CC BY
29
© М.А. Лемешко, 2005
УДК 621.01 М.А. Лемешко
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТИВНОГО ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ С НЕ СИЛОМОМЕНТНЫМИ ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
Семинар № 17
А нализ методов оптимизации процесса ./л. бурения, показал что, в пределах некоторых ограничений, цели оптимизации можно добиться путем применения машин, имеющих адаптивную структуру. Двухдифференциальный привод таких машин, обладает рядом преимуществ - низкой стоимостью и возможностью относительно просто модернизировать существующие бурильные машины с гидродвигателями на вращение и подачу, придав этим машинам адаптивные качества. С точки зрения автоматического регулирования, дифференциальный привод обладает внутренней обратной связью через кинематические звенья, при этом отрицательная обратная связь осуществляется одновременно по двум каналам - по крутящему (вращающему) моменту, и по подаче, то есть обладает более гибким регулированием режима работ. Недостатки двухдифференциального привода (высокие потери на регулирование, ограничения по учету не силомоментных внешних воздействий), могу быть нивелированы, путем точного описания ограничений, области регулирования, а возможности управления расширены за счет введения дополнительных, не силомоментных обратных связей. Работоспособность таких связей планируется изучить на разработанном стенде.
Принципиальная схема такого стенда выпол-
ненного на базе бурильной машины с гидравлическим двухдифференциальным приводом, представлена на рис. 1.
Стенд снабжен гидронасосом - ГН, который создает рабочее давление в сети, гидродвигателем - ГД, вал которого непосредственно передает крутящий момент штанге с режущим инструментом. Параллельно цепи гидродвигателя ГД в гидросистему запитанную от гидронасоса ГН, включена цепь регулятора режимов ДР2, причем гидросопротивление этого дросселя, во время установившейся работы системы, больше гидросопротивления гидродвигателя ГД на величину, необходимую и достаточную для создания на рабочем органе определенного момента вращения при заданном режиме, например, при снятии определенной толщины стружки.
К сливной линии гидродвигателя - ГД, перед другим регулятором режимов, дросселем -ДР3, подключены бесштоковыми полостями гидравлические дифференциальные спаренные цилиндры - ГЦ; а их штоковые полости, соединены с линией регуляторов режимов - дросселями - ДР1 и - ДР4. Поршни рабочих цил-линдров своими штоками связаны с подающей кареткой, которая с возможностью перехвата обеспечивает подачу штанги - Ш на забой.
Дроссель Др4 является управляющим элементом, обеспечивающим управление не сило-моментными обратными связями. По этому каналу управления вводится температурная корректировка режимов резания и корректировка, учитывающая степень затупления режущего инстру-
Рис. 1. Гидравлический двухдифференциальный привод исследовательского стенда: ГН- гидронасос, ГД -гидродвигатель, ГЦ -гидроциллиндры, ДР1, ДР2, ДР3 -дроссели настройки на рабочие режимы, ДР4 - управляющий элемент внешних обратных связей, ДД1, ДД2, ЯД3 -датчики давления, ДС - датчик скорости вращения, ДП -датчик скорости подачи, Ш- штанга с резцом
Рис. 2
мента.
Гидравлический двухдифференциальный привод работает следующим образом.
При включении в работу гидронасоса ГН постоянной производительности по гидросистеме к напорным линиям регулятора режимов ДР1 и гидромотора ГМ подается рабочая жидкость. В зависимости от необходимого режима работы бурения (например, заданной глубины резания, при заданном затуплении), гидросопротивление регулятора режимов ДР1 устанавливают больше гидросопротивления гидромотора ГМ на величину, необходимую и достаточную для создания на режущем инструменте соответствующего момента вращения.
Так как контакт режущего инструмента с забоем в начальный момент перед забурива-нием отсутствует, то отсутствует и момент, обусловленный процессом резания. Момент, развиваемый гидродвигателем ГД, равен моменту сопротивления холостого хода, следовательно, гидросопротивление гидродвигателя ГД будет меньше гидросопротивления регулятора режимов ДР1. Это приведет к тому, что расход масла через гидродвигатель ГД будет много больше расхода через регулятор режимов ДР1 и больше расхода через дроссель ДР4.
1. Дровников А.Н Анализ, синтез и разработка адаптивных механизмов: - автореферат дисс. д-ра техн. наук, Алма-Ата, Казахский гос. ун-т: 1988. - 32 с.
2. Водяник М.Г. Разработка и исследование системы автоматического регулирования бурильными ма-
Часть рабочей жидкости, равная разности действительного расхода через гидродвигатель ГД и расхода через регулировочный дроссель ДР3, поступит в левые полости дифференциальных цилиндров. Из правой полости цилиндров через дросселя ДР1 и ДР4 - на слив. Вследствие прохождения рабочей жидкости через полости дифференциальных цилиндров ГЦ, поршень последнего будет нагружен соответствующей силой, определяе-мой площадью поршней и давлением в сливной магистрали (в штоковой полости). Последнее обстоятельство приводит к ускоренной подаче инструмента на забой.
По мере забуривания, и внедрения режущего инструмента в забой, им воспринимается все более увеличивающееся сопротивления внедрению, момент вращения на штанге увеличивается до рабочего значения. При достижении момента сопротивления вращению величины, соответствующей заданной глубине резания, при которой гидросопротивление гидродвигатель ГД будет соответствовать установленному для данного режима гидросопротивлению регулятора режимов ДР2, для поршней дифференциальных цилиндров ГЦ наступит период динамического равновесия.
Структурная схема динамической модели стенда приведена на рис. 2.
Из анализа полученной структурной схемы видно, что на отклонение выходной величины У5 одинаковое влияние оказывают как управляющее Мдр, так и возмущающие воздействия Мвр, что ведет к саморегулированию данного механизма в функции нагрузок со стороны рабочего процесса.
Стенд обеспечивает исследование корректировок режима бурения не только в зависимости от силомоментных нагрузок, но и в зависимости от температуры режущей части, от степени затупления резца.
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
шинами и двухдифференциальным приводом переменного тока - автореферат дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск, Новочеркасск.политех.ин-т: 1979. -18 с.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------
Лемешко Михаил Александрович - кандидат технических наук, доцент, докторант ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск.
