CN102292515B - 用于操纵杆状部件的方法、定中心装置及钻岩单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于操纵钻杆的方法、定中心装置以及钻岩单元。能够借助于更换装置(13)将杆(9、18)引入锚杆装置或钻岩单元(4)的中心(K)，以及能够将杆(9、18)从中心移除。位于中心的杆由定中心装置(16)支撑，杆被布置成穿过定中心装置的中心开口(20)。所述定中心装置包括闭合元件(22)，该闭合元件(22)根据更换装置的操作而被打开和关闭。所述更换装置的转动影响推杆(25)，该推杆(25)释放闭合元件的形状锁定并将闭合元件转移到打开位置。当更换装置被往回转到正常位置时，力构件(26)将推杆返回至正常位置且同时闭合元件再次被形状锁定。在闭合位置中，闭合元件被刚性地形状锁定。

Description

用于操纵杆状部件的方法、定中心装置及钻岩单元

技术领域

本发明涉及用于在开凿设备的进给梁上操纵杆状部件的方法。开凿工业中使用的钻杆、岩石锚杆及类似的杆状部件借助更换装置而引入开凿单元的中心以及从开凿单元的中心移走。在操作过程中，位于中心的杆利用布置在进给梁上的一个或多个定中心装置来支撑。为了更换杆，开凿设备和定中心装置被驱动到更换位，在此处更换装置可在横交于进给梁的方向被转动，由此定中心装置的闭合元件同时打开。当更换装置被转回到其正常位置时，定中心装置的闭合元件闭合。

本发明还涉及定中心装置及设置有定中心装置的钻岩单元。

背景技术

钻岩采用了钻岩单元，该钻岩单元的钻岩机和联接至钻岩机的工具在待处理的材料中产生钻孔。工具可包括钻杆和连接到其远端的钻头，或者如果涉及到钻凿长钻孔，则有连续地连接起来的多个钻杆以形成延伸钻杆布置结构。钻杆通常相对较长，且因此有必要借助布置在进给梁上的定中心装置而在钻机和钻孔之间延伸的部分中支撑它们。定中心装置包括供杆布置穿过的中心孔。中心孔的边缘处存在闭合元件，其能在钻杆更换的持续时间内打开。定中心装置例如还可应用在锚杆支撑装置中。

公报FI74778阐述了闭合元件借助弹性力而保持在闭合位置。但是，发现借助弹簧锁定闭合元件是不够的。

发明内容

本发明的目的是提供用于操作杆的新颖且改进的方法以及进一步提供新颖且改进的定中心装置和设置有定中心装置的钻岩单元。

本发明的方法的特征在于，当在闭合位置中时以形状锁定的方式锁定上述定中心装置的闭合元件并且防止闭合元件由于从钻杆施加到闭合元件的力的作用而被打开。

本发明的定中心装置的特征在于，闭合元件当在闭合位置中时利用形状锁定的锁定构件来锁定，由此防止闭合元件由于从钻杆施加到闭合元件的力的作用而打开。

本发明的钻岩单元的特征在于，定中心装置的闭合元件当在闭合位置中时被形状锁定，由此防止闭合元件由于从钻杆施加到闭合元件的力的作用而打开。

本发明的基本思想是，定中心装置的闭合元件当在闭合位置中时以形状锁定的方式被锁定。

本发明的优点是，从钻杆或另一开凿器具施加到闭合元件的力不能够在正常操作期间打开形状锁定的锁定。由力装置产生的力仅需要保持形状锁定构件的相互位置不变，且不需要将其设计成使得其将能够接受从钻杆施加到闭合元件的所有的打开的力。闭合元件的锁定是刚性的，在所有情形中均能确保杆保持在定中心装置中。这是明显优于其中闭合元件仅借助弹性力而保持闭合的现有技术解决方案的。

