CN102281995B - 钻岩机及轴向轴承模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配备有轴向轴承（18）的钻岩机（5），所述轴向轴承（18）具有用于设定钻柄（7）的轴向位置并用于阻尼从岩石返回的应力脉冲的至少一个轴向活塞（39a、39b）。所述轴向轴承包括能整体地从一个安装方向拆卸的模块（21a、21b）。所述轴向轴承模块包括所有必要的密封件（42a、42b）、轴承表面（40a、40b）和模块框架（38a、38b）。由所述轴向轴承的操作引起的支撑力（FA、FB）借助于所述模块框架中的支撑构件而直接地传递到钻岩机的本体（11），所述本体（11）至少在所述轴向轴承（18）处为一体部件。

Description

钻岩机及轴向轴承模块

技术领域

本发明涉及一种钻岩机，其包括本体、设置在本体内的冲击元件以及还有钻柄，工具能被附接到钻柄以用于破碎岩石。冲击装置包括通过钻柄对工具产生应力脉冲的冲击元件。另外，钻岩机包括具有一个或多个压力介质操作的轴向活塞的轴向轴承，可利用该轴向轴承而在轴向方向上相对于本体将钻柄朝向击打方向推动预定的行进长度。钻柄的撞击表面于是可被设定在所要求的轴向点处，用于接收应力脉冲。轴向活塞借助压力介质进行操作，其中轴向活塞包括定位在属于轴向轴承的工作压力空间中的工作压力表面，压力介质的压力可从进给通道进给到工作压力空间。于是，力可在击打方向上被引导到轴向活塞。本发明还涉及轴向轴承模块。

背景技术

钻岩机装备有轴向轴承是已知的，属于钻岩机的钻柄能在钻凿期间借助于轴向轴承而移动到计划好的撞击点。之后可通过调节钻柄的位置来调节击打力量。此外，轴向轴承可用来阻尼从岩石反射回到钻岩机的应力脉冲。轴向轴承通常被定位在钻岩机的前部本体和后部本体之间的中间凸缘中。已知轴向轴承的缺点是：由轴向轴承的操作引起的支撑力在钻岩机的结构上引起不必要的应变。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖且改进的钻岩机和轴向轴承模块。

本发明的钻岩机的特征在于：轴向轴承包括至少一个轴向轴承模块，轴向轴承模块包括至少一个轴向活塞、至少一个密封件、至少一个轴承表面、和模块框架；模块框架的外表面配备有至少一个固定的支撑构件，其用于将由轴向轴承的操作引起的支撑力从轴向轴承直接传递到钻岩机的本体；且钻岩机的本体至少在轴向轴承处为没有接合表面的一体部件。

本发明的轴向轴承模块的特征在于：轴向轴承模块包括至少一个轴向活塞、至少一个密封件、至少一个轴承表面、和模块框架；轴向轴承模块是能整体地拆卸和安装在钻岩机中适当位置的一体部件；且模块框架为套筒状部件且在其外缘上包括用于独立于钻岩机来紧固轴向轴承模块的至少一个锁紧托架。

本发明的构思是钻岩机的轴向轴承包括能整体地拆卸和安装在本体内的空间中适当位置的一个或多个轴向轴承模块。轴向轴承模块包括一个或多个轴向活塞、一个或多个轴承表面、密封件和模块框架。另外，由轴向轴承的操作引起的支撑力借助模块框架中的至少一个锁紧构件而直接地传递到钻岩机的一体本体部分。所述一体本体部分在轴向轴承处不具有任何接合表面。

本发明提供了如下优势：轴向轴承模块在一个一体实体中包括用于轴向轴承的操作的所有必要的部件。轴向轴承模块可方便地以一个实体拆卸且用新的实体更换。另外，磨损后的密封件和可能地还有轴承可在修理车间内在良好状态下拆卸和更换。因为支撑力从轴向轴承模块传递到一个一体本体部分，所以在轴向轴承处没有接合表面。这样，能避免在现有技术解决方案中存在的问题，且这些问题由引导到接合表面的应变和磨损以及引导到接合构件(比如系紧螺栓)的载荷引起。本发明的结构因而能比之前的解决方案更耐用和坚固。

实施方式的构思是钻岩机的本体为没有接合表面的一个单个一体部件。整体结构不具有接合表面以及在其各部分之间的系紧螺栓，载荷通过由轴向轴承引起的支撑力而引导到整体结构。一体钻岩机可因此比之前的钻岩机更坚固且更无需维护。此外，其可以是较轻的且较短的。应注意，可能位于本体前端的冲洗室以及位于后端的后盖或蓄压器不是本体的部分。

