DD222066A1

DD222066A1 - HYDRAULIC DRILLING HAMMER

Info

Publication number: DD222066A1
Application number: DD26091284A
Authority: DD
Inventors: Frank Hoferichter; Manfred Walther
Original assignee: Sdag Wismut
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1985-05-08

Abstract

Der hydraulische Bohrhammer findet insbesondere zum Bohren von Sprengloechern im Bergbau- und Steinbruchbetrieb Anwendung. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Gesamtwirkungsgrad dieser Bohrhaemmer zu verbessern und damit ihre Effektivitaet hinaufzusetzen. Aufgabengemaess soll unter Beachtung der im genannten Anwendungsgebiet erforderlichen Leistungsparameter die Kompaktbauweise aller wesentlichen Baugruppen erreicht und das als Druckstrom zu verwendende Wasser einen extrem offenen Kreislauf entnommen werden. Vorschlagsgemaess wird der Arbeitszyklus des Schlagwerkes mit dem, einer im Gehaeuse des Bohrhammers angeordneten doppelt wirkenden Kolbenpumpe gekuppelt. FigurThe hydraulic rotary hammer is used in particular for drilling explosive blast pits in mining and quarrying. The aim of the invention is to improve the overall efficiency of these Bohrhaemmer and thus to increase their effectiveness. Taskgemaess should be achieved under consideration of the required performance parameters in the application area, the compact design of all major assemblies and the pressure to be used as a water flow to be used an extremely open circuit. According to the proposal, the working cycle of the hammer mechanism is coupled with the double-acting piston pump arranged in the housing of the hammer drill. figure

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Hydraulischer Bohrhammer .Hydraulic rotary hammer.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung findet insbesondere bei Bohrhämmern im Bergbau und Steinbruchbetrieb Anwendung.The invention finds particular application for rotary hammers in mining and quarrying.

Der Schlagkolben der in Betracht zu ziehenden Bohrhämmer unterliegt unmittelbar dem Flüssigkeitsdruck. Die Bohrstange kann im Arbeitsprozeß sowohl unterbrochen als auch ununterbrochen umgesetzt werden.The percussion piston of the rotary hammers to be considered is directly subject to fluid pressure. The drill rod can be interrupted in the working process as well as continuously implemented.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekannt sind elektrohydraulisch^-Bohrmaschinen, deren Schlagkolben durch eine Druckflüssigkeit beaufschlagt werden, z. B. gemäß DE-OS 2732 114, OS 2643 483, OS 2639 201. Die Steuerung des Schlagkolbens erfolgt durch Dreh- oder Längsschieberventi-Ie, die fremd- oder eigenerregt sind. Die Funktion des Schlagwerkes verlangt, daß beim Auftreffen des Schlagkolbens auf die Bohrstange der anstehende Druckstrom der Flüssigkeit bis zum Umsteuern gespeichert wird. Dies geschieht durch Speicher. Der Rückhub des Schlagkolbens wird ebenfalls durch Speicher gedämpft. Die Schlagenergie wird über den Arbeitsdruck und den Volumenstrom der Flüssigkeit geregelt.Characteristic of the known technical solutions Are known electro-hydraulic ^ -Bohrmaschinen whose percussion piston are acted upon by a pressurized fluid, for. B. according to DE-OS 2732 114, OS 2643 483, OS 2639 201. The control of the percussion piston is done by rotary or Längsschieberventi-Ie, the foreign or self-excited. The function of the percussion mechanism requires that the impinging of the percussion piston on the drill rod, the pending pressure flow of the liquid is stored until reversing. This is done by memory. The return stroke of the percussion piston is also damped by memory. The impact energy is regulated by the working pressure and the volume flow of the liquid.

