DE2449074A1

DE2449074A1 - Befestigungsvorrichtung fuer einen bohrer

Info

Publication number: DE2449074A1
Application number: DE19742449074
Authority: DE
Inventors: Jun Michael Augustine Beagan
Original assignee: Joy Manufacturing Co
Current assignee: Joy Manufacturing Co
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1975-04-24
Also published as: ZA746461B; SE7412973L; SE420116B; US3868076A; CA1014946A; FI303274A; FR2248402B1; IT1021822B; ES431256A1; FR2248402A1

Description

PATENTANWÄLTE 2.4 A 9 07

MANITZ, FI NSTERWALD & G RAM KOW

München, den ^1& ^m «* P/Sv-J 2007

JOY MANUFACTURING COMPANY, Oliver Bldg., Pittsburgh, Pennsylvania, USA

Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer

Moderne Gesteinsbohrvorrichtungen werden normalerweise von einem beweglichen, angelenkten Stützsystem getragen, das einen länglichen Auslegebalken oder Ausleger umfaßt, der mit seinem einen Ende regulierbar an einem beweglichen Untersatz, wie z.B. einem Lastwagen befestigt ist, und der einen, an seinem anderen Ende regulierbar angebrachten Vor-^ schub- oder Führungsrahmen besitzt, auf dem ein Gesteinsbohrer montiert ist. Obwohl solche Boranordnungen den Zweck, für den sie konstruiert wurden, erfüllen, sind sie doch bestimmten, *ies ent liehen Beschränkungen unterworfen. So wird z.B. nach dem Stand der Technik der Vorschubrahmen für den Bohrer üblicherweise um einen Punkt drehbar gelagert, der aus der Mittellinie des Auslegers z.B.-um nicht mehr als ca. den doppelten Durchmesser des Auslegers seitwärts versetzt ist. Eine solche Anordnung hat eine mechanische Be-

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hinderung zwischen dem Ausleger und dem Vorschubrahnien zur lolge, die den Zugang zur Stirnfläche des Gesteins bei bestimmten Bohrvorgängen begrenzt. So kann z.B. ein Gesteinsbohrer, der links von der Mittellinie des Auslegers befestigt ist, weder unmittelbar an eine rechts liegende Riooe oder Wand herangebracht werden, um parallel zu dieser in die Gesteinsfläche zu bohren, noch hat er Zugang zu relativ grossen Teilen der Gesteinsfläche, die rechts von der Mittellinie des beweglichen Untersatzes liegen, um einen 3rennschnitt (parallele Bohrlöcher senkrecht zur Gesteinsfläche) durchzuführen.

Bis jetzt wurden Probleme der mechanischen Behinderung durch manuelle Mittel gelöst, so z.B. dadurch, daß der Vorschubrahmen von seinem tragenden Ausleger abmontiert und an einem Punkt, der - wie benötigt - zur anderen Seite der Ausleger-Mittellinie hin seitlich versetzt ist, wieder befestigt wurde, oder durch den Gebrauch spezieller Trägersysteme, wie z.B. des Überroll-Auslegers (rollover boom), wie er in der US-PS 3 226054 angegeben wird, oder des Uberkreua-Ausiegers (crossover boom), wie er in der US-PS 3 212 738 angegeben wird. Diese und andere ähnliche Lösungen haben sich in der Praxis zwar als brauchbar, aber unzureichend erwiesen. Manuelle Methoden wie das Ummontieren des Vorschubrahmens oder das Umsetzen des beweglichen Untersatzes erfordern eine Unterbrechung der Bolrvorgänge und sind deshalb von vornherein unbequem und unwirtschaftlich. Spezielle Stützausleger sind in vielerlei Hinsicht unzureichend: sie sind im allgemeinen schwere, komplizierte und unhandliche Vorrichtungen. Sie sind teuer in der Herstellung und am Einsatzort u.U. schwer instandzuhalten. Auch können sie z.B. bei bestimmten Arbeitsstellungen dem Bedienun^mann den Blick auf den Bohrstahl und die Gesteinsfläche versüerren.

