Đang tải... (xem toàn văn)
Tự động điều chỉnh tốc độ quay và lực nén chòng khoan trên máy khoan xoay cầu СБШ 250
УДК: 622.23.05 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ И ПОДАЧИ ДОЛОТА БУРОВОГО СТАНКА СБШ-250МН-32Т Фам Т.Л Буровые станки СБШ-250МН-32Т широко используются в Группе Угольной и Минеральной Промышленности Вьетнама - ВИНАКОМИН с 50-х годов прошлого века с оригинальной системой управления производителя Скорость вращения и подачи долота контролируются полностью и зависят от уровня квалификации оператора Однако породы на карьерах Вьетнама имеют коэффициент крепости от до 12 по шкале проф М.М Протодьяконова, и поэтому оператор должен регулярно изменять скорость вращения и скорость подачи долота Из-за вышеперечисленных факторов производительность бурения невысока, ввиду чего необходимо исследование и разработка новой системы автоматического управления скоростью вращения и подачи долота бурового станка в соответствии с условиями карьера представляется актуальной Ключевые слова: буровая станка, скорость вращения долота, скорость подачи долота, система автоматического управления Буровая работа на карьерах является важным производственным процессом при проведении взрывных работ, влияющим на производительность выемки горных пород Процесс бурения является довольно сложным процессом, и существует множество технических параметров машины, которые влияют на процесс бурения В процессе бурения необходимо контролировать три основных параметра регулирования: скорость вращения долота, усилие подачи долота и количество сжатого воздуха или промывочной жидкости для удаления разрушенных пород из забоя Количество и качество сжатого воздуха или промывочной жидкости обычно является достаточными для обеспечения очистки забоя Таким образом, в процессе бурения остаются только два основных параметра: скорость вращения долота (n) и усилие подачи (Fn) которые нужно контролировать (см рис 1) [1] В горном районе Куанг Нинь карьеры Вьетнама имеют сложные геологические условия, а именно: физико-механические свойства горных пород и их крепость изменяются в широких пределах Это и является одной из основных причин, непосредственно вызывающих вибрацию буровой штанги станка Вибрацию во время бурения можно рассматривать как результат установки скорости вращения и усилия подачи бурения В некоторые современные машины компании-производители встроили датчики измерения вибрации непосредственно в изделие Информация о мгновенной вибрации или средней вибрации буровой штанги используется в качестве косвенной обратной связи по измерению твердости породы во время бурения для контроля параметров бурения и оптимизации производительности процесса [1-4, 6] Целью данной работы является исследование и разработка системы автоматического управления скоростью вращения долота и силой подачи бурового станка СБШ-250МН-32Т Механическая структура рабочего органа буровой машины СБШ250МН-32Т Кинематическая схема рабочего органа буровой машина СБШ250МН-32Т приведена на рис Механизм включает в себя: – электродвигатель постоянного тока; – редуктор вращателя; – шинношлицевая муфта; – опорный узел; – четырехкратная канатнополиспастная система подачи; – колонна вращающихся штанг; – гидроцилиндр подачи; – механизм свинчивания-развинчивания штанг [4, 5] Рис Кинематическая схема вращательно-подающего механизма станка СБШ-250МН-32Т Для управления долотом существуют два механизма: поворотный механизм и механизм гидравлического сжатия [1] Вращение производится от электродвигателя постоянного тока Скорость вращения двигателей постоянного тока регулируется устройством управления ТПЕ-200-460-Y2.1 Эта скорость передается через редуктор (с соотношением 1: 16/187) на опорный узел шинно-шлицевой муфтой Сжатие осуществляется гидравлическим насосом, который подает рабочую жидкость в гидроцилиндр Усилие гидроцилиндра уменьшается в четыре раза и передается на опорный узел четырехкратной канатно-полиспастной системы подачи На рис приведена структура рабочего органа и систем, обеспечивающих рабочие режимы его функционирования На схеме использованы следующие обозначения: МС – мостовая схема выпрямителя; МС В – мостовая