3.1 Устройство гидравлической системы
Схема гидравлической системы станка СКБ-4 изображена на рис. 3.1. Подача масла осуществляется от маслонасосной станции A1, которая включает в себя сдвоенный маслонасос НП1 с приводным двигателем M1, маслобак Б1, ручной маслонасос Н2 и приемный фильтр Ф1. Секции маслонасоса НП1 подают масло в гидросистему двумя независимыми потоками, образуя две системы: гидропатронов и подачи.
В систему гидропатронов масло поступает от левой (на схеме) секции маслонасоса НП1.1 через фильтр Ф2 и обратный клапан КО1 в распределитель Р2. От распределителя масло подаётся либо на слив в маслобак через гидрораспределитель с электромагнитным управлением РЗ, либо в распределительную плиту A3. От распределительной плиты масло может поступать в цилиндры Ц2 верхнего гидропатрона и ЦЗ нижнего гидропатрона и в полость управления золотника быстрого подъёма Р5.
В систему подачи масло поступает от правой (на схеме) секции маслонасоса НП1.2 через обратный клапан КО2 в прибор управления А5. От прибора управления масло подаётся либо в гидроцилиндры подачи Ц1, либо в гидроцилиндр Ц4 механизма перемещения станка.
К нагнетательным магистралям секций маслонасосов после обратных клапанов подключены предохранительные клапаны КП1 и КП2 и манометры системы гидропатронов МН1 и системы подачи МН2. Ручной маслонасос Н2 подключен к гидросистеме через переключатель Р1, имеющий две позиции: «Гидропатрон» и «Вращатель». Обратные и предохранительные клапаны и переключатель встроены в плите А2.
Распределитель системы гидропатронов Р2 имеет четыре позиции: «Закрепить» и «Раскрепить» относятся к управлению верхним гидропатроном при раскрепленном нижнем гидропатроне; «Перехват» и «Обратный перехват» – к управлению обоими гидропатронами и золотником быстрого подъёма.
Рисунок 3.1 – Гидравлическая схема станка СКБ-4
Прибор управления А5 имеет пять позиций распределения потока масла в системе подачи. Позиции «Вверх» и «Вниз» определяют направление движения траверсы вращателя; позиции «К скважине» и «От скважины» – направление перемещения станка по раме. Позиция «Стоп» соответствует остановке движения траверсы и станка. Скорость перемещения траверсы и станка, а также осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент регулируются дросселем ДР2, встроенным в прибор управления. Контроль осевой нагрузки осуществляется по указателю нагрузки на породоразрушающий инструмент МН3, подключенному к напорной магистрали системы подачи через золотник отключения указателя нагрузки Р7. От дросселя масло отводится в сливную магистраль через золотник быстрого подъёма Р5.
В зависимости от положения рукояток на блоке гидравлического управления и пакетного выключателя на магнитной станции (электрическом шкафу) различают бурение с автоматическим перехватом и бурение с перехватом от ручного управления. Включение и отключение автоматического перехвата производится блоком конечных выключателей, установленным на вращателе, а при ручном управлении – распределителем, расположенным на блоке гидравлического управления. Автоматический перехват может производиться только в нижнем положении траверсы вращателя, а перехват от ручного управления – в
любом положении траверсы.
При бурении с автоматическим перехватом машинист буровой установки не переключает органы управления гидросистемой станка, а лишь ведет наблюдение за её работой, контролируя установленную осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент по указателю МН3.
При ручном управлении перехват включается установкой рукоятки распределителя Р2 в положение «Перехват», а отключается установкой его рукоятки в положение «Закрепить». При «Обратном перехвате» управление гидросистемой производится раздельно распределителем Р2 и прибором управления А5. Причем распределителем Р2 закрепляется нижний гидропатрон и раскрепляется верхний гидропатрон (перекрепление), а скорость подачи шпинделя (траверсы) регулируется дросселем ДР2 прибора управления А5.
