CN103452476A - 凿岩钻车以及驱动压缩机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及凿岩钻车以及驱动压缩机的方法。所述凿岩钻车（1）是燃烧发动机（Dl）操作的并且设有冲洗系统（FS），所述冲洗系统（FS）包括用于产生压缩空气的压缩机（CO）。所述压缩机由电驱动马达（CM）驱动。所述燃烧发动机被连接以驱动产生存储在能量存储器（BAT）中的电能的发电机（GEN）。所存储的电能能够在驱动压缩机时被利用。

Description

凿岩钻车以及驱动压缩机的方法
技术领域
本发明涉及一种凿岩钻车，并且特别地涉及用于驱动该凿岩钻车的压缩机的布置。
本发明还涉及一种驱动凿岩钻车的压缩机的方法。
本发明的领域在独立权利要求的前序部分中更具体地被限定。
背景技术
在矿及其它工作地点中，使用凿岩钻车用于对岩石表面钻凿钻孔。通常，凿岩钻车包括用于产生所需的能量的内燃机。此外，凿岩钻车设有吊臂以及在该吊臂中的钻凿单元。在钻凿过程期间，钻屑形成在钻孔中。借助于冲洗介质将钻屑从钻孔冲走。通常，使用压缩空气用于冲洗。因此，凿岩钻车包括用于产生所需的冲洗空气的压缩机。已经注意到，冲洗系统对燃烧发动机导致显著的负载。
WO2011/080392-A1公开了一种采矿车辆，其连接到用于主要能力的电网，并且具有辅助能量源用于另外的能量。WO03/093699-A1公开了一种用于借助于燃烧发动机和行星齿轮来驱动压缩机的布置。
发明内容
本发明的目的是提供一种设有压缩机装置的新型且改进的凿岩钻车以及一种驱动压缩机的方法。
根据本发明的凿岩钻车的特征在于设备独立权利要求的特征。
根据本发明的方法的特征在于方法独立权利要求的特征。
所公开的解决方案的思想在于，燃烧发动机操作的凿岩钻车设有包括一个或多个压缩机的压缩空气系统。所述压缩机由一个或多个电动马达驱动。在燃烧发动机中产生的动能不被传输至压缩机。
所公开的解决方案的优势在于，压缩机能够机械地且物理地独立于凿岩钻车的燃烧发动机而被驱动。能够精确地且根据对压缩空气的需要来驱动压缩机。这样，能够避免压缩空气的不必要产生，并且能够减少燃烧发动机的燃料消耗量。
根据一个实施例，电能被充进一个或多个电能存储器中，并且在驱动压缩机的电动马达时利用所存储的电能。由于对所存储的电能的使用，能够减少燃烧发动机的负载和燃料消耗量。能量存储器使得可以平衡燃烧发动机的负载，因而可以使用具有较低功率容量的燃烧发动机。
根据一个实施例，仅借助于从能量存储器接收的电能来驱动电动压缩机驱动马达。
根据一个实施例，借助于从能量存储器和由燃烧发动机驱动的发电机接收的电能来驱动电动压缩机驱动马达。能量存储器的使用降低发电机和燃烧发动机的负载。
根据一个实施例，通过考虑由于压缩机的电驱动所需的较低功率和取自电存储器的电功率来设定燃烧发动机的输出容量。因此，可以将燃烧发动机设定成具有较低功率容量，因而发动机可以具有更小的尺寸并且更廉价。
根据一个实施例，电能存储器是电池或包括若干电池的电池组。
根据一个实施例，燃烧发动机是柴油发动机。
根据一个实施例，凿岩钻车包括用于控制冲洗系统的运行的控制单元。所述控制单元监测钻凿单元并且检测对压缩空气的需要。控制单元被构造成基于监测而自动地调节压缩机的运转速度。这样，根据钻凿过程和压缩空气的消耗来调节压缩空气的产生，即压力和流动。
根据一个实施例，凿岩钻车包括用于控制冲洗系统的运行的控制单元。控制单元监测机车单元（tramming unit）并检测承载架是否被转移驱动。控制单元被构造成基于监测而在检测到转移驱动期间自动地关闭电动压缩机驱动马达。以这种方式，在转移驱动期间避免了压缩空气的不必要产生。
根据一个实施例，操作员在凿岩钻车的转移驱动期间关闭电动压缩机驱动马达。此外，压缩机能够在钻凿程序中的任何其它中断期间和不需要压缩空气的情形中停止。以这种方式，避免了压缩空气的不必要产生，并且节省了能量。
根据一个实施例，电力系统包括用于控制电动压缩机驱动马达的旋转的至少一个控制装置。能够无级地控制压缩机驱动马达的驱动。用于控制电动马达的运转的控制装置能够是变频器，诸如逆变器或DC/AC转换器。借助该实施例，能够以通用且有效的方式来调节压缩机的输出容量，并且此外，控制也是精确的。替代地是，能够以预定级数或斜坡方式（ramp）来控制压缩机驱动马达的驱动。