схема выпрямителя возбудителя; – электродвигатель постоянного тока; M – электро-двигатель; – гидравлический насос; – информация; – управление; механическая связь Рис Структура рабочего органа и вспомогательных систем Скорость вращения, крутящий момент и направление вращения двигателя постоянного тока контролируются двумя трехфазными мостовыми выпрямительными системами, МС и МС В Угол мачты бурильной штанги обеспечивается гидравлическим цилиндром Движущая сила вращающейся штанги обеспечивается гидравлическим цилиндром Режим работы рабочего органа бурового станка обеспечивается электродвигателем постоянного тока и гидроцилиндром Таким образом, для разработки системы управления режимом бурения необходимо исследовать систему управления двумя электродвигателями Для обеспечения эффективного управления процессом разрушения горной породы информационно-измерительная подсистема с помощью соответствующих датчиков собирает сенсорную информацию о состоянии отдельных элементов бурового станка: – напряжение; – ток; 3, 4, – температура; 5, – линейное перемещение; – угол поворота мачты; – давление в гидроприводе; 10 – on/off; описание сигналов Как видно, состав информационных сигналов, регистрируемых и обрабатываемых информационно-измерительной системой, может быть расширен С другой стороны, для оценки состояния породоразрушающего долота необходимо добавить сигнал о твердости разрушаемой породы Управление механизмом вращения и подачи долота Функциональная схема системы управления вращением показана на рис Жирными линиями показаны силовые цепи, а тонкими линиями показаны сигнальные цепи [1, 4] На рис использованы следующие обозначения: K1 – автомат; Q1 – контакторы; L1…L3 – катушки индуктивности; ТА – трансформатор тока; ДТ – датчик тока; РТ – регулировка тока; ДН – датчик напряжения; СУР – суммарный усилитель регулировки; МС – трехфазная мостовая схема выпрямителя; СИФУ – система импульсно-фазового управления; М – двигатель постоянного тока; Q3 – контакторы; МСВ – мостовая схема выпрямителя возбудителя; СУВ – суммарный усилитель возбудителя; СИФУВ – система импульсно-фазового управления возбудителем Рис Функциональная схема системы управления двигателем вращения долота Система управленния механизмом вращения долота работает следующим образом Вращение долота при работе бурильного станки СБШ-250МН-32Т производится двигателем постоянного тока М, катушка возбуждения которого подключена к выходу трехфазного мостового выпрямителя МС Скорость электродвигателя зависит от выходного напряжения мостового выпрямителя МС, которое определяется контроллером СИФУ Катушка возбудителя подключена к выходу трехфазного мостового выпрямителя МС В Направление вращения долота, а также крутящий момент определяются возбудителем двигателя постоянного тока М Оператор устанавливает скорость вращения с пульта управления На основании заданной скорости и сигнала обратной связи по напряжению от датчика напряжения ДН, СУР минус отклонение управления Результатом расчета является сигнал управления скоростью, отправляемый на регулятор тока Для обеспечения работы двигателя постоянного тока при мощности, не превышающей номинальную мощность, РТ принимает сигнал обратной связи от ДТ в сочетании с сигналом управления скоростью, полученным от СУР, в рассчитывает угол α Угол альфа-контроля соответствует выходному напряжению МС Оператор устанавливает ток возбуждения с пульта управления На основании заданного тока возбуждения и тока обратной связи от датчика ДТ, усилитель СУВ передает сигнал управления альфа-углом на контроллер СИФУВ Угол α соответствует выходному напряжению трехфазного мостового выпрямителя МС В Это напряжение изменяется линейно относительно тока в обмотке возбуждения Направление вращения электродвигателя также является направлением обмотки возбуждения, которое выбирается с пульта управления посредством приведения в действие возбудителя Направление обмотки возбуждения контролируется двумя контакторами тока вкмоленкими в цель питания обмотки Блоки обозначенные на рис 3, выполняют следующие функции: Регулятор тока РТ является нелинейным регулятором Он выполняет функцию цифровой ПИ-регулятора