CN103080474A

CN103080474A - 用于控制岩石钻孔设备中的动力源的方法和系统及岩石钻孔设备

Info

Publication number: CN103080474A
Application number: CN2011800414694A
Authority: CN
Inventors: 安德斯·尼达尔; 埃里克·阿尔登
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills AB
Current assignee: Ann hundred Tuo Drilling Co., Ltd.
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: SE1000871A1; SE535475C2; EP2609288A1; AU2011293946B2; CN103080474B; AU2011293946A1; EP2609288C0; US9347305B2; EP2609288B1; WO2012026873A1; US20130161095A1; EP2609288A4

Abstract

本发明涉及用于控制岩石钻孔设备中的动力源（9）的方法，所述动力源（9）设置成驱动岩石钻孔设备中的至少第一负载（8、10、15），其中，所述第一负载（8、10、15）在操作中向第一消耗装置（11、21）提供动力，并且，能够由所述第一负载（8、10、15）传送的动力取决于动力源的旋转速度。该方法包括：通过所述第一消耗装置（11、21）的表示，确定所述第一消耗装置（11、21）的动力需求，以及基于所述确定的动力需求，确定所述第一负载（8、10、15）的旋转速度需求。所述动力源的旋转速度则至少基于所述第一负载（8、10、15）的所述确定的旋转速度需求进行控制。本发明还涉及一种系统和一种岩石钻孔设备。

Description

用于控制岩石钻孔设备中的动力源的方法和系统及岩石钻孔设备

技术领域

本发明涉及用于控制动力源的方法和系统，特别是一种在岩石钻孔期间控制动力源的方法。本发明还涉及一种系统和一种岩石钻孔设备。

背景技术

岩石钻孔设备可被用于许多应用领域。例如，岩石钻孔设备可被用于开挖隧道、地下采矿、岩石加固、天井钻进以及用于钻爆破孔、灌浆孔、及用于安装岩石锚杆的孔等等。

诸如例如为钻头的钻孔工具通常在钻孔期间使用，钻头通常通过钻柱连接至钻机。钻孔能够以多种方式完成，例如，如在旋转钻孔中，钻孔工具被以高压朝向岩石推进，然后通过旋转力和施加的压力破碎岩石。

冲击钻机也可被使用，其中，例如，活塞撞击钻柱以将冲击脉冲通过钻柱传递至钻孔工具，然后进一步传递到岩石上。冲击钻孔通常与钻柱的旋转相结合以便获得下述的钻孔，其中，钻头的金属块在每个行程中撞击新的岩石，由此提高钻孔的效率。

在钻孔期间，钻孔工具能够通过进给力压向岩石，以确保来自锤式活塞的尽可能多的碰撞能量被传递至岩石。

通常，岩石钻孔设备还包括动力源，诸如，例如内燃机（例如柴油机）或者电动机，其用于产生岩石钻孔设备的多个功能所需的动力。由岩石钻孔设备的多个功能所需的动力能够被设置成主要由一个动力源提供，诸如为内燃机或电动机，动力源由此构成主动力源。

冲击力、旋转力、进给力等等总体上通过来自液压泵的液压流量产生，液压泵构成动力源的负载，并因此由动力源驱动。动力源还能够为冷却风扇以及诸如为用于推进岩石钻孔设备的装置的其他的消耗装置/负载提供动力。动力源的负载通常直接连接至动力源的输出轴，并因此由动力源的输出轴驱动，即，能够由负载提供给负载的消耗装置的动力取决于动力源的旋转速度。

通常，岩石钻孔设备还包括用于产生冲刷压力/流量以排空在钻孔期间产生的被称为钻屑的钻孔残余物的装置。

这通常通过诸如例如为压缩空气、冲刷空气的冲刷介质来完成，冲刷介质被引导穿过钻柱中的通道，以穿过钻头中的冲刷空气孔释放，之后带动钻孔残余物通过孔。冲刷介质的压力/流量能够通过压缩机产生，该压缩机也由动力源的输出轴驱动。因此，能够通过压缩机输出的动力也直接取决于动力源的旋转速度。

根据现有技术，动力源的旋转速度基于很少的输入参数进行控制，使得速度被完全地控制。例如，马达速度可以基于选择的操作模式进行控制，比如例如基于操作运动、钻孔、或钻杆操纵的模式。另外，在某些情况下，操作期间操作者可以将动力源的速度手动地设定成用于操作的各种模式。