Подачу шпинделя и перемещение станка можно производить независимо от того, закреплен верхний гидропатрон или раскреплен.
3.2 Работа гидравлической системы при бурении с автоматическим перехватом
При бурении с автоматическим перехватом рукоятка распределителя Р2 устанавливается в положение «Закрепить» (позиция б), рукоятка прибора управления А5 в положение «Вниз» (позиция г), пакетный выключатель автоматического перехвата на магнитной станции (электрическом шкафу) – в положение «Автомат». Бурение ведется с регулятором подачи А4.
Поток масла, подаваемый маслонасосом НП1.1 системы гидропатронов, от распределителя Р2 направляется на слив в маслобак через гидрораспределитель с электромагнитным управлением Р3 («электрозолотник»). Следовательно, маслонасос системы гидропатронов в это время разгружен. Масло в гидропатроны не поступает и давление в их полостях отсутствует. Поэтому верхний гидропатрон закреплен (бурильная труба зажата кулачками), а нижний – раскреплен.
В системе подачи поток масла от маслонасоса НП1.2 через каналы распределителя Р6 прибора управления А5 поступает в верхние полости гидроцилиндров подачи. Давление в верхних полостях, необходимое для создания осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, устанавливается дросселем ДР2 прибора управления А5 по указателю осевой нагрузки МН3. По мере движения траверсы вниз масло из нижних полостей гидроцилиндров подачи вытесняется через регулятор подачи А4, прибор управления и золотник быстрого подъёма в сливную магистраль. Клапан веса КД1 регулятора подачи А4 настроен на давление в нижних полостях гидроцилиндров подачи, уравновешивающее вес бурового снаряда.
Когда траверса достигает своего крайнего нижнего положения, срабатывает блок конечных выключателей, установленный на вращателе, включая электрическое реле, расположенное в магнитной станции (электрическом шкафу). Реле замыкает электрическую цепь катушки электромагнита Y3 гидрораспределителя Р3. При включении электромагнита гидрораспределителя его золотник из исходного положения б переключается в положение а, сжимая пружину. В этом положении золотник гидрораспределителя перекрывает слив потока масла, посту-
пающего от маслонасоса системы гидропатронов. Масло от распределителя начинает поступать в левую (на схеме) полость нижнего пилотного золотника РК2 распределительной плиты А3. Клапан пилотного золотника перемещается вправо и открывает проход маслу через центральный канал и демпфер ДР1 в правую полость верхнего пилотного золотника РК1 и к золотнику блокировки Р4. Через верхний пилотный золотник и вентиль ВН1 масло подводится к цилиндру верхнего гидропатрона.
Для обеспечения последовательности срабатывания гидропатронов и золотника быстрого подъёма при перехвате используется принцип включения гидравлических элементов «по давлению», который заключается в том, что вначале срабатывает элемент, рассчитанный на меньшее давление, а затем элемент, рассчитанный на большее давление. Поэтому вначале срабатывает золотник блокировки Р4, который перекрывает слив из полости цилиндра Ц3 нижнего гидропатрона (позиция б). Масло от золотника блокировки через обратный клапан КО3 поступает в полость нижнего гидропатрона и одновременно через каналы распределителя Р2 отводится в полость управления золотника
быстрого подъёма Р5. Так как усилие пружин в верхнем гидропатроне значительно больше, чем в нижнем гидропатроне, то вначале начинает движение поршень нижнего гидропатрона, а затем поршень верхнего гидропатрона, т. е. вначале будет производиться закрепление нижнего гидропатрона.
При закреплении нижнего гидропатрона в первый момент производится подвод кулачков к бурильной трубе. При этом давление в системе гидропатронов около 0,5 МПа. Затем, когда кулачки доходят до бурильной трубы, давление в системе гидропатронов резко возрастает. При достижении давления 3,2–3,4 МПа нижний гидропатрон развивает усилие, обеспечивающее надежное закрепление бурильной трубы.
