Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований
1.1. Обзор и анализ конструкций буровых станков 8
1.2. Краткий обзор методов синтеза пневматических систем управления 13
1.3. Анализ пневматических систем управления горных машин 19
1.4. Цель и задачи исследовании 22
2. Методика и техника исследований
2.1. Методика синтеза кинематической схемы станка 23
2.2, Методика синтеза пневматических систем управления 24
2.3, Методика лабораторных исследований 26
2.4. Методика исследований в шахтных условиях
3. Разработка бурового станка с автоматическим наращиванием бурового става
3.1, Разработка пневматического командоаппарата 33
3.2, Разработка кинематической ОХ'&МЙЙ^И системы управления бурового станка с автоматическим наращиванием бурового става 40
3.3, Выводы 62
4. Экспериментальные исследования бурового станка с автоматическим наращиванием бурового става
4.1, Лабораторные исследования элементов системы управления 63
4.2. Лабораторные исследования взаимодействия механизмов станка и узлов системы управления на действующем макете 85
4.3. Стендовые испытания бурового станка с автоматическим наращиванием става 89
4.4. Исследование нагрузок на замковую резьбу при свинчивании и развенчивании штанг в автоматическом режиме 92
4.5. Шахтные испытания бурового станка БІ00-200 97
4.6. Выводы 102
5. Экспериментальные исследования бурового станка с автоматическим наращиванием бурового става
4.1, Лабораторные исследования элементов системы управления 104
5.2. Синтез пневматической системы управления бурового станка-автомата 109
5.3. Стендовые испытания бурового станка-автомата 132
5.4. Технические требования на пневматическую систему управления бурового станка-автомата 138
- Обзор и анализ конструкций буровых станков
- Методика синтеза кинематической схемы станка
- Разработка пневматического командоаппарата
- Лабораторные исследования элементов системы управления
- Лабораторные исследования элементов системы управления
Обзор и анализ конструкций буровых станков
Анализ буровых работ на угольных шахтах показывает, что основными видами этих работ являются:
- бурение нагнетательных скважин из очистного забоя и в забоях подготовительных выработок диаметром 45-60 мм на глубину до 30 м;
- бурение нагнетательных скважин из подготовительных выработок параллельно очистному забою диаметром 45-60 мм на глубину до 100-150 м;
- бурение дегазационных скважин из подготовительных выработок диаметром 90-160 мм на глубину 120-200 м;
- одурение опережающих скважин диаметром 250-300 мм глубиной 15-30 м из очистных забоев и в забоях подготовительных выработок;
- бурение технологических и вспомогательных скважин диаметром 250-500 мм на высоту этажа и их расширение до требуемых размеров.
Бурение коротких скважин из очистных забоев является вынужденной мерой и применяется в основном в тех случаях,когда нет достаточного опережения подготовительной выработкой очистного забоя, либо по горно-геологическим условиям не удается пробурить скважины на полную длину очистного забоя.
В соответствии с целью настоящей работы рассмотрим станки для бурения дегазационных скважин из подготовительных выработок диаметром 90-180 мм на глубину 120-200 м.
На угольных шахтах для бурения дегазационных скважин применяются буровые станки ЗИМ00, КА-2М-300,СЕГ-ІМ, БШ2 и БИК2.
Станки ЗЙ&-300 и КА-2М-300 предназначены для бурения скважин твердыми сплавами и дробью глубиной до 300 м при геологоразведочных работах с поверхности. Эти станки сняты с производства, но выпускаются по отдельным заказам шахт. На шахтах их используют для бурения скважин по породам п нагнетательных скважин по углю ввиду отсутствия достаточного количества необходимых станков. Технический уровень указанных станков не соответствует современным требованиям к подземному буровому оборудованию. Установка эзшх станков в подземных условиях требует устройства спещальных ниш для их размещения.
Буровой станок СБГ-ІМ разработан на базе станка ЗШ-300 с некоторыми его переделками для подземного бурения скважин. Имея значительные габариты и массу ,этот станок имеет те же недостатки, что и приведенные выше для станка ЗИФ-300.
Буровые станки БИ02 (с электроприводом для пологого падения) и БИК2 ( с пневмоприводном для крутого падения) разработаны специально для бурения дегазационных скважин по угольным пластам. Опыт их эксплуатации на шахтах показал,что основные параметры станков позволяют осуществлять эффективное бурение скважин с высокой производительностью. Эти станки не требуют образования ниш для их установки в подготовительных выработках и в большинстве случаев не препятствуют нормальной работе шахтного транспорта.
Станок БИП2 осуществляет бурение с промывкой скважин водой, а БИК2- при бурении сверху вниз с продувкой скважин сжатым воздухом, а при бурении снизу вверх - с выходом штыба самотеком.
Учитывая тенденцию увеличения длины очистных забоев {особенно на пологом падении) до 200 м и более, необходимо создание станка для бурения более глубоких дегазационных скважин,так как станки БШІ2 и БИК2 обеспечивают бурение на глубину до 120 м.
Принпипиальншл отличием структурных схем станков является выполнение узла вращения инструмента. Известно несколько вариантов исполнения узла вращения: с подвижным вращателем, с подвижным шпинделем, с ходовым валом. На рис.1.1а показана схема станка с подвижным вращателем, когда под действием механизма, подачи возвратно-поступательное движение совершает полностью весь узел вращения, включая привод, редуктор и патрон. В варианте с подвижным шпинделем (рис.1.16) поступательное движение совершает патрон с длинным шпинделем, проходящим черех некруглое отверстие выходной вращающейся детали неподвижного редуктора.
Методика синтеза кинематической схемы станка
Для решения поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий аналитические и экспериментальные исследования буровых станков и пневматических систем управления.