Der Nachteil dieser Lösungen ist es, daß der Erzeuger des Druckstromes sowie die Steuer- und Regelorgane einen erheblichen Raumbedarf beanspruchen. Für ihre Unterbringung ist zumeist eine, gesonderte Gerätschaft erforderlich, d. h.,. sol-, ehe Bohrmaschinen sind vorwiegend unter Verwendung von Bohrwagen einsetzbar. Die Kosten für den Erzeuger des Druckstromes und die Steuerorgane liegen mehrfach über denen der eigentli-The disadvantage of these solutions is that the producer of the pressure stream as well as the control and regulatory bodies require a considerable amount of space. For their accommodation is usually a, separate equipment required, d. H.,. Sol, before drilling machines are mainly used by drilling rig. The costs for the producer of the pressure stream and the control organs are several times higher than those of the actual

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chen Bohrmaschine. Ein noch wesentlicher Nachteil dieser aufgelösten Bauweise von Bohrmaschine und Erzeuger des Druckstromes resultiert aus ihrem sehr schlechten Gesamtwirkungsgrad. Er liegt bei ^7= 0,2 bis 0,3 und ergibt sich aus den mechanischen Wirkungsgraden des Schlagwerkes und Erzeugers des Druckstromes sowie dessen volumetrischen, den elektrischen des Antriebsmotors und den hydraulischen der Leitungen und SteUerorgane_e Das bedeutet» daß 20 KW installierte Leistung am Erzeuger des Druckstromes 5 KW des Schlagwerkes an der Bohrstange wirksam werden lassen. Nicht zuletzt tritt die aufgelöste Bauweise durch eine Vielzahl von Druckleitungen, besonders im Un- tertagebetrieb bei den Arbeitsbedingungen des Bergmannes, hinderlich in Erscheinung.drill. An even more significant disadvantage of this resolved design of drill and generator of the pressure stream results from its very poor overall efficiency. It is 7 7 = 0.2 to 0.3 and results from the mechanical efficiencies of the hammer mechanism and generator of the pressure flow and its volumetric, the electric of the drive motor and the hydraulic of the lines and Steer organs _e means that 20 KW installed capacity at the generator of the pressure flow 5 KW of impact mechanism on the drill rod can be effective. Last but not least, the dissolved construction is hindered by a multitude of pressure pipes, especially during underground operation under the miner's working conditions.

Mit der DE-OS 2548 284 ist die Lösung für eine hydraulische Bohrmaschine bekannt geworden, bei welcher das im untertägigen Bergbau anstehende Druckwasser als Energieträger für die Schlagerzeugung genutzt wird. Das Drehwerk der Bohrmaschine arbeitet mit deren Schlagwerk synchron. Die Spülflüssigkeit wird gesondert zugeführt. Die Steuerung der Bohrmaschine entspricht im wesentlichen den oben beschriebenen. Dieser Lösung haftet der besondere Nachteil an, daß unterschiedlich hoch anstehenden Drücken des Druckwassers entsprechende Leistungen der Bohrmaschine erbracht werden können. Größere Leistungen erfordern demnach große Teufen oder groß dimensionierte Bohrmaschinen. Gleichermaßen nachteilig wirkt sich die Menge des, verbrauchten Druckwassers am Bohrort aus, welches nach einmaliger Arbeitsleistung aus der Bohrmaschine ausgestoßen wird.With DE-OS 2548 284, the solution for a hydraulic drill has become known in which the upcoming in underground mining pressurized water is used as an energy source for the impact production. The turning mechanism of the drill works synchronously with its impact mechanism. The rinsing liquid is supplied separately. The control of the drilling machine essentially corresponds to that described above. This solution has the particular disadvantage that different levels of outstanding pressures of the pressurized water corresponding services of the drill can be provided. Larger capacities therefore require large depths or large-scale drilling machines. Equally disadvantageous affects the amount of, used pressurized water at the borehole, which is ejected after a single job from the drill.