实施方式的构思是钻岩机的本体由两个或更多个互相连接的本体部分形成。然而，本体部分之间的接合不是在轴向轴承处或在支撑力的作用下，从而没有由轴向轴承的操作引起的支撑力被引导到接合部。沿轴向轴承的一体结构接收相反方向的支撑力并根据需要向前传递支撑力。

实施方式的构思是轴向轴承模块能整体地拆卸和安装在位于本体中的空间内而不必拆开钻岩机的本体部分。因为在安装轴向轴承模块时不必拆开钻岩机的本体，因此可在工作现场进行的轴向轴承的较小的维护、部件更换和其他修理工作，且不必从进给梁拆卸钻岩机。

实施方式的构思是轴向轴承模块从钻岩机的前端布置在适当位置。模块框架中的支撑构件随后被布置成将由轴向轴承引起的且作用在击打方向上的轴向支撑力直接地传递到钻岩机的本体。因而，支撑构件至少传递与安装方向相反的支撑力。

实施方式的构思是轴向轴承模块从钻岩机的后端布置在适当的位置。模块框架中的支撑构件随后被布置成将由轴向轴承引起的且作用在返回方向上的轴向支撑力直接地传递到钻岩机的本体。因而，支撑构件至少传递与安装方向相反的支撑力。

实施方式的构思是模块框架中的支撑构件被布置成传递由轴向轴承引起的在击打方向和返回方向这两个方向上的支撑力。

实施方式的构思是借助一个或多个形成锁紧作用(form-locking)的构件而将一个或多个轴向轴承模块紧固到钻岩机的本体。形成锁紧作用的构件形成在模块框架中。

实施方式的构思是一个或多个轴向轴承模块借助卡口紧固作用而紧固到钻岩机的本体。

实施方式的构思是至少一个轴向轴承模块的模块框架配备有至少一个支撑表面、支撑肩部、支撑凸缘或对应的构件，由轴向轴承的操作引起的支撑力可利用上述至少一个支撑表面、支撑肩部、支撑凸缘或对应的构件而直接地传递到钻岩机的本体。模块框架中的支撑肩部可随后传递在第一方向上的支撑力，且支撑表面可传递在第二、相反的方向上的支撑力。

实施方式的构思是轴向轴承包括在轴向方向相继布置的至少两个轴向轴承模块。每个模块的框架可包括其自己的支撑托架等。

实施方式的构思是轴向轴承包括至少两个连续的轴向轴承模块，其中的最后安装的模块(即最外面的模块)布置成在轴向方向上将另一模块锁紧到适当位置。最外面模块的模块框架配备有将支撑力传递到本体并将模块锁紧在适当位置的锁紧托架。

实施方式的构思是模块框架的外表面配备有螺纹，该螺纹布置成当模块框架围绕其中心轴线转动时锁紧到钻岩机的本体。螺纹随后作为锁紧构件，其能至少将与安装方向相反的支撑力传递到钻岩机的本体。

附图说明

本发明的一些实施方式在附图中进行更详细的说明，在附图中：

图1是设置在钻臂上的钻岩单元的示意性侧视图，

图2是根据图3的钻岩机的一部分的示意性剖视图，

图3是装备有轴向轴承模块的钻岩机的示意性剖视图，

图4-7是本发明的轴向轴承模块的结构及其在钻岩机的本体上的安装和锁紧的示意性、剖视和透视图，以及

图8是装备有图4-7的轴向轴承模块的钻岩机的示意性剖视图。

在图中，本发明的一些实施方式为了清楚而简化示出。在图中相似部件用相同附图标记标示。

具体实施方式

图1示出可设置在钻岩设备的钻臂2等上的钻岩单元1。钻岩单元1可包括进给梁3，钻岩机5设置在进给梁3上且借助于进给装置4移动。钻岩机5可被紧固到滑架36且可在击打方向A和返回方向B上移动。此外，钻岩机5包括用于对钻柄7产生撞击脉冲且使撞击脉冲进一步通过工具8到达岩石9的冲击装置6。工具8可包括一个或多个钻杆、和钻头。可替代地，工具8可为整体杆，在该情形中，像钻柄7这样的机器构件可被认为能固定地连接到其钻岩机侧一端。因此，在本专利申请中钻柄还可指整体杆等的后端，轴向轴承可作用于该整体杆。此外，钴岩机5可包括用于使钻柄7和工具8围绕其纵轴旋转的旋转装置10。钻柄7被布置成将撞击、旋转和进给力传递到钻凿工具，钻凿工具则将它们传递到正被钻凿的岩石9。