操作的多种模式下的旋转速度通常被选择成，使得钻机的全容量在操作的当前模式下对于所有动态的消耗装置而言是全时可用的。在钻孔期间，例如，对于冲击机构（冲击力）、旋转力、进给力以及冲刷空气。为了确保正确的功能，动力源因此通常容量被设定为使得所有功能能够在同一时间并且以其最大输出功率被使用。

这种解决方案的优点在于，一个并且相同的动力源能够被用作用于出现在钻机中的诸如为压缩机、液压泵/马达、冲击机构等等的所有负载/消耗装置的动力源。

然而，在操作的许多情形下，负载和/或消耗装置的全容量并未得到利用，这也意味着动力源在许多时候并未以最优的速度驱动。

这同样意味着岩石钻孔设备通常在钻孔过程中消耗多于必要的动力，这导致过量的燃油消耗并且也产生了不希望的热与噪音。

因此，存在对于岩石钻孔处理的改进的控制的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制岩石钻孔设备中的动力源的方法，该方法解决了上述问题。该目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。

本发明涉及一种用于控制岩石钻孔设备中的动力源的方法，所述动力源被设置成驱动设置在岩石钻孔设备中的至少第一负载，其中，所述第一负载在操作中向第一消耗装置提供动力，并且，能够由所述第一负载传输的动力取决于动力源的旋转速度，该方法包括：

-通过所述第一消耗装置的表示，确定所述第一消耗装置的动力需求，

-基于所述确定的动力需求，确定所述第一负载的旋转速度需求，以及

-至少基于所述第一负载的所述确定的旋转速度需求控制所述动力源的旋转速度。

本发明具有的优点在于，动力源的旋转速度能够被设定为使所述第一负载能够向所述第一消耗装置传送所需动力的旋转速度，但是动力源的旋转速度同时禁止被设定为产生不能以有效的方式应用的过大动力的过高的旋转速度。根据动力源由内燃机构成的替代方案，能够减小不必要的燃料消耗和噪音。本发明还具有这样的优点，即，例如内燃机的磨损由于内燃机不会被非必要地加载而减小。根据可替代的实施方式，动力源由电动机组成。由于电动机并非以如同内燃机的相同方式依赖于空转速度，因此，电动机的使用使得能够更自由地控制旋转速度。

当基于确定的动力需求来确定负载的旋转速度要求时，可以利用动力源的速度与能够由所述负载传输的动力之间的确定的关系。负载能够，例如，被直接地连接至动力源，由此，负载的旋转速度将完全地对应于动力源的旋转速度。在这种情况下，能够由负载传输的动力可通过负载的表示被完全地确定，负载的表示为，诸如，例如限定与负载的旋转速度相关的能够由负载传输的动力的数学关系式或表格。在负载通过齿轮连接至动力源的情况下，齿轮的表示可被应用在判定中，以将动力源的旋转速度转换成负载将具有的旋转速度。

因此，本发明能够确保动力源在任何情况下将运行在从燃油消耗的角度而言的有利或最优的速度下，并且因此也具有不会使岩石钻孔设备的功能以与当动力源的旋转速度被手动地设定时相同的方式变得取决于操作员的优势。动力源的旋转速度的手动设定对于岩石钻孔设备的操作员从操作角度以及从知识角度而言要求较高，以便在操作的当前点上使动力源以最优的发动机旋转速度操作。这会导致动力源，以及由此的一个或更多个负载，在许多操作情况下（即，在一个或更多个消耗装置的动力需求较低的钻孔情况下）以非必要的高速操作，非必要的高速因此并非最优，例如，从燃油消耗的角度来说。

动力源可以进一步被设置成驱动设置在岩石钻孔设备中的至少一个第二负载，在此，所述第二负载在操作中能够向第二消耗装置传输动力，并且，能够由所述第二负载传输的动力取决于动力源的旋转速度。通过确定所述第二消耗装置的第二动力需求，并且基于所述第二动力需求确定所述第二负载的第二速度需求，动力源的旋转速度能够基于所述第一速度需求和所述第二速度需求进行控制。

动力源的速度可被设定为已确定用于所述第一负载和所述第二负载的速度需求的最高值。

有时，动力源的速度仅能被设定为多个固定速度可以是有利的。动力源的速度则能够被设定为最接近于已确定用于所述第一负载和所述第二负载的速度需求的最高值的更高的固定速度。

