DE1187208B

DE1187208B - Drilling machine, especially for drilling large holes in rock

Info

Publication number: DE1187208B
Application number: DES62103A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Ebeling
Original assignee: WOLFGANG EBELING DIPL ING
Current assignee: WOLFGANG EBELING DIPL ING
Priority date: 1959-03-11
Filing date: 1959-03-11
Publication date: 1965-02-18

Description

Bohrmaschine, insbesondere zum Großlochbohren im Gestein Bohrmaschinen, insbesondere größere Gesteinsbohrmaschinen, werden üblicherweise als Lafettenbohrmaschinen gebaut, d. h., der Drehantrieb und gegebenenfalls auch der Schlagerzeuger für das Bohrwerkzeug werden auf einem Führungsrahmen verschieblich angeordnet und durch eine Vorschubvorrichtung in Richtung der Bohrlochachse hin und her bewegt. Die Vorschubeinrichtung muß besonders bei größeren Gesteinsbohrmaschinen große Kräfte. entwickeln können, sie soll eine möglichst weitgehende Regulierung des Vorschubes gestatten, und sie soll robust und wenig verschleißanfällig sein. Diese Bedingungen sind mit hydraulischen Vorschubzylindern gut zu erfüllen, so daß dieser Vorschubantrieb bei Gesteinsbohrmaschinen zunehmende Verbreitung findet.Drilling machine, especially for drilling large holes in rock drilling machines, in particular larger rock drilling machines, are usually called carriage drilling machines built, d. h., the rotary drive and possibly also the impact generator for the Drilling tools are slidably arranged on a guide frame and through a feed device reciprocates in the direction of the borehole axis. The feed device must use large forces, especially with larger rock drilling machines. can develop it should allow the most extensive possible regulation of the feed, and they should be robust and not subject to wear and tear. These conditions are hydraulic To meet feed cylinders well, so that this feed drive in rock drilling machines is becoming increasingly widespread.

Außer den genannten Forderungen soll die Vorschubeinrichtung noch folgende Bedingungen erfüllen-1. Möglichst geringe Baulänge bei gegebener Hublänge, 2. Vermeidung von Kippmomenten, die von der Schlittenführung aufgenommen werden müssen, 3. Vermeidung von Behinderungen beim Bohrgestängeein- und -ausbau, 4. Gleichmäßigkeit von Vorschub- bzw. Rückzugskraft und -geschwindigkeit über den gesamten Hub.In addition to the requirements mentioned, the feed device should also meet the following conditions-1. Shortest possible length for a given stroke length, 2. Avoidance of tilting moments that are absorbed by the slide guide must, 3. Avoidance of hindrances when installing and removing drill rods, 4. Uniformity of feed or retraction force and speed over the entire stroke.