实施例的基本思想是定中心装置的闭合元件借助相互形状锁定的锁定构件被锁定。

实施例的基本思想是影响闭合元件的相互形状锁定的锁定构件包括至少两个伸长的转移开口以及定位在其之间且沿所述转移开口滑动的枢转销。

实施例的基本思想是借助推杆将打开形状锁定的运动传递到锁定构件，该推杆布置成大致仅在其纵向方向上移动。

实施例的基本思想是定中心装置的框架包括第一伸长的转移开口，该第一伸长的转移开口的中心线与引导构件平行地布置。闭合元件包括第二伸长的转移开口，该第二伸长的转移开口的中心线弯曲且横交于第一转移开口布置。通过所述转移开口，布置横向枢转销，引导构件在线性方向上移动。枢转销和转移开口布置成形成相互的形状锁定，以便将闭合元件保持在闭合位置。当引导构件在第一转移开口的方向上移动枢转销时，所述形状锁定打开且同时闭合元件开始朝打开位置移动。

实施例的基本思想是，在更换装置的转动机构中联接单独的推动表面，其布置成与更换装置一起横交于进给梁地移动。推动表面布置成推动定中心装置的推杆。推动表面可布置成借助于铰接机构而基本上仅在线性方向上移动。

附图说明

本发明的一些实施例将结合附图进行更详细的说明，在附图中：

图1是设置有两个吊臂并设置有开凿单元和布置在其上的锚杆装置的开凿装备的示意性侧视图，

图2是钻岩单元的示意图，

图3是在进给梁的方向上观察到的在定中心装置处于闭合位置的情形下钻岩单元的示意图，

图4是在定中心装置被驱动到更换位且杆的更换装置被转动到中心的情形下图3的钻岩单元的示意图，

图5和图6示意性地和以透视方式显示定中心装置的操作，以及

图7进一步示意性地显示闭合元件的形状锁定以及施加在闭合元件上的力。

为了清楚，在图中，本发明的一些实施例以简化方式示出。在图中，相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

图1所示的开凿装备1包括移动载体2，在该移动载体2上布置一个或多个吊臂3。第一吊臂3a是钻臂且其设置有钻岩单元4。钻岩单元4包括钻岩机5，该钻岩机5可借助进给装置7在进给梁6上移动。钻岩机5能连接到可包括多个连续的钻杆9的工具8，该多个连续的钻杆9利用连接装置比如螺纹连接件而相互连接。而且，在最远端钻杆的末端有钻头10，该钻头10的钻齿在岩石11中切割出钻孔12。钻岩机5可包括向工具8传递冲击脉冲的冲击装置，该工具8将冲击脉冲传递到钻头10并进一步传递到待破碎的岩石11。钻岩机5还可包括旋转装置，由此工具8可在钻凿期间围绕其纵轴旋转。钻岩单元4还可设置有支撑在进给梁6上的杆仓13。杆仓13允许储存用于长孔钻凿和其它钻凿工具所需的延伸杆9。与杆仓13相连接地有至少一个更换装置14，钻凿工具可借此在杆仓13和钻凿轴线(即中心K)之间移位。在进给梁6的远端处的部分中，可存在保持器15，该保持器15的卡爪可夹持工具18，并将其集中于中心K。而且，在钻岩机5和保持器15之间的部分中，可存在一个或多个定中心装置16，该一个或多个定中心装置16布置成与钻岩机5一起在进给梁6上移动。

图1的开凿装备1的第二吊臂3b设置有第二开凿单元40，该第二开凿单元40包括用于操纵诸如岩石锚杆、注射管等的开凿器具18的开凿设备17。可能有必要也利用定中心装置16支撑这些器具。因此，例如可与锚杆装置相连接地存在更换装置14和用于储存杆状器具的仓。此外，其可设置有根据本发明的定中心装置16和用于操纵定中心装置16的装置。

图2显示了钻岩单元4，该钻岩单元4的进给梁6设置有杆仓13，其中钻凿所需的钻杆9或其它杆状器具可被储存在其中。可与杆仓13相连接地布置更换装置14。进给梁6的远端处存在有保持器15。定中心装置16被支撑到进给梁6且其布置成根据钻岩机5的移动而移动。在图2所示的情形中，钻岩机5和定中心装置16被沿反向方向B转移到更换位V，在更换位处，能将钻杆9从杆仓13引入中心K，或者在更换位处，钻杆9可被从中心K移走，以储存在杆仓中。

