CN107587839A - 用于破岩系统的组件 - Google Patents

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CN107587839A CN201710450921.1A CN201710450921A CN107587839A CN 107587839 A CN107587839 A CN 107587839A CN 201710450921 A CN201710450921 A CN 201710450921A CN 107587839 A CN107587839 A CN 107587839A
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Abstract

本发明提供一种用于破岩系统(14)的组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)，所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)被磁化为剩余磁化的状态。所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的所述剩余磁化具有关于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的几何形状的预定的变化磁化曲线(20)，所述变化磁化曲线(20)描述所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)中的关于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的几何形状的变化磁化强度。

Description

用于破岩系统的组件
技术领域
本发明涉及一种用于破岩系统的组件，该组件为破岩系统的一部分，但是该组件也可被应用于测量在破岩期间破岩系统中出现的应力、振动或者力。
背景技术
在控制破岩时，可以测量和采用在破岩期间破岩系统中出现的应力。FI69680和US4,671,366公开了一种测量在破岩期间出现的应力波并且采用所测量的应力波来控制破岩装置的操作的示例。DE19932838和US 6,356,077公开了一种信号处理方法和装置，用于通过测量经受冲击负荷的破岩系统的组件中的应力波引起的磁弹性变化来确定应力波的参数。
例如，在US 6,356,077中，通过测量破岩系统组件的磁特性的变化而测量破岩期间出现的应力波。为了测量应力波，在测量应力波期间，破岩系统组件同时经受磁化线圈引起的外部磁场。然而，无论仪器构造如何，使破岩系统组件在测量应力波的同时经受外部磁场都会引起对测量结果的干扰。
在EP公开2811110中，破岩系统组件的组件中的至少一部分被布置成持续(persistent)磁化或剩余磁化的状态。通过这种解决方案，可以避免上述与同时磁化破岩系统组件和测量应力波有关的问题。将破岩系统组件布置成持续磁化或剩余磁化的状态不一定由此提供精确的应力波测量结果，或者结果足够精确，以用于监测或者控制破岩装置的操作。
发明内容
本发明的目标在于提供一种可以被应用于测量在破岩期间出现的应力、振动或者力的新颖的解决方案。
本发明的特征在于独立权利要求中所述的特征。
本发明基于以下构思：用于破岩系统的组件被磁化为剩余磁化的状态，其中所述组件的剩余磁化在组件的纵向方向、径向方向、旋转方向、横交于纵向方向的方向、循环(circular)方向和周向方向中的至少一个方向上具有预定的变化磁化曲线，该变化磁化曲线描述组件上中的与组件的几何形状相关的变化磁化强度。
当测量由应力波引起的磁弹性变化所处的破岩系统的组件被布置成剩余磁化的状态时，破岩系统不需要具有提供使特定组件变为特定磁性状态的任何类型的仪器，或者使特定组件在测量应力波的期间同时经受外部磁场的仪器。这简化了应力波测量的仪器，并且不引起在应力波测量期间同时使特定组件进入磁性状态的仪器产生的干扰。
此外，当组件的剩余磁化的状态关于组件的几何形状具有预定的变化磁化曲线，其中该变化磁化曲线描述了组件中的关于组件的几何形状的变化磁化强度，该预定的变化磁化曲线可以被布置成包括诸如全局峰值或者局部峰值的特定部分，在该特定部分处，组件的由应力波引起的磁弹性变化是最能够检测的，或者具有用于测量和使用该组件的目的的其它期望特性。当用于测量磁弹性变化的至少一个传感器被布置在峰值点时，这进一步提高了测量精确性。
附图说明
下面将参考附图，通过优选实施例更详细地描述本发明，其中：
图1示意性地示出钻岩钻机的侧视图；
图2示意性地示出钻岩时出现的应力波；
图3示意性地示出破岩系统的部分横截面侧视图；
图4示意性地示出破岩系统的钻柄，以及被布置至钻柄的剩余磁化的预定的变化磁化曲线；
