CN107083928B - 用于将钻头保持在爆破孔钻上的机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钻头保持组件，所述钻头保持组件包括环、耦接于所述环的钻头夹持构件，以及耦接于所述环的致动器。所述钻头夹持构件可通过所述致动器在第一位置和第二位置之间移动，其中所述钻头夹持构件被配置为在所述第一位置与所述钻头接合，而在所述第二位置从所述钻头脱离。

Description

用于将钻头保持在爆破孔钻上的机构

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月12日提交的、申请号为62/294,658的美国临时申请的优先权，该在先申请的所有内容通过引用而并入本文。

发明领域

本发明涉及钻孔机，更具体地，涉及用于将钻头保持在爆破孔钻孔机上的机构。

背景技术

爆破孔钻孔机通常在采矿业中被用于钻穿硬岩石。在世界各地的矿井，比如煤矿、铜矿和钻石矿中均能找到爆破孔钻孔机。爆破孔钻孔机通常包括底座、从底座垂直延伸的钻塔，以及耦接于钻塔、由钻塔支撑并延伸至钻孔中的一根或多根钻杆。一些爆破孔钻孔机包括用于保持钻头的机构，例如转盘(carousel)。更换爆破孔钻孔机的钻头习惯上由操作者进行，并且需要手动地将钻头的螺纹与钻柱的、与其匹配的螺纹对准。

当将钻头附接至钻柱或从钻柱移除钻头时，在钻杆和钻头之间需要紧公差，所以更换钻头的主要困难之一在于确保钻头上的螺纹与钻杆上的螺纹同心。当前的钻头转盘包括罐(pot)，所述罐用于接收和保持未在使用的钻头。该罐的尺寸在某种程度上过大，从而允许钻头容易插入。然而，罐的大尺寸使得钻头更换系统难以正确地对准钻柱和钻头。由于钻柱的长度较长，钻头与钻柱之间的任何未对准或倾斜均被放大。此外，一些钻孔机包括水平存放的支架(mast)，该支架随后可被调节到竖直位置或者在水平位置与竖直位置之间的位置。钻头转盘耦接于支架，使得钻头转盘还可以与支架一起移动。因此，需要一种机构来将钻头保持在转盘中的适当位置，并且防止钻头在支架不处于竖直位置时从转盘中掉出。

解决这一问题的一种尝试是使用三个缸来伸出钻头锁，使钻头锁穿过转盘罐以将钻头保持在适当位置(第8,342,236号美国专利中阐述了一个实施例)。这种设计比较昂贵，需要三套液压缸、销、锁和伴随的布线。此外，多缸设计不太可能始终将钻头保持在罐中的居中位置。例如，如果从同一液压管线馈入三个缸，当一个锁与钻头接合时，缸中的压力将增加，迫使液压流体流动到其它气缸。在此情况下，锁将把钻头保持在其放置于罐中的位置，而不是将钻头移动到罐的中心。

发明内容

根据本发明的一种构造，钻头保持组件包括环、耦接于所述环的钻头夹持构件，以及耦接于所述环的致动器。所述钻头夹持构件可通过所述致动器在第一位置和第二位置之间移动，其中所述钻头夹持构件被配置为在所述第一位置与所述钻头接合，而在所述第二位置从所述钻头脱离。

根据本发明的另一种构造，钻头保持组件包括具有引导槽的环和具有销的侧壁，所述销延伸到所述引导槽中，从而所述环可以在由所述引导槽内滑动的销所规定的运动中旋转。该钻头保持组件还包括耦接于所述环的钻头夹持构件。所述钻头夹持构件包括与所述环接合的第一端和相对的第二端。所述第二端包括被配置为与所述钻头接合的突起。该钻头保持组件还包括耦接于所述环的致动器。所述钻头夹持构件可通过所述致动器在第一位置和第二位置之间移动，所述钻头夹持构件被配置为在所述第一位置与所述钻头接合，而在所述第二位置从所述钻头脱离。

