RU2366791C2

RU2366791C2 - Adaptive boring machine

Info

Publication number: RU2366791C2
Application number: RU2007142414/03A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Лемешко (RU); Михаил Александрович Лемешко; Александр Аркадьевич Остановский (RU); Александр Аркадьевич Остановский; Михаил Александрович Васин (RU); Михаил Александрович Васин
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-09-10
Also published as: RU2007142414A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to mining industry and namely to rotary-type boring machines. Boring machine includes the housing whereon there located are electric motor, reduction gear, hydraulic pump, two hydraulic cylinders, forward/reverse spool, controllable bypass valve, control elements, two supports symmetrically located on the boring machine sides and fitted to manipulator or columns. The machine is equipped with spring-loaded plungers fixed on the housing and taking the moment of the boring machine housing rotation, one of which is connected to the stock of the adjustable throttle built in the hydraulic control circuit by the boring machine supply pressure. Both spring-loaded plungers have a spring compression load control and are set to similar resistance of the boring machine housing rotation; at that, compression load of spring-loaded plunger P_opt is set to P_opt=(0.8÷0.9) P_max, where P_max is maximum allowable load created by the plunger when the housing rotates about the rod rotation axis and which corresponds to ultimate rotation moment.

EFFECT: providing automatic reduction of feed force at increase of rotation moment above the set value and automatic increase of feed force up to the controllable maximum value of feed force at decrease of rotation resistance moment.

5 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а конкретно к бурильным горным машинам вращательного типа, и может найти применение при буровзрывном способе проходки подземных выработок, при анкерном креплении выработок, при бурении геолого-разведочных скважин.The invention relates to the mining industry, and in particular to rotary mining rock drilling machines, and may find application in the blasting method of driving underground workings, during anchoring of workings, while drilling exploration wells.

Известны буровые машины, в которых усилие или скорость подачи автоматически изменяется с изменением момента на двигателе вращения (см., например АС СССР № 237569 [1] и АС СССР № 373382 [2].Known drilling machines in which the force or feed rate automatically changes with a change in the torque on the rotation motor (see, for example, the USSR AS No. 237569 [1] and the USSR AS No. 373382 [2].

Саморегулирование таких машин обеспечивается использованием двухдифференциального привода, при котором силовые и скоростные характеристики взаимосвязаны и обеспечивают снижение скорости подачи при увеличении момента вращения выше критического значения [3].Self-regulation of such machines is ensured by the use of a two-differential drive, in which the power and speed characteristics are interconnected and provide a decrease in the feed rate with an increase in the rotation moment above a critical value [3].

Недостатком таких машин является относительно сложный и дорогостоящий привод.The disadvantage of such machines is the relatively complex and expensive drive.

Известны также бурильные машины, в которых используется асинхронный привод и гидравлическая регулируемая подача. См., например, колонковое сверло «ЭБГП» [4]. Достоинством этих машин является их относительная простота, надежность и практически приемлемые характеристики привода.Drilling machines are also known which use an asynchronous drive and a hydraulically controlled feed. See, for example, core drill "EBGP" [4]. The advantage of these machines is their relative simplicity, reliability and practically acceptable drive characteristics.

Это техническое решение принято нами за прототип.This technical decision was made by us as a prototype.

Колонковое сверло является автономной бурильной машиной, в корпусе которой размещены электродвигатель, редуктор, гидронасос, два гидроцилиндра подачи, золотник реверса, регулируемый перепускной клапан. Этим клапаном обеспечивается регулирование давления в гидроцилиндрах подачи, которые расположены симметрично по отношению к корпусу. Колонковое сверло крепится к манипулятору или к колоннам опорами, расположенными по бокам корпуса сверла. При этом оси опор проходят через центр тяжести бурильной машины. Других опор колонковое сверло не имеет.The core drill is an autonomous drilling machine, in the housing of which there is an electric motor, gearbox, hydraulic pump, two feed hydraulic cylinders, a reverse spool, and an adjustable bypass valve. This valve provides pressure control in the supply hydraulic cylinders, which are located symmetrically with respect to the housing. The core drill is attached to the manipulator or to the columns with supports located on the sides of the drill body. In this case, the axis of the supports pass through the center of gravity of the drilling machine. The core drill does not have other supports.

