具有可变长度的天井钻机、方法及天井钻凿设备 |
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| 申请号 | CN201480056201.1 | 申请日 | 2014-09-29 | 公开(公告)号 | CN105637166A | 公开(公告)日 | 2016-06-01 |
| 申请人 | 阿特拉斯·科普柯凿岩设备有限公司; | 发明人 | 弗雷德里克·约尔马维克; | ||||
| 摘要 | 一种用于沿至少一个钻凿方向(R1、R2)进行钻凿动作的天井钻机(1)，天井钻机(1)包括主 框架 (2)、副框架(3)、多个 支撑 装置(4)、旋转器单元(5)以及 扭矩 传递支撑臂(6)，其中，旋转器单元(5)用于旋转地驱动 钻柱 (10)穿过主框架(2)的区域，扭矩传递支撑臂(6)刚性地连接至旋转器单元(5)并且以能够在至少两个支撑臂(4)上滑动的方式设置，以将来自旋转器单元(5)的扭矩传递至本体。支撑装置(4)由伸缩柱(7、8)构成，伸缩柱(7、8)允许主框架(2)与副框架(3)之间的距离的改变并且从而允许本体的长度(L，l)的改变。本 发明 还涉及一种方法和一种天井钻凿设备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于沿至少一个钻凿方向(R1、R2)进行钻凿动作的天井钻机(1)，所述天井钻机(1)包括： |
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| 说明书全文 | 具有可变长度的天井钻机、方法及天井钻凿设备技术领域背景技术[0002] 先前已知一种适于沿朝向天井钻机的本体的方向掘凿钻凿以及适于沿远离天井钻机的本体的方向钻凿的天井钻机。天井钻机特别地用于钻凿出例如通风竖井和排放竖井，用于排空、回填并移动竖井以及特别地用于水力发电厂的槽孔和入口管路。 [0004] 在驱动钻柱行进与钻柱部件的长度对应的长度之后，使旋转器单元反向行进并将新的管状钻柱部件添加至钻柱。相应地，在驱动钻柱以进行扩孔期间，将钻柱部件从该钻柱移除。因此，已知的天井钻机通常沿远离本体的钻凿方向(正常地为向下)以及在扩孔期间沿朝向本体的钻凿方向(正常地为向上)操作。然而，应该指出的是，沿远离及朝向本体的方向掘凿钻凿可以沿不同于向下和向上的其他方向。 [0005] 先前已知的天井钻机的本体通常配备有柱，所述柱包括用于轴向滑动支承件的滑动导引件，轴向滑动支承件附接至旋转器单元以确保在沿轴向方向驱动时传递扭矩。与先前已知的天井钻机有关的在轴向方向上的驱动通常是通过可以与所述纵向导引件相邻地定位的液压缸装置来实现的。旋转器单元通常是液压旋转马达。 [0006] 先前已知的天井钻机良好地起作用并且与基于其预期用途的尺寸和容量有关地构造。 [0007] 市场上现有的天井钻机例如以商标名“Robbins”出售并且具有序列号34、44、53、73等。 发明内容[0008] 本发明的目的是提供先前已知的天井钻机的进一步改进，就天井钻机的趋势而言，其可以更灵活地适于不同的用途和操作场所。 [0010] 应该指出的是，该本体的长度能够在伸长状态与缩回状态之间改变，其中，该伸长状态对应于天井钻机的操作状态，在该缩回状态中，该本体在轴向上更短并且意在作为运输状态。 [0011] 下述方面属于本发明的范围内：该本体可以较多程度或较少程度地伸长以使得该本体可以伸长至与用于天井钻机的多个不同的操作状态对应的不同程度，其中，该本体伸长至不同的长度以在具有用于钻机的或多或少的空间的各场所中操作以及与例如不同长度的钻柱部件配合。 [0012] 因此，可以改变该本体的在沿钻凿方向观察时的长度，这给予了与用于安装在操作位置处的天井钻机的运输有关的很大优势。 [0013] 由于这种方式可以减小本体的外部长度，因此使得本发明的天井钻机在矿山中可以于相对较小尺寸的运输竖井中运输。这有助于运输成本的减少并且还使得可以在竖井截面尺寸限制了意在用于操作的钻机的尺寸的矿山中使用更大的且功率更高的天井钻机。 [0014] 另一方面，实现了下述优势：矿山中的运输巷道可以被制造成具有比原本由于预期的钻机尺寸而所需的尺寸更小的尺寸，这意味着在矿山中必须被作业的岩石的量更少，这对采矿的经济性而言是极大的优势。 [0015] 在矿山中的巷道尺寸相同的情况下，如果可行，还可以使用具有更大行程长度的天井钻机，这意味着由于增大的行程长度而可以使用更长的钻柱部件，从而可以实现更大的生产率以及每时间单位所钻凿的更大的距离。 [0016] 根据上文，本体的长度已减小15％至20％将带来显著的收益，并且这种减小根据本发明是完全能够实现的，并且甚至将本体的长度减小超过25％也是完全能够实现的。 [0017] 优选的是，伸缩柱构造成具有连接至主框架和副框架中的一者的相应的外部件以及连接至主框架和副框架中的另一者的相应的内部件。特别优选的是，伸缩柱构造为能够操纵的液压缸，因此，获得了能够简单地调节长度的本体，该长度是通过向这些能够操纵的液压缸供给充足的液压流体来调节的。 [0018] 还优选的是，支撑臂包括支承部，该支承部包括用于与所述相应的内部件配合的滑动支承件，所述相应的内部件通常在其外部上设置有合适的滑动表面。 [0019] 在沿所述至少一个钻凿方向观察时，支撑臂的支承部在相应的外部件连接至主框架时优选地相对于旋转器单元沿远离主框架的方向偏移。这可以确保旋转器单元在靠近主框架的位置中被向前带动而不受到这些相应的外部件的阻碍。 [0020] 优选地，旋转器单元能够借助于在本体与旋转器单元之间起作用的一组动力缸而沿着支撑装置来回地被驱动。最优选的是，所述动力缸在主框架与旋转器单元之间起作用。 [0021] 所述动力缸的相应的缸部件优选地连接至所述支撑臂并且所述动力缸的相应的活塞杆部件与主框架连接。 [0022] 此外，适当的是，所述动力缸包括多于两个的伸缩部件以确保足够的行程长度。 [0023] 出于稳定性的原因，主框架适当地设置有围绕用于钻柱穿过的中心开口的框架部件。 [0024] 本发明还涉及一种用于组装天井钻机的方法，该天井钻机包括： [0025] -本体，该本体包括主框架和副框架以及连接主框架与副框架的多个支撑装置，[0026] -旋转器单元，该旋转器单元能够沿着支撑装置在主框架与副框架之间的来回地驱动，从而旋转地驱动钻柱穿过主框架的区域，以及 [0027] -扭矩传递支撑臂，该扭矩传递支撑臂刚性地连接至旋转器单元并且以能够在支撑臂上滑动的方式设置，以将来自旋转器单元的扭矩传递至本体。 [0028] 在本发明的方法中，在运输至操作场所之前，通过包括所述支撑装置的伸缩柱的长度的改变而将主框架与副框架之间的距离减小并且从而将本体的长度减小，以适应运输路线中的空间。 [0029] 在操作场所处，通过所述伸缩柱的长度的恢复改变而将该本体的在所述至少一个钻凿方向上的长度增大至用来使天井钻机操作的长度。与本发明的方法有关地获得了与本发明的钻机有关的上述优势对应的优势。 [0031] 现在将通过实施方式并参照附图对本发明进行更详细的描述，在附图中： [0032] 图1和图2以立体图的方式示出了处于两个不同位置的天井钻机， [0033] 图3示出了在运输期间由运输交通工具支撑的图1和图2中的天井钻机(由虚线表示)， [0034] 图4和图5示出了具有两个支撑装置及三个支撑装置的以替代性的方式构造的天井钻机， [0035] 图6更详细地示出了图1、图2和图3中的天井钻机的细节，以及 [0036] 图7是根据本发明的方法的示意性顺序框图。 