RU1788227C

RU1788227C - Hydraulic drive of drilling rig

Info

Publication number: RU1788227C
Application number: SU904890861A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Кудинов; Сергей Григорьевич Строна; Николай Николаевич Пярн; Федор Саввич Харченко
Original assignee: Луганский станкостроительный завод им.В.И.Ленина
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1993-01-15

Abstract

Сущность изобретени : гидропривод бурового станка содержит гидропатроны, гидрораспределитель дл управлени патронами , гидроцилиндры подачи, гидрораспределительдл управлени гидроцилиндрами подачи, клапаны давлени , обратный клапан, гидронасос гидропатронов , гидронасос гидроцилиндров подачи , дроссель и бак дл рабочей жидкости. Выход гидрораспределител дл управлени гидропатронами гидравлически соединен через параллельно установленные дроссель и клапан давлени с пЬртнев ыми полост ми гидроцилиндров подачи. Одна из полостей управлени клапана давлени гидравлически соединена с портШ в ьГми пб ло- ст ми гидроцилиндров подачи. Втора полость управлени клапана давлени гидравлически соединена с выходом гидрорас- пределител дл .управлени гидроцилиндра подачи-; Гидронасос гидропатронов гидравлически соединен чер ёз каналы гидрораспределител дл управлени гидропатронами с каждым из выходов гидрораспределител дл управлени гидропатронами . 1 ил. ел сSUMMARY OF THE INVENTION: a drilling rig hydraulic actuator comprises hydraulic cartridges, a control valve for controlling chucks, a supply hydraulic cylinder, a control valve for controlling the supply hydraulic cylinders, pressure valves, a check valve, a hydraulic cartridge hydraulic pump, a hydraulic pump hydraulic pump cylinder, a throttle and a tank for the working fluid. The outlet of the control valve for controlling the hydraulic cartridges is hydraulically connected through a parallel throttle and pressure valve to the rotary cavities of the supply hydraulic cylinders. One of the control cavities of the pressure valve is hydraulically connected to the port in the GMI via the hydraulic cylinders of the supply. The second pressure valve control cavity is hydraulically connected to the outlet of the control valve for controlling the supply hydraulic cylinder; The hydraulic pump of the hydraulic cartridges is hydraulically connected through the channels of the hydraulic distributor for controlling the hydraulic cartridges with each of the outputs of the hydraulic distributor for controlling the hydraulic cartridges. 1 ill. ate with

Description

Изобретение относитс к бурению, конкретно к вращательному бурению, и может быть применено в шпиндельных буровых станках с гидравлической подачей и креплением колонн.The invention relates to drilling, specifically to rotary drilling, and can be applied to spindle drilling rigs with hydraulic feed and column fixing.

Известна гидросистема бурового станка , содержаща гидрораспределитель дл управлени гидропатронами, гидроцилиндры подачи, штоковые полости которых гидравлически соединены с одним из выходов гидрораспределител дл управлени гидроцилиндрами подачи, а поршневые полости которых гидравлически соединены через параллельно установленные дроссель и обратный клапан со вторым выходом гидрораспределител дл управлени гидроцилиндрами подачи, а также гидробак.A well-known hydraulic system of a drilling rig, comprising a control valve for controlling the hydraulic chucks, supply hydraulic cylinders, the rod cavities of which are hydraulically connected to one of the outputs of the control valve for controlling the supply cylinders, and the piston cavities of which are hydraulically connected through a parallel throttle and a check valve with a second output of the control valve for controlling the hydraulic cylinders as well as a hydraulic tank.

В описанной системе имеетс веро т- ность ошибки управлени , и, как следствие, риск поломки породоразрушающего инструмента , т.е. уменьшаетс собственно надежность бурового станка.In the described system, there is a probability of a control error, and, as a consequence, the risk of breakage of the rock cutting tool, i.e. the reliability of the drilling rig itself is reduced.

Известен также гидропривод бурового станка, прин тый в качестве прототипа изобретени . Отличие известного гидропривода от вышерассмотренного решени заключаетс в том, что поршневые полости гидроцилиндров подачи гидравлически соединены через параллельно установленные клапан давлени и обратный клапан со вторым выходом гидрораспределител дл управлени гидроцилиндрами подачи.Also known is the hydraulic drive of a drilling rig, adopted as a prototype of the invention. The difference between the known hydraulic actuator and the above solution lies in the fact that the piston cavities of the supply hydraulic cylinders are hydraulically connected through a parallel mounted pressure valve and check valve to the second output of the control valve to control the supply hydraulic cylinders.