Недостатком такой бурильной машины является необходимость выполнять регулировки и настройки режимов бурения на рациональные режимы интуитивно, на слух или по изменению уровня вибрации корпуса. Поэтому, как правило, бурильщики (операторы) не используют полную мощность привода, настраивая усилие подачи ниже оптимального значения. Или, наоборот, поднимают регулятором давление в гидроцилиндрах подачи выше достаточного, что приводит к заклиниванию буровой штанги или быстрому износу и выходу из строя буровой коронки. При этом режим бурения отличается от оптимального, а производительность бурения ниже возможной.The disadvantage of such a drilling machine is the need to adjust and adjust the drilling modes to rational modes intuitively, by ear or by changing the vibration level of the body. Therefore, as a rule, drillers (operators) do not use the full drive power, setting the feed force below the optimal value. Or, conversely, the regulator raises the pressure in the supply hydraulic cylinders above sufficient, which leads to jamming of the drill rod or rapid wear and damage to the drill bit. At the same time, the drilling mode differs from the optimal one, and the drilling productivity is lower than possible.

Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеназванных недостатков, придание бурильной машине адаптивных свойств: обеспечение автоматического снижения усилия подачи Р_п при превышении момента вращения выше установленного значения и автоматического увеличения усилия подачи Р_п до регулируемого максимального значения усилие подачи Р_п.mах при снижении момента сопротивления вращению, обеспечивая зависимость: Р_п=(0,8÷0,9)F_п.max.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages, giving the drilling machine adaptive properties: to automatically reduce the feed force P _p when the torque exceeds the set value and automatically increase the feed force P _p to an adjustable maximum feed force P _p.max when reducing the rotation resistance , providing the dependence: P _p = (0.8 ÷ 0.9) F _{p max} .

Поставленная цель достигается тем, что опоры бурильной машины снабжены подпружинными толкателями, один из которых, сжимаемый от момента бурения, воздействует на толкатель дополнительного регулирующего дросселя, включенного в гидроцепь управления давлением подачи в гидроцилиндрах подачи. Усилие сжатия Р_т подпружиненного толкателя настраивается на значение, близкое к максимальному - Р_т=(0,8÷0,9)Р_mах, где Р_mах - максимальное усилие, развиваемое толкателем при повороте корпуса относительно оси вращения штанги и соответствующее предельному моменту вращения. Подпружиненный толкатель другой опоры, сжимаемый при увеличении момента вращения, также имеет регулятор сжатия пружины, причем пружины обоих толкателей настраиваются на одинаковое сопротивление повороту корпуса с учетом его веса.This goal is achieved by the fact that the supports of the drilling machine are equipped with spring-loaded pushers, one of which, compressed from the moment of drilling, acts on the pusher of an additional control throttle included in the feed pressure control circuit in the feed cylinders. The compression force P _{t of the} spring-loaded pusher is adjusted to a value close to the maximum - P _t = (0.8 ÷ 0.9) P _max , where P _max is the maximum force developed by the pusher when the body rotates relative to the axis of rotation of the rod and corresponds to the maximum torque . The spring-loaded pusher of the other support, compressed with increasing torque, also has a spring compression regulator, and the springs of both pushers are adjusted to the same resistance to rotation of the housing, taking into account its weight.

Заявляемая конструкция поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид бурильной машины сверху, на фиг.2 - сечение А-А бурильной машины на фиг.1; на фиг.3 - пример выполнения опоры бурильной машины с толкателем и регулирующим дросселем; на фиг.4 - пример выполнения опоры с толкателем и регулируемой пружиной; на фиг.5 - схема управления бурильной машиной.The inventive design is illustrated by drawings, where figure 1 shows a top view of the drilling machine, figure 2 - section aa of the drilling machine in figure 1; figure 3 is an example of the implementation of the support of the drilling machine with a pusher and control throttle; figure 4 is an example of a support with a pusher and adjustable spring; figure 5 - control circuit of the drilling machine.

