How to release the joint between the drill components, and a rock drilling machine

【０００１】
技術的背景
本発明は、ドリル中に送りビームに対して送りを与えられる削岩機においてドリル構成要素間のジョイントを解放する方法に関するものであり、ここで、削岩機は、フレームと、前記フレーム内に配置された衝撃装置と、特に長手方向に移動する衝撃ピストンを具備する衝撃装置と、前記衝撃ピストンの軸方向延長線上に配置され、前記衝撃ピストンによって打撃され、ドリル装置を形成すべく、ドリルロッド、ドリル刃などの必要なドリル構成要素が装着されたシャンク、および、回転ブッシュを介して前記シャンクを回転させる回転装置とを具備し、更に、シャンクの後側に配置され、ドリル作業中に背面に送られてきた圧力媒質の圧力によって軸方向に移動すべく配置された少なくとも１つの軸動ピストンを具備し、前記軸動ピストンがシャンクをドリルマシンの正面部分に向けて支持することによって前記シャンクに作用するようにされていて、本方法が、シャンクに装着されたドリル構成要素のねじ付ジョイントが解放されるとき、ドリル装置の少なくとも一部を支持表面に押付ける形で支持し、ドリル装置を衝撃装置で打撃し、その後、所望のジョイントを解放すべくシャンクを回転装置によって正規のドリル作業とは反対の方向に回転させることを含んで成る。
【０００２】
本発明は更に、フレームと、長手方向に移動する衝撃ピストンを備えた衝撃装置と、前記衝撃ピストンの軸方向延長線上に配置され、前記衝撃ピストンによって後端が打撃されるシャンク、および、前記シャンクの周囲に配置された回転ブッシュによって前記シャンクを回転させるべく配置された回転装置とを具備し、ドリル装置が、シャンクの前端に装着されたドリル構成要素からなり、ドリルマシンが、シャンクから後向きに配置された少なくとも１つの軸動ピストンを具備し、前記軸動ピストンから後向きに延び、前記軸動ピストンを軸方向に移動させるべく、前記軸動ピストンから後向きに圧力媒質を送り得るようにする圧力回路があり、前記軸動ピストンがドリル中にシャンクを軸方向に支持すべく配置してある削岩機に関するものである。
【０００３】
従来技術
衝撃装置と回転装置を具備するドリルマシンが削岩に使用されている。 ドリルマシンに前端には、衝撃装置の衝撃ピストンによって打撃され、ドリル中に回転装置によって回転させられるシャンクがある。 シャンクの延長部に、１つ以上のドリルロッドやドリル刃などのドリル構成要素がある。 ドリル刃は最も外側の部分で、岩を加工するためのボタンを具備する。 ドリル構成要素は、これで、ドリルマシンに装着され、シャンクからの衝撃力と回転力を穿削すべき岩に伝達するドリル装置を構成する。 ドリル構成要素は、通常、ねじ付ジョイントによってシャンクに装着され、更に他のドリル構成要素に装着される。 例えば、ドリル刃を交換するとき、または、ドリルロッドをドリル刃とシャンクの間に追加し、またはそこから除去するとき、ジョイントを解放しなければならない。 ドリル構成要素間のねじ付ジョイントを解放するときは、シャンクを回転モータによって正規のドリルと反対の方向に回転させる。 ジョイントの解放を容易にするため、ドリル装置を衝撃装置で打撃することができる。 特に、ジョイントが損傷または固着している場合は、そのような打撃を開口部に加えるのがごく普通である。
【０００４】
