CN103201450A - 钻岩设备和用于钻岩设备的传动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻岩设备和用于钻岩设备的传动方法。钻岩设备(1)包括可通过驱动装置(16)在矿山中移动的运载工具(2)。钻岩设备包括液压钻凿系统(13)，由液压泵(21)为该液压钻凿系统产生压力能。钻岩设备为电驱动的并且包括电动马达(M)，该电动马达被连接用以驱动所述驱动装置和液压钻凿系统。包含在驱动装置内的机械驱动的传动装置和液压钻凿系统的液压泵能够借助于离合器(K)而彼此独立地被连接和断开。

Description

钻岩设备和用于钻岩设备的传动方法

技术领域

本发明涉及一种电驱动的钻岩设备，钻岩设备包括移动式运载工具，在运载工具上布置有一个或更多个带有钻凿单元的钻臂。运载工具借助于驱动装置移动，驱动装置包括电动马达和用于将驱动力传递到轮子的机械驱动的传动装置。钻岩设备还包括用于钻凿的液压系统，其中，由液压泵产生的压力能驱动钻凿致动器。

此外，本发明涉及用于钻岩设备的传动方法。在本申请的独立权利要求的前序部分更加详细地描述了本发明的技术领域。

背景技术

在矿山中利用钻岩设备在计划好的钻凿地点钻凿出钻孔。当完成钻孔时，采矿车辆转移到下一个钻凿地点以钻凿出新的钻孔扇面或钻孔面。在地下的矿山中，特别有利的是借助于电动马达产生的能量执行转移行驶。通常地，钻岩设备采用由在液压钻凿系统中作用的压力能驱动的液压钻凿致动器。由液压泵提供液压，液压泵被电驱动的钻岩设备中的专用电动马达驱动。发现当前的钻岩设备的电驱动传动系统占用了运载工具上的许多空间，并且此外它们很昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供新颖并且改进了的钻岩设备以及用于实现钻岩设备的传动的方法。

本发明的钻岩设备的特征在于：用于钻凿的液压系统的液压泵和驱动装置的机械驱动的传动装置被布置成由至少一个共用的电动马达驱动；并且用于钻凿的液压系统和机械驱动的传动装置中的每个均可通过离合器独立地连接和断开，以便被电动马达驱动或者不被电动马达驱动。

本发明的方法的特征在于：将来自共用的电动马达的驱动力传递到液压钻凿系统的液压泵和驱动装置的机械驱动的传动装置；并且通过离合器独立地控制被共用的电动马达驱动的用于钻凿的液压系统和机械驱动的传动装置的连接和断开。

本发明的构思是使同一电动马达驱动机械驱动的传动装置和液压钻凿系统的液压泵。此外，从共用的电动马达到驱动的传动装置和液压泵的动力传递可借助于离合器独立地连接和断开。

本发明所具有的优点是同一电动马达被用于转移行驶以及产生液压。在该情况下，驱动装置和钻凿液压装置不需要专用电动马达。因此，传动系统的结构可以更加简单并且价格可以更低。此外，使用共用电动马达时，由于存在较少量的大体积电动马达，因此便于将属于传动系统的部件放置到运载工具上。又另一可能的优点是可以根据载荷比以前更好地控制电动马达的运行，并且此外，当钻岩设备的操作不需要驱动装置和钻凿液压装置工作时，还能够避免它们过度运行。因此，能够节约能量，这是一件重要的事情，特别是对于电池驱动的钻岩设备而言。总体上通过节能而节省成本也是一个重要的优点。

实施例的基本构思是电动马达中的转子的第一端被布置用以驱动机械驱动的传动装置并且转子的第二端被布置用以驱动液压钻凿系统的液压泵。本申请提供了一种仅占据很小空间的传动方案。

实施例的基本构思是传动系统包括具有一个或更多个输入轴的分度齿轮，共用电动马达连接至该输入轴。液压钻凿系统的一个或更多个液压泵被连接到分度齿轮的输出轴，如同机械驱动的传动装置的传动部件那样。分度齿轮可以被布置成像这样将驱动输出传递到连接至该分度齿轮的部件，或者该分度齿轮可以具有用于与其连接的每个部件的不同的传动装置。