Бурильная машина состоит из корпуса 1 с буровой штангой 19, на котором закреплены два гидроцилиндра подачи 2, 3, электродвигатель 4, редуктор 5, гидронасос 6, золотник реверса 7, регулируемый перепускной клапан 8, регулирующий дроссель 9 (фиг.5), две опоры 10 и 11 (фиг.2, 3), снабженные толкателями 12 и 13. При этом опоры 10, 11 опираются на колонны 20 и 21 бурильной машины.The drilling machine consists of a housing 1 with a drill rod 19, on which two feed hydraulic cylinders 2, 3, an electric motor 4, a reducer 5, a hydraulic pump 6, a reverse spool 7, an adjustable bypass valve 8, a regulating throttle 9 (Fig. 5), two bearings are fixed 10 and 11 (Fig.2, 3), equipped with pushers 12 and 13. In this case, the supports 10, 11 are based on the columns 20 and 21 of the drilling machine.

Один из сжимаемых от момента вращения толкателей 12 (фиг.2, 3), поджимаемый пружиной 14, сопрягается со штоком 15 регулирующего дросселя 9, который гидравлически включен в магистраль 17 (см фиг.5) подачи масла в гидроцилиндры подачи 2, 3 последовательно с регулирующим дросселем 9 и перепускным клапаном 8.One of the pushers 12, compressed from the moment of rotation (FIGS. 2, 3), pressed by the spring 14, is mated to the rod 15 of the control throttle 9, which is hydraulically connected to the oil supply line 17 (see FIG. 5) in the supply hydraulic cylinders 2, 3 in series with control throttle 9 and bypass valve 8.

Другой толкатель 13 (фиг.2, 4) воспринимает нагрузку через опору 11 от момента поворота корпуса бурильной машины, поджимается регулируемой пружиной 18.Another pusher 13 (figure 2, 4) perceives the load through the support 11 from the moment of rotation of the housing of the drilling machine, is pressed by an adjustable spring 18.

Усилия, создаваемые пружинами 14, 18, регулируются гайкой 16 и рассчитаны на значения, при которых момент вращения приближается к критическому моменту вращения по фактору прочности буровой штанги, мощности электродвигателя и др. Это усилие равно P_т≈(0,8÷0,9)·P_max. Где Р_max - максимальное усилие, развиваемое толкателем при повороте корпуса относительно оси вращения штанги и соответствующее предельному моменту вращения. Ход движения толкателя в опоре регулируется в пределах 2-5 мм и ограничивается ходом штока управляющего дросселя 9.The forces created by the springs 14, 18 are regulated by the nut 16 and are designed for values at which the rotation moment approaches the critical rotation moment based on the strength factor of the drill rod, electric motor power, etc. This force is P _t ≈ (0.8 ÷ 0.9 ) · P _max . Where P _max - the maximum force developed by the pusher during rotation of the housing relative to the axis of rotation of the rod and corresponding to the maximum torque. The stroke of the pusher in the support is adjustable within 2-5 mm and is limited by the stroke of the control throttle 9.

Работает заявляемая бурильная машина следующим образом.The claimed drilling machine operates as follows.

1. Перед ее включением исходя из расчетных значений предельного момента вращения по факторам, изложенным в методике [5], устанавливается критическое (пересчитанное с учетом радиуса вращения - от оси штанги до опоры) значение усилия сжимающей пружины Р_т=(0,8÷0,9)Р_mах. Эта величина регулируется установочной гайкой 16 (фиг.3).1. Before turning it on, based on the calculated values of the limiting torque according to the factors described in the procedure [5], a critical value (compressing the radius of rotation — from the axis of the rod to the support) of the force of the compression spring Р _t = (0.8 ÷ 0 , 9) P _max . This value is regulated by the adjusting nut 16 (figure 3).

Множитель 0,8÷0,9 получен эмпирическим путем и определяется динамическими (массово-инерционными) характеристиками бурильной машины.The factor 0.8 ÷ 0.9 obtained empirically and is determined by the dynamic (mass-inertial) characteristics of the drilling machine.

Далее усилие пружины настраивают на рассчитанную величину Р_опт путем поворота установочной гайки 16.Next, the spring force is adjusted to the calculated value of P _opt by turning the installation nut 16.