冲击装置6可包括冲击活塞，该冲击活塞借助于冲击介质而前后移动且布置成在击打方向A上撞击钻柄7的撞击表面。代替冲击活塞，能使用用于产生撞击脉冲的任何其他冲击构件或元件。撞击脉冲不必由动能产生，而是例如其也可直接由压力能量产生。此外，代替压力能量，产生撞击脉冲所需的能量也可由一些其他能量例如电能产生。因而，可以说，冲击装置的结构和操作原理不是所讨论的本发明的实质点。

借助图2和图3大体描述了钻岩机和轴向轴承的结构和操作。本发明的实施方式稍后在图4-8中给出。然而，应提到，根据需要，图2和图3的描述中提到的特征也可适用于本发明的解决方案。

图2和图3中显示的钻岩机5具有一个本体，换句话说，其包括一个单个一体本体11。本体11可以是内部设置有冲击装置6、轴向轴承18、旋转装置齿轮系统13和钻柄7的管状件。冲击装置6包括可以为冲击活塞的冲击构件14，例如，其布置成借助于压力介质而在轴向方向上前后移动，使得在冲击构件14的前端处的撞击表面15布置成撞击钻柄7的后端处的撞击表面16。应提到，在本专利申请中，钻岩机5的部件的前端指的是击打方向A侧一端，且相应地，部件的后端指的是返回方向B侧一端。属于齿轮系统13的旋转套筒17包围了钻柄7，用于将由旋转装置10提供的旋转扭矩传递到钻柄7。钻柄7和旋转套筒17之间的连接允许钻柄7在轴向方向上移动。在旋转装置10和旋转套筒17之间可设置中间齿轮70。

钻柄7的轴向方向位置可受轴向轴承18作用，轴向轴承18可包括在轴向方向上可移动的一个、两个或多个活塞。钻柄7可借助于第一轴向活塞19而从钻柄7的后侧受到支撑。轴向活塞19可布置成直接或通过支撑套筒90而作用于钻柄7。第一活塞19可以是可围绕冲击构件14布置的套筒状部件。另外，可围绕第一活塞19设置套筒状的第二轴向活塞20。当压力流体压力被引入活塞19和20的压力室中时，活塞19和20可以在轴向方向上相对于彼此移动。第二活塞20在击打方向A上的移动可设定成短于第一活塞19在击打方向A上的移动。第一活塞19在击打方向A上的移动可被制定成使得当进给阻力变得较小时，钻柄的撞击表面16可被移动成处在计划好的撞击点的前面，由此与冲击构件14相关联的阻尼器可减少例如当钻凿较软岩石时传递到工具8的冲击力。此外，轴向活塞19、20在击打方向A上的共同力可被制定成大于进给力。可替代地，一个轴向活塞的力效果单独地制定成大于进给力。利用轴向活塞19、20，不仅能影响撞击点的轴向位置而且也能阻尼由从岩石返回的应力脉冲引起的返回运动。当上述的返回运动被引导到轴向活塞19、20时，从活塞的压力室释放的压力流体被引导通过合适的节流装置，从而提供阻尼作用。至于轴向轴承的一般操作原理和结构，指的是公报FI84701、FI20030016和US6186246中所述的，且声明其所述的内容也包括在本专利申请中。

图2表示了由轴向轴承的操作引起的支撑力被传递到本体11所处的点。作用在击打方向上的支撑力FA借助于紧固凸缘22传递，而作用在返回方向上的支撑力FB借助于肩部74传递。