Разработка кинематической схемы бурового станка начинается с анализа технологического процесса бурения скважины и разборки става после бурения. Затем весь технологический цикл разбивается на отдельные простейшие операции, составляются предварительные пооперационные карты.
Проводится анализ кинематических схем существующих буровых станков, решающих аналогичные задачи, по литературным источникам и патентным материалам. Решается вопрос обеспечения механизации всех операций технологического цикла. На основе патентных исследований выбирается оптимальный вариант по механизации каждой операции в отдельности и всего технологического процесса в целом.
Рассматривается возможность контроля выполнения операций, обеспечения необходимых блокировок и управления исполнительными механизмами с целью определения возможности полной автоматизации бурового станка.
После аналитических исследований проведены экспериментальные исследования, включающие лабораторные исследования узлов станка и системы управления, исследование взаимодействия механизмов станка и узлов системы управления на действующем макете, стендовые испытания на натурных образцах и шахтные испытания опытных образцов буровых станков с автоматическим наращиванием става. Б процессе экспериментальных исследований проведены обработка и анализ полученных данных.
Разработка пневматического командоаппарата
Синтез пневматических систем управления циклическими процессами работы горных машин ориентирован на позиционную стандартную структурную организацию, в основе которой заложен сдвигающий регистр внутренней памяти с количеством триггеров, равным количеству операций в циклическом процессе, функцию такого регистра выполняет командоаппарат, предназначенный для выработки сигналов по жесткой циклической последовательности.
Но при использовании существующих схем командоаппарата система, основанная на позиционной структуре, получается громоздкой по сравнению с системой, синтезированной,например, по методу Хафмена. Поэтому окончательный выбор структурной организации связан с решением задачи по разработке командоаппарата с уменьшенным числом элементов.
Известен командоаппарат /88, стр.66/, выполненный на основе ячейки из 7 элементов (3-х реле ЩР.І и 4-х элементов " или"). Схема такой ячейки показана на рис.3.І. В исходном положении входные сигналы Px./-L , Px.Z-L Z// 3-/равны. О. Выходной сигнал/}1/ предыдущей ячейки командоаппарата и выходной сигнал /iv/ последующей ячейки также равны 0. Выключащая камера реле PI соединена с линией большого подпора, а питающее сопло закрыто. Открывающие камеры реле Р2 и РЗ соединены с линией малого подпора.Нормально открытые сопла реле Р2 и РЗ соединены с линией питания. Выходной сигнал реле Р2,равный "I",поступает в запирающую камеру реле РЗ. Выходной сигнал ячейки г і равен 0. При появлении выходного сигнала предыдущей ячейки Рі-1-1 реле PI открывается.
Лабораторные исследования элементов системы управления
Логические функции схемы, показанной на рис.3.6 могут быть реализованы на различных элементных базах пневмоавтоматики. При выборе элементной базы учитывались условия работы горных машин и опыт эксплуатации пневматических систем управления в этих условиях. Наиболее надежными в эксплуатации показали себя мембранные элементы универсальной системы элементов промышленной пневмоато-матики (УСЭППА). При разработке узлов пневматической схемы исследовалось влияние на работоспособность узлов колебаний давления питания, четкость срабатывания при замедлешюм изменешш сигналов, вероятность коротких замыканий и т.д.
Реализация логической функции триггера пуска (рис.4.1а) возможна на реле ШР.З и клапане "или" ШК.5 (рис.4.16). Испытания этой схемы показали, что при длине линии управления более 40м возможны короткие замыкания как через клапаны "или", так и через реле, для исключения этого явления была построена схема пускового триггера, в которой функцию "или" выполняет реле РУП-ІМ (рис.4.1в).
Камера питания реле РУП-ІМ соединена с источником питания, в открьшающую камеру его подается сигнал пуска. Выходной сигнал реле РУП-ІМ поступает в открьшающую камеру роле ШР.З, выход которого является выходом триггера и соединен с атмосферной камерой реле РУП-ІМ. Сопло питания реле ШР.З соединено с выходом нормально-замкнутой кнопки "стоп", а запирающая камера через инвертор - с выходом конечного выключателя I , контролирующего наличие штанг в питателе. При наличии выходных сигналов "I" от кнопок
Лабораторные исследования элементов системы управления
Кинематическая схема станка, показанная на рис.3.4,не позволяет автоматизировать процесс разборки бурового става, так как резьбовой хвостовок вращателя передает крутящий момент только в одну сторону по часовой стрелке. Для автоматизации процесса разборки бурового става требуется исключение ручных операций по фиксации штанги в патроне вращателя и извлечению её:- из патрона.
С целью механизации операции захвата штанги и передачи крутящего момента в обе стороны, механизм захвата был гидрофицирован. Был установлен гидроцилиндр, перемещающий защелку с "зевом", которая захватывает штангу за ласки под ключ, выполненные на заднем конце штанги.
Извлечение штанги из патрона было обеспечено механическим выбрасывателем, встроенным в шпиндель вращателя.
Кинематическая схема станка с гидрофицированным патроном и механическим выбрасывателем, экспериментальный образец которого прошел стендовые испытания, показана на рис.5.1.
Станок содержит питатель I, подхват 2, механизм подачи 3 и вращателя 4. Вращателя станка снабжен гидравлическим патроном 5, соединенным со шпинделем 6 вращателя. Внутри шпинделя установлен полый выбрасыватель 7 с отверстием для подвода промывочной жидкости из хвостовика 8 вращателя в полость бурового става. На раме механизма подачи установлен упор 9 выбрасывателя.
Конструкция питателя аналогична питателю станка на рис.3.4. Он имеет податник 10, жестко соединенный с гидроцилиндром I питателя, пода тчик II с фиксаторами 12 и 13,подвижную рейку 14 и неподвижную рейку 15.
