[0001] 相关文件的交叉引用
[0002] 根据35U.S.C.第365条，本
申请要求于2008年5月13日在美国
受理局提交的国际
专利申请PCT/US2008/006075的权益。
技术领域
[0003] 本
发明涉及一种检测通过
钻头中的冲洗孔的减少的空气流动的钻机中的装置以及一种检测通过钻头中的冲洗孔的减少的空气流动的方法。
背景技术
[0004] 在建筑作业中常用不同尺寸的钻机在
岩石中钻孔。钻机包括具有钻头的钻岩机械，钻头适合于特定的岩石环境，用于穿透岩石并且凿下(chip away)破裂的岩石。以高
水平的进给
力或冲击波的形式产生穿透力。由旋转
马达产生的转矩切断(shear off)碎石。
[0005] 在表面岩石钻孔过程中，标准的做法是利用压缩空气吹走岩石切屑并清扫岩石表面以确保钻头总是与新的且坚固的岩石表面
接触。如果没有清除切屑，钻头将穿透切屑并且进一步将切屑
破碎成更小的尺寸。由于浪费了相当多的
能量并降低了钻孔效率，因此这种二次破碎是不可取的。此外，切屑的聚积还将阻碍钻头的旋转并且最终使钻头卡住而停止。
[0006] 钻头包括冲洗孔，并且压缩空气配置成在钻孔期间通过冲洗孔流出。然而，如果冲洗孔被泥土堵塞，或如果细小的切屑紧塞到冲洗孔中，那么空气流动停止。岩石钻机工作的地面条件各种各样，并且泥土在地面中的存在大大增加了孔被堵塞的
风险。在地面是软的而钻孔速度很快使得提供的空气不足以清除掉切屑的情况下，由于将细小的切屑
压实到冲洗孔中从而堵塞钻头。
[0007] 当冲洗孔被堵塞时，钻头被阻塞住，接着钻孔操作完全停止。然后，必须清扫钻孔，这需要相当长的时间。这可能涉及拔出整根
钻柱。因此，确保连续的空气流动通过钻头的冲洗孔很重要。
[0008] 常用的检测钻头的冲洗孔中空气流动减少或停止的方法是在
压缩机下游的空气流动路径中配置例如文丘里测流嘴的空气流动监测设备。当工作压力非常高时，这种设备产生范围在百分之几个MPa(几个psi)的较小压差。这通常意味着小于0.0345MPa(5psi)的压差。特定的压差指示通过孔的空气流动正常。当特定的压差消失时，则指示空气流动停止。使用包括
开关的机械或电气设备来检测压差并发出
信号给控制单元以例如使供气反向和停止钻孔。因为所使用的设备在压力相对非常高的环境中工作，所以压差的产生和检测需要高灵敏度和高准确度。
[0009] 因此，
现有技术的配置需要用于在压力相对较高的环境中检测小压力变化的具有非常高的灵敏度的检测设备。这种电气和/或机械设备非常昂贵并且维护
费用较高。
[0010] 此外，现有技术的监测设备在空气流动路径中引起压降，这将对空气通过钻头中的冲洗孔流出有不利影响。这也对能量消耗有不利影响。
[0011] 因此，需要改进用于检测岩石钻机中通过钻头的冲洗孔的空气流动减少或停止的配置和方法。
发明内容
[0012] 本发明的目的是消除如上所述的空气流动监测设备的上述缺点。
[0013] 根据本发明的第一方面，以上问题得以解决的原因在于所论述的这种配置具有这样的特定特征：其包括岩石钻机，该岩石钻机包括配置在位于
容积式压缩机上游的流动路径中的进气
阀，该容积式压缩机用于将空气流供给至钻头表面中的至少一个冲洗孔。该钻机还包括空气调节器和检测装置，该空气调节器配置用以调节位于压缩机下游的空气流动路径中的系统压力，该检测装置用于检测通过钻头表面中的所述至少一个冲洗孔的变化的空气流动。检测装置包括配置在空气调节器与进气阀之 间的压力
传感器，并且该
压力传感器适于测量减小的系统压力。
[0014] 根据本发明的解决方案使得能够将用于监测通过钻头中的冲洗孔的空气流动的点配置在压缩机的上游。通过测量减小的系统压力和了解进气阀，间接地监测通过系统的空气流量。
[0015] 通常，压力调节器包括卸载器
气缸，该卸载器气缸感测由系统中的流动变化引起的系统压力减小。压力调节器具有较宽的压力变化范围，而这是我们利用该特征来感测空气的原因。
[0016] 进气阀配置成逆着
大气压力工作，并且进气阀的开口面积与压差成反比。
[0017] 知道减小的系统压力和进气阀的特性得到进气阀与压缩机之间的压力。
[0018] 调节器处的压力变化与压缩机下游的空气流量成反比。因此，监测到的减小的系统压力与系统的空气流量成反比。
[0019] 当空气系统压力在0.6895MPa(100psi)至1.0343MPa(150psi)之间时，减小的系统压力为大约0MPa(0psi)至0.2758MPa(40psi)。根据本发明的解决方案提供测量方法以及与现有技术的配置相比非常高的准确度。
[0020] 另外，实践中，测量调节器与进气阀之间的减小的系统压力比测量进气阀与压缩机之间的减小的系统压力更容易。此外，进气阀与压缩机之间的压力是
负压，而测量负压力需要更复杂和更昂贵的装置。
[0021] 因为对于相同的空气监测功能而言，方法和传感器的准确度不需要实现相同的或更好的性能，所以根据本发明的解决方案使得能够使用相对便宜的一般传感器。因为压力传感器提供可靠的测量结果并且是容易获得且容易安装的较不复杂的部件，所以这样使得以较低的代价实现性能较好的配置。
[0022] 另一个优点是与现有技术方案相比，部件的数量减少，例如没有引起空气流动路径中的压降的设备。这对能量消耗有有利影响。
[0023] 根据本发明的一个实施方式，容积式压缩机是
螺杆压缩机或任何类 型的容积式压缩机。
[0024] 根据本发明的一个实施方式，容积式压缩机是具有恒定转速的回转式压缩机。
[0025] 根据本发明的一个实施方式，容积式压缩机是具有可变转速的回转式压缩机。
[0026] 根据本发明的第二方面，以上问题得以解决的原因在于所论述的这种方法具有这样的特定特征：其包括检测通过位于配置在岩石钻机中的钻头前表面中的至少一个冲洗孔的空气流量。该岩石钻机包括配置在容积式压缩机上游的进气阀，该容积式压缩机用于将空气流供给至位于钻头中的所述至少一个冲洗孔。钻机还包括空气压力调节器，该空气压力调节器配置用以调节压缩机下游的空气流动路径中的系统压力。所述方法包括测量调节器与进气阀之间的减小的系统压力。此外，所述方法包括基于所测量的减小的系统压力与空气流量成反比的事实来检测通过钻头的空气流动的速度。
[0027] 这是基于压缩机具有恒定的转速并且系统的空气流动取决于压缩机转速的事实。
[0028] 一种实施方式是包括将所确定的空气流量与预定值相比较的方法。如果所确定的空气流量小于预定值，那么发送信号给控制单元以减小钻头的速度或停止钻孔。此外，如果所确定的空气流量等于或大于预定值，那么发送信号给控制单元以继续钻孔。以预定的时间间隔重复该方法以在钻孔期间控制冲刷。
[0029] 通过考虑压缩机的可变转速，根据本发明的解决方案在其它的工作点教示空气流动。
附图说明
[0030] 附图中示意性地示出
请求保护的本发明的一个实施方式，附图中：
[0031] 图1是钻机，其中使用了请求保护的配置；
[0032] 图2是钻头的立体图，并且
[0033] 图3是示意性地公开的请求保护的配置，