图5示意性地示出图4的预定的变化磁化曲线与现有技术的磁化曲线的比较；
图6示意性地示出被布置至钻柄的剩余磁化的另一预定的变化磁化曲线；
图7是磁滞曲线的示意性表示；和
图8是可用于运送破岩系统组件的容器的示意性表示。
为了清楚起见，附图以简化方式示出本发明的一些实施例。在附图中，类似附图标记识别类似元件。
具体实施方式
可以通过由钻岩机在岩石中钻孔而执行破岩。可替选地，可以由破碎锤破碎岩石。在本文中，应将术语“岩石”广泛地理解为也涵盖卵石、岩石材料、硬壳和其它相对坚硬的材料。钻岩机和破碎锤包括冲击机构，冲击机构直接地或者通过转接器向工具提供冲击脉冲。冲击脉冲产生在工具中传播的应力波。当应力波到达与将被钻孔的岩石面对的工具的末端时，工具由于应力波的影响而刺入岩石。应力波的一些能量可能作为反射波而反射回来，反射波在工具中以相反方向(即朝着冲击机构)传播。取决于具体情况，反射波可能仅包含压缩应力波或者张力应力波。然而，反射波通常包括张力应力分量和压缩应力分量。
图1示意性地示出钻岩钻机1的明显简化的侧视图。钻岩钻机1包括移动载架2和吊臂3，在吊臂3的末端存在具有钻岩机8的进给梁4，钻岩机8具有冲击机构5和旋转机构6。图1的钻岩钻机1还包括工具9，工具9的近端9’被联接至钻岩机8，并且其远端9”朝向将被钻孔的岩石12取向。在图1中以虚线示意性地示出工具9的近端9’。图1的钻岩钻机1的工具9包括钻杆10a、10b和10c或者钻柱10a、10b、10c或者钻管10a、10b、10c，以及处于工具9的远端9”处的钻头11。钻头11可以具有球齿11a，但也可存在其它钻头结构。在通过分段钻杆来钻孔(也称为深孔钻孔)时，取决于将被钻出的钻孔的深度，许多钻杆附接在钻头11和钻岩机8之间。工具9也可以通过附接至进给梁4的引导支撑件13支撑。此外，图1的钻岩钻机1还包括被布置到进给梁4的进给机构7，钻岩机8关于进给机构7可移动地布置。在钻孔期间，进给机构7布置用以将钻岩机8在进给梁4上向前推动，从而将钻头11推动抵靠到岩石12上。
图1示出了与实际中相比的关于钻岩机8的结构小很多的钻岩钻机1。为了清楚起见，图1的钻岩钻机1仅具有一个吊臂3、进给梁4、钻岩机8和进给机构7，但是显然的是，钻岩钻机可以具有包括进给梁4、钻岩机8和进给机构7的多个吊臂3。也应明白，钻岩机8通常包括冲洗机构，以防止钻头被阻塞。为了清楚起见，图1中未示出冲洗机构。钻机8可以液压运行，但是也可以气动运行或者电动运行。
钻机也可以具有与上文所解释的不同的结构。例如，在潜孔钻时，冲击机构位于钻头旁边的钻孔底部处的钻机中，钻头通过钻杆连接至位于钻孔上方的旋转机构。钻机也可以是意图用于旋转钻孔的钻机，因此在钻机中不存在冲击机构。
冲击机构5可设有冲击活塞，该冲击活塞在压力介质地影响下往复运动，并且直接地或者通过工具9和冲击活塞之间的中间件(诸如钻柄或其它转接器)而撞击到工具。当然，也可以存在不同结构的冲击机构。因而，冲击机构5的操作也可基于无任何机械往复运动的冲击活塞的电磁或者液压力的使用，并且在这种情况下，术语“冲击机构”也是指基于这些特性的冲击装置。冲击机构5产生的应力波被沿钻杆10a至10c朝着处于工具9的远端9”处的钻头11传播。当应力波遇到钻头11时，钻头11及其球齿11a打击将被钻孔的岩石12，由此引起岩石12经受强应力，由于这种强应力而在岩石12中形成裂纹。通常，施加在或者作用在岩石12上的部分应力波反射至工具9，并且沿工具9朝着冲击机构5反射回。在钻孔期间，旋转机构6将连续的旋转力传递至工具9，因而引起钻头11的球齿11a在冲击后改变它们的位置，并且在下一次冲击时击打岩石12上的新的位置。
图2示意性地示出应力波，其中以标识符si表示朝着将被钻孔的岩石12传播的应力波，并且以标识符sr表示从岩石12反射回到工具9的应力波。
图3示意性地示出了破岩系统14的部分横截面侧视图，其例如可以用在图1的钻岩钻机1的钻岩机8中。图3的破岩系统14包括冲击机构5和被连接至冲击机构5的工具9。图3的破岩系统14中的工具9包括钻杆10a、10b或者钻柱10a、10b或者钻管10、10b，以及处于钻杆10b的远端9”处的钻头11。冲击机构5包括框架结构5’和冲击装置15，冲击装置15布置用以提供向工具9引导的冲击脉冲。在图3的实施例中，冲击装置15具有冲击活塞的形式，但是冲击装置15和冲击机构5的实际实施可以以许多方式变化。图3的冲击机构5还包括工具9的近端9’所紧固的钻柄16，因此冲击装置15布置用以将冲击引导至钻柄16，而非直接引导至工具9，因而钻柄16在冲击装置15和工具9之间形成中间件。图3的冲击机构5还包括衰减装置17，在图3中非常示意性地示出衰减装置17，并且衰减装置17位于钻柄16和冲击装置15之间并被支撑在冲击机构5的框架结构5’上。衰减装置17的功能在于衰减从岩石12反射至工具9和冲击机构5的应力的影响。衰减装置17也可以提供钻柄16在该位置相对于冲击装置16的定位，使得冲击装置15提供的冲击将对钻柄16产生最佳的影响。衰减装置17的实际实施可以包括例如一个或更多压力介质操作缸。