通过参考详述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一种构造的钻孔机的侧视图。

图2是根据用于图1所示钻孔机的一种构造的钻头更换系统的透视图。

图3是图2所示钻头更换系统的单个钻头保持组件的放大俯视图。

图4是图3所示钻头保持组件的环的俯视图。

图5是图3所示钻头保持组件的钻头夹持构件的透视图。

图6是图5所示钻头夹持构件的致动器的透视图。

图7是图6所示致动器的分解图。

图8是图3所示钻头保持组件在第一接合位置的俯视图。

图9是图3所示钻头保持组件在第二脱离位置的俯视图。

图10是图3所示钻头保持组件接合钻头的俯视图。

图11是图3所示钻头保持组件接合钻头的透视图。

图12是根据另一构造的钻头夹持构件的透视图。

图13是根据另一种构造的、使用图12所示钻头夹持构件的钻头保持组件的俯视图。

图14是根据另一种构造的钻头更换系统的透视图。

图15是根据另一构造的钻头保持组件的透视图。

在详细解释本发明的任何构造之前，应当理解，本发明在应用时不限于在以下说明中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明可具有其它构造，并且能够以各种方式实现。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被认为是限制性的。

具体实施方式

如图1所示，在所示的构造中，爆破孔钻10包括：钻塔14、在钻塔14的下方支撑钻塔14的底座18(例如，机械室)、耦接于底座18的操作室22，以及驱动履带26的履带驱动器30，履带26沿着地面34驱动爆破孔钻10。钻塔14还包括被配置为向下延伸穿过地面34进入钻孔的钻杆38(例如，具有钻头，图中未示出)。在一些构造中，多个钻杆38连接在一起以形成延伸到钻孔中的细长钻柱。

爆破孔钻10还包括：用于将爆破孔钻10支撑在地面34上的调平千斤顶42、将钻塔14支撑在底座18上的斜杆46、耦接于钻塔14并驱动钻床头(drill head)54的钻床头马达50，以及将钻床头54与钻杆38的上端60耦接在一起的连接器58。爆破孔钻10的其他构造例如不包括驾驶室22、斜杆46，或者上述的一个或多个其他部件。

参照图1至11，爆破孔钻10还包括钻头更换系统100(比如，设置于底座18上或钻塔14的下部上)，用于保持一个或多个钻头105(图10所示)，并将钻头105移动至可重复的中心位置，以辅助将钻头105更换到钻杆38和从钻杆38上换下。

参照图2和图3，钻头更换系统100包括安装于钻头转盘的转盘板115上的三个钻头保持组件110。升起的圆形侧壁118从转盘板115延伸出来并限定用于接收钻头105的转盘罐119。每个钻头保持组件110均包括环120、钻头夹持构件125和致动器130。在所示的构造中，每个钻头保持组件110包括两个致动器130。然而，在其他构造中，可以使用一个致动器130，或多于两个的致动器130。每个钻头保持组件110容纳用于爆破孔钻10的、不同尺寸和形状的全系列钻头105。相比于图示构造，其他构造具有不同数量和位置的钻头保持组件110、钻头夹持构件125和/或致动器130。

如图4所示，每个环120包括引导槽135和暗销定位槽140。引导槽135与暗销定位槽140成对配置并临近暗销定位槽140设置。虽然在所示的构造中，三对引导槽135和暗销定位槽140围绕环120的圆周彼此间隔120度分布，但其他构造包括与所示构造不同的数量和位置。环120还包括与致动器130接合的安装孔145。环120包括内径A和外径B。内径A的尺寸被设置成使其在被置于钻头保持组件100内时与钻头105不发生干涉。外径B的尺寸设置成在引导槽135和暗销定位槽140周围提供足够材料，以防止环120破裂。如图2所示，每个环120被设置于侧壁118中的一个侧壁上。

如图5所示，在所示的构造中，每个钻头夹持构件125都是弓形的，并且包括第一端150和与第一端150相对的第二端155。孔160和暗销(dowel)165被设置于第一端150。钻头接合突起170置于第二端155。在使用中，孔160在环120上被置于引导槽135的上方。环120的引导槽135形成销175(图2和图3所示)的轨道，销175从侧壁118向上延伸并穿过引导槽135和孔160。销175保持静止，而环120和钻头夹持构件125均旋转。在一些构造中，销175与侧壁118一体成型。在一些构造中，销175是组装到侧壁118的独立部件。