图4-8显示了本发明的包括第一轴向轴承模块21a和第二轴向轴承模块21b的替代性轴向轴承18，在冲洗室、钻柄7、旋转套筒17和在轴向轴承18的前面的其他可能的部件已经被拆卸之后，第一轴向轴承模块21a和第二轴向轴承模块21b在轴向方向上在本体11内部从一个安装方向连续地布置，在本例中是从钻岩机5的前端连续地布置。在图4-7中仅为了清楚起见而部分地示出的本体11至少沿轴向轴承18的部分是没有接合表面的一体部件，由轴向轴承18引起的支撑力可加载到接合表面。如图8更清楚地看到的，第一轴向轴承模块21a包括模块框架38a、轴向活塞39a、轴承40a、轴承壳41a和密封件42a。第一轴向轴承模块21a可安装在适当位置且以一个一体部件拆卸。在第一轴向轴承模块21a被推动到适当位置之后，可在相同的安装方向以图4所示的方式布置第二轴向轴承模块21b。还能同时一起安装和移除轴向轴承模块21a和21b。第二轴向轴承模块21b对应地包括模块框架38b、轴向活塞39b、轴承40b、轴承壳41b和密封件42b。因而，两个轴向轴承模块21a、21b是易于操纵、拆卸和安装的部件。如图4所示，第二轴向轴承模块21b的模块框架38b可包括一个或多个锁紧托架43，该一个或多个锁紧托架43可在安装过程中被推入本体11的开口44内。当第二轴向轴承模块21b随后以图5所示方式围绕其纵向轴线转动有限角度时，锁紧托架43远离开口44移动且锁紧到本体11的锁紧表面或肩部65。第二轴向轴承模块21b的紧固可因而通过卡口锁紧来实现。自然地，还能使用形成在本体上的其他固定的形成锁或其他整体的紧固构件。第二轴向轴承模块21b还将第一轴向轴承模块21a锁紧在适当位置，由此第一轴向轴承模块21a不必必需配备有紧固构件，但是这自然是可能的。由轴向轴承18的操纵引起的支撑力FA和FB借助锁紧托架43或对应的紧固装置和肩部74而直接传递到钻岩机的本体11。

图6和图7显示了第二轴向轴承模块21b围绕其纵轴线的旋转可利用轴承套筒45防止。轴承套筒45可在本体1l的开口44处包括轴向方向托架46。当轴承套筒45在轴向方向上被推动到适当位置时，托架46推入开口44中且锁紧第二轴向轴承模块21b，以防转动。在图8的剖视图中，该锁紧布置是不可见的。轴承套筒45可包括用于将旋转套筒17与轴承装配在一起的轴承。

图4-8所示的轴向轴承18的一个实施方式可以是仅具有一个轴向轴承模块21的实施方式。而且，另一实施方式可包括通过钻岩机5的后端安装(即后装式)在本体11内的空间中的一个或两个轴向轴承模块21a、21b。此外，两个轴向轴承模块21a、21b可配备有其自身的锁紧托架或对应的支撑构件，用于将支撑力传递到钻岩机的本体。

代替一体式本体11，还能使用由两个或多个本体部分构成的本体，但是本体部分之间的接触点优选地定位成使得由轴向轴承18的操作引起的支撑力不通过本体部分之间的接触点。因而，接触点应存在于点FA和FB之间的部分之外。这样，能避免对接触点以及本体部分的紧固螺栓加载。

应提到，模块框架可配备有由轴承金属例如轴承青铜制成且比如通过焊接或铸造而布置在模块框架中的轴承。模块框架于是不必具有用于分离的轴承构件的实际轴承壳，而是其具有整体结构类型。而且，能通过使用合适的涂层形成所需要的轴承表面。轴向轴承模块的轴承表面可因而由分离的轴承件、被结合到模块框架的滑动轴承、或轴承涂层形成。

在一些情形下，本专利申请中公开的特征可照这样被使用而不管其他特征。另一方面，本专利申请中公开的特征可在必要时组合以形成各种组合。

附图和相关描述仅意图用以示出本发明的构思。本发明可在权利要求书的范围内在细节上改变。

Claims (9)

1.一种钻岩机，包括：

本体（11）；

冲击装置（6），所述冲击装置（6）包括用于产生应力脉冲的冲击元件（14）；

钻柄（7），所述钻柄（7）为在击打方向（A）上布置在所述冲击元件（14）的前面的伸长形部件，所述钻柄（7）具有用于接收所述应力脉冲的撞击表面（15），且进一步，所述钻柄（7）能在轴向方向上相对于所述本体（11）移动；

轴向轴承（18），所述轴向轴承（18）包括至少一个压力介质操作的轴向活塞（19、20），借助于所述轴向活塞（19、20），所述钻柄（7）在所述轴向方向上相对于所述本体（11）被朝向所述击打方向（A）推动预定的行进长度，由此所述钻柄（15）的所述撞击表面（15）能设定在所要求的轴向点处，以用于接收应力脉冲；

且其中所述轴向活塞（19、20）包括定位在属于所述轴向轴承（18）的至少一个工作压力空间内的至少一个工作压力表面，压力介质的压力从至少一个进给通道进给到所述至少一个工作压力表面，由此在所述击打方向（A）上的力能引导到所述轴向活塞（19、20）；