для регулировки тока и дополнительно обеспечивает: быстрое ограничение тока при номинальном режиме (заданное значение предотвращает внезапные изменения нагрузки при любой скорости); своевременую подачу импульса, когда сигнал в РТ уменьшается или теряется, пропорционально значению входного сигнала; стабилизацию работы привода в постоянном токовом режиме, а также в режиме прерывистого тока Система импульсно-фазового управления СИФУ представляет собой набор каналов управления и служат для того, чтобы привести тиристоры в рабочее состояние СИФУ имеет каналов и возбуждения следующие функции: генерирование управляющих импульсов и сдвига фаз в соответствии с управляющими сигналами На каждом выходе канала имеется два управляющих импульса с длительностью импульса 400 µс; отклонение между ними составляет 60o электрических; ограничение входного сигнала между максимальными и минимальными значениями (ограничение максимального и наименьшего угла открытия тиристоров αmax, αmin) с целью реализации предела изменения требований к импульсным фазам управления; усиление и формирование управляющих импульсов для открытия и закрытия тирирторов Функциональная схема системы управления подачей долота показана на рис 4, где использованы следующие обозначения: K1 – автомат; Q1 – контакторы; ТА – трансформатор тока; ДТ – датчик тока; М – двигатель [1, 4] Рис Схема системы управления подачей долота Система управленния механизмом подачи долота работает следующим образом Скорость вращения двигателя М контролируется контактором Q1 Мотор M имеет три уровнями управления скоростью: 750 об / мин, 1500 об / мин и 3000 об / мин Которые выбирает оператор с помощью контактора Q1 Тяговый гидравлический насос с электродвигателем, обеспечивает усилие сжатия 30 тонн Гидроцилиндр 2, движущийся вверх или вниз, управляется путем изменения направления вращения электродвигателя М Оценка существующей системы управления режимами Из приведенного выше анализа системы управления скорости и подачи долота видно, что существующая система имеет много конкретных преимуществ, а именно: простой режим работы, не требует сложной системы управления, рабочие после простого процесса обучения могут быстро управлять бурабую машину; ускорение и ограничение значений пускового момента электродвигателя бурового станка на любой скорости; регулировка скорости двигателя в соответствии с необходимой функцией сигналов; стабилизация скорости двигателя в пределах от до номинального значения; автоматическое регулирование магнитного потока двигателя путем регулировки тока в обмотке возбуждения для увеличения или уменьшения скорости вращения двигателя с использованием полной мощности системы привода Наряду с достоинствами система имеет следующие недостатки: оператор работает полностью пассивно В процессе управления машиной он не распознает, как буровое долото проходит через слои породы с различной крепостью, чтобы соответствующим образом изменять режим бурения; в системе управления скорости должна быть разработана система автоматического управления, скорость должна соответствовать твердости породы в скважине; необходимо разработать датчик, который косвенно определяет твердость породы в буровых скважинах посредством вибрации долота; из-за управления тремя различными уровнями скорости давление, создаваемое гидроцилиндром 2, не изменяется непрерывно; необходимо изменить механизм управления электромагнитным двигателем с помощью контактора (имеет три выбора регулировки скорости) для использования частотный преобразователь По вышеуказанным причинам предлагается новая интегрированная система управления скоростью вращения и подачи долота бурового станка с принципиальной схемой, показанны на рис 5, и [2-4, 6] Рис Структурная схема системы автоматического управления На рис в систему автоматического управления добавлены два датчика: вибрации ДВ и определения скорость ДС долота Анализатор вибрации и скорости АВиС принимает измеренный сигнал от двух датчиков Это и преобразуется в сигнал обратной связи на управление искусственным интеллектом УИИ По полученному сигналу обратной связи контроллер искусственного интеллекта рассчитывает и