实施例的基本构思是钻岩设备包括两个或者更多个电动马达，每个电动马达为驱动装置和液压钻凿系统所共用。电动马达可以相互串联连接，或者它们可以被连接到分度齿轮的输入轴。由于本申请，可以根据载荷需要而同时采用一个或更多个电动马达。电动马达在其效率和特性方面可以相同或不同。

实施例的基本构思是鉴于钻凿液压装置所需的功率来定额钻凿液压装置和驱动的传动装置共用的电动马达的功率。驱动所需的功率明显低于钻凿液压装置所需的功率，因此对于驱动而言，电动马达是超额定的。在驱动期间电动马达可以以部分功率运行。

实施例的基本构思是借助于变频器控制钻凿液压装置和驱动的传动装置所共用的电动马达的功率和转速。由于逆变器驱动，电动马达可以具有所谓的软驱动。

实施例的基本构思是至少当电动马达仅驱动液压泵时，钻凿液压装置和驱动的传动装置所共用的电动马达以恒定的转速运行。

实施例的基本构思是钻凿液压装置的液压泵和驱动的传动装置是可连接的，以便被共用电动马达非同时地驱动。钻岩设备的控制单元可以具有控制策略，对于转移行驶的整段时期，根据控制策略关闭钻凿液压装置的液压泵，由此在转移行驶期间不将能量浪费用于产生液压。相应地，当完成转移行驶并且钻岩设备位于钻凿地点时，在钻凿期间可以借助于离合器使机械驱动的传动装置免除使用。由于本申请，对于不使用的功能不浪费能量，并且另一方面，共用电动马达的总容量可以被用于主要功能。

实施例的基本构思是钻凿液压装置的液压泵和驱动的传动装置是可连接的，以便被共用电动马达非同时地驱动以及也可以同时地驱动。例如，在定位钻岩设备期间，当运载工具被移动并且与此同时臂可以例如在预期的方向上被驱动时，可以利用本申请。此外，如果驱动发生在例如狭窄的矿山通道内，则在转移行驶期间能够转动臂。

实施例的构思是钻岩设备包括至少一个压缩机。压缩机所需的驱动力由驱动装置和钻凿液压装置共用的电动马达产生。压缩机可以借助于离合器被打开和关闭。由于本申请，压缩机不需要具有专用的单独的电动马达，而是再次利用共用的电动马达。在正常的转移行驶期间，压缩机可以被关闭不用。

实施例的构思是对于下坡行驶，钻岩设备设有其中将势能转化为压力能的装置。在长持续时间的下坡行驶中，运载工具的势能转化为动能。可以通过将旋转运动通过机械传动装置传递到分度齿轮或类似物而使运载工具减速，旋转运动可以从该分度齿轮进一步被传递到可用作发电机的电动马达。此外，在下坡行驶期间，能够打开钻凿液压装置的一个或更多个液压泵，并且当需要时，也能够打开压缩机。这些被打开的装置和系统可以接收在下坡行驶时释放的能量，从而可以改善长期的下坡行驶的动力学特征，而不使常规的减速系统过载。

实施例的构思是从能量存储器中获得钻岩设备的驱动能量。能量存储器可以包括一个或更多个电池。

实施例的构思是从矿山的电力系统中获得钻岩设备的驱动能量。在该情况下，钻岩设备配备有供电电缆和卷轴装置。

附图说明

在附图中更加详细地描述本发明的一些实施例，其中：

图1示意性地示出了位于矿山中的钻凿地点处的电驱动的钻岩设备，

图2示意性地示出了传动系统，其中一个共用电动马达的转子被连接，以便将驱动力传递到机械驱动的传动装置和用于钻凿的液压系统的液压泵，

图3示意性地示出了传动装置，其中一个共用电动马达被布置成驱动机械驱动的传动装置和两个液压泵，

图4示意性地示出了传动装置，其中，电动马达被连接到分度齿轮（dividing gear），来自分度齿轮的驱动力被分配到驱动的传动装置、几个液压泵和压缩机，

图5示意性地示出了传动装置，其包括被布置成通过分度齿轮驱动液压泵和驱动的传动装置的两个共用电动马达，

图6示意性地示出了传动装置，其中串联联接的两个共用电动马达被连接用以驱动机械驱动的传动装置和一个共用的液压泵，

图7为与本发明有关的操作和特征的流程图，并且

图8示意性地示出了另一种可选的传动装置。

为了清楚起见，在附图中简化地示出本发明的一些实施例。附图中，由相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

