FI105054B - Menetelmä kallionporauksen ohjaamiseksi - Google Patents

Description

105054

Menetelmä kallionporauksen ohjaamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä painekäyttöisellä iskulaitteella ja pyöritysmoottorilla varustetulla kallioporalla suoritetun kallionporauksen oh- * 5 jäämiseksi, jossa menetelmässä kallionporausta ohjataan erilaisten ohjauspa-rametrien avulla, joista yksi on poratangon kierrosluku.

Kallionporauksessa käytetään porauksen ohjaamiseksi tyypillisesti erilaisia parametrejä, joista yleisimmät ovat syötön paine, pyörityspaine sekä iskulaitteen iskupaine. Nämä arvot muutetaan tyypillisesti sähköisiksi signaa-10 leiksi, joita käyttäen tietokoneella voidaan ohjata porausta haluttujen rajojen tai algoritmien mukaisesti. Porauksen yhteydessä määritellään myös poratangon kierrosluku eri tavoin. Manuaalisessa ratkaisussa se määritetään karkeasti arvioimalla. Tietokoneohjatuissa ns. datalaseissa on käytössä ratkaisu, jossa sähköisesti ohjatulle venttiilille menevän ohjaussignaalin arvo ilmaistaan pro-15 sentteinä maksimiohjausalueesta. Edelleen on mahdollista käyttää pyöritys-moottorissa tai sen vaihteistopesässä olevaa sähköistä anturia, jonka avulla voidaan mitata poratangon kierrosluku.

Näillä ratkaisuilla on heikkouksia muun muassa siinä, että kierrosluvun arviointi ns. laskemalla silmämääräisesti on työlästä ja epätarkkaa. Pro-20 sentteinä ilmaistu kierrosluku puolestaan on hankala ymmärtää. Vastaavasti erillinen sähköinen kierroslukua mittaava anturi on porakoneella varsin vaurio-herkkä ja niinpä sen luotettavuus on kyseenalaista.

Eräs ongelma asiassa on myös se, että tällaisia kierroslukuarvoja ei • tosiasiassa myöskään porauksen ohjauksessa millään tavalla käytännössä 25 hyödynnetä. Niinpä kierrosluku asetetaan suunnilleen sopivaksi arvioituun arvoon nähden ja varsinainen porauksen ohjaus tehdään muita parametrejä säätämällä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä kallionporauksen ohjaamiseksi, jossa poratangon kierrosluku mitataan ” 30 luotettavasti ja jolla sitä voidaan käyttää varsinaisen kallionporauksen ohjaa miseksi sopivalla tavalla. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että ohjausta varten määritellään poratangon kierrosluku pyöritysmoottoriin tulevan painenesteen virtausta säätävän ohjausventtiilin ohjaukseen käytetyn ohjaussignaalin arvon perusteella ja että tätä kierroslukua ilmaisevaa ohjaus-35 signaalin arvoa käytetään yhtenä ohjausparametrina.

105054 2

Keksinnön olennainen ajatus on, että mitataan pyöritysmoottorin oh-jausventtiilin ohjausjännitettä tai ohjauspainetta, jotka sopivasti skaalaamalla muutetaan vastaamaan kierroslukua. Koska ohjausjännitteen tai -paineen aikaansaama tilavuusvirta pyöritysmoottorin läpi on kuvattavissa lineaarisena 5 suorana, saadaan muutetun ohjausjännitteen tai -paineen suhteen vastaavasti lineaarinen kierrosluku. Keksinnön erään edullisen toteutusmuodon olennainen ajatus on, että kierroslukua ilmaisevaa parametria kuten esimerkiksi ohjauspainetta käytetään ohjaamaan kallionporausta muiden parametrien lisäksi.

Keksinnön etuna on, että käyttämällä kierrosluvun ilmaisemiseen 10 pyöritysmoottorin ohjausventtiilin ohjauspainetta tai ohjausjännitettä saadaan luotettava kierrosluvun ilmaisin, joka ei myöskään helposti vaurioidu. Näin pystytään kierroslukua valvomaan niin manuaalisesti kuin muillakin tavoin halutulla tarkkuudella. Edelleen, kun pyöritysmoottorin ohjausventtiilin oh-jauselementtiä eli painesignaalia tai sähköistä signaalia käytetään apuna kalli-15 onporauksen ohjaamiseen muiden ohjausparametrien lisäksi, pystytään ottamaan huomioon olosuhteiden muutokset esimerkiksi lusta-automatiikassa sekä säätämään kierrosluku iskutoiminnan kannalta optimaaliseksi. Samoin, mikäli käytetään pyörityspaineeseen perustuvaa syöttöpaineen ohjausta eli ns. momenttisäätöä, voidaan kierrosluvun ilmaisevaa parametriä käyttää oikean 20 toiminta-arvon ohjaamiseksi.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti erään pyöritysmoottorin ohjausventtiilin ohjauspaineen mukaan linearisoidun tilavuusvirtauksen ja poratangon kierrosluvun välisen riippuvuuden ja 25 kuvio 2 esittää kaavamaisesti erään hydraulisen kytkennän, jossa pyörityksen ohjausventtiilin ohjauspainearvoa käytetään ohjaamaan ns. lusta-automatiikan toimintaa.