其特征在于，

所述轴向轴承（18）包括至少一个轴向轴承模块（21、21a、21b），所述轴向轴承模块（21、21a、21b）包括至少一个轴向活塞（39a、39b）、至少一个密封件（42a、42b）、至少一个轴承表面（40a、40b）、和模块框架（38a、38b），

所述轴向轴承模块被安装在所述本体内的空间中，

所述模块框架（38a、38b）的外表面配备有至少一个固定的支撑构件，其用于将由所述轴向轴承（18）的操作引起的支撑力（FA、FB）从所述轴向轴承直接传递到所述钻岩机的所述本体（11），并且

所述钻岩机的所述本体（11）至少在所述轴向轴承（18）处为没有接合表面的一体部件。

2.如权利要求1所述的钻岩机，其特征在于，

所述模块框架（38a、38b）利用形成锁紧作用而紧固到所述钻岩机的所述本体（11）。

3.如权利要求1或2所述的钻岩机，其特征在于，

所述模块框架（38a、38b）是套筒状部件，

所述模块框架（38a、38b）的外缘具有至少一个锁紧托架（43），

所述钻岩机的所述本体（11）具有至少一个锁紧肩部（65），且

所述锁紧托架（43）被布置成在所述轴向轴承模块（21b）已经在所述轴向方向上被推动到适当位置且围绕其纵向轴线转动有限角度之后锁紧到所述锁紧肩部（65）。

4.如权利要求1或2所述的钻岩机，其特征在于，

所述钻岩机（5）的所述本体（11）为一个单个一体部件。

5.如权利要求1或2所述的钻岩机，其特征在于，

所述钻岩机（5）的所述本体（11）由之间具有接合表面的至少两个互相连接的本体部分形成，且

所述轴向轴承模块（21a、21b）能整体地拆卸及安装在适当位置，而不用拆开所述钻岩机的所述本体（11）。

6.如权利要求1或2所述的钻岩机，其特征在于，

所述轴向轴承模块（21a、21b）能整体地从所述钻柄（7）的方向拆卸及安装在适当位置，且

所述模块框架（38a、38b）的所述支撑构件被布置为将由所述轴向轴承（18）引起的且作用在所述击打方向（A）上的轴向力（FA）直接传递到所述钻岩机的所述本体（11）。

7.如权利要求1或2所述的钻岩机，其特征在于，

所述轴向轴承模块（21a、21b）能整体地从与所述钻柄（7）相反的方向拆卸及安装在适当位置，且

所述模块框架（38a、38b）的所述支撑构件被布置为将由所述轴向轴承（18）引起的且作用在返回方向（B）上的轴向力（FB）直接传递到所述钻岩机的所述本体（11）。

8.如权利要求1或2所述的钻岩机，其特征在于，

所述轴向轴承（18）包括在轴向安装方向上布置在所述本体（11）内的空间中的至少两个连续的轴向轴承模块（21a、21b）；

最后安装的最外面的轴向轴承模块（21b）布置成在所述轴向方向上将另一轴向轴承模块（21a）锁紧在适当位置；且

所述最外面的轴向轴承模块（21b）的所述模块框架（38b）具有至少一个支撑构件，所述至少一个支撑构件布置成将由所述连续的轴向轴承模块（21a、21b）的操作引起的支撑力（FA；FB）沿着与所述轴向轴承模块（21a、21b）的安装方向相反的方向传递到所述本体（11）。

9.一种钻岩机的轴向轴承模块，包括至少一个压力介质操作的轴向活塞，借助于所述至少一个压力介质操作的轴向活塞，所述钻岩机的钻柄（7）在轴向方向上相对于所述钻岩机的本体（11）朝向击打方向（A）被推动预定的行程长度，由此所述钻柄的撞击表面（15）能设置在所要求的轴向点处，以接收应力脉冲，

其特征在于，

所述轴向轴承模块（21a、21b）包括至少一个轴向活塞（39a、39b）、至少一个密封件（42a、42b）、至少一个轴承表面（40a、40b）、和模块框架（38a、38b），

所述轴向轴承模块（21a、21b）为能整体地拆卸及安装在钻岩机的本体内的空间中的适当位置的一体部件，且

所述模块框架（38b）为套筒状部件并在其外缘上包括至少一个锁紧托架（43），所述锁紧托架（43）用于独立于所述钻岩机（5）而紧固所述轴向轴承模块（21b）。