ES2773500T3 - Device for producing a hole in the ground - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para producir un taladro en el suelo con - un aparato portador (12), - un mástil (20) apoyado en el aparato portador (12), - un carretón (22) guiado de forma que puede desplazarse longitudinalmente en el mástil (20), en el que está dispuesto un accionamiento de perforación (24) para accionar de forma giratoria un ramal de perforación (30), - una herramienta de perforación (34) en un extremo inferior del ramal de perforación (30), - un accionamiento del carretón (40) para trasladar el carretón (22) a lo largo del mástil (20), en donde el accionamiento del carretón (40) comprende un accionamiento de cable con un torno de cable (46) y un cable elevador (48), - un mecanismo de control (80) para controlar el accionamiento del carretón (40), y - un sensor (60) para determinar una fuerza de retracción aplicada al carretón (22), - en donde el mecanismo de control (80) está configurado para emitir una señal de control al accionamiento del carretón (40), mediante la cual una fuerza de carga del ramal de perforación (30) sobre la solera de la perforación de sondeo puede ajustarse a un valor predeterminado, caracterizado - porque el sensor (60) está configurado como una cápsula dinamométrica, que está dispuesta en un extremo de cable muerto del cable elevador (48) en el mástil (20), - porque el mecanismo de control (80) está configurado para, basándose en una fuerza de retracción y/o una fuerza de apriete, establecidas mediante el sensor (60) en el extremo de cable muerto durante el proceso de perforación, y en un peso propio del ramal de perforación (30) archivado en un dispositivo de memoria (70), establecer un valor real de la fuerza de carga del ramal de perforación (30), - porque el mecanismo de control (80) está configurado para, durante el proceso de perforación, alimentar una diferencia entre el valor real de la fuerza de carga y el valor predeterminado de la fuerza de carga como desviación de la regla a un regulador PID, que está configurado para enviar una magnitud de ajuste para el accionamiento del carretón (40), y - porque el regulador PID está configurado para llevar a cabo de dos a cien pasos de iteración por segundo.Device for producing a hole in the ground with - a carrier (12), - a mast (20) supported on the carrier (12), - a bogie (22) guided so that it can move longitudinally on the mast (20 ), in which a drilling drive (24) is arranged to rotatably drive a drill string (30), - a drilling tool (34) at a lower end of the drill string (30), - a drive of the bogie (40) to move the bogie (22) along the mast (20), wherein the bogie drive (40) comprises a cable drive with a cable winch (46) and a hoisting cable (48) , - a control mechanism (80) to control the drive of the bogie (40), and - a sensor (60) to determine a retraction force applied to the bogie (22), - wherein the control mechanism (80) is configured to emit a control signal to the drive of the bogie (40), by means of which a force d The load of the drill string (30) on the core of the drill hole can be set to a predetermined value, characterized - in that the sensor (60) is configured as a torque capsule, which is arranged at a dead cable end of the cable lift (48) on the mast (20), - because the control mechanism (80) is configured to, based on a retraction force and / or a clamping force, established by the sensor (60) at the cable end dead during the drilling process, and in a self-weight of the drilling branch (30) stored in a memory device (70), establish a real value of the load force of the drilling branch (30), - because the mechanism control (80) is configured to, during the drilling process, feed a difference between the actual value of the load force and the predetermined value of the load force as a deviation from the rule to a PID regulator, which is configured to Send one control variable for driving the bogie 40, and - because the PID controller is configured to carry out two to one hundred iteration steps per second.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo para producir un taladro en el sueloDevice for producing a hole in the ground
La invención se refiere a un dispositivo para producir un taladro en el suelo conforme al preámbulo de la reivindicación 1. Un dispositivo de este tipo comprende un aparato portador, un mástil apoyado en el aparato portador, un carretón guiado de forma que puede desplazarse longitudinalmente en el mástil, en el que está dispuesto un accionamiento de perforación para accionar de forma giratoria un ramal de perforación, y un accionamiento del carretón para trasladar el carretón a lo largo del mástil. La invención se refiere asimismo a un procedimiento para producir un taladro en el suelo conforme al preámbulo de la reivindicación 6.The invention relates to a device for producing a hole in the ground according to the preamble of claim 1. A device of this type comprises a carrier device, a mast supported on the carrier device, a bogie guided so that it can move longitudinally in the mast, in which there is arranged a drilling drive to rotatably drive a drilling leg, and a bogie drive for translating the bogie along the mast. The invention also relates to a method for producing a hole in the ground according to the preamble of claim 6.