Kuviossa 1 on kaavamaisesti havainnollistettu pyöritysmoottorin ohjausventtiilin ohjauspaineen ja pyöritysmoottorille menevän virtausmäärän ts.

r I

“ 30 kierrosluvun lineaarinen yhteys. Kuviossa suora A edustaa ohjauspainetta ja suora B pyöritysmoottorin pyörimisnopeutta. Olennaista asiassa on, että tila- * vuusvirtauksen ja pyörimisnopeuden välillä on olennaisesti lineaarinen kytkentä, jolloin tilavuusvirtauksen ohjauspainetta mittaamalla voidaan yksikäsitteisesti määritellä pyörimisnopeus. Vastaavalla tavalla, kun käytetään säh-35 köistä ohjausta on ohjausjännitteen ja pyörimisnopeuden välillä samanlainen = · · il 105054 3 lineaarinen yhteys. Niinpä sähköisesti ohjatun venttiilin ohjausjännitettä voidaan samalla tavoin käyttää ilmaisemaan yksikäsitteisesti poratangon kierros- luku. Haluttaessa lineaarinen kuvaaja kierrosluvun ja ohjausjännitteen tai vastaavasti ohjauspaineen suhteen on tämä tehtävissä teknisesti useilla si-5 nänsä tunnetuilla linearisointitavoilla.

Kuviossa 2 on kaavamaisesti esitetty, kuinka pyörityksen ohjaus-venttiilin ohjauspainetta voidaan käyttää ohjaamaan ns. lusta-automatiikkaa. Kuviossa on esitetty pyöritysmoottori 1, joka on kytketty kanavilla 2 ja 3 pro-portionaaliseen ohjausventtiiliin 4. Ohjausventtiiliin 4 kytkeytyy painenesteka-10 nava 5, johon pumppu 6 syöttää painenestettä. Vastaavasti kanavaa 7 pitkin paineneste pääsee virtaamaan painenestesäiliöön 8. Ohjausventtiili 4 on tässä tapauksessa paineohjattu ja siihen tulee ohjauspainekanavaa 9 pitkin ohjaus-paine. Pyöritysmoottorin 1 toisesta painenestekanavasta 3 on kytketty ohjaus-painekanava 10 painerajaventtiilille 11, joka puolestaan on kytketty edelleen 15 kanavalla 12 ns. lustanohjausventtiilille 13. Ohjauspainekanava 9 on edelleen kytketty painerajaventtiiliin 11 sen vertailupaineeksi ohjaamaan sitä, milloin paineraja 11 päästää kanavaa 10 pitkin tulevan ohjauspaineen ohjaamaan lustanohjausventtiiliä 13. Edelleen pyöritysmoottorin kanavasta 3 on kuristimen 14 kautta kytketty ohjauskanava painenestepumpulle 6, joka on ns. pai-20 neohjattu tilavuusvirtapumppu.