根据本发明，动力源因此被控制为使其将动力源的旋转速度精确地或基本精确地传输至当前需要的可被设定的旋转速度。

在一个实施方式中，动力源的旋转速度被设定为比已确定用于所述第一负载和所述第二负载的速度需求的最高值高或低至多10%的固定旋转速度。这具有如下的优势，动力源的速度能够被设定为接近确定的速度需求的旋转速度，但其能够稍微偏离，例如，由于可能存在使动力源更有效地操作的速度，在该速度处，通过将动力源的旋转速度设定为比确定的速度需求稍微更低的速度，这种速度的设定能够促使稍微更低的动力输出。

根据本发明，消耗装置的动力需求，诸如，例如液压流量需求，根据上述的方式来确定，消耗装置的动力需求然后被传送至第一负载，诸如，例如液压泵单元。

这具有下述的优点，消耗装置可以要求流量，上述流量完全独立于为了传输请求的流量而使液压泵必须被驱动的旋转速度。这也意味着，消耗装置可以请求流量，其中，所述请求完全独立于为消耗装置提供动力的液压泵的类型。因此，如从消耗装置来看，为消耗装置提供动力的是否是小的或大的液压泵无关紧要，仅仅的关注点在于获得想要的流量。这也意味着，液压泵能够由一种类型替换为另一种类型，而无需改变所请求的液压流量被确定的方式，由于对于获得“正确”流量的职责完全是负载的职责。

因此，各部件能够以简单的方式进行替换，而不会影响控制系统的与控制替换的部件或被替换的部件控制的单元相关的部分。

动力源可以构成主动力源，其中，主动力源可以向存在于岩石钻孔设备中以及具有动力需求的多个或全部负载提供动力。

根据示例性实施方式以及附图的以下详细描述，本发明的进一步的特征及其优点将变得明显。

附图说明

图1示出其中本发明能够被有利地应用的岩石钻孔设备。

图2更详细地示出图1的岩石钻孔设备的动力源、负载和消耗装置。

图3示出根据本发明的用于确定动力源的旋转速度的示例性实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一示例性实施方式的岩石钻孔设备，将描述用于岩石钻孔设备的压缩机的发明性控制。

图1中示出的岩石钻孔设备包括钻机1，在该示例中为地面钻机，其承载顶锤式钻孔机器11形式的钻孔机器。

钻机1示出为处于使用中，在岩石中钻削孔2，孔2从地面处开始，且钻孔目前处于深度α处。欲使该孔形成为具有深度β的孔，深度β取决于所使用的区域，其可以在孔与孔之间和／或在使用区域与使用区域之间有较大幅度的变化。完成的孔由虚线表示。（示出的钻机高度与孔深度之间的关系并不意在以任何方式成比例。钻机的总高度γ可以例如为10米，而孔深度β可以小于或远大于10米，例如20米、30米、40米或更大）。

顶锤式钻孔机器11通过钻架13安装在进给梁5上。进给梁5又通过进给梁保持器12附接至悬臂19。顶锤式钻孔机器11通过由钻柱支架14支承的钻柱6向钻头3形式的钻孔工具上提供冲击作用，这将冲击波能量从顶锤式钻孔机器11传递到岩石上。出于实际的原因（除可能的非常短的孔之外），钻柱6并非由一体的钻杆组成，而通常由多个钻杆组成。当钻削已行进至对应于钻杆长度的距离时，新的钻杆与已经螺纹连接在一起的一个或更多个钻杆螺纹连接在一起，由此，在新的钻杆与现有钻杆螺纹连接在一起之前，钻削能够前进另一个钻杆长度。

顶锤式钻孔机器11为液压型，并且以常规方式借助于液压泵10通过液压软管（未示出）供给动力。液压泵又由例如诸如为柴油机的内燃机9形式的动力源驱动（可替代地，动力源9可以包括电动机）。

在该示例性实施方式中，液压泵10由内燃机9的输出轴驱动，根据本示例，液压泵10的输入轴连接至内燃机的输出轴，使得液压泵10的输入轴的旋转速度与内燃机的输出轴的速度相同。在可替代的实施方式中，液压泵的输入轴通过适当的齿轮连接至内燃机的输出轴。

