CN101896686A - 岩石凿钻设备及凿钻方法 - Google Patents

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CN101896686A CN200880120423XA CN200880120423A CN101896686A CN 101896686 A CN101896686 A CN 101896686A CN 200880120423X A CN200880120423X A CN 200880120423XA CN 200880120423 A CN200880120423 A CN 200880120423A CN 101896686 A CN101896686 A CN 101896686A
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Abstract

本发明涉及岩石凿钻设备和凿钻岩石的方法。岩石凿钻设备(2)包括冲洗系统，所述冲洗系统具有两台或更多台压缩机(9a、9b)，用于产生冲洗所需的压缩空气。冲洗空气沿冲洗管(11)被输送至岩石凿钻机(5)，并进一步沿钻具(12)被输送到凿钻孔(10)中。所述岩石凿钻设备包括驱动发动机(8)，所述驱动发动机(8)被布置成经由传动装置(16)来操作所述压缩机。当对冲洗空气的需求较小时，能断开到一台或多台压缩机的传动。

Description

岩石凿钻设备及凿钻方法
技术领域
本发明涉及一种岩石凿钻设备，所述岩石凿钻设备包括能移动的运载工具，在所述能移动的运载工具上布置至少一个凿钻臂，所述至少一个凿钻臂设置有凿钻单元。凿钻单元包括岩石凿钻机和连接至所述岩石凿钻机的钻具，用于凿钻出凿钻孔。借助于驱动发动机产生岩石凿钻设备所需的驱动功率。岩石凿钻设备还包括冲洗系统，所述冲洗系统设置有压缩机，所述压缩机产生压缩空气，压缩空气沿冲洗管被输送至钻具，并进一步被输送到待凿钻的凿钻孔中。在驱动发动机与压缩机之间，存在用于传递旋转动力的传动装置。此外，本发明涉及利用岩石凿钻机凿钻岩石的方法。
背景技术
本发明的目的在独立权利要求的前序部分中更详细地限定。
当利用岩石凿钻机凿钻岩石时，借助于进给装置将钻具压靠在岩石上。此外，借助于旋转装置使钻具围绕其纵向轴线旋转，同时，借助于冲击装置给予钻具冲击脉冲，由此钻具使岩石破碎。当岩石破碎时，使岩石材料(即碎屑)与岩石分开，所述材料需要被冲洗到凿钻孔外。冲洗通常被布置成使得压缩空气通过钻具而供应给凿钻孔的底部，由此压缩空气将碎屑推出凿钻孔。利用性能根据最大冲洗量而确定的压缩机产生在冲洗中所需的压缩空气。然而，凿钻情形和条件(诸如凿钻位置相对于海平面的高度和待凿钻的岩石的质量)改变，由此所需的冲洗量同样改变。压缩机通常尺寸相当大，这导致岩石凿钻设备的运载工具的布局的问题。此外，压缩机借助于传动构件的固定传动连接至岩石凿钻设备的内燃发动机，这意味着当不进行凿钻和不需要冲洗时，同样会不必要地使用所述压缩机。在这样的情况下，压缩机导致不合理的燃料消耗。此外，利用固定传动与发动机相连的高功率压缩机使内燃发动机的冷起动明显更困难。
发明内容
本发明的目的是提供新颖并且改进的岩石凿钻设备以及凿钻岩石的方法。
根据本发明的岩石凿钻设备的特征在于：冲洗系统包括至少两台压缩机；以及根据需求，至少一台压缩机能与借助于传动装置而从驱动发动机获得的驱动功率断开，并且另一方面，能借助于传动装置连接。
根据本发明的方法的特征在于：将至少两台压缩机、即第一压缩机和第二压缩机用于产生在冲洗中所需的压缩空气；以及在预定的情形下断开至少一台压缩机的传动。
