CN112534114A - 钻探装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别是方钻杆钻机形式的钻探装置，其包括用于容纳特别是方钻杆的钻杆的钻探工具支架，该钻杆可以通过钻探驱动器经由传动装置可旋转地驱动，其中，传动装置包括传动装置壳体，在传动装置壳体中可旋转地安装有多个传动元件。根据本发明，设置了至少一个可塑性变形的减震器元件，以用于拦截对传动装置壳体中的至少一个传动元件的冲击。

Description

钻探装置

技术领域

本发明涉及一种特别是方钻杆钻机(Kelly-Bohranlage)形式的钻探装置，其包括用于容纳特别是方钻杆的钻杆的钻探工具支架，该钻杆可以由钻探驱动器经由传动装置旋转地驱动，其中，传动装置包括传动装置壳体，在传动装置壳体中可旋转地安装有多个传动元件。

背景技术

对于用于特殊土木工程的钻探装置，存在不同的在地面中形成钻孔的钻探方法，其中，可以使用钻探空腔来制造大量产品，例如可以通过填充新鲜混凝土来使用现浇混凝土桩，或者可以使用混凝土部件和预制钢部件，然后将其用作支撑元件或支护元件。例如，这种钻探方法是双头钻探、抓斗钻探、全位移钻探、连续螺旋钻探或所谓的方钻杆钻探。方钻杆钻探是最常见的干式旋转钻探方法，其适用于几乎所有类型的土壤和岩石，并以其钻杆(即，所谓的方钻杆)命名。这种方钻杆能够伸缩，并因此可以实现很大的钻探深度。

在方钻杆钻探中，钻杆通过带有中空轴的传动装置引导，通过该传动装置建立扭矩，其中，传动装置可以与驱动器和钻探工具支架一起通常在导杆上上下移动，以实现进给。

在方钻杆方法中，可以是几米长且几吨重的单独的钻杆被构造为可伸缩的，并且可以彼此锁定，其中，该锁定可以被设计成类似于卡口式锁定。在此，钻杆的一端紧固到绳索，并通过钻机传动装置旋转地驱动，其中，通过沿着导杆移动上面安装有驱动器、传动装置和钻探工具支架的钻台而实现进给。

然而，当锁定钻杆时，将反复发生锁定未夹紧并且钻杆从较高的高度并以其自身重量垂直落在钻机传动装置上的情况。在此，钻机传动装置向下加速。但是，未轴向固定在传动装置中的传动元件由于其惯性质量或惯性而保持在原位，由此导致各个传动元件受到冲击负载。例如，马达轴可能撞击由于惯性质量停止的传动装置轴，如果钻机传动装置是行星齿轮或包括行星齿轮架，则该传动装置轴可以例如是太阳轮轴。由于这种冲击负载，传动装置的内部特别是传动元件始终会损坏，其中，事后的问题在于传动元件的损坏是由于传动装置设计不足、部件有缺陷还是由于掉落的钻杆的这种过大的冲击造成的。

在此，所述的问题不仅限于方钻杆钻机，在其它钻探装置中也可能发生，该钻探装置的钻探工具支架通过传动装置旋转地驱动，并且在粗糙的钻探操作中承受冲击的外部负载。

例如，在文献DE 20 2013 100 548 U1中已知了一种钻台，该钻台可以沿导杆移动并在传动装置旁边安装有用于方钻杆的钻探驱动器。在文献DE 196 26 223 C2、DE 102012 019 850 A1、DE 10 2008 037 338 A1和DE 10 2015 105 908 A1中示出了其它的方钻杆钻机。

发明内容

在此基础上，本发明的目的是提供一种改进的所述类型的钻探装置，该钻探装置避免了现有技术的缺点，并以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地，应更好地保护传动装置的传动元件免受冲击负载，并且如果仍发生这种损坏，则其原因应可追溯。

根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的钻探装置实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。

因此，提出了通过传动装置内部的减震器保护具有冲击危险的传动元件免受冲击负载，并且减震器在此被设计为使得在过度的冲击负载的情况下，减震器发生永久变形，由此在事后可以识别并指示这种过度的冲击负载。减震器可以弹性地缓冲更小的冲击负载，而高于阈值的对于减震的传动元件有损坏危险的冲击负载导致减震器发生塑性变形。根据本发明，设置有至少一个可塑性变形的减震器元件，以用于拦截对传动装置壳体中的至少一个传动元件的冲击。