图3显示了根据本发明的定中心装置16以及用于操作定中心装置16的装置。定中心装置16包括框架19，定中心装置16可借助框架19可移动地布置在进给梁6上。而且，定中心装置16设置有中心开口20，杆状器具比如钻杆能穿过该中心开口20布置。该中心开口20布置在钻岩单元4或另一开凿设备的中心K处。在该中心开口20的周围存在更换开口21，该更换开口21可利用闭合元件22而被部分地或完全地闭合，该闭合元件22的类型可为爪件，其可利用枢转链接件23连接到框架19。闭合元件22可被打开，使得钻杆等可穿过更换开口21布置到中心K或者从中心K取走。当闭合元件22被闭合时，防止钻杆从中心开口20脱离。闭合元件22的打开运动布置成取决于更换装置14在更换位的操作。更换装置14从图3所示的正常位置到图4所示的情形的转动布置成提供闭合元件22的打开和更换开口21的释放。

图3还显示了引导构件24，该引导构件24布置成传递打开闭合元件22所需的运动。引导构件24可为伸长的推杆25，其可被支撑到框架19，使得其可大致仅在其纵向方向上移动。在该情形中，推杆25仅具有待被传递到闭合元件22的操作机构的线性运动L。可利用一个或多个力构件26比如弹簧等产生的闭合力布置成影响闭合元件22。力构件26可布置成影响推杆25且当没有外力被施加到推杆上时将其转移到其正常位置。推杆25可包括在更换装置14的一侧上位于杆的末端处的滚子或类似的滚动装置27，当螺纹连接件被旋拧打开或闭合且需要轴向运动时，滚子或类似的滚动装置27实现定中心装置相对于更换装置的运动。

图3还显示了，更换装置14和与更换装置14成一体的杆仓13可连接到转动杆28，转动杆28平行于进给梁6且可利用合适的转动装置围绕其纵向轴线转动，由此更换装置14的进给位29可施加到中心K。定中心装置16的推杆25借助于推动表面30在大致线性方向上被推动。推动表面30以距更换装置14一定轴向距离的方式布置，且其借助铰接机构31连接到转动杆28和进给梁6。转动杆28的转动实现了更换装置14和推动表面30的运动。铰接机构31预期将推动表面30的行进方向保持在与推杆25相同的方向，使得推杆将不受到任何不必要的应力。铰接机构31可包括铰接到进给梁6的至少一个第一臂32和铰接到转动杆28的至少一个第二臂33。转动杆28可包括曲轴34，该曲轴34可利用销35或被包括在其中的类似的传动构件而将转动运动传递到第二臂33中的伸长的转移开口36。借助转移开口36，与更换装置14所需的行程相比，能为推动表面30布置相对较短的行程。通过改变转移开口36的尺寸，能调节所要获得的行程。

在图3和图4中还呈现的是，推杆25可连接到横向枢转销37，该横向枢转销37可布置成通过设置在定中心装置16的框架中的第一伸长的转移开口38引导来移动。转移开口38的中心线布置成大致与推杆25的线性运动平行。闭合元件22还可包括第二转移开口39，该第二转移开口39的中心线可横交于第一转移开口38。此外，第二转移开口39的中心线可为弯曲的。第一转移开口38确保推杆25的线性运动，且另一方面其与第二转移开口39和枢转销37一起构成用于闭合元件22的形状锁定。在锁定情形中，力构件26仅需要将形状锁定的元件保持在相对于彼此的预定位置中，由此刚性形状锁定接受施加在闭合元件22上的力，并且锁定不取决于由力构件26产生的力。

在某些情形中，第二转移开口39可在其最外部分中包括锁定槽口(未显示)，或者转移开口39中的曲率半径可在其最外部分处改变，由此额外地确保枢转销37和转移开口39之间的形状锁定。仅在推杆25已经将枢转销37推离锁定槽口之后，枢转销37才能够沿转移开口39滑动和相对于铰接件23将闭合元件22转动到打开位置。

