ES2308732T3 - Dispositivo de amortiguacion para un eje de salida en una caja de engranajes. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de amortiguación de un equipo para perforar roca (2), que se caracteriza porque una caja de engranajes (14, 16) está dispuesta para girar con un grado de libertad de giro (Z4, Z5) en el equipo para perforar roca (2), y por tanto para posicionar el mismo, y en que el dispositivo de amortiguación (18) comprende un freno (38) que actúa sobre un eje de salida (26) de la caja de engranajes (14, 16), actuando dicho freno (38) como un amortiguador de oscilación del movimiento del eje de salida (26).
Description
Dispositivo de amortiguación para un eje de
salida en una caja de engranajes.
El invento presente se refiere un dispositivo de
amortiguación de un equipo para perforar roca. El invento se
refiere también a una caja de engranajes y a un equipo para perforar
roca con dispositivo de amortiguación.
En equipos de perforación de roca modernos se
miden las posiciones de los brazos de perforación para poder
perforar los agujeros en el lugar correcto de la roca, posiblemente
mediante el uso de controles automáticos. Cuando se mide una
posición de un agujero a perforar, se miden los ángulos en cada
junta de los brazos de perforación y en cualquier movimiento
telescópico de éstos. Un brazo tiene normalmente cinco o seis
juntas, por esa razón la medición tiene que ser realizada con un
alto grado de precisión para poder calcular dónde debe ser perforado
el agujero.
Se pueden emplear cajas de engranajes para
conseguir giros en las juntas de los brazos de perforación, por lo
que es posible elegir entre usar cajas de engranajes especiales,
caras, sin holgura o cajas estándar, más baratas, con holgura.
El documento US 5 690 184 A muestra un aparato
para perforar roca, el documento EP 0 523 252 A1 muestra una
supresión de vibraciones en un brazo robotizado, el documento EP 1
178 588 A2 muestra un motor de paso a paso, y el documento GB 1 304
449 A muestra un aparato para proporcionar revestimiento a una banda
de material flexible.
Un problema cuando se usa una caja de engranajes
con holgura para posicionar en una junta de un brazo de perforación
es que la fuerza de inercia del brazo de perforación puede dar lugar
a que la carga del brazo de perforación que actúa sobre el eje de
salida de la caja de engranajes se desplace entre los flancos de los
dientes de los engranajes de la caja de engranajes. Este
"castañeo" u oscilación entre los flancos de los dientes de
los engranajes se produce en particular cuando la caja de engranajes
está sometida a cargas pequeñas, que es cuando se posiciona el
brazo de perforación antes de iniciar la perforación. Así, en
aplicaciones que requieren gran precisión, es necesario usar cajas
de engranajes que no tengan ninguna holgura, lo que da lugar a que
se utilicen cajas de engranajes caras, ya que las cajas de
engranajes estándar para la transmisión tienen una holgura del
orden de 0,3 grados, lo que es inaceptable, por ejemplo, para
posicionar.
El problema de que, en las cajas de engranajes
con holgura, la carga que actúa sobre el eje de salida pueda
desplazarse entre los flancos de los dientes de los engranajes
durante el posicionamiento se resuelve de acuerdo con el invento
disponiendo un dispositivo de amortiguación en un eje de salida de
una caja de engranajes que es usado para posicionar, en el que el
dispositivo de amortiguación comprende un freno que actúa sobre el
eje de salida de la caja de engranajes, dicho freno actúa como
amortiguador de oscilaciones del movimiento del eje de salida.
De esta manera, el dispositivo de amortiguación
tiene las características de la reivindicación 1, consiguiéndose la
ventaja de que pueda emplearse una caja de engranajes con holgura
para aplicaciones que requieran un grado de precisión elevado, tal
como para el posicionamiento, con lo que pueden utilizarse cajas de
engranajes baratas con holgura para medir una posición para un
agujero a perforar. El dispositivo de amortiguación está, como
puede apreciarse en las reivindicaciones 9 y 10, dispuesto
preferentemente en una caja de engranajes de un equipo de
perforación de roca.
Se describen realizaciones preferidas del
invento en las reivindicaciones dependientes.
A continuación se describe el invento con mayor
detalle, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
la Figura 1 muestra esquemáticamente una vista
de un equipo para perforar roca,
la Figura 2 muestra esquemáticamente una vista
de un brazo de perforación dispuesto sobre un equipo para perforar
roca de acuerdo con la Figura 1,
la Figura 3 muestra esquemáticamente una primera
realización de un dispositivo de amortiguación de acuerdo con el
invento, y
la Figura 4 muestra esquemáticamente una segunda
realización de un dispositivo de amortiguación de acuerdo con el
invento.
