BR112016024398B1

BR112016024398B1 - Cabeça e equipamento de perfuração

Info

Publication number: BR112016024398B1
Application number: BR112016024398-6A
Authority: BR
Inventors: Jan Hanna; Martin Forsberg; Jim Gryler
Original assignee: Epiroc Rock Drills Aktiebolag
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2022-03-29
Also published as: CN106232931A; KR102364749B1; US10174555B2; CA2944724C; AU2015250365B2; CL2016002701A1; AU2015250365A1; KR20160144393A; FI20165742L; FI130877B1; SE1450485A1; WO2015163809A1; CA2944724A1; TR201613843T1; SE538115C2; BR112016024398A2; CN106232931B; US20170044832A1

Abstract

CABEÇA E EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO. Uma cabeça de perfuração (4) para um equipamento de perfuração de rotação (1), incluindo: um motor de rotação (M), um fuso de cabeça de perfuração (7), e uma transmissão de mudança de engrenagem (8) entre o motor de rotação e o fuso de cabeça de perfuração, a transmissão de mudança de engrenagem (8) incluindo um eixo de entrada (9) conectado ao motor de rotação e um eixo de saída (10) conectado ao fuso da cabeça de perfuração. O eixo de entrada (9) é coaxial com o eixo de saída (10), o eixo de entrada (9) é permanentemente acoplado a um eixo intermediário (12) ao longo de um primeiro par de engrenagens de velocidade de redução (13), a transmissão de mudança de engrenagem (8) inclui uma embreagem (14) sendo mudável entre uma primeira posição interconectando os eixos de entrada e de saída (9,10) para obter a mesma velocidade de rotação para os eixos de entrada e de saída, e uma segunda posição conectando o eixo intermediário (12) ao eixo de saída (10) ao longo de um segundo par de engrenagens de redução de velocidade (15). A invenção também se refere a um equipamento.

Description

CAMPO DE INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a uma cabeça de perfuração para um equipamento de perfuração de rotação, incluindo: um motor de rotação, um fuso de cabeça de perfuração, e uma transmissão de mudança de engrenagem entre o motor de rotação e o fuso de cabeça de perfuração, a transmissão de mudança de engrenagem incluindo um eixo de entrada conectado ao motor de rotação e um eixo de saída conectado ao fuso de cabeça de perfuração. A invenção também se refere a um equipamento de perfuração.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] As cabeças de perfuração para equipamentos de perfuração de exploração são conhecidas previamente, que são equipadas com mandris hidraulicamente acionados, para prender, reter e girar tubos que constituem os componentes da coluna de perfuração. A cabeça de perfuração é móvel ao longo de uma viga de alimentação do equipamento de perfuração ao executar a ação de rotação durante a perfuração.

[003] A fim de adaptar o modo de perfuração para diferentes condições de perfuração, é previamente conhecido fornecer cabeças de perfuração com arranjos de mudança de velocidade. Um exemplo de tal cabeça de perfuração de mudança de velocidade da técnica anterior é descrito em W02013/106207.

OBJETIVOS E ASPECTOS MAIS IMPORTANTES DA INVENÇÃO

[004] É um objetivo da presente invenção proporcionar um desenvolvimento adicional de uma melhoria sobre a técnica anterior e, pelo menos, reduzir o problema de complexidade associado com as construções prévias, mantendo uma elevada confiabilidade operacional.

[005] Este objetivo é obtido com relação a uma cabeça de perfuração como acima, na qual o eixo de entrada é coaxial com o eixo de saída, o eixo de entrada é acoplado permanentemente a um eixo intermediário ao longo de um primeiro par de engrenagens de redução de velocidade, e a transmissão de mudança de engrenagem inclui uma embreagem sendo mudável entre: uma primeira posição interconectando os eixos de entrada e de saída para obter a mesma velocidade de rotação para os eixos de entrada e de saída, e uma segunda posição conectando o eixo intermediário com o eixo de saída ao longo de um segundo par de engrenagens de redução de velocidade.

[006] Isto faz com que seja possível construir uma cabeça de perfuração confiável, compacta e descomplicada, que permite custos reduzidos e flexibilidade de fabricação aumentada.

[007] O motor de rotação é vantajosamente diretamente conectado ao eixo de entrada e se for controlado por ser ajustável em velocidade, uma ampla faixa de velocidades do fuso da cabeça de perfuração pode ser obtida com a possibilidade de torque máximo para diferentes velocidades, mesmo que a cabeça de perfuração forneça apenas duas velocidades diferentes.

[008] Um método primário de controle de velocidade do motor é variar o deslocamento do motor hidráulico, mantendo um fluxo e uma pressão hidráulico máximo constante (resultados de deslocamento máx. em torque máximo, deslocamento min significa velocidade máx.). A manutenção do fluxo e da pressão hidráulico deixa o motor hidráulico e, portanto, a cabeça de perfuração produz potência de rotação máxima por uma ampla faixa de velocidade.

[009] Reduzir o fluxo hidráulico para o motor para controle de velocidade não é desejável, uma vez que também reduz a saída da potência do motor.

[0010] É preferido que a embreagem seja uma embreagem com gancho duplo incluindo uma luva de mudança axialmente móvel tendo: primeiros dentes de luva para a cooperação com dentes de entrada associados ao eixo de entrada na primeira posição, e os segundos dentes de luva para a cooperação com os dentes de saída sobre em roda de engrenagem acionada do segundo par de engrenagens de redução de velocidade, a referida roda de engrenagem acionada sendo coaxial com o eixo de saída, na segunda posição. Os dentes são direcionados em direções axiais de modo que o deslocamento axial da luva de mudança resulte em acoplamento a membros de embreagem sendo associados e afixados ao um respectivo dos eixos de entrada e de saída.

[0011] Uma embreagem com gancho é um tipo de embreagem que acopla dois eixos de rotação ou outros componentes rotativos não por fricção, mas por interferência. As duas partes da embreagem são projetadas de modo que uma impulsionará a outra, de modo a alcançar uma posição de engate.

[0012] Para engatar, com uma diferença de velocidade entre as duas partes conectáveis, uma embreagem com gancho requer uma quantidade de folga entre os dentes. Uma grande quantidade de folga torna o engate possível em uma velocidade diferencial mais elevada. Em uma aplicação da cabeça de perfuração, é desejável minimizar a quantidade de folga para minimizar ou evitar vibrações torcionais no trem de acionamento. A quantidade de folga necessária para fazer isto, é menor do que a quantidade necessária para engatar a embreagem em uma velocidade de rotação diferencial pretendida na mudança. No total, a provisão da embreagem com gancho duplo na cabeça de perfuração da invenção resulta em uma solução confiável e econômica reforçada.

[0013] Na primeira posição da embreagem, uma roda de engrenagem acionada do segundo par de engrenagens de redução de velocidade é livre para girar em relação ao eixo de saída e é suportada no eixo de saída (de preferência ao longo dos mancais de rolamento agulha). Na segunda posição da embreagem, no entanto, a roda de engrenagem acionada do segundo par de engrenagens de redução de velocidade é feita rotativamente fixada no eixo de saída.

[0014] Para esse fim, é também preferido que a luva de mudança seja permanentemente acoplada rotativamente ao eixo de saída. Isto é adequadamente realizado na medida em que são proporcionadas estrias que se estendem axialmente para fora, no eixo de saída permanentemente engatado às correspondentes estrias internas na luva de mudança em diferentes posições axiais da luva de mudança.

[0015] É preferível que o primeiro e o segundo dentes da luva e os dentes de entrada e de saída têm ressaltos de topo angulados permitindo o contato quando o acoplamento é iniciado antes da interconexão completada nas respectivas primeira e segunda posições da embreagem com ganchos duplos.

[0016] Este aspecto da embreagem com ganchos duplos significa que os ressaltos (superfícies) de topo dos dentes da embreagem com gancho são angulados de modo que o engate das duas partes pode ser feito em velocidade diferencial superior e com uma pequena quantidade de folga na embreagem.

[0017] A superfície do dente é, assim, de preferência, angulada de modo que o engate seja mais fácil. Ao fazer ambas as partes de embreagem com ângulos semelhantes ou mesmo ângulo sobre as superfícies dos dentes, as partes da embreagem podem iniciar a se mover axialmente antes de os dentes atingirem os espaços na parte da embreagem de conjugação, ou seja, quando os dentes se conjugam na posição de engate.

[0018] Opcionalmente, os dentes de embreagem com gancho podem ter alargados de modo que o torque, pelo menos contribuindo para puxar as partes da embreagem uma para a outra em contato axial completo, logo que elas começaram a se engatarem.

[0019] As vantagens deste aspecto da invenção são: a) a folga pode ser mantida para um mínimo, reduzindo assim ou impedindo vibrações torcionais. b) o engate é possível a uma velocidade diferencial maior quando o tempo para o movimento axial da parte da embreagem é aumentado.

[0020] O eixo de saída é vantajosamente rotativamente acoplado de modo permanente ao fuso de cabeça de perfuração. Este é vantajosamente obtido quando o eixo de saída é acoplado ao fuso de cabeça de perfuração ao longo de um trem de engrenagem tendo uma roda de engrenagem intermediária sendo suportada por, e livremente rotativa em relação ao, eixo intermediário.

[0021] O eixo intermediário é, de preferência, permanentemente conectado a uma bomba de lubrificação para o fornecimento de lubrificante aos elementos da cabeça de perfuração. Esta é uma grande vantagem, uma vez que a bomba de lubrificação é sempre atuada e só depende da velocidade do motor (eixo de entrada permanentemente acoplado rotativamente ao eixo intermediário).

[0022] A bomba de lubrificação é adequadamente conectada aos canais de lubrificação no eixo de saída e no eixo intermediário. Os referidos canais de lubrificação por um lado, sendo canais axiais que se estendem centralmente na saída e eixos intermediários, por outro lado, sendo canais radiais entre referidos canais axiais e mancais etc., para serem lubrificados.

[0023] Tipicamente, uma unidade de mudança de engrenagem engata a luva de mudança. Nisto uma forquilha de mudança da unidade de mudança de engrenagem engata, de preferência, em uma ranhura circundante na luva de mudança.

[0024] É preferido que a unidade de mudança de engrenagem seja fornecida com uma interface para alternativamente um conjunto de mudança atuado mecanicamente e um conjunto de mudança atuado hidraulicamente. Com vantagem, o conjunto de mudança atuado mecanicamente é arranjado para manobra manual direta, e o conjunto de mudança atuado hidraulicamente para manobras remotamente controladas.

[0025] Basicamente, a forquilha de mudança move a luva de mudança entre as posições de engrenagem alta e baixa. A luva de mudança tem duas metades de embreagem com ganchos, uma no topo e um no fundo. Para mudar para engrenagem alta, a luva de mudança é movida para cima pela forquilha de mudança de modo que a metade da embreagem com gancho no topo da luva de mudança pode engatar uma metade da embreagem com gancho semelhante no eixo de entrada. Quando as duas metades da embreagem com gancho engrenam, a engrenagem em alta velocidade desde a luva de mudança é permanentemente rotativamente acoplada ao eixo de saída.

[0026] Para mudar para a engrenagem baixa, a luva de mudança tem que se mover para baixo de modo que a metade da embreagem com gancho no fundo da luva de mudança possa engatar uma meia embreagem com gancho semelhante, que é usinada para a roda de engrenagem acionada do segundo par de engrenagens de redução de velocidade. Quando estas duas metades de embreagem com gancho engrenam, a engrenagem baixa é engatada uma vez que o eixo de entrada está conectado ao eixo de saída ao longo dos dois pares de engrenagens de redução de velocidade incorporando o eixo intermediário na transmissão.

[0027] Isso se aplica na mudança remota/controlada hidraulicamente e manual.

[0028] Para mudança manual, a forquilha de mudança é conectada por meio de um eixo a uma alavanca com duas posições de estacionamento, para engrenagens alta e baixa. A alavanca é equipada com um arranjo de travamento de modo que a alavanca não possa ser acidentalmente movida, uma vez que é colocada na sua própria posição de estacionamento.

[0029] Para mudança hidráulica, um eixo conectando a alavanca manual, para a forquilha de mudança é simplesmente substituída por um alojamento tendo um cilindro hidráulico e o pistão na interface da unidade de mudança de engrenagem.

[0030] Com mudança manual e hidráulica, e se mudar de alta para baixa, ou de baixa para alta, a luva de mudança com as metades de embreagem com duas ganchos provavelmente não será capaz de engatar as metades de embreagem com gancho de conjugação na primeira tentativa, uma vez que é improvável que os dentes de embreagem com gancho irão se alinhar permitindo engrenamento próprio. A solução é trotar o motor hidráulico na mudança de modo que as metades de embreagem com gancho possam se engatar enquanto estão sendo impulsionadas pela força manual, por mola ou hidráulica.

[0031] O alojamento de cabeça de perfuração é virtualmente idêntico para as mudanças manual e hidráulica. Apenas os elementos sendo associados ao mecanismo de mudança que estão conectados à forquilha de mudança necessitam ser alterados na conversão de um tipo de mudança para o outro. Estas partes podem ser removidas e instaladas a partir do lado de fora da cabeça de perfuração, sem grande desmontagem, como a divisão do alojamento em seções.

[0032] As vantagens deste aspecto da invenção são: a) Tornar mudança hidráulica remotamente controlada possível com indicação de engate total de engrenagem alta e baixa. A mudança hidráulica pode ser feita sem a necessidade de acesso à cabeça de perfuração que é frequentemente coberta por um protetor de segurança. b) Apenas algumas partes a serem alteradas para converter uma cabeça de perfuração de mudança manual para hidráulica, e isto pode ser feito sem grande desmontagem. Assim, a decisão sobre que tipo de mudança é para ser enviada pode ser deixada para a montagem final. c) Cabeças de perfuração completamente montadas podem ser alteradas de um tipo de mudança para outro tipo no campo sem grande desmontagem da cabeça de perfuração. d) O uso de forquilhas de mudança comuns e alojamentos para ambos os tipos de mudança, reduz os custos e aumenta a flexibilidade de fabricação.

[0033] A invenção também se refere a um equipamento de perfuração incluindo uma cabeça de perfuração de acordo com o acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0034] A invenção será agora explicada em mais detalhes por meio de uma forma de realização, no fundo dos desenhos anexos; em que: A Fig. 1 ilustra em uma vista em perspectiva de um equipamento de perfuração de rotação equipada de acordo com a invenção, A Fig. 2 mostra em uma vista em perspectiva de uma cabeça de perfuração de acordo com a invenção, A Fig. 3 mostra uma seção axial da cabeça de perfuração na Fig. 2, A Fig. 4a e 4b mostram em vistas isoladas a embreagem estando em suas diferentes posições, A Fig. 5 mostra uma seção axial ilustrando um conjunto de mudança manual, As Figs. 6a e b mostram em partes de seções axiais de um conjunto de mudança manual e de um conjunto de mudança controlado hidraulicamente, e As Figs. 7 e 8 mostram detalhes da embreagem.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

[0035] A Fig. 1 mostra um equipamento de perfuração de rotação 1 para perfuração de exploração, o equipamento tendo um mastro 2 com uma viga de alimentação alongada suportando uma cabeça de perfuração 4. A cabeça de perfuração 4 é móvel para cima e para baixo ao longo da viga de alimentação. A unidade de potência 3 contém máquinas habituais para o fornecimento de potência para a cabeça de perfuração 4.

[0036] No topo da cabeça de um fuso da cabeça de perfuração 7 da cabeça de perfuração 4, mostrado em maior escala na figura. 2, encontra-se posicionada um mandril 5 para segurar a coluna de perfuração (não mostrada nas Figuras) para transferir os movimentos de rotação e axial para a coluna de perfuração. 6 indica uma bucha de topo de coluna de perfuração dividida tendo uma separação 28. 27 indica uma bucha de fundo de cadeia de perfuração dividida tendo uma separação semelhante (não mostrada). Um motor de rotação é indicado com M.

[0037] A Fig. 3 mostra uma seção axial de uma cabeça de perfuração 4, em que um eixo de entrada sendo conectável a um motor de rotação (M na Fig. 2) é parte de uma transmissão de engrenagem de mudança de engrenagem 8 para proporcionar o fuso de cabeça de perfuração 7 com duas velocidades de rotação diferentes.

[0038] O eixo de entrada 9 tem um eixo 11 e é coaxial com um eixo de saída 10. O eixo de entrada 9 está permanentemente acoplado a um eixo intermediário 12 ao longo de um primeiro par de engrenagens de redução da velocidade 13. Isto significa que o eixo intermediário 12 gira com uma velocidade reduzida em comparação com o eixo de entrada 9. O eixo intermediário 12 está adicionalmente ao longo de um segundo par de engrenagens de redução de velocidade 15 conectado ao eixo de saída 10. O segundo par de engrenagens de redução de velocidade 15 é arranjado de modo que, quando interconectado, o eixo de saída 10 gira com uma velocidade reduzida em comparação com o eixo intermediário 12.

[0039] Uma embreagem 14 é arranjada de modo que em uma primeira posição que interconecta diretamente no eixo de entrada 9, com o eixo de saída 10 de modo a obter a mesma velocidade de rotação do eixo de entrada 9 e do eixo de saída 10. Para esse efeito, a embreagem 14 inclui uma luva de mudança 16, que na primeira posição está em engate com uma metade da embreagem de entrada sobre o eixo de entrada, ao mesmo tempo que a luva de mudança 16 é permanentemente fixada rotativamente ao eixo de saída 10 para todas as posições axiais da luva de mudança 16.

[0040] Isto é convenientemente realizado pela luva de mudança 16 tendo dentes de entrada engatando em estrias que se estendem axialmente para fora sobre o eixo de saída 10. 22 indica o acoplamento rotacional permanente entre a luva de mudança e o eixo de saída.

[0041] O eixo de saída, por sua vez, é acoplado ao fuso de cabeça de perfuração 7. Na primeira posição da embreagem 14, o fuso da cabeça de perfuração 7, por conseguinte, gira com alta velocidade.

[0042] A embreagem 14 é também mudável para uma segunda posição, em que a luva de mudança 16 acopla uma engrenagem acionada 21, do segundo par de engrenagens de redução de velocidade 15, ao eixo de saída 10. Ao mesmo tempo, a embreagem 14 libera a conexão entre o eixo de entrada 9 e o eixo de saída 10. Deste modo a rotação a partir (não mostrado) do motor de rotação vai do eixo de entrada 9 ao longo do primeiro par de engrenagens de redução da velocidade 13 ao eixo intermediário 12 e ao longo do segundo par de engrenagens de redução da velocidade 15 ao eixo de saída 10. Na segunda posição da embreagem 14, o fuso da cabeça de perfuração 7, portanto, gira com baixa velocidade.

[0043] O eixo de saída 10 é permanentemente acoplado ao fuso de cabeça de perfuração 7 ao longo de um trem de engrenagem 24, que inclui uma engrenagem sobre o eixo de saída 10, uma roda de engrenagem intermediária 25, e uma roda de engrenagem presa ao fuso da cabeça de perfuração 7. Como pode ser visto a partir da Fig. 3, a roda de engrenagem intermediária 25 é suportada pelo eixo intermediário 12, mas pode girar livremente em relação ao eixo intermediário 12, uma vez que é suportada sobre mancais de rolos sobre o eixo intermediário 12.

[0044] Deve ser notado que a representação da Fig. 3 é colocada na vertical em relação ao eixo 11 dos eixos de entrada e de saída, o eixo 26 do eixo intermediário e um eixo 47 do fuso de cabeça de perfuração. Na prática, é frequentemente conveniente ter um plano através do eixo 11 e 26 formando um ângulo com um plano atravessante 26 e 47 para a razão de compacidade.

[0045] O eixo intermediário 12 é conectado a uma bomba de lubrificação 48 para a operação contínua do mesmo, logo que o eixo intermediário 12 gira. A bomba de lubrificação fornece lubrificante para elementos e partes da cabeça de perfuração 4 que necessitam de lubrificação. 29 indica um canal axial central no interior do eixo intermediário 12, sendo ramificado com uma ramificação do canal radial 30 para proporcionar lubrificação a mancais suportando a roda de engrenagem intermediária 25 no eixo intermediário 12. 31 indica um canal axial no interior do eixo de saída 10 para fornecer lubrificante a canais radiais 32 proporcionando lubrificante para os mancais que suportam o eixo de saída e a roda de engrenagem acionada 21, do segundo par de engrenagens de redução de velocidade, no eixo de saída.

[0046] As Figs. 4a e 4b mostram vistas em perspectiva que ilustram a função da embreagem 14 na primeira posição (Fig. 4a) e na segunda posição (Fig. 4b).

[0047] Na Fig. 4a, um eixo de entrada 9 é diretamente acoplado ao eixo de saída 10 em que a embreagem 14, sendo uma embreagem com gancho, tendo seus primeiros dentes de luva 17 engatados com os dentes de entrada 18 associados ao eixo de entrada. Como é descrito acima, a luva de mudança 16 é também permanentemente acoplada rotativamente ao eixo de saída 10 em todas as posições da luva de mudança. 36 indica uma ranhura circundante voltada radialmente para fora, que é engatada por uma crista correspondente sendo fornecida dentro de uma forquilha de mudança 35 de uma unidade de mudança de engrenagem 34.

[0048] A forquilha de mudança 35 é móvel axialmente para cima e para baixo e, portanto, na Fig. 4a na sua primeira posição.

[0049] Na Fig. 4b, a unidade de mudança de engrenagem 34 deslocou a forquilha de mudança 35 para a sua segunda posição, em que a luva de mudança 16 acopla e trava a engrenagem acionada 21 do segundo par de engrenagens de redução de velocidade (15 na Fig. 3) para o eixo de saída 10 para obter uma velocidade reduzida do fuso de cabeça de perfuração.

[0050] Em particular, uma metade de embreagem de entrada 42 é anexada ao eixo de entrada 9, uma metade de embreagem de saída 44 é anexada à roda de engrenagem acionada 21 do segundo par de engrenagens de redução de velocidade (15 na Fig. 3). 43 indica uma primeira metade de embreagem de luva para cooperação com a referida metade de embreagem de entrada 42 e uma segunda metade de embreagem de luva 45 é arranjada para cooperar com a referida metade de embreagem de saída 44.

[0051] Além disso, cada dente de todas as metades de embreagem tem um ressalto de topo angulado (49 na Fig. 7), significando que as superfícies de metade de embreagem de encontro são ligeiramente inclinadas para permitir o início do engate antes de concluir a interconexão. Os dentes de embreagem estando completamente em engate uns com os outros podem ser vistos entre os dentes 17 e 18 na Fig. 4a e os dentes 19 e 20 na Fig. 4b.

[0052] A Fig. 5 mostra um conjunto de mudança mecânica manual 37, em que uma alavanca 38 tendo uma luva de travamento 39 é mudável entre a primeira posição mostrada, em que a luva de mudança 16 tenha sido levada à sua posição superior pela forquilha de mudança 35. A alavanca 38 é conectada a um fuso axialmente móvel 40, que por sua vez suporta a forquilha de mudança 35. 41 indica uma mola de retorno 41, que impulsiona o fuso axialmente móvel 40 para cima mudando para a primeira posição a partir da segunda posição.

[0053] A fim de ilustrar a simplicidade na qual a cabeça de perfuração pode ser convertida a partir da mudança mecânica manual para mudança controlada hidraulicamente, por exemplo, a partir de uma posição remoto, a Fig. 6a mostra o meio de mudança mecânica manual a partir da Figura 5, enquanto a Fig. 6b mostra um meio de mudança controlado hidraulicamente, alternativamente construído.

[0054] A invenção torna possível usar o meio de mudança mecânica manual na Fig. 6a, ou o meio de mudança controlado hidraulicamente na Fig. 6b por ser capaz de simplesmente substituir um meio de mudança pelo outro. Isto é feito por desenroscamento, dos membros rosqueados 50 ou 51 do furo rosqueado conjugado na forquilha de mudança 35 e o substituindo por outro. Os meios adequados são fornecidos para destravar e travar esta conexão rosqueada de modo que não possam se tornar soltos ou desfeitos durante as operações de mudança. As molas são ajustadas aos respectivos dois meios de mudança 37’ e 37” e são, por conseguinte, incluídas no mesmo, de modo a fazer parte da substituição.

[0055] Os sensores de posição são preferivelmente arranjados para sensorear a posição dos componentes hidráulicos e indicará quando a luva de mudança estiver na posição engrenada e a engrenagem alta ou baixa estiver engatada. 53 e 54 na Fig.6b indicam tais sensores de posição adaptados para sensorear a presença de um elemento móvel, tal como uma maçaneta 55, a fim de verificar que a posição desejada seja atingida. Os sensores de posição podem ser, por exemplo, indutivos, capacitivos ou serem sensores de efeito Hall.

[0056] A Fig. 7 ilustra a ressalto de topo angulado 49 de um dente 17 da luva de mudança 16. Tal como pode ser compreendido a partir da Fig. 7, o ressalto de topo angulado 49 descreve um ângulo α a um plano perpendicular ao eixo da luva de mudança 16. Quando a luva de mudança 16, durante a mudança, com a metade da embreagem de entrada 42 (ver Fig. 4b), os dentes de embreagem de conjugação contatam um ao outro e então mais facilmente alcançam posições relativas, em que o engate total pode ser obtido, quando o motor é trotado, tal como descrito acima.

[0057] A Fig. 8 mostra que os lados dos dentes de embreagem são angulados x0, de modo a obter interconexão segura e também para ajudar a alcançar um estado totalmente interconectado como é descrito acima.

[0058] A mudança manual brevemente consiste no seguinte: - uma alavanca é movida pelo operador, completa com um dispositivo de travamento, que pode ser parado em ambas as posições de engrenagem alta e baixa velocidade afetando um eixo que conecta a alavanca para a forquilha de mudança - uma mola ajuda a elevar a forquilha de mudança. Usando a alavanca, o operador move a forquilha de mudança até mudar de engrenagem baixa para alta, e move a forquilha de mudança para baixo para mudar engrenagem alta para baixa. Uma vez que, tipicamente, as metades de embreagem com gancho não se engrenam na primeira tentativa, o trem de engrenagem tem que ser trotado antes da alavanca ser totalmente colocada na posição de parada.

[0059] Ao mudar de alta para baixa, a mola auxilia o operador a elevar a luva de mudança. Quando o trem de engrenagem é trotado e as metades de embreagem com gancho se alinham e engrenam, a engrenagem alta é engatada e a alavanca pode então ser movida, ou se move sozinha, para a posição de parada de engrenagem alta e poder ser presa no lugar.

[0060] O mecanismo de mudança hidráulico consiste em um cilindro hidráulico com um pistão (não mostrado) e uma mola. A aplicação de pressão hidráulica para o cilindro moverá o pistão para baixo e comprime a mola. Desde que normalmente as metades da embreagem não se engrenem na primeira aplicação da pressão hidráulica, o trem de engrenagem precisa ser trotado para alinhar e engrenar as metades de embreagem com gancho. A engrenagem baia é então engatada.

[0061] Liberando a pressão hidráulica permite que a mola se expanda e mova a forquilha de mudança e a luva de mudança para a posição de engrenagem alta. Além disso, uma vez que, tipicamente, as metades da embreagem com ganchos de engrenagem alta não engrena no primeiro contato, o trem de engrenagem precisa ser trotado e a mola irá mover a luva de mudança para a posição engrenada. A alta engrenagem é então engatada.

[0062] A mesma cabeça de perfuração, com uma transmissão de duas velocidades, pode ser usada em diferentes modelos de perfuradores.

[0063] A mudança hidráulica tem um recurso automático na medida em que a engrenagem das metades da embreagem com gancho ocorre automaticamente após o motor ser trotado, uma vez que a pressão hidráulica (para engrenagem baixa) e a força de mola (para engrenagem alta) completarão o engrenamento. Isto está em contraste com a mudança mecânica onde tipicamente a alavanca ainda terá de ser movida manualmente para a posição de parada, ao mesmo tempo que o motor é trotado.

