбωб= соnst или Pω =Pбωб.

Последнее выражение в относительных единицах

 

                                                (1.12)

 или

                                                                  (1.13)

 

Подставив выражение (1.13) в (1.3), получим

 

                                                         (1.14)

 

где - функция параметров  и .

Исследования показывают, что V имеет экстремум (максимум), которому соответствует максимальное уменьшение стоимости проходки одного метра, скважины.

Институтом НИИОГР создана усовершенствованная система автоматического управления «Режим-2НМ» (рис. 1.6), которая автоматически регулирует частоту вращения бурового снаряда и осевую нагрузку на долото. Частота вращения регулируется обратно пропорционально, а осевая нагрузка – прямо пропорционально крепости разбуриваемых пород.

 

 

рис. 1.6. Функциональная схема системы управления процессом бурения «Режим-2НМ»: ПМУ, СМУ – промежуточный и силовой магнитные усилители;Д – двигатель ротора; БОС – блок обратной связи; МН – маслонасос;У1, У2 – усилители;РД – регулятор давления в гидросистеме подачи; ДОН – датчик осевой нагрузки;БО-1, БО-2 – блоки отсечки; ДВ – датчик вибрации;ДДВ – датчик давления воздуха;МБ – масштабный блок; НП – нелинейный преобразователь; ДСБ –
 датчикскорости бурения; РВ, РН – давление в верхних и нижних полостях гидросистемы подачи; I – ток якоря двигателя вращателя; В – вибрация; РП – давление воздуха;V – скорость бурения; ω – частота вращения долота; РОС – осевое давление.

 

В систему входят следующие основные узлы и элементы: регулятор частоты вращения бурового снаряда, регулятор осевой нагрузки на долото; устройство защиты по максимально допустимому току якоря двигателя ; устройство защиты от вибрации бурового става, устройство защиты от зашламливания буровой скважины.

Скорость бурения измеряется датчиком, преобразуется нелинейным преобразователем и подается на вход регулятора осевой нагрузки. Регулирование частоты вращения также производится в соответствии с механической скоростью бурения. Система является программно-оптимальной и, кроме того, обеспечивает ограничения режимных параметров из условия недопущения перегрузки двигателя вращения, вибрации станка, зашламливания скважины. При внезапном увеличении момента сопротивления выше допустимого значения, помимо ограничения осевой нагрузки, происходит коррекция частоты вращения бурового снаряда.

Система работает следующим образом. С увеличением механической скорости бурения увеличивается сигнал на выходе датчика механической скорости, что приводит к увеличению частоты вращения бурового инструмента. Характеристика датчика механической скорости выбрана с таким расчетом, чтобы при бурении пород различной крепости обеспечивалось установление частоты вращения исходя из условия минимума себестоимости проходки одного метра скважины.

Автоматическое регулирование осевого усилия на забой осуществляется следующим образом. Гидродроссель устанавливается на определенное давление и больше не регулируется. При этом в гидросистему подачи бурового инструмента введено гидравлическое сопротивление истечению жидкости. С уменьшением крепости породы увеличивается механическая скорость бурения и сопротивление истечения жидкости, вследствие чего уменьшается осевое давление на забой. Предложенная система поддерживает режим бурения, оптимальный по стоимости проходки одного метра скважины.

Системы оптимального управления процессом шарошечного бурения не всегда могут быть реализованы из-за значительных вибраций, возникающих в элементах бурового станка. В связи с этим в 1974 г. В.А. Боровковым была предложена система, обеспечивающая эффективное использование энергетических ресурсов станка при ограничении вибрационных нагрузок.

Система реализует следующий алгоритм: задает максимальное значение осевого усилия и рекомендуемую величину частоты вращения долота; корректирует величину усилия в зависимости от суммы статической и переменной составляющей тока двигателя вращателя; а частота вращения – от уровня вибрации; обеспечивает забуривание скважины при пониженном осевом усилии.

 

Система автоматического регулирования процесса бурения по уровню вибрации представлена на рис 1.7


рис.1.7 Схема САР процессом бурения по уровню вибрации: Г– генератор Д – двигатель; ЭМУ – электромашинный усилитель;
ЭМУ – электромашинный усилитель; МН – маслонасос; ШИП – широтно-импульсный преобразователь;
 f '', f ' – частота вибрации рамы и кабины.