La producción de una perforación de sondeo en el suelo puede usarse con diferentes finalidades. Por ejemplo la perforación de sondeo puede llenarse para producir un elemento de cimentación en el suelo con un material de relleno endurecible. La perforación de sondeo puede producirse también por ejemplo para producir pozos, para explorar el suelo o en el marco de instalaciones geotérmicas, por ejemplo para introducir sondas geotérmicas. También son posibles otras aplicaciones.The production of a borehole in the ground can be used for different purposes. For example the borehole can be filled to produce a foundation element in the ground with a hardenable filler material. Core drilling can also take place, for example, to produce wells, to explore the ground or in the context of geothermal installations, for example to introduce geothermal probes. Other applications are also possible.
En función del estado del suelo así como de las herramientas de perforación usadas es necesario elegir de forma diferente los parámetros de perforación, en especial la velocidad de giro y la velocidad de avance. Si por ejemplo la velocidad de avance es demasiado baja, es conocido aumentar la velocidad de giro del varillaje de perforación y/o reforzar la fuerza de apriete.Depending on the state of the soil as well as the drilling tools used, it is necessary to choose differently the drilling parameters, especially the turning speed and the feed rate. If, for example, the feed rate is too low, it is known to increase the rotational speed of the drill string and / or to strengthen the clamping force.
Para regular un proceso de perforación se conoce también, del documento US 7,350,593 B1, volver a regular una presión hidráulica sobre un varillaje de perforación.To regulate a drilling process it is also known, from US 7,350,593 B1, to regulate a hydraulic pressure on a drilling rod again.
Del documento WO 99/39078 A1 se deduce un dispositivo del género expuesto.From document WO 99/39078 A1 a device of the kind set out is deduced.
La invención se ha impuesto el objetivo de exponer un dispositivo y un procedimiento para producir un taladro en el suelo, el cual haga posible una producción especialmente económica de una perforación de sondeo.The invention has set itself the object of disclosing a device and a method for producing a hole in the ground, which makes possible a particularly economical production of a borehole.
El objetivo se logra conforme a la invención mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1, respectivamente mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 6. En las reivindicaciones dependientes se exponen unas conformaciones preferidas de la invención.The object is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1, respectively by a method with the features of claim 6. Preferred embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
El dispositivo para producir un taladro en el suelo está caracterizado conforme a la invención por medio de que está previsto un mecanismo de control para controlar el accionamiento del carretón y de que el mecanismo de control está configurado para emitir una señal de control al accionamiento del carretón, mediante la cual la fuerza de carga del ramal de perforación sobre la solera de la perforación de sondeo puede ajustarse a un valor predeterminado.The device for producing a hole in the ground is characterized according to the invention in that a control mechanism is provided to control the drive of the bogie and that the control gear is configured to emit a control signal upon drive of the bogie , by which the loading force of the drill string on the core of the borehole can be set to a predetermined value.
Una idea básica de la invención consiste en ejecutar el control del accionamiento del carretón, es decir el control del avance axial del carretón, basándose en el valor de la fuerza de carga del ramal de perforación sobre la solera de la perforación de sondeo. El movimiento del carretón a lo largo del mástil se realiza por lo tanto en función del valor establecido de la fuerza de carga durante el proceso de perforación.A basic idea of the invention consists in executing the control of the drive of the bogie, that is to say the control of the axial advance of the bogie, based on the value of the load force of the drilling branch on the hearth of the borehole. The movement of the bogie along the mast is therefore carried out as a function of the set value of the load force during the drilling process.
El valor predeterminado de la fuerza de carga puede ajustarse de diferente manera, por ejemplo en función del estado del suelo. Por ejemplo en el caso de un material del suelo duro, como piedras o roca, puede elegirse una mayor fuerza de carga o fuerza de apriete que en el caso de un suelo blando, por ejemplo material terroso.The predetermined value of the loading force can be adjusted differently, for example depending on the condition of the ground. For example in the case of a hard soil material, such as stones or rock, a higher loading force or clamping force can be chosen than in the case of a soft soil, for example earthy material.