在此特别地，所述减震器可以被分配给具有惯性且未保持在固定位置的传动元件，以便当从外部掉落到传动装置上的部件使传动装置晃动时，能够缓冲惯性冲击。

在本发明的改进示例中，减震器可以被设计为拦截在被分配减震器的至少一个传动元件的旋转轴线的方向上的轴向冲击，并且在轴向冲击力超过预定的阈值时塑性变形。在此有利地，所述阈值低于破坏极限，优选地还低于损坏极限，在该极限下减震的传动元件将被破坏或损坏，使得在轴向冲击的情况下，减震器已发生塑性变形或永久变形，而不会破坏或损坏减震的传动元件。

通过减震器的在冲击力超过所述阈值的情况下产生减震器的永久变形的塑性变形性，传送装置制造商例如可以在事后可靠地评估退回的传动装置是否遭受了过大的冲击负载。

有利地，所述减震器可以是与常规的轴承元件分开形成的部件，其不具有轴承功能或至少不具有永久的轴承功能，并且仅在发生冲击时才形成额外的支撑。特别地，在未变形的初始状态下，减震器可以布置成与待减震的传动元件间隔开。因此，减震器在初始状态下未与待减震的传动元件接触。通过减震器和传动元件之间的这种间隙，减震器不损害常规的传动功能，并且特别不产生额外的摩擦阻力。仅在待减震的传动元件由于更大的冲击负载而产生相对于传动元件在不具有冲击负载的操作中的常规运动偏离的移动和/或位移和/或变形时，减震器才起作用，并随后与待减震的传动元件接触。

原则上，减震器可以不同地设计，其中，在本发明的有利改进示例中，减震器可以被设计成至少近似平面的减震盘或平坦的减震板，其可以具有能够按照预期塑性变形的内边缘和/或外边缘。然而原则上，如果将相应的冲击负载引入到减震器中，则这种减震盘或这种减震板还可以在中心环形区域中或者还可以在整体上塑性变形。减震器的这种盘形或片状或者板形设计需要较小的空间，并且给传动装置增加了较小的额外重量，因此该传动装置可以被设计为节省空间和轻量构造的。

在本发明的有利改进示例中，减震器可以与中心传动装置轴同轴地布置，且/或相对于待拦截的传动元件的旋转轴线基本上横向地延伸。

如果将减振器以上述方式设计为减震盘或减震板，则盘直径或板直径可以比盘体或板体的在材料厚度或壁厚度方面的盘厚度或板厚度大至少五倍或至少十倍。通过这种较薄或薄壁的设计，减震器一方面具有足够的弹性，以便能够弹性地吸收较小或有限的冲击，另一方面可以在更大冲击时发生期望的塑性变形。同时，减震器是轻质的且节省空间。

特别地，减震器可以被设计成薄钢盘的形式。然而，原则上，其它材料也可以用于减震器。

在本发明的改进示例中，在冲击负载的情况下，减震器可以将传动装置轴相对于传动装置壳体支撑，以便特别是在由于惯性而受到冲击负载的情况下，防止传动装置轴撞击马达轴。

原则上，传动装置轴可以以各种方式进行支撑。在本发明的改进示例中，减震器可以布置在传动装置轴和与其不可旋转地连接的马达驱动轴之间，并且将传动装置轴和/或马达轴上的冲击相对于传动装置壳体和/或相对于马达壳体或牢固地连接到马达壳体和/或传动装置壳体的结构部件支撑并截获该冲击。

为了防止传动装置轴和马达轴相互碰撞，特别在被设计成具有轴环的减震盘或减震板的情况下的减震器可以包围传动装置轴和/或马达轴，并布置在马达轴的轴肩部和/或轴端面与传动装置轴的轴肩部和/或轴端面之间，使得传动装置轴和/或马达轴在由于冲击负载而产生轴向位移时所谓地停留在轴环上或撞击到轴环上，并且减震器可以发挥其减震作用。