图5和图6进一步以透视图示出了定中心装置16和更换装置14之间的协作。

图7显示了闭合元件22的操作和形状锁定以及施加在其上的力。横向力F2、F3从位于中心开口20中的钻杆9施加到闭合元件22上，这些力趋向于相对于枢转链接件23朝着打开位置转动闭合元件22。随后力FR被施加在枢转销37上，且转移开口38形成力FR的相反力FT。而且，随着钻杆9旋转，在中心开口20中于钻杆9和闭合元件22之间产生摩擦力。这些产生转动力F1，该转动力F1也趋向于相对于其枢转链接件23打开闭合元件22。而且，力F1在枢转销37中产生力FR，如图所示，形状锁定形成该力FR的相反力FT。因而，闭合元件22可以不受被传递通过钻杆的任何力的影响而转动到打开位置。只有枢转销37的线性运动L可在由转移开口38引导的方向上打开形状锁定。当枢转销37在此转移开口中朝着右侧的末端位置滑动时，枢转销37同时相对于闭合元件22的枢轴链接件23朝着打开位置推动闭合元件22。当闭合元件22完全打开时，枢转销37位于右侧的末端位置，如图4和图6中看到的。

清楚的是，刚性形状锁定也能以除了上述示例描述的那些之外的其它方式实现。例如，可能的是，以某个其它方式布置转移开口的形状和相互方向。尽管那样，还是要在转移开口和枢转销之间提供相对于打开闭合元件的力的方向的刚性锁定。

尽管图3-图7涉及钻岩单元，但是给出的解决方案或操作原理也可适用于锚杆装置或预期在开凿中操纵杆状部件的任何其它开凿设备。

在某些情形中，本申请中阐述的特征可这样被使用，而不管其它特征。另一方面，本申请中阐述的特征可在必要时被组合以提供各种组合。

附图和相关说明书仅意图示出发明思想。

Claims (19)

1.一种用于操纵开凿设备中的杆状部件的方法，所述方法包括：

利用开凿单元（4、40）执行与钻孔（12）相关的操作，所述开凿单元（4、40）包括开凿设备（5、17）、进给梁（6）和进给装置（7），所述开凿设备（5、17）借助进给装置（7）而沿进给方向（A）和沿反向方向（B）在所述进给梁（6）上移动；

借助属于所述开凿单元（4、40）的更换装置（14），分别将杆（9、18）引入所述开凿单元的中心（K）中和从所述中心（K）引出；

在所述中心（K），将所述杆（9、18）连接到所述开凿设备（5、17）；

在与所述钻孔（12）相关的所述操作中，借助在所述开凿设备（5、17）的前部和所述进给梁（6）的前部之间的部分中的至少一个定中心装置（16）来支撑所述杆（9、18）；

在所述操作之后，将所述开凿设备（5、17）和所述定中心装置（16）沿所述反向方向转移到更换位（V）；并且

在横交于所述进给梁（6）的方向上将所述更换装置（14）转动到所述中心（K），由此同一转动运动也影响所述定中心装置的引导构件（24）且使所述定中心装置的闭合元件（22）打开到打开位置，以便在所述中心（K）接纳所述杆（9、18）或从所述中心（K）移除所述杆；

其特征在于

当在闭合位置中时以形状锁定的方式锁定所述定中心装置的所述闭合元件（22），且防止所述闭合元件（22）由于从所述杆（9、18）施加在所述闭合元件（22）上的力的作用而被打开。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

借助相互形状锁定的锁定装置（37、38、39）来锁定所述定中心装置的所述闭合元件（22）；

借助推杆（25）来将打开所述形状锁定的运动传递到所述锁定装置（37、38、39），所述推杆（25）被布置成基本上仅在所述推杆（25）的纵向方向上移动；

利用所述推杆（25）的线性运动（L）来推动所述闭合元件（22）使其打开；并且

在所述更换装置（14）转动离开所述中心（K）且执行所述闭合元件（22）的形状锁定的同时，闭合所述定中心装置的所述闭合元件（22）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于