通常，上述类型的岩石钻机的动力源9构成主动力源，其中，主动力源9为存在于钻机中具有动力需求的多个或所有单元提供动力，诸如，例如液压泵形式的负载，其主动力源9又为诸如例如为冲击机构、液压马达等等的消耗装置提供动力。

在本说明书和权利要求书中，术语“负载”用于限定由动力源直接驱动的单元，而术语“消耗装置”用于限定由负载驱动、并因此由动力源间接驱动的单元。

能够由动力源驱动的负载的另一示例包括冷却风扇。另外，另一种常见的负载包括压缩机，图1中示出的岩石钻孔设备包括压缩机8，压缩机8提供压缩空气形式的冲刷介质。冲刷介质用于冲刷钻孔以将钻孔期间形成的钻孔残余物，也称为钻屑，从钻孔中清除。

在公开的示例中，冲刷空气被引导穿过包括例如由钢制成的厚壁管的钻杆。沿纵向方向在杆的壁中或穿过杆的壁、穿过钻柱形成的通道用于从钻机1穿过钻柱6喂送冲刷空气，用于穿过钻头中的冲刷空气孔释放，以随后使钻屑穿过钻杆和孔壁之间的空间中的孔向上，如由图1中向上指向的箭头所示。

为了使钻屑随冲刷空气向上穿过孔并因此避免冲刷空气孔的阻塞，需要使冲刷空气获得至少最小速度，以及因此获得主要取决于钻屑的尺寸形式和密度的至少冲刷空气流量。

压缩机8用于通过迫压冲刷空气穿过钻杆中的通道向下至钻头而以常规方式将空气提供至钻头。

根据以上所述，内燃机9为钻机的主动力源，并因此应该具有足够的动力以能够以全功率同时驱动压缩机8和连接至内燃机的其他负载，诸如液压泵10和液压泵15，液压泵15驱动使钻柱旋转的旋转马达。能够由内燃机输送的动力也应该足够高以同时以全功率驱动冷却风扇、冲刷空气流以及分别由压缩机8和液压泵10、15驱动的消耗装置。还可以设置由内燃机驱动的另外的负载，诸如，例如另外的液压泵，另外的负载又可以驱动设置在岩石钻孔设备上的其他消耗装置，诸如，例如在岩石钻孔设备上以常规方式使用的液压马达。

钻机还包括控制单元18，控制单元18构成钻机控制系统的部分并且能够被用于控制多种功能，诸如，例如根据本发明以及根据以下将描述的内燃机9的旋转速度的控制。

根据本发明，动力源的旋转速度基于间接地连接至内燃机的至少一个消耗装置的主要动力需求来控制。所述至少一个消耗装置的动力需求借助于消耗装置的表示而确定，由此消耗装置的动力需求因而能够通过计算和／或例如查表而确定，并且因此，在确定期间不需要使用传感器信号。

在该说明书以及随后的权利要求书中，术语“表示”意思是描述负载或消耗装置的一种任意适当的方式。表示可以例如包括软件表示，即，以计算机程序的形式实施。表示还可以包括，例如数学表达式，其中，动力／旋转速度需求借助于基于一个或更多个输入参数的计算而确定。可替代地，表示可以为例如列表的形式，诸如例如表格的形式。

在图2中，更详细地示出岩石钻孔设备的动力源9、负载和消耗装置。图2示出内燃机9以及直接连接至动力源的输出轴20的液压泵10、15和压缩机8。出于简便，连接至动力源9的负载示出为直接连接至动力源9的输出轴，但如已提到的，根据可替代的实施方式，一个或更多个负载可以通过适当的齿轮连接至内燃机的输出轴20。

根据以上所述，液压泵10控制顶锤式冲击机构11，而液压泵15控制用于使钻柱旋转的一个（或更多个）旋转马达21。图2也示出压缩机8。压缩机8产生供给至分离器箱33的压缩空气，在分离器箱中，压缩期间已添加的油与压缩空气分离。根据如上所述，供给至分离箱22的压缩空气然后被用作冲刷介质。同样如已经提到的，另外的未公开的负载可被设置成由动力源9驱动。

根据本发明的用于确定动力源9的旋转速度的示例性实施方式300在图3中示出。在步骤301中，判定动力源是否启动，如果动力源被启动，则该方法在当变量“消耗装置”被设定为i=1时的同时前进至步骤302。岩石钻孔设备的每个消耗装置（或用于执行根据本发明的判定的消耗装置/多个消耗装置）被指定为序列号i，由此，消耗装置可以通过所述序列号i来识别。