Система работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный току двигателя вращателя, модулируется, усиливается и поступает на анализатор его среднего значения и переменной составляющей; суммарное значение составляющих сравнивается с напряжением задатчика режима работы. Результирующее напряжение преобразуется в широтно-импульсном преобразователе в импульсный сигнал, по длительности пропорциональный амплитуде этого напряжения, а затем поступает на исполнительный элемент регулирования осевого давления на забой.

Вибрация станка измеряется датчиком виброскорости, усиливается, преобразуется и сравнивается с сигналом, пропорциональным переменной составляющей тока двигателя вращателя. При переходе долота в другую породу изменяются статическая и переменная составляющая тока. В работу вступает широтно-импульсный преобразователь, который через исполни-тельный элемент поворачивает рукоятку гидродросселя на величину, пропорциональную рассогласованию.

Динамические нагрузки в системе «став-станок» фиксируются датчиком вибрации, что вызывает через соответствующие преобразователи коррекцию частоты вращения долота. Предложенная система позволяет вести процесс бурения на «силовых» режимах, обеспечивая высокую сменную производительность станка при снижении вибрации до допустимой нормы. Система относится к оптимальной по производительности, с ограничением по вибрации.

 

Современная САУ «Режим-2» (второй вариант) (рис. 1.8)обеспечивает  и

САУ характеризует значение ω и Poc, не допуская повышения вибрации и увеличения крутящего момента двигателя выше заданной величины.

Работа САУ: рукоятка задатчиков К0, Z0 устанавливаются в исходное положение, т.е. Ко=Кср, a Z=Zo. При включении САУ автоматически устанавливаются значения ω=ωср и P=Pср, т.е ∆K=0 и ∆Z=0 (K=Kср, Z=Zср). Затем производится поиск оптимальных значений Копт и Zопт. Для этого Z0=var, а К=const пока Un=max по прибору Z0 = const, а К=var пока Un= max – и т.д. пока  (этому соответствует Zопт и Копт).

Затем САУ работает автоматически без переналадок до тех пор, пока резко не изменится критерий эффективности η (по прибору) или при смене типа бурового инструмента.

САУ обеспечивает: увеличение производительности на 45%; уменьшения затрат на бурение на 25%; увеличения стойкости режущего инструмента на 30%, а также увеличение срока службы станка и повышение надежности за счет уменьшения перегрузок (М) и вибраций (γ)

.


 

рис.1.8  Современная САУ «Режим –СБ» 2 вариант . Состав схемы: BV, BR, RS, BP, BF – датчики с преобразователями; U1 ÷ U4 –
 множительно-делительные ячейки; AW1, AW2 – усилители с ограничителями; А1 (ω), А2 (Рос)– регуляторы частоты вращения;
М-ГД – двухфазный конденсаторный двигатель переменного тока управляющий гидродросселем на основной магистрали;
М1– двигатель вращателя.


Современная САУ «Режим-СБ» (рис. 1.9)

рис. 1.9 Современная САУ «Режим- СБ». МД1 ÷ МД3 – множительно-делительные блоки вычислительного устройства;У1 ÷ У4– усилители;ПН1,
ПН2– преобразователи напряжения; ПДСБ, ПДН, ПДВ – преобразователи датчиков скорости бурения, нагрузки, вибрации; ЗУ – задатчик глубины внедрения за 1 оборот; ЗПР– задатчик показателя режима бурения; РСВ, РН – регуляторы скорости вращения, нагрузки; УСВ, УРН – усилители скорости вращения, нагрузки.


– МД-1, МД-2, МД-3 – множительно-делительные блоки вычислитель-ного устройства,

–У1,У2,У3,У4 – усилители,

–ПН-1, ПН-2 – преобразователи напряжения

 – преобразователи датчиков

скорость бурения

осевой нагрузки

вибрации
датчики

ЗУ- задатчик глубины внедрения долота за 1 оборот (Un1)

ЗПР- задатчики показателя режима бурения (Unp).

 

регуляторы

 

усилители

 скорости вращения (ω)
осевой нагрузки Рос

ДСБ – датчик скорости бурения (трехфазный магнитоиндукционный тахометр ТМИ) жестко соединен с гидромонитором ГМ.

ДН – выполнен в виде двух торов с обмотками, действие основано на магнитоупругом эффекте. Оси соединены в мостовую схему: в два плеча ДН-1 и ДН-2, в два других – индуктивности L1 и L2 с подстрочными сердечниками для балансировки моста.