本发明的思想是岩石凿钻设备的冲洗系统包括两台或多台的压缩机，用于产生冲洗中所需的压缩空气。压缩机的功率和数量被确定成使得能在所有的条件下获得所需的最大冲洗。此外，传动装置包括用于使一台或多台压缩机与传动断开的装置，使得能根据需要完全断开和重新连接所述的压缩机。
本发明的优点是将两台或多台压缩机定位在运载工具上比定位具有高功率和大尺寸的一台压缩机容易。因此，能更自由地布置运载工具的布局，并且不需要增大运载工具的尺寸。此外，当存在多台压缩机时，它们能以节省空间的方式与驱动发动机和传动装置相关联地定位，这还可有助于提供紧凑的岩石凿钻设备。另一优点是当系统的一台或多台压缩机或全部压缩机在起动的持续时间内能够与驱动发动机的旋转断开时，驱动发动机的起动尤其在低温条件下的起动较容易。更进一步的，因为在对冲洗空气的需求较小时或者在根本不需要冲洗时，能使一台或多台压缩机与传动断开，所以能明显降低驱动发动机的能量消耗。传统上，通过关闭压缩机的抽吸管来断开压缩机。尽管在无压力输出的情况下，压缩机旋转，但根据经验，压缩机仍占用正常输入功率的大约70％，并据此引起能量和燃料消耗。此外，不仅由于所述燃料效率，而且因为至少利用其中一些压缩机，运转小时数可明显较小，并且因此对维护的需求可较小且使用寿命较长，所以在根据本发明的布置结构中的运转成本可以较低。又一优点是，当考虑相同的最大压缩空气产生量时，根据本发明，设置有两台或多台压缩机的系统令人意外地比一台高功率压缩机便宜。
一个实施例的思想是在连接和断开的持续时间内，在不需要停止驱动发动机的情况下，在发动机运转的同时能连接和断开压缩机。传动装置例如可包括在驱动发动机与压缩机之间的机械离合器。
一个实施例的思想是冲洗系统包括具有大致相等的功率的两台或多台压缩机。岩石凿钻设备的控制单元可被布置成将一台压缩机优先为主压缩机，并且根据需要连接和断开辅助压缩机。控制单元可被布置成改变压缩机的连接顺序，由此在压缩机的使用寿命期间均匀地加载压缩机。
一个实施例的思想是冲洗系统包括具有不同功率的两台压缩机。借助于固定传动来连接具有较低功率的压缩机，以便由驱动发动机使用。相反，当不需要由具有较高功率的压缩机产生的压缩空气时，能使所述压缩机与传动断开。这一解决方案的优点是当具有较低功率的压缩机被固定连接以便由驱动发动机使用时，由其产生的压缩空气例如能持续地用于冲洗系统的过滤器的清洁、维护工作等。然而，具有较低功率的压缩机不会使驱动发动机的起动更困难，并且由其所引起的能量和燃料消耗的增加不是重要因素。具有较高功率的压缩机只有当需要时才连接，并且当不再需要时断开所述压缩机。
一个实施例的思想是压缩机具有固定排量。这样的压缩机结构简单、便宜并且运转耐久。
一个实施例的思想是传动装置包括例如齿轮箱的机械齿轮传动系统。此外，传动装置包括用于使至少一台压缩机与驱动发动机之间的传动断开的至少一个机械离合器。例如，与液压传动相比较，机械齿轮系统和机械离合器的优点是良好的效率。此外，机械传动部件耐久并且制造便宜。
一个实施例的思想是传动装置包括机械传动齿轮系统和机械离合器。离合器被布置成借助于液压致动器来使用。此外，至少一台液压泵被布置成通过传动装置操作，以在液压回路中产生液压。离合器的致动器连接至液压回路。当驱动发动机操作液压泵并在液压回路中产生足够的液压时，液压致动器自动使机械离合器连接。因此，动力经由离合器传递至压缩机。当驱动发动机停止时，在液压回路中没有占优势的液压，由此致动器使离合器移动至打开位置。当下一次起动驱动发动机时，断开所述压缩机的传动，这使起动更容易。
一个实施例的思想是岩石凿钻设备包括控制单元，所述控制单元中能安装至少一种控制策略，以控制压缩机的操作。控制单元被布置成控制传动装置在以下情形中的任一情形下断开至少一台压缩机：驱动发动机起动、岩石凿钻设备开动(tramming)、清洁和维护冲洗系统。