在步骤302中，判定消耗装置i的动力需求，即，在该例子中消耗装置1的动力需求，消耗装置i可以包括任何适当的消耗装置。在本示例中，消耗装置i=1包括旋转马达21。关于连接至液压泵的诸如为旋转马达21的消耗装置，上述动力需求为液压流量需求。

根据本示例，该判定通过计算机程序形式的判定装置来执行。例如，用于控制消耗装置的控制装置可以包括控制单元中的专用的计算机程序部分，由此，计算机程序部分能够在无需使其他计算机程序部分必须受影响的情况下进行交换。另外，在判定时采用消耗装置的软件表示，其中，软件表示能够集成在所述计算机程序部分中。例如，诸如为旋转马达21的消耗装置可以由数学表达式形式的表示来表现，由此，动力需求通过基于根据下面的一个或更多个输入参数的计算来确定。可替代地，消耗装置可以由诸如例如为表格格式的列表形式的表示来表现，其中，动力需求通过基于一个或更多个输入参数从表示动力需求的表格/列表中提取值来确定，并且其中，动力需求的值可以分别对于每个输入参数的大量的值以及输入参数的多个值的组合来确定。动力需求的确定也可以，例如，通过上述方法的组合来执行。用于判定的装置也可以包括，例如，硬件实现方式，例如通过ASIC（专用集成电路）。

在判定动力需求时使用的输入参数可以通过岩石钻孔设备的控制岩石钻孔设备的进行中的操作的控制系统的过程/部分来确定。本示例中的旋转马达21用于在进行的钻孔期间使钻柱旋转，由此，从钻孔过程的控制中获得输入参数。该总体控制能够，例如，确定使用诸如例如为最大冲击力的任何适当部分的一定的冲击力的钻削是主要的，并且还能够判定需要钻柱的一定的旋转力和/或一定的旋转速度。

通过旋转马达21的表示，判定旋转必须通过其被驱动的液压流量，即，将要获得为了获得钻柱的所需的旋转速度/旋转力而必须从液压泵15获得的液压流量。如从钻孔过程方面的总体控制观察到的，这因此意味着从旋转马达21请求钻柱的旋转速度和/或旋转力已足够，而无需必须将实际使用的何种类型的旋转马达考虑在内。因此，仍然如从钻孔过程的整体控制的方面观察，液压马达21可以由完全不同类型的液压马达来替换，这不会影响关于旋转马达21的总体控制的控制信号。

因此，钻孔过程的总体控制无需将使用何种类型的旋转马达考虑在内，其具有下述优点，在例如旋转马达21由不同种类的旋转马达替换的情况下，岩石钻孔设备控制系统的这部分无需被更换或重新编程。

图2中例示了在功能上分开的控制系统的原理，其中，公开了控制单元18的各部分。钻孔过程的总体控制示出为30，旋转马达21的表示示出为31。

因此，当旋转马达21的动力需求在步骤302中通过旋转马达21的表示31已确定时，在步骤303中确定为了排出所需的流量而使液压泵15必须被驱动的速度ω_i。

这以与上述相似的方式完成，即，控制系统的控制旋转马达21的部分31从控制系统（那些判定装置）的控制液压泵15的部分32请求根据上述方式确定的液压流量。

当已从控制系统的与液压泵15相关的部分收到来自控制系统的与旋转马达21相关的部分的流量请求时，该流量请求被用于计算使液压泵15必须通过动力源9被旋转的最低转速ω_i，以便能够向旋转马达21传输所需流量。由于所公开的实施方式中的液压泵15直接连接至动力源9的轴，因此，如从液压泵15中观察到的，该计算的速度ω_i也是动力源9必须被驱动的最低速度。该计算的速度则被传送至控制系统的控制动力源9的部分（控制装置）33，由此，动力源必须被驱动的最低速度ω_{e_min}设定为ω_i。

该方法然后继续至步骤304，在步骤304中判定变量“消耗装置”是否已达到值n。如果未达到值n，则“消耗装置”增加1，由此该方法返回至步骤302，以判定消耗装置i+1的动力需求。在本示例中，例如为顶锤式冲击机构11。