У-СВ – питает двухфазный конденсаторный двигатель Д(ДР-09)РСВ, вал которого жестко соединен с потенциометром. Сигнал поступает на вход СИФУ системы ТП-Д вращателя.

РН – выполнен аналогично. Вал Д соединен с гидродросселем Др, который регулирует давление масла Рсл в сливном насосе гидроподачи рабочего органа бурового станка.

Система имеет пять сигналов:  они поступают соответственно на входы МДi.

На выходе МДi

Uh  текущему углублению долота за 1 оборот

Uh1  заданное углубление долота за 1 оборот

На выходе У1 – сигнал , т.е. скорректированный по уровню вибрации

 на входе РСВ.

На выходе МД-2 - соответствует текущему значению показателя режима бурения.

– заданное значение показателя режима бурения.

Выход У-2  скорректирован по величине момента двигателя.

– подается на вход РН.

МД-3 вычисляет критерий эффективности режима бурения, вход соединен с вольтметром V.

При включении САУ устанавливается режим, соответствующий заданным значениям Un1 и UnрЗ .Затем оставляя Uh1=const с помощью ЗПР изменяют Unp3 , добиваясь показаний UV=max. Затем Unp3=const и изменяют Uh1cпомощью ЗУ до получения UV=max. И так до тех пор, пока не получат UVmax соответствующее Uh1опт и Unp3опт. Затем схема работает без наладки.

Данная система обеспечивает увеличение производительности на 45%, стойкости долота на З0%, надежности и срока службы станка, уменьшения затрат на бурение на 25%.

 

САУ буровой установки на базе УВМ (рис.1.10) состоит из:

БСМ – блок статических моделей; БДМ – блок детерминированных моделей;

BKМ– блок коррекции моделей объекта; БУ – блок управления; ВО – блок оптимизации; ВТ – видеотерминал (дисплей); БИО – блок идентификации объекта; БАЭ , БПЭ – блок активного и пассивного элемента; АБК – аналоговый блок коррекции и подавления вибрации; БЛР, БЛО – блоки локального регулирования и оптимизации; ББЗ – блок быстродействующей защиты; БСНС – блок самонастройки; УАР – устройство аналоговой регистрации информации; Д – датчики; ИУ – исполнительные устройства; БСО – блок статической обработки информации; БВТЭП – блок вычисления технико-экономических показателей; АЦР – устройство цифровой регистрации информации; БОТЗ – блок организационно-технических задач; БПА –блок программной автоматизации.

Сигналы от Д через фильтры и сигнализаторы помех поступают в БСО и затем БАЭ, БПЭ и БИО. Последний выбирает из памяти наиболее близкую модель бурения. Затем БАЭ выполняет проверку правильности выбора модели. Если модель выбрана правильно, то управление и оптимизация ведутся на её основе. БО вычисляет оптимальные режимы бурения, а БУ их реализует.

Если выходы объекта и модели отличаются более, чем на заданный порог, то модель корректируется по данным блока БПЭ. Если коррекция не проходит, то вновь работают БАЭ и БИС, выбирая новую модель. Если они не могут подобрать детерминированную модель (через БДМ) из-за быстрого изменения крепости пород, то система переходит на использование средней статистической модели (через БСМ). В этом случае главная роль передается БПЭ, который корректирует статическую модель в БСМ, последняя используется для оптимизации и управления.

 


рис. 1.10 САУ бурового станка на базе УВМ.


1.3 АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
 УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

 

Станки ударно вращательного бурения предназначены для проходки скважин в крепких породах и породах выше средней крепости на карьерах черной и цветной металлургии. В разное время отечественной промышленностью было создано около 20 типов станков ударно-вращательного бурения для открытых горных работ. В соответствии с типоразмерным рядом предусмотрено четыре типажные модели станков: 1СБУ-125, 2СБУ-125, СБУ-160 и СБУ-250.

Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что эффективность ударно-вращательного бурения зависит не только от рабочей характеристики применяемого пневмоударника, очистки забоя и конструкции коронки, но и от усилия подачи и частоты вращения бурового инструмента.

