FI115552B - Järjestely kallioporauksen ohjaamiseksi - Google Patents

Description

115552 Järjestely kallionporauksen ohjaamiseksi

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä kallionporauksen ohjaamiseksi, jossa kallionporauksessa kallioporakoneeseen kuuluvalla iskulaitteella anne-5 taan iskupulsseja työkalun välityksellä kallioon ja jossa kallioporakonetta samalla työnnetään kalliota vasten syöttölaitteen avulla, ja jossa menetelmässä: syötetään ainakin yhtä syöttökanavaa pitkin paineväliainetta syöttölaitteelle; syötetään ainakin yhtä iskunpainekanavaa pitkin paineväliainetta iskulaitteelle; määritetään syöttönopeus; sekä säädetään ainakin iskunpainetta syöttöno-10 peuden perusteella.

Edelleen keksinnön kohteena on kallionporaussovitelma, joka käsittää: kallioporakoneen, jossa on iskulaite, joka on sovitettu muodostamaan iskupulsseja kallioporakoneeseen kytkettävään työkaluun; syöttöpalkin, jolle kal-lioporakone on sovitettu; syöttölaitteen, jolla kallioporakonetta voidaan liikuttaa 15 syöttöpalkin pituussuunnassa; paineväliainejärjestelmän, johon kuuluu: ainakin yksi painelähde; ainakin yksi iskulaitteelle johtava paineväliainekanava; ainakin yksi syöttölaitteeseen yhteydessä oleva syöttökanava; sekä välineet iskunpai-I neen säätämiseksi.

Porattaessa reikiä kallioon porausolosuhteet voivat vaihdella monel-20 la eri tavalla. Kalliossa voi olla kovuudeltaan vaihtelevia kiviaineskerroksia, < · jonka vuoksi poraukseen vaikuttavia ominaisuuksia tulee pystyä säätämään * kulloisenkin porausvastuksen mukaisesti.

; '*.* Perinteisesti kallionporauslaitteen toiminnan ohjaaminen tapahtuu siten, että operaattori ohjaa kallionporauslaitteen toimintaa henkilökohtaisen 25 kokemuksensa perusteella. Tällöin operaattori asettaa tietyt porausparametrit t t olettamiensa kallion ominaisuuksien perusteella. Porauksen aikana operaattori « * tarkkailee porauksen etenemistä ja tarvittaessa muuttaa syöttölaitteen syöttö-. . voimaa ja/tai iskulaitteen iskutehoa mainitulle kivilajille paremmin sopiviksi ja siten pyrkii saavuttamaan nopeasti ja tasaisesti etenevän porauksen. Käytän-30 nössä operaattori pystyy säätämään porausparametreja ainoastaan muuta-mien kymmenien sekuntien välein ja silloinkin ainoastaan yhtä tai kahta para-”metriä kerrallaan. Näin ollen on selvää, että järjestely voi toimia tyydyttävästi ainoastaan tasaisissa porausolosuhteissa. Kallion laadun tai sen porausomi- * « » , ‘ naisuuksien muuten vaihdellessa operaattorin on käytännössä mahdotonta • : 35 pystyä seuraamaan porauksen kulkua ja säätämään porausparametreja niin nopeasti, että kallionporauslaitteen toimintaa voidaan muuttaa porattavan kai- 2 115552 lion laadun tai porausominaisuuksien muun vaihtelun perusteella. Lisäksi hyvänkin operaattorin on käytännössä mahdotonta seurata ja ohjata kallionpo-rauslaitteen toimintaa täyden työvuoron ajan siten, että poraus etenee koko ajan tehokkaasti ottaen samalla huomioon työkaluun kohdistuvat rasitukset.

5 Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen ja parannettu menetelmä kallionporauksen ohjaamiseksi sekä kallionporaussovi-telma.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että joh-10 detaan ainakin yksi syöttölaitteelle menevä tai poistuva paineväliainevirtaus ainakin yhden kuristimen läpi, että monitoroidaan paineväliaineen painetta ennen mainittua kuristinta sekä kuristimen jälkeen syöttönopeuden määrittämiseksi, ja että säädetään iskunpainetta monitoroinnin perusteella.