该判定的原理与上述方式完全相似，即，钻孔过程的总体控制30请求来自控制系统的控制冲击机构11的部分34的冲击压力。关于顶锤式冲击机构，该冲击机构并不以与例如旋转马达相同的方式连续地工作，而是间歇性地工作，但是通过冲击压力，例如，冲击压力可以作为来自钻孔过程的总体控制30的控制信号而获得，冲击机构的流量可以通过描述冲击机构流量如何取决于冲击压力的函数来计算。这种压力/流量特征可以，例如在数据表中描述，由此，这些数据表可被储存在控制系统中。可替代地，对于特定的冲击机构，或可替代地对于由类型所确定的冲击机构，压力/流量特征可以在制造期间测量。

当冲击机构的液压流量需求已确定后，根据上述方式从控制系统的控制液压泵10的部分35请求液压流量，由此，在步骤303中还可以确定为了向冲击机构11传输所需的流量而使液压泵10必须由动力源9旋转的最低速度。所计算的速度被传送至控制系统的控制动力源9的部分33，由此，ω_{e_min}设定为多个计算的ω_i的最高值。

步骤302-304然后被重复，如从连接至动力源的负载中的每一个所观察到的，直到所需的速度已被确定为止。如已经认识到的，液压泵10、15可被设置成驱动另外的未公开的消耗装置，由此，上述判定可被执行用于由一个并且同一个液压泵驱动的消耗装置中的每一个，并且其中，如果两个或更多个消耗装置由一个并且同一个液压泵同时驱动，则液压泵的流量需求可将两个或更多个消耗装置的累积流量需求考虑在内，在此，液压泵的旋转速度需求也因此变得更高。

压缩机的速度需求以相同的方式确定，其中，原理上，压缩机的速度需求，至少在进行的钻削期间，取决于冲刷空气需求。压缩机例如可以根据在与本申请具有相同的发明人和提交日期的“用于控制岩石钻孔设备的压缩机的方法和系统”的并行申请中描述的方法进行控制。根据在所述申请中描述的方法，公开了一种解决方案，其中，压缩机分别根据第一模式和第二模式工作，并且其中，在所述第一模式中，压缩机的排出流量被设置成通过控制所述压缩机的旋转速度而控制，以及其中，在所述第二模式中，压缩机的排出流量被设置成通过控制压缩机入口处的空气流量而控制。因此，压缩机的旋转速度需求可被设置成根据所述申请中公开的方法来确定。

当已确定用于所有消耗装置和负载的速度需求时，即，当步骤304中的条件得到满足时，该方法继续至用于确定动力源的旋转速度的步骤305。例如，这可以借助于控制系统的控制动力源9的部分33，通过比较根据以上方式已确定的动力源的旋转速度来完成，在此，步骤306中的动力源可被设定为所述旋转速度中的最高值，以便满足来自所有消耗装置的请求，而同时动力源9未被以不必要的高速驱动。

在动力源的旋转速度的控制期间，例如，控制单元可以通过设置在动力源的输出轴上或设置在任何连接的负载处的速度传感器接收动力源的当前速度。

如已描述的，动力源可被设定为由动力源的任何负载已请求的旋转速度的最高值。动力源的旋转速度能够可替代地被设定为多个固定速度中的任何一个，其中，所述速度可被设定为最接近所述接收的速度请求中的最高值的固定速度，但仍高于所述接收的速度请求的最高值。由于需要考虑动力源的仅预先已知的几个旋转速度，因此上述解决方案可以，例如，从计算的角度而言是优选的。另外，至少在动力源包括内燃机的情况下，速度必须至少为内燃机的空转速度。如果根据图3的方法已确定的速度低于内燃机的空转速度，则内燃机的速度替代地被设定为空转速度。

根据以上所述，动力源的速度能够可替代地被设定为比已确定用于所述第一负载和所述第二负载的速度需求中的最高值高或低最大10%的固定速度。

优选地，系统被设定为使得动力源总是能够传输可能上升的最大动力需求，而同时能够满足最高的请求速度。

可替代地，可以存在以下情形，根据上述方式已确定的速度包括能够由动力源传输的动力达不到所需动力的速度，在此，不能够因此获取所请求的动力，并且在此，动力源的旋转速度可被设定为为了尽可能地满足当前要求而能够被获取的动力源的最大功率的旋转速度。