Den genannten Bohrmaschinen ist darüber hinaus noch nachteilig, daß in ihnen örtliche Überhitzung der Flüssigkeit du,rch Druckspitzen und hohe Fließgeschwindigkeit auftreten kann, die zur Blasenbildung und dadurch zur Zerstörung des Schlagwerkes führt. Hydraulische Schlagwerke, die mit eigenerregter Schiebersteuerung arbeiten, neigen außerdem im Leerlauf zum Durchgehen» ' " ' ' The said drills is also disadvantageous in that they can occur in them local overheating of the liquid, rch pressure peaks and high flow velocity, which leads to blistering and thus the destruction of the hammer mechanism. Hydraulic impactors that operate with self-energized slide control also tend to run at idle »''''

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat zum Ziel, den Gesamtwirkungsgrad hydraulischer Bohrhammer zu verbessern und damit ihre Effektivität heraufzusetzen. Durch ihre bedienungsfreundlichere Handhabung soll die Arbeitsproduktivität beim Bohrprozeß gestei- ~ gert werden.The invention aims to improve the overall efficiency of hydraulic rotary hammer and thus increase their effectiveness. Their more user-friendly handling should increase labor productivity during the drilling process.

Darlegung des Wesens der Erfindung \ Die Erfindung hat die Aufgabe, einen hydraulischen Bohrhammer zu entwickeln, bei,dem unter Beachtung der im genannten Anwendungsgebiet erforderlichen Leistungsparameter die Baugruppen Antrieb, Schlagwerk und Drehwerk durch Kompaktbauweise in einem Aggregat vereinigt sind. Das als Druckstrom zu verwendende Wasser soll einem externen ,offenen Kreislauf entnommen werden können.DISCLOSURE OF THE NATURE OF THE INVENTION The invention has the object of developing a hydraulic hammer drill, in which, taking into account the performance parameters required in the stated field of application, the assemblies drive, impact mechanism and slewing are combined by compact design in one unit. The water to be used as the pressure flow should be able to be taken from an external, open circuit.

Bei dem vorschlagsgemäß auszurüstenden Bohrhammer dient ein Rotationsmotor als Antrieb für eine, den Druckstrom erzeugende, doppelt wirkende Kolbenpumpe. Das Drehwerk entspricht in seinem Aufbau der herkömmlich bekannten Art. Erfindungsgemäß sind der Rotationsmotor, die Kolbenpumpe und das Drehwerk mechanisch direkt gekuppelt. Die Steuerung des Schlagwerkes erfolgt in Abhängigkeit mit der Kolbenpumpe. In einem Hydraulikkreislauf ist deren äußerer Zylinderraum mit dem hinteren Kolbenraum und fortführend druckbegrenzt mit dem Speicher verbunden. Vom inneren Zylinderraum der Kolbenpumpe besteht ein Hydraulikkreislauf zum vorderen Kolbenraum und ebenfalls fortführend druckbegrenzt zum Speicher. Von diesem wiederum bestehen stromgerichtete Verbindungen mit dem vorderen und dem hinteren Kolbenraum. Im Speicher liegt die Kontaktzone des Schlagkolbens mit der Bohrstange und damit ist die hydraulische Verbindung des Speichers mit dem Spülloch der Bohrstange gegeben. Dem Speicher ist ein Druckspeicher angeschlossen.In the hammer drill to be equipped according to the proposal, a rotary motor serves as the drive for a double-acting piston pump generating the pressure flow. The slewing gear corresponds in its construction to the conventionally known type. According to the invention, the rotary motor, the piston pump and the slewing gear are mechanically coupled directly. The control of the striking mechanism is carried out in dependence on the piston pump. In a hydraulic circuit whose outer cylinder chamber is connected to the rear piston chamber and continuing pressure-limited to the memory. From the inner cylinder chamber of the piston pump there is a hydraulic circuit to the front piston chamber and also continuing pressure-limited to the memory. From this in turn there are current connections with the front and the rear piston chamber. In the memory is the contact zone of the percussion piston with the drill rod and thus the hydraulic connection of the memory with the flushing hole of the drill rod is given. The accumulator is connected to a pressure accumulator.