フィンランド特許９８４０１号は、ドリルを調整するとき、シャンクから後向きに設けられた軸動ピストンによってシャンクを前向きに移動させることのできる削岩機について述べている。 その場合、シャンクは背後から直接またはブッシュによって支持される。 軸動ピストンから後向きに作用する圧力は変えられ、それによって、ピストンの移動距離は調整され、それで、シャンクの位置も調整される。 移動距離の異なる複数の軸動ピストンがグループで配置してあり、移動距離の長い方の軸動ピストンが最適の衝撃点を越えてその先頭まで移動できるようになっている。 衝撃ピストンによって作られたストロークが応力パルスを生じさせ、これが岩から反射されることは、周知の事実である。 前記公報による解決では、岩から反射されたパルスは、最適の衝撃点の先頭まで延びる軸動ピストンによって受け止められ、それで、シャンクおよびドリル装置の後退運動は緩和される。 この解決の１つの目的は、シャンクおよびドリル装置をドリルの続く間ずっと、軸動軸受に含まれた軸動ピストンによって支持することで、この場合、一定の圧縮応力がドリル装置に作用し、これが回転と共に正規のドリルの間ねじ付ジョイントを連続的に締付け、それで、ドリル構成要素間のジョイントが確実に締められたままになるようにするのである。 こうして、ジョイントのゆるみに起因する問題を回避することができる。 ねじ付ジョイントが損傷する代表的原因は、ゆるんだジョイントの振動である。 前記公報において開示されたドリルマシンの使用の場面では、ドリル構成要素が打撃を受けるとき、軸動軸受が、打撃中のシャンクを支持することによって岩を確実にドリル穴の底に接触させようとするので、ドリル構成要素のジョイントを解放するのが困難であり、その場合、圧縮応力が正規のドリルと同じ仕方でドリル装置に確保されることが指摘された。
【０００５】
発明の目的
発明の目的は、ドリル構成要素のジョイントを解放する新たな改良法、および前記方法による削岩機を提供することである。
【０００６】
発明の要旨
本発明の方法は、ドリル構成要素が打撃を受けるとき、軸動ピストンをドリルマシンの前端に向けて押す圧力媒質の圧力を減じ、それで、ドリル構成要素が打撃を受けるとき、シャンクとその延長にあるドリル構成要素が軸方向において軸動ピストンによってほとんど支持されなくなるようにし、衝撃ピストンのストロークによってドリル構成要素に生じた圧縮応力が、少なくとも部分的にドリル装置の前端からから反射され、それにより、前記戻りパルスがドリル構成要素とそのジョイントに引張応力を生じさせることを特徴とする。
【０００７】
本発明による削岩機は、ドリル構成要素が衝撃ピストンによる打撃を受けるとき、軸動ピストンに通じる圧力媒質の圧力を減じ、それで、ドリル構成要素が打撃を受けるとき、シャンクとドリル装置が軸方向において軸動ピストンによってほとんど支持されなくなるようにする手段を具備することを特徴とする。
【０００８】
以下、本発明を添付図面に則して詳細に説明する。
【０００９】
発明の詳細な説明
以下、本発明を添付図面に則して詳細に説明する。
図１ａは、可動ベース１、ブーム２、および前記ブームの自由端に設けられた送りビーム３を具備する削岩装置の単純化された図である。 削岩機４は、送りビーム３に関して移動することができ、必要なドリル装置５は、削岩機のシャンクに装着される。 削岩機は、シャンクを打撃するための衝撃装置６と、シャンクを回転させるための回転装置７を具備する。 シャンクは、衝撃力と回転力をドリル装置に伝達し、前記ドリル装置がそれを更に穿削すべき岩に伝達する。
【００１０】
図１ｂに示す解決では、ドリル装置５は、シャンク８に装着された第１ドリルロッド９ａと、シャンクの延長部に装着された第２ドリルロッド９ｂを具備する。 その上、こうして形成されたドリルロッドストリングの最外端にドリル刃１０が装着してある。 ドリルでは通常、複数のエキステンションロッドを使用するが、ときにはドリルロッド１つだけしか使用せず、その場合は、ドリルロッドの一端にドリル刃を着脱式に装着し、または固定する。 この用途においては、シャンク延長部に装着されるドリルロッド、ドリル刃などを総称してドリル構成要素と呼ぶ。 