根据一个实施例，机车单元包括连接至电力系统并且产生用于传输驱动的动力的一个或多个电动机车驱动马达。当运转机车马达时，能够完全或部分地利用存储在一个或多个电能存储器中的电能。由于使用所存储的电能，能够减少燃烧发动机的负载和燃料消耗量。
根据一个实施例，凿岩钻车器是电操作的并且连接至电气系统。当运转凿岩机时，能够完全或部分地利用存储在一个或多个电能存储器中的电能。由于使用所存储的电能，能够减少燃烧发动机的负载和燃料消耗量。
根据一个实施例，凿岩钻车包括至少一个电操作的辅助单元。该辅助单元可以例如是液压单元。液压单元可以产生用于吊臂的液压缸和其它液压辅助致动器所需的液压压力。液压单元包括电驱动的并且连接至电力系统的液压泵。当运转液压泵时，能够完全或部分地利用存储在一个或多个电能存储器中的电能。由于使用所存储的电能，能够减少燃烧发动机的负载和燃料消耗量。
根据一个实施例，凿岩钻车包括被构造成在钻凿过程期间确定钻凿效率的控制单元。当在最大效率下执行钻凿时，控制单元可以控制电力系统以增大电能到能量存储器的存储。因此，当钻凿单元需要较少的功率并且燃烧发动机具有空闲容量（free capacity）时，更多的电能能够由发电机产生并且然后被存储在能量存储器中。可能的额外容量能够被用于对电池进行充电。
根据一个实施例，凿岩钻车包括被构造成确定燃烧发动机的当前负载的控制单元。该控制单元可以控制电力系统以与检测到的燃烧发动机的负载中的增加成比例地增加存储在能量存储器中的电能的消耗。以这种方式，在当燃烧发动机重度负载的情况下，越来越多的电池的电能被用于驱动连接至电力系统的不同的电动驱动马达。该实施例使燃烧发动机的负载平衡。
根据一个实施例，所公开的解决方案被利用在顶锤钻凿中。该钻凿单元包括顶锤类型冲击装置，该顶锤类型冲击装置相对于钻头位于钻凿工具的相对端处。
根据一个实施例，所公开的解决方案被利用在潜孔（DTH）钻凿中。该钻凿单元包括潜孔类型冲击装置，该潜孔类型冲击装置位于钻凿工具的与钻头相同的一端处。
根据一个实施例，所公开的解决方案被利用在旋转钻凿中。该钻凿单元不具有任何撞击装置，而是相反地，借助于旋转装置来旋转钻凿工具。
根据一个实施例，所公开的压缩机装置和程序旨在用于表面钻车，该表面钻车被设计用于在露天矿场和其它工作地点诸如道路、建筑物和其它承包工作地点中的地上钻凿。
根据一个实施例，通过执行为该目的而设计的一个或多个软件或计算机程序来实施所公开的控制程序。所述计算程序包括程序代码装置（program code means），该程序代码装置被配置成当在计算机上运行时执行所公开的动作和步骤。
上文所公开的实施例能够被组合起来以形成提供有需要特征的合适解决方案。
附图说明
在附图中更详细地描述一些实施例，其中
图1是示出用于表面工作地点的凿岩钻车的示意性侧视图，
图2是示出潜孔钻凿的原理的示意图，
图3是示出用于地下工作地点的凿岩钻车的示意侧视图，
图4示意凿岩钻车的控制系统的控制框图，并且
图5是示出凿岩钻车的电力系统的简化图。
为了清楚起见，附图以简化的方式示出所公开的解决方案的一些实施例。在图中，相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
图1示出可行的凿岩钻车1，该凿岩钻车1包括可移动的承载架2，该可移动的承载架2设有一个或多个吊臂3，所述吊臂3配备有钻凿单元DR。钻凿单元DR可以包括设有凿岩机7的进给梁5，该凿岩机7能够借助于进给装置6在进给梁5上移动。凿岩机7可以包括撞击装置和旋转装置，所述撞击装置用于在工具8上产生冲击脉冲，所述旋转装置用于旋转所述工具8。此外，钻车1可以包括冲洗系统FS，该冲洗系统FS包括用于产生压缩空气的一个或多个压缩机CO，所述压缩空气可以通过冲洗通道9被输送至凿岩机7并且通过工具8被输送至钻孔10。
此外，凿岩钻车1可以包括液压系统，该液压系统包括液压泵HP、液压通道、箱和诸如阀等的必要的控制装置。此外，一个或多个液压致动器可以被连接到该液压系统。
凿岩钻车1还包括被布置用以控制凿岩钻车1的系统的一个或多个控制单元CU。所述控制单元CU可以是计算机或包括处理器、可编程逻辑的相应控制装置或适合于特定目的的任何其它控制装置，能够为所述目的设置至少一个控制策略，根据所述控制策略，控制单元独立地或与操作员配合地执行控制。