Die Zuführung des Wassers erfolgt aus einem externen Kreislauf stromgerichtet' in den hinteren Kolbenraum. Die direkte mechanische Kupplung der Kolbenpumpe mit dem Drehwerk und deren bewirkte Beaufschlagung des Schlagkolbens ermöglicht den Zeitpunkt des Umsetzens der Bohrstange definitiv festzulegen und damit unterschiedlichsten Gesteinsverhältnis-The supply of water takes place from an external circuit current 'in the rear piston chamber. The direct mechanical coupling of the piston pump with the slewing gear and the impacting of the percussion piston makes it possible to definitively determine the time of the transfer of the boring bar and thus to ensure a wide variety of rock ratios.

sen anzupassen. Bewegt sich der Kolben der Kolbenpumpe nach innen_} so saugt sein äußerer Zylinderraum Wasser aus dem hinteren Kolbenraum, in bestimmter Menge aus der Zuführung und dem Speicher, Der Schlagkolben bewegt sich in seine hintere Endlage«, Gleichzeitig wird Wasser aus dem inneren Zy'linderraum in den vorderen Kolbenraum und über das Druckbegrenzungsventil in den Speicher gedruckt. Bei annähernd gleichem Volumen des inneren Zylinderraumes und des Vorderen Kolbenraumes gelangt der Schlagkolben ohne merkliche Energieverluste in seine hintere Endlage. Geringe überschüssige Wassermengen gelangen in den Speicher. Bei Bewegungsumkehr des Kolbens wirkt die Kolbenpumpe als Druckstromerzeuger für den Schlagkolben. Dieser wird nach vorn getrieben und trifft bei annähernd 90 , vor Erreichen des Umkehrpunktes des Kolbens, mit maximaler Geschwindigkeit auf die Bohrstange auf. Das noch anstehende Volumen des Druckstromes gelangt mit Überdruck in den Speicher. Der schnell ansteigende Druck im Speicher bewirkt eine impulsartige Abführung eines Teiles des Wassers in das Spülloch der Bohrstange, Dieses Wasser dient zur Bohrlochspülung, Mit HiI-fe des Druckspeichers wird das Volumen des in das Spülloch abzuführenden l'/assers eingestellt. Gleichzeitig gelangt Wasser aus dem Speicher in den vorderen Kolbenraum und füllt diesen auf« . ιto adapt. The piston of the piston pump moves _inwardly} so sucks its outer cylinder chamber water from the rear piston space, in a certain quantity from the feed and the memory, the percussion piston moves to its rear end position, "At the same time water from the inner Zy'linderraum is in the front piston chamber and printed via the pressure relief valve in the memory. At approximately the same volume of the inner cylinder space and the front piston chamber reaches the percussion piston without noticeable energy losses in its rear end position. Low excess amounts of water get into the store. When the piston is reversed, the piston pump acts as a pressure generator for the percussion piston. This is driven forward and hits at approximately 90, before reaching the reversal point of the piston at maximum speed on the drill rod. The still pending volume of the pressure flow passes with overpressure in the memory. The rapidly rising pressure in the reservoir causes a pulse-like discharge of a portion of the water into the drill hole of the boring bar. This water is used to flush the borehole. The volume of the oil to be discharged into the flushing hole is set by means of the pressure accumulator. At the same time, water from the reservoir enters the front piston chamber and fills it up ". ι

Ausführungsbeispiel 125. Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert« Die zugehörige Schnittzeichnung zeigt schematisch einen vorschlagsgemäß ausgeführten Bohrhammer. Im Ausführungsbeispiel ist ein Elektromotor als Rotationsmotor 1 vorgesehen. Die Kolbenpumpe 2 ist doppelt wirkend. Das ,130 Drehwerk 3 ist als Schrittschaltwerk ausgebildet. Der Rotationsmotor 1 ist mit der Kolbenpumpe 2 kraftschlüssig verbunden und am Gehäuse 4 angeflanscht. Durch die Kupplung 5 ist die Kolbenpumpe 2 mit dem Drehwerk 3 mechanisch direkt gekuppelte Der Hydraulikkreislauf 6 verbindet den äußeren Zylinderraum 7 der Kolbenpumpe 2 mit dem hinteren Kolbenraum 8 des Schlagwerkes 9 und wird über das Druckbegrenzungsventil 10 in den Speicher 11 fortgeführt. Der Hydraulikkreislauf 12 verbindet den inneren Zylinderraum 13 der Kolbenpumpe 2 mit dem vor-Exemplary Embodiment 125. The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying sectional drawing shows schematically a rotary hammer designed according to the proposal. In the exemplary embodiment, an electric motor is provided as a rotary motor 1. The piston pump 2 is double-acting. The, 130 slewing gear 3 is designed as a stepping mechanism. The rotary motor 1 is non-positively connected to the piston pump 2 and flanged to the housing 4. By the clutch 5, the piston pump 2 is mechanically coupled directly to the slewing gear 3 The hydraulic circuit 6 connects the outer cylinder chamber 7 of the piston pump 2 with the rear piston chamber 8 of the impact mechanism 9 and is continued via the pressure relief valve 10 in the memory 11. The hydraulic circuit 12 connects the inner cylinder chamber 13 of the piston pump 2 with the