En el caso del valor predeterminado para la fuerza de carga puede tratarse de un valor constante en el tiempo o variable en el tiempo, por ejemplo una oscilación. El ajuste de una fuerza de carga definida hace posible un procedimiento de perforación especialmente eficiente. Además de esto puede reducirse el desgaste en las herramientas de perforación. Esto conduce a mayores duraciones y en consecuencia a una mayor rentabilidad. The predetermined value for the load force can be a constant value over time or variable over time, for example an oscillation. Setting a defined loading force makes a particularly efficient drilling procedure possible. In addition to this, wear on the drilling tools can be reduced. This leads to longer durations and consequently higher profitability.
De forma preferida está prevista una unidad de introducción de datos para introducir un valor nominal para la fuerza de carga, en especial por parte de un usuario del dispositivo. La unidad de introducción de datos está dispuesta de forma preferida en una cabina de usuario del dispositivo. En el caso del valor nominal puede tratarse en especial de un valor constante o variable en el tiempo.Preferably a data input unit is provided for inputting a nominal value for the load force, especially by a user of the device. The data input unit is preferably arranged in a user booth of the device. The nominal value can in particular be a constant or time-varying value.
El dispositivo contiene de forma preferida un mecanismo de medición o un sensor para determinar el valor real de la fuerza de carga. Básicamente es posible que el mecanismo de medición o el sensor esté dispuesto en la zona de la herramienta de perforación, es decir en la solera de la perforación de sondeo.The device preferably contains a measuring mechanism or a sensor to determine the actual value of the loading force. In principle, it is possible for the measuring device or sensor to be arranged in the region of the drilling tool, that is to say in the bottom of the borehole.
Sin embargo es preferible que esté previsto un sensor con el que pueda determinarse una fuerza de retracción y/o fuerza de apriete, con la que se retraiga el ramal de perforación desde la solera de la perforación de sondeo o se apriete sobre la solera de la perforación de sondeo. En el caso de la fuerza de retracción y de la fuerza de apriete se trata de una fuerza preferiblemente vertical, con la que el ramal de perforación se eleva activamente por encima del accionamiento de perforación o se presiona contra la solera de la perforación de sondeo. En especial se trata de una fuerza con la que se tira o presiona activamente hacia abajo o hacia arriba del/el accionamiento de perforación o del/el carretón. El sensor determina por lo tanto la fuerza con la que el ramal de perforación tira hacia abajo o presiona hacia arriba en el carretón o el accionamiento de perforación. Basándose en el valor establecido de la fuerza de retracción y/o de la fuerza de apriete puede determinarse o calcularse la carga.However, it is preferable that a sensor is provided with which a retraction force and / or clamping force can be determined, with which the drill string is retracted from the core of the borehole or pressed onto the core of the core. borehole drilling. The retraction force and the clamping force are preferably vertical forces, with which the drill string is actively raised above the drill drive or pressed against the core of the drill hole. In particular, it involves a force with which the drilling drive or the drilling unit is actively pulled or pressed down or up. bogie. The sensor therefore determines the force with which the drill string pulls down or presses up on the bogie or drill drive. Based on the set value of the retraction force and / or the clamping force, the load can be determined or calculated.
Si la fuerza de retracción y/ la fuerza de apriete son cero, la fuerza de carga se corresponde con la fuerza provocada por el peso propio del ramal de perforación. Mediante una descarga insignificante del ramal de perforación o un apriete del ramal de perforación sobre la solera de la perforación de sondeo puede reducirse o aumentarse la fuerza de carga. Para descargar la solera de la perforación de sondeo se eleva o retrae el ramal de perforación. Para el apriete se presiona el mismo activamente hacia abajo.If the retraction force and / or the clamping force are zero, the loading force corresponds to the force caused by the self-weight of the drill string. By slightly unloading the drill string or pressing the drill string on the core of the drill hole, the loading force can be reduced or increased. To unload the core from the borehole, the drill string is raised or retracted. For tightening it is actively pressed down.