[0034] 图4是示出与由文丘里测流嘴产生的压差相对的减小的系统压力变化(所标注的卸载器压力)的图。
具体实施方式
[0035] 图1中示出表面岩石钻机10。钻机10用于在不同类型的建筑作业或采矿作业中钻孔。钻机10包括钻机本体11，钻机本体11包括用于使得能够运输钻机以及用于提供所需的能量以执行钻孔操作的机器和容积式压缩机(未示出)。钻放置在长臂12的外端部中，长臂12从钻机本体11向前延伸。该臂可灵活操纵从而能够容易地移动到孔的预期
位置。
[0036] 图2中所示的钻头20用于穿透岩石并凿下破裂的岩石。钻头20的前表面21设有许多用于穿透岩石的钻元件22。此外，前表面设有四个冲洗孔23。压缩空气从冲洗孔23流出以吹掉岩石切屑和清扫岩石表面，从钻机本体11中的容积式压缩机提供该压缩空气。这样确保钻头20总是与新的且坚固的岩石表面接触以使钻孔免受已经切掉的岩石的影响。
[0037] 图3是示意性地公开的钻机空气系统的一部分。该系统包括进进气流动路径30，空气通过进气流动路径30由进气阀31引导通向由动力源M驱动的压缩机32。来自压缩机32的压缩空气继续被传递至
压力容器33。空气经由空气流动路径34从压力容器33供应至钻头20，空气在钻头20处经由冲洗孔23离开钻头。空气调节器35配置用于调节进气阀
31以调节压缩机在其下游的空气流动路径34中产生空气系统压力。
[0038] 进气阀31用于调节供给至压缩机32的空气的量以在穿过钻头20中的冲洗孔23的空气流动被堵塞时避免系统压力升高。
[0039] 系统还包括配置在调节器35和进气阀31之间的压力传感器。压力传感器适合于测量减小的系统压力并发送对应的信号给控制单元37。基于所测量的减小的系统压力与空气流量成反比的事实来确定通过钻头20的空气流量。
[0040] 在容积式压缩机32是具有可变转速的回转式压缩机的情况下，该方法基于每个工作点中的期望转速。
[0041] 如果确定的空气流量小于预定值，那么减小钻头的速度和/或停止钻孔。
[0042] 如果确定的空气流量等于或大于预定值，那么继续钻孔。
[0043] 图4是线图，该线图示出了在包括文丘里测流嘴的表面岩石钻机上所做的测试的结果。该图示出了减小的系统压力(所标注的卸载器压力)与空气流量之间的关系。流量以由经过文丘里测流嘴设备的空气流动所产生的压差来指示。压差与流量成比例。
[0044] 当空气流动达到零时，减小的系统压力达到其最高水平。该减小的系统压力是系统压力的大约30％，并且比常用的文丘里管产生的压差高得多。通过监测减小的系统压力的变化，非常容易检测全流动状态和零流动状态之间的差别。因此，经济的且简单的压力传感器可以用于检测该空气流动状态。
[0045] 当压差接近零时，即当通过冲洗孔的空气流动接近零时，减小的系统压力是最高的。
[0046] 当压差最高时，即当通过冲洗孔的空气流动是完全的并且进气阀完全打开时，减小的系统压力是最低的。
[0047] 因此，如果通过冲洗孔23的空气流动停止，那么空气调节器35关闭进气阀31以防止系统压力升高。这得以实现的原因在于通过减小的系统压力控制进气阀。
[0048] 根据本发明，压力传感器一直在测量减小的空气系统压力，并且因此一直在间接地监测通过冲洗孔的空气的流量。
[0049] 根据本发明，即考虑了压力又考虑了压缩机转速，并且因此全面地控制空气流量。
[0050] 本发明的结果是：在进气路径中的压力给定并改变压缩机转速的情况下，空气流量将随压缩机转速线性地变化。