图1示出一种钻岩设备1，其包括可移动的运载工具2，该运载工具2设有一个或更多个配备有钻凿单元4的钻臂3a、3b。钻凿单元4可以包括设有钻岩机6的进给梁5，钻岩机6可以借助于进给装置7在进给梁5上移动。钻岩机6可以包括用于在钻具9上产生冲击脉冲的冲击装置8以及用于使钻具9旋转的旋转装置10。此外，钻岩机6可以包括冲洗装置。图中示出的臂3a以及布置于该臂3a的钻凿单元4用于在隧道或相应的钻凿地点的钻凿面11中钻凿出钻孔。作为选择，臂及其上的钻凿单元可以被设计用于在岩石洞的洞顶和洞壁中钻凿出扇形钻孔。此外，钻岩设备1可以包括设有锚杆装置12的臂3b，该锚杆装置同样具有钻岩机6。钻岩设备1包括用于钻凿的液压系统13，该液压系统包括液压泵21、液压通道、液槽以及必要的控制设备，诸如阀和类似物。至少移动钻臂3a、3b所需的臂致动器15以及钻岩机6的冲击装置8、旋转装置10和进给装置7可以被连接到液压钻凿系统13。由电动马达M驱动液压泵21。

钻岩设备1还包括被布置成控制钻岩设备1的系统的一个或更多个控制单元C。所述控制单元C可以是计算机或包括处理器、可编程逻辑器的相应控制装置，或者适合于该目的的其它任何控制装置，能够对控制单元设定至少一个控制策略，控制单元根据所述控制策略独立地或者与操作员协作地执行控制。

钻岩设备1被定位在钻凿地点P处，用于钻凿出一个或更多个钻孔。通常地，根据预先起草的钻凿图案进行钻井。当分配到钻凿地点P的任务完成时，钻岩设备1被离开钻凿地点P转移驱动到新的钻凿地点或者别的地方，以例如进行维护。钻岩设备1设有不包括内燃机的驱动装置16，即驱动装置16是不带内燃机的。然而，驱动装置16包括机械传动装置，电动马达M产生的功率通过该机械传动装置被传递到一个或更多个轮子19。电动马达M和液压钻凿系统13一样。电动马达M可以被联接到齿轮箱17，来自齿轮箱17的旋转力通过轴或者相应的传递元件18被传递到轮子。转移行驶所需的能量可以被充入例如可以是电池的能量存储器B中。

电动马达M也可以被用于减速。在长持续时间的减速中，电动马达M可以用作发电机，并且例如当从矿山中的行驶斜坡向下驱动时，将运载工具2的动能转化为电能。所产生的电能可以被充入能量存储器B中并因此被重新利用。不能被利用的剩余电能可以被转化为制动电阻器20中的热能。此外，钻岩设备1可以配备有可以包括变频器的控制设备S，从而在使用驱动装置和液压泵期间能够无级地控制电动马达M的旋转。电驱动系统可以进一步包括用于控制电流的其它必要的电控装置。在本申请中，变频器访问控制设备，借此可以以无级方式控制电驱动马达的转速。变频器可以是逆变器，或者变频器可以是控制电动马达运转的DC/AC转换器。

图2示出了一种传动装置，该传动装置可以仅包括一个单个的电动马达M，该电动马达M产生机械驱动的传动装置16和液压钻凿系统13的液压泵21所需的驱动力。电动马达M中的转子R的第一端可以通过离合器K联接到驱动装置16的齿轮箱17。转子R的第二端可以通过离合器K联接到液压泵21。本申请能够实现一种极其紧凑的传动系统。控制单元C可以控制控制装置S，控制装置S继而可以控制电动马达M。控制单元C可以进一步控制离合器K，从而当需要时，驱动力可以交替地被传递到驱动装置16或钻凿液压装置13，或者当需要时，功率能够同时传递到二者。