Настройка бурильной машины на предельное давление в гидроцилиндрах подачи осуществляется регулируемым перепускным клапаном 8, как у прототипа.The drilling machine is set to the maximum pressure in the supply hydraulic cylinders by an adjustable bypass valve 8, as in the prototype.

2. Включается привод и осуществляется процесс бурения.2. The drive is turned on and the drilling process is carried out.

При этом если момент сопротивления вращению будет для конкретных условий бурения не превышать (0,8÷0,9) величины от предельного значения максимального момента вращения М_mах, пружина будет разжата и дроссель не будет воздействовать на усилие подачи. При увеличении момента сопротивления вращению свыше значений (0,8÷0,9) от максимального пружина начнет сжиматься и дальнейшее увеличение момента сопротивления вращению приведет к сжатию пружины и движению подпружиненного толкателя 12 регулирующего дросселя 9.Moreover, if the rotation resistance moment for specific drilling conditions does not exceed (0.8 ÷ 0.9) the value of the limit value of the maximum rotation moment M _max , the spring will be released and the throttle will not affect the feed force. With an increase in the moment of resistance to rotation above values (0.8 ÷ 0.9) from the maximum, the spring will begin to compress and a further increase in the moment of resistance to rotation will lead to compression of the spring and the movement of the spring-loaded pusher 12 of the control inductor 9.

3. Уменьшение проходного сечения регулирующего дросселя 9 приведет к снижению подачи рабочей жидкости в гидроцилиндры и уменьшению скорости их выдвижения. Снижение момента сопротивления вращению приведет к уменьшению усилия на пружину 14, и в пределах ее перемещения будет передвигаться подпружиненный толкатель 12 регулирующего дросселя 9, увеличивая его проходное сечение, что будет приводить к увеличению скорости подачи.3. The reduction in the flow area of the control throttle 9 will lead to a decrease in the flow of working fluid into the hydraulic cylinders and a decrease in the speed of their extension. Reducing the moment of resistance to rotation will lead to a decrease in the force on the spring 14, and within its movement the spring-loaded pusher 12 of the regulating inductor 9 will move, increasing its bore, which will lead to an increase in the feed rate.

На участке бурения пород повышенной крепости момент вращения будет возрастать, что приведет к движению штока регулирующего дросселя 9, изменению проходного сечения канала и, следовательно, к изменению расхода рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 2 и 3. При постоянстве скорости вращения буровой штанги это приведет к снижению толщины среза (удельной подачи) и снижению усилия подачи. Следовательно, рост величины момента вращения будет приостановлен.In the area of drilling of rocks of increased strength, the rotation moment will increase, which will lead to the movement of the rod of the regulating throttle 9, a change in the bore of the channel and, consequently, to a change in the flow rate of the working fluid in the piston cavities of the hydraulic cylinders 2 and 3. With a constant rotation speed of the drill rod, this will lead to reduce the thickness of the cut (specific feed) and reduce the feed force. Therefore, the increase in the magnitude of the torque will be suspended.

В предельных условиях, когда момент вращения будет критическим, т.е. М_вр≈М_mах, сечение регулирующего дросселя будет перекрыто и выдвижка домкратов на забой будет приостановлена до снижения момента вращения.In extreme conditions, when the rotation moment is critical, i.e. _Bp ≈M M _max, regulating the throttle section is blocked and vydvizhka jacks for slaughter to be suspended to reduce the torque.

Выполнение процесса бурения, включая забуривание, перехват штанги, извлечения штанги из скважины выполняется так же, как и у прототипа.The implementation of the drilling process, including drilling, intercepting the rod, removing the rod from the well is the same as that of the prototype.

Регулировка усилия подачи будет обеспечивать бурение в режимах, близких к оптимальным, в режимах с максимальной производительностью, но не допуская заштыбовки и поломок, т.е. заявляемой машине придаются адаптивные качества.Adjustment of the feed force will ensure drilling in modes close to optimal, in modes with maximum productivity, but avoiding filling and breakage, i.e. the inventive machine is given adaptive qualities.