[0064] Tipicamente, as transmissões da cabeça de perfuração de uso corrente em perfuradoras de exploração mineral vêm com mudança manual e não estão disponíveis com mudança hidráulica, o que pode ser controlado remotamente, de modo a ser mais conveniente para o operador.

Claims

1. Cabeça de perfuração (4) para um equipamento de perfuração de rotação (1), incluindo: um motor de rotação (M); um fuso de cabeça de perfuração (7); e uma transmissão de mudança de engrenagem (8) entre o motor de rotação e o fuso de cabeça de perfuração, a transmissão de mudança de engrenagem (8) incluindo um eixo de entrada (9) conectado ao motor de rotação e um eixo de saída (10) conectado ao fuso da cabeça de perfuração, em que o eixo de entrada (9) é coaxial com o eixo de saída (10), e em que o eixo de entrada (9) é permanentemente acoplado a um eixo intermediário (12) ao longo de um primeiro par de engrenagens de redução de velocidade (13), caracterizada pelo fato de que: a transmissão de mudança de engrenagem (8) inclui uma embreagem (14) sendo mudável entre: i. uma primeira posição interconectando os eixos de entrada e de saída (9,10), para obter a mesma velocidade de rotação para os eixos de entrada e de saída, e ii. uma segunda posição conectando o eixo intermediário (12) ao eixo de saída (10) ao longo de um segundo par de engrenagens de redução de velocidade (15); e a embreagem (14) é uma embreagem com ganchos duplos incluindo uma luva de mudança axialmente móvel (16) tendo: primeiros dentes de luva (17) para cooperação com os dentes de entrada (18) associados ao eixo de entrada (9) na primeira posição, e segundos dentes de luva (19) para a cooperação com os dentes de saída (20) em uma roda de engrenagem acionada (21) do segundo par de engrenagens de redução de velocidade (15) na segunda posição, a referida roda de engrenagem acionada (21) coaxial com o eixo de saída (10).

2. Cabeça de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a luva de mudança (16) é permanentemente acoplada rotativamente ao eixo de saída (10).

3. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o primeiro e o segundo dentes da luva (17,19) e os dentes de entrada e de saída (18,20) têm ressaltos (49) de topo angulados (α) permitindo o contato prévio para interconexão completa nas respectivas primeira e segunda posições da embreagem com ganchos duplos (14).

4. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o eixo de saída (10) está permanentemente rotativamente acoplado ao fuso de cabeça de perfuração (7).

5. Cabeça de perfuração de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o eixo de saída (10) é acoplado ao fuso de cabeça de perfuração (7) ao longo de um trem de engrenagem (24) tendo uma roda de engrenagem intermediária (25) sendo suportada por e podendo girar livremente em relação ao eixo intermediário (12).

6. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o eixo intermediário (12) é permanentemente conectado a uma bomba de lubrificação (48) para o fornecimento de lubrificante aos elementos da cabeça de perfuração (4).

7. Cabeça de perfuração de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a bomba de lubrificação (48) é conectada a canais de lubrificação (29,30,31,32) no eixo de saída (10) e no eixo intermediário (12).

8. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que uma unidade de mudança de engrenagem (34) engata a luva de mudança (16).

9. Cabeça de perfuração de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que uma forquilha de mudança (35) da unidade de mudança de engrenagem (34) engata em uma ranhura circundante (36) na luva de mudança (16).

10. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que a unidade de mudança de engrenagem (34) é fornecida com uma interface para alternativamente um conjunto de mudança atuado mecanicamente e um conjunto de mudança atuado hidraulicamente.

11. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que: o conjunto de mudança atuado mecanicamente é arranjado de manobra manual direta; e, o conjunto de mudança hidraulicamente é arranjado de manobras controladas remotamente.

12. Cabeça de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o motor de rotação (M) é um motor hidráulico de velocidade ajustável.

13. Equipamento de perfuração, caracterizado pelo fato de que compreende uma cabeça de perfuração como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.