CN102933789B - 进给链自动张紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于岩石钻孔组件的链驱动系统的自动张紧系统。在岩石钻孔组件的进给通道的一端联结液压缸。当向液压缸供给加压的液压流体时，液压缸中的柱塞牵拉张紧装置链轮，该张紧装置链轮又向链驱动装置系统的链提供张紧度。这使得能在长时间的运行过程期间向链施加恒定的张紧度，这与手动调节的链驱动装置系统不同，在手动调节的链驱动装置系统中，在进行手动调节之间的运行过程中，链张紧度是变化的。

Description

进给链自动张紧装置

技术领域

本发明总体涉及用于钻深孔的岩石钻孔单元和用在这种钻孔单元的链驱动装置上的张紧系统。

背景技术

当钻头在岩土或其它材料中更深入地钻孔时，一些岩石钻具沿着支承钻具的进给通道平移。进给通道有数十英尺长。钻头通过一个或多个钻杆连接到岩石钻具。当岩石钻具位于沿着进给通道的行程的底部时，将岩石钻具拉出，并将一附加的钻杆安装到钻头与岩石钻具之间。利用位于进给通道的远离正被施钻的孔的端部处的岩石钻具重新开始钻孔过程。随着钻孔过程继续进行，岩石钻具沿着进给通道移动，直到其再次位于行程的底部。

岩石钻具通过链驱动系统沿着进给通道移动。链的一端连接到岩石钻具的一端，而链的另一端连接到岩石钻具的另一端。链和岩石钻具形成一环，该环环绕在与进给通道的一端联结的空转链轮上和位于进给通道的另一端的张紧装置链轮上。该链还与链进给驱动装置的驱动装置链轮啮合。链进给驱动装置控制岩石钻具沿着进给通道运动，并沿着钻头的方向在岩石钻具上提供一作用力，即，在钻头上提供作用力以帮助钻头抓持到正被钻孔的材料上。

通过在链上保持特定的链张紧度从而使链不会从链轮的齿上跳脱、以及通过在链拉伸超出预定量时对该链进行更换来确保链驱动系统的正常运行。在一些系统中，对于一次工作时间（shift），在将钻孔单元投入使用之前，手动调节张紧度。尽管希望进行这种操作，但是钻具操作者并不总能记住要定期进行这种维护操作。另外，当钻具单元持续工作了很长时间的情况下，自上次调节算起，链可能已被足够地拉伸，从而链在一次工作时间期间从齿上跳脱。在发生一次链从链轮上跳脱的情形时，可能发生链轮和周围硬件设施的损坏。链一旦发生第一次跳脱，便很可能经常从链轮上跳脱，因为链中的张紧度不足以将链保持在链轮的齿中。

与这种岩石钻具相关的另一维护事项在于，在建议更换链时提供一指示。

发明内容

为了解决至少一个问题，公开了一种岩石钻孔组件，其具有带导轨的进给通道，岩石钻具可在该导轨上平移。一张紧装置构件可移动地联结到进给通道。一具有驱动装置链轮的链进给驱动装置也联结到进给通道。一联接到岩石钻具的链与张紧装置构件和驱动装置链轮啮合。一与张紧装置构件相关的自动致动装置向张紧装置构件施加恒定的张紧力以张紧所述链。张紧构件可包括连接叉（clevis）和张紧链轮，其中链与张紧链轮啮合。自动致动装置可包括一电马达或一液压缸。该液压缸可具有入口端口，一止回阀联结到该入口端口。在一个实施例中，经由止回阀供给加压的液压流体。当向液压缸供给加压的液压流体时，位于液压缸中的柱塞可相对于液压缸的体部平移。在另一实施例中，液压缸是带穿孔的液压缸。岩石钻孔组件还可包括联结在张紧装置构件与液压缸之间的杆，其中该杆的一端延伸通过带穿孔的液压缸，一调节螺母联结到该杆。在这种实施例中，螺母与柱塞接合成使得，当由于液压缸的液压压力而向柱塞施加作用力时，该作用力经由调节螺母被传递到所述杆、到达张紧装置构件、并最后到达所述链。可在调节螺母与液压缸之间布置有一垫圈。另外，可在杆上布置有一锁紧螺母，以帮助保持调节螺母的位置。