因此，根据本发明的岩石钻孔设备的控制具有下述效果，用于控制动力源的控制系统的实施方式可被设计成使得动力源被以与“最佳”速度尽可能接近地相一致的旋转速度驱动。

系统还可被设置成持续地以及自动地使动力源的速度适应此刻最有利而不会对钻机功能有负面形式的影响的操作点。可以理解的是，动力源的速度的控制可以是持续的，即，根据图3的方法，因此，所需速度的确定可以，例如，连续地、每秒、每5秒、每10秒或以任何适当的间隔执行。动力源的速度因此可以在操作期间被连续地改变，例如，由于由动力源驱动的其他负载/消耗装置的致动/去动，或可替代地，例如，在钻削期间的变化的需求，诸如增大/减小的冲击压力，增大/减小的冲刷空气需求等等。

根据本发明的岩石钻孔设备的控制还具有以下效果，即部件能够以简单的方式被替换，而不必影响控制系统的与控制替换部件或被替换部件控制的单元相关的部分。

例如，由于旋转马达21的控制请求来自液压泵15的所需流量，因此旋转马达的控制无需“关注”实际驱动旋转马达的是何种类型的液压泵。即，从旋转马达观察到，是否为以高速被驱动的小的液压泵或者是否为以低速被驱动的更大的液压泵并无关紧要。因此，液压泵15可以由另外类型的液压泵替换，而无需改变钻机的关于旋转马达的控制或者关于岩石钻孔过程的总体控制的控制。相应地，这适用于根据本发明被控制的其他负载和消耗装置。根据一个实施方式，出现在岩石钻孔设备上并且被动力源直接或间接地驱动的全部负载/消耗装置都根据本发明被控制。根据另一实施方式，只有所述负载/消耗装置的一部分根据本发明进行控制，而其他的负载/消耗装置可以以另外的方式控制，或根本不被控制。

如所认识到的，根据本发明的解决方案仍能够导致某些负载/消耗装置具有比动力源将被驱动的确定的速度ω_{e_min}更低的速度需求。在一个实施方式中，这通过使负载/消耗装置以比实际需要更高的动力工作来处理。然而，这引起了直接取决于产能过剩的损失。

然而，将系统设计为使得可获得的流量高于所需流量的操作状态能够被处理为以便尽可能地减小过大的动力消耗。在液压泵被以比连接至液压泵的消耗装置所需的速度更高的速度驱动的情况下，过大的泵容量可以，例如，被旁通至箱。然而，这也导致直接取决于产能过剩的损失。在应用具有可变排量的液压泵的情况下，排量能够按照需求而减小，即使减小的排量由于降低的效率而略微产生增大的损失，排量在部分负载时也相当地更加有效。

在一个实施方式中，一个或更多个所述消耗装置和负载包括专用的控制单元，在此，例如，旋转速度请求可被发送至旋转马达的专用的控制单元，其然后将流量需求的请求发送至驱动旋转马达的液压泵的控制单元，该控制单元又可以确定所需的速度，所需的速度则被发送至，例如，动力源的控制单元。

以上已关于地面钻机对本发明进行了描述，地面钻机承载顶锤式钻孔机器形式的钻孔机器。然而，本发明还可应用于控制例如，DTH（潜孔式（Down-The-Hole））钻孔装置，以及控制有关地下钻机。

另外，以上已关于用于控制动力源的方法对本发明进行了描述，在该方法中，动力源的速度基于通过消耗装置的表示已获得的旋转速度需求进行控制。根据一个实施方式，至少一个传感器被用于确定至少一个另外的消耗装置的动力需求，在此，动力源基于至少一个消耗装置的表示和来自用于确定至少一个另外的消耗装置的动力需求的至少一个传感器的信号二者来控制。

Claims

1.一种用于控制岩石钻孔设备中的动力源（9）的方法，所述动力源（9）设置成驱动所述岩石钻孔设备中的至少第一负载（8、10、15），其中，所述第一负载（8、10、15）在操作中向第一消耗装置（11、21）提供动力，并且，能够由所述第一负载（8、10、15）传输的动力取决于所述动力源（9）的旋转速度，所述方法包括：

通过所述第一消耗装置（11、21）的表示（31），确定所述第一消耗装置（11、21）的动力需求，

基于所述确定的动力需求，确定所述第一负载（8、10、15）的旋转速度需求，以及

至少基于所述第一负载（8、10、15）的所述确定的旋转速度需求控制所述动力源（9）的旋转速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动力源（9）设置成驱动所述岩石钻孔设备中的至少一个第二负载（8、10、15），所述第二负载（8、10、15）在操作中向第二消耗装置（11、21）提供动力，并且，能够由所述第二负载（8、10、15）传输的动力取决于所述动力源（9）的旋转速度，所述方法还包括：