После закрепления нижнего гидропатрона производится раскрепление верхнего гидропатрона, т. е. отвод его кулачков от бурильной трубы. При дальнейшем повышении давления в системе гидропатронов до 3,6–3,9 МПа золотник быстрого подъёма Р5 переключается в позицию а, перекрывая слив масла от дросселя ДР2 и распределителя Р6 прибора управления А5.
Рисунок 3.2 – Работа гидравлической системы станка СКБ-4 при автоперехвате
При этом одновременно соединяются верхние и нижние полости гидроцилиндров подачи Ц3 с нагнетательной магистралью маслонасоса системы подачи НП1.2. Производится так называемое дифференциальное подключение гидроцилиндров подачи траверсы вращателя к маслонасосу. В этом случае вследствие разности площадей верхних (штоковых) и нижних (поршневых) полостей гидроцилиндров подачи на их поршни будет действовать гидравлическое усилие, направленное вверх. Происходит быстрый подъём траверсы с раскрепленным верхним гидропатроном (при закрепленном нижнем гидропатроне). В конце хода быстрого подъёма, когда траверса подходит к верхнему
крайнему положению, происходит отключение перехвата, так как срабатывает блок выключателей. Это приводит к отключению реле и электромагнита Y3 гидрораспределителя Р3. Тогда золотник гидрораспределителя под действием пружины возвращается в исходное положение б, открывая слив потоку масла, поступающего от маслонасоса системы гидропатронов НП1.1.
Одновременно с отключением электромагнита гидрораспределителя полость верхнего гидропатрона через распределительную плиту А3 и распределитель Р2 соединяется со сливом.
При отключении перехвата вначале закрепляется верхний гидропатрон. Под действием силовых пружин верхнего гидропатрона кулачки подводятся к бурильной трубе, и масло вытесняется на слив из его полости через подводящую магистраль. В это время нижний гидропатрон удерживается в закрепленном состоянии золотником блокировки Р4. После полного вытеснения масла из верхнего гидропатрона он окончательно закрепляется, а золотник блокировки отключается. После того как золотник займет исходную позицию а, через него открывается слив из полости нижнего гидропатрона и из полости управления золотника быстрого подъёма. Происходит отвод кулачков (раскрепление) нижнего гидропатрона под действием его возвратных пружин и переключение золотника быстрого подъёма в исходную позицию б, в которой полости гидроцилиндров подачи разъединяются, и открывается слив от дросселя ДР2 прибора управления А5.
Таким образом, гидросистема возвращается в исходное положение, и бурение продолжается с той же осевой нагрузкой на породоразрушающий инструмент, что и до включения автоматического перехвата.
3.3 Работа гидравлической системы при перехвате
При выполнении перехвата вручную пакетный переключатель автоматического перехвата предварительно должен быть установлен в положение «Отключено». Для включения перехвата
необходимо рукоятку распределителя Р2 перевести из положения «Закрепить» в положение «Перехват» (позиция в). В этом случае
поток масла системы гидропатронов от распределителя Р2 поступает в правую полость (по схеме) нижнего пилотного золотника РК2. Клапан пилотного золотника перемещается в левое положение и открывает проход маслу через демпфер ДР1. Дальнейшая последовательность срабатывания элементов гидросистемы при перехвате та же, что и при автоматическом перехвате. Происходит закрепление нижнего гидропатрона, раскрепление верхнего гидропатрона и быстрый подъём траверсы вращателя с раскрепленным верхним гидропатроном. При этом буровой снаряд удерживается закреплённым нижним гидропатроном.
Отключение ручного перехвата производится установкой рукоятки распределителя из положения «Перехват» в положение «Закрепить» (позиция б). Последовательность срабатывания элементов гидросистемы при отключении перехвата та же, что и при отключении автоматического перехвата. При этом происходит закрепление верхнего гидропатрона с последующим раскреплением нижнего гидропатрона и отключением быстрого подъёма, т. е. гидросистема приобретает исходное положение, и бурение продолжается с осевой нагрузкой, которая была установлена до перехвата.