钻头夹持构件125的暗销165被设置在环120中的暗销定位槽140内，从而使暗销定位槽140形成暗销165的轨道。钻头夹持构件125的尺寸被设置成阻止碎屑在环120的引导槽135和暗销定位槽140内积聚。在所示构造中，钻头夹持构件125被设置于环120的上方。在其他构造中，钻头夹持构件125被设置于环120下方。在一些构造中，具有多于或少于三个的钻头夹持构件125。如图11所示，在所示构造中，通过使用保持构件178，阻止或防止各个环120和钻头夹持构件125相对于侧壁118平动(例如，垂直地)。虽然在所示构造中，保持构件178是与销175一起使用的垫圈，但是其他构造包括允许环120旋转但不允许其相对于侧壁118平动的、不同类型的保持构件178，包括卡环等。

参照图6和7，在所示构造中，每个致动器130包括液压缸180、U形叉185、安装托架190和防松螺母195。缸180是单作用缸，其具有杆200和回位弹簧(spring return)。缸180在其外表面的大部分上带有螺纹(图中未示出)。杆200包括螺纹孔205(图7所示)。U形叉185包括基本上平行并且由连接器部分215连接的臂210。每个臂210均包括孔220，孔220与环120上的安装孔145对准(参见图4)，并且接收销225(参见图3)。如图6和图7所示，螺钉230与杆200中的螺纹孔205螺纹接合。

继续参照图6和7，安装托架190还包括螺纹孔235(图7所示)和安装孔237。如图3所示，销238穿过安装孔237而将致动器130附接到钻头更换系统100上的固定位置。虽然在所示构造中，各个致动器130被固定到从钻头保持组件110的侧壁118延伸的凸缘239上，但是其他构造包括不同的布置。

继续参照图6和图7，缸180螺纹接合在安装托架190中的螺纹孔235内。防松螺母195带有螺纹并与缸180的外表面上的螺纹接合，从而沿着缸180的长度方向将安装托架190固定到位。沿着缸180的外表面的螺纹允许调节缸180和安装托架190的相对位置，以适应加工公差的差异或符合不同尺寸的钻头105所需的夹持范围，从而使钻头更换系统100能够适应与爆破孔钻10相关联的全系列钻头105。

在一些构造中，缸180的外表面没有螺纹并且以任何合适的方式安装，比如用销或枢座(trunnion mount)安装。在一些构造中，缸180可枢转地耦接于钻头夹持构件125而不是环120。在一些构造中，致动器130不限于使用液压缸180来促动环120。例如，在一些构造中，致动器130包括气缸、线性电子致动器、旋转致动器，或者位于制动器外的单个线性或扭转弹簧，从而旋转环120。在一些构造中，一个或多个臂210与杆200一体成型，或以其他方式安装。在一些构造中，安装托架190与液压缸180一体成型。在一些构造中，液压缸180是双作用的而不是单作用的。

图8示出了处于钻头接合位置的钻头保持组件110。当处于钻头接合位置时，致动器130已经使钻头夹持构件125旋转，同时向朝向第一位置的钻头保持组件110的中心线C。在所示构造中，当钻头夹持构件125处于第一位置时，给致动器130供能并使其处于伸出位置。而在其它构造中，当钻头夹持构件125处于第一位置时，停止为致动器130供能并使其处于缩回位置。

图9示出了处于钻头脱离位置的钻头保持组件110。在所示构造中，并参照图4，钻头夹持构件125被设于第二位置，在环120的内径A和外径B之间。如图9所示的构造中，致动器130处于缩回位置。在其他构造中，当钻头夹持构件125处于第二位置时，致动器130处于伸出位置。

图10和11示出了与钻头105接合的钻头保持组件110。钻头105被置于由钻头转盘的侧壁118所限定的内室240中。钻头夹持构件125的端部155和突起170通过致动器130沿径向向内旋转。端部155和突起170朝向中心线的向内旋转被暗销165沿着暗销定位槽140的运动所引导，每个暗销定位槽140均在从中心线C向径向方向倾斜的方向上延伸。钻头夹持构件125的钻头接合突起170接合到钻头105的侧面，以保持和抓紧钻头105，将钻头105引导到居中位置，并且将钻头105保持在钻头保持组件110内的适当位置。