根据另一实施例，岩石钻孔组件具有带导轨的进给通道。岩石钻具沿着导轨移动。进给通道具有空转链轮和可移动地联结到进给通道的连接叉。连接叉相对于进给通道的位置影响链张紧度。连接叉上安装有一张紧装置链轮。联结到进给通道的链进给驱动装置具有一驱动装置链轮。一链同时连接岩石钻具的两个端部，并环绕空转链轮、张紧装置链轮和驱动装置链轮。当链进给驱动装置运行时，该链会导致岩石钻具沿着进给通道平移，其方向取决于链进给驱动装置的转动方向。在一些实施例中，一自动致动装置与进给通道相关以提供链张紧度。该自动致动装置可以是液压缸或电马达，其作用于连接叉和张紧装置链轮上以控制链中的张紧度。在一些实施例中，自动致动装置是一带穿孔的液压缸，其中螺纹杆在第一端联结到所述构件并在第二端延伸穿过带穿孔的液压缸。在这种实施例中，螺纹杆具有调节螺母，该调节螺母可从柱塞向螺纹杆传递作用力。带穿孔的液压缸可包括液压流体入口端口、联结到液压流体入口端口的止回阀、和联结到止回阀的液压管线。当向带穿孔的液压缸供给加压的液压流体时，柱塞受到朝向调节螺母的作用力，从而牵拉螺纹杆并在链中提供张紧度。可在柱塞与调节螺母之间包含一垫圈。另外，可在螺纹杆上包含一锁紧螺母，该锁紧螺母锁靠在调节螺母上，以防止调节螺母从螺纹杆上脱退。岩石钻孔组件还可包括联结到链进给驱动装置或进给通道的驱动装置空转链轮，所述链与该驱动空转链轮啮合。

在一些实施例中，在进给通道上在所述构件（在一个实施例中是连接叉）附近设有一标记，从而当链被拉伸到指示链更换的量时，连接叉的上表面与进给通道上的所述标记基本重合。在安装替换链时，链长度和其它调整被实施成使得连接叉的顶表面离开所述标记预定距离，从而连接叉的顶表面与进给通道上的所述标记重合提供了应进行链更换时的链拉伸的可靠的量度。替换地或附加地，进给通道设有开关，当连接叉朝向液压缸移动一预定量时，通过连接叉触发该开关的一销钉（pin）。开关触发指示链更换。该开关可联结到提供这种指示的电子装置。在一个实施例中，开关电联结到链进给驱动装置以关断运行。在另一实施例中，电子装置提供一指示，例如点亮灯、拉响警报、或在电子控制单元中设定编码。

根据本发明的一实施例，通过在进给通道的端部上设置液压缸，和通过向液压缸提供加压液压流体，链张紧度被自动调整并随着链的磨损而保持恒定。这防止了当链变得过于松弛并从齿上跳脱时或者当链被张紧成超出推荐张紧度并导致链断裂时对链轮和其它岩石钻孔组件的硬件设施造成损坏。

在一些实施例中，在止回阀与液压缸之间包含一手动操作的三通阀。该三通阀当位于用于正常操作的第一位置时允许在止回阀与液压缸之间的流动、以及当位于用于链更换的第二位置时允许在液压缸与一泄放管线之间的流动。具有这种阀有助于释放系统中的压力，缓解链的张紧度，从而可将链移除并对其进行更换。