在钻凿地点，利用钻凿单元DR钻凿一个或多个钻孔。在钻凿操作之后，将钻车1移动到下一个钻凿地点或位置。凿岩钻车1设有驱动设备，该驱动设备包括传动装置11，所述传动装置11用于将旋转运动输送至诸如履带或轮子的移动构件12。在承载架2上，还存在燃烧发动机Dl，该燃烧发动机Dl可以是柴油发动机。燃烧发动机Dl充当用于产生所需的动能的功率单元。动能能够经由传动装置11而被传输至移动构件12，并且进一步传输至用于产生所需的电能的一个或多个发电机。电能能够被存储在诸如电池或电池组的一个或多个能量存储器BAT中。能够根据在该专利申请中描述的原理来控制压缩机CO和液压泵HP。此外，可以借助于一个或多个电动机车驱动马达（electrictramming drive motor）来形成用于传输驱动的所需的动力功率，所述一个或多个电动机车驱动马达也可以如上文所公开地受到控制。
图2示意用于潜孔DTH钻凿的钻凿单元DR的基本原理，所述潜孔DTH钻凿与图1中所示的顶锤钻凿的不同之处在于，与凿岩机7的旋转装置14相比，撞击装置13被布置在工具8的相对端处。也可能的是，钻机不包括任何撞击装置，从而其被称为旋转钻凿。上文所公开的冲洗系统和控制原理也能够应用于DTH和旋转钻凿。
图3公开了适合于当挖掘隧道和岩洞时以及当开采矿石时的地下钻凿的凿岩钻车1。以上公开的原理和实施例也适用于该类型的凿岩。
图4示出控制系统15，该控制系统15包括一个或多个控制单元CU和输入装置16，所述输入装置用于将控制数据和命令馈送到控制单元CU。输入装置可以包括诸如操纵杆的控制装置17和诸如键盘的输入设备18，操作员19可以借助于输入设备18与控制单元CU通信。此外，控制单元CU可以从一个或多个存储器单元20读取数据和将数据存储在所述一个或多个存储器单元20中。控制单元CU可以设有一个或多个控制策略21，所述一个或多个控制策略21包括用于控制凿岩钻车的冲洗系统FS以及可能地其它电力系统诸如机车系统和辅助系统的操作原理和准则。控制策略21可以包括用于自动控制电动压缩机驱动马达CM的算法。控制数据和参数可以被存储在存储单元或介质20中。可以借助于来自系统和连接至电力系统的致动器的传感器或测量装置来收集监控信息和测量数据。此外，能够监测燃烧发动机Dl的运行。监测或感测数据能够被传输至控制单元CU。所述控制单元CU可以是配备有合适处理器的计算机，所述处理器能够运行包括控制算法的软件程序以及处理测量数据，用以产生控制信息。基于测量数据、手动控制命令和控制策略，控制单元CU产生用于所公开的系统的控制命令，并且允许根据上文提出的原理的所公开的控制。
在图5中，示出凿岩钻车的电力系统ES的简化图。燃烧发动机Dl驱动发电机GEN，并且产生电能。借助于所产生的电能，凿岩钻车的电力系统被驱动。钻凿单元DR、机车单元TR和诸如液压系统HS的辅助单元能够通过由发电机GEN产生的能量来驱动。此外，所产生的能量能够被用来对能量存储器BAT进行充电。在发电机与能量存储器之间可以存在变压器。能够借助于存储在能量存储器BAT中的能量来驱动冲洗系统FS。可替代地是，能够从两个源，即从能量存储器BAT和发电机GEN将电能引导至冲洗系统FS。
冲洗系统FS还可以包括控制装置CD，该控制装置CD可以包括变频器，通过该变频器，能够无级地控制电动压缩机驱动马达CM的旋转。控制装置CM的运行可以由控制单元CU来控制。
附图和相关的描述仅仅旨在阐明本发明的思想。在其细节上，本发明可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (15)

1.一种凿岩钻车，包括：
可移动的承载架（2）；
机车单元（TR），所述机车单元用于执行所述承载架（2）的转移驱动；
至少一个钻臂（3），所述钻臂能够相对于所述承载架（2）移动，并且所述钻臂设有钻凿单元（DR），所述钻凿单元（DR）包括凿岩机（7）；
冲洗系统（FS），所述冲洗系统包括至少一个压缩机（CO），用于在钻凿期间产生用于冲洗钻孔（10）的压缩空气；
燃烧发动机（Dl），所述燃烧发动机（Dl）用于产生动能；
至少一个发电机（GEN），所述至少一个发电机被布置成由所述燃烧发动机（Dl）驱动，并且所述至少一个发电机被布置成产生到电力系统（ES）的电能；以及
至少一个能量存储器（BAT），所述至少一个能量存储器（BAT）被连接至所述电力系统（ES）；
其特征在于，
所述凿岩钻车是燃烧发电机操作的；
所述凿岩钻车的需要电能由至少一个发电机产生；并且