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Der vereinfachte Ausieger-Versetzmechanismus der vorliegenden Erfindung schafft eine überlegene Lösung der mechanischen 'ieliiriderungsorobleme, wie sie oben beschrieben, wurden, ohne die mülichen Begleitumstände der bekannten Lösungen zu besitzen. Es ist also Gegenstand der Erfindung, einen vereinfachten, ZLiverlässigen und kompakten Versetzmechanismus zu schaffen, der das Arbeiten eines auf ihm montierten Werkzeuges in ,jeder Stellung innerhalb der Grenzen erlaubt, die ■ durch die maximale Hub- und Schwenkfähigkeit des Auslegers ~e <;eben sind, und der. nur der Behinderung durch äußere Hindernisse .wie z.B. Tunnelwände unterworfen ist. Es ist ein weiterer, besonderer Gegenstand der Erfindung, einen solchen Versetzmechanismus für einen Vorschubrahmen von Geoteinsbohrern zu schaffen.

V/eitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeisoiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht von einem Gesteinsbohrer- und Vorschubrahmen-Zusammenbau, der an dem vorderen Ende eines verlängerbaren Auslegers auf einem Vorschub-Versetzmechanismus montiert und gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist,

Fig. 2 ein vergrößertes Teilstück aus Fig. 1, das den Vorschub-Vers etzmechanismus der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 5 eine von oben gesehene Darstellung des Vorschub-Versetzmechanismus aus Fig. 2, die den Vorschubrahmen in einer Stellung links von der Mittellinie des Auslegers zeigt, und

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Fig. 4 eine von oben gesehene Darstellung ähnlich der von Pig. 3» die den Vorschubrahmen in einer Stellung rechts von der Mittellinie des Auslegers zeigt.

Fig. 1 zeigt einen länglichen Vorschub- oder Führungsrahmen 24 für einen Gesteinsbohrer, der eine gleitbar montierte und in Längsrichtung vorschiebbare Gesteinsbohrvorrichtung besitzt, um in eine Gesteinsfläche 11 zu bohren, die unmittelbar vor dem vordersten Ende des Rahmens 24 liegen soll.

Der Rahmen 24 ist schwenkbar und einstellbar an einem Punkt, der in der Mitte zwischen seinen axialen Enden liegt, an einer Trag- und Versetzvorrichtung für den Vorschubrahmen befestigt, die in Fig. 1 ganz allgemein mit 18 gekennzeichnet und starr an dem vordersten Ende eines nach vorn verschiebbaren Teiles 16 eines länglichen Trageauslegers 12 befestigt ist. Der Ausleger 12 ist mit seinem hintersten Ende in geeigneter Weise schwenkbar an einem geeigneten beweglichen Untersatz, wie z.B. einem Lastwagen oder einem Raupenschlepperrahmen, z.B. mittels einer universellen Befestigungsvorrichtung 10 befestigt, die Vorrichtungen wie z.B. aufeinander senkrecht stehende, vertikale und horizontale Drehachsen besitzt, wodurch der Ausleger 12 sowohl in einem vorbestimmten vertikalen Hubbereich in einstellbarer Weise durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie z.B. einem in geeigneter Weise mit Energie versorgten, hydraulisch angetriebenen Hubzylinder 14, als auch gleichzeitig in einem vorbestimmten horizontalen Schwenkbereich in regulierbarer Weise durch ähnliche, geeignete Mittel (nicht gezeichnet) schwenkbar gemacht wird. Ebenso sind geeignete Mittel vorgesehen, durch die der Auslegerteil 16 in Längsrichtung in bezug auf die Längsachse X-X des Auslegers 12 (Fig.2) bewegt werden kann. Der Aufbau und die Wirkungsweise solcher Ausleger, Auslegerstützen und Antriebsmittel sind hier nicht weiter beschrieben, da

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eine solche Beschreibung für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist. Für eine detaillierte Beschreibung eines solchen Gerätes verweist der Anmelder hiermit auf das US-Patent No. 2 975 993·