3.4 Работа гидравлической системы при обратном перехвате
При подъёме бурового инструмента из скважины гидроцилиндрами подачи на высоту, превышающую ход шпинделя, выполняют обратный перехват, который заключается в следующем.
После подъёма траверсы до верхнего крайнего положения рукоятку распределителя Р2 устанавливают в положение «Обратный перехват» (позиция г).
Рисунок 3.3 – Работа гидравлической системы станка СКБ-4 при перехвате
Рисунок 3.4 – Работа гидравлической системы станка СКБ-4 при обратном перехвате
При этом положение рукоятки распределение потока масла в системе гидропатронов такое же, как и при перехвате, за исключением того, что линия управления золотника быстрого подъёма Р5 перекрыта, и золотник Р5 не включает быстрый подъём. Происходит закрепление нижнего гидропатрона, раскрепление верхнего гидропатрона, но не совершается быстрый подъём траверсы вращателя. Для последующего опускания траверсы с раскрепленным верхним гидропатроном рукоятку прибора управления устанавливают в положение «Вниз» и дросселем ДР2 повышают давление в системе подачи. В нижнем положении траверсу останавливают, распределитель переключают в положение «Закрепить». Подъём бурового инструмента повторяют установкой рукоятки прибора управления в положение «Вверх», одновременно при этом повышая давление в системе подачи вращением маховичка дросселя ДР2 по часовой стрелке.
3.5 Работа гидравлической системы при раскреплении и закреплении верхнего гидропатрона
Операции по закреплению и раскреплению верхнего гидропатрона можно выполнять как при остановке траверсы, так и при её движении. При выполнении этих операций нижний гидропатрон всегда остается раскрепленным. Для раскрепления верхнего гидропатрона рукоятка распределителя устанавливается в положение «Раскрепить» (позиция а). При этом поток масла системы гидропатронов от распределителя Р2 подаётся в левую полость пилотного золотника РК1 распределительной плиты А3. Клапан пилотного золотника перемещается в правое положение и открывает проход маслу через вентиль ВН1 в полость верхнего гидропатрона.
Для закрепления верхнего гидропатрона рукоятку распределителя устанавливают в положение «Закрепить» (позиция б).
При этом поток масла системы гидропатронов от распределителя направляется на слив через гидрораспределитель с электромагнитным управлением Р3, а масло из полости верхнего гидропатрона через верхний пилотный золотник РК1 распределительной плиты А3 и распределитель Р2 направляется в сливную магистраль под действием пружины верхнего гидропатрона.
Верхний гидропатрон закрепляет бурильную трубу.
Рисунок 3.5 – Работа гидравлической системы станка СКБ-4 при раскреплении верхнего гидропатрона
При включении позиций «Закрепить» или «Раскрепить» распределителя Р2 системы гидропатронов прибор управления (распределитель Р6) системы подачи может быть установлен в любую из имеющихся пяти позиций.
3.6 Работа гидравлической системы при подъёме, остановке и опускании траверсы (шпинделя)
Подъём шпинделя применяется для отрыва коронки от забоя скважины, расхаживания бурового инструмента или использования гидроцилиндров подачи в качестве домкрата. Для включения этой операции рукоятка прибора управления устанавливается в положение «Вверх» (распределитель Р6 в позиции б), рукоятка распределителя – в положение «Закрепить». При подъёме траверсы с раскрепленным верхним гидропатроном рукоятка распределителя Р2 должна быть установлена в положение «Раскрепить».
При подъёме шпинделя масло от маслонасоса системы подачи НП1.2 через прибор управления А5 подаётся в нижние полости гидроцилиндров подачи. Усилие, необходимое для подъёма, и скорость перемещения траверсы устанавливаются дросселем прибора управления ДР2. При полностью закрытом дросселе скорость будет наибольшей. Для опускания траверсы или бурового инструмента рукоятка прибора управления устанавливается в положение «Вниз» (распределитель Р6 в позиции г).