Es sind Bohrmaschinen mit hydraulischen Vorschubzylindern bekannt, die durch verschiedene konstruktive Gestaltung der Vorschubeinrichtung jeweils eine oder mehrere der genannten Forderungen erfüllen. Soweit ein einzelner Vorschubzylinder oder ein parallel geschaltetes Paar von Vorschubzylindern Verwendung findet, versucht man durch Hubübersetzer mit Zahnstangen bzw. Ketten- oder Seilzügen oder mittels flexibler Kolbenstangen die Baulänge in Grenzen zu halten. Bei dieser letztgenannten Bauart werden Bänder, Ketten oder Seile verwendet, die vom Kolben durch Abdichtungen im Zylinderdeckel und über Umlenkrollen zum längsverschieblichen Bohrantriebskopf laufen. Alle vorgenannten Ausführungen sind für größere Vorschubkräfte nicht gut geeignet und gestatten nicht die gleichzeitige Erfüllung der vorstehenden Forderungen unter 2 und 3. Mit Teleskopzylindern ließen sich diese Nachteile möglicherweise vermeiden. Dabei wäre jedoch die vierte Forderung, nämlich gleichmäßiger Lauf über dem ganzen Hub mit vertretbarem Aufwand, nicht zu erfüllen. Es ist weiter eine Bohrmaschine mit Preßluft-Vorschubzylindern bekanntgeworden, bei welcher ein zentraler Vorschubzylinder und ein Zylinderpaar derart angeordnet sind, daß ihre Hübe sich addieren. Wegen des zentralen, in der Maschinenmittelachse liegenden Zylinders muß der Bohrantrieb davor angeordnet werden und trägt somit mit seiner vollen Länge zur Gesamtlänge der Bohrmaschine bei.There are known drills with hydraulic feed cylinders, each one due to the different structural design of the feed device or meet several of the requirements mentioned. So much for a single feed cylinder or a pair of feed cylinders connected in parallel is used one by means of lifting translators with toothed racks or chain or cable pulls or by means of flexible piston rods to keep the overall length within limits. In the case of the latter Straps, chains or ropes are used, which are attached to the piston by means of seals in the cylinder cover and via pulleys to the longitudinally displaceable drill drive head to run. All of the above versions are not good for larger feed forces suitable and do not allow the simultaneous fulfillment of the above requirements under 2 and 3. These disadvantages could possibly be overcome with telescopic cylinders avoid. However, the fourth requirement would be, namely smooth running over the whole hub with reasonable effort, not to be fulfilled. It is also a drill became known with compressed air feed cylinders, in which a central feed cylinder and a pair of cylinders are arranged such that their strokes add up. Because of the central cylinder lying in the machine center axis, the drill drive must be arranged in front of it and thus contributes with its full length to the total length the drill.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist demgegenüber eine Bohrmaschine, insbesondere zum Großlochbohren im Gestein, bei der zwei Vorschubzylinderpaare durch eine verwindungssteife Brücke fest miteinander verbunden sind und die Kolbenstangen des einen Zylinderpaares am Antriebskopf, die des anderen Zylinderpaares am hinteren Ende des Führungsrahmens angreifen und die Zylinder je eines Paares in einer durch die Bohrspindelachse gelegten Ebene und im paarweise gleichen Abstand so weit von dieser Achse entfernt liegen, daß zwischen ihnen Raum für den Antriebskopf frei bleibt.In contrast, the present invention relates to a drill, especially for large-hole drilling in rock, with two pairs of feed cylinders through a torsion-resistant bridge are firmly connected to each other and the piston rods one pair of cylinders on the drive head, those of the other pair of cylinders on the rear Attack the end of the guide frame and put the cylinders in one pair each the drilling spindle axis and the same distance in pairs as far from this axis are removed so that space is free for the drive head between them remain.

Durch die Hintereinanderschaltung von Zylindern mit sich addierenden Hüben läßt sich eine relativ kleine Zylinderbaulänge erzielen. Dadurch, daß außerdem erfindungsgemäß die beiden hubaddierend hintereinandergeschalteten Zylinderpaare in zwei verschiedene Ebenen gelegt sind, können alle Zylinder nebeneinanderliegen, so daß das zweite Zylinderpaar die Baulänge der Bohrmaschine nicht oder nur minimal vergrößert. Außerdem bleibt im Zentrum zwischen den Zylindern ein freier Raum, in dem der Antriebskopf Platz finden kann, so daß seine Länge die Baulänge der Bohrmaschine ebenfalls nicht vergrößert.By connecting cylinders in series with adding Strokes can be achieved with a relatively small overall cylinder length. By that in addition according to the invention the two stroke-adding cylinder pairs connected one behind the other are placed in two different levels, all cylinders can be next to each other, so that the second pair of cylinders does not or only minimally the overall length of the drill enlarged. In addition, there is a free space in the center between the cylinders which the drive head can find space, so that its length the overall length the drill is also not enlarged.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Vorschubzylinder erfüllt demnach weitgehend die genannte erste Forderung nach kurzer Baulänge, indem die Baulänge der Bohrmaschine nicht größer als die Summe des eineinhalbfachen Gesamthubes plus Kolben-, Zylinderdeckel- und Kolbenstangeneinspannlänge zu werden braucht.The inventive arrangement of the feed cylinder accordingly fulfills largely the mentioned first requirement for short overall length by increasing the overall length of the drilling machine is not greater than the sum of one and a half times the total stroke plus Piston, cylinder cover and piston rod clamping length needs to be.