在图3的实施例中，冲击机构5和被联接至冲击机构5的工具9形成破岩系统14，破岩系统14在破岩期间经受应力、振动或者力。钻杆或者钻柱或者钻管10a、10b和钻头11是工具的组件，并且因此是破岩系统14的组件。钻柄16是冲击机构5的组件，因而钻柄16也是破岩系统14的组件。
然而，破岩系统的实施可以以许多方式变化。在提供破岩装置的另一示例的破碎锤中，破岩系统通常仅包括：冲击装置，诸如冲击活塞；以及非旋转工具，诸如凿杆，并且冲击装置提供的冲击直接影响到工具。
取决于实施，破岩系统可以是液压操作、气动操作或者电动操作的，或者破岩系统的操作可以被实施为液压操作装置、气动操作装置和/或电动操作装置的组合。为了清楚起见，图1和3未示出破岩系统的操作所需的任何压力介质线路或者电线，这些线路同样是本领域技术人员已知的。
在下文公开的许多实施例和示例中，具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化的状态被呈现为将布置至钻柄16。除了钻柄16之外，可以与关于钻柄公开的类似方式布置成具有预定的变化磁化曲线的永久磁化状态的组件例如可以是破岩系统的冲击机构的冲击活塞，或者是破岩系统的工具，诸如是旋转工具，如钻岩机中的钻柱或者钻杆或者钻管，或者钻头，或者是破碎锤中的非旋转工具，如凿杆。该组件也可以是上文公开的冲击装置或者衰减装置。通常，将布置成关于组件的几何形状具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化的状态的破岩系统的组件可以是当被装配在破岩系统中时引起冲击脉冲或者传递冲击脉冲的组件。
图4示意性地示出钻柄16的第一端16a被引导朝向冲击装置15，并且钻柄16的第二端16b被引导背离冲击装置15，即朝着破岩系统14的工具9。在钻柄16的第一端16a处，存在冲击表面18和花键19，冲击装置15提供的冲击被引导朝向冲击表面18，旋转机构6将附接到花键19，用以旋转钻柄16和工具9，其中工具9通过钻柄16中的螺纹26连接至钻柄16。此外，图4也示意性地示出被布置至钻柄16的剩余磁化或持续磁化的预定的磁化曲线20。钻柄16的剩余磁化具有关于钻柄16的几何形状的预定的变化磁化曲线。预定的变化磁化曲线描述钻柄16中的关于钻柄16的几何形状的预定的变化磁化强度或者磁强度。
通常，在剩余磁化的预定的变化磁化曲线20中，剩余磁化强度或者磁强度，和/或剩余磁化的极性或者方向被布置成以预定方式沿组件的尺寸变化或者改变，以便在曲线的所有点上，曲线的切线(即曲线的导数或变化率)基本不恒定。变化磁化曲线20描述了相对于固定基准(例如在离组件的表面从组件向内或向外的恒定距离处，在离组件的中心点或轴线的恒定距离处，在离组件所附接到的部件、联接到的部件或者接触到的部件恒定的距离处)所观察到的磁强度或者强度。
磁化曲线的变化也可被描述为变化磁化曲线具有交替形状或者不均匀形状，或者曲线为非均匀或者非单调的。变化磁化曲线意味着磁强度或者强度沿组件的尺寸具有非恒定值，具有不均匀或者不规则形状，可以是交替的，缺乏整体趋势，可以包括一个或者更多个不连续部，具有至少一个峰值，和/或具有改变符号且至少在曲线的一个点处为零的导数。
在图4的实施例中，曲线图20描述了相对于或沿着钻柄16的纵向方向布置至钻柄16的剩余磁化的磁强度。竖直轴指示布置至钻柄16的剩余磁化的磁强度和极性或方向，并且水平轴指示钻柄16中的位置，或者换句话说，从钻柄16的第一端16a朝着钻柄16的第二端16b的距离。
在图4中，布置至钻柄16的剩余磁化的预定的变化磁化曲线20包括两个峰值点21a、21b，该两个峰值点21a、21b位于保留在钻柄16的第一端16a和第二端16b之间的钻柄16的一部分处，即处于离钻柄16的第一端16a和第二端16b均相距一段距离处。第一峰值点21a具有正值磁强度，并且第二峰值点21b具有负值磁强度。因而，第二峰值点21b处的曲线20具有与第一峰值点21a处的曲线相反的极性或者方向。具有负值磁强度的第二峰值点21b的磁强度的绝对值小于具有正值磁强度的第一峰值点21a的磁强度的绝对值。
在图4的实施例中，被布置至钻柄16的剩余磁化的预定的变化磁化曲线20包括两个峰值点21a、21b，但在本发明的不同实施例中，预定的变化磁化曲线20中的峰值点的数目以及它们的峰值和极性可不同。
通常，组件的预定的变化磁化曲线可以包括至少一个峰值点，在该峰值点处，描述剩余磁化的曲线的变量具有的实际值(real value)或绝对值超过该变量在与峰值点相邻的曲线的点处的实际值或绝对值。
