ГИДРОПРИВОД РАБОЧЕГО ОРГАНА БУРИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Предлагаемое решение относится к горной промышленности и может быть использовано в качестве гидропривода вращения и подачи рабочего органа буровых машин вращательного бурения.
В обычных гидросистемах, применяемых гидрофицированных буровых машин, операции вращения и подачи осуществляется независимо, а регулирование скорости проходки производится с помощью дросселя. Однако в большинстве случаев разрабатываемый грунт неоднороден, а кроме того растет сопротивление от трения грунта о шнек с увеличением глубины бурения. Все это приводит к снижению к.п.д. и производительности, за счет недозагруженности двигателя базовой машины по мощности либо по времени операций, т.к. оптимальный выбор режима бурения осуществляется оператором вручную.
Известна гидросистема бурильной установки (А.с. СССР №1583598, Е 21 С 5/08, опубл. 07.08.90, бюль. №29), содержащая гидробак, гидронасос, гидромотор вращения и гидроцилиндр подачи бурильной штанги, гидрораспределитель, напорный гидроклапан и гидролинии, позволяющая осуществлять соответственно параллельное или последовательное включение силовых элементов гидропривода при подаче и реверсе рабочего инструмента.
К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность реверса рабочего инструмента при его вращении, т.к. в гидросистеме использован не реверсивный гидромотор и данная схема не позволяет разгружать, например, шнековый рабочий орган обратным вращением над устьем скважины. Кроме того, данная гидросистема обладает малым к.п.д. и недостаточной производительностью, ввиду наличия предохранительных клапанов, отводящих избыток рабочего давления в сливную магистраль.
Известен гидропривод вращательно-подающего механизма бурильной машины (А.С. СССР №1587186, Е21 С 5/16, опубл. 23.08.90, бюл. №31), содержащий гидромотор привода вращения, гидроцилиндр подачи, насос, регулируемый дроссель, регулятор потока и нормально открытый клапан разности давлений.
К недостаткам данного гидропривода можно отнести невозможность реверсирования вращения буровой штанги, а также непроизводительные потери мощности при срабатывании регулятора потока и предохранительных клапанов, а также недостаточный уровень автоматизации, так как схема содержит регулируемый дроссель, управляемый вручную.
Технической задачей является автоматизация регулирования режима бурения с целью максимальной загрузки двигателя базовой машины.
Поставленная задача решается тем, что в гидроприводе рабочего органа бурильной машины, включающим гидробак, регулируемый гидронасос, предохранительный клапан, четырехлинейный трехпозиционный гидрораспределитель, гидромотор привода вращения и гидроцилиндр подачи рабочего органа бурильной машины, имеющий поршневую и штоковую рабочие полости, две рабочие, а также напорную и сливную гидромагистрали, гидромотор привода вращения выполнен реверсивным, гидропривод включает дополнительно два реверсивных делителя потока рабочей жидкости, включенных в рабочие гидромагистрали входами к гидрораспределителю и два гидрозамка, один из которых нормально открытым входом подключен к гидрораспределителю, а нормально закрытым входом к входу делителя потока, выходы которого подключены соответственно к поршневой полости гидроцилиндра подачи и рабочей полости реверсивного гидромотора вращения, второй гидрозамок нормально закрытым входом подключен к одному из выходов второго делителя потока, а нормально открытым входом соединен с реверсирующей полостью реверсивного гидромотора вращения, другой выход этого делителя потока соединен со штоковой полостью гидроцилиндра подачи, а управляющие
полости обоих гидрозамков сообщены со штоковой полостью гидроцилиндра подачи.
На чертеже приведена гидравлическая схема гидропривода рабочего органа бурильной машины.
Гидропривод рабочего органа бурильной машины, включает гидробак 1, регулируемый гидронасос 2, предохранительный клапан 3, четырехлинейный трехпозиционный гидрораспределитель 4, реверсивный гидромотор 5 привода вращения и гидроцилиндр 6 подачи рабочего органа бурильной машины, имеющий поршневую и штоковую рабочие полости 7, 8, две рабочие гидромагистрали 9, 10, а также напорную и сливную гидромагистрали 11, 12, два реверсивных делителя 13, 14 потока рабочей жидкости, включенных в рабочие гидромагистрали 9, 10 входами к гидрораспределителю 4 и два гидрозамка 15, 16. Гидрозамок 15 нормально открытым входом подключен к гидрораспределителю 4, а нормально закрытым входом к-входу делителя 13, выходы которого подключены посредством гидромагистралей 17 и 18, соответственно к поршневой полости 7 гидроцилиндра 6 подачи и рабочей полости реверсивного гидромотора 5 вращения рабочего органа бурильной машины, гидрозамок 16 нормально закрытым входом подключен к одному из выходов делителя 14, а нормально открытым входом соединен с реверсирующей полостью реверсивного гидромотора 5 вращения, другой выход делителя 14 потока соединен со штоковой полостью J? гидроцилиндра 6, а управляющие полости обоих гидрозамков сообщены со штоковой полостью гидроцилиндра подачи посредством гидромагистрали 19.