deren Kolbenraum 14 des Schlagwerkes 9 und mündet über das Druckbegrenzungsventil 15 ebenfalls im Speicher 11. Der Speicher 11 ist einmal über das Doppelrückschlagventil 16 mit dem hinteren Kolbenraum 8 und zum anderen über das Rückschlagventil 17 mit dem vorderen Kolbenraum 14 verbunden. Die Kontaktzone der Bohrstange 18 mit dem Schlagkolben 19 liegt im Speieher 11. Damit ist das Spülloch 20 der Bohrstange 18 mit dem Speicher 11 hydraulisch verbunden. Der Druckspeicher 21 ist an den Speicher 11 angeschlossen und'in den Hydraulikkreislauf 6 eingebunden. Das Wasser für die Hydraulik des Bohrhammers wird fast drucklos einem externen offenen Kreislauf entnommen undThe memory 11 is connected once via the double check valve 16 to the rear piston chamber 8 and the other via the check valve 17 to the front piston chamber 14. The contact zone of the drill rod 18 with the percussion piston 19 is located in the feeders 11. Thus, the flushing hole 20 of the drill rod 18 is hydraulically connected to the memory 11. The accumulator 21 is connected to the memory 11 and 'integrated into the hydraulic circuit 6. The water for the hydraulics of the hammer drill is taken almost without pressure from an external open circuit and

j.50 gelangt über die Zuleitung 22, das Sperrventil 23 und das Doppelrückschlagventil 16 in den Hydraulikkreislauf 6. Mit dem öffnen cies Sperrventiles 23 und der Inbetriebnahme des Rotationsmotors 1 beginnt der vorschlagsgemäße hydraulische Bohrhammer zu schlagen. Seine Schlagfrequenz entspricht der , jeweiligen Drehzahl des Rotationsmotors 1 bzw. der Kolbenpumpe 2. Das Drehwerk 3 ist in bezug auf den Zeitpunkt des Umsetzen der Bohrstange 18 auf das anstehende Gestein eingestellt und behält diesen Zeitpunkt bis zur erneuten Einstellung bei. Durch den Druckspeicher 21 wird der Druck des in das Spülloch abzuführenden Wassers und sein Volumen bestimmt. Die abgestimmten Volumen des inneren Zylinderraumes 13 und des vorderen Kolbenraumes 14 ermöglichen, daß "beim Rücklauf des Schlagkolbens 19 kein Wasser in das Spülloch 20 fließt. Die Regelung der Schlagenergie des Schlagkolbens 19 erfolgt durch entsprechende Einstellung des Druckbegrenzungsventile-s 10.j.50 passes through the supply line 22, the check valve 23 and the double check valve 16 in the hydraulic circuit 6. With the open cies check valve 23 and the commissioning of the rotary motor 1 of the proposed hydraulic hammer drill begins to beat. Its rotational frequency corresponds to the respective rotational speed of the rotary motor 1 and the piston pump 2. The slewing gear 3 is adjusted with respect to the time of transferring the boring bar 18 to the pending rock and retains this time until readjustment. By the pressure accumulator 21, the pressure of the water to be discharged into the flushing hole and its volume is determined. The tuned volumes of the inner cylinder chamber 13 and the front piston chamber 14 allow "no water to flow into the flushing hole 20 during the return of the percussion piston 19. The impact energy of the percussion piston 19 is regulated by appropriate adjustment of the pressure relief valve 10.