根据实施例，布置至钻柄16的剩余磁化的预定的磁化曲线20可以包括多于一个峰值点，即包括两个或者更多个峰值点。在这种情况下，可以说，描述剩余磁化的磁化曲线20的变量具有两个或更多峰值点，在这些峰值点处，描述磁化曲线20的变量的实际值或者绝对值超过该变量在与特定峰值点相邻的曲线的点处的实际值或绝对值。
根据实施例，布置至钻柄16的剩余磁化的预定的磁化曲线20包括仅一个峰值点。在这种情况下，可以说，组件的预定的磁化曲线包括单个峰值点，在该峰值点处，描述剩余磁化的曲线的变量具有的实际值或绝对值超过该变量在曲线的任何其它点处的实际值或绝对值。
当布置至钻柄16的剩余磁化的预定的变化磁化曲线20包括至少一个峰值点时，磁传感器22例如可以被布置在钻柄16处，处于预定的变化磁化曲线的所述至少一个峰值点中的点处，用以测量钻柄16中由应力波引起的磁弹性变化。在剩余磁化的峰值点处，由应力波引起的钻柄16的磁弹性变化是最能够检测的，因此当传感器22被布置在钻柄16处，处于预定的变化磁化曲线20的至少一个峰值点21中的点处时，能够容易地测量由应力波引起的钻柄16的磁弹性变化。
如果组件的剩余磁化的预定的变化磁化曲线包括多于一个峰值点，则根据实施例，磁传感器22位于组件中，处于如下峰值点处，其中在该峰值点处，描述剩余磁化的曲线的变量具有的实际值或绝对值超过该变量在曲线的任何其它点处的实际值或绝对值，即磁传感器22位于其中磁化的磁强度最强烈的点处。
当布置至钻柄16的持续磁化状态的预定的变化磁化曲线20包括多于一个峰值点时，则根据实施例，磁传感器22可以布置在钻柄16的每个峰值点处，以测量钻柄16中的由应力波引起的磁弹性变化。这可进一步提高测量的精确性。
根据实施例，一个传感器或更多个传感器可以布置在组件中的磁强度最适合于测量目的所处的位置处。该位置不一定需要为任何峰值点。适当位置也可以是磁强度低或基本接近零所处的位置。也可能在峰值点或多个峰值点处具有多个传感器，以及在非峰值点处具有另外多个传感器。
此外，如果组件布置成相对于传感器移动，则传感器上根据组件的移动和位置的磁强度的变化能够被用作测量源。
此外，当在测量由应力波引起的磁弹性变化所处的破岩系统的组件布置成剩余磁化的状态时，该破岩系统不需要设有任何类型的仪器以在测量应力波的同时将特定组件设置到磁性状态中或使该特定组件经受外部磁场。这简化了应力波测量的仪器，并且不引起因在测量应力波的同时使特定组件经受外部磁场作用的仪器产生的干扰。
如图4中公开的预定的变化磁化曲线20的实施例中所示，除在曲线20中一起提供变化部分的峰值点21a、21b以及它们相邻点之外，图4中公开的预定的变化磁化曲线20还包括具有基本恒定磁强度的平坦部分23a、23b，即第一平坦部分23a和第二平坦部分23b。在图4的实施例中，第一平坦部分23a被布置成靠近钻柄16的第一端16a，并且第二平坦部分23b被布置成靠近钻柄16的第二端16b。如果在钻柄16的第一端16a处的第一平坦部分23a的磁强度和在钻柄16的第二端16b处的第二平坦部分23b的磁强度设置成基本接近于零，即如果它们被消磁，则具有的有利效果在于：杂质不能容易地粘附至基本磁中性的冲击表面18或花键19或者钻柄16的第二端16b，而粘附可能导致钻岩机8的运行中的问题。换句话说，该组件可以包括多个部分或零件，在这些部分或零件中不存在磁化，或这些部分或者零件被消磁，使得在这些零件或部分中，预定的变化磁化曲线中的磁强度为零或基本接近于零。
在图4公开的实施例中，钻柄16的剩余磁化的状态在钻柄16的纵向方向上(即相对于组件的纵向几何形状)具有预定的变化磁化曲线。可替选地，钻柄16可以以下列方式布置为剩余磁化的状态，即剩余磁化状态可以在横交于钻柄16的纵向方向的方向上(即在钻柄16的方向的横交方向上，诸如在钻柄16的径向方向上)，或在钻柄16的旋转方向上，或在钻柄16的循环方向上，或在钻柄16的周向方向上具有预定的变化磁化曲线。这意味着钻柄16可以具有相对于与钻柄16的纵向几何形状横交的几何形状的(诸如相对于径向几何形状或相对于钻柄16的旋转几何形状的)预定的变化磁化曲线。
组件的剩余磁化的状态基于在经受磁场影响的组件中发生的磁滞现象。磁滞现象由组件材料中的缺陷和磁畴壁的运动之间的相互作用产生。当组件材料经受所施加的磁场时，由于诸如非磁性材料杂质和晶界之类的材料的缺陷，磁畴壁运动的移动受到阻碍。这导致组件的磁化的不可逆变化。一旦达到饱和磁化，则组件外部的磁场减小到零，但组件中的磁通量密度不变为零，而是落后，从而导致残留在组件中的剩磁或剩余磁化。剩磁是在移除外部磁场后残留在组件材料中的磁密度。