Таким образом, адаптивная система бурильной машины позволит снизить износ режущего инструмента за счет автоматического выбора оптимальных режимов резания в зависимости от крепости породы и деформации буровой штанги, а также снизить эксплуатационные расходы, связанные с заменой инструмента. В свою очередь, снижение эксплуатационных расходов и времени для замены инструмента повысит производительность бурения по крепким породам.Thus, the adaptive system of the drilling machine will reduce the wear of the cutting tool by automatically selecting the optimal cutting conditions depending on the strength of the rock and the deformation of the drill rod, as well as reduce operating costs associated with replacing the tool. In turn, reducing operating costs and tool replacement time will increase drilling performance in hard rock.

Библиографический списокBibliographic list

1. АС 1024178 (СССР). Переносная сверлильная машина с автоматическим регулированием подачи/Болтовский В.А., Дровников А.Н. - Опубл. в БИ № 31, 1982.1. AC 1024178 (USSR). Portable drilling machine with automatic feed control / Boltovsky V.A., Drovnikov A.N. - Publ. in BI No. 31, 1982.

2. АС 952466 (СССР). Переносная сверлильная машина с автоматическим регулированием подачи/Болтовский В.А., Волков В.В. - Опубл. 1983.2. AC 952466 (USSR). Portable drilling machine with automatic feed control / V. Boltovsky, V.V. Volkov - Publ. 1983.

3. Водяник Г.М., Дровников А.Н. Экспериментальный стенд бурильной машины с бироактивным двигателем и дифференциалом планетарного типа для сверления вертикальных шпуров. - Тр. НПИ. Новочеркасск. 1969, т.175, с.138-141.3. Vodyanik G.M., Drovnikov A.N. An experimental bench of a drilling machine with a bioactive engine and a planetary differential for drilling vertical holes. - Tr. NPI. Novocherkassk. 1969, vol. 175, p. 138-141.

4. Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы. Под ред. В.Г.Яцких. Учебник для техникумов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1984, 400 с.4. Yatskikh V.G., Spector L.A., Kucheryavy A.G. Mining machines and complexes. Ed. V.G. Yatskikh. Textbook for technical schools. 5th ed., Revised. and add. M .: Nedra, 1984, 400 p.

5. Кузнецов А.С. Самонастраивающаяся буровая машина БМВА-1. - Уголь Украины, 1976, № 11, - с.29.5. Kuznetsov A.S. Self-tuning drilling machine BMVA-1. - Coal of Ukraine, 1976, No. 11, - p.29.

Claims

Адаптивная бурильная машина, включающая корпус, на котором размещены электродвигатель, редуктор, гидронасос, два гидроцилиндра, золотник реверса, регулируемый перепускной клапан, элементы управления, две опоры, симметрично расположенные по бокам бурильной машины, закрепляемые к манипулятору или колоннам, отличающаяся тем, что машина снабжена закрепленными на корпусе подпружиненными толкателями, воспринимающими момент поворота корпуса бурильной машины, один из которых связан со штоком регулируемого дросселя, встроенного в гидравлическую цепь управления давлением подачи бурильной машины, при этом оба подпружиненных толкателя имеют регулятор усилия сжатия пружины и настроены на одинаковое сопротивление повороту корпуса бурильной машины, причем усилие сжатия подпружиненного толкателя Р_опт настроено на значение Р_опт=(0,8÷0,9)Р_max, где Р_mах - максимально допустимое усилие, развиваемое толкателем при повороте корпуса относительно оси вращения штанги и соответствующее предельному моменту вращения. Adaptive drilling machine, including a housing on which an electric motor, gearbox, hydraulic pump, two hydraulic cylinders, reverse spool, adjustable bypass valve, control elements, two bearings symmetrically located on the sides of the drilling machine, fixed to the manipulator or columns, characterized in that the machine is placed equipped with spring-loaded pushers fixed on the housing, perceiving the moment of rotation of the drilling machine casing, one of which is connected to the rod of an adjustable throttle integrated in the hydraulic kuyu pressure control circuit feeding the rock drilling machine, whereby both have spring-loaded pusher spring compression force controller and tuned to the same resistance to rotation of the drill machine housing, wherein the spring-loaded ram compression force P _opt is set to the value P _opt = (0,8 ÷ 0,9) P _max , where P _max - the maximum allowable force developed by the pusher during rotation of the housing relative to the axis of rotation of the rod and corresponding to the maximum torque.