Keksinnön mukaiselle kallionporaussovitelmalle on tunnusomaista 15 se, että ainakin yhteen syöttölaitteen syöttökanavaan on kytketty ainakin yksi kuristin, että sovitelma käsittää välineet syöttökanavassa ennen mainittua kuristinta sekä kuristimen jälkeen vaikuttavan paineen monitoroimiseksi, ja että paineväliainejärjestelmä on sovitettu pienentämään iskunpainetta silloin, kun kuristimen jälkeinen paine syöttökanavassa on pienempi kuin paine ennen ku-20 ristinta.

Keksinnön olennainen ajatus on, että syöttölaitteelle johtavaan ai-.'·· nakin yhteen paineväliainekanavaan on sovitettu kuristin. Kuristin voi olla sovi- tettu kanavaan, jota pitkin syötetään syöttölaitteelle paineväliainetta silloin, kun ; ‘: porakonetta syötetään kalliota kohti, tai kuristin voi olla sovitettu kanavaan, jota •' *': 25 pitkin paineväliaine palaa syöttölaitteelta. Paineväliainekanavassa vaikuttavan .*paineväliaineen paine ennen kuristinta ja kuristimen jälkeen mitataan, jolloin saadaan painetietoa, jota käytetään hyväksi porakoneen toiminnan ohjaami-. . sessa. Mikäli syöttövastus vähenee esimerkiksi osuttaessa pehmeään kivila- jiin, kasvaa tunkeutumisnopeus ja suurempi paineväliainevirtaus virtaa syöttö-30 laitteelle. Tällöin myös kuristimen läpi virtaa suurempi virtaus. Kuristimen ai-heuttama painehäviö suurenee silloin, kun virtaus sen läpi suurenee. Paineen :" ’; lasku voidaan havaita, kun verrataan kuristimen eri puolilla vaikuttavia paineita.

Paine-ero kuvaa porauksen tunkeutumisnopeutta. Edelleen keksinnössä sää-ν’ detään kuristimen eri puolilta mitatun paine-eron perusteella iskunpainetta niin, : 35 että tunkeutumisnopeuden kasvaessa iskunpainetta alennetaan. Iskunpainetta säädetään ennalta määritellyssä suhteessa tunkeutumisnopeuteen nähden.

115552 3 j Keksinnön etuna on, että tunkeutumisnopeuden muutokset saadaan suhteellisen tarkasti selville paine-eroa monitoroimalla. Tällainen paine-eron monitorointi on suhteellisen yksinkertainen järjestää ja vaihtoehtoisia ratkaisuja sen toteuttamiseksi on useita. Edelleen keksinnössä iskunpainetta voidaan 5 säätää automaattisesti tietyssä ennalta määrätyssä suhteessa tunkeutumisno-peuteen. Koska keksinnössä iskutehoa pienennetään syöttövastuksen pienentyessä, voidaan välttää haitallisten vetojännitysten muodostumista porauskalustoon.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon olennaisena ajatuk-10 sena on se, että paine ennen kuristinta ja kuristimen jälkeen mitataan paineantureilla. Mittausdata välitetään ohjausyksikölle, johon on ennalta määritetty ohjausstrategia, jonka mukaan iskunpainetta ohjataan syöttönopeuteen verrattuna. Ohjausyksikkö on sovitettu ohjaamaan ainakin yhtä sähköisesti ohjattua venttiiliä. Ohjausyksikköön on mahdollista asettaa monipuolisesti erilaisia sää-15 töstrategioita. Lisäksi säätöstrategioiden muuttaminen myöhemmin on suhteellisen helppoa. Ohjausyksikkö voi ohjata lisäksi syötönpainetta ennalta määritetyn ohjausstrategian mukaisesti.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon olennaisena ajatuksena on se, että ohjausyksikkö käsittää prosessorin, jossa suoritettava tietoko-20 neohjelma on sovitettu pienentämään iskunpainetta syöttönopeuden kasvaessa. Ohjauksen päivittäminen on tässä ratkaisussa hyvin yksinkertaista ja no-;··* peaa. Ohjausyksikköön voidaan ladata myöhemmin uuden säätöstrategian οι maava ohjelmistotuote.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon olennaisena ajatuk-25 sena on se, että hydraulipiiriin on kytketty ainakin yksi seurantaventtiili, joka on : sovitettu automaattisesti pienentämään iskunpainetta syöttönopeuden kasva- essa.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon olennaisena ajatuk- : sena on se, että seurantaventtiili on sovitettu ohjaamaan hydraulijärjestelmään • » · 30 kuuluvan pumpun säätöpiiriä tai muuta ns. load-sense -piiriä.