确定所述第二消耗装置（11、21）的第二动力需求，

基于所述第二动力需求确定所述第二负载（8、10、15）的第二速度需求，以及

基于所述第一和第二负载（8、10、15）的所述速度需求控制所述动力源（9）的旋转速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二消耗装置（11、21）的所述第二动力需求通过所述第二消耗装置（11、21）的表示（31）来确定。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述方法还包括将所述动力源（9）的旋转速度设定为已被确定用于所述第一和第二负载（8、10、15）的所述旋转速度需求的最高值。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述动力源（9）的旋转速度能够被设定为多个固定旋转速度，其中，所述方法还包括将所述动力源（9）的旋转速度设定为最接近地高于已被确定用于所述第一和第二负载（8、10、15）的所述旋转速度需求的最高值的固定旋转速度。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述动力源（9）的旋转速度能够被设定为多个固定旋转速度，其中，所述方法还包括将所述动力源（9）的旋转速度设定为比已被确定用于所述第一和第二负载（8、10、15）的所述旋转速度需求的最高值高或低至多10%的固定旋转速度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述动力源（9）包括内燃机，当所述确定的旋转速度需求低于所述内燃机的空转速度时，所述内燃机的旋转速度被设定为所述空转速度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括将所述第一消耗装置（11、21）的所述确定的旋转速度需求从所述第一消耗装置（11、21）的控制装置传送至所述第一负载（8、10、15）的控制装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在岩石钻孔过程冲击和旋转中的任何一种的过程中使用所述第一消耗装置（11、21）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当基于确定的动力需求确定负载（8、10、15）的旋转速度需求时，使用动力源（9）的旋转速度与能够通过所述第一负载（8、10、15）传输的动力之间的确定的关系。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法通过所述岩石钻孔设备的控制系统自动地执行。

12.一种用于控制岩石钻孔设备中的动力源（9）的系统，其中，所述动力源（9）设置成驱动所述岩石钻孔设备中的至少第一负载（8、10、15），所述第一负载（8、10、15）设置成在操作中向第一消耗装置（11、21）提供动力，并且，能够由所述第一负载（8、10、15）传输的动力取决于所述动力源（9）的旋转速度，其特征在于，所述系统包括：

用于通过所述第一消耗装置（11、21）的表示（31）来确定所述第一消耗装置（11、21）的动力需求的确定装置，

用于基于所述确定的动力需求来确定所述第一负载（8、10、15）的旋转速度需求的确定装置，以及

用于至少基于所述第一负载（8、10、15）的所述确定的旋转速度需求来控制所述动力源（9）的旋转速度的控制装置。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述动力源（9）设置成驱动所述岩石钻孔设备中的至少一个第二负载（8、10、15），其中，所述第二负载（8、10、15）设置成在操作中向第二消耗装置（11、21）提供动力，并且，能够由所述第二负载（8、10、15）传输的动力取决于所述动力源的旋转速度，所述系统还包括：

用于确定所述第二消耗装置（11、21）的动力需求的确定装置，

用于基于所述确定的动力需求来确定所述第二负载（8、10、15）的速度需求的确定装置，以及

用于基于所述第一和第二负载（8、10、15）的速度需求来控制所述动力源（9）的旋转速度的控制装置。

14.根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述第一和/或第二消耗装置（11、21）的所述表示（31）包括所述消耗装置（11、21）的软件表示。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一负载（8、10、15）的输入轴被设置成由所述动力源（9）的输出轴驱动，使得所述负载（8、10、15）的旋转速度线性地取决于所述动力源（9）的旋转速度。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一和/或第二负载（8、10、15）包括液压泵，并且所述第一和/或第二消耗装置（11、21）的动力需求包括液压流量需求。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制装置包括控制单元（18）或控制单元（18）中的专用的计算机程序代码。

18.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括当与所述负载（11、21）相关的负载（8、10、15）被以比所述确定的旋转速度需求更高的速度驱动时用于减小提供至消耗装置（11、21）的动力的装置。

19.一种岩石钻孔设备，其特征在于，所述岩石钻孔设备包括根据权利要求12至18中任一项所述的系统。