Исследование и разработка мехатронного комплекса станка шарошечного бурения

• Автор: Карклин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 194 с. : ил.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ АГРЕГАТОВ ШАРОШЕЧНОГО
БУРЕНИЯ
1.1 Основные технологические процессы бурения взрывных скважин
1.2 Электрооборудование буровых станков
1.3 Автоматизация управления процессом бурения
1.4 Выводы, постановка задачи и определение методов исследования
2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ КОМПЛЕКСОМ
2.1 Анализ основных закономерностей технологического
процесса бурения взрывных скважин
2.2 Исследование динамических характеристик основных систем бурового станка
2.3 Исследование и моделирование вращательного агрегата бурового
станка
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ СТАНКА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ
3.1 Основные функциональные схемы мехатронных агрегатов
бурового станка
3.2 Анализ и синтез мехатронных систем с двигателями постоянного тока
3.3 Разработка мехатронной системы электропривода подачи
3.4 Исследование и разработка мехатронных систем с двигателями переменного тока
3.5 Мехатронная система управления электрогидравлическим
приводом подачи
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ _ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ
МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА БУРОВОГО СТАНКА
4.1 Измерение и индикация основных параметров
технологического процесса бурения
4.2 Разработка системы контроля глубины скважины при бурении
^ 4.3 Исследование и разработка автоматической системы контроля
сопротивления изоляции электрооборудования бурового станка
4.4 Разработка автоматической системы управления
горизонтированием
4.5 Разработка и исследование системы сбора и регистрации
ф основных параметров процесса бурения
Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
Приложение 1. Промышленные мехатронные системы и устройства
буровых станков
Приложение 2. Принципиальные схемы мехатронных подсистем бурового станка
Приложение 3. Пример программы для микроконтроллера регистратора параметров процесса бурения
Приложение 4. Документы об использовании результатов диссертационной работы
Современная экономика России характеризуется значительной долей добывающих отраслей промышленности, с одной стороны, и возрастанием стоимости энергоносителей, с другой стороны. В этих условиях развитие добывающей промышленности происходит как за счёт освоения новых месторождений, так и совершенствования техники и технологий горных работ [1]. На открытых горных разработках особое место занимают процессы бурения взрывных скважин. Удельный вес буровых работ в общей себестоимости добычи полезных ископаемых составляет более 30% [2].
В связи с этим повышение технологических и эксплуатационных характеристик буровых станков имеет особое значение для развития добывающей промышленности [3].
Современный буровой станок - сложная высокопроизводительная машина, содержащая множество различных механизмов с электроприводами разных типов [4]. Эффективность функционирования станка определяется как уровнем его автоматизации в целом, так и отдельных его подсистем.
Анализ современного состояния проектирования и производства буровой техники дает основание отметить следующие обстоятельства.
1. Разработано и используется несколько основных способов бурения взрывных скважин, из которых наиболее эффективным считается шарошечный. Это объясняется тем, что станки шарошечного бурения являются более универсальными по отношению к крепости разбуриваемых пород и имеют повышенную надёжность при эксплуатации в тяжёлых условиях [5, 6].
2. Эксплуатация буровых станков осуществляется в разных климатических зонах, в тяжелых условиях, характеризующихся большими перепадами температуры, высоким уровнем вибраций, наличием пыли различного содержания, повышенной влажностью и др. Эти факторы обусловливают повышенные тре-

ется исходным. При включении гидрораспределителя РЗ в работу включается система подачи рабочего органа в виде блоков РП и Др.
Движение рабочего органа зависит от значения выходного параметра У, так как он объективно отражает физико-механические свойства горной породы т (прежде всего его сопротивляемость разбуриванию). Различным свойствам
горной породы соответствует различное значение давления подпора Рп. Переменной по коэффициенту усиления и постоянным времени является передаточная функция системы долото - забой (Д - 3). Имеется возможность при управлении с целью изменения режима бурения изменять значение величины откры-* тия дросселя ка путем регулирования уставки х3.

Динамика рассматриваемой системы гидропривода подачи описывается переменной структурой по трем режимам ее работы [2]. После момента включения системы в работу (от ? = 0 до / = ?[), при котором Рг = Ру, имеем:
Н^)=^4=кикг!ск ; (2.5)
.ф. СО(^)
РК<Ру.
В исходном режиме системы, когда Рк — Ру,
"г(,)"цд-ф^ + г^+,)' (2'6)
^ Передаточная функция рабочего органа
£р| (Гд5 + і]
/Ср/Сд + 1 (Гд5 + і) (Г353 +Г252 +7)5 + 1)
Передаточная функция всей системы в рабочем режиме:
н(-)=^
сф)
/сп&г^к^з^р Тд5 + 1
5 (Тд* + 1) [З^3 + +7)^ + 1)} Т’кг5'2 + ТкБ +
(2.8)