一个实施例的思想是冲洗剂管或罐设置有至少一个传感器，并且从该传感器获得的测量信息被发送至控制单元。控制单元借助于传感器监测对压力介质的需求，并基于该需求控制压缩机的连接和断开。此外，控制单元可监测自动循环或由操作者发出的控制命令，并基于它们控制压缩机。
一个实施例的思想是驱动发动机、传动装置和压缩机一个接一个地布置，由此它们形成伸长的单元。压缩机并排布置，由此压缩机的数量不会影响动力单元的长度。由驱动发动机、传动装置、压缩机和可能有的一台或多台液压泵形成的这种动力单元横跨地定位在岩石凿钻设备的运载工具上。当使用两台或多台具有较低功率的压缩机代替一台高功率的压缩机时，动力单元的长度可较小，由此，运载工具的宽度能够是合理的。具有较低功率的压缩机通常比高功率压缩机短。
一个实施例的思想是驱动发动机为内燃发动机。
附图说明
本发明的一些实施例在附图中得到更详细地说明，其中：
图1示意性地示出岩石凿钻设备，根据本发明的布置结构能应用于所述岩石凿钻设备；
图2示意性地示出用于操作压缩机的布置结构；以及
图3进一步示意性地并且以透视图示出由内燃发动机、传动装置和两台压缩机形成的动力单元。
为了清楚起见，在附图中简化地示出本发明的实施例。相似的部件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1所示的岩石凿钻设备1包括能移动的运载工具2，能移动的运载工具2设置有一个或多个凿钻臂3，凿钻臂3具有凿钻单元4。凿钻单元4包括岩石凿钻机5，借助于进给装置7，岩石凿钻机5能在进给梁6上移动。借助于布置在运载工具2上的内燃发动机8使用岩石凿钻设备1。通常，内燃发动机8为柴油发动机。从内燃发动机8获得的动力用作例如发电机和液压泵的动力源，所述发电机和液压泵产生用于例如驱动传动、凿钻和钻臂所需的能量。压缩机9a、9b也利用所述动力操作。压缩机9用于产生压缩空气，能用所述压缩空气冲洗待凿钻的凿钻孔10。压缩空气沿冲洗系统的冲洗管11供应给岩石凿钻机5，并进一步通过钻具12中的管注入凿钻孔10。钻具12可包括一根或多根钻杆以及布置在其最远端的钻头13。钻杆可以是管状件并且钻头可具有所需的冲洗管。输送到凿钻孔10中的压缩空气在凿钻期间将从岩石分开的碎屑推出凿钻孔。岩石凿钻设备1可包括集尘系统，借助于所述集尘系统，可将碎屑从凿钻孔10沿软管等的吸管14吸出至除尘分离器15。此外，压缩空气可用于产生油雾，所述油雾用于润滑岩石凿钻机5的钻柄、清洁除尘分离器的过滤器和与维护工作相关的清洁。
如从图1所看到的，存在两台压缩机，即第一压缩机9a和第二压缩机9b，所述两台压缩机借助于传动装置16连接，以通过内燃发动机8操作。也可存在超过两台的压缩机，例如三台或四台。此外，压缩机可具有相同或不同的功率。由压缩机9a、9b产生的压缩空气能被输送到一个共用的压缩空气罐17中，或者作为选择，各压缩机均可具有单独的压缩空气罐。传动装置16可以是例如齿轮箱的机械齿轮传动系统，借助于所述机械齿轮传动系统，能将内燃发动机8的旋转速度转变成适合于压缩机9的旋转速度。此外，传动装置16可包括离合器，通过所述离合器，能使任一台压缩机或两台压缩机与传动断开和重新连接。所述离合器允许在内燃发动机运转的同时连接和断开压缩机。离合器可以是适合于该用途的任何离合器，诸如盘式离合器或多盘式离合器。连接和断开离合器可借助于一个或多个致动器进行。