La Figura 1 muestra esquemáticamente una vista
de un equipo para perforar roca 2, que comprende un brazo de
perforación 4, un alimentador 6 y una cabeza de corte 8. El equipo
para perforar roca 2 puede ser controlado remotamente por un
operador por medio de un cable (no mostrado) o por medios
inalámbricos, pero puede ser controlado también por un operador
situado en una cabina 10 dispuesta en el equipo para perforar roca
2. El operador puede controlar el equipo para perforar roca 2 ya
sea manualmente, automáticamente o semiautomáticamente. Cuando el
operador quiere perforar un agujero en la roca 12 usando el equipo
para perforar roca 2, es importante que se pueda posicionar la
cabeza de corte 8, que está en el alimentador 6, en la posición
correcta y en una dirección angular correcta en relación con la
roca 12, para crear un agujero requerido, en particular, cuando
deben perforarse varios agujeros en la roca 12 paralelos entre sí,
como ocurre, por ejemplo, cuando se perfora un túnel a través de una
montaña.
La Figura 2 muestra esquemáticamente una vista
de un brazo de perforación 4 en un equipo para perforar roca 2 de
acuerdo con la Figura 1. De acuerdo con esta realización, el brazo
de perforación 4 tiene cinco grados de libertad de giro Z1, Z2, Z4,
Z5 y Z6, un grado de libertad telescópico Z3 en la parte telescópica
del brazo de perforación 4 y un grado de libertad telescópico Z7
adicional en la forma de movimiento de alimentación y alimentación
para el alimentador movible 6. Cuando se mide una posición para un
agujero a perforar, por una parte se miden los ángulos en cada
junta del brazo de perforación 4 que tenga un grado de libertad de
giro Z1, Z2, Z4, Z5, Z6, esto se hade en cada junta donde es posible
realizar un giro y, por otra parte, se mide cualquier movimiento
telescópico del brazo de perforación 4, esto se hace en cualquier
movimiento telescópico de los lugares del brazo de perforación 4
que tengan grados de libertad telescópicos Z3, Z7. En esta
realización, se usan cajas de engranajes 14, 16 para conseguir los
giros en dos de las juntas 3, 5 del brazo de perforación 4, esto se
hace para ajustar el ángulo de dos grados de libertad de giro Z4, Z5
del brazo de perforación 4.
La Figura 3 muestra esquemáticamente una primera
realización de un dispositivo de amortiguación 18 de acuerdo con el
invento. La Figura muestra una caja de engranajes 14, 16 con un
revestimiento 20 de caja de engranajes, un motor propulsor 22
dispuesto para accionar la caja de engranajes 14, 16, un eje de
entrada 24 a la caja de engranajes 14, 16, y un eje de salida 26 de
la caja de engranajes 14, 16. En esta realización, la caja de
engranajes 14, 16 es un engranaje planetario, por lo cual se
muestran también en la Figura la rueda solar interior 28, la rueda
solar exterior 30, los piñones planetarios 32, 34 y el portador de
piñones planetarios 36. El motor propulsor 22 puede ser un motor de
pistón, por ejemplo, un motor hidráulico. Mediante el uso de un
motor de pistón compacto, se evita que el motor propulsor 22
sobresalga lateralmente, lo que es una ventaja cuando el motor
propulsor 22 deba ser montado en un brazo de perforación 4. El
dispositivo de amortiguación 18 comprende un freno 38 que actúa
sobre el eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16, dicho
freno actúa como un amortiguador de oscilación del movimiento del
eje de salida 26. El freno 38 actúa preferentemente sobre el eje de
salida 26 de la caja de engranajes 14, 16 sin ninguna tendencia a
mover el eje 26 lateralmente, y comprende preferentemente por tanto
al menos dos elementos de fricción 40, 42 que actúan, cuando frenan
el eje de salida 26 de la caja de engranajes 14,16, sobre la
superficie del eje 26 con fuerzas de frenado A, B que son
esencialmente iguales en magnitud y actúan en pares en direcciones
opuestas. El freno 38 es activo al menos durante el
posicionamiento, pero de preferencia es activado constantemente.