削岩機４は、キャリッジ１１によって送りビームに取付け、あるいは代わりに、ドリルマシンが剛性構造である場合は、直接スライドブロックによって送りビーム３に関して移動できるような仕方で取付けることができる。 ドリルマシンは、圧力媒質操作式の送りシリンダなど、それ自体周知の送り手段と、ワイヤなどの必要な動力伝達部材とによって移動させられる。 送りビームの前端またはその付近には、通常、フロントコントローラと連絡して、ドリル構成要素の締付けを可能にし、ドリル構成要素間のジョイントを解放するときにその保持を可能にする“グリップ”１２が存在する。 ねじ付ジョイントがドリル構成要素間で使用され、ジョイントは、シャンクを回転モータによって正規のドリルと反対の方向に回転させることによって解放される。 その場合、グリップは、回転のためのカウンタトルクを発生させ、それで、グリップ内の回転するドリル構成要素のジョイントは解放される。 グリップは、ドリル構成要素をほとんど移動できないように締付ける圧力媒質操作式のクランプジョーによって作られてよい。 グリップは、当業者には周知のものであるので、その詳細な構造について、ここで説明するには及ばない。 取外したドリル構成要素は、適当なマニピュレータなどを使って構成要素マガジンとドリルマシンの間で扱うことができる。
【００１１】
図１ｂにおいて、矢印６０は、衝撃ピストンによって作られたストロークがどのようにして、シャンクからドリル刃１０に向かって波形のように進む圧縮応力をドリル装置５に生じさせるかを示す。 ドリル刃は、打撃中の岩に対して正規のドリルのときと同じ仕方で支持されないので、少なくとも圧縮応力の一部はドリル刃の前面から反射され、反対符号の応力として、すなわち引張応力として所望の仕方でシャンクに向かって進む。 他方、正規のドリルの間は、ドリル刃ができるだけ岩の中まで入り込むようにするため、また、ドリル装置に不利な引張応力が生じるのを回避するため、ドリル刃と岩との接触を軸動軸受によってできるだけうまく維持しなければならない。
【００１２】
図２は、それ自体周知の削岩機４の断面を示す。 削岩機は、本例では、互いに接合したフレーム部分１３ａおよび１３ｂからなるフレームを具備する。 衝撃装置は衝撃ピストン１４を含んでおり、これが、衝撃装置の影響のゆえに軸方向に往復運動し、シャンク１５を打撃する。 シャンクは、衝撃ピストンの軸方向延長線上で削岩機の前端にある。 その上、シャンクは、回転モータを使って前記シャンクを中心として回転ブッシュ１６を回転させることによって回転させられる。 シャンクは、回転ブッシュに関して軸方向に移動できる。 衝撃装置、回転モータおよび回転ブッシュの構造および機能は、それ自体周知である。 シャンクは、ストロークを伝達し、このストロークに追従する戻り運動を緩和するために、軸方向の適当な位置に保たれるよう、支持ブッシュ１７によって軸方向後向きに支持される。 “背後”および“後向き”という表現は、正規のドリルの方向を基準とする位置関係を指す。 支持ブッシュは、傾斜した支持表面１７ａを有し、これが、シャンクの対応する支持表面１５ａと接触する。 支持ブッシュから後向きに、複数の軸動ピストン１８ａおよび１８ｂが衝撃ピストンの周囲に配置してある。 図に示す解決では、軸動ピストンが支持力を発生させ、これが、前記ピストンと同軸に配置された軸受部材１９ａおよび１９ｂによって支持ブッシュ１７に伝達される。 軸受部材をピストンの位置に保つため、別個の位置決めブッシュ２０が支持ブッシュから後向きに位置決めしてある。 位置決めブッシュは、ドリルマシンの前端に向かう軸動ピストンの運動を制限する制限表面２１ａおよび２１ｂも具備する。 支持ピストンが軸受部材など一切なしに支持ブッシュに直接作用する配置になっている場合、軸動ピストンの前向き運動は、フレーム内に設けられた別個の制限ブッシュまたは制限表面によって制限することができる。 軸動ピストンは、フレームまたは別個の部材に設けられたシリンダスペースの中に位置する。 圧力回路２２ａおよび２２ｂがシリンダスペースに通じている。 ドリルの間、ドリルマシンは全体として、岩に対抗するある一定の力を供給される。 シャンクをピストンによって支持すべき場合、前記ピストンを経由する総合力が送り力を超えなければならない。 総合力が送り力を超えない場合、ピストンはシャンクを支持しようとせず、代わりにピストンはその最後端の位置に行こうとする。