根据一些实施例，提供有何时需要对链进行更换的指示，其形式为一标记或一电子指示。这相比于在经过一定小时数的运行之后再实施维护是有利的，因为所述小时数必须被设定成在要求最高的运行条件下的小时数，这使得在多数情况下实施维护的频率要比所需要的频繁。根据本文的一实施例，这种视觉上的指示相比于基于困难的测量实施维护也是有利的，特别是所述测量需要特殊的工具或测量装置时。

本发明还公开了一种将岩石钻孔组件从手动的张紧系统改装成利用自动张紧的岩石钻孔组件的方法。根据本发明的一个实施例，通过从螺纹杆上去除调节螺母来将现有的手动调节的张紧系统拆除，其中所述螺纹杆联结到受引导的连接叉上，一张紧链轮安装在所述受引导的连接叉上。将一自动致动装置联结到所述螺纹杆。在一个实施例中，自动致动装置是滑设在螺纹杆上的带穿孔的液压缸。如果螺纹杆的长度不足以接纳该液压缸，则安装一更长的螺纹杆来替换现有的螺纹杆——即与手动调节的张紧系统相关的螺纹杆。在螺纹杆上布置一调节螺母，并将该调节螺母拧紧以紧贴液压缸。在带穿孔的液压缸的入口连接一液压供给管线。

根据本发明的优点在于，能够容易地在现有的岩石钻孔组件上重新安装一自动张紧系统，这对于不是定期地进行手动张紧度调节的工作场合特别有用。

附图说明

图1是岩石钻具在使用时的简图；

图2是岩石钻孔组件的断面图；

图3是根据本发明的一实施例的自动链张紧装置的断面图；

图4和图5是根据本发明的岩石钻具可在上面运动的导轨的断面图；

图6是根据本发明用于将利用手动链张紧调节的岩石钻孔组件改装成利用自动链张紧的岩石钻孔组件的方法的流程图。

具体实施方式

本领域普通技术人员将能理解，参照任一附图进行说明和描述的实施例的各特征可与在一个或多个其它附图中示出的特征相结合以形成未明确示出或描述的替换实施例。所示出的特征的组合提供了用于说明本发明的具有代表性的实施例。但是，与本文公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施方式而言是希望的。本领域普通技术人员将认识到与本文公开的一致的类似的应用或实施方式，例如其中将部件以与附图中的实施例所示的顺序不同的顺序进行设置的实施例、将一些部件除去或者在本发明中增加其它部件的实施例。本领域普通技术人员将认识到，本发明的教导可应用到其它应用或实施方式。

图1示出了钻孔单元10，包括安装在其上的岩石钻孔组件12。钻孔单元10例如在使用期间可以以几乎垂直的方式保持岩石钻孔组件12，并允许对岩石钻孔组件12进行输送和定位。岩石钻孔组件12包括进给通道14，岩石钻具16在该进给通道上沿长度方向运动（在图1中示出为垂直方向，但是可以任意角度定位）。一个或多个钻杆18联结到岩石钻具16。联结到一个钻杆18的钻头20布置在地面中并破碎岩石，从而使得岩石可以被除去并且孔可以被进一步扩大。当钻头20将孔加深时，岩石钻具16沿着进给通道14移动以使钻头20向下移动。但是，当岩石钻具16到达进给通道14的下端时，岩石钻具16将从钻杆18断开并移动到进给通道14的顶部。在岩石钻具16与现有的钻杆18之间增加另一段钻杆18，并继续钻孔。

如图1所示，正在向下钻孔。但是，这不应理解成是限制性的，而是可以向任何方向钻孔。例如在矿中，钻孔单元10可用于在矿井顶壁中安装膨胀锚钉以防止坍塌。因此，术语“上”、“下”和其它方向术语提供成仅仅用于说明的目的，而不限制本文的教导。