如果传动装置轴例如通过毂轮廓/轴轮廓布置成可轴向移动且不可旋转，则这种在传动装置轴上的具有轴环的减震器是特别有利的。

针对减震器的布置存在各种有利的设计。例如，减震器可以例如通过诸如螺栓连接等可拆卸连接件固定地支撑在传动装置壳体上和/或与其邻接的驱动马达壳体上和/或与其固定地连接的结构部件上，特别是刚性地紧固到上述部件上。

然而，作为减震器的刚性紧固方式的替代例，减震器也可以是无支撑的和/或与传动元件一起旋转。

特别地，减震器可紧固在旋转的传动元件上，以便与该传动元件一起旋转，其中，所述传动元件可以是但不限于由减震器减震的传动元件。

例如，如果传动装置包括行星齿轮架，则减震器可以紧固在行星架上，并且可以布置在传动装置轴肩部和/或传动装置轴端面与壳体肩部和/或壳体端面之间，使得在发生轴向冲击时，减震器将所述传动装置轴支撑在壳体肩部或壳体端面上。

在此，处于中立初始状态的减震器可布置成分别与所述传动装置轴和壳体间隔开，以便当减震器与行星齿轮架一起旋转时不产生摩擦阻力。

附图说明

下面将根据优选的示例性实施例和相关附图更详细地说明本发明。

图1示出了根据本发明的有利实施例的所谓的方钻杆钻机形式的钻探装置的示意性总体视图。

图2示出了具有可推入其中的钻杆的钻探工具支架以及传动装置的剖视图，驱动马达可以通过该传动装置旋转地驱动钻探工具支架。

图3示出了图2的传动装置的局部剖视图，其示出了根据本发明的有利实施例的在传动装置输入轴与马达驱动轴之间的减震盘。

图4示出了类似于图3的传动装置的局部剖视图，其中减震盘紧固到传动装置的行星齿轮架并布置在传动装置轴肩部与壳体肩部之间。

具体实施方式

如图1所示，钻探装置可以被设计成方钻杆钻机的形式，其中，然而应理解这仅为一有利实施例，并且钻探装置还可以实现其它钻探方法或者可以被设计用于其它钻探方法。

如图1所示，钻探装置1可以包括导杆

形式的钻机引导件(Bohrerführung)，钻机滑架(Bohrschlitten)3可以沿该引导件2移动，以实现钻探工具4的进给。例如，钻机滑架3可以通过绳索驱动器5沿导杆2移动，然而，也可以设置进给缸或另一进给驱动器。

在此，所述导杆2可以围绕水平轴线倾斜，以便不仅能够实施垂直钻孔而且能够实施倾斜钻孔，其中，与此无关地，导杆2可以布置在移动式钻探运输车辆的上部结构上，该移动式钻探运输车辆例如可以被设计为履带式车辆。所述上部结构可相对于底盘围绕竖直轴线旋转。

此外，如图1所示，钻探驱动器6可以安装在钻机滑架3上，以便旋转地驱动具有紧固在其上的切削工具或钻探工具4的钻杆7，因此钻探工具的运动通过由钻探驱动器产生的旋转运动和由于钻机滑架3的移动而实现的进给运动这二者组成。

在此，所述钻杆7可以是所谓的方钻杆，其由多个可伸缩地彼此嵌套或分开的钻杆部件组成。

在此，钻杆7可以通过绳索(特别是，方钻杆绳索(Kelly-Seil))悬挂在导杆2的悬臂8上，从而能够穿过钻机滑架3向上拉动并降下钻杆。

如图2所示，钻探驱动器6包括在钻机滑架3上的钻探工具支架9，该钻探工具支架可以被设计成套筒，钻杆7可以穿过该套筒在纵向方向上被推动。在此，钻探工具支架9和钻杆7可分别设置有用于传递扭矩的以形状锁定的方式实施的纵向轮廓，以便将钻探工具支架9的旋转驱动运动传递到钻杆7。例如，钻杆7可以具有纵向凹槽

工具支架9利用突出的纵向肋条

接合在该纵向凹槽中。然而，该布置也可以颠倒，也就是说，可以在杆上设置突出的纵向肋条并在套筒形支架中设置纵向凹槽，或者还设置有其它扭矩传递轮廓。

此外，如图2所示，能够可旋转地安装在钻机滑架3上的钻探工具支架9可以通过传动装置12驱动，该传动装置可以在输入侧耦接或连接到仅部分地示出的驱动马达13。例如，所述驱动马达13可以是液压马达或电动马达。