Давление и скорость подачи при этом регулируются дросселем прибора управления ДР2 и клапаном веса КД1 регулятора подачи А4. В этом случае масло от маслонасоса системы подачи через прибор управления подаётся в верхние полости гидроцилиндров подачи. При движении поршней вниз масло из нижних полостей цилиндров подачи вытесняется через регулятор подачи, прибор управления и золотник быстрого подъёма в сливную магистраль. Клапан веса КД1 при этом должен быть открыт вращением маховичка регулятора подачи против часовой стрелки.
Для кратковременной остановки траверсы в любом положении следует снизить давление в системе подачи вращением маховичка дросселя ДР2 против часовой стрелки и затем перевести рукоятку прибора управления в положение «Стоп».
Остановку и опускание бурового инструмента можно производить также одним из двух дополнительных способов:
Рисунок 3.6 – Работа гидравлической системы станка СКБ-4 при подъёме траверсы
– установкой рукоятки прибора управления в положение «Вверх» и снижением давления в нижних полостях гидроцилиндров подачи, вращая маховичок дросселя прибора управления против часовой стрелки;
– регулированием давления настройки регулятора подачи.
3.7 Работа гидравлической системы при перемещении станка
Перемещение бурового станка к скважине для выполнения работ по бурению и отодвигания его от скважины для производства спуско-подъёмных операций осуществляется механизмом перемещения станка А6, снабженным гидрозамком ЗМ1. Гидрозамок обеспечивает запирание полостей гидроцилиндра Ц4 и автоматическую фиксацию станка на раме в любых положениях.
Для перемещения станка к устью скважины рукоятка прибора управления устанавливается в положение «К скважине»
(позиция а). Поток масла от маслонасоса системы подачи через прибор управления поступает в правый подвод гидрозамка. С
повышением давления в гидросистеме, осуществляемым вращением маховичка дросселя ДР2 по часовой стрелке, открывается правый клапан гидрозамка, и масло поступает в правую полость гидроцилиндра перемещения станка. Одновременно поршень гидрозамка перемещается влево и толкателем открывает левый клапан. По мере поступления масла в правую полость гидроцилиндра перемещения станка последний совершает движение вправо, и станок, соединенный с ним, перемещается к скважине.
При движении станка масло из левой полости гидроцилиндра вытесняется через левый клапан гидрозамка и прибор управления в сливную магистраль. При снижении давления до нуля (вращением маховичка дросселя ДР2 против часовой стрелки) перемещение станка прекращается. Под действием
пружины клапаны гидрозамка закрываются и запирают полости гидроцилиндра перемещения, осуществляя автоматическую фиксацию станка на раме от действия внешних сил.
Для перемещения станка от скважины рукоятка прибора управления устанавливается в положение «От скважины» (позиция д).
Рисунок 3.7 – Работа гидравлической системы станка СКБ-4 при перемещении станка
В этом случае поток масла от маслонасоса поступает через левый клапан гидрозамка в левую полость гидроцилиндра перемещения станка. При этом поршень гидрозамка перемещается вправо, открывая правый клапан и сообщая через него правую полость гидроцилиндра со сливной магистралью. Гидроцилиндр и станок перемещаются влево, т. е. от скважины. Остановка станка с последующей автоматической фиксацией его на раме производится, как и в случае перемещения к скважине, снижением давления в системе подачи.
Перемещение станка к скважине или от скважины и остановку его с автоматической фиксацией можно производить в любой точке в пределах его хода.


БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Гидравлические системы буровых станков и установок
А. А. Каракозов, И. А. Юшков, М. С. Попова, С. Н. Парфенюк, И. Д. Сагайдак

Обсудить на форуме