【００１３】
図に示す構造では、ドリルマシンの自由端までの移動距離またはストロークが異なる少なくとも２つの別々のピストングループに分類される複数の軸動ピストンがある。 見て分かる通り、上ピストン１８ｂについて制限表面２１ｂが許容する移動距離は、下ピストン１８ａについて制限表面２１ａが許容する移動距離より長い。
【００１４】
図２は更に、軸動軸受の油圧カップリングを単純化した形で示す。 圧力媒質が、ポンプ２３から圧力回路２２ｂに沿って減圧バルブに供給される。 油圧アキュムレータ２７が、望ましくは、圧力回路２２ｂに連結される。 この配置は更に第２ポンプ２８を具備し、これが圧力媒質を調整バルブ２９経由で衝撃装置３０に供給し、そこで衝撃ピストンの往復運動が作られる。 衝撃装置３０を駆動する圧力媒質はまた、圧力回路２２ａ経由で軸動ピストン１８ａに直接作用するように連結されてもいる。
【００１５】
図に示す場面では、調整バルブ２９は、圧力媒質がポンプから衝撃装置３０に送り込まれない第１の位置にあり、従って、圧力が軸動ピストン１８ａに作用しない。 ポンプ２３からの圧力媒質の圧力は、減圧バルブ２５で減じられ、その後、軸動ピストン１８ｂに作用する。 その結果、打撃中に軸動ピストン１８ａおよび１８ｂから後向きに作用する圧力媒質の全圧力は、削岩機の送り力より高くなり、よって、シャンクを最適の打撃位置、すなわち削岩機がそれ自体周知の仕方で機能する最適の打撃位置に保つのに十分な高さとなる。 別々のポンプ２３および２８の代わりに、１つの共通のポンプを使用することは、無論可能である。 例えば、ポンプ２８からの圧力媒質回路を、バルブ２５に通じる回路に連結する。
【００１６】
圧力回路２２ｂは更に、ドリル構成要素間のジョイントが衝撃装置によって打撃されるとき、軸動ピストン１８ｂから後向きに作用する圧力を遮断するためのバルブ３２を備えている。 バルブ３２が下位置にあるとき、圧力は軸動ピストン１８ｂから後向きに供給されず、圧力はタンクの中へ解放される。 その場合、ドリル構成要素間のジョイントが打撃されるとき、移動距離の長い方の軸動ピストンはドリル装置を支持しないが、ストロークによって発生させられたパルスが引張応力としてドリル装置に向けて反射され、これで、打撃されたジョイントは解放される。 その上、バルブ３２は、ドリル中に軸動ピストン１８ａから後向きに作用する圧力に作用するよう、移動距離の短い方の軸動ピストン１８ａの圧力回路２２ａに配置してあってよい。
【００１７】
軸動ピストンから後向きに作用する圧力は、打撃中にタンクに供給され、そこで、ゼロ圧力または周囲圧力がピストンに作用し、または、戻りライン内のフィルタや類似の絞り構成要素により低い圧力が生じることになる。 あるいは代わりに、軸動ピストンから後向きにある圧力スペースをタンクに向けて圧力ラインに連結せず、例えば減圧バルブを使って、前記ピストンから後向きに作用する圧力を正規のドリルに使用される値に関して減じることにより、ドリル装置のために軸動ピストンが準備した支持力を減じることができる。 また、軸動ピストンがドリル装置を能動的に支持しないとき、打撃は、ドリル装置に所望の引張応力を生じさせる。
【００１８】
実際、ユーザーは、削岩機を下に図３に則して述べる制御パネル４０に設けられた操作スイッチ４１によって打撃位置まで回転させる。 結果として、バルブ３２は下位置へと移動し、ドリルマシンの正規のドリルコントロール４２は迂回される。 打撃力は、必要であれば、まだ全部得られる。