图5示意性地公开了根据本文公开的解决方案的预定的变化磁化曲线20和通过以现有技术中已知的方式使用电磁体而提供的现有技术磁化24之间的比较。基本类似的磁化24将通过暴露于由其它现有技术装置(诸如永磁体或其它磁场产生装置)产生的外部磁场而产生。通过以现有技术已知方式使用电磁体提供的磁化24的形状具有基本恒定降低的磁强度，因此具有恒定趋势及基本恒定的变化率，而无例如峰值、不连续部及非对称特性。因而，现有技术的磁化24不提供上述的预定的变化磁化曲线20的特性，因此磁化24可能不适合如后面所公开的磁化曲线的精确测量或其它用途。
在这一点上，可以注意到，如果以足够的精度测量组件的磁化24，则由于材料特性、杂质及材料和测量中的随机性，被测的磁强度可能显示出一些随机的峰值或曲线特性，但这些可能的随机特性不是预先确定的，并且它们在组件的个别样本之间不同。另外，它们的水平或值通常非常低，而在预定的变化磁化曲线20中，可清楚地观察磁化的水平或强度的任何变化。根据实施例，这些变化可以是磁化的任何参考或基准水平(base level)的几十个百分点。磁化的参考或基准水平可以例如由曲线20的第一平坦部分23a或第二平坦部分23b提供。
此外，图5公开了呈现磁化状态的磁化曲线25，其中组件有意地布置成非磁性状态。在布置成非磁性状态的组件中，磁化曲线25的磁强度基本接近于零，并且沿组件的几何形状(在本示例中沿纵向方向)是基本平坦的。
图6示意性地示出具有例如可布置至钻柄16的预定的变化磁化曲线20的剩余磁化的第二实施例。图6的剩余磁化的预定的磁化曲线20的总体形状与图4中的基本相同，但是在图6的实施例中，峰值点21a、21b和平坦部分23a、23b之间的过渡更突然。
可以通过描述磁化的各种变量来描述永久磁化的状态。描述永久磁化的预定的变化磁化曲线或永久磁化的预定的变化磁化曲线的磁强度的变量可以描述组件的磁场、组件的磁场强度、组件的磁场方向、组件的磁场的磁通量、组件的导磁性(permeability)或者组件的磁导率(magnetic inductivity)或组件中残留的一些其它磁性量，或者几种磁性量的组合。
根据组件的实施例，将布置成具有预定的变化磁化曲线的永久磁化状态的组件可以包括具有不同磁特性的部分。在这种情况下，该组件也可以包括根本不能被磁化或完全不被磁化的部分。具有不同磁特性的组件部分可以沿着组件的纵向方向、沿着组件的纵向方向的横交方向(诸如组件的径向方向)或沿着组件的旋转方向存在。
具有不同磁特性的组件部分是指由具有不同磁特性的材料制成的组件部分。通常，具有不同磁特性的材料被分为软磁材料和硬磁材料。其中根据外部磁场给出材料的内部磁化的材料的磁滞曲线的形状揭示了材料是软磁或硬磁。窄的磁滞曲线对于软磁材料是典型的，并且硬磁材料具有更宽的磁滞曲线。矫顽力是将磁化材料的磁化降为零所需的磁场强度。图7公开了软磁材料的磁滞曲线27和硬磁材料的磁滞曲线28的示意性示例，水平轴描述材料的外部磁场强度，竖直轴描述材料的内部磁化。
硬磁材料是其磁性状态非常难以改变的材料，但另一方面，当硬磁材料的磁性状态已经从非磁性状态变为磁性状态时，则材料的磁性状态保持基本恒定。
硬磁体也称为永磁体，其是在磁化后保持其磁性的磁性材料。换句话说，如果没有强大的外部磁场，改变它们的磁化是困难且费力的。实际上，这意味着具有超过～10kA/m的固有矫顽力的材料。对于软磁材料，矫顽力低于1kA/m。在本发明中用于破岩系统组件的材料的典型矫顽力约为～2kA/m或更大，这意味着本发明的破岩系统组件材料处于软磁材料和硬磁材料之间。也就是说，它们的磁化能够转化为对应于期望的预定曲线，并且该预定曲线在材料中以剩余磁化的形式保留长的时间段，并且与相对弱的外部磁场或诸如钻岩机冲击的其它外部因素无关。
可能通过一些不同因素影响组件材料的磁特性。这些因素其中之一可以为热处理，例如淬火和回火或者表面硬化。
另外一种因素在于影响组件材料的组分和/或合金化，碳含量是最重要的组分因素。
另外一种因素是组件材料的粒度。
另外一种因素是用硬磁物质的表面处理或涂覆。
另外一种因素是组件材料的冷加工，例如锻造或以其它方式使材料经受冲击。
根据组件的实施例，该组件的至少部分用硬磁材料制成，或用磁性上比该组件的其它部分更硬的材料制成。
根据组件的实施例，该组件的至少部分被用磁特性与组件的磁特性不同的材料涂覆。根据实施例，如组件的表面的该部分可包括磁条。
根据组件的实施例，该组件的至少部分具有的几何形状影响到响应于组件的磁化的组件的永久磁化的预定的变化磁化曲线的形成。因而，预定的变化磁化曲线在组件经受磁化的影响时至少部分地由组件的几何形状提供，或者预定的变化磁化的曲线变化被布置成对应于组件的几何形状变化。可用以控制组件中的预定的变化磁化曲线的形成的组件特征例如是组件中的凹槽、空腔及横截面形状或面积的变化，以及组件的表面粗糙化。