Mediante la fuerza adicional puede modificarse por lo tanto la fuerza de carga provocada por el peso propio. La fuerza de retracción y/o la fuerza de apriete pueden aplicarse en especial mediante el accionamiento del carretón al carretón del engranaje de perforación. El ajuste de la fuerza de carga real se realiza por lo tanto de forma preferida mediante una fuerza de retracción y/o fuerza de apriete, aplicadas al carretón.By means of the additional force, the loading force caused by the self-weight can therefore be changed. The retraction force and / or the clamping force can be applied in particular by driving the bogie to the bogie of the drilling gear. The adjustment of the actual load force is therefore preferably carried out by means of a retraction force and / or clamping force applied to the bogie.
El sensor está dispuesto de forma preferida por fuera de la perforación de sondeo, en especial en la zona del carretón, del accionamiento de perforación y/o del accionamiento del carretón. En el caso del sensor se trata en especial de un sensor de fuerza o de un detector de fuerza, con el que puede determinarse directa o indirectamente la fuerza que ejerce el ramal de perforación mediante su peso propio y/o una fuerza aplicada adicionalmente al carretón, al accionamiento de perforación y/o al accionamiento del carretón.The sensor is preferably arranged outside the borehole, in particular in the region of the bogie, the drill drive and / or the bogie drive. The sensor is in particular a force sensor or force detector, with which the force exerted by the drill string can be determined directly or indirectly by its own weight and / or an additional force applied to the bogie , to the drilling drive and / or the drive of the bogie.
Como sensor está prevista una cápsula dinamométrica. La cápsula dinamométrica está dispuesta, en el caso de un accionamiento de torno del carretón, en el extremo de cable muerto.A dynamometric capsule is provided as a sensor. The torque capsule is arranged, in the case of a bogie winch drive, at the dead cable end.
La fuerza de carga de la herramienta de perforación o de la cabeza de perforación sobre la solera de la perforación de sondeo se corresponde con la suma entre la fuerza gravitacional del ramal de perforación y la fuerza de apriete o fuerza de retracción adicional, aplicada activamente. Aquí se aplica:The loading force of the drilling tool or the drilling head on the core of the core hole corresponds to the sum of the gravitational force of the drill string and the additional clamping force or retraction force actively applied. Here it applies:
Fcarga _ mramal g Fapriete - FretracciónFload _ mramal g Fapriete - Fretraction
conwith
Fcarga: fuerza de carga sobre la consola de la perforación de sondeo;Fload: load force on the borehole console;
mramal: peso del ramal de perforación;branch: weight of the drilling branch;
g: aceleración terrestre;g: earth acceleration;
p . fuerza de apriete en dirección a la solera de la perforación de sondeoF apriete: p. clamping force towards the core of the borehole F clamping:
Fretracción: fuerza de retracción hacia fuera de la solera de la perforación de sondeo.Fretraction: force of retraction out of the core of the borehole.
La fuerza de carga del ramal de perforación sobre la solera de la perforación de sondeo depende por lo tanto, entre otras cosas, del peso propio del ramal de perforación. Conforme a la invención es por ello preferible que el mecanismo de control esté diseñado para, basándose en la fuerza de retracción establecida por el sensor, determinar el peso propio o la fuerza gravitacional del ramal de perforación.The loading force of the drill string on the core of the drill hole therefore depends, among other things, on the own weight of the drill string. According to the invention it is therefore preferable that the control mechanism is designed to, based on the retraction force established by the sensor, determine the own weight or the gravitational force of the drill string.
Para ello puede elevarse por ejemplo el ramal de perforación, de tal manera que la fuerza de carga sea cero. Se mide la fuerza de retracción necesaria para la elevación. La fuerza de retracción se corresponde con la fuerza gravitacional, a partir de la cual puede determinarse dado el caso el peo propio.For this, for example, the drill string can be raised so that the loading force is zero. The retraction force required for lifting is measured. The retraction force corresponds to the gravitational force, from which the proper weight can be determined if necessary.
De forma preferida está previsto un dispositivo de memoria, que está diseñado para archivar el peso propio establecido. Debido a que el peso propio del ramal de perforación permanece constante durante un proceso de perforación, siempre que no se cambie el ramal de perforación, solo es necesario determinar el peso propio una vez antes de realizar el proceso de perforación. El peso propio determinado y archivado una vez puede usarse después, durante el proceso de perforación, para establecer o calcular la fuerza de carga real sobre la base de la perforación de sondeo.A memory device is preferably provided, which is designed to store the established dead weight. Because the self-weight of the drill string remains constant during a drilling process, as long as the drill string is not changed, it is only necessary to determine the self-weight once before performing the drilling process. The self-weight determined and filed once can be used later, during the drilling process, to establish or calculate the actual load force based on the borehole.