图12和图13示出了具有钻头夹持构件325的钻头保持组件310。钻头夹持构件325包括第一端350和与第一端350相对的第二端355。孔360和暗销365被置于第一端350。类似于上述的钻头保持组件110，钻头保持组件310还包括致动器330和销375。然而，在所示构造中，钻头夹持构件325包括具有120度弧的接合突起330。接合突起330提供增大的夹持区域以抓取钻头105，在一些构造中，完全保护钻头105上的结构(例如，钻头105上的螺纹)。图13示出了钻头保持组件310，钻头保持组件310包括处于钻头接合位置的钻头夹持构件325。当处于钻头接合位置时，三个钻头夹紧构件325的钻头接合突起330彼此相邻，围绕钻头105(未示出)的周边形成360度的覆盖。这种更大的覆盖避免碎屑落入内室240中并且保护钻头105的螺纹免受损坏。这种构造不限于呈120度弧形的三个钻头夹紧构件325。其他构造可以使用多于或少于三个的钻头夹紧构件325，其弧长被设计成提供围绕钻头105(未示出)周边的360度的覆盖。其他构造包括不同范围的弧长，包括小于120度(例如90度等)的钻头接合突起330和非半圆形的形状。

图14示出了包括钻头筐405的钻头更换系统400，钻头筐405在比如钻头转盘板(比如，如上所述及图2所示的转盘板115)和一个或多个钻杆(比如，如上所述及图1所示的钻杆38)之间移动钻头105。钻头更换系统400包括在钻头筐405上的钻头保持组件410。与钻头保持组件110和310相似，钻头保持组件410包括环420、钻头夹持构件425和至少一个致动器430(具有与上述的缸180和杆200相同的缸和杆)，致动器430以与上述的钻头保持组件110，310保持钻头105相同的方式彼此相对作用和移动。

为了操作钻头保持组件110(类似地操作钻头保持组件310或410)，当钻头保持组件110处于脱离接合位置时，钻头105被插入钻头保持组件110中。随后缸180被加压，导致杆200伸出。当杆200伸出时，环120将沿图3中的箭头X所示的方向旋转(在一些构造中，大约小于10度)，而销175沿环120中的引导槽135滑动。当环120旋转时，钻头夹持构件125同时朝向钻头保持组件110的中心线C旋转，产生保持钻头105并使钻头105与钻头保持组件110的中心线C对准的夹紧运动。三个钻头夹持构件125全部同时运动，导致钻头105在内室240中居中。钻头夹持构件125的运动被暗销165沿着环120上的暗销定位槽140的运动所引导。

当释放钻头105时，缸180的压力被去除，允许缸180内的回位弹簧以缩回杆200。当杆200缩回时，环120沿图3中的箭头Y所示的方向旋转，销175再次沿着引导槽135滑动。由销175沿着引导槽135滑动所引导的、环120的旋转导致钻头夹持构件125的第二端155和接合突起170远离中心线C移动，最终在由内环直径A和外环直径B(图9)所限定的空间内在环120上方的对准。钻头夹持构件125的运动被暗销165沿着环120上的暗销定位槽140的运动所引导。

在某些构造中，当处于钻头接合位置时，致动器130处于其减压(例如，不供能)位置，而当处于钻头脱离位置时，致动器130处于加压(供能)位置。在一些构造中，钻头保持组件110不用销175来引导和移动。在一些构造中，如图15所示，钻头保持组件510包括沿着侧壁518的顶部加工出的凹槽541，以引导销575(其在该构造中布置在环520的径向向内的位置)，并且迫使环520和钻头夹持构件525围绕C轴旋转。在其他构造中，提供一个或多个其它结构或特征(例如，槽，突起等)，所述结构或特征迫使本文所述的其中一个钻头保持组件的环围绕轴C旋转。

虽然结合了某些特定的优选构造来详细描述本发明，但是所描述的本发明的一个或多个独立方面可以在本发明的范围和精神内进行变化和修改。

Claims (21)

1.一种钻头保持组件，其特征在于，所述钻头保持组件包括：

环；

耦接于所述环的钻头夹持构件；以及

耦接于所述环的致动器；

其中所述致动器的激活被配置成引起所述环的旋转以及所述钻头夹持构件相对于所述环的旋转，其中所述钻头夹持构件可通过所述致动器在第一位置和第二位置之间移动，所述钻头夹持构件被配置为在所述第一位置与所述钻头接合，而在所述第二位置从所述钻头脱离。

2.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述钻头夹持构件包括与所述环接合的第一端和相对的第二端，其中所述第二端包括被配置为与所述钻头接合的突起。