例如，通过向钻柄16施加一个或更多个磁化脉冲，可以将具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化提供给组件。
根据实施例，通过磁化线圈将预定的变化磁化曲线提供给组件。在该实施例中，多个电流脉冲被施加给磁化线圈，该磁化线圈布置成接近(诸如围绕将被磁化以预定的变化磁化曲线的)组件。磁化线圈和将被磁化的组件在连续电流脉冲之间相对于彼此移动。组件的被磁化部分或在预定的变化磁化曲线中的峰值点可以通过施加相同方向的电流脉冲来扩大，或者通过施加不同方向的电流脉冲而变窄。基于将被磁化的组件和磁化线圈之间的相互位置设置连续电流脉冲的大小和方向，以提供期望的预定的变化磁化曲线。磁化线圈可以是紧固到破岩系统的部分或者是单独的磁化线圈的部分。也可以应用用于提供预定的磁化曲线的其它布置。
此外，为了在组件中提供期望的预定的变化磁化曲线，在磁化过程中，也可存在变化的其它因素，诸如线圈或组件的移动速度、线圈数和它们的相对位移，以及线圈的尺寸和它们取决于期望曲线的变化。
根据实施例，通过使用环状永久磁体将预定的变化磁化曲线提供给组件。在该实施例中，环状永久磁体围绕要被磁化的组件设置，并且当永久磁体和组件处于相对彼此的期望位置时，永久磁体的磁通量连接至要被磁化的组件，从而使组件中的期望部分被磁化。
根据实施例，通过使用按钮形永久磁体将预定的变化磁化曲线提供给组件。在该实施例中，按钮形永久磁体从组件的将要被磁化的一侧接近组件的外表面地移动。当永久磁体和组件处于相对彼此的预定位置时，永久磁体的磁通量被连接至要被磁化的组件，并且永久磁体围绕要被磁化的组件接近组件的外表面地旋转。
根据实施例，将被磁化的组件布置到运送容器，该运送容器还包括用以将组件磁化为具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化的状态的装置。换句话说，存在包括保护壳体以及本说明书中公开的组件的运送容器，其中保护壳体包括磁化装置，用以将组件磁化为具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化的状态。
根据实施例，磁化装置布置用以：响应于运送容器的开启，将组件磁化为剩余磁化的状态。根据实施例，运送容器包括永久磁体，该永久磁体布置用以响应于运送容器的开启而围绕运送容器内的组件旋转，由此以预定的变化磁化曲线磁化该组件。根据实施例，运送容器包括磁化线圈和响应于运送容器的开启向磁化线圈提供电流的电子装置，由此以预定的变化磁化曲线磁化该组件。图8公开了具有盖板30的容器29的示意性横截面端视图，容器29容纳钻柄16、绕钻柄16的磁化线圈31，以及通过配线33连接至磁化线圈31且通过装置34连接至容器29的盖板30的电子装置32，电子装置32响应于容器29的盖板30的开启而向磁化线圈31提供电流脉冲。
根据运送容器的实施例，保护壳体包括用于将组件的磁化保持在具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化状态的装置。因而，在该实施例中，在将组件置于运送容器中之前，将组件布置成具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化状态，并且容器包括用于将组件的磁化保持在具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化状态的装置。例如，这种保护措施可以是法拉第笼解决方案，诸如容器内或围绕组件的金属内衬或网状物。
在用于磁化破岩系统的组件的方法中，其中组件被磁化为剩余磁化的状态，因而该组件被磁化为具有关于组件的几何形状的预定的变化磁化曲线的剩余磁化状态，该变化磁化曲线描述组件中关于组件几何形状的变化磁化强度。
根据方法实施例，组件被磁化为在预定的变化磁化曲线中具有至少一个峰值点的剩余磁化的状态，在曲线的该峰值点处，描述剩余磁化的曲线的变量具有的绝对值超过该变量在峰值点附近的曲线点处的绝对值。
根据方法实施例，通过使组件在组件的有限部分处经受磁化影响，将组件磁化为剩余磁化的状态。
如本文所公开的被磁化为具有预定的变化磁化曲线的剩余磁化的状态的组件具有若干可能的应用，其中一些应用列举在下文中。
根据实施例，组件的磁化用于测量应力波及其特性。例如，测量信息可以用于控制破岩系统或钻岩机中的一种或更多操作，诸如撞击功率、转速、进给功率或它们的组合。测量信息也可以经处理，以呈现与钻岩中出现的应力不直接相关的附加信息或参数。这种附加信息例如可以涉及要被钻孔的岩石类型。
根据实施例，组件的磁化用于测量组件的位置。位置测量例如可以基于相对于至少一个测量传感器的组件的移动及其磁曲线。
根据实施例，组件的磁化被用于测量组件的转速。转速测量例如可以基于相对于至少一个测量传感器的组件的旋转及其磁曲线。