图2示出了岩石钻孔组件12的实施例的断面图，具有带第一端22和第二端24的进给通道14。进给通道14还具有一个或多个导轨（如图4、5所示，由附图标记72表示），岩石钻具16在所述导轨上运动。进给通道14在下端24联结有下部空转链轮26，进给通道14在上端22联结有张紧装置链轮28。进给通道14联结有链进给驱动装置30，其具有驱动装置链轮32和驱动装置空转链轮33。一链34联接到岩石钻具16，其中链34的第一端36联结到岩石钻具16的上端38，而链34的第二端40联结到岩石钻具16的下端42。链34和岩石钻具16形成一环，其中所述链缠绕下部空转链轮26、驱动装置空转链轮33、张紧装置链轮28和驱动装置链轮32。进给通道14的上端22联结有适于张紧链34的带穿孔的液压缸44。钻孔组件12的各个部件共同提供了一种张紧构件，通过整体考虑本文公开的内容将会显见这一点。

在一个实施例中，利用电马达来驱动链进给驱动装置30。替换地，利用液压马达来驱动链进给驱动装置30。在又一实施例中，链进给驱动装置30包括内燃机。可使用任何提供足够的转动能量的装置来驱动链进给驱动装置30。

在图3中详细示出了进给通道14的上端22的一个实施例。受引导的连接叉46安装在进给通道14的导轨72中并可沿该导轨移动。张紧装置链轮28联结到引导连接叉46。螺纹杆50的第一端安装到引导连接叉46。螺纹杆50延伸通过进给上部板52和通过带穿孔的液压缸44。螺纹杆50的第二端在带穿孔的液压缸44的上方延伸，其利用垫圈54、预加载的调节螺母56和预加载的防松螺母58进行固定。当向带穿孔的液压缸44供给加压的液压流体时，可通过柱塞的移动来保持链张紧度。该柱塞包括联结到上部柱塞部分62的圆筒部分60。圆筒部分60和上部柱塞62螺纹联结、焊接、压配合或以任何合适的方式相联结。替换地，该柱塞可由单块材料形成。通过联结到带穿孔的液压缸44的液压管线64供应加压的液压流体。位于液压缸44入口的止回阀66防止张紧度随着液压管线64中液压压力的损失而降低。

一些实施例利用液压缸来提供链上的张紧度。由于钻孔单元上通常能够得到压力相对恒定的液压流体，因此这些实施例通常实施起来很经济。通过了解液压流体的供给压力，液压缸能够被合适地定尺寸成用于提供希望的链张紧度。

在一个实施例中，带穿孔的液压缸44通过任何合适的方式安装到进给上部板52。在一替换实施例中，带穿孔的液压缸44就位于进给上部板52上，并通过作用在垫圈54上的螺母56和58被保持就位。根据本发明的实施例的一个优点在于，可以在手动调节张紧度的现有技术的系统中容易地重新安装带穿孔的液压缸44。

在一些实施例中，在止回阀66与带穿孔的液压缸44的入口之间包括手动操作的三通阀67。为便于更换链34，通过打开阀67以释放液压缸44中的压力来释放系统中的张紧度。

当岩石钻孔组件运行时，链34始终被拉伸。在链拉伸过量的情况下操作会导致岩石钻孔组件损坏。因此，合适的维护包括在链34已经拉伸到预定量时更换该链34。在一个实施例中，在进给通道14中设有标记68。当受引导的连接叉46的顶表面与标记68基本对齐时，指示链更换。在另一实施例中，在进给通道14上安装有限位开关70。限位开关可以是光学的、磁力的、销钉开关或任何合适的开关。当受引导的连接叉46触发限位开关70时，产生释放作用。该释放作用可包括关闭链进给驱动装置30、在操作控制面板上点亮指示灯或拉响警报、在电子控制单元上设定一可被定期地访问的编码、或任何其它合适的方式。限位开关70可联结到电子装置71，该电子装置可以是其中设定有编码的电子控制单元、指示灯、警报、联结到链进给驱动装置30的继电器、向远程监控器通报维护状态的无线通信装置、或任何合适的装置。