另外，图3示出的本申请除具有用于钻凿的两个液压系统13a和13b之外与图2示出的类似。该方案可被应用在例如当存在两个钻臂时。每个钻臂及其上的钻凿单元可以具有专用的液压钻凿系统。电动马达M可以被布置成通过离合器操作分度齿轮22，来自分度齿轮22的驱动力可以通过离合器被传递到液压泵21a和21b。如果必要的话，则分度齿轮22可以借助于离合器K与电动马达M断开，并且此外，可以例如根据在每个特定时间使用的钻臂而打开和关闭液压泵21a和21b。分度齿轮22可以被布置成将电动马达M的旋转力通过预定的驱动装置传递到液压泵21a、21b。例如根据液压钻凿系统所需的范围和功率，到液压泵21a和21b的传递可以相同或者不同。

图4示出了一种应用，在该应用中，电动马达M被连接到分度齿轮23的输入轴24。分度齿轮23通过离合器K将驱动力传递到输出轴25，并且进一步传递到钻凿液压装置的液压泵21a-21c，而且有可能也传递到压缩机26。在分度齿轮23的输出轴25中可以进一步布置另一个辅助装置，诸如冲洗水泵或者卷轴装置。图4的传动装置可以被用在长持续时间的下坡行驶中，使得来自轮子19的驱动力被传递到分度齿轮23并且进一步传递到电动马达M，电动马达用作减速器并且同时产生电能，以便对能量存储器B进行充电。剩余的电能可以借助于制动电阻器20而被转换为热。此外，一个或更多个液压泵21和压缩机26可以被连接，以便在下坡行驶期间借助于离合器K操作。

图5示出的应用与图4的方案的区别在于：分度齿轮23包括电动马达M1和M2所连接的两个输入轴24。电动马达M1和M2在效率上可以不同或相同。驱动装置和钻凿液压装置所共用的电动马达M1和M2可以例如取决于载荷而被连接成非同时地或者同时地操作。

图6示出了一种应用，在该应用中，两个共用电动马达M1和M2串联联接，并且它们可以被连接成非同时地或者同时地操作。电动马达M1和M2的转子可以以不滑动连接的方式相互机械连接。此外，在图6的装置中，一个液压泵21被布置成为用于钻凿的两个液压回路13a、13b提供液压流体中所需的压力。

图7借助于简单的流程图示出了与钻岩设备的操作和用途以及传动装置有关的特征和特性。在本申请中，上面已经讨论了这些细节。

对于驱动的传动装置，图8示出的方案与上面的传动装置不同。代替机械传动装置，图8的装置包括流体静力学传动装置。在该情况下，用于驱动的传动装置的专用液压泵27联接到分度齿轮23的至少一个输出轴25，通过该液压泵单独为驱动的传动装置产生液压。该液压驱动了一个或更多个为一个或多个轮子提供驱动力的液压驱动马达28。液压驱动马达28可以是例如被布置成与轮轴连接的轮毂马达，或者作为选择，来自液压驱动马达28的驱动力可以通过机械传动装置29诸如轴和类似物被传递到轮子19。图8示出的电动钻岩设备的传动装置的特征在于：液压钻凿系统的液压泵和驱动装置的液压泵被布置成用于被至少一个共用的电动马达驱动，并且借助于离合器，来自一个或更多个共用的电动马达的驱动力可彼此独立地连接到液压钻凿系统的液压泵以及驱动装置的液压泵。因此，液压泵可以根据操作状况非同时地或者同时地操作。应当注意，相应类型的流体静力学驱动的传动装置可以代替图1至图3、图5和图6中所示的机械驱动装置而被应用。

在一些情况下，在本申请中公开的特征可以以与其它特征无关的方式使用。另一方面，当需要时，可组合在本申请中公开的特征，以提供各种组合。

附图和相关的描述仅用于阐明本发明的构思。本发明的细节可在权利要求书的范围内变化。

Claims (8)