Ohjauksen toimiessa ohjauskanavaa 9 pitkin tulee venttiilille 4 ohja-uspaine, jonka vaikutuksesta pyöritysmoottori 1 alkaa pyöriä normaaliin pyöri-tyssuuntaan. Pyöritysmoottorille menevästä painenesteen syöttökanavasta 3 .* tulee jatkuvasti kanavan 15 kautta ohjaus pumpulle 6 niin, että pyöritysmootto- 25 rin läpi kulkeva tilavuusvirta pysyy olennaisesti vakiona. Samalla pyöritys-moottoriin menevän syöttökanavan 3 painenesteen paine vaikuttaa ohjauska-navan 10 kautta painerajakytkimelle 11. Kun venttiilin 4 ohjauspaine vaikuttaa myös painerajaventtiiliin 11 paine-ero arvoa ohjaavasti, pääsee pyöritysvas-tuksen aikaansaama paineen nousu kanavassa 3 vaikuttamaan lustaventtiiliin ” 30 13 vasta, kun paine-ero kanavan 3 ja ohjauspainekanavan 9 välillä on ennalta- asetetun suuruinen. Näin voidaan pitää pyöritysnopeus asetettuna samalla, kun pyöritysnopeuden säätö voidaan käyttää asettamaan pyöritysvastukselle sopiva raja-arvo ennen kuin syöttö kytketään paluuliikkeelle lustaventtiilin 13 avulla. Kun syöttömoottoriin menevän syöttökanavan 3 painenesteen paine 35 ylittää ohjausventtiilin 4 ja ohjauskanavan 9 paineen painerajaventtiilille 11 • · 105054 4 asetetun raja-arvon verran, kytkeytyy kanavan 3 paine painerajaventtiilin 11 läpi lustanohjausventtiilille 13, joka puolestaan kytkee sinänsä tunnetulla tavalla ei esitetyn kallionporakoneen syöttömoottorin paluuliikkeelle, kunnes paine taas laskee alle venttiilille 11 asetetun raja-arvon.

5 Keksintöä voidaan soveltaa myös niin, että kierroslukua käytetään hyväksi silloin, kun kallioporakoneen iskutaajuus muuttuu iskupaineen muuttuessa. Tällöin voidaan kierrosnopeuden arvoa säätää iskutaajuuden eli tässä tapauksessa iskupaineen mukaan niin, että porakruunun kiertymä on iskujen välillä halutun suuruinen ja siten uloimmat porakruunun nastat asettuvat sopi-10 vaan kohtaan edellisen iskun nastojen kohtien väliin. Tällöin saadaan iskun vaikutus kiven rikkoutumiseen tehostetuksi.

Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa esitetty esimerkinomaisesti eikä sitä ole millään tavoin rajoitettu siihen. Olennaista on, että kierrosluku mitataan tai määritellään pyörityspiirin ohjausventtiilin ohjauselementin 15 kuten jännitteen tai paineen perusteella ja näin saatua kierrosluvun arvoa käytetään tarvittaessa kallioporauksen ohjaamiseen muiden parametrien kanssa.

* • · m

Claims (5)

105054

1. Menetelmä painekäyttöisellä iskulaitteella ja pyöritysmoottorilla varustetulla kallioporalla suoritetun kallionporauksen ohjaamiseksi, jossa me- 5 netelmässä kallionporausta ohjataan erilaisten ohjausparametrien avulla, joista yksi on poratangon kierrosluku, tunnettu siitä, että ohjausta varten määritellään poratangon kierrosluku pyöritysmoottoriin tulevan painenesteen virtausta säätävän ohjausventtiilin ohjaukseen käytetyn ohjaussignaalin arvon perusteella ja että tätä kierroslukua ilmaisevaa ohjaussignaalin arvoa käyte-10 tään yhtenä ohjausparametrina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjausventtiilinä käytetään sähköisesti ohjattua venttiiliä ja että ohjauspa-rametrinä käytetään mainitun venttiilin sähköisen ohjaussignaalin arvoa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että ohjausventtiilinä käytetään painenesteen paineella ohjattua venttiiliä ja ohjausparametrinä käytetään mainitun venttiilin painesignaalin eli ohjauspai-neen arvoa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kallionporauslaitteessa, jossa on ohjauselimet porakoneen 20 syötön kytkemiseksi paluuliikkeelle porakruunun pyöritysvastuksen ylittäessä ennalta asetetun raja-arvon, kierroslukua ilmaiseva ohjaussignaali on kytketty asettamaan ohjauselimille vertailuarvo ja että vasta poratangon pyöritysvastuksen ylittäessä mainitun vertailuarvon ennalta määrätyn suuruisen verran ·' ohjauselimet kytkevät porakoneen syötön paluuliikkeelle.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailuarvona käytetään pyöritysmoottorin painenesteohjatun ohjausventtiilin ohjauspainetta ja porausvastusta ilmaisevana arvona käytetään pyöritys-moottorin tulokanavassa olevaa painenesteen painetta ja että pyöritysmoottorin ohjausventtiilin ohjauspainekanavan ja pyöritysmoottorin tulokanavan välille 30 on kytketty säädettävä painerajaventtiili niin, että pyöritysmoottorin tulokanavan paineen ylittäessä ohjauspainekanavan paineen painerajakytkimen asetetun paineen verran pyöritysmoottorin tulokanavassa oleva paine kytkeytyy ohjaamaan porakoneen syöttömoottorin paluuliikkeelle. • 105054