Es especialmente preferible que el sensor esté configurado para establecer la fuerza de retracción y/o la fuerza de apriete durante un proceso de perforación. El sensor de fuerza está diseñado por lo tanto para determinar la fuerza de retracción y/o la fuerza de apriete, continua o repetidamente, durante el proceso de perforación.It is especially preferable that the sensor is configured to set the retraction force and / or the clamping force during a drilling process. The force sensor is therefore designed to determine the retraction force and / or the clamping force, continuously or repeatedly, during the drilling process.
Puede conseguirse una determinación especialmente fiable y robusta de la fuerza de carga real, por medio de que el mecanismo de control esté configurado para establecer la fuerza de carga sobre la solera de la perforación de sondeo, basándose en el peso propio archivado del ramal de perforación y en la fuerza de retracción y/o fuerza de apriete ejercidas durante el proceso de perforación. A particularly reliable and robust determination of the actual loading force can be achieved by means of the control mechanism being configured to set the loading force on the core of the core hole, based on the archived dead weight of the drill string and in the retraction force and / or clamping force exerted during the drilling process.
Para ajustar una fuerza de carga, que sea mayor que la fuerza provocada por el peso propio del ramal de perforación, es preferible que el accionamiento del carretón esté configurado para presionar activamente el varillaje de perforación hacia la solera de la perforación de sondeo. El accionamiento del carretón está diseñado por lo tanto para mover activamente hacia abajo el carretón, sobre el que está apoyado el varillaje de perforación, en especial para presionarlo o tirar del mismo.In order to set a loading force, which is greater than the force caused by the own weight of the drill string, it is preferable that the bogie drive is configured to actively press the drill string towards the core of the drill hole. The drive of the bogie is therefore designed to actively move the bogie, on which the drill string is resting, downwards, in particular to press or pull it.
Conforme a la invención el accionamiento del carretón comprende un accionamiento de cable con un torno de cable y un cable elevador. El cable es guiado de forma preferida a través del mástil, partiendo del torno de cable, y soporta el carretón.According to the invention the bogie drive comprises a cable drive with a cable winch and a lifting cable. The cable is preferably guided through the mast, starting from the cable winch, and supports the bogie.
El mecanismo de control para controlar el carretón está conformado de forma preferida como circuito de regulación cerrado. Como valor nominal se usa un valor constante o variable en el tiempo de la fuerza de carga del ramal de perforación sobre la solera de la perforación de sondeo. El valor real de la fuerza de carga, calculado usando el sensor de fuerza, se devuelve como reacoplamiento y se sustrae del valor nominal. La desviación de la regla así calculada se alimenta a un regulador, el cual envía un valor de salida o una magnitud de ajuste para el accionamiento del carretón.The control mechanism for controlling the bogie is preferably designed as a closed control loop. A constant or time-varying value of the loading force of the drill string on the core of the borehole is used as the nominal value. The actual value of the load force, calculated using the force sensor, is returned as re-coupling and subtracted from the nominal value. The deviation from the rule calculated in this way is fed to a controller, which sends an output value or an actuating variable to drive the bogie.
Conforme a la invención el mecanismo de control presenta un regulador PID. El mismo está configurado para llevar a cabo hasta cien pasos de iteración por segundo. De esta manera puede obtenerse una regulación precisa y rápida. La desviación de la regla, que se calcula de forma preferida mediante el establecimiento del peso del ramal y el valor de medición modificado mediante la descarga del ramal sobre la solera de la perforación de sondeo, se alimenta a un regulador que genera una señal de control eléctrica. La misma controla, de forma preferida a través de una válvula proporcional, el torno o el cilindro del accionamiento del carretón.According to the invention the control mechanism has a PID regulator. It is configured to carry out up to one hundred iteration steps per second. In this way a precise and fast regulation can be obtained. The deviation from the rule, which is preferably calculated by setting the weight of the branch and the modified measurement value by discharging the branch onto the core of the borehole, is fed to a regulator which generates a control signal electrical. It controls, preferably through a proportional valve, the winch or the cylinder of the bogie drive.