Было установлено, что изменение осевой нагрузки в четыре раза вызывает увеличение механической скорости бурения лишь на 15%, а с изменением частоты вращения от 15 до 90 об/мин наблюдается два четко выраженных экстремума механической скорости подачи (рис 1.11). Статическая характеристика  имеет четыре зоны: I (0≤n≤ 40), II (30≤n≤ 55), III (45≤n≤ 70), IV(60≤n≤85).

 При дальнейшем увеличении частоты вращения наблюдается резкое сокращение стойкости инструмента. Интенсивность износа породоразрушающего инструмента зависит от физико-механических свойств буримых пород, параметров режима бурения и конструктивных свойств буровой коронки.

 

рис 1.11. Зависимость механической скорости от частоты вращения
































Система автоматизации станка ударно-вращательного бурения.

Из анализа статических характеристик объекта следует:

1) при бурении неабразивных пород наиболее эффективен участок второго экстремума;

2) в абразивных породах выше средней крепости и крепких породах проходку скважины рационально вести в области первого экстремума;

3) нерегулируемый привод станка ударно-вращательного бурения необходимо заменить регулируемым.

Система оптимизации процесса бурения должна иметь экстремальный регулятор. Так как существующие экстремальные регуляторы рассчитаны на поиск одного экстремума, то систему управления необходимо дополнить специальным устройством, которое выдавало бы команды для определения области наивыгоднейшего бурения. Функциональная схема системы автоматического управления процессом ударно-вращательного бурения показана на рис. 1.12.

При  УЭП переводит регулятор на первый экстремум, а при  – на второй.

После перевода в область первого и второго экстремума действие УПЭ прекращается, и управляющий триггер перебрасывается лишь от сигнала, поступающего от усилителя-формирователя. При срабатывании реле УПЭотключается экстремальный регулятор и устройство пропорционирования, в результате чего ИСпереводится на не зависимое от УПпитание.

Система работает следующим образом. Если система поддерживает оптимум на первом экстремуме, то область наивыгоднейшего режима бурения данных пород лежит выше программной кривой . В этом случае будет соблюдаться неравенство . Следовательно, УПЭвыдает команду УТэкстремального регулятора, который переводит объект O на правый склон второго экстремума. При дальнейшей проходке износ инструмента увеличивается, скорость проходки уменьшается и выполняется неравенство . УЭПвыдает команду для перевода системы в область первого экстремума.

Система обеспечивает оптимальный режим ударно-вращательного бурения при максимальной механической скорости благодаря правильному выбору зоны экстремума.


 

рис. 1.12 САУ с экстремальным регулированием и переключением экстремумов:

О – объект регулирования; ПЭ– программный элемент; S – интегратор;
ЗУ и ВУ – запоминающие и вычислительное устройства; УФ – усилитель формирователь; УТ– управляющий триггер; ИС – исполнительная схема; ТГ – тактовый генератор;
УПЭ – устройство перевода регулятора на необходимый экстремум;
УС – сигнальное устройство.


САУ с экстремальным регулятором (рис. 1.13).

 

 

рис. 1.13 САУ с экстремальным регулятором :ЗУ – задающее устройство;
СУ – система управления ;ЭД – электродвигатель; ИД – исполнительный двигатель;
ДР – гидродроссель ;ГД – гидродвигатель; ДСБ – импульсный датчик скорости бурения;
К – коммутатор; ЗУ1, 3У2 – задающиеустройства; ЛЭ – логический элемент.

 

Работа: импульс от ДСБ поступает на коммутатор К, который по каждому импульсу последовательно выполняет четыре операции:

– в ЗУ1 запоминается интервал времени ∆t между двумя смежными импульсами;

– сравниваются сигналы Δti-1 и Δti на ЗУ1 и ЗУ2 при одновременной передачи Δti от K;

– сброс информации с ЗУ1;

– включение ЛЭ для производства «шага».

ИД измеряет скорость ГД вращателя через ДР напорной магистрали. Если Δti < Δti-1 (т.е.Vб увеличивается), то ИД выдает команду увеличения ω. Если Δti > Δti-1 (т.е. Vб уменьшается), то ИД выдает сигнал на уменьшение ω. Такая система увеличивает производительность станка на 50 % и снижает стоимость 1 м проходки.


1.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ

 

Механизм разрушения породы при термическом бурении. Разрушение забоя нагревом породы и возникающими при этом температурными напряжениями, превышающими предел прочности, осуществляется высокотемпературными газовыми струями, выходящими из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью и обладающими большой механической энергией.