Die paarweise Anordnung der Zylinder in symmetrischer Lage zur Bohrspindelachse macht den Antriebskopf und seine Schlittenführungen frei von Kippmomenten und erfüllt somit die zweite der genannten Forderungen.The paired arrangement of the cylinders in a symmetrical position to the drilling spindle axis makes the drive head and its slide guides free of tilting moments and fulfills thus the second of the claims mentioned.

Die beschriebene Zylinderanordnung konzentriert sich auf das hintere Drittel der Bohrmaschinenlänge. Sie stellt eine Vorschubeinrichtung dar, die den vorderen Teil der Bohrmaschine; der zum Ein- und Ausbau des Bohrgestänges weitgehend frei zu halten ist, überhaupt nicht in Anspruch nimmt und die außerdem infolge des Fehlens von Kippmomenten eine beliebige Höhe der -Bohrspindel über den Lafettenhohnen zuläße Somit läßt sich also die dritte Forderung in- vollkommenster Weise erfüllen.The cylinder arrangement described focuses on the rear Third of the drill length. It represents a feed device that the front part of the drill; that for the installation and removal of the drill pipe to a large extent is to be kept free, does not use it at all and which, moreover, as a result of the In the absence of tilting moments, any height of the drilling spindle above the carriage horns allow Thus the third requirement can be fulfilled in the most perfect way.

Erfindungsgemäß werden sämtliche Zylinder mit gleichen Kolben- und Kolbenstangenquerschnitten ausgeführt. Dadurch sind Kraft und Arbeitsgeschwindigkeit beider .Zylinderpaare über den gesamten Bahrmaschinenhub konstant, und auch die vierte Forderung ist erfüllt.According to the invention, all cylinders with the same piston and Piston rod cross-sections executed. This gives power and speed of work Both .Zylinderpaare constant over the entire stretching machine stroke, and also the fourth requirement is met.

Eine besonders zweckmäßige Ausführung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die vier Zylinder der beiden Zylinderpaare durch eine verwindungssteife Brücke fest miteinander verbunden und so angeordnet sind, daß die Kolbenstangen des ersten Zylinderpaares am Antriebskopf, die des zweiten Zylinderpaares in entgegengesetzter Richtung weisend am hinfiteren Ende des Führungsrahmens angreift. Die - genannte Brücke überträgt die Kippmomente der beiden auf jeder Maschinenseite hintereinandergeschalteten Zylinder von einer zur anderen Seite, so daß sie sich aufheben. Die Zylinder und Kolbenstangen bleiben dadurch frei von Biegemomenten.A particularly expedient embodiment is thereby achieved according to the invention achieved that the four cylinders of the two cylinder pairs by a torsion-resistant Bridge are firmly connected and arranged so that the piston rods of the first pair of cylinders on the drive head, those of the second pair of cylinders in opposite directions Direction pointing attacks at the rear end of the guide frame. The - mentioned Bridge transmits the overturning moments of the two connected in series on each side of the machine Cylinders from side to side so that they cancel each other out. The cylinders and This means that piston rods remain free from bending moments.

Die Brücke muß längsverschieblich sein und kann erfindungsgemäß mit eigenen Gleitführungen auf den Holmen des Führungsrahmens abgestützt sein. Durch diese Abstützung wird die Knicklänge der Kolbenstangen vermindert, :was sich günstig auf die Abmessungen der Stangen und Zylinder auswirkt.The bridge must be longitudinally displaceable and can according to the invention with own sliding guides on the spars of the guide frame. By this support reduces the buckling length of the piston rods, which is beneficial affects the dimensions of the rods and cylinders.