如图2所示，所述传动装置12可以包括传动装置壳体14，在该传动装置壳体中可旋转地容纳有多个传动元件，其中，所述传动元件可有利地分别围绕旋转轴线旋转，所述旋转轴线可以相对于钻杆7的纵向轴线平行地延伸。根据传动装置的设计，还可以设置具有倾斜的旋转轴线的传动元件，例如斜齿轮或锥齿轮。

然而特别地，所述传动装置12也可以被设计成行星齿轮和/或包括至少一个行星齿轮级，然而，也可以设置多级行星齿轮。

如图3和4所示，例如可以设置行星齿轮级，其太阳齿轮15可以不可旋转地连接到传动装置输入轴16，该传动装置输入轴16可以相对于钻杆7的纵向轴线平行地延伸。所述太阳轮可以与行星齿轮17滚动啮合，该行星齿轮可旋转地安装在行星齿轮架18上并还与齿圈19滚动啮合。

如果行星齿轮被设计成多级的，则所述行星齿轮架18可以驱动另一行星级的另一太阳轮，该太阳轮又与行星齿轮滚动啮合，该行星齿轮可旋转地安装在第二级行星齿轮架上并与齿圈滚动啮合。

如图2所示，传动装置输出轴可以例如通过正齿轮级来驱动所述钻探工具支架9。

然而应理解，传动元件的相互连接可以变化，并且输出级也可以不同地设计。根据期望的传动比或减速比，齿圈也可以连接到传动装置输出轴和/或用作传动装置输入轴，其中，在后一种情况下，太阳轮也可以用作输出轴。

如图3所示，所述传动装置输入轴16被分配有减震器20，该减震器可以包括基本上平坦的减震盘21或由这种减震盘组成。

所述减震盘21可以设计为基本上平坦，并且刚性地紧固到(例如，用螺栓拧紧到)传动装置壳体14。

在此，所述减震盘21相对于传动装置输入轴16在基本上垂直于其纵向轴线的平面中同轴地延伸。

独立于此，减震盘21可具有中心缺口，该中心缺口的周向边缘形成轴环22，该轴环在传动装置输入轴16的轴肩部23和24之间延伸和/或与所述轴肩部23重叠，使得传动装置输入轴16在轴向运动期间与减震盘21的轴环22相抵。

例如，如果重物(例如，钻杆7)从上方掉落到传动装置12上，则该传动装置向下移动，但传动装置输入轴16由于其惯性在传动装置壳体14内稍微向上移动或保持在原位，并且不跟随传动装置的其余部分的向下运动。因此，传动装置输入轴16将轴向地撞击在马达轴25上，但通过所述减震盘21防止或至少缓冲了该撞击。在此，更小的冲击负载可以通过减震器20来缓冲，而更大的冲击负载导致了减震盘21的轴环22的塑性变形或者还导致了整个减震盘21的塑性变形。这允许在事后确定传动装置是否受到了更大冲击。

如图3所示，所述传动装置输入轴16和马达轴25可以例如通过毂轮廓/轴轮廓以不可旋转的方式彼此连接，但可以彼此轴向地偏移。

如图4所示，作为传动装置输入轴16和马达轴25之间的减震盘的替代或补充，还可以在传动装置轴(特别是，所述传动装置输入轴16)和传动装置壳体14之间设置减震盘21，以便截获冲击负载以及由此产生的传动装置轴在传动装置壳体上的位移。特别地，参见图4，这种减震盘21可以例如通过螺栓连接紧固到共同旋转的传动元件(例如，上述行星齿轮架18的形式)，使得减震盘21与该传动元件一起旋转。

在此，减震盘21可以利用内轴环22覆盖所述传动装置轴16的轴肩部23，并利用外轴环26覆盖传动装置壳体14的壳体肩部27，其中，参见图4，轴肩部23和壳体肩部27可位于减震盘21的相对侧上。

在此有利地，在其未变形的初始状态下，减震盘21分别与轴肩部23和壳体肩部27间隔开或设置有间隙，使得减震盘21可以与行星齿轮架18一起旋转而不会在传动装置输入轴16或壳体14上拖曳。