• »

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon olennaisena ajatuk-sena on se, että painesuhde, jolla iskunpainetta ja syötönpainetta säädetään toistensa suhteen on esiasetettu, eikä painesuhdetta muuteta porauksen aika-:v. na.

» · 4 115552

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon olennaisena ajatuksena on se, että hydraulipiiri on muodostettu niin, että operaattori voi hienosäätöä syötönpainetta ilman, että se vaikuttaa iskunpaineeseen.

Kuvioiden lyhyt selostus 5 Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä erästä kallion-porausyksikköä, kuviot 2 - 8 esittävät kaavamaisesti eräitä hydraulikaavioita, joista käy ilmi erilaisia sovellutuksia iskunpaineen säätämiseksi tunkeutumisnopeu-10 den perusteella, ja kuvio 9 esittää kaavamaisesti ja aukileikattuna erään seurantavent-tiilin rakennetta, jota venttiiliä voidaan soveltaa kuvioissa 4-8 esitetyissä hyd-raulipiireissä.

Kuvioissa keksintö on esitetty selvyyden vuoksi yksinkertaistettuna. 15 Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa pääosin samoilla viitenumeroilla.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 esitetty kallionporausyksikkö käsittää kallioporakoneen 1, joka on sovitettu syöttöpalkille 2. Kallioporakonetta 1 voidaan liikuttaa syöt-töpalkin 2 pituussuunnassa syöttölaitteella 3. Syöttölaite 3 on sovitettu vaikut-20 tamaan kallioporakoneeseen 1 voimansiirtoelimen, kuten esimerkiksi ketjun tai vaijerin välityksellä. Syöttölaite 3 voi olla paineväliainesylinteri tai -moottori, • · jolle voidaan johtaa paineväliainetta ja jolta voidaan poistaa paineväliainetta • · .· ·. ensimmäistä kanavaa 4 ja toista kanavaa 5 pitkin riippuen syöttölaitteen 3 lii- • « kesuunnasta. Kallioporakonetta 1 ja siihen kytkettyä työkalua 9 painetaan po- • t 25 rauksen aikana kalliota 10 vasten halutun suuruisella syöttövoimalla. Syöttö- * « palkki 2 voi olla sovitettu liikuteltavasti kallionporauslaitteeseen kuuluvan po-rauspuomin 6 vapaaseen päähän. Kallioporakone 1 käsittää ainakin iskulait-: teen 7 sekä pyörityslaitteen 8. Iskulaitteen 7 avulla muodostetaan iskupulsseja kallioporakoneeseen 1 kytkettyyn työkaluun 9, joka välittää iskupulssit kallioon . · . : 30 10. Työkalun 9 uloimmassa päässä on porakruunu 11, jossa olevat teräpalat ,·>·’ tunkeutuvat iskupulssien vaikutuksesta kallioon 10 ja aikaansaavat kallion 10 rikkoutumista. Lisäksi työkalua 9 pyöritetään pituusakselinsa suhteen niin, että ; V porakruunussa 11 olevat teräpalat saadaan iskettyä aina uuteen kohtaan kal- liossa 10. Työkalua 9 pyöritetään pyörityslaitteen 8 avulla, joka voi olla esimer- 35 kiksi paineväliainetoiminen tai sähköinen laite. Työkalu 9 voi käsittää useita 5 115552 toistensa jatkeelle sovitettuja poratankoja 12. Poratankojen 12 välillä voi olla kierreliitokset. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa iskulaite 7 on hydraulitoimi-nen laite, jolle johdetaan iskunpainekanavaa 13 pitkin paineväliainetta. Iskulait-teelta 7 poistuva paineväliainevirtaus johdetaan poistokanavaa 14 pitkin tank-5 kiin. Iskulaite 1 voi käsittää iskumännän, jota liikutetaan paineväliaineen avulla edestakaisin, ja joka on sovitettu iskemään työkaluun tai työkalun ja iskumännän välille sovitettuun poraniskaan. Keksintöä voidaan tietenkin soveltaa myös sellaisten paineväliainetoimisten iskulaitteiden 7 yhteydessä, joissa iskupulssit muodostetaan muulla tavoin kuin edestakaisin liikuteltavan iskumännän avulla. 10 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön eräs toteutusmuoto. Hydraulipiiri käsittää pumpun 20, jolla muodostetaan tarvittava paineväliaineen paine ja virtaus. Tarvittaessa pumppuja 20 voi olla useita. Edelleen pumppu 20 voi olla vakiotilavuuspumppu tai säätötilavuuspumppu. Kuvion 2 mukaisessa ratkaisussa hyödynnetään ns. load-sense -ohjausta. Kuviossa 2 pumppu 20 on sää-15 tötilavuuspumppu, jossa on säätöelimet pumpun 20 tuotaman paineen ja virtauksen säätämiseksi. Pumpun 20 säätölaitteisiin voi kuulua venttiili 21, joka voi suojata pumppua 20. Edelleen voi pumpun 20 säätölaitteisiin kuulua säätö-venttiili 23. Pumpulta 20 johdetaan paineväliainetta iskunpainekanavaa 24 pitkin iskulaitteelle 25. Iskulaitteelle 25 johdettavaa paineväliainetta voidaan ohja-20 ta ensimmäisen säätöyksikön 26 avulla, joka voi käsittää venttiilin 27 iskulait-teen 25 päälle/pois kytkemistä varten, sekä edelleen kompensaattorin 28 ja • : kuristimen 29. Säätökanavaan 30 johdetaan paineväliainetta kuristimen 29 läpi. Säätökanavan 30 paine vaikuttaa kompensaattoriin 28 sekä pumpun 20 • säätöventtiiliin 23. Säätökanavassa 30 vaikuttavaa painetta voidaan säätää :25 sähköisesti ohjatun ensimmäisen säätöventtiilin 31 avulla.