在图4中示出了作为进给通道14的一部分的导轨72的断面，具有将导轨72相对于彼此并行地支承和保持的肋部74。图3示出了导轨48的一个实施例，图4和5示出了导轨72的不同的实施例。岩石钻具16（该图未示出）联结有岩石钻具安装基部76。图4所示实施例包括位于导轨72与岩石钻具安装基部76之间的辊子78。辊子78的一外表面可由可压缩材料制成。替换地，导轨72可直接接触岩石钻具安装基部76，导致金属-金属摩擦，如图5所示。该金属-金属接触可被提供有润滑剂和/或牺牲磨损表面。

图4和5所示的具有两个导轨48的实施例不应理解成限制性的。替换地，可使用单个位于中央的导轨，或者可使用更多数量的导轨。另外，导轨48的形状表示一种可能的构型，可以设想任何其它合适的形状。

在图6中，用于将岩石钻孔组件12改装成具有自动张紧装置的示例性方法从方框100开始。在方框102中，去除手动调节系统的螺纹杆上的调节螺母（和任何其它螺母）。在判定方框104中，确定螺纹杆是否长度足够容纳液压缸。如果不是，则控制转到方框106，其中将螺纹杆更换成长度更长的螺纹杆。从方框106和当从判定方框104产生出肯定结论时，控制转到方框108。在方框108中，在螺纹杆上布置液压缸。在方框110中，在螺纹杆上布置调节螺母（与方框102中的为同一个或者为替换品）并将其靠在液压缸上拧紧。在一些实施例中，在放上调节螺母之前在螺纹杆上布置一垫圈，和/或将一锁紧螺母布置到螺纹杆上并将其拧紧到调节螺母上以将其锁定就位。在方框112中，将液压缸联结到液压流体管线，该方法在方框114结束，改装完成。

尽管已经详细描述了本发明的最佳方式，但是本领域技术人员将意识到所附权利要求的范围内的各种替换设计和实施方式。当一个或多个实施例被描述成与一个或多个希望特征相关而相对于其它实施例和/或相对于现有技术提供了优点或为优选的时，本领域普通技术人员将意识到可对多个特征进行修改或增减来获得希望的系统特性，这可取决于特定应用或实施方式。这些特性可包括但不限于：成本、强度、耐久性、使用周期成本、市场、外观、包装、尺寸/规模、适用性、重量、可制造性、装配容易性等。例如，带穿孔的液压缸可布置在进给上部板上，并通过螺纹杆和伴随的螺母和垫圈保持就位。这提供了一种简单的改装机会。替换地，进给上部板可提供有安装凸起，带穿孔的液压缸可被固定到进给上部板上，而不依赖于将其经由螺纹杆向下固定。在一个或多个特征方面相对于其它实施例被描述成被希望的程度较小的实施例并未落在本发明的所要求的保护范围之外。

Claims (20)

1.一种岩石钻孔组件，包括：

具有导轨的进给通道；

配置成沿导轨平移的岩石钻具；

可移动地联结到进给通道的张紧装置构件；

固定地联结到进给通道的链进给驱动装置，该链进给驱动装置具有驱动装置链轮；

联接到岩石钻具并与张紧装置构件和驱动装置链轮啮合的链；

与张紧装置构件相关的致动装置，该致动装置配置成向张紧装置构件施加基本恒定的张紧力以张紧所述链，并且所述致动装置包括具有柱塞和液压入口端口的带穿孔的液压缸；和

联结到张紧装置构件并且延伸通过带穿孔的液压缸的杆；

从而当向带穿孔的液压缸供给加压的液压流体时，柱塞上的作用力被传递到所述杆，从而张紧所述链。

2.如权利要求1的岩石钻孔组件，其中，该岩石钻孔组件还包括：联结到液压入口端口的止回阀；和联结到止回阀的液压管线。

3.如权利要求2的岩石钻孔组件，还包括：

在所述杆的延伸通过带穿孔的液压缸的端部上布置有一调节螺母。

4.如权利要求1的岩石钻孔组件，还包括：位于进给通道上的标记和位于张紧装置构件上的标记，从而当位于进给通道上的标记与位于张紧装置构件上的标记大体重合时指示所述链已被拉伸。