所述冲洗系统（FS）的所述至少一个压缩机（CO）借助于至少一个电动压缩机驱动马达（CM）来驱动，所述至少一个电动压缩机驱动马达（CM）被连接至所述电力系统（ES）。
2.根据权利要求1所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述至少一个电动压缩机驱动马达（CM）借助于从所述至少一个能量存储器（BAT）接收的电能来驱动。
3.根据权利要求1所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述至少一个电动压缩机驱动马达（CM）借助于从所述至少一个能量存储器（BAT）和所述至少一个发电机（GEN）接收的电能来驱动。
4.根据前述权利要求中的任一项的所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述凿岩钻车（1）包括至少一个控制单元（CU），用于控制所述冲洗系统（FS）的运行；
所述控制单元（CU）被布置成监测所述钻凿单元（DR）；并且
所述控制单元（CU）被布置成根据钻凿过程来调节所述压缩机（CO）的运转速度和压缩空气的产生。
5.根据前述权利要求中的任一项的所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述凿岩钻车（1）包括至少一个控制单元（CU），用于控制所述冲洗系统（FS）的运行；
所述控制单元（CU）被布置成监测所述机车单元（TR）以及检测所述承载架（2）的转移驱动；并且
所述控制单元（CU）被布置成在转移驱动期间关闭所述电动压缩机驱动马达（CM）。
6.根据前述权利要求中的任一项的所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述电力系统（ES）包括至少一个控制装置（CD），用于控制所述电动压缩机驱动马达（CM）的旋转。
7.根据前述权利要求中的任一项的所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述机车单元（TR）包括至少一个电动机车驱动马达（TM），所述电动机车驱动马达被连接至所述电力系统（ES）并且产生用于所述转移驱动的动力。
8.根据前述权利要求中的任一项的所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述凿岩机是电操作的并且被连接至所述电力系统（ES）。
9.根据前述权利要求中的任一项的所述的凿岩钻车，其特征在于，
所述凿岩钻车（2）包括液压系统（HS）和液压致动器，所述液压致动器被连接至所述液压系统（HS）；
所述液压系统（HS）包括至少一个液压泵（HP），用于产生液压压力；并且
所述液压泵（HP）是电驱动的并且被连接至所述电力系统（ES）。
10.一种驱动设有燃烧发动机（Dl）的凿岩钻车的压缩机的方法；
所述方法包括：
借助于马达来驱动压缩机（CO）；和
将所产生的压缩空气引导至冲洗系统（FS）；
其特征在于，
通过由所述燃烧发动机驱动的至少一个发电机来产生用于所述凿岩钻车的电力系统的需要电能；并且
机械地独立于所述燃烧发动机（Dl），借助于电动压缩机驱动马达（CM）来驱动所述压缩机（CO）。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
通过利用存储在至少一个能量存储器（BAT）中的电能来驱动所述电动压缩机驱动马达（CM）。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
根据钻凿过程来调节压缩空气的产生。
13.根据前述权利要求10至12中的任一项所述的方法，
其特征在于，
在钻凿过程期间确定钻凿效率；并且
当在最大效率下执行钻凿时，增大到至少一个能量存储器（BAT）的电能的存储。
14.根据前述权利要求10至13中的任一项所述的方法，
其特征在于，
确定所述燃烧发动机（Dl）的当前负载；并且
与检测到的所述燃烧发动机（Dl）的负载的增加成比例地增加存储在至少一个能量存储器（BAT）中的电能的消耗。
15.根据前述权利要求10至14中的任一项所述的方法，
其特征在于，
确定压缩空气的当前使用；并且
当不使用压缩空气时，关闭所述电动压缩机驱动马达（CM）。
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