Описанна схема обладает недостаточной надежностью в режиме бурени на п VJ ооThe described circuit has insufficient reliability in the drilling mode at n VJ oo

0000

hoho

NN

те, т.е. при работе на твердых породах. Кроме того, система имеет недостаточное быстродействие управлени в услови х проходки го рных пррсп с переменными физи-. ко-мехэническими свойствами, вследствие чего снижаетс эффективность бурени .those i.e. when working on solid rocks. In addition, the system has insufficient control performance under the conditions of driving of a mountain PRSP with variable physical. co-mechanical properties, thereby reducing drilling efficiency.

Цель изобретени -повышение надеж-, ности работы бурового станка при бурении горных пород высокой твердости за счет обеспечени ЕГоШожн рсти поддержани оптимального усили подачи на буровой инструмент при одновременном повышении эффективности бурени неоднородных гор- ных пород за счет повышени быстродействи управлени процессом бурени в зависимости от физико-механических свойств породы. .,-.:......The purpose of the invention is to increase the reliability and reliability of the drilling rig during drilling of rocks of high hardness by ensuring that it maintains optimal feed force to the drilling tool while increasing the drilling efficiency of heterogeneous rocks by increasing the speed of the drilling process control depending on the physical -mechanical properties of the breed. ., -.: ......

Поставленна цель достигаетс тем, что в известный гидропривод бурового станка, включающий гидропатроны, рабочие полости которых гидравлически соединены с одним из выходив гидрораспределител управлени гидропатронами, гидроцилиндры подачи, штоковые полости которых гидравлически соединены с одним из выходов гидрораспределител дл управлени гидроцилиндрами подачи, а поршневые полости которых гидравлически соединены через параллельно установленные клапан давлени и обратный клапан со вторым выходом гидрораспределител дл управлени гидроцилиндрами подачи, гидрораспределитель дл -управлени гидропатронами , входы которого гидравлически соёдинё ны соответственно с гидронасосом тидропатронов и с баком дл рабочей жидкости, гидрораспрёделитель дл управлени гидроцилиндрами подачи, входы которого гидравлически соединены соответственно с гидронасосом гидроцилиндров подачи и с баком дл рабочей жидкости , - введён дополнительно клапан давлени с двум полост ми управлени , а второй выход гидрораспределител дл управлени гидропатронами гидравлически соединен через параллельно установленные , дроссель и дополнительный клапан давлени с поршневыми полост ми гидро- цйлиндров подачи, при этом одна из полостей управлени дополнительного клапана давлени гидравлически соединена с пбрш- нёвыми полост ми гидроцилиндров подачи, а втора полость управлени дополнительного клапайа давлени гидравлически соединена со вторым выходом гидрораспределител дл управлени гидроцилиндрами подачи, причем гидронасос гидропатронов установлен с возможностью гидравлического соединени через каналы гидрораспределителей дл управлени тидThis goal is achieved by the fact that in the well-known hydraulic drive of the drilling rig, which includes hydraulic cartridges, the working cavities of which are hydraulically connected to one of the output control valves of the hydraulic cartridges, the supply hydraulic cylinders, the rod cavities of which are hydraulically connected to one of the outputs of the hydraulic control valve to control the supply hydraulic cylinders, and the piston cavities of which hydraulically connected through a parallel mounted pressure valve and check valve with a second outlet of the control valve for the control of the supply hydraulic cylinders, the control valve for controlling the hydraulic cartridges, the inputs of which are hydraulically connected respectively to the hydropump cartridges and the working fluid tank, the control valve for controlling the supply cylinders, the inlets of which are hydraulically connected respectively to the supply hydraulic pump cylinder and the working fluid tank, is introduced additionally a pressure valve with two control cavities, and a second control valve output for controlling the hydraulic cartridges and connected through a parallel-mounted throttle and additional pressure valve to the piston cavities of the supply hydraulic cylinders, one of the control cavities of the additional pressure valve is hydraulically connected to the main cavities of the supply hydraulic cylinders and the second control cavity of the additional pressure valve is hydraulically connected to the second output of the control valve for controlling the supply hydraulic cylinders, the hydraulic pump of the hydraulic cartridges being installed with the possibility of hydraulic connection through AvantGo Channels directional control valves for controlling the TTI

ропатронами с каждым из выходов последнего ,shovels with each of the outputs of the latter,

На чертеже изображена принципиаль- . на схема гидропривода бурового станка.The drawing shows the principal. to the hydraulic circuit of the drilling rig.