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 wird darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung 18 eine Vorschub-Kippkupplung 34- umfaßt, die einen rückwärtigen, gegabelten (U-förmigen) Teil 33 hat, dessen Schenkel die entsprechenden, nach vorn ragenden Schenkel eines zur Befestigung dienenden Joches umfassen, das in geeigneter Weise starr am vordersten Ende

des vorschiebbaren Auslegerteils 16 befestigt ist. Die Kuppschwenkbar
lung ö^lv ist hieran/befestigt und mittels eines Drehbolzens 35 vertikal schwenkbar gemacht, der senkrecht auf der Achse X-X des Auslegers 12 steht und in einer horizontalen Ebene liegt. Die Kupplung 34 hat einen gabelförmigen Jochteil 32, der starr an ihr befestigt ist und im allgemeinen von ihrer unteren Oberfläche nach unten ragt (Fig. 1 und 2) und in Längsrichtung mit einem ähnlich angebrachten Stützjoch fluchtet, das starr an der Unterseite des Auslegerteils 16, dicht hinter dem zur Befestigung dienenden Joch 17 befestigt ist. Die Joche 32 und 26 halten in geeignetem, schwenkbaren Eingriff die zugehörigen, axialen Enden eines in geeigneter Weise mit Energie versorgten, hydraulisch angetriebenen Kippzylinders 28·z.B. mittels der Drehbolzen 31» deren Achsen parallel zu dem Drehbolzen 35 ausgerichtet sind, wodurch der Zylinder 28 dazu benutzt werden kann, um in einstellbarer Weise die vertikale Verkippung des Vorschubrahmens 24 in bezug auf den Ausleger 12 zu steuern.

Die Vorrichtung 18 umfaßt außerdem einen Vorschub-Versetζ-mechanismus, der ganz allgemein mit 19 bezeichnet wird, mit der Kupplung 34 schwenkbar verbunden ist und sich normalerweise von ihr aus nach vorn erstreckt. Der Mechanismus 19 umfaßt die Glieder 52, 58 und 61, die in geeigneter Weise

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schwenkbar ineinander greifend in der im folgenden beschriebenen Art miteinander verbunden sind, um so einen geschlossenen, vierseitigen, uarallelogrammförmigen Gliedermechanismus zu bilden, in welchem die Kupplung 34- eines der Glieder des Parallelogramms bildet.

Das Glied 52 ist ein im allgemeinen winkliger Kniehebel, der einen länglichen Hebelteil 54» mit einem gegabelten Endteil 57 und einen Stützjochteil 53 umfaßt, der mit den Hebelteil einen Winkel bildet. Ein gabelförmiger Jochteil 36, der sich normalerweise von der Kupplung 3^- aus nach vorn erstreckt und mit ihr starr verbunden ist, hält das Glied 52 in der Mitte zwischen dessen jeweiligen Schenkeln mittels eines Drehbolzens 4-2 schwenkbar fest, der mit seiner Achse sowohl auf der Achse des Bolzens 35 als auch auf der Längsachse X-X des Auslegers 12 senkrecht steht. Der Bolzen 4-2 macht das Glied 52 in bezug auf die Kupplung 34- um eine Achse schwenkbar, die durch den Scheitel des Winkels zwischen den beiden Gliedteilen 53 und 5^ geht.

Das Glied 58 ist ein im allgemeinen winkliges oder gebogenes Element zum Tragen eines Schwenkgestells, das mit seinem einen Ende in schwenkbarem Eingriff zwischen den Schenkeln des Encteiles 57 des Kniehebels, mittels eines Drehbolzens 56 gehalten wird, dessen Achse parallel zu der Achse des Bolzens 42 steht, und dessen entgegengesetztes Ende mittels eines Drehbolzens 60 mit dem Glied 61 (Fig.2) verbunden ist. Das Glied 61 umfaßt zwei längliche Stäbe 63, die in seitlichem Abstand parallel zueinander verlaufen, wobei jeder Stab 63 nahe bei jedem seiner axialen Enden eine Bohrung 65 besitzt, die sich längs einer Achse durch ihn hindurch erstreckt, die auf der Längsachse des Stabes 63 senkrecht steht. Die jeweiligen Achsen dieser Bohrungen 65 in jedem Stab 63 sind zueinander parallel, wodurch der seitlich beabstandete, parallele Verlauf der Stäbe 63 folgendermaßen zustandekommt:

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Die geweiligen Bohrungen 6? sind aufeinander ausgerichtet und koaxial und solcher Art auf Abstand gehalten, daß sich das Ende von Glied 58, das dem um den Bolzen 56 schwenkbaren Ende gegenüberliegt, zwischen den Stäben 63 an einem von deren Enden befindet, und dort durch den Drehbolzen GO schwenkbar festgehalten wird, der in den jeweiligen Bohrungen 65 steckt und sich zwischen diesen durch das Glied 58 hindurch längs einer Achse erstreckt, die parallel zu der Achse des Bolzens 56 verlauft.