根据实施例，组件的磁化被用于识别或测量组件的角位置。组件的角位置的识别或测量例如可以基于相对于至少一个测量传感器的组件的旋转及其磁曲线。
根据实施例，组件的磁化被用于组件的识别。组件的识别信息以磁曲线的形状或幅度进行编码，利用专用读取器读取或在组件移动过传感器时被读取。作为一个具体示例，可以提出例如一种钻机，该钻机具有沿钻杆的全部长度的磁化曲线并且包括如上所述的磁化编码，因此在钻杆移动经过传感器时，可以应用处在钻岩机的抽吸头或引导环处的传感器来读取钻杆的磁化曲线的编码信息。编码例如可以被用于组件或其制造商的验证或认证，或者用于组件的寿命估计的跟踪。
根据实施例，组件的磁化被用于基于钻孔工具的磁基准而测量钻孔的直线度或钻孔工具的取向。例如，钻杆可以在特定部分中具有可用以确定钻杆相对彼此的取向、位置或角位置的磁标记或曲线，以及可例如在钻杆的冲洗通道中的或在测量过程中滑动通过冲洗孔的感测元件。
根据实施例，组件的磁化被用于测量的校准或复位。基于传感器到达组件上的特定点及其磁曲线，测量被校准或重置或者已知处于固定点。
在上文提出的示例中，所公开的组件为钻柄16。然而，本说明书中提出的所有不同实施例也适用于破岩系统的任何其它组件，诸如工具9、钻杆10a、10b、10c或者钻柱10a、10b、10c或者钻管10a、10b、10c、钻头11、冲击装置15、衰减装置17、凿杆，或者在破岩系统中使用的任何齿轮或者套管。
对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，能够以各种方式实施本发明的构思。本发明及其实施例不限于上文公开的示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (13)

1.一种用于破岩系统(14)的组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)，所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)被磁化为剩余磁化的状态，其特征在于
所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的剩余磁化在所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的纵向方向、所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的径向方向、所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的旋转方向、横交于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的纵向方向的方向、所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的循环方向和所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的周向方向中的至少一个方向上具有预定的变化磁化曲线(20)，所述变化磁化曲线(20)描述所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)中的关于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的几何形状的变化磁化强度。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于
所述预定的变化磁化曲线具有至少一个基本平坦部分(23a、23b)和至少一个基本变化部分。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于
所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的所述预定的变化磁化曲线(20)包括至少一个峰值点(21a、21b)，描述所述剩余磁化的曲线(20)的变量在所述峰值点(21a、21b)处具有的绝对值超过所述变量在与所述峰值点(21a、21b)相邻的所述曲线的点处的绝对值。
4.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的所述预定的变化磁化曲线(20)包括至少两个峰值点(21a、21b)，至少一个峰值点(21b)具有与其余的峰值点(21a)相反的极性。
5.根据权利要求3或4所述的组件，其特征在于