Положительными качествами термического бурения являются высокая производительность при проходке крепчайших пород, возможность бурить скважины переменного диаметра и независимость скорости бурения от обводнения массива. К недостаткам термического бурения относятся возможность бурения пород только с определенными теплофизическими свойствами, ограниченная глубина бурения, большой расход воды для охлаждения горелки и загрязнение атмосферы вредными газами.

Под воздействием потока раскаленных газов поверхностный слой нагревается и расширяется в большей степени, чем нижележащие слои, что вызывает появление трещин и разрушение. Разница температуры слоев тем больше, чем меньше теплопроводность породы, поэтому более интенсивно разрушаются породы с малой теплопроводностью. При длительном нагреве порода плавится, и расплавленная масса выдувается потоком газов, но при соприкосновении с холодными стенками скважин осаждается на них и образует воротники, которые препятствуют выносу буровой мелочи.

Газовые струи образуются в камере горелки в результате сжигания высококалорийного топлива (смеси кислород – керосин, бензин – сжатый воздух, соляровое масло – азотная кислота).

Основными показателями термического бурения являются эффективная температура, интенсивность теплообмена между газовой струей и разрушаемой породой, удельный тепловой поток, вводимый в разрушаемую породу, суммарный расход топливных компонентов и коэффициент избытка окислителя.

В настоящее время применяются промышленные станки двух основных типов: с буровой штангой и легкий станок на пневмоколесной ходовой тележке с невысокой мачтой и коротким буровым снарядом, подвешенным на стальном канате.

 

Автоматизация процесса термического бурения.Опыт применения термического бурения в различных горно-геологических условиях показывает, что для повышения эффективности процесса разрушения породы целесообразно увеличивать расход топлива и окислителя. Наибольшая скорость бурения достигается при некоторых оптимальных значениях частоты вращения термобура и расстояния от горелки до забоя. Лучшие результаты получаются при значениях коэффициента избытка окислителя, близких к единице.

Системы управления станком термического бурения обычно состоят из двух подсистем:

1) автоматического поддержания заданного соотношения компонентов топлива;

2) автоматического поддержания заданного расстояния между горелкой и забоем.

Бурение обычно ведетсяна полуавтоматическом режиме. После запуска горелки ее опускают на маневровой скорости к забою и переводят на автоматическое управление. Принцип работы системы заключается в периодических прощупываниях забоя, рабочим органом, который быстро опускается на 200 мм вниз и быстро возвращается в исходное положение (рис. 1.14, а). Если при очередном ходе вниз горелка не достигает забоя, то скорость опускания рабочего органа автоматически несколько повышается (до тех пор, пока горелка не упрется в дно скважины). При этом ослабевает натяжение каната, и система автоматического регулирования уменьшает частоту вращения электродвигателя механизма опускания штанги. Скорость подачи сокращается до следующего очередного прощупывания. Таким образом, система автоматически поддерживает оптимальную скорость бурения в зависимости от свойств буримой породы.

Несколько иной принцип поддержания оптимального расстояния между горелкой и забоем используется в системе, функциональная схема которой показана на рис 1.14 ,б. Расстояние от горелки до забоя определяется косвенно по усилию, действующему на подвеску бурового инструмента и зависящему от противодавления между горелкой и забоем. Усилие в подвеске используется в качестве регулируемой величины в системе управления приводом подачи бурового инструмента. Применение такой системы, разработанной в Криворожском горном институте, повысило производительность станка на 8% при одновременном снижении удельных энергозатрат.

 

 

а)

 

 

 

б)

 

рис. 1.14 САУ станком термического бурения:


а–следящего типа;  б–косвенного типа


1.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАРЯДКИ СКВАЖИН ЗАРЯДНЫМИ МАШИНАМИ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Для заряжания взрывных скважин на карьерах взрывчатыми веществами (ВВ) применяют машины МЗ-3, МЗ-4 и др. С помощью этих машин достигается высокая точность дозирования ВВ при заряжании скважин и выполняются взрывные работы строго по паспорту буровзрывных работ, что способствует более равномерному дроблению горной массы, снижению себестоимости и повышению производительности труда. Кроме того, на зарядных машинах производят доставку ВВ с базисных складов к месту ведения взрывных работ. Управляет зарядной машиной один шофер-оператор.




⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒






Последнее изменение этой страницы: 2018-05-10; просмотров: 330.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...