具体实施方式[0038] 图1示出了包括本体的天井钻机1，该本体包括主框架2和副框架3，主框架2和副框架3由四个长形支撑装置4隔开，这四个长形支撑装置4呈具有相应的外部件7和相应的内部件8的伸缩液压缸的形式。支撑装置4能够通过液压流体的供给而伸长从而改变支撑装置4的长度。天井钻机1在图1中被示出为处于伸长位置，在伸长位置中，钻机在紧固至地面并连接激活传动进给设备之后预备操作。 [0039] 每个支撑装置的相应的外端部刚性地连接至主框架2和副框架3，使得支撑装置4的相应的外部件7刚性地连接至主框架2并且相应的内部件8刚性地连接至副框架3。支撑装置4与主框架2之间的连接以及支撑装置4与副框架3之间的连接构造成刚性的且抗扭矩的，使得其可以承受来自旋转器单元5的驱动扭矩，旋转器单元5能够在副框架3与主框架2之间来回移动以实现钻柱10穿过主框架2中的中心开口11的旋转驱动和轴向驱动。以此方式，钻柱能够沿第一钻凿方向R1驱动以驱动钻头(未示出)远离本体移动以及沿第二钻凿方向R2驱动以驱动钻头朝向本体移动。 [0040] 旋转器单元5连接至一对支撑臂6，各支撑臂6具有相应的支承部13，支承部13包括用于围绕支撑装置4的两个内部件8的滑动支承件(未示出)。此外，每个支撑臂6包括用于与旋转器单元5的壳体配合的附接部14(一个附接部被示出)。 [0041] 附接部14(沿钻柱10的方向观察)相对于支承部13轴向地偏移了距离△x，以允许旋转器单元5在旋转器单元5的靠前位置中被向下带到支撑装置4的外部件7之间，在旋转器单元5的靠前位置中，旋转器单元5更靠近主框架2，并且在沿着所述钻凿方向R1和R2观察时，支撑装置4的所述外部件7位于旋转器单元5的侧面(相对于旋转器单元5的径向外侧/侧向)。 [0042] 图1还示出了两个动力缸9，各动力缸包括三个伸缩部件9’、9”、9”’，最外面的伸缩缸部件9’连接至相应的支撑臂6或者与相应的支撑臂6成一体，并且最内的伸缩缸部件9”’刚性地连接至主框架2。 [0043] 激活动力缸9以沿在图1中观察时向下的第一钻凿方向R1驱动旋转器单元5并且从而沿第一钻凿方向R1驱动钻柱10是通过向动力缸9中的第一工作空间(未示出)供给液压流体从而沿主框架2的方向驱动旋转器单元5来实现的。 [0044] 沿在图1中观察时向上的第二方向R2钻凿——这意味着沿远离主框架2的方向驱动旋转器单元5——是通过向动力缸9的第二工作空间(未示出)供给液压流体来实现的。 [0045] 在根据图1的状态下，天井钻机1在支撑装置4伸长至最大值的情况下被示出，其中，支撑臂6并且从而旋转器单元5处于与主框架2最大程度地隔开的位置。当天井钻机1位于钻凿或操作场所时，该位置对应于天井钻机1的操作位置，其中，主框架2以本身已知的方式(例如通过螺栓)附接至地面。此外，示出了自由钻柱部件10’，该自由钻柱部件10’以未在此处更详细地描述的本身已知的方式添加至钻柱。 [0046] 钻凿过程包括：在沿第一钻凿方向R1驱动钻柱行进与一个钻柱部件10’的长度对应的长度之后，旋转器单元反向行进以向钻柱添加新的管状钻柱部件10’。随后重新沿第一钻凿方向R1驱动该被延长的钻柱，并且根据预期的孔长度需要而多次反复地执行该过程。 [0047] 相应地，钻柱部件10’从钻柱的移除是在沿第二钻凿方向R2驱动钻柱行进与钻柱部件的长度对应的长度期间实现的。在完成该移除之后，旋转器单元沿第一钻凿方向R1向前行进以连接至被缩短的钻柱并沿第二钻凿方向R2重新驱动。随后，就反复执行该过程直到预期的孔长度需要。 [0048] 图2示出了处于第二位置的天井钻机1，其中，支撑装置4已缩回，使得天井钻机1的长度l——在平行于钻凿方向R1和R2观察时——相比在图1中示出的轴向方向上的尺寸L大幅减小。动力缸9此时已沿主框架2的方向驱动支撑臂6，使得支撑臂6靠着支撑装置4的相应的外部件7的端面。 [0049] 图2中示出的位置是适于特别是将天井钻机1运输穿过窄巷道等的位置。该位置还对应于天井钻机1在由运输交通工具运送过程紧之后处于缩回位置的位置。 [0050] 图3示出了由运输交通工具15运载的天井钻机1。如通过图3可以理解的，天井钻机1此时处于其缩回的紧凑状态，这意味着能够在相对较窄的竖井和巷道中执行运输。 [0051] 天井钻机1在图3中被示出为由运输交通工具15通过与主框架2配合的下运输框架16以及与副框架3配合的上运输框架17支撑。运输交通工具支撑件包括轭结构18，轭结构18包括用于将所述上运输框架17与所述下运输框架18接合的接合装置。 [0052] 图4以从上方观察的视图极其示意地示出了天井钻机1，其中，出于清楚的原因，副框架被移除。图4中示出的以替代性的方式构造的天井钻机1具有仅两个支撑装置4，这两个支撑装置4关于旋转器单元5成对角地定位。当从旋转器单元5的旋转轴线方向观察时，相应的动力缸9布置在这两个支撑装置4的径向外侧。这种定位给予了用于在天井钻机1的钻柱位置插入及移除钻柱部件的大量空间。 [0053] 图5以从上方观察的视图极其示意地示出了以另一替代性的方式构造的天井钻机1，并且其中，同样地，出于清楚的原因，副框架被移除。 [0054] 图5中示出的天井钻机1具有三个支撑装置4，在从旋转器单元5的旋转轴线方向观察时，这三个支撑装置4定位在旋转器单元5的径向外侧并且关于旋转器单元5均匀地分布。两个动力缸9关于旋转器单元5成对角地定位。 [0055] 图4和图5中的天井钻机1基本上以与图1和图2中示出的借助了伸缩支撑装置(图4和图5中未示出)的方式相同的方式工作。具有相应功能的支撑臂6用附图标记6表示。 [0056] 图6以部分截面的方式示出了天井钻机1的一部分，以说明能够如何构造用在本发明的天井钻机中的被分成三部分的伸缩动力缸9(具有部件9’、9”、9”’)的原理。该图示出了主框架2、副框架3和中间支撑装置4。支撑臂6将动力缸9一方面连接至旋转器单元5另一方面连接至用于配合与结合图1和图2所描述的支撑装置对应的支撑装置的支撑结构。 [0057] 图7示意地示出了根据本发明的方法的顺序框图。 [0058] 位置20表示该顺序的开始。 [0059] 位置21表示通过包括所述支撑装置的伸缩柱的长度的改变而将本体的长度缩短以适应运输路线中的空间。 [0060] 位置22表示将该本体连接至运输交通工具以将该本体运输至操作场所。 [0061] 位置23表示在操作场所处将该本体从运输交通工具卸载并与运输交通工具断开连接。 [0062] 位置24表示在操作场所处将该本体的长度伸长至用来使天井钻机操作的长度。 [0063] 位置25表示该顺序的结束。 [0064] 本发明可以在所附权利要求的范围内进行修改。柱的数目可以是两个或更多个。在数目超过两个的情况下，支撑臂可以设置成不仅与多个伸缩柱中的至少两个伸缩柱配合，而且还可以与伸缩柱中的更多个伸缩柱配合。优选的是伸缩柱的数目是四个，并且每个支撑臂与这些伸缩柱中的两个伸缩柱配合。 [0065] 主框架2与副框架3之间的距离以及从而本体的长度L、l的改变可以通过单独的动力装置来实现，或者在液压缸9充分地重新连接之后通过所述动力缸9来实现，使得在组装期间以及移除之前，液压缸9不在主框架2与旋转器单元5之间起作用，而是暂时地切换成在主框架与副框架之间起作用。还可以使用用于实现长度改变的其他装置。但无论如何，支撑装置都是能够操纵成获得这种长度改变的液压缸。 [0066] 主框架和副框架可以以其他方式构造并且以与在附图中示出且在上文中描述的方式不同的方式连接至支撑装置。 |
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