所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的所述预定的变化磁化曲线(20)的所述至少一个峰值点(21a、21b)位于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的保留在所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的末端(16a、16b)之间的一部分处。
6.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)至少部分地由硬磁材料制成或者由磁性上比所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的其它部分的材料硬的材料制成。
7.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的至少一部分被涂覆以涂层材料，并且所述涂层材料影响所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)中的所述预定的变化磁化曲线(20)的形成。
8.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述预定的变化磁化曲线(20)的曲线的变化布置成对应于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的几何形状的变化。
9.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述破岩系统(14)包括冲击机构(5)，所述冲击机构(5)具有用以提供冲击脉冲的冲击装置(15)，所述组件是在装配于所述破岩系统(14)中时用于引起冲击脉冲、传递冲击脉冲以及经受冲击脉冲中的一种的组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)。
10.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述组件是所述破岩系统(14)的冲击机构(5)的钻柄(16)、所述破岩系统(14)的冲击机构(5)的冲击活塞(15)和所述破岩系统(14)的工具(9)中的至少一种。
11.根据上述权利要求任一项所述的组件，其特征在于
所述破岩系统(14)为破岩装置的一部分，该部分是钻岩机(8)和破碎锤中的一种。
12.一种用于磁化(破岩装置(8)中的)破岩系统(14)的组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的方法，其中所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)被磁化为剩余磁化的状态，其特征在于
将所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)磁化为所述剩余磁化的状态，并且所述剩余磁化在所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的纵向方向、所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的径向方向、所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的旋转方向、横交于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的纵向方向的方向、所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的循环方向和所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的周向方向中的至少一个方向上具有预定的变化磁化曲线(20)，所述预定的变化磁化曲线(20)描述所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)中的关于所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)的几何形状的变化磁化强度。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于
将所述组件(9、10a、10b、10c、11、15、16、17)磁化为在所述预定的变化磁化曲线中具有至少一个峰值点(21a、21b)的剩余磁化的状态，在所述峰值点(21a、21b)处，描述所述剩余磁化曲线(20)的变量具有的绝对值超过所述变量在与所述峰值点(21a、21b)相邻的曲线的点处的绝对值。
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