如果传动装置12再次承受导致传动装置输入轴16在传动装置壳体14内或相对于该传动装置壳体位移的轴向冲击负载，则轴肩部23与减震盘21接合，然后该减震盘21抵靠在壳体肩部27上，以缓和冲击。如果为过度冲击，则减震盘21塑性变形，以便可以在事后指示并识别这种过度冲击。

在本发明的替代改进示例中，也可以为其它传动元件分配这种减震盘21，例如传动装置输出轴和/或传动装置中间轴。

在图4所示的实施例中，如果减震盘21紧固到行星齿轮架18，则减震盘21不仅可以截获传动装置输入轴16的冲击负载，而且还可以防止行星齿轮架18的过度位移。例如，如果行星齿轮架18由于冲击负载而向上移动，则减震盘21通过与壳体肩部27接触进行减震。在多级行星齿轮的情况下，轴向移动的行星齿轮级的下侧部分也可以被拦截在壳体肩部27处。相反地，行星齿轮架18的向下位移被拦截在轴肩部23处。在此，根据传动装置的布置，所述向上和向下的方向性信息可以相应地反转或改变。

Claims (14)

1.一种特别是方钻杆钻机的钻探装置，其包括用于容纳特别是方钻杆的钻杆(7)的钻探工具支架(9)，所述钻杆能够通过钻探驱动器(6)经由传动装置(12)可旋转地驱动，其中，所述传动装置(12)包括传动装置壳体(14)，在所述传动装置壳体中可旋转地安装有多个传动元件，

其特征在于，设置有至少一个可塑性变形的减震器(20)，以用于拦截对所述传动装置壳体(14)中的至少一个所述传动元件的冲击。

2.根据前一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器(20)被设计为拦截在被分配所述减震器(20)的所述至少一个传动元件的旋转轴线的方向上的轴向冲击，并且随后在所述轴向冲击超过预定阈值时塑性地变形。

3.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，在未变形的初始状态下，所述减震器(20)布置成与待减震的所述传动元件间隔开。

4.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器(20)包括平面的减震盘(21)或平坦的减震板，所述减震盘或所述减震板具有能够按照预期变形的内边缘和/或外边缘。

5.根据前一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震盘或所述减震板被设计成薄钢盘或薄钢板，所述薄钢盘或所述薄钢板的外直径比盘材料厚度或板材料厚度大至少五倍或至少十倍。

6.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器(20)与中心传动装置轴(16)同轴地布置，或者所述减震器相对于待拦截的所述元件的旋转轴线延伸基本上横向地延伸。

7.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，在冲击负载的情况下，所述减震器(20)将传动装置轴(16)相对于所述传动装置壳体(14)支撑。

8.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器(20)被布置在传动装置输入轴(16)和与所述传动装置输入轴不可旋转地连接的马达驱动轴(25)之间，并且将所述传动装置输入轴(16)和/或所述驱动马达轴(25)上的冲击负载相对于所述传动装置壳体(14)和/或相对于所述马达壳体(28)支撑。

9.根据前一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器(20)被紧固到所述传动装置壳体(14)上。

10.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器或另一减震器(20)被紧固在行星齿轮架(18)上，并且被布置在传动装置轴肩部(23)和/或传动装置轴端面与壳体肩部(27)和/或壳体端面之间，使得在轴向冲击的情况下，所述减震器(20)将所述传动装置轴(16)拦截在所述传动装置壳体(14)上。

11.根据前一项权利要求所述的钻探装置，其中，在未变形的初始状态下，所述减震器(20)与所述传动装置轴(16)和所述壳体(14)二者间隔开。

12.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述传动装置(12)被布置在钻机滑架(3)上，所述钻机滑架被以能够纵向位移的方式安装在特别是导杆(2)的形式的钻机引导件上，并且能够由进给驱动器沿着所述纵向位移驱动。

13.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述钻杆(7)被设计为可伸缩的方钻杆，所述方钻杆具有多个能够彼此嵌套和分开的钻杆部件。

14.根据前述任一项权利要求所述的钻探装置，其中，所述减震器(20)被分配给没有被轴向地固定或没有被无间隙地固定的传动元件，并且限制所述传动元件沿其旋转轴线的轴向运动。

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