Die Kolbenstangen des zweiten Zylinderpaares greifen an einem Widerlager am hinteren Ende des Führungsrahmens an. Sie können hohl und als Leitungen zu den Zylindern vorgesehen sein. Dabei führt die Bohrung der einen Kolbenstange vor, die . der anderen hinter dem Kolben in den Zylinderraum und es werden die deckelseitigen Zylinderräume aller vier Zylinder und entsprechend die stopfbuchsenseitigen Zylinderräume miteinander durch Rohrleitungen oder Kanäle verbunden.The piston rods of the second pair of cylinders grip an abutment at the rear end of the guide frame. They can be hollow and used as leads to the Cylinders be provided. The bore of one of the piston rods leads to the . the other behind the piston in the cylinder space and there are the cover-side Cylinder chambers of all four cylinders and, accordingly, the cylinder chambers on the stuffing box side connected to each other by pipes or ducts.

Wenn durch die Bohrung der einen Kolbenstange Drucköl in den deckelseitigen Zylinderraum geführt wird, dann werden über die Verbindungsleitungen alle vier Zylinder gleichmäßig vom Drucköl beaufsehlagt, erzeugen eine gleichmäßige Vorschubkraft, i und beide Zylinderpaare fahren entweder gleichzeitig oder nacheinander aus. Das Öl in den stopfbuchsenseitigen Zylinderräumen wird über die Verbindungsleitungen zusammengeführt und fließt durch die andere Kolbenstange aus. Durch Umkehren des Ölstromes kann die Bohrmaschine zurückgefahren werden.When pressurized oil through the bore of one of the piston rods into the cover-side Cylinder chamber is guided, then all four cylinders are connected via the connecting lines evenly applied by the pressure oil, generate an even feed force, i and both pairs of cylinders extend either simultaneously or one after the other. That Oil in the cylinder chambers on the stuffing box side is transferred via the connecting lines merged and flows out through the other piston rod. By reversing the The drilling machine can be retracted due to the flow of oil.

Die erfindungsgemäße Bohrmaschine erfüllt demnach in vollkommenster Weise alle vier genannten Forderungen und vereinigt sie mit den Vorzügen des hydraulischen Zylindervorschubes mit starren Kolbenstangen.The drill according to the invention therefore fulfills the most perfect Manner all four of the named requirements and combines them with the advantages of the hydraulic Cylinder feed with rigid piston rods.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g.1 die Seitenansicht der Bohrmaschine mit zurückgefahrenem Antriebskopf, F i g. 2 die Seitenansicht der Bohrmaschine mit vorgefahrenem Antriebskopf, F i g. 3 die Vorderansicht aus Richtung A, F i g. 4 den Querschnitt B-C in F i g. 2, F i g. 5 das hydraulische Schaltschema der Vorschubzylinder.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. FIG. 1 shows the side view of the drilling machine with the drive head retracted, F i g. 2 the side view of the drilling machine with the drive head advanced, F i G. 3 the front view from direction A, F i g. 4 shows the cross-section B-C in FIG. 2, F i g. 5 the hydraulic circuit diagram of the feed cylinder.

Der Führungsrahmen der Bohrmaschine wird durch zwei Rundholme, ein vorderes Querhaupt 2 und ein hinteres Querhaupt 3 gebildet. Beide Querhäupter besitzen Zapfen 2', 3' zum Einspannen der Bohrmaschine.The guide frame of the drilling machine is formed by two round bars, a front crosshead 2 and a rear crosshead 3. Both crossheads have pins 2 ', 3' for clamping the drill.