【００１９】
図３に示す削岩機とそのアキシャル軸受は、軸動ピストン１８が別個の軸受部材なしに支持ブッシュ１７と直接接触することを除いて、図２のそれに一致する。 その上、図３の解決では、軸動ピストンはすべて同じ移動距離を有する。 軸動ピストンの運動は、制限ブッシュ３３によって制限される。 この解決でも、ドリル装置のジョイントが衝撃ピストンによって打撃されて開くとき、圧力は軸動ピストンから後向きに減じられ、または全部除去される。 ジョイントが打撃されて開くとき、シャンクは支持されないので、引張応力がドリル装置に生じ、これで、ねじ付ジョイントの解放が容易になる。
【００２０】
図４は、本発明が適用できる更なる構造を示す。 軸動軸受の動作原理は、複数の別個の円筒形軸動ピストンの代わりに、衝撃ピストンの周囲に同軸に配置されたブッシュ状のピストンを使用することを除いて、図２に示すものに一致する。 この場合、軸動ピストン１８ａおよび１８ｂは、内側ピストン１８ｂが圧力回路２２ｂから供給された圧力によって対向表面２１ｂへ前向きに移動できるように配置してある。 ピストン１８ａは、内側ピストンの周囲に同軸に配置してあり、圧力媒質がそこから後向きに圧力回路２２ｂ経由で供給される。 上に述べ構造におけると同状、ドリル構成要素のジョイントが打撃されて開くとき、図に示す通り、圧力はピストン１８ｂだけから後向きに、またはピストン１８ａおよび１８ｂの両方から後向きに減じられ、または除去される。 この構造がブッシュ状のピストンを１つだけ具備してよい点に注目されたい。 その上、ブッシュ状のピストンとシャンクの対向表面の間に、力を伝達する適当なブッシュまたは同状のエレメントがあってよい。
【００２１】
本発明の基本思想は、衝撃装置によって作られたストローク、すなわち打撃を使ってジョイントを解放するとき、ドリルマシンの軸動ピストンの圧力または軸動軸受に含まれたピストンの圧力は遮断され、または少なくとも減じられ、その結果、軸動軸受が打撃中にシャンクおよびドリル装置を支持しなくなるが、衝撃ピストンのストロークによってドリル装置に生じさせられた圧縮応力がドリル刃の前面から反射され、戻りパルスを生じさせ、これが引張応力を生じさせることによって、ドリル構成要素のジョイントの解放が打撃後に容易になることにある。 打撃は、ドリル刃が岩または同状の支持表面に衝突し、それによって、ドリル装置のすべてがジョイントに引張応力がかけられるような仕方で行うことができるが、あるいは代わりに、所望のドリル構成要素だけが打撃されるような仕方で行うこともでき、その場合は、ドリル装置が送りビームに設けられたグリップによって支持されているときに打撃を行う。
【００２２】
本発明の利点は、ドリル装置に引張応力を生じさせることによってドリル構成要素間のジョイントがより容易に解放できることである。 また、打撃されたねじ付ジョイントも、難なく開く。 本発明は、ドリル構成要素の交換または延長／分解に要する時間が短縮され、その分多くの時間が実際のドリルのために使えることになるので、削岩機の効率を向上させる。 本発明による配置は、既存の削岩機または削岩装置に後から据付けるのがむしろ簡単である。
【００２３】
図面および関連する説明は、本発明の構想を例示するためのものでしかない。 発明の詳細は、請求項の範囲内で変わり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
本発明による解決が適用できる削岩機の概略図。
【図１ｂ】
本発明による削岩機およびこれに装着されたドリル装置の概略側面図である。
【図２】
本発明による削岩機の細部の概略断面図である。
【図３】
本発明による他の削岩機の軸動軸受を含む構造部分の概略断面図である。
【図４】
本発明による他の削岩機の軸動軸受を含む構造部分の概略断面図である。