Гидропривод содержит гидропатроны 1, рабочие полости которых соединены с одним из выходов гидрораспределител 2 дл управлени гидропатронами 1,гидроцилиндры 3 подачи, штоковые полости кото0 рых гидравлически соединены с одним из выходов гидрораспределител 4 дл управлени гидроцилиндрами 3, поршневые полости гидроцилиндров 3 гидравлически соединены через параллельно установлен5 ные клапан 5 давлени и обратный клапан 6 со вторым выходом гидрораспределмтел 4, Входы гидрораспределител 4 гидравлически соединены соответственно с гидронасосом 7 гидроцилиндров подач .и с баком 8;The hydraulic actuator contains hydraulic cartridges 1, the working cavities of which are connected to one of the outputs of the hydraulic distributor 2 for controlling the hydraulic cartridges 1, the hydraulic cylinders 3 of the supply, the rod cavities of which are hydraulically connected to one of the outputs of the hydraulic distributor 4 for controlling the hydraulic cylinders 3, the piston cavities of the hydraulic cylinders 3 are hydraulically connected through parallel mounted 5 pressure valves 5 and check valve 6 with a second output of the control valve 4, The inputs of the control valve 4 are hydraulically connected respectively to the hydraulic with a pump 7 feed cylinders .and with a tank 8;

0 Входы гид рораспределител 2 гидравлически соединены соответственно с гидронасосом 9 и с баком 8 дл рабочей жидкости. Кроме того, гидропривод включает дроссель0 The inputs of the control valve 2 are hydraulically connected respectively to the hydraulic pump 9 and to the tank 8 for the working fluid. In addition, the hydraulic actuator includes a throttle

10. . -.- 10. . -.-

5 Новым в гидроприводе вл етс наличие дополнительного клапана 11 давлени с двум полост ми 12, 13 управлени . При . этом второй выход гидрораспределител 2 гидравлически соединен через параллельно5 New in the hydraulic drive is the presence of an additional pressure valve 11 with two control cavities 12, 13. At. this second output of the control valve 2 is hydraulically connected through parallel

0 установленные дроссель 10 и клапан 11с поршневыми полост ми гидроцилиндров 3, причем полость 12 управлени дополнительного клапана 11 гидравлически соединена с поршневыми полост ми0 installed throttle 10 and valve 11 with piston cavities of the hydraulic cylinders 3, and the control cavity 12 of the additional valve 11 is hydraulically connected to the piston cavities

5 гидроцилиндров 3; а полость 13 управлени клапана 11 гидравлически соединена со вторым выходом гидрораспределител 4. Гид-, ронасос 9 гидропатронов 1 установлен с возможностью гидравлического соедине0 ни через каналы гидрораспределител 2 с каждым из выходов последнего.5 hydraulic cylinders 3; and the control cavity 13 of the valve 11 is hydraulically connected to the second output of the control valve 4. The hydraulic pump 9 of the hydraulic cartridges 1 is mounted with the possibility of hydraulic connection 0 through the channels of the control valve 2 to each of the outlets of the latter.

Гидропривод бурового станка работает следующим образом.The hydraulic drilling rig operates as follows.