Ein Stützelement 38 für einen Versetzzylinder ist atarr an der KupOlung 34 an einem Punkt befestigt, der dem Jochteil 36 in bezug auf die Auslegerachse X-X seitlich gegenüberliegt, und erstreckt sich von dort aus ^wohnlich nach vorn. Das Ende von Glied 61, das in Längsrichtung gesehen dem Ende gegenüberliegt, das um den Bolzen 60 schwenkbar gelagert ist, ist an dem Element 33 an einem Punkt schwenkbar befestigt, der unmittelbar vor dessen hinterem Ende liegt, und zwar mittels eines Drehbolzens 40, der sich längs einer Achse erstreckt, die parallel zu der Achse des Bolzens 60 verläuft. Es sei darauf hingewiesen, daß die Drehbolzen 40, 60, 56 und 42 längs zueinander paralleler Achsen durch Teile der Glieder 61, 58» 52 und der Kupplung 34 verlaufen, die feste Abstände besitzen, so daß der Abstand zwischen den Drehbolzen 56 und 42 gleich dem Abstand zwischen den Bolzen 42 und 40 ist, wodurch eine parallelogrammfö'rmige Gliederanordnung gegeben ist, die eine begrenzte seitliche Versetzung des zum Tragen eines Drehgestells bestimmten Elementes 53 in bezug auf die Auslegerachse X-X erlaubt, wobei die Winkellage zwischen diesen während dieser Versetzung konstant gehalten wird.

In der Praxis sind die axialen Enden eines in geeigneter Weise mit Energie versorgten, hydraulisch angetriebenen Versetzzylinders 46 in schwenkbarem Eingriff zwischen den

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Schenkeln eines gegabelten, am vordersten Ende befindlichen Teils 39 des Elementes 38 und an dem Jochteil 53 des Kniehebels 52 durch die in geeigneter Weise angebrachten Drehbolzen 44 und 50 befestigt. Des weiteren ist ein längliches Drehgestell 20, auf dem in geeigneter Weise der Rahmen 24 befestigt ist (Fig.1) in geeigneter Weise schwenkbar zwischen dessen gegenüberliegenden Enden auf dem Drehgestellträger 58 mittels eines Drehbolzens 21 befestigt, der zwischen den Bolzen 56 und 60 parallel zu diesen verläuft, und ein in geeigneter Weise mit Energie versorgter, hydraulisch angetriebener Schwenkzylinder 66 ist mit seinen jeweiligen Enden in geeigneter Weise in schwenkbarem Eingriff mit dem vorderen Ende des Drehgestells

20 an einem Punkt 70 und mit einem Joch 62 verbunden, das starr an dem Drehgestellträger 58 an einem Punkt neben dem Drehbolzen 60 befestigt ist. Während also die Winkellage zwischen dem Ausleger 12 und dem Drehgestellträger 58 in der horizontalen Ebene wie oben beschrieben eine feste, unveränderliche Größe ist, folgt, daß die Betätigung des Zylinders 66 zur Steuerung der horizontalen Winkelstellung des Rahmens 24 in bezug auf den Ausleger 12 in einer nach dem Stand der Technik bekannten Weise dient.

In der Praxis arbeitet der Mechanismus 19 wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt den Versetzmechanismus für den Vorschubrahmen in der äußersten linken Stellung (längs der X-X-Achse nach vorn gesehen), wobei der Zylinder 46 vollständig eingezogen ist. Eine erzwungene Ausdehnung des Zylinders 46 aus seiner in Fig. 3 gezeigten Position schwenkt den Kniehebel 52 im Uhrzeigersinn und verschiebt dabei den Mechanismus 19 aus seiner vorausgehenden Stellung (gestrichelte Linien) in die in Fig. 4 gezeigte äußerste rechte Stellung (durchgezogene Linien) und veranlaßt den Befestigungspunkt

21 des Drehgestells, einen bogenförmigen Weg 23 von links nach rechts über die Achse X-X des Auslegers 12 hinweg zu durchlaufen. Während der Befestigungspunkt 21 den Weg 23

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durchläuft, durchquert der darauf befestigte Vorschubrahmen 24 in ähnlicher Weise einen Weg seitlich über die Achse X-X hinweg, wobei seine Winkelsteilung in bezug auf diese Achse X-X unverändert bleibt. Wird der Zylinder 46 eingezogen, dann läuft der Vorschubrahmen 24 auf seinem Weg wieder von rechts nach links zurück.