Auf den Holmen 1 ist der Antriebskopf mit den Gleitführungen 4 längsverschieblich gelagert. Teile des Antriebskopfes sind die Frontplatte 5, das Getriebe 6, der Drehmotor 7 und der Bohrspindelzapfen B. Für den Vorschub sind vier Hydraulikzylinder vorgesehen. Das erste Zylinderpaar 9 und 9' liegt in der Ebene D-E, das zweite Zylinderpaar 10 und 10' in der Ebene F-G. Die Kolbenstangen 11 und 11' des ersten Zylinderpaares 9, 9' greifen an der Frontplatte 5 des Antriebskopfes an, während die Kolbenstangen 12 und 12' an dem hinteren Querhaupt 3 des Führungsrahmens befestigt sind.The drive head with the sliding guides 4 is mounted on the spars 1 so as to be longitudinally displaceable. Parts of the drive head are the front plate 5, the gear 6, the rotary motor 7 and the drilling spindle pin B. Four hydraulic cylinders are provided for the feed. The first pair of cylinders 9 and 9 ' lies in the plane DE, the second pair of cylinders 10 and 10' in the plane FG. The piston rods 11 and 11 'of the first pair of cylinders 9, 9' engage the front plate 5 of the drive head, while the piston rods 12 and 12 'are attached to the rear crosshead 3 of the guide frame.

Alle Zylinder 9, 9' und 10 und 10' sind in der Brücke 13 gelagert und befestigt. Die Brücke 13 ist mit den Führungen 14 längsverschieblich auf den Holmen 1 gelagert. Sie ist so ausgebildet, daß der Drehbohrmotor 7 bei zurückgefahrenem Antriebskopf unter der Brücke Platz hat. Die Verschraubungen 15, 15' der hohlen Kolbenstangen 12, 12' besitzen Leitungsanschlüsse 16, 16', welche die Bohrmaschine mit der hydraulischen Vor@chubpumpe verbinden.All cylinders 9, 9 'and 10 and 10' are mounted and fastened in the bridge 13. The bridge 13 is mounted with the guides 14 on the spars 1 so as to be longitudinally displaceable. It is designed so that the rotary drilling motor 7 has space under the bridge when the drive head is retracted. The screw connections 15, 15 'of the hollow piston rods 12, 12' have line connections 16, 16 ' which connect the drilling machine to the hydraulic feed pump.

In der schematischen Darstellung der F i g. 5 sind alle vier Zylinder in einer Ebene gezeichnet. In dem Zylinderdorn sind Anschläge 17 für die Endlagen der Kolben 18 angedeutet. Die Bohrung der Kolbenstange 12 mündet bei der Öffnung 19 in den deckelseitigen Raum, während die Bohrung der Kolbenstange 12' bei der Öffnung 19' in den stopfbuchsenseitigen Zylinderraum führt. Die Verbindungsleitung 20 verbindet alle deckelseitigen Zylinderräume miteinander und die Verbindungsleitung 21 alle stopfbuchsenseitigen Zylinderräume.In the schematic representation of FIG. 5 all four cylinders are drawn in one plane. In the cylinder mandrel stops 17 for the end positions of the pistons 18 are indicated. The bore of the piston rod 12 opens into the cover-side space at the opening 19 , while the bore of the piston rod 12 'at the opening 19' leads into the cylinder space on the stuffing box side. The connecting line 20 connects all the cylinder spaces on the cover side with one another and the connecting line 21 connects all the cylinder spaces on the stuffing box side.