此外，岩石凿钻设备1包括一个或多个控制单元18，所述一个或多个控制单元18可布置于设置在运载工具上的驾驶室中。控制单元18还可以是计算机、可编程逻辑器或适合于该用途任何其他装置，借助于所述控制单元18，能由操作者交互地控制岩石凿钻设备1的操作。控制单元18可被布置成根据预定的控制策略控制压缩机9的操作。作为选择，操作者可手动地发出命令，以控制压缩机的操作。如稍后将在图3的情况中所描述的，又一选择是控制单元根本不控制压缩机，而是它们的控制以另一方式被布置成自动的。
图2是用于对压缩机9a、9b的操作进行控制的布置结构的大大简化的视图。控制单元18可控制致动器19a、19b，通过所述致动器19a、19b，机械离合器20a、20b能被使用成根据期望的控制策略，使压缩机9a、9b能连接至传动和与传动断开。离合器20a、20b可位于齿轮传动系统21与压缩机9a、9b之间。致动器19例如可以是液压缸或另一压力介质致动构件乃至电力构件，其提供用于使离合器20连接和断开所需的移动。借助于齿轮21，从内燃发动机8获得的旋转速度能转变成适合于压缩机9a、9b的速度。如有需要，能将合适的旋转速度从齿轮传动系统传递至各压缩机，或者可存在与压缩机相关的单独的减速装置或增速装置。控制单元18可控制致动器19a、19b，以例如在内燃发动机8起动的持续时间内使离合器20a、20b断开。此外，同样在根据控制策略的其它情形下，可使一个或多个压缩机连接至传动或与传动断开。从压缩机9a、9b获得的压缩空气沿冲洗管11输送至罐17并进一步输送至岩石凿钻机。与冲洗管11和压缩机9相关，可存在诸如阀的所需的控制构件22，如果需要，所述控制构件22允许影响压缩空气的流动和压力，并进一步控制压缩空气的供应。
此外，控制单元18可监测冲洗系统中对压缩空气的需求，并相应地使压缩机连接至传动和使压缩机与传动断开。为了监测，冲洗管11可包括一个或多个传感器27，以测量压缩空气的压力或流动。
图3示出紧凑的动力单元23，所述动力单元23包括内燃发动机8、传动装置16、两台压缩机9a、9b和至少一台液压泵24。动力单元23相对较短，由此所述动力单元23能沿相对于岩石凿钻设备的运载工具的纵向方向L的横跨方向T布置。压缩机9a、9b可相互并排或叠置连接至传动装置16。液压泵24可通过固定传动连接至传动装置16，由此一旦起动内燃发动机8，所述液压泵24就开始在液压回路25中产生液压。当内燃发动机8停止时，通过离合器20a使第一压缩机9a与传动断开。与离合器20a相关，可存在液压致动器19a，所述液压致动器19a连接至液压回路25，并且被布置成当液压回路25中的压力充足时使离合器20a连接。此外，与离合器20a相关，可存在例如弹簧构件等，所述弹簧构件等在液压回路25中的压力比预定低时使离合器20a断开。当起动内燃发动机8时，第一压缩机9a未连接至传动，因此所述第一压缩机9a不会使起动更困难。在起动之后，液压泵24在液压回路25中产生液压，并自动地使致动器19a操作和使第一离合器20a连接。第二压缩机9b可持续地连接至传动，或者在某些情况下，也可存在与第二压缩机9b相关的离合器，借助于所述离合器，能控制与传动的连接。还从图3看到的是，在压缩机与传动装置16之间可存在压缩机专用的减速装置26或类似传动构件。
同样可行的是，将CVT(无级变速传动)技术用于连接和断开压缩机以及控制功率。例如，能使用在EP-1499818-B1中公开的解决方案，其中机械地连接至行星齿轮传动系统的压缩机是可停止的。