Los parámetros de regulación se ajustan de forma preferida a la velocidad máxima, sin que el sistema comience a oscilar. De esta manera el torno o el cilindro eleva el varillaje en cuanto haya demasiada carga sobre la herramienta de perforación, y desciende el varillaje cuando esté situada demasiado poca carga sobre la herramienta de perforación. Si el varillaje o el ramal de perforación es demasiado ligero para la fuerza de apriete necesaria, se presiona el varillaje activamente hacia abajo.The regulation parameters are preferably set at maximum speed, without the system beginning to oscillate. In this way the winch or cylinder raises the linkage when there is too much load on the drilling tool, and lowers the linkage when too little load is placed on the drilling tool. If the rod or drill string is too light for the required clamping force, the rod is actively pressed down.
La válvula proporcional hidráulica es de forma preferida una válvula que está diseñada específicamente para el funcionamiento del torno. La misma contiene una función de sujeción de carga y una compensación de las fuerzas inducidas por la carga sobre el émbolo de control.The hydraulic proportional valve is preferably a valve that is specifically designed for lathe operation. It contains a load holding function and a compensation for the forces induced by the load on the control piston.
A continuación se explica ulteriormente la invención con base en unas formas de realización preferidas, las cuales se han representado en las figuras esquemáticas adjuntas. En las figuras muestran:The invention is explained further below on the basis of preferred embodiments, which have been represented in the attached schematic figures. In the figures they show:
la fig. 1 una representación general de un dispositivo conforme a la invención;fig. 1 a general representation of a device according to the invention;
la fig. 2 un dispositivo conforme a la invención con un accionamiento del torno como accionamiento del carretón; fig. 2 a device according to the invention with a winch drive as a bogie drive;
la fig. 3 un dispositivo con un accionamiento del cilindro como accionamiento del carretón; yfig. 3 a device with a cylinder drive as a bogie drive; and
la fig. 4 una representación esquemática de las fuerzas que actúan sobre el ramal de perforación.fig. 4 a schematic representation of the forces acting on the drill string.
La fig. 1 muestra un dispositivo 10 conforme a la invención con un aparato portador 12, por ejemplo un vehículo portador sobre el que está apoyado un mástil 20, de forma preferida de manera basculante. En el mástil 20 posicionable verticalmente es guiado de forma que puede trasladarse un carretón 22, el cual puede recibir también el nombre de carro de rodadura. Para trasladar el carretón 22 a lo largo de un eje longitudinal del mástil 20 está previsto un accionamiento del carretón 40. El accionamiento del carretón 40 puede estar conformado básicamente de cualquier manera.Fig. 1 shows a device 10 according to the invention with a carrier device 12, for example a carrier vehicle on which a mast 20 is supported, preferably in a tiltable manner. The vertically positionable mast 20 is guided in such a way that a bogie 22 can be moved, which can also be called a trolley. For translating the bogie 22 along a longitudinal axis of the mast 20, a bogie drive 40 is provided. The bogie drive 40 can be designed in basically any way.
La fig. 2 muestra un accionamiento del carretón 40 con un torno de cable 46 y un cable elevador 48. El carretón 22 está suspendido del cable elevador 48. El cable elevador 48 es guiado, partiendo del torno de cable 46 dispuesto sobre el aparato portador 12 a través de unos rodillos 19 en el mástil 20, en especial en una cabeza de rodillos 18 del mástil 20, hasta un rodillo deflector 23 en el carretón 22. Desde el rodillo deflector 23 el cable 48 llega hasta un punto fijo sobre el mástil 20 p sobre la cabeza de rodillos 28. El torno de cable 46 controla, a través de la longitud del cable elevador 48 desenrollado, la posición del carretón 22. Mediante el rodillo deflector 23 sobre el carretón 22 el cable elevador 48 es guiado a modo de un polipasto.Fig. 2 shows a drive of the bogie 40 with a cable winch 46 and a lifting cable 48. The bogie 22 is suspended from the lift cable 48. The lift cable 48 is guided, starting from the cable winch 46 arranged on the carrier 12 through from rollers 19 on the mast 20, in particular on a roller head 18 of the mast 20, to a deflector roller 23 on the bogie 22. From the deflector roller 23 the cable 48 reaches a fixed point on the mast 20 p on the roller head 28. The rope winch 46 controls, through the unwound length of the lifting rope 48, the position of the bogie 22. By means of the deflector roll 23 on the bogie 22 the lifting rope 48 is guided like a hoist .