: ·*: Edelleen pumpulta 20 johdetaan paineväliainetta kanavaa 32 pitkin .· ·. syöttölaitteelle 33. Syöttölaitteelle 33 johdettavaa paineväliainetta säädetään toisen säätöyksikön 34 avulla. Toinen säätöyksikkö 34 voi käsittää suuntavent-; tiilin 35 ja kompensaattorin 36, jotka yhdessä on sovitettu ohjaamaan ja sää- ‘.’l.’ 30 tämään syöttölaitteelle 33 johdettavia paineväliainevirtauksia. Kun kalliopora- konetta 1 syötetään porauksen aikana kalliota kohti, johdetaan syöttölaitteelle 33 paineväliainetta ensimmäistä syöttökanavaa 37 pitkin, jolloin syöttölaitteelta 33 palaa paineväliainetta toista syöttökanavaa 38 pitkin. Vastaavasti paluuliik-keen aikana eli silloin, kun kallioporakonetta 1 siirretään kalliosta pois päin, \ *. 35 syötetään paineväliainetta toista syöttökanavaa 38 pitkin syöttölaitteelle 33 ja * samalla paineväliainetta virtaa ensimmäistä syöttökanavaa 37 pitkin pois syöt- 6 115552 tölaitteelta 33. Ensimmäisen syöttökanavan 37 painetta voidaan säätää toisen säätöyksikön 34 avulla. Paineen säätämiseksi on säätöyksikössä 34 kuristin 39 sekä paineenalennusventtiili 40. Toisen syöttökanavan 38 paine voidaan rajoittaa vastaavaan tapaan kuristimen 41 ja paineenalennusventtiilin 42 avul-5 la. Edelleen voidaan ensimmäisen syöttökanavan 37 paineeseen vaikuttaa säätämällä ensimmäisen säätökanavaan 43 sovitettua sähköisesti ohjattua paineenalennusventtiiliä 44. Vastaavan kaltainen venttiili voi olla sovitettu toiseen säätökanavaan 45 toisen syöttökanavan 38 paineen säätämistä varten.

Keksinnön ajatuksen mukaisesti on ensimmäiseen syöttökanavaan 10 37 sovitettu kuristin 46 toisen säätöyksikön 34 ja syöttölaitteen 33 väliselle osuudelle. Kuristin 46 voi olