Разработка системы автоматического управления манипуляторами установки для веерного бурения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат технических наук Цвиркун, Леонид Иванович

• Цвиркун, Леонид Иванович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цвиркун, Леонид Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

Г. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Предпосылки автоматизации вспомогательных опера ций при бурении веерно-расположенных скважин

1.2. Анализ механизмов бурильной установки КЕВ и one -раций выполняемых с их помощью.

1.3. Обзор работ в области автоматизации вспомогательных операций буровых работ

1.4. Цель и задачи выполняемой работы.

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЕЙНОГО ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА

2.1. Функциональный анализ электрогидравлического привода бурильной установки.

2.2. Построение динамической модели релейного следящего электрогидравлического привода

2.3. Оценка устойчивости модели электрогидравлической системы

2.4. Разработка уточненной математической модели системы управления приводами бурильной установки 59 Основные результаты и выводы

3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРАМИ БУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

3.1. Определение перечня подсистем, взаимоподчиненности и их функций.

3.2. Разработка подсистемы программного управления

3.2.1, Блок управления разборкой бурового става

3.2.2. Елок управления наращиванием бурового става

3.2.3. Блок управления настройкой бурильной машины на скважину.

3.2.4. Композиция блоков подсистемы программного управления

3.3. Структурная реализация подсистемы программного управления.

3.3.1. Структурный синтез блока управления разборкой и наращиванием бурового става

3.3.2. Структурный синтез блока управления настройкой бурильной машины на скважину.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы автоматического управления манипуляторами установки для веерного бурения»

В основных направлениях экономического и социального разви -тия СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятых ХХУТ съездом КПСС, отмечено, что выпуск минеральных удобрений к 1985 году должен возрасти до 150-155 млн, тонн в условных единицах / I /. Среди минеральных удобрений важное место занимают калийные, выпуск которых возрастет в 1,8 раза.

Одним из основных производственных процессов при буровзрывном способе очистной выемки калийных руд является бурение шпуров и скважин. На калийных рудниках СССР при разделке компенсационного пространства, т.е. при мелкошпуровой отбойке, применяют ручные сверла; для бурения скважин - буровые станки и шахтные бурильные установки, большинство операций на которых не только не автоматизировано, но и не механизировано. Так при использовании бурильной установки БК-2 на калийных рудниках удельные затраты времени на вспомогательные операции составляют 43,2%, основная часть из которых приходится на операции по наращиванию и разборке бурового става /2 /. Цри выполнении этих операций бурилыцик в неблагоприятных для него подземных условиях с повышенным шумом, запыленностью, вибрацией и во взрывоопасной среде перегружает до 2000 кг буровых штанг в смену, выполняя однообразные операции по наращи -ваниго и разборке бурового става.

Настройка бурильной машины на скважину механизирована. Однако ручное управление этой операцией сдерживает дальнейшее повышение производительности. Поэтому увеличение объема производства калийных удобрений требует технического перевооружения отрасли т.е. создания и увеличения выцуска новых видов автоматизированного самоходного оборудования, позволяющего улучшать условия труда и повышать его производительность.

Партия и правительство поставили также задачу по широкому внедрению в XI пятилетке автоматических манипуляторов, позволяющих исключить применение ручного малоквалифицированного и моно -тонного труда, особенно в тяжелых и вредных для человека условиях, во всех отраслях народного хозяйства / 1,3 /.

Развитие бурового оборудования в СССР и за рубежом идет по пути перевода его на гидравлический привод и автоматическое уп -равление, оснащения манипуляторами / 2,4-12 /. В связи с применением манипуляторов более высокие требования предъявляются к приводу, а также к самим системам автоматического управления.

Применение гидравлического привода на буровом оборудовании ново и получило распространение с 70-х годов. В связи с необходимостью обеспечения высокой надежностью оборудования для работы в подземных условиях на бурильных установках и буровых станках используют более простой релейный гидропривод и дискретные программно-логические блоки управления / 9,11,13 /.

Автоматизация операций при бурении скважин позволяет получить социальный эффект заключающийся в ликвидации монотонного, тяжелого ручного труда в подземных условиях и повысить техническую производительность бурильной установки. Несмотря на большой объем работ проводимых в этой области, бурильные установки с автоматическими манипуляторами в горнодобывающей промышленности не применяются / 14-16 /.

В связи с этим актуальной является работа по созданию и освоению в производстве системы автоматического управления манипуляторами установки для веерного бурения, выполняемая Днепропетровским горным институтом в соответствии с координационным планом, утвержденным приказом Минвуза УССР № 190 от 28.04.81, "Робототех-нические системы для промышленных технологических процессов" по направлению № II.10 "Типовые робототизированные комплексы для горнодобывающей промышленности"•

Поэтому целью настоящей диссертации является сокращение ручного и монотонного труда в подземных условиях при бурении веерно-расположенных скважин.

Содержание исследований составили:

- анализ удельных затрат времени при выполнении операций по наращиванию и разборке бурового става и настройке бурильной машины на скважину от данных паспорта буровзрывных работ;

- составление математических моделей отдельных звеньев и наиболее характерных структур релейного электрогидравлического привода и исследование их динамики;

- отработка на моделях алгоритмов дискретного управления отдельными механизмами;

- разработка алгоритмов управления для отдельных операций;

- минимизация числа состояний и логических условий полученных граф-схем алгоритмов;

- разработка функциональных и принципиальных решений блоков дискретной системы автоматического управления;

- практическая проверка теоретических результатов диссертационной работы, правильности и надежности технических решений, работоспособности предложенных алгоритмов в процессе лабораторных и промышленных испытаний.

Основные положения, выносимые на защиту диссертационной работы заключаются в следующем:

- впервые получены аналитические зависимости удельных затрат времени при выполнении операций по наращиванию и разборке бурового става и настройке бурильной машины на скважину от данных паспорта буровзрывных работ, что позволило оценить вспомогательные операции при бурении веерно-расположенных:скважин с точки зрения их автоматизации;

- предложены уточненные математические модели рабочей части электрогидравлической системы бурильной установки с учетом наличия гидрозамка и особеностей работы гидропереключателя при отключении, что позволило отработать алгоритмы управления отдельными исполнительными механизмами, оценить быстродействие и погрешность позицирования;

- предложен метод минимизации граф-схем алгоритмов применительно к программно-логическим устройствам управления манипуляторами бурильных установок с релейным многодвигательным приводом, отличающийся использованием модифицированных треугольных таблиц и позволяющий проводить сокращение числа операторных вершин формальными способами в тех случаях, когда классические методы неработоспособны;

- впервые разработаны математические модели программно-логических блоков управления наращиванием и разборкой буровогозстава и настройкой бурильной машины на скважину при бурении веерно-рас-положенных скважин, что позволило получить работоспособные алгоритмы управления;

- предложены функциональные и принципиальные схемы системы автоматического управления манипуляторами установки для веерного бурения, отличающиеся наличием задатчика положений и схемами блоков режима работы и формирователя задержек, обладающие высокой помехоустойчивостью, надежностью и имеющие гальванически развязанные входы и выходы, что позволяет использовать их на рудниках, в которых возможно образование взрывоопасных смесей.

Диссертационная работа выполнена в Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени горном институте имени Артема на кафедре автоматизации поизводственных процессов.

I. Состояние вопроса и задачи исследования

1,1. Предпосылки автоматизации вспомогательных операций при бурении веерно-расположенных скважин

По запасам сырья и объему выпускаемой продукции калийная промышленность СССР занимает первое место в мире. Калийные соли в СССР добывают преимущественно шахтным способом на калийных рудниках. К основным производственным процессам в калийном руднике относятся: проведение горноподготовительных выработок; очистная в выемка калийных руд на горных участках; транспортирование калий -ных руд по участковым и капитальным горным выработкам до стволов; выдача калийной руды по стволам.

Очистные работы на калийных рудниках ведутся с применением камерной системы разработки. При этом соляные породы в силу их относительно невысокой крепости в процессе очистной выемки могут отделяться от массива как машинным способом, так и с помощью буровзрывных работ / 4 /.

Е!уровзрывыые работы являются наиболее экономичным способом отбойки в калийной промышленности. Поэтому при разработке место -рождений буровзрывная отбойка повсеместно применяется на крутопадающих залежах и достаточно широко распространена при пологом за.-легании пластов.

Удельный вес буровзрывного способа отбойки на очистных работах составляет в СССР - 21% (16,1 млн. т.), США - 60% (7,9 млн. т.) Франции - 40% (4,5 млн. т.), ГДР - 100% (2,64 млн. т.), ФРГ -10096 (1,85 млн. т.) / 4 /. На одном из крупнейших в мире Верхне -камском месторождении удельный вес буровзрывного способа отбойки на очистных работах достигает 20% (11,9 млн. т.).

Е!уровзрывной способ, в отличии от машинного, одинаково при годен для отработки пластов с простой и сложной гипсометрией и позволяет осуществлять выемку пласта сразу по всей его мощности. При этом для разрушения горного массива в нем необходимо пробу -рить шпуры или скважины и разместить в них взрывчатое вещество. Образующиеся при взрыве газы отделяют породу от массива и разрушают ее.

Различают два основных варианта отработки камер буровзрыв -ным способом: с послойной шпуровой отбойкой пласта и с отбойкой пласта на всю мощность веерно-расположенными скважинами»

На Верхнекамском месторождении применяют веерный (комбини -рованный) способ отработки, при котором камеру нарезают по ее оси одним ходом комбайна, а затем руду отбивают с помощью веер -ных скважин, расположенных под углом 45-60° к оси разрезного штрека / 17 /• Длина скважин в веере составляет от 4 до 10 м, а иногда при сложной гипсометрии разрабатываемого пласта длина скважин достигает 15-18 м.

Веерная отбойка по сравнению с послойной шпуровой выемкой имеет ряд преимуществ: облегчается возможность механизации процессов бурения и заряжания скважин; увеличивается количество отбиваемой за взрыв руды до 1200-1600 т; повышается безопасность работы бурильщиков и взрывников, находящихся в выработках небольшого сечения. Однако организация и технология работ при этом способе усложняется / 17,18 /.

Еще более полно предпологается использовать преимущества машинного и буровзрывного способов при комбинированном способе от -работки с магаяинированием руды (по схеме УФ БНИИГ). При этом способе комбайнами отрабатываются внутри камеры вдоль междукамерных целиков отрезные щели (с перекрытием ходов по вертикали), а камеру нарезают также, как и при обычном комбинированном способе, по ее оси ходом комбайна / 18 /. Однако скважины, которые бурят с центрального хода, имеют не постоянный угол наклона, а образуют сложную пространственную форму, позволяющую при взрывных работах отбросить всю руду к одной из отрезных щелей и замагазиниро -вать. Комбайны позволяют с высокой производительностью отработать часть камеры и в кратчайшее время создать компенсационное прос -транство для одновременного магазинирования руды по всей длине камеры, повысить эффективность буровзрывных работ и предохранить межкамерные целики от сейсмического воздействия взрыва, а буро -взрывные работы снижают потери руды и с минимальными затратами позволяют отбить и замагазинировать руду в камере.

На рудниках Верхнекамского месторождения при мелкошпуровой отбойке применяют ручные электросверла, а для бурения вееров скважин - шахтные бурильные установки.

Конструкция первой бурильной установки, механизирующей бурение веерно-расположенных скважин, была предложена ШИЛ ВНШГа и Первым Березниковским комбинатом. Однако применение установки СЕК показало, что для достижения производительности, большей 230 м в смену, необходимо совершенствовать конструкции установок и применяемого! инструмента / 2 /.

После этого разработкой конструкций более совершенных бу -рильных установок для веерного бурения занялся Пермский проектно-конструкторский и экспериментальный институт горного машиностроения (Пермгипрогормаш)• Начиная с I960 г. институтом были спроектированы и испытаны бурильные установки КБС-1, КБС-3, БК-2. Эти установки , в отличие от СЕК, были оборудованы более совершенными бурильными машинами с раздельными приводами для вращения и подачи бурового става. С целью плавного регулирования скорости вращения и подачи в качестве приводов использовались гидродвигатели,

В процессе разработок и испытаний были проверены конструкции цепного и винтового податчиков, подвижного и неподвижного враща телей, вильчатого и радиального манипуляторов, подхватов, распо -ров и люнетов, а также их привод.

Результатом этих работ явилась бурильная установка БК-2М, максимальная сменная производительность которой при семичасовой смене составила 370 м / 4,15 /. Дальнейший рост производительности на этой установке (при использовании штанг длиной 1,6 м) не -возможен, так как применяемый способ вращательного бурения с выносом штыба витым буровым ставом ограничивает увеличение более 0,05 м/с скорости подачи. Большой объем вспомогательных операций, которые выполняются вручную и лишь частично механизированы, также сдерживают дальнейшее повышение производительности труда буриль -щика / 19 /.

Одним из способов повышения скорости вращательного бурения является применение сжатого воздуха для удаления буровой мелочи из скважины / 2 /. Продувка сжатым воздухом позволяет повышать скорость подачи при бурении до 0,083-0,11 м/с и поддерживать ее постоянной независимо от глубины скважины. При применении продувки также исключается операция по дополнительной очистке скважины от буровой мелочи. Кроме того, полный вынос буровой мелочи позволяет выполнять опережающее обуривание камер независимо от цикличности буровзрывной выемки.

На бурильных установках КБС-I, КБС-3, БК-2М использовались буровые штанги из витой стали, соединение которых осуществлялось крючковыми соединениями. При способе бурения с продувкой необхо -димо обеспечить герметичное соединение полых штанг, по которым подается сжатый воздух. Поэтому применяют резьбовое соединение штанг между собой. Такое соединение занимает больше времени у бурильщика, по сравнению с крючковым, при выполнении операций по наращиванию и разборке бурового става, но является: необходимым при данном способе бурения и более просто поддается автоматизации.

Рассмотрим, как повлияет на производительность бурильной установки использование повышенных скоростей подачи, а также резь -бового соединения штанг,

В качестве критерия оценки работы бурильной установки часто используют сменную производительность, которую можно определить из выражения (I.I) / 2 /.

Ас=

Темен I п.з.

0s + 8e i.i) где: Тсмен> - продолжительность смены, с;

Т „ - затраты времени на подготовительные и заклюп • о • чительные операции, с;

Qs - затраты времени на забуривание и бурение, отнесенные к 1м пробуренной скважины, с/м;

06 - затраты времени на выполнение вспомогательных операций (наращивание и разборка бурового става, настройка бурильной машины на скважину и т.д.)» отнесенные к Lit пробуренной скважины, с/м.

Сменная производительность зависит не только от конструктивных параметров машины и степени ее совершенства, но и от органи -зации работ. В большей степени характеризует бурильную установку техническая производительность, т.е. количество метров скважины, пробуренных за определенный промежуток времени безостановочной работы. В технической характеристике бурильных установок обычно указывается часовая техническая производительность / 15 /. Приняв за основу выражение (I.I), часовую техническую производительность определим из выражения

А 3600 „ 2,

Г\т —р:-рг~- (1.2)

05 + 9g

Удельные затраты времени на забуривание и бурение равны: -/

1.3) где Vf) ~ средняя скорость подачи по операциям забуривания и бурения, м/с.

Таким образом выражение часовой технической производитель -ности примет вид / 20 /

А 3600 i . П

Vn в

По данным работ / 4,15 / часовая техническая производительность бурильной установки БК-2М составляет 75 м/ч. Тогда удельные затраты времени на выполнение вспомогательных операций в соответствии с выражением (1.4) равны 28 с/и (при средней скорости подачи 0,05 м/с).

Анализ построенной по выражению (1.4) графической зависимости (рис.1.1) показывает, что увеличение средней скорости подачи приводит к нелинейному увеличению технической производительности установки. Особенно большой рост наблюдается при увеличении скорости подачи до 0,08 м/с. Увеличение скорости подачи выше 0,1 м/с не столь эффективно.

При увеличении на 2596 удельных затрат времени на выполнение вспомогательных операций технической производительности бурильной установки ЕК-2М возможно достичь только при увеличении средней скорости подачи до 0,077 м/с. Эта скорость на 54% больше рабочей скорости подачи бурильной установки ЕК-2М.

Увеличение на 50% удельных затрат времени на вспомогательные операции приводит к тому, что до технической производительности 75 м/ч возможно приблизиться только при средней скорости подачи

Рис. I.I Зависимость Ател/= f (Vc.n)* при tf28- (I); 35 с - (2); 42 с - (3) в три раза большей (0,15 м/с), чем на установке БК-2М.

Таким образом, повышения технической производительности ус -тановки невозможно добиться одним увеличением рабочей скорости подачи. Необходимо принять меры к сокращению времени выполнения вспомогательных операций.

Однако уложиться в расчетное время выполнения вспомогатель -ных операций, равное 28 с/м, практически невозможно. Для буриль -щика это связано с тяжелым и монотонным трудом. В течение смены он перегружает при наращивании и разборке до 2000 кг буровых штанг. Выполнение остальных вспомогательных операций связано с меньшими физическими нагрузками, однако необходимость постоянного внимания, вызванного возможностью возникновения аварийных ситуа -ций, не снижает их тяжести. К тому же бурильщик работает в нес -войственных для человека подземных условиях с повышенными шумом, вибрацией, запыленностью и загазованностью.

Это приводит: к< тому, что человек устает и не может поддержи -вать постоянную производительность как в течение смены, так и в течение рабочей недели. Кроме этого, на производительность влияет и уровень профессиональной подготовки рабочего.

Поэтому суммарные затраты времени выполнения вспомогательных операций, полученные при хронометражных наблюдениях за работой опытного образца бурильной установки ЕК-2М, отличаются от расчетных и составляют 32,9 с/м.

Одним из эффективных путей сокращения времени выполнения операций при бурении и поддержания его в течение рабочего дня неизменным, является автоматизация этих операций. Какие же из них необходимо автоматизировать в первую очередь и нужно ли автоматизировать их все ?

В качестве критерия шведские ученые предлагают использовать затраты времени на выполнение операций, отнесенные к одному метру пробуренной скважины / 21 /.

Проанализируем возможные удельные затраты времени на выпол -нение вспомогательных операций при резьбовом соединении штанг на бурильной установке КБВ (рис.1.2), конструкция которой разработана институтом "Пермгипрогормаш" / 16 /•

Суммарные затраты времени на выполнение вспомогательных операций, отнесенные к I м пробуренной скважины равны / 2 /: где время выполнения операций в с/м соответственно: - выполнения наращивания става;

02 - выполнения разборки става;

03 - выполнения настройки бурильной машины на новую скважину; выполнения замены резцов; 05~ выполнения переезда к месту бурения нового веера; выполнения чистки скважин, а

03=—Й— •> (1-6) I

0<,= К PtK; ™

05 = 7" w '

U Vy где: ty- время настройки бурильной машины на новую скважину, с; Кр- удельный расход резцов на I м скважины, 1/м; t/<- время на замену одной коронки, с; S&- расстояние между веерами, м; L»g- общая длина скважин в веере, м; V^- скорость передвижения установки, м/с.

Рис. 1.2 Бурильная установка КЕВ

Продолжительность операции по наращиванию бурового става для одной скважины, с учетом того, что на наращивание первой штанги, т.е. забурника, не затрачивается времени, определяется выражением: tH = (-^ -1)(tp+U+2tc+tM), (i.9) где: tc ~ средняя длина скважины в веере, м; щ - длина штанги, м; tp - время развинчивания одного резьбового соединения, с; tx - время маневрового хода, с; tc - время свинчивания одного резьбового соединения, с; Ьм - время манипуляций со штангой ( подвод на ось бурения, зажим в захвате, отвод манипулятора и кассеты), с. ^ Примем tc=tp= tc-p } — ~^ ( Vx - скорость маневрового хода, м/с;) и отнесем время наращивания к I м пробуренной скважины. Тогда выражение (1.9) примет вид:

Q^-f- = Д -*-L.( 1.10) tc t-c

Преобразуем выражение (1,10) к следующему виду:

3tc-r+t„)(lc-U + Lc-tu, 1ш Vx

О,-----С1.И)

1-е

Аналогично получаем время разборки отава, отнесенное к одному метру пробуренной скважины:

Stc-P+Шс-и . 1с-1ш

02=-Г - Vk (I.I2)

I.13)

Объединив выражения (I.II) и (I.I2) получаем:

Таким образом время наращивания и разборки става, отнесенное А к I м скважины, отличаются только на величину -i~r , а суммарное

VX время этих операций равно:

В связи с тем что при применении продувки операция по дополнительной очистке скважины не проводится, в выражении (1,5) 0g=O. Резьбовое соединение штанг не влияет на величину затрат времени 93ДД и они мало будут отличаться от затрат времени при работе на бурильной установке EFC-2M. Поэтому согласно паспортных данных установки примем для расчета / 4 /: V* =0,2М/с; Vys0,25/^; fclfa.

Наводка бурильной машины установки БК-2М механизирована и по данным хронометража составляет в среднем 53,6 с. Нормы расхода и замены резцов составляют / 2 /: Kp-Q01 Vm ' 120 С.

В соответствии с типовым паспортом буровзрывных работ при иен/г/-. £с=6м;5в = -/,2м; LB=120C.

Время свинчивания-развинчивания соединения длиной 0,05 м при скорости 0,017 м/с составляет Ьс-р~3с • Время манипуляций со штангой примем равным t^-8c.

Используя выражения 1.3, 1.6, 1.7, 1.8, I. II и I.I3 и при -нятые данные, подсчитаем значения удельных затрат времени на вспомогательные операции и сравним их с результатами хронометражных наблюдений за работой бурильной установки ЕК-2М (таблица I.I), т.е. при применении крючкового соединения.

Таблица I.I

Удельные затраты времени на вспомогательные операции

Наименование операций

Продолжительность выполнения операции

Резьбовое соеди-: Крючковое нение : соединение с/м : в % : с/и : в %

Наращивание става Разборка бурового става

Настройка на скважину Переезд к месту бурения нового веера Замена бурового инструмента

Итого:

12,5 37,4 10,6 32,2

13 6,7

38,9 20

9,1

6,7

27,7 20,4

1,2 3,6 5,2 15,8

0,04 0,1 1,3 3,9

33,44 100

32,9 100 бурение

10

29,9 23,6 71,7

Всего: 43,44 129,9 56,5 171,7

Как видно из таблицы I.I при резьбовом соединении штанг наибольших затрат времени требуют операции по разборке (38,9%) и наращиванию (37,4%) бурового става, а также по настройке бурильной машины на скважину (20%). Общая продолжительность выполнения вспомогательных операций отнесенная к одному метру пробуренной скважины составляет 33,44 с/м, что при увеличении скорости бурения до 0,087 м/с позволяет достигнуть технической производительности 80 м/час.

Цри автоматизации операций по наращиванию и разборке бурового става бурильщик освобождается на 76,3% от общего времени выполнения вспомогательных операций, а при автоматизации настройки на скважину - на 96,3%.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Цвиркун, Леонид Иванович

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведенные исследования показали, что большой объем вспомогательных операций при бурении веерно-расположенных скважин выполняется вручную и лишь частично механизирован. Это сдерживает дальнейшее повышение производительности труда бурильщика. Анализ вспомогательных операций позволил выделить операции разборки и наращивания бурового става и настройки бурильной машины на сква -жину, автоматизация которых должна осуществляться в первую очередь. Получены аналитические зависимости удельных затрат времени при выполнении этих операций от данных паспорта ЕВЗР.

2. Ранее разработанные системы управления для автоматизации вспомогательных операций при бурении скважин, в основном, имеют релейно-контактное исполнение, что снижает их надежность, увеличивает размеры и вес и затрудняет размещение на бурильных уста -новках, передвигающихся в ограниченных по размерам пространствах подземных выработок.

3. Функциональный анализ работы бурильной установки позволил выделить обобщенные схемы рабочей части релейного электрогидрав -лического привода. Составлены их математические модели.

4. Моделирование на ЭВМ позволило определить показатели качества переходного процесса электрогидравлического привода бурильР ной установки и отработать ьалгоритмы управления отдельными механизмами.

5. Проведена алгоритмизация операций разборки и'наращивания бурового става и настройки бурильной машины на скважину. Выполнена минимизация числа операторных и условных вершин полученных ГСА. Для сокращения числа операторных вершин применительно к программно-логическим устройствам управления манипуляторами бурильных установок с релейным многодвигательным приводом предложен метод минимизации с использованием модифицированных треугольных таблиц. Применение этого метода позволило провести минимизацию числа операторных вершин ГСА управления, сократив их на 20-29%. б. Выполнен структурный синтез программно-логических блоков управления и получены их математические модели. Разработанные блоки управления защищены двумя авторскими свидетельствами СССР.

7; Изготовлены опытные образцы программно-логических блоков управления и экспериментальный образец микропроцессорного блока управления;

8. Промышленные межведомственные испытания в подземных условиях подтвердили правильность и надежность технических решений, работоспособность предложенных алгоритмов управления. Разработанный программно-логический блок управления не чувствителен к действию электромагнитных полей, помех по цепи питания и его нестабильности, надежно работает в условиях рудников, в которых возможно образование взрывоопасных смесей.

9. Внедрение системы управления манипуляторами установки для веерного бурения возможно выполнить в два этапа, начав с блока управления операциями разборки и наращивания бурового става. Проведенные промышленные испытания подтвердили возможность получения экономического эффекта уже с внедрением только этого блока.

10. Внедрение программно-логического блока управления наращиванием и разборкой буровогоостава позволяет, кроме социального эффекта, заключающегося в ликвидации тяжелого, монотонного, ручного труда в подземных условиях, получить за счет повщения технической производительности автоматизированной бурильной установки экономический эффект 37 тыс.руб. в год.

11. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке систем управления манипуляторами бурильных установок, станков для крепления кровли, гидромониторов, а также манипуляционных комплексов, предназначенных для работы в подземных условиях.

Тема диссертационной работы связана с НИР, выполняемой Днепропетровским горным институтом в соответствии с координационным планом, утвержденным приказом Минвуза УССР Р 190 от 28.04.81, "Робототехнические системы для промышленных технологических процессов" по направлению Р II. 10 "Типовые робототизированные комплексы для горнодобывающей промышленности".

Практическим результатом работы является разработка описания, принципиальных схем и опытного образца системы автоматического управления и внедрение системы управления в рабочий проект буриль -ной установки КЕВ-90.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в ряде журналов, сборников и описаний к изобретениям / 19,20,58,65, 67,68,75,84 /.

Основные теоретические положения, результаты, выводы и рекомендации диссертации доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на научно-техническом семинаре-совещании "Адаптация, обучение и планирование поведения роботов" (г.Николаев, 1980 г.), на республиканских научно-технических конференциях "Молодые ученые -научно-техническому прогрессу в угольной промышленности - навстречу ХХУ1 съезду КПСС" (г.Донецк, 1980 г.) и "Основные направления повышения технического уровня и экономической эффективности производства на предприятиях цветной металлургии Узбекистана" (г.Алмалык, 1982 г.), на 3-й межотраслевой научно-технической конференции "Вклад молодежи в движение за уменьшение доли ручного труда" (г.Николаев, 1982 г.), на Ш Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых и специалистов "Автоматические манипуляторы и робототехнические комплексы" (г.Иваново, 1982 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Состояние и перспективы автоматизации процессов на открытых и подземных рудниках цветной металлургии" (г.Орджоникидзе, 1982 г.)» на научно-технической конференции "Состоя -ние и перспективы применения гибких автоматизированных производств (ГАП), промышленных роботов и микропроцессорной техники на предприятиях Минчермета УССР" (г.Днепропетровск, 1984 г.), представлялись на выставке "Достижения ВУЗов - в XI пятилетке" (г.Киев, 1983 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цвиркун, Леонид Иванович, 1984 год

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года. М.: Политиздат, 1981. - 95 с.

2. Пермяков Р.С., Романов B.C., Бельды М.П. Технология добычи солей. М. Недра, 1981. - 272 с.

3. Высоцкий В.П. Кассета для бурового станка СВБ-2М-ШП. В кн.: Механизация горных работ. Кемерово, 1980, № 3, с. 192-195.

4. Алейников Л.А., Ретинский B.C. Буровой станок с автоматическим наращиванием и разборкой бурового става. В кн.: Горные машины и автоматика: Научн.-техн.реф.сб. № 3 / ЦНИЭИуголь. 1981, с.1-3.

5. Drill automation a step Into tfiz future.— Conation mining journal, 197Ь, V. 95, №5,p. 23-3b.10. ftfast Pwte ri(.S prompted by need for greater mining capacity.-4«stra£ian mining, тО,чЛ2,№,р46.

6. Загороднюк В.Т. Автоматизация самоходных бурильных установок. Ростов-на-Дону, РГУ, 1975. - 208 с.

7. Злодеев А.В. Автоматизация буровых и проходческих машинв угольной промышленности: Обзор / ЦНИЭЙуголь. М.: 1982. - 39 с.

8. Сосонкин B.JI. Дискретная гидроавтоматика. Следящие шаговые системы станков. М.: Машиностроение, 1978. - 160 с.

9. Регулирование и управление режимами бурения взрывных скважин / Н.И.Терехов, И.С.Авраамов, П.Д.Гаврилов, П.Н.Кунинин. -Л.: Недра, 1980. 223 с.

10. Горное оборудование: Номенклатурный справочник Р 16-2— 80/1. М.: ЦНИЙТЭИтяжмаш, 1980. - 115 с;

11. Жигалин В.Ф. Оснащение горнорудных предприятий страны прогрессивной техникой первостепенная задача машиностроителей в одиннадцатой пятилетке. - Горный журнал, 1981, № 3, с.8-15.

12. Технология подземной разработки калийных руд / В.Г.Зиль-бершмидт, К.Г.Синопальников, Г.Д.Полянина и др. М.: Недра, 1977. - 287 с.

13. Соболь А.В., Пинский В.Л., Брусиловский Д.В. Механиза -ция очистных работ на калийных рудниках. Л.: Химия, 1974; -180 с.

14. Ткачев В.В., Цвиркун Л.И. Система программного управления комплексом манипуляторов бура. В кн.: Адаптация, обучение и планирование поведения роботов. Николаев, 1980, с.64-66.

15. Цвиркун Л.И., Ткачев В.В. Автоматизация ручных работ при бурении вееров скважин в подземных условиях. В кн.: Механизация и автоматизация ручных и трудоемких операций в промышленности

16. Кузбасса: Тезисы докладов научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию образования СССР.

17. Кемерово, 1982, с.151-153.

18. ВегцЛаМ S.G. automatic controt percussiondriUing,-Jln; automatic mining }ШineC-atand №eta?Process-. Proc. 2nd IMC Sc/mp- JotanriesBvrg, 1*76. Pretoria }1ЩрЛ2ПЗО.

19. A.C.I4II2I (СССР). Станок вращательного бурения /И.Д.Фиш-ман, Е.Б.Алексеев, В.А.Б|улахов и др. Опубл. в Б.И., 1961, № 18.

20. A.C.2508II (СССР). Самоходный буровой станок /Л.И.Бала-гуров, В.И.Василенко, Л.В.Гриншпун и др. Опубл. в Б.И., 1969, № 27.

21. Автоматизация и автоматизированные системы управления в угольной промышленности / Под ред. Б.Ф.Братченко. М.: Недра, 1976. - 383 с.

22. А.с.309351 (СССР). Устройство для автоматического управления перемещением бурильной установки /А.С.Кольвах, Ю.В.Ларин, В.Л.Зеленковский, Ю.М.Зотов. Опубл. в Б.И., 1971, № 22.

23. А.с;ЗП005 (СССР). Устройство для автоматического наведения бурильных машин /А.М.Ткаченко, К.Б.ОДустафин, Г.А.Стародубов. -Опубл. в Б.И., 1977, № 45.

24. А.с.544750 (СССР). Моделирующая позиционная система программного (координатного) управления манипуляторами самоходных буровых кареток /В.А.Костюк, В.Т.Загороднюк, В.Х.Пироженко и др.1. Опубл. в Б.И., 1977, Р 4.

25. A.c.65II28 (СССР). Устройство программного управления буровой установкой /В.Ю.Магомаев, В.П.Матвеев, Г.П.Ефанов. Опубл. в Б.И., 1979, Р 9.

26. А.с.595705 (СССР). Устройство для циклового программного управления манипулятором /А.П.Литовченко, В.И.Литовченко, З.М.Ко-лесников, Ю.ЩДорошев. Опубл. в Б.И;, 1978, Р 8.

27. А.с;723512 (СССР). Цикловая система программного управления манипулятором /В.И.Литовченко, Ю.ШДорошев, А.П.Литовченко. -Опубл. в Б.И., 1980, Р II.

28. А.с.826276 (СССР). Устройство для программного управления промышленным роботом /Ш.А.Вайнер, Н.Н^Цемидов, М.Н.Бор и др. -Опубл. в Б.И., 1981, Р 16.

29. А.с.838664 (СССР). Устройство для позиционного управления манипуляционным роботом /В.П.Федоров, А.А;Комиссаров, А.С.Кузетен-ко. Опубл. в Б.И. 1981, Р 22.

30. Ларионов Н.А. Новые буровые станки за рубежом. В кн.: Горное оборудование: Реф. сб; Р 2-79-15 /ЦНИИТЭИтяжмаш. М., 1979,с. 15-17.40. Пат.2106795 (Франция).41. Пат.2117659 (Франция).

31. Vanassebska W.^wmarobsfaT, ZyBorsh В. С^гяъу

32. System sterou>Qnld sorniadieznq mciszynQ mzrtnicsQ PomLary, Qutomatyfra, Kontrofa, тт^ЛЪ^в^АН-Ш.

33. Banossebska W., Kramarobsfta Т., Zyborski B. Qyto35. Пат.3937334 (США).36. Пат;881842 (США).37. Пат.1483865 (ФРГ).38. Пат.2050814 (Франция).- 153

34. Prz-eflad qomiCTy, 1977, I/. 33, p. Нв-123.

35. A.c;306256 (СССР). Способ автоматического слежения за изменением условий бурения /В.Т.Загороднюк, В.А.Яцкевич. Опубл. в Б.И., 1971, № 19.45. Пат.4165789 (США).

36. Еудин В.И. К расчету переходных процессов в нестационарных нелинейных импульсных автоматических системах. В кн.: Алгоритмизация и автоматизация технологических процессов и промышленных установок. - Куйбышев, 1981, вып.12, с. 31-35.

37. Rofa ВЖ, ToSias S.A. (Я simp fa accurate positioning system for an industrial robot.-An dust riot ro6ot}

38. П1Ч, V.1, ЛГ-6, p. 255-260.

39. Цуханова E.A. Динамический синтез дроссельных управляющих устройств гидроприводов. M.s Наука, 1978. - 254 с.

40. Левитский Н.И., Цуханова Е.А. Расчет управляющих устройств для торможения гидроприводов. М.: Машиностроение, 1971. - 232 с.

41. Вороничев Н.И., Тартаковский Н.Э., Генин В.Б. Автоматические линии на агрегатных станках. M.s Машиностроение, 1979.- 487 с.

42. Башта Т.М. Гидравлические следящие приводы. М.: Маш-гиз, I960. - 282 с.

43. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. -М.: Машиностроение, 1972. 376 с.

44. Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического привода. -M.s Оборонгиз, 1962. 293 с.

45. Гамынин Н.С., Дцанов Ю.К., Климашин А.Л. Динамика быстродействующего гидравлического привода. М.: Машиностроение, 1979.- 80 с.

46. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973. - 584 с;

47. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. - 768 с.

48. Иванов А.А. Теория автоматического управления и регулирования. М.: Недра, 1970, - 238 с.

49. Цвиркун Л.И. Разработка математической модели гидропривода податчика бурильной установки. В кн.: Совершенствование средств автоматизации и механизации технологических процессов: Научные разработки, проектирование, внедрение. Николаев, 1982, с. 44-46.

50. Гордон А.В., Сливинская А.Г. Электромагниты переменного тока. М.: Энергия, 1968. - 200 с.

51. Свешников В.К., Усов А.А: Станочные гидроприводы: Справочник. М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.

52. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука. Главная редакция физико-матема тической литературы, 1984. - 834 с.

53. Уорт Т. Программирование на языке БЕЙСИК: Пер. с англ. / Пер. А.Ю.Пуховский; Ред; В.Ф.Шаньгин. М.: Машиностроение, 1981. • 225 с.

54. Анализ и оптимальный синтез на ЭВМ систем управления / Под ред. А.А.Воронова и И.А.Орурка. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 344 с.

55. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управляющих автоматов. -М.: Энергия, 1978. 408 с.

56. Подсистема автоматического управления сборкой-разборкой бурового става установки КЕВ / Л.И.Цвиркун, В.В.Ткачев, В.А.Хаза-нов, В.П.Чернышев. Горная электромеханика и автоматика: Респ. межвед. науч.-техн.сб., 1983, вып.42, с.40-43.

57. Баранов С.й. Синтез микропрограммных автоматов (граф-схемы и автоматы). Л.: Энергия, Ленингр.отд-ние, 1979.- 232 с.

58. Цвиркун JI.И. Автоматическое управление манипуляторами установки веерного бурения. Механизация и автоматизация производства, 1982, №9, с. 1-3.

59. А.с. 830308 (СССР). Устройство для программного управления / В.В.Ткачев, Л.И.Цвиркун. Опубл. в Б.Й., 1981, IP 18.

60. Трачик В. Дискретные устройства автоматики: Пер. с польск., Под ред. Д.А.Поспелова. М.: Энергия, 1978. - 456 с;

61. Разработка системы автоматического управления буровой каретки веерного бурения: Отчет / Днепропетровский горный институт;; Руководитель работы В.В.Ткачев. Тема 926; № ГР 780I2I27.-Днепропетровск, 1978. - 90 с.

62. Синтез позиционных систем программного управления / А.А.Вавилов, А.Д.Вальчихин, И.А.Карасин и др. Л.: Машиностроение, Ленингр.отделение, 1977. - 280 с.

63. Линь В.Ч. Основы конструирования цифровых систем на базе микропроцессора. Микропроцессорный учебно-отладочный стенд. -ТИИЗР: Пер. с англ., т.65, № 8, с. 41-66.

64. Каган Б.М., Сташин В.В. Микропроцессоры в цифровых системах. М.: Шергия, 1979. - 192 с.

65. Микроэлектронные устройства программного и логического управления. Принципы построения / Ю.О.Абугов, К.И;Диденко,

66. Г.И.Загорий и др. М.: Машиностроение, 1979. - 208 с.

67. А.с. 978103 (СССР). Устройство для программного управления / В.В.Ткачев, Л.И.Цвиркун. Опубл. в Б.И., 1982, № 44.

68. А.с. 756215 (СССР). Сигнализатор уровня жидких и сыпучих материалов / А.А.Иванов, В.В.Ткачев, Л.И.Цвиркун. Опубл. в Б.И., 1980, № 30.

69. Разработка системы автоматического управления буровой каретки веерного бурения: Отчет / Днепропетровский горный институт; Руководитель работы В.В.Ткачев. Тема 926; № ГР 780I2II27.

70. Инв. № Б828964. Днепропетровск, 1979. - 34 с.

71. Разработка системы автоматического управления буровой каретки веерного бурения: Отчет / Днепропетровский горный институт; Руководитель работы В.В.Ткачев. Тема 926; № ГР 780I2I27; Инв. № Б921350. - Днепропетровск, 1980. - 52 с.

72. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1981. - 328 с.

73. Мини- и микро-ЭВМ в управлении промышленными объектами / Л.Г.Филиппов, И.Р.Фрейдзон, А.Давидовичу, Э.Дятку; Пер. с рум. Э.Дятку; Под общ. ред. И.Р.Фрейдзона, Л.Г.Филиппова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 336 с.

74. Ткачев В.В., Вуколов Б.Б. Стенд для исследования робото-технических систем. В кн.: Роботы и робототехнические системы: Труды МВТУ № 383, М., 1982, с. 105-107.

75. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. - 192 с.

76. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. М.: Мир, 1970,- - 362 с.