借助连接到所述更换装置（14）的转动装置的单独的推动表面（30）将推动运动传递到所述定中心装置的所述推杆（25）。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于

借助连接到所述更换装置（14）的转动装置的单独的推动表面（30）将推动运动传递到所述定中心装置的所述推杆（25）；

借助铰接机构（31）将打开运动从所述更换装置的所述转动装置传递到所述推动表面（30）；并且

在打开运动期间，借助所述铰接机构（31）使所述推动表面（30）的方向相对于所述推杆（25）保持大致不变。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于

在位于所述更换装置（14）中的杆仓（13）中储存多个杆（9、18）且平行地并排支撑所述杆（9、18）。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于

引导所述形状锁定来特别地抵抗力（F1），所述力（F1）由所述杆（9、18）的旋转产生且趋向于沿所述闭合元件（22）的打开方向在所述闭合元件（22）中产生扭矩。

7.一种定中心装置，包括

框架（19），所述框架（19）能够布置在开凿装备（1）的进给梁（6）上；

中心开口（20），杆能够布置成穿过所述中心开口（20），同时处于中心（K）；

至少一个闭合元件（22），所述至少一个闭合元件（22）具有闭合位置和打开位置，由此所述闭合元件（22）在闭合的同时被布置成：在所述中心开口（20）的周围处至少部分地闭合更换开口（21）且防止所述杆在横向方向从所述中心开口（20）脱离；

至少一个力构件（26），所述至少一个力构件（26）布置成提供闭合力，以便将所述闭合元件（22）保持在闭合位置；以及

至少一个引导构件（24），所述至少一个引导构件（24）布置成将力传递到所述闭合元件（22），以便将所述闭合元件（22）从闭合位置转移到打开位置；

其特征在于，

所述闭合元件（22）当在闭合位置中时利用形状锁定的锁定装置（37、38、39）来锁定，由此防止所述闭合元件（22）由于从所述杆施加到所述闭合元件（22）上的力的作用而被打开。

8.根据权利要求7所述的定中心装置，其特征在于

所述闭合元件（22）包括第二伸长的转移开口（39）；

所述引导构件（24）利用枢转销（37）而连接到所述闭合元件（22），所述枢转销（37）布置成当打开运动被引导到所述引导构件（24）时在所述第二伸长的转移开口（39）中滑动；并且