1.一种钻岩设备，所述钻岩设备为电驱动的并且包括：

运载工具(2)，所述运载工具设有多个用于使所述运载工具(2)移动的轮子(19)；

至少一个钻臂(3)，所述至少一个钻臂能够借助于至少一个臂致动器(15)相对于所述运载工具(2)移动，

至少一个钻凿单元(4)，所述至少一个钻凿单元包括：进给梁(5)；钻岩机(6)，所述钻岩机(6)被支撑到所述进给梁(5)，并且所述钻岩机(6)包括至少一个冲击装置(8)和旋转装置(10)；以及用于使所述钻岩机(6)在所述进给梁(5)上移动的进给装置(7)，

液压钻凿系统(13)，所述液压钻凿系统包括至少一个液压泵(21)，所述至少一个液压泵的压力能驱动以下钻凿致动器中的至少一个钻凿致动器：所述冲击装置(8)、所述旋转装置(10)、所述进给装置(7)和所述臂致动器(15)，以及

驱动装置(16)，所述驱动装置包括至少一个电驱动马达和用于将来自所述驱动马达的驱动力传递到所述轮子(19)的机械驱动的传动装置，其特征在于：

所述液压钻凿系统(13)的所述液压泵(21)和所述驱动装置(16)的机械驱动的传动装置被布置成由至少一个共用的电动马达（M)驱动，并且

借助于离合器(K)，所述液压钻凿系统(13)和所述机械驱动的传动装置中的每个均可独立地连接以便被所述电动马达(M)驱动，并且可独立地断开以便不被所述电动马达(M)驱动。

2.根据权利要求1所述的钻岩设备，其特征在于：

所述电动马达（M)包括转子(R)，所述转子的第一端被联接用以驱动所述驱动的传动装置，并且第二端被联接用以驱动所述液压钻凿系统(13)的所述液压泵(21)。

3.根据权利要求1所述的钻岩设备，其特征在于：

所述钻岩设备(1)包括具有至少一个输入轴(24)和至少一个输出轴(25)的齿轮箱(23)，

所述电动马达（M)被联接到所述齿轮箱(23)的输入轴(24)，以用于将驱动力传递到所述齿轮箱(23)，并且

所述驱动的传动装置和所述液压钻凿系统(13)的所述液压泵(21)被联接到齿轮箱(17)的输出轴(25)，以用于接收所述电动马达（M)的驱动力。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的钻岩设备，其特征在于：

所述钻岩设备(1)包括至少两个电动马达(M1、M2)，所述驱动装置(16)和所述液压钻凿系统(13)共用所述至少两个电动马达(M1、M2)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的钻岩设备，其特征在于：

所述钻岩设备(1)包括至少一个压缩机(26)，

所述压缩机(26)被联接成由所述液压钻凿系统(13)和所述驱动装置(16)所共用的所述电动马达(M)驱动，并且

能够借助于离合器(K)独立地连接和断开驱动力向所述压缩机(26)的传递。

6.一种用于在电动钻岩设备(1)中进行传动的方法，所述方法包括：

借助于包括至少一个电驱动马达的驱动装置(16)使所述钻岩设备的运载工具(2)移动，

将由所述驱动马达产生的驱动力通过机械驱动的传动装置传递到所述运载工具的轮子(19)，

在钻凿期间利用钻凿致动器在岩石中钻凿出钻孔，

通过至少一个电动马达驱动至少一个液压泵(21)并且为液压钻凿系统(13)提供压力能，

利用所述液压钻凿系统(13)的压力能驱动以下钻凿致动器中的至少一个钻凿致动器：冲击装置(8)、旋转装置(10)、进给装置(7)、臂致动器(15)，

其特征在于：

将来自共用的电动马达(M)的驱动力传递到所述液压钻凿系统(13)的所述液压泵(21)以及所述驱动装置(16)的所述机械驱动的传动装置，并且

借助于离合器(K)独立地控制所述液压钻凿系统(13)和所述机械驱动的传动装置的连接和断开，以便被所述共用的电动马达(M)驱动。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

在转移行驶的下坡期间连接所述液压钻凿系统(13)，并且将所述钻岩设备(1)的势能转化为压力能。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：

借助于变频器以无级方式控制所述共用的电动马达(M)的转速和功率。

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