Otra forma de realización de un accionamiento del carretón 40 se ha representado en la fig. 3. Para trasladar el carretón 22 a lo largo del mástil 20 está previsto un cilindro hidráulico 42. El cilindro hidráulico 42, el cual puede estar ejecutado básicamente como cilindro que actúa por un lado o por dos lados, controla la posición del carretón 22 mediante la introducción o extracción de su émbolo. En la forma de realización representada el carretón 22 está enlazado a través de dos cables tractores 44. A través del recorrido del cilindro hidráulico 42 se controla la posición del carretón 22 con ayuda de los cables 44, que son guiados a través de unos rodillos 26 en el mástil 20. Los rodillos 26 se encuentran en un extremo inferior del mástil 20 y en una cabeza del mástil 21. Another embodiment of a bogie drive 40 is shown in FIG. 3. To move the bogie 22 along the mast 20, a hydraulic cylinder 42 is provided. The hydraulic cylinder 42, which can basically be designed as a one-sided or two-sided cylinder, controls the position of the bogie 22 by means of inserting or removing your plunger. In the embodiment shown, the bogie 22 is connected by means of two pulling cables 44. Through the path of the hydraulic cylinder 42, the position of the bogie 22 is controlled with the aid of the cables 44, which are guided through rollers 26 on the mast 20. The rollers 26 are at a lower end of the mast 20 and at a head of the mast 21.
Sobre el carretón 22, que puede recibir también el nombre de carretón del engranaje de perforación, se encuentra un accionamiento de perforación 24 para el accionamiento giratorio de un ramal de perforación 30. El ramal de perforación 30 puede unirse axialmente de forma fija al accionamiento de perforación 25, de tal manera que a través del accionamiento de perforación 24, el cual puede recibir también el nombre de cabeza giratoria de fuerza, puede transmitirse al ramal de perforación 30 una fuerza vertical. Mediante la elevación o el descenso del carretón 22, al que está fijado el accionamiento de perforación 24, se aumenta o reduce con ello la fuerza de carga del ramal de perforación 30 sobre la solera de la perforación de sondeo.Above the bogie 22, which may also be called a drilling gear bogie, is a drilling drive 24 for the rotary drive of a drill string 30. The drill string 30 can be fixed axially to the drive drive. drilling 25, such that a vertical force can be transmitted to the drilling branch 30 via the drilling drive 24, which may also be called a rotary force head. By raising or lowering the bogie 22, to which the drilling drive 24 is attached, the loading force of the drill string 30 on the core of the drill hole is thereby increased or decreased.
El ramal de perforación 30 comprende un varillaje de perforación 32 accionado por el accionamiento de perforación 24, en cuyo extremo inferior está dispuesta una herramienta de perforación 34, que puede comprender cinceles o dientes de perforación.The drilling branch 30 comprises a drilling rod 32 actuated by the drilling drive 24, at the lower end of which a drilling tool 34 is arranged, which may comprise chisels or drilling teeth.
La fig. 4 muestra las fuerzas que actúan durante el proceso de perforación. Mediante la elevación o la presión hacia abajo del carretón 22 se transmite, a través del varillaje de perforación 32, una fuerza de retracción o fuerza de apriete a la herramienta de perforación 34 y se controla la fuerza de carga de la herramienta de perforación 34 sobre la solera de la perforación de sondeo 4 de la perforación de sondeo 2. El proceso de perforación se realiza de forma preferida con una carga constante o un desarrollo en el tiempo prefijado de la carga.Fig. 4 shows the forces acting during the drilling process. By lifting or downward pressure of the bogie 22, a retraction force or clamping force is transmitted via the drill rod 32 to the drilling tool 34 and the loading force of the drilling tool 34 is controlled on the core of the borehole 4 of the borehole 2. The drilling process is preferably carried out with a constant load or a predetermined time course of the load.