В режиме бурени вращающа с борш5 танга подаетс к забою гидроцилиндрами 3, дл чего насос 7 через распределитель 4 известным образом соедин етс со штоко- выми полост ми указанных цилиндров. При этом вес буровой колонны уравновешивает0 с настройкой клапана 5 давлени , который подключен к поршневым полост м цилиндров 3,-По линии подключени жидкость, вытесн ема из цилиндров 3, через элементы 5-4 отводитс на слив, а бурова колонна,In the drilling mode, the rotary tongue 5 is fed to the bottom by hydraulic cylinders 3, for which the pump 7 is connected via the distributor 4 in a known manner to the rod cavities of these cylinders. At the same time, the weight of the drill string balances 0 with the adjustment of the pressure valve 5, which is connected to the piston cavities of the cylinders 3, - Through the connecting line, the fluid displaced from the cylinders 3 is discharged through elements 5-4 and the drill string,

5 фиксируема верхним гидропатроном 1, совершает рабочий ход одновременно с поршн ми цилиндров 3. В конце хода подачи предусмотрен перехват патронов 1. Перехват начинаетс переключением распределителей 2,4 влево по схеме, когда жидкость5 is fixed by the upper hydropatron 1, makes a stroke simultaneously with the pistons of the cylinders 3. At the end of the feed stroke, the interception of cartridges 1 is provided. The interception begins by switching the distributors 2.4 to the left according to the scheme when the liquid

от насосов 7, 9 подаетс соответственно к патронам 1 и в поршневые полости цилиндров 3. При этом нижний патрон 1 фиксирует буровую колонну, верхний патрон раскрепл етс и перемещаетс цилиндрами 3 вдоль колонны к верхней точке хода поршней. В верхней точке происходит переключение распределителей 2, 4 в исходное положение , перекрепление патронов t и начинаетс новый цикл бурени .from the pumps 7, 9 it is supplied respectively to the cartridges 1 and into the piston cavities of the cylinders 3. In this case, the lower cartridge 1 fixes the drill string, the upper cartridge is detached and moves by the cylinders 3 along the string to the upper point of the piston stroke. At the upper point, the distributors 2, 4 are switched to the initial position, the cartridges t are reinforced and a new drilling cycle begins.

Кроме вышеописанных процессов в гидроприводе происходит подпитка дополнительным расходом дл компенсации имеющихс утечек. Но при этом, в случае проходки однородных горных пород средней твердости утечки отсутствуют и указан- ный дополнительный расход имеет следующий путь: 7-2-10-5-4-8 и не оказывает вли ни на работу гидропривода.,In addition to the processes described above in the hydraulic drive, an additional charge is added to compensate for leaks. But at the same time, in the case of driving homogeneous rocks of medium hardness, there are no leaks and the indicated additional flow rate has the following path: 7-2-10-5-4-8 and does not affect the operation of the hydraulic drive.,

Если необходимо бурение твердых пород , когда подача минимальна, а давление наибольшее (т.н. бурение на п те), работа станка происходит в экстремальных услови х т желых нагрузок и сопровождаетс неизбежными утечками из наход щихс под вышеуказанным давлением поршневых полостей цилиндров 3. Наличие утечек нарушает уравновешивающее действие этого давлени на вес бурильной колонны, который через борштангу прикладываетс к долоту , перегружа его. Чтобы избежать этого, упом нутый дополнительный расход направл етс в поршневые полости по путиIf hard rock drilling is required when the supply is minimal and the pressure is the highest (the so-called drilling on the fifth), the machine operates under extreme conditions of heavy loads and is accompanied by inevitable leaks from the piston cavities of the cylinders under the above pressure 3. Availability leakage violates the balancing effect of this pressure on the weight of the drill string, which is applied through the boring bar to the bit, overloading it. To avoid this, said additional flow is directed to the piston cavities along the way

: . . :. .

компенсиру утечки, и восстанавливает темcompensates for leaks, and restores thereby

самым нарушенное равновесие. .the most disturbed balance. .

В случае бурени неоднородных по физико-механическим свойствам пород возможно резкое увеличение скорости подачи борштанги вплоть до падений и ударов о забой. При этом резко увеличиваетс поток жидкости из поршневых полостей цилиндров 3 и, вследствие возникающего переходного процесса, пропорционально возрастает перепад давлени между входом и выходом клапана 5, обладающего определенным гидравлическим сопротивлением. Указанный возросший перепад давлени прикладываетс к полост м управлени 12, 13 клапана 11, соответственно увеличива проходное сечение последнего, а, значит, и дополнительный расход. В свою очередь, возросший дополнительный расход направл етс в поршневые полости цилиндров 3 по пути ъ.In the case of drilling rocks that are heterogeneous in physical and mechanical properties, a sharp increase in the feed rate of the boring bar is possible up to drops and impacts on the face. In this case, the fluid flow from the piston cavities of the cylinders 3 sharply increases and, due to the transient process, the pressure differential between the inlet and the outlet of the valve 5 having a certain hydraulic resistance proportionally increases. The indicated increased pressure drop is applied to the control cavities 12, 13 of the valve 11, respectively increasing the flow area of the latter, and, consequently, the additional flow rate. In turn, the increased additional flow is directed to the piston cavities of the cylinders 3 along the path b.

