Автоматизация буровых станков, выемочно-транспортирующих машин

1. В зависимости от вида и типа бурового станка его автоматизация может осуществляться по следующим основным направлениям:

- автоматизация процесса бурения (подачи и вращения бурового инструмента);

- автоматизация вспомогательных процессов при бурении (пере­хват, наращивание штанг, горизонтирование станка, наклон мачты и др.);

- автоматизация контроля и учета производительности.

Все эти системы органически входят в систему местного управле­ния буровым станком и могут быть включены в систему дистанцион­ного контроля и диспетчерского управления.

Целесообразность автоматизации бурового станка определяется возможностью обеспечения и поддержания максимума скорости бурения с учетом всех вспомогательных операций. Решение такой задачи в общем виде требует применения счетно-решающих устройств и автоматических средств получения достоверной текущей информа­ции из забоя, а также информации о затратах времени на спуск, подъем, степени отработки долота и др. Техническая возможность получения всей информации в настоящее время затруднена из-за отсутствия надежных и эффективно работающих датчиков.

Автоматизация процесса бурения взрывных скважин имеет целью регулировать параметры процесса таким образом, чтобы при любой крепости буримых пород достигались наиболее эффективная в данных условиях скорость бурения, наибольшая производитель­ность станка и выполнение объема бурения в заданный срок.

Оптимальные критерии бурения, а следовательно, и схемы и ме­тоды автоматического управления устанавливаются для конкретных способов бурения, видов станков и конкретного породоразрушающего инструмента.

В качестве критериев принимают чаще всего минимум времени, затрачиваемого на бурение скважин, а также технико-экономиче­ские показатели буровых работ.

Так как скорость бурения взрывных скважин механическим спо­собом зависит от рационального сочетания главных параметров бурения — нагрузки на инструмент, числа его оборотов, способа и условий удаления буровой мелочи, соответствия конструкции и типа бурового инструмента показателям буримых горных пород, то автоматизация процесса бурения сводится к регулированию скорости вращения и осевого усилия на основе анализа механиче­ских и электрических характеристик станка в процессе бурения. Скорость вращения бурового инструмента можно регулировать в за­висимости от усилия его подачи на забой, а последнее — в зависи­мости от величины нагрузки двигателя вращателя станка. Как было показано выше (глава III), между величиной нагрузки на долото и скоростью разрушения горных пород имеется определенная зави­симость: чем выше нагрузка на долото (на забои), тем эффективнее разрушение пород, тем больше скорость проходки. При работе в крепких горных породах стремление к максимально допустимым нагрузкам на долото является одним из существенных факторов интенсификации процесса бурения.

Нагрузка на долото обусловлена подачей бурового инструмента. Подача должна быть плавной и непрерывной, причем такой, чтобы удельное давление долота на забой превышало сопротивляемость горных пород разрушению и обеспечивало наиболее эффективную скорость их разбуривания.

На этом принципе основан экстремум-регулятор подачи долота, который измеряет и запоминает скорость подачи, вводит изменение осевой нагрузки и после установления режима снова измеряет и за­поминает новое значение скорости подачи. Сравнение указанных скоростей приводит к выработке рабочего импульса подачи с учетом знака изменения скорости. Для правильного регулирования указан­ных параметров необходимо знать их истинные значения в процессе бурения, что может быть достигнуто при непрерывном телеизмерении забойных параметров. Забойный датчик должен информировать о действительном значении осевой нагрузки и вращающего момента непосредственно у долота в забое скважины и передавать эту инфор­мацию на контрольные аппараты. При этом конструкция датчика должна обеспечивать надежную его работу при вибрации и ударных нагрузках. Погрешность измерительной системы не должна превы­шать ±2,5%, а минимальное значение осевой нагрузки, на котороереагирует датчик, не должно превышать 1 Т. Однако надежные за­бойные датчики, способные обеспечить постоянную передачу сигна­лов из забоя скважины о физических свойствах пород и условиях бурения, пока еще не созданы.

Целесообразный объем автоматизации станков шарошеч­ного и вращательного (шнекового) бурения должен включать:

- систему автоматического регулирования процесса бурения;

- систему программного управления механизмом перехвата и нара­щивания штанг;

- выносной пульт дистанционного управления перемещением станка;

- автоматический кабельный барабан;

- устройство автоматической установки мачты под заданным углом;

- устройство автоматического учета производительности станка.

Станки ударно-вращательного бурения до­полнительно должны иметь устройства для автоматической блоки­ровки как для подачи воздуха в пневмоударник, так и для вращения бурового инструмента.

Станки огневого бурения должны быть оснащены следующими средствами автоматики:

- системой автоматической стабилизации расстояния горелки от за­боя скважины;

- системой автоматического регулирования соотношения компонен­тов горючей смеси;

- устройством автоматического слива воды;

- выносным пультом дистанционного управления перемещением станка;

- индикатором глубины бурения;

- системой автоматического горизонтирования станка;

- устройствами автоматического учета производительности станка и расхода окислителя и топлива.

2. Одноковшовые экскаваторы — весьма динамичные машины. Маши­нист в течение одного цикла (за 20—60 сек) выполняет 12—18 опера­ций, совершая до 60—90 движений в минуту.

Ручное управление экскаватором при мгновенных изменениях условий работы затрудняет эффективное ведение процесса, уменьшает производительность машины. Скорости рабочих операций, особенно в сложных забоях и к концу смены, близки к пределу физи­ческих возможностей человека. Разница же в производительности экскаватора, управляемого разными машинистами, может дости­гать 40 %.

Длительность рабочего цикла одноковшового экскаватора может быть значительно сокращена, а производительность увеличена при автоматизации управления.

Наиболее целесообразна комплексная автоматизация следующих процессов работы экскаватора: черпания (в первую очередь), транс­портирования, разгрузки, передвижения. Однако разнообразие воз­можных конфигураций забоя и специфика процесса черпания одно­ковшового экскаватора как машины цикличного действия еще пока не позволяют создать такую автоматическую систему, которая пол­ностью исключила бы участие машиниста в управлении экскавато­ром на всех операциях.

В настоящее время работы ведутся в области создания автомати­ческого управления процессом черпания и процессом поворота экска­ватора к месту разгрузки и обратно.

Работы по автоматизации процесса черпания относятся к кон­струкции машин и разрешаются наиболее успешно. Автоматиза­ция же транспортных операций связана с организацией работ, методами использования машины, технологией производства, взаимо­связью совместно работающих машин и пр. Поэтому вопросы автома­тизации транспортных операций при работе одноковшовых экскава­торов полностью еще не решены.

Автоматизация процесса передвижения экскаватора может осу­ществляться на основе встроенных элементов контроля, определя­ющих отклонение его ходового устройства от заданного курса. Эти элементы служат основой автоматической системы, поддерживающей движение экскаватора по заданным координатам.