En la zona del accionamiento del carretón 40 o en la zona de la suspensión o ligazón del ramal de perforación 30 o del varillaje de perforación 32 en el accionamiento de perforación 24 está dispuesto un sensor 60, para determinar la fuerza de retracción y/o la fuerza de apriete. El sensor 60, el cual puede ser en especial un sensor de fuerza, puede usarse para determinar el peso propio del ramal de perforación 30, por medio de que se mide la fuerza que es necesaria para elevar el ramal de perforación 30. El valor medido del peso propio del ramal de perforación 30 puede archivarse en un dispositivo de memoria 70.In the area of the drive of the bogie 40 or in the area of the suspension or linkage of the drill string 30 or the drill string 32 in the drill drive 24, a sensor 60 is arranged to determine the retraction force and / or the clamping force. The sensor 60, which can be especially a force sensor, can be used to determine the self-weight of the drill string 30, by means of which the force that is necessary to lift the drill string 30 is measured. The measured value The self-weight of the drill string 30 can be stored in a memory device 70.
Mediante la colocación del ramal de perforación 30 encima de la base de la perforación de sondeo 4 se reduce la fuerza medida mediante el sensor 60. Si la fuerza es igual a cero, la fuerza de carga sobre la base de la perforación de sondeo 4 se corresponde con la fuerza provocada por el peso propio del ramal de perforación 30. Mediante la aplicación de una fuerza de retracción dirigida hacia arriba al carretón 22 o al accionamiento de perforación 24 fijado al mismo puede reducirse la fuerza de carga. Mediante la aplicación de una fuerza de apriete dirigida hacia abajo al carretón 22 o al accionamiento de perforación 24 fijado al mismo, puede aumentarse adicionalmente la fuerza de carga real.By placing the drill string 30 above the base of the borehole 4, the force measured by the sensor 60 is reduced. If the force equals zero, the load force on the base of the borehole 4 is reduced. corresponds to the force caused by the self-weight of the drill string 30. By applying an upwardly directed retraction force to the bogie 22 or the drill drive 24 attached to it, the loading force can be reduced. By applying a downwardly directed clamping force to the bogie 22 or the drilling drive 24 attached thereto, the actual loading force can be further increased.
Para ajustar una fuerza de carga con un valor predeterminado está previsto un mecanismo de control 80. El mecanismo de control 80 comprende un regulador, el cual obtiene como señal de entrada una diferencia entre un valor nominal de la fuerza de carga y un valor real y genera una señal de salida, que se usa para controlar el accionamiento del carretón 40. Si la fuerza de carga es excesivamente alta, se ejerce una fuerza de retracción dirigida hacia arriba sobre el carretón 22. Si el valor medido de la fuerza de carga es excesivamente baja, se ejerce una fuerza de apriete dirigida hacia abajo sobre el carretón 22.To adjust a load force with a predetermined value, a control mechanism 80 is provided. The control mechanism 80 comprises a regulator, which obtains as an input signal a difference between a nominal value of the load force and a real value and generates an output signal, which is used to control the drive of the bogie 40. If the load force is excessively high, an upwardly directed retraction force is exerted on the bogie 22. If the measured value of the load force is excessively low, a downwardly directed clamping force is exerted on the bogie 22.
Mediante el control del proceso de perforación con la fuerza de carga como magnitud piloto puede obtenerse un procedimiento de perforación especialmente preferido. La medición de la fuerza de carga mediante un sensor 60 por fuera de la perforación de sondeo, en especial en el carretón 22 o en el accionamiento del carretón 40, garantiza una medición fiable y robusta. La determinación del peso propio del ramal de perforación 30 antes del comienzo del procedimiento de perforación, mediante la elevación del ramal de perforación 30 desde la solera de la perforación de sondeo, hace posible una determinación indirecta de la carga mediante la medición de la fuerza de retracción o de apriete adicional aplicada activamente al ramal de perforación 30. By controlling the drilling process with the load force as the pilot variable, a particularly preferred drilling process can be obtained. Measurement of the load force by means of a sensor 60 outside the borehole, especially in the bogie 22 or in the bogie drive 40, ensures a reliable and robust measurement. Determining the self-weight of the drill string 30 prior to the start of the drilling procedure, by lifting the drill string 30 from the core of the borehole, enables an indirect determination of the load by measuring the force of retraction or additional tightening actively applied to drill string 30.
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