所述枢转销（37）和所述第二伸长的转移开口（39）的相互运动布置成打开所述闭合元件（22）的形状锁定并将所述闭合元件（22）转移到打开位置。

9.根据权利要求7或8所述的定中心装置，其特征在于，

所述引导构件（24）布置成仅将线性运动引导到所述闭合元件（22）。

10.根据权利要求7或8所述的定中心装置，其特征在于

所述引导构件（24）是推杆（25），所述推杆（25）被支撑到所述框架（19）且布置成仅在所述推杆（25）的纵向方向上相对于所述框架（19）移动。

11.根据权利要求7或8所述的定中心装置，其特征在于

所述框架（19）包括第一伸长的转移开口（38），所述第一伸长的转移开口（38）的中心线布置成与所述引导构件（24）平行；

所述闭合元件（22）包括第二伸长的转移开口（39），所述第二伸长的转移开口（39）的中心线是弯曲的且与所述第一伸长的转移开口（38）相横交地布置；

穿过所述第一伸长的转移开口（38）和所述第二伸长的转移开口（39）布置有横向枢转销（37）；

所述枢转销（37）和所述第一伸长的转移开口（38）和所述第二伸长的转移开口（39）布置成形成相互的形状锁定，用以将所述闭合元件（22）保持在闭合位置；并且

所述枢转销（37）利用所述引导构件（24）而在所述第一伸长的转移开口（38）的方向上的移动被布置成打开所述形状锁定。

12.根据权利要求10所述的定中心装置，其特征在于

在所述推杆（25）的第二端处具有滚动装置（27）。

13.一种钻岩单元，包括：

钻岩机（5），至少一个钻杆（9）能够连接到所述钻岩机（5）；

进给梁（6），所述钻岩机（5）被支撑到所述进给梁（6）；

进给装置（7），所述钻岩机（5）能够借助于所述进给装置（7）而沿进给方向（A）和沿反向方向（B）在所述进给梁（6）上移动；

至少一个更换装置（14），所述至少一个更换装置（14）用于分别将所述钻杆（9）移动到所述钻岩单元（4）的中心（K）中以及将所述钻杆（9）从所述中心（K）移走；

转动装置，所述转动装置用于在横交于所述进给梁（6）的方向上转动所述更换装置（14）；

至少一个定中心装置（16），所述至少一个定中心装置（16）用于在所述钻岩机（5）的前端和所述进给梁（6）的前端之间延伸的部分中支撑位于所述中心（K）中的所述钻杆（9）；

所述定中心装置（16）包括：框架（19）；中心开口（20），所述钻杆（9）能够布置成穿过所述中心开口（20），同时处于中心（K）；至少一个闭合元件（22），所述至少一个闭合元件（22）具有闭合位置和打开位置，由此所述闭合元件（22）布置成在闭合的同时：在所述中心开口（20）的周围处至少部分地闭合更换开口（21）并防止所述钻杆（9）在横向方向上从所述中心开口（20）脱离；至少一个力构件（26），所述至少一个力构件（26）布置成提供用于将所述闭合元件（22）保持在闭合位置中的闭合力；以及引导构件（24），所述引导构件（24）布置成将打开的力传递到所述闭合元件（22），以便将所述闭合元件（22）从闭合位置转移到打开位置；并且

其中所述定中心装置（16）布置成在钻凿期间沿进给方向（A）与所述钻岩机（5）一起在所述进给梁（6）上移动且相应地当所述钻岩机（5）和所述定中心装置（16）被转移到更换位（V）时沿反向方向（B）移动；并且此外，

其中所述更换装置（14）在更换位（V）处的转动布置成：影响所述定中心装置的所述引导构件（24）并将所述闭合元件（22）转移到所述打开位置，以便将所述钻杆（9）接纳在所述中心（K）或从所述中心（K）移除所述钻杆；

其特征在于

所述定中心装置的所述闭合元件（22）当在闭合位置中时以形状锁定的方式锁定，由此防止所述闭合元件（22）由于从所述钻杆（9）施加到所述闭合元件（22）上的力的影响而被打开。

14.根据权利要求13所述的钻岩单元，其特征在于

所述定中心装置的所述引导构件（24）是推杆（25），所述推杆（25）被支撑到所述定中心装置的所述框架（19）且所述推杆（25）布置成大致仅在所述推杆（25）的纵向方向上相对于所述框架（19）移动，并且

所述钻岩单元（4）包括连接到所述更换装置的所述转动装置的单独的推动表面（30），所述推动表面布置成与所述更换装置（14）一起横交于所述进给梁（6）地移动。

15.根据权利要求14所述的钻岩单元，其特征在于

沿所述进给梁（6）的纵向方向观察，所述更换装置（14）和所述推动表面（30）以彼此相距一定轴向距离的方式布置。

16.根据权利要求14所述的钻岩单元，其特征在于

所述推动表面（30）布置成在所述更换装置（14）的转动运动期间借助于铰接机构（31）而在所述推杆（25）的纵向方向上移动。

17.根据权利要求16所述的钻岩单元，其特征在于

所述钻岩单元（4）包括转动杆（28），所述转动杆（28）与所述进给梁（6）平行且所述更换装置（14）连接到所述转动杆（28），且所述转动杆（28）布置成借助所述转动装置而绕着所述转动杆（28）的纵向轴线转动；并且

所述推动表面（30）借助至少一个第一铰接臂（32）而连接到所述进给梁（6）并借助至少一个第二铰接臂（33）而连接到所述转动杆（28）。

18.根据权利要求14所述的钻岩单元，其特征在于

所述推动表面（30）的线性运动（L）的幅度布置成小于所述更换装置（14）相对于所述进给梁（6）的横向运动。

19.根据权利要求13或14所述的钻岩单元，其特征在于

所述更换装置（14）包括允许平行地并排储存多个钻杆的杆仓（13）。