Гидропривод рабочего органа бурильной машины работает следующим образом.
Вначале бурения рабочая жидкость от регулируемого гидронасоса 2 через напорную магистраль 11, гидрораспределитель 4, рабочую гидромагистраль 9, через гидрозамок 15 и делитель 13 потока подается в поршневую полость 7 гидроцилиндра 6, а также в рабочую полость
реверсивного гидромотора 5, из реверсирующей полости которого жидкость подается в масляный бак 1 через гидрозамок 16, делитель 14 потока, рабочую гидромагистраль 10, гидрораспределитель 4 и сливную гидромагистраль 12. Одновременно рабочая жидкость по дополнительной гидромагистрали 19 подается в управляющие полости гидрозамков 15 и 16, гарантируя их открытое состояние. При этом происходит вращение гидромотора 5 и выдвижение штока гидроцилиндра 6, рабочая жидкость из полости 8 гидроцилиндра 6 вытесняется через делитель 14 рабочую магистраль 10, гидрораспределитель 4 и сливную гидромагистраль 12 в масляный бак 1. При одновременном вращении гидромотора 5 происходит разрушение забоя скважины рабочим органом бурильной машины (на чертеже не показан). Рабочая жидкость из реверсирующей полости гидромотора 5 вращения рабочего органа вытесняется через гидрозамок 16, делитель 14 потока, гидрораспределитель 4 и сливную гидромагистраль 12 в масляный бак 1. При бурении слабых пород и малом сопротивлении осевому выдвижению штока гидроцилиндра 6 происходит ускоренная подача в разрабатываемый грунт. При попадании более прочной породы скорость подачи замедляется, давление в рабочей полости 7 гидроцилиндра 6 возрастает, а расход падает, при этом делитель 13 потока перераспределяет неиспользуемый поток рабочей жидкости в рабочую полость гидромотора 5. Скорость вращения рабочего органа базовой машины увеличивается, что увеличивает эффективность разрушения забоя скважины, при одновременном максимальном использовании мощности привода гидронасоса 2. При возникновении стопорения подачи и вращения рабочего органа, регулируемый гидронасос 2 снижает общий поток рабочей жидкости, одновременно повышая давление в напорной магистрали 9 гидросистемы. При превышении давлением заданного уровня, обуславливающего прочность элементов гидропривода происходит срабатывание предохранительного клапана 3.
При выдвижении штока гидроцилиндра 6 подачи в крайнее нижнее положение процесс бурения заканчивается. Гидрораспределитель 4 переключают в положение разгрузки рабочего органа. При этом рабочая жидкость подается от гидронасоса 2, напорную гидромагистраль 11, гидрораспределитель 4, рабочую гидромагистраль 10 и делитель потока 14 в штоковую полость 8 гидроцилиндра 6. Рабочая жидкость из поршневой полости 7 гидроцилиндра 6 вытесняется через гидромагистраль 17, делитель 13 и гидромагистраль 18 в рабочую полость гидромотора 5, а из его реверсирующей полости через гидрозамок 16 и делитель 14 потока, также в штоковую полость 8 гидроцилиндра 6. При этом происходит быстрый подъем («реверс») рабочего органа по сравнению с процессом бурения, за счет разности площадей поршневой и штоковой полостей 7, 8 гидроцилиндра 6 и дополнительного расхода, поступающего от гидромотора 5 через делитель 14. При этом гидромотор 5 вращается с более медленной скоростью по сравнению с режимом бурения за счет увеличения количества дросселирующих элементов в делителях потока 13, 14, сохраняя, однако вращение в ту же сторону, что и при бурении и предотвращая преждевременную ссыпку грунта с рабочего органа в скважину. При достижении штоком гидроцилиндра 6 подачи крайнего верхнего положения по чертежу, шток останавливается, давление в штоковой полости возрастает, и поступает по гидромагистрали 19 в управляющие полости гидрозамков 15 и 16, что приводит к их открытию.
При этом весь поток рабочей жидкости от гидронасоса 2 через напорную гидромагистраль 11, гидрораспределитель 4, рабочую гидромагистраль 10, делитель 14 потока и гидрозамок 16 подается в реверсирующую полость гидромотора 5 вращения рабочего органа, а из его рабочей полости через гидромагистраль 18, делитель 13 потока, гидрозамок 15, рабочую гидромагистраль 9, гидрораспределитель 4 и сливную гидромагистраль 12 в масляный бак 1. При этом происходит ускоренный реверс вращения вала гидромотора 5 и рабочего органа, что приводит к
инерционной разгрузке рабочего органа за пределы периметра скважины. На этом цикл образования скважины заканчивается.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность процесса бурения скважин за счет автоматического регулирования, позволяющего сократить время выполнения отдельных операций и максимально использовать мощность двигателя базовой машины.