可根据几种不同的控制策略和情形连接和断开压缩机。在低温条件下，可连接一个单个的压缩机，并且可借助于所述一个单个的压缩机使冲洗系统运转至正常的工作温度，由此控制系统的发热。这样，避免了突然的大量生热和由其所产生的问题。此外，当已凿钻出凿钻孔并且一个较低输出的压缩机的输出足以实现除尘分离器过滤器的清洁循环时，可断开一个高功率的压缩机。在清洁循环之后，同样能断开较低输出的压缩机。更进一步的，可根据凿钻位置相对于海平面有多高来连接和断开压缩机。在高海拔气候中，例如在山区，大气压力较低，由此可连接几个压缩机以提供足够的输出。当较靠近海平面使用相同的岩石凿钻设备时，因为大气压力较高，并且能够较容易地获得足够的压缩空气输出，所以可断开一个或多个压缩机。因此，在无任何结构改变的情况下，可在不同的海拔和气候中使用相同的岩石凿钻设备。另外，当凿钻特别大的凿钻孔并且对冲洗空气的需求大时，可连接上低输出的辅助压缩机。在普通的凿钻中，基本的压缩机是足够的，并且能保持低输出的辅助压缩机断开。此外，在内燃发动机的驱动和冷起动的持续时间内，可断开一个或多个压缩机或全部压缩机。可行的是，仅在凿钻和除尘分离器过滤器的清洁循环期间连接一个或多个压缩机。当然，也可根据其它控制策略进行连接和断开。
应指出的是，可通过利用不同的离合器、传动元件和其它机械机器零件应用本发明的思想。
在某些情况下，代替内燃发动机的是，驱动发动机例如可以是电发动机。同样在这样的情况下，例如在较容易的起动、耐久性和能量经济性方面实现在本申请中提出的优点。
在偏离以上解决方案的一个解决方案中，岩石凿钻设备仅包括一台压缩机。可根据在本申请中提出的任何控制情形控制压缩机的连接和断开，并通过利用在本申请中提出的装置实现连接。例如，可仅在凿钻和除尘分离器过滤器的清洁的持续时间内连接压缩机，否则保持所述压缩机断开。这样，例如在冷起动和能量经济性方面实现以上优点。
在某些情况下，在本申请中提出的特征同样地可以与其它特征无关的方式使用。另一方面，如果需要，可组合在本申请中提出的特征，以形成不同的组合。
附图和相关的说明仅用于阐明本发明的思想。本发明的细节可在权利要求的范围内变化。

Claims (13)

1.一种岩石凿钻设备，包括：
能移动的运载工具(2)；
至少一个凿钻臂(3)，所述至少一个凿钻臂(3)布置在所述运载工具(2)上；
凿钻单元(4)，所述凿钻单元(4)布置在所述凿钻臂(3)上，且所述凿钻单元(4)包括：进给梁(6)；岩石凿钻机(5)；进给装置(7)，借助于所述进给装置(7)，所述岩石凿钻机(5)能在所述进给梁(6)上沿进给方向和返回方向移动；以及钻具(12)，所述钻具(12)能连接至所述岩石凿钻机(5)；
驱动发动机(8)，所述驱动发动机(8)用于产生所述岩石凿钻机(1)所需的驱动功率；
冲洗系统，所述冲洗系统包括：至少一台压缩机(9)，所述至少一台压缩机(9)用于产生压缩空气；至少一根冲洗管(11)，所述至少一根冲洗管(11)用于将压缩空气从所述压缩机(9)输送至所述岩石凿钻机(5)，并且沿所述钻具(12)进一步输送到待凿钻的凿钻孔(10)中；以及
至少一个传动装置(16)，所述至少一个传动装置(16)用于连接要由所述驱动发动机(8)操作的所述压缩机(9)；
其特征在于，
所述冲洗系统包括至少两台压缩机(9a、9b)；以及
根据需求，所述至少一台压缩机(9a、9b)能与借助于所述传动装置(16)而从所述驱动发动机(8)获得的驱动动力断开，并且另一方面，能借助于所述传动装置(16)连接。
2.根据权利要求1所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述传动装置(16)包括机械齿轮传动系统(21)；以及
所述传动装置(16)包括用于断开至少一台压缩机(9a、9b)与所述驱动发动机(8)之间的传动的至少一个机械离合器(20a、20b)。
3.根据权利要求2所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
至少一台液压泵(24)被布置成由所述传动装置(16)操作，用以在液压回路(25)中产生液压；