:7-, ;: 7-,;

ъ . b.

притормажива опускание поршней в цилиндрах 3 и снижа тем самым нерегламентированное резкое увеличение скорости подачи. В результате исключаютс падени и удары борштанги о забой. Таким образом, сглаживаетс переходной процесс и, по ме- 5 ре уменьшени скорости подачи, разность давлений между управл ющими полост ми 12, 13 соответственно уменьшаетс , свод суммарное проходное сечение клапана 11 и дроссел 10 к величине калиброванного от0 версти дроссел , когда упом нута разностьдавлений достигает соответствующего значени ;the lowering of the pistons in the cylinders 3 is slowed down and thereby lowering the unregulated sharp increase in the feed rate. As a result, falls and impacts of the boring bar against the bottom are excluded. Thus, the transient process is smoothed out and, as the feed rate decreases 5, the pressure difference between the control cavities 12, 13 decreases accordingly, reducing the total flow area of the valve 11 and the throttle 10 to the size of the calibrated distance of the throttle, when the pressure difference is mentioned reaches the appropriate value;

Описанные процессы происход т автоматически , а их быстродействие, способст5 вующее эффективному затуханию переходных, влений, ограничено только скоростью срабатывани элементов схемы, так что вмешательство бурильщика не требуетс .The described processes occur automatically, and their speed, which contributes to the effective attenuation of transient phenomena, is limited only by the response speed of the circuit elements, so that the intervention of the driller is not required.

0 Полезный эффект от использовани станка состоит в повышении износостойкости породоразрушающего инструмента и достигаетс за счет сокращени потребности инструмента на один буровой станок.0 The beneficial effect of using the machine is to increase the wear resistance of the rock cutting tool and is achieved by reducing the need of the tool per drill rig.

5 Изобретение может найти применение в горной промышленности при выполнении вращательного разведочно-поискового бурени , а также в других отрасл х народного хоз йства, где требуетс проходка скважин5 The invention may find application in the mining industry when performing rotary exploratory drilling, as well as in other sectors of the national economy, where drilling is required

0 различного назначени .0 for various purposes.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A hydraulic drive of a drilling rig, including hydropartridges, the working cavities of which are hydraulically connected to one of

5 outputs of the control valve for controlling the hydraulic cartridges, the supply hydraulic cylinders, the rod cavities of which are hydraulically connected to one of the outlets. directional control valves

0 supply cylinders, and the piston cavities of which are hydraulically connected through a parallel mounted pressure valve and check valve with a second output of the control valve for control

5 by hydraulic supply cylinders, a control valve for controlling the hydraulic cartridges, the inlets of which are hydraulically connected respectively to the hydraulic pump of the hydraulic cartridges and to the tank for the working fluid, hydraulic 0. control valve

supply hydraulic cylinders, whose inputs

hydraulically connected respectively to

hydraulic pump feed cylinders and with

tank for working fluid, and throttle,

5 and the fact that, in order to increase the reliability of the drilling rig when drilling rocks of high hardness by providing the ability to maintain optimal feed force to the drilling tool while increasing the drilling efficiency of heterogeneous rocks due to increasing the speed of controlling the drilling process depending on the physicomechanical properties of the rock, it is equipped with an additional pressure valve. with two control cavities, and the second output of the control valve for controlling the hydraulic cartridges is hydraulically connected through a parallel throttle and an additional pressure valve with piston cavities hydrocylin

firewood, wherein one of the control cavities of the auxiliary pressure valve is hydraulically connected to the piston cavities of the supply hydraulic cylinders, and the second control cavity of the additional pressure valve is hydraulically connected to the second output of the control valve to control the supply hydraulic cylinders, and the hydraulic pump of the hydraulic cartridges is installed with the possibility of hydraulic connection through the channels of the control valve to control the hydropartridges with each of the outputs of the latter.