Cuando el freno 38 es activado constantemente, la fuerza de frenado
sobre el eje de salida 26 es adecuadamente del orden de un
porcentaje hasta el 30% aproximadamente, de preferencia, el 10%
aproximadamente, del momento de torsión proporcionado por el motor
propulsor 22 a la caja de engranajes 14, 16 cuando el motor
propulsor 22 está operando a potencia de salida normal, para que el
eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16 pueda ser hecho
girar por el motor propulsor 22 sin problemas cuando sea requerido.
Esta activación constante del freno 38 puede, por ejemplo, ser
conseguida porque los elementos de fricción 40, 42 que actúan sobre
la superficie del eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16
son impulsados hacia el eje 26 por resortes 44, 46 precargados.
La Figura 4 muestra esquemáticamente una segunda
realización de un dispositivo de amortiguación 18 de acuerdo con el
invento. La Figura muestra una caja de engranajes 14, 16 con un
revestimiento 20 de caja de engranajes, un motor propulsor 22
dispuesto para accionar la caja de engranajes 14, 16, un eje de
entrada 24 a la caja de engranajes 14, 16, y un eje de salida 26 de
la caja de engranajes 14, 16. En esta realización, la caja de
engranajes 14, 16 es un engranaje planetario de tres etapas del cual
se muestran también en la Figura la rueda solar interior 28; 48;
50, la rueda solar exterior 30, los piñones planetarios 32, 34; 52,
54; 56, 58 y los portadores de piñones planetarios 36; 60; 62 en
las distintas etapas del engranaje planetario. El motor propulsor
22 puede ser un motor de pistón. Mediante el uso de un motor de
pistón compacto se evita que el motor propulsor 22 sobresalga
lateralmente, lo que es una ventaja cuando el motor propulsor 22
deba ser montado en un brazo de perforación 4. El dispositivo de
amortiguación 18 comprende un freno 38 que actúa sobre el eje de
salida 26 de la caja de engranajes 14, 16, dicho freno actúa como un
amortiguador de oscilación del movimiento del eje de salida 26. El
freno 38 actúa preferentemente sobre el eje de salida 26 de la caja
de engranajes 14, 16 sin ninguna tendencia a mover el eje 26
lateralmente, y comprende preferentemente por tanto al menos una
unidad de fricción multiplaca 64 dispuesta concéntricamente
alrededor del eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16.
Cada unidad de fricción multiplaca 64 comprende elementos de
fricción 40 en la forma de placas de freno que están aplicadas al
revestimiento 20 de la caja de engranajes por medio de pasadores
68; 70 y elementos de fricción 72 en la forma de placas de freno que
están aplicados al eje de salida de la caja de engranajes 14, 16
por medio de pasadores 76; 78, respectivamente. El freno 38 es
activo al menos durante el posicionamiento, pero preferentemente
está constantemente activado. Cuando el freno 38 es activado
constantemente, la fuerza de frenado sobre el eje de salida 26 es
adecuadamente del orden de un porcentaje hasta el 30%
aproximadamente, de preferencia, el 10% aproximadamente, del momento
de torsión proporcionado por el motor propulsor 22 a la caja 14, 16
cuando el motor propulsor 22 está operando a potencia de salida
normal, para que el eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16
pueda ser hecho girar por el motor propulsor 22 sin problemas
cuando sea requerido. Esta activación constante del freno 38 puede,
por ejemplo, ser conseguida porque la unidad de fricción multiplaca
64 que comprende los elementos de fricción 40 aplicados al
revestimiento de la caja de engranajes y los elementos de fricción
72 aplicados al eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16,
es impulsada entre sí por resortes 44, 46 precargados.
Mediante el uso de un dispositivo de
amortiguación del tipo mencionado anteriormente en las cajas de
engranajes 14, 16 con holgura que se usan para conseguir giros en
dos de las juntas del brazo de perforación 4, la holgura de las
cajas de engranajes 14, 16 no afecta la precisión del eje de salida
24 de la caja de engranajes 14, 16 cuando el dispositivo de
amortiguación actúa sobre el eje de salida 24 de la caja de
engranajes 14, 16, lo que proporciona un grado elevado de precisión
libre de holguras en esas juntas para posicionar el brazo de
perforación 4.