выдает два сигнала двум регуляторам: регулирует скорость вращения РСВ и регулирует степень подачи РСП Новое управление выполнять следующие функции: расчет измерение вибрации и скорости сверла, управлять скоростью вращения и скоростью подачи долота; обеспечивать выполнение необходимых функций прежней системой; сокращать время реакции на управление скоростью вращения и скоростью долота Новое управление добавлен между позицией управляющего сигнала от пульта управления, чтобы выбрать скорость врашения и подачи долота Наряду с этим есть переключатель для выбора автоматического или ручного режима управления Выводы В результате исследования системы автоматического управления скоростью вращения и подачи долота бурового станка можно сделать следующие выводы: измерение вибрации бурового долота является совершенно новым методом для косвенного определения крепости горных пород в зонах бурения на карьерах; исследование метода определения крепости горных пород в зонах бурения на карьерах посредством вибрации буровых долот совершенно необходимо для повышения эффективности контроля технологического процесса бурения Список литературы Тхао Н.Д Исследование и разработка системы автоматизации процессов бурения скважин для взрывной разработки месторождений полезных ископаемых: Дис…канд.техн.наук; Московский ордена трудового красного знамени горный институт, Москва, 1971 – 147 с Кантович Л.И Обоснование и выбор параметров вращательноподающего механизма карьерного бурового станка // Л.И Кантович, С.В Козлов, Р.О Муминов // Горный информационно-аналитический бюллетень М 2011 № С 225-229 Dung L.N Application of neural network and fuzzy logic to design fuzzy compensation controller for rotation speed control system to reduce vibration on CBШ-250T bridge drilling machine // L.N Dung, D.V Chi Mining science and technology magazine Hanoi 2020 № P 15-16 Hai P.A Research and application of new electric drive control techniques for some opencast mining equipment // P.A Hai, P.T Liem [etc] // Thesis.Tech.Science Institute of Mining Science & Technology Hanoi 2016 – 120 p Шигин А.О Буровые станки для открытых горных работ: станки типа СБШ-250: учебно-методическое пособие для самостоятельных работ А О Шигин - Электрон дан – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2013 19 с Url: https://ru.b-ok.cc/book/3604085/fa1113 Хамзаев А.А Разработка наиболее эффективной схемы управления привода вращателя бурового станка СБШ-250 МН-32, в условиях карьера «Мурунтау» // А.А Хамзаев, М.Э Хайдарова // Молодой ученый., Казань: 2016 - №14 - С 195 - 199 Url: https://moluch.ru/archive/118/32862/ Шигин А.О Методология проектирования адаптивных вращательно-подающих органов буровых станков и технологий их применения в сложноструктурных породных массивах / А.О Шигин, А.В Гилев, А.А Шигина / Сетевое научное издание – М.: Академия Естествознания, 2017 – 265 c Url: https://monographies.ru/en/book/view? id=692 Фам Тхань Лием, аспирант, phamthanhliem1982@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет DEVELOPMENT AUTOMATION SYSTEM CONTROL ROTATION SPEED AND BITS FEED RATE IN THE DRILLING MACHINE СБШ-250МН-32Т Pham Thanh Liem CБШ-250МН-32Т drilling machine are widely used in the Vietnam national Coal – Mineral industries holding corporation limited - Vinacomin since the 50s of the last century with the original control system of the manufacturer The rotation speed and bit feed are controlled completely and depend on the skill level of the operator However, breeds in Vietnam’s quarries have a fortress ratio of to 12 on a scale of prof M.M Protodeaconova, and therefore the operator must regularly change the speed of rotation and the feed rate of the bit Due to the above factors, drilling performance is low, which is why research and development of a new automatic control system for rotation speed and bits feed of a drilling machine in accordance with the conditions of the open pit is necessary Key words: drilling machine, rotation speed bit, bit feed rate, automation system control Pham Thanh Liem, postgraduate, phamthanhliem1982@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University 10