3.根据权利要求2所述的钻头保持组件，其特征在于，所述突起的形状与所述钻头上的结构相对应。

4.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述钻头夹持构件为第一钻头夹持构件，其中所述钻头保持组件包括耦接于所述环的第二钻头夹持构件和耦接于所述环的第三钻头夹持构件。

5.根据权利要求4所述的钻头保持组件，其特征在于，所述第一钻头夹持构件、第二钻头夹持构件和第三钻头夹持构件中的每一个均包括与所述环接合的第一端和相对的第二端，其中所述第一钻头夹持构件、第二钻头夹持构件和第三钻头夹持构件中的每一个的第二端均包括被配置为与所述钻头接合的突起。

6.根据权利要求5所述的钻头保持组件，其特征在于，所述第一钻头夹持构件、第二钻头夹持构件和第三钻头夹持构件中的每一个的突起均延伸120度。

7.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，当给所述致动器供能时，所述钻头夹持构件处于所述第一位置，当未给所述致动器供能时，所述钻头夹持构件处于所述第二位置。

8.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环包括引导槽，所述钻头保持组件包括延伸到所述引导槽内的销，从而当所述销在所述引导槽内滑动时，所述环可以旋转。

9.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环包括暗销定位槽，所述钻头夹持构件包括延伸到所述暗销定位槽内的暗销，从而当所述暗销在所述暗销定位槽内滑动时，所述钻头夹持构件可以相对于所述环旋转。

10.根据权利要求9所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环围绕中心线延伸，并且所述暗销定位槽相对于始于所述中心线的径向方向成斜角地延伸。

11.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环包括安装孔，并且销穿过所述安装孔延伸而将所述环耦接于所述致动器。

12.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述致动器为线性致动器。

13.根据权利要求12所述的钻头保持组件，其特征在于，所述线性致动器包括液压缸、U形叉、安装托架和防松螺母。

14.根据权利要求13所述的钻头保持组件，其特征在于，所述液压缸为具有杆的单作用缸，所述杆包括螺纹孔，其中所述杆耦接于所述U形叉，所述U形叉包括基本平行的臂，每个臂均包括与所述环上的安装孔对准的孔，并且螺钉与所述杆中的螺纹孔螺纹接合。

15.根据权利要求1所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环具有内径和外径。

16.根据权利要求8所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环还包括暗销定位槽，所述钻头夹持构件包括延伸到所述暗销定位槽内的暗销，从而当所述暗销在所述暗销定位槽内滑动时，所述钻头夹持构件可以相对于所述环旋转。

17.一种钻孔机，其特征在于，所述钻孔机包括：

底座；

从所述底座延伸的钻塔；

耦接于所述钻塔并从所述钻塔延伸的钻杆；

包括转盘的钻头更换系统，以及

耦接于所述转盘的、权利要求1所述的钻头保持组件。

18.一种钻孔机，其特征在于，所述钻孔机包括：

底座；

从所述底座延伸的钻塔；

耦接于所述钻塔并从所述钻塔延伸的钻杆；

包括钻头筐的钻头更换系统，以及

耦接于所述钻头筐的、权利要求1所述的钻头保持组件。

19.一种钻头保持组件，其特征在于，所述钻头保持组件包括：

具有引导槽的环；

具有销的侧壁，所述销延伸到所述引导槽中，从而使所述环可以在所述引导槽内滑动的销所规定的运动中旋转；

耦接于所述环的钻头夹持构件，其中所述钻头夹持构件包括与所述环接合的第一端和相对的第二端，其中所述第二端包括被配置为与所述钻头接合的突起；以及

耦接于所述环的致动器；

所述致动器的激活被配置成引起所述环的旋转以及所述钻头夹持构件相对于所述环的旋转，其中所述钻头夹持构件可通过所述致动器在第一位置和第二位置之间移动，所述钻头夹持构件被配置为在所述第一位置与所述钻头接合，而在所述第二位置从所述钻头脱离。

20.根据权利要求19所述的钻头保持组件，其特征在于，所述致动器为线性致动器。

21.根据权利要求19所述的钻头保持组件，其特征在于，所述环包括暗销定位槽，其中所述钻头夹持构件包括延伸到所述暗销定位槽中的暗销，从而当所述暗销在所述暗销定位槽内滑动时，所述钻头夹持构件可以相对于所述环旋转。

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