El invento se refiere por tanto a un dispositivo
de amortiguación para un eje de salida 26 de una caja de engranajes
14, 16, en el que la caja de engranajes 14, 16 está dispuesta para
girar con un grado de libertad para giro Z4, Z5 en un equipo para
perforar roca 2, y por tanto para el posicionamiento del mismo, y en
el que el dispositivo de amortiguación 18 comprende un freno 38 que
actúa sobre el eje de salida 26 de la caja de engranajes 14, 16. En
una realización preferida, el freno actúa entre el eje de salida 26
de la caja de engranajes 14, 16, o una parte aplicada a éste, y el
revestimiento 20 de la caja de engranajes, o una parte aplicada
firmemente a éste, del equipo de perforación de roca 2,
respectivamente. Dicho freno 38 actúa como un amortiguador de
oscilación del movimiento del eje de salida 26, por lo que una caja
de engranajes 14, 16 con holgura puede ser usada para aplicaciones
que requieran un grado elevado de precisión, tal como
posicionamiento, por ejemplo, medición de una posición para un
agujero a ser perforado.
Como se ha mencionado anteriormente, el invento
se refiere también a una caja de engranajes 14, 16 y a un equipo de
perforación de roca 2 con dispositivo de amortiguación 18,
respectivamente.
El dispositivo de amortiguación 18 actúa por
tanto como un amortiguador de oscilación del movimiento de un grado
de libertad de giro Z4, Z5 en una junta 3, 5 del equipo de
perforación de roca 2.
Se ha descrito el dispositivo de amortiguación
de acuerdo con el invento como dispuesto en una caja de engranajes
de un brazo de perforación de un equipo de perforación de roca, pero
puede ser usado también en otros tipos de máquinas de minería o de
construcción en las que similarmente se requiere un movimiento de
precisión.
El dispositivo de amortiguación puede, en lugar
de cómo se ha mostrado, integrado en una caja de engranajes, ser
montado también fuera de la propia caja de mecanismos y actuar entre
partes de un equipo de perforación de roca aplicado al
revestimiento de la caja de engranajes y al eje de salida de la caja
de engranajes, respectivamente.
Claims (10)
1. Un dispositivo de amortiguación de un equipo
para perforar roca (2), que se caracteriza porque una caja de
engranajes (14, 16) está dispuesta para girar con un grado de
libertad de giro (Z4, Z5) en el equipo para perforar roca (2), y
por tanto para posicionar el mismo, y en que el dispositivo de
amortiguación (18) comprende un freno (38) que actúa sobre un eje
de salida (26) de la caja de engranajes (14, 16), actuando dicho
freno (38) como un amortiguador de oscilación del movimiento del eje
de salida (26).
2. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en la reivindicación 1, que se caracteriza porque
el dispositivo de amortiguación (18) comprende un freno (38) que
actúa entre el eje de salida (26) de la caja de engranajes (14,
16), o una parte aplicada a ésta, y el revestimiento (20) de la caja
de engranajes, o una parte aplicada firmemente a ésta, del equipo
para perforar roca (2), respectivamente.
3. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza
porque el freno (38) comprende al menos dos elementos de fricción
(40, 42) que, cuando frenan el eje de salida (26) de la caja de
engranajes (14, 16), actúan sobre la superficie del eje (26).
4. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en la reivindicación 3, que se caracteriza porque
los elementos de fricción (40, 42), cuando frenan el eje de salida
(26) de la caja de engranajes (14, 16), actúan sobre la superficie
del eje (26) con fuerzas de frenado (A, B) que son esencialmente
iguales en magnitud y actúan en pares en direcciones opuestas.
5. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza
porque el freno (38) comprende al menos una unidad de fricción
multiplaca (64), en el que cada unidad de fricción multiplaca (64)
comprende elementos de fricción (40) que están aplicados al
revestimiento (20) de la caja de engranajes y elementos de fricción
(72) que están aplicados al eje de salida (26) de la caja de
engranajes (14, 16), respectivamente.
6. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque la fuerza de frenado del freno (38) está
entre 3% y 30%, de preferencia 10%, del momento de torsión que es
proporcionado por un motor propulsor (22) de una caja de engranajes
(14, 16) cuando el motor propulsor (22) está operando a la potencia
de salida normal.
7. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque el freno (38) está activado
constantemente.
8. El dispositivo de amortiguación que se
reivindica en la reivindicación 7, que se caracteriza porque
la activación constante del freno (38) es conseguida mediante la
activación del freno (38) por resortes (44, 46) precargados.
9. Caja de engranajes que comprende un
dispositivo de amortiguación (18) como se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones anteriores.
10. Equipo de perforación de roca que comprende
un dispositivo de amortiguación (18) como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8.
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