Durch die mögliche kompakte Bauweise der Hauptbaugruppen Antrieb, Druckstromerzeuger, Schlagwerk und Drehwerk des vorschlagsgemäß gefertigten hydraulischen Bohrhammers, läßt sich sein Gesamtwirkungsgrad auf ή = 0,75 anheben. Bei BeachtungDue to the possible compact design of the main assemblies drive, pressure generator, percussion and slewing of the proposed proposed hydraulic hammer drill, its overall efficiency can be raised to ή = 0.75. When observing

der Effektivitätsgrenze für die Bohrgeschwindigkeit beim Bohren von Löchern bis zu 3 m Tiefe und der daraus abzuleitenden erforderlichen niedrigen Leistung, ist der Vorschlag für hydraulische Bohrhammer dieses Einsatzgebietes besonders geeignet. Vorteilhaft wirkt sich die Verwendung des im genannten Einsatzgebiet zumeist anstehenden drucklosen Wassers als Arbeitsmedium aus. Zumal ein einmal in den Hydraulikkreisläufen eingespritztes Volumen annähernd 4 mal als Druckstrom Arbeit leistete, be-the effectiveness limit for the drilling speed when drilling holes up to 3 m depth and the required low power derived therefrom, the proposal for hydraulic rotary hammer this application is particularly suitable. The use of the pressureless water, which is usually present in the named area of use, advantageously acts as a working medium. Especially since a volume that was once injected in the hydraulic circuits performed approximately 4 times as a pressure current.

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vor es als Spülflüssigkeit diese Kreisläufe verlassen hat. Weiterhin vorteilhaft wirkt sich das impulsartige Ausstoßen der Spülflüssigkeit auf die Effektivität der Spülung an der Bohrlochsohle aus. Beim Abstellen des Wasserzuflusses durch das Sperrventil bleibt zwangsläufig das Schlagwerk stehen, während das Drehwerk weiter arbeitet. Dadurch werden einmal die das Schlagwerk zerstörenden Leerschläge vermieden und zum anderen wird beim Ziehen der Bohrstange aus dem Bohrloch dieser Vorgang unterstützt.before it left these circuits as flushing fluid. Furthermore, the pulse-like ejection of the rinsing liquid has an advantageous effect on the effectiveness of the rinsing at the borehole bottom. When stopping the flow of water through the check valve inevitably stops the percussion while the slewing continues to work. As a result, once the impact mechanism destructive blankets are avoided and on the other hand, this process is supported when pulling the drill rod from the wellbore.

Claims

claim

1. Hydraulic hammer drill with a rotary motor as a drive for a, the pressure flow generating, double-acting piston pump, a hammer and a slewing gear, the KoI-benpumpe, the whipping and slewing are housed in a housing and the rotary motor with the piston pump directly is coupled, characterized in that the control of the striking mechanism (9) in dependence of the working cycle of the piston pump (2) takes place, the outer cylinder space (7) with the rear piston chamber (8) and a downstream memory (11), a hydraulic circuit (6 ) and the inner cylinder chamber (13) with the front piston chamber (14) and the downstream memory (11) form a hydraulic circuit (12), wherein the supply to the memory (11) pressure-limited and the discharge of which is current-oriented, that in the memory ( 11) the contact zone of the percussion piston (19) with the boring bar (18) and that the supply of the pressure flow forming liquid in the hydraulic Circulation (6) and their removal via the flushing hole (20) of the drill rod (18) takes place and further the KoI ben pump (2) and the slewing gear (3) are mechanically coupled directly. ,

2. Hydraulic rotary hammer according to item 1, characterized in that in the hydraulic circuits (6, 12) between the rear piston chamber (.8) and the front piston chamber (14) and the memory (11) each have a pressure relief valve (10 or 15 ) is involved.

3. Hydraulic rotary hammer according to item l, characterized in that in the hydraulic circuits (6; 12) between the memory (11) and the rear piston chamber (8) and the front

Piston space (14) a double check valve (16) or check valve (17) is arranged.

For this 1 sheet drawing