Die Funktion wird an Hand des Schaltschemas (F i g. 5) wie folgt erklärt: Wird bei 16 in die Bohrung der Kolbenstange 12 Drucköl geleitet, so tritt das Öl bei 19 vor den Kolben des Zylinders 10 und über die Verbindungsleitung 20 auch vor die drei anderen Kolben. Dadurch fahren alle Kolbenstangen aus und schieben sowohl die Brücke 13 als auch den Antriebskopf 5, 6, 7, 8 vor. Die Hübe der Zylinderpaare 10, 10' und 9, 9' addieren sich zum Gesamthub des Antriebskopfes. Es hängt von den Reibungsverhältnissen ab, ob zunächst die Zylinder 10,10' oder die Zylinder 9, 9' oder alle zugleich ausfahren. Die Bewegung des Antriebskopfes wird durch solche Unterschiede der Reihenfolge nicht beeinflußt. Das verdrängte Öl gelangt über die Verbindungsleitung 21 gesammelt zur Öffnung 19' und fließt durch die Kolbenstange 12' ab. Der umgekehrte Vorgang erfolgt bei Einspeisung in 16'. Die Endlagen der Kolben ergeben sich durch die Anschläge 17 in den Zylindern. Durch diese Anschläge bleibt das System der Bohrmaschine auch in den Endlagen frei von Kipp- und Biegemomenten.The function is explained on the basis of the circuit diagram (Fig. 5) as follows: If pressure oil is fed into the bore of the piston rod 12 at 16, the oil passes at 19 in front of the piston of the cylinder 10 and via the connecting line 20 also in front of the three other flasks. This causes all piston rods to extend and push both the bridge 13 and the drive head 5, 6, 7, 8 forward. The strokes of the cylinder pairs 10, 10 'and 9, 9' add up to the total stroke of the drive head. It depends on the friction conditions whether the cylinders 10, 10 ' or the cylinders 9, 9' or all extend at the same time. The movement of the drive head is not affected by such differences in the sequence. The displaced oil collects via the connecting line 21 to the opening 19 'and flows off through the piston rod 12'. The reverse process takes place when feeding into 16 '. The end positions of the pistons result from the stops 17 in the cylinders. These stops mean that the drilling machine system remains free of tilting and bending moments even in the end positions.

Wie aus den F i g. 1 bis 4 ersichtlich ist, entstehen durch die Stangenkräfte der Zylinder 9 und 10 bzw. 9' und 10' auf jeder Seite der Bohrmaschine Drehmomente, die gleich groß und gegeneinandergerichtet sind. Durch die Einspannung der Zylinder in der Brücke 13 werden diese Drehmomente innerhalb der Brücke aufgehoben. Dazu ist eine entsprechende Verdrehsteifigkeit der Brücke 13 erforderlich.As shown in FIGS. 1 to 4 can be seen, arise from the rod forces the cylinders 9 and 10 or 9 'and 10' on each side of the drilling machine torques, which are of the same size and directed against each other. By clamping the cylinders in the bridge 13 these torques are canceled within the bridge. In addition a corresponding torsional stiffness of the bridge 13 is required.

Die Gleitführungen 14 der Brücke 13 verhindern ein radiales Ausweichen der Brücke und der Zylinder durch Knickkräfte. Dadurch wird die Knicksteifigkeit der Kolbenstangen wesentlich vergrößert.The sliding guides 14 of the bridge 13 prevent radial deflection the bridge and the cylinder by buckling forces. This increases the buckling stiffness the piston rod is significantly enlarged.

Claims

Claims: 1. Drilling machine, especially for drilling large holes in the rock, with hydraulic feed device and with divided into two groups adjoining feed cylinders in which in opposite directions pointing piston rods slide and their strokes add up, characterized in that that two pairs of feed cylinders (9, 9 'and 10, 10') by a torsion-resistant Bridge (13) are firmly connected to each other and the piston rods (11, 11 ') of the a pair of cylinders (9, 9 ') on the drive head (5 to 8), those of the other pair of cylinders (12, 12 ') attack the rear end (3) of the guide frame (1 to 3) and that the Cylinders of one pair each in a plane laid through the drilling spindle axis (D-E or F-G) and are at the same distance in pairs from this axis, that space for the drive head (5 to 8) remains free between them. z. drilling machine according to claim 1, characterized in that all feed cylinders (9, 9 'and 10, 10 ') have the same piston and piston rod cross-sections. 3. Drill according to claim 1 or 2, characterized in that the feed cylinders (9, 9 'and 10, 10') supporting bridge (13) with its own sliding guides (14) on the spars (1) the guide frame is supported. References Considered: U.S. Patents No. 1740 701, 1955 744.