5.如权利要求4的岩石钻孔组件，其中，所述指示表明所述链应被更换。

6.如权利要求1的岩石钻孔组件，还包括联结到进给通道的开关，该开关能通过张紧装置构件进行触发，以提供链拉伸超出预定阈值的指示。

7.如权利要求1的岩石钻孔组件，其中，所述张紧装置构件包括连接叉和张紧装置链轮，所述链与该张紧装置链轮啮合。

8.如权利要求1的岩石钻孔组件，还包括联结到所述链进给驱动装置和所述进给通道其中之一的驱动装置空转链轮，其中，所述链还与该驱动装置空转链轮啮合。

9.如权利要求1的岩石钻孔组件，其中，所述链具有第一端和第二端，该第一端和第二端联接到岩石钻具，从而所述链和所述岩石钻具形成一环。

10.一种用于链驱动的岩石钻孔组件的自动张紧系统，包括：

受引导的连接叉，该连接叉适于沿着岩石钻孔组件的进给通道平移；

与受引导的连接叉联结的张紧装置链轮；

安装在进给通道的一端部上并具有柱塞的带穿孔的液压缸；

具有第一端部和第二端部的杆，该第一端部与受引导的连接叉联结，该第二端部延伸通过所述柱塞；

在所述第二端部上联结到所述杆、以防止所述杆穿过所述柱塞滑动的紧固件。

11.如权利要求10的自动张紧系统，其中，所述杆是螺纹杆，所述紧固件是与螺纹杆啮合的调节螺母，所述自动张紧系统还包括位于柱塞与调节螺母之间的垫圈，该垫圈的外径大于所述柱塞的内径，从而作用在柱塞上的作用力经由调节螺母和垫圈被传递到所述杆上。

12.如权利要求10的自动张紧系统，其中，所述链驱动的岩石钻孔组件具有一可与张紧装置链轮啮合的链。

13.如权利要求10的自动张紧系统，其中，所述带穿孔的液压缸包括液压入口端口，所述自动张紧系统还包括与液压入口端口联结的止回阀。

14.如权利要求13的自动张紧系统，还包括联结到止回阀的液压管线，加压的液压流体通过所述液压管线被供给到带穿孔的液压缸。

15.如权利要求10的自动张紧系统，还包括：

位于带穿孔的液压缸中的液压入口端口；

与液压入口端口联结的三通阀；以及

与三通阀联结的止回阀。

16.如权利要求15的自动张紧系统，其中，所述三通阀能手动地操作成，当三通阀位于正常运行位置时允许在止回阀与液压缸之间的流动，以及当三通阀位于链更换位置时允许在液压缸与一泄放管线之间的流动。

17.一种向岩石钻孔组件设置自动张紧系统的方法，包括：

将一带穿孔的液压缸的柱塞滑设在一螺纹杆上，该螺纹杆联结到一受引导的连接叉上，该受引导的连接叉联结到一张紧链轮上；

将一调节螺母拧紧到所述螺纹杆上，以紧贴带穿孔的液压缸；以及

将一液压供给管线联结到带穿孔的液压缸的入口。

18.如权利要求17的方法，其中，所述螺纹杆是一手动调节的张紧系统的一部分，所述方法还包括在将带穿孔的液压缸滑设在螺纹杆上之前从该螺纹杆上去除螺母。

19.如权利要求17的方法，还包括在将带穿孔的液压缸滑设在螺纹杆上之前将一手动调节的张紧系统的一杆替换成该螺纹杆，该螺纹杆比所述手动调节的张紧系统的所述杆长，以匹配于带穿孔的液压缸的长度。

20.如权利要求19的方法，还包括将一锁紧螺母联结到所述螺纹杆上，以锁紧所述调节螺母。