Es ist klar, daß das Dazwischensetzen des Versetzmechanismus 19 auf keinen Fall die Wirkungsweise des Kipp- und Schwenkapparates berührt, der mit der vorliegenden Erfindung verbunden ist. Der Schwenkzylinder 66 und der Kippzylinder 28 können unabhängig von dem Versetzmechanismus 19 betätigt werden, und die Winkelstellung des Vorschubrahmens 24 in bezug auf die Auslegerachse X-X wird einzig und allein durch diese Betätigung gesteuert.

Beispielsweise können die Betätigungszylinder 66 und 46 pneumatisch statt hydraulisch sein, oder sie könnten an zahlreichen anderen Stellen als den oben beschriebenen angebracht sein. Es könnte auch die parallelogrammformige Gliederanordnung eine Gliederanordnung in einem gesclibssenen Polygonzug mit einer anderen Konfiguration sein, obwohl die oben beschriebene parallelogrammformige Konfiguration gewisse, vereinfachende Vorzüge auf v/eist, wie z.B. den der Bewegungssymmetrie. Auch müssen das Stützelement 58 für das Drehgestell und der Kniehebel 52 nicht unbedingt gewinkelte Elemente sein. Ebenso könnte die Befestigung 18 um 90° um die Achse X-X gedreht werden, um statt des horizontal verschiebbaren lieber einen vertikal verschiebbaren Werkzeugträger zu liefern.

- Patentansprüche 509817/0304

BAD ORlGfWAl,

Claims

- ίο -

Patentansprüche

1. Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine ländliche Auslegervorrichtung und Vorrichtungen zum Tragen -und seitlichen Versetzen eines Führungsrahmens umfaßt, die von der Auslegervorrichtung in der Nähe eines ihrer Endteile, in schwenkbarer Weise getragen werden, um eine begrenzte Drehung um eine erste Drehachse zu ermöglichen, die sich in einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen senkrecht auf der Längsachse des Auslegers steht, wobei die Versetzvorrichtung eine aneinandergereihte Vielzahl von Gliedelementen besitzt, von denen jedes schwenkbar mit den benachbarten Gliedelementen verbunden ist, um so einen geschlossenen Polygonzug zu bilden, wobei sich die Drehachsen dieser Gliedelemente an den jeweiligen Scheitelpunkten dieses Polygons befinden, parallel zueinander verlaufen und sich in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen auf der Längsachse des Auslegers und auf der besagten ersten Drehachse senkrecht steht, und daß sie eine längliche Führungsrahmenvorrichtung für den "Bohrer umfaßt, die in schwenkbarer Weise von wenigstens einem dieser Gliedelemente getragen wird, um eine Schwenkung um eine zweite Schwenkachse zu ermöglichen, und einzeln betreibbare Vorrichtungen, die von wenigstens einem dieser Gliedelemente in schwenkbarer Weise getragen werden, und die mit der Versetzvorrichtung zusammenwirken können, um diese zweite Schwenkachse selektiv im allgemeinen in Querrichtung entweder nach der einen oder der anderen Seite der besagten Längsachse zu bewegen.

2· Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das besagte Polygon ein Parallelogramm ist.

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■j. Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Drehachse in einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen parallel zu den Drehachsen der GÜedelemente verläuft .

4. Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die selektiv

schwenkbar
betreibbaren Vorrichtungen/mit zweien der Gliedelemente verbunden sind.

5· Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß diese beiden Gliedelemente an ihren jeweiligen, benachbart liegenden Enden schwenkbar miteinander verbunden sind.

6. Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gliedelemente während der Querbewegung der Führungsrahmenvorrich- · tung die Form eines Parallelogramms beibehalten.

7· Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der besagten Vielzahl von Gliedelementen um vier Gliedelemente handelt.

8. Befestigungsvorrichtung für einen Bohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiv betreibbaren Vorrichtungen mit einem Fluid betrieben werden.

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