所述离合器(20a)被布置成借助于液压致动器(19a)操作；以及
所述致动器(19a)被连接至所述液压回路(25)。
4.根据权利要求1所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述传动装置(16)是行星齿轮；以及
至少一台压缩机(9a、9b)的旋转速度能借助于所述行星齿轮控制，并且能完全停止。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述岩石凿钻设备(1)包括第一压缩机(9a)和第二压缩机(9b)；
所述第一压缩机(9a)具有比所述第二压缩机(9b)高的输出功率；
能借助于所述传动装置(16)连接和断开具有较高功率的所述第一压缩机(9a)；以及
具有较低功率的所述第二压缩机(9b)借助于固定传动而连接，以通过所述驱动发动机(8)持续地操作。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述岩石凿钻设备(1)包括控制单元(18)，在所述控制单元(18)中能安装至少一种控制策略，以控制所述压缩机(9a、9b)的操作；以及
所述控制单元(18)被布置成控制所述传动装置(16)在以下情形中的任一情形下断开至少一台压缩机(9a、9b)：所述驱动发动机起动、所述岩石凿钻设备开动、维护所述冲洗系统。
7.根据权利要求6所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述岩石凿钻设备(1)包括控制单元(18)，在所述控制单元(18)中能安装至少一种控制策略，以控制所述压缩机(9a、9b)的操作；以及
所述控制单元(18)被布置成监测对冲洗空气的需求，并仅保持所需数量的压缩机(9a、9b)处于操作状态下，以在每一特定情况中产生所需的冲洗空气。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述压缩机(9a、9b)为固定排量泵。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的岩石凿钻设备，其特征在于，
所述驱动发动机(8)为内燃发动机。
10.一种凿钻岩石的方法，所述方法包括：
利用岩石凿钻机(5)凿钻出凿钻孔(10)；
在所述凿钻期间，利用压缩空气冲洗所述凿钻孔(10)；
利用至少一台压缩机(9)产生在所述冲洗中所需的压缩空气；以及
利用借助于传动装置(16)而连接至所述压缩机(9)的驱动发动机(8)操作所述压缩机(9)，
其特征在于，
使用至少两台压缩机，即第一压缩机(9a)和第二压缩机(9b)用于产生在所述冲洗中所需的压缩空气；以及
在预定的情形下断开至少一台压缩机(9a、9b)的传动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
借助于至少一个控制单元(18)和设定在所述至少一个控制单元(18)中的控制策略来自动控制至少一台压缩机(9a、9b)的连接和断开。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
监测冲洗系统中对压缩空气的需求；以及
连接所需数量的由所述控制单元(18)控制的压缩机(9a、9b)，以在每一具体情况中产生所需的压缩空气量。
13.根据前述权利要求10至12中的任一项所述的方法，其特征在于，
在所述驱动发动机(8)起动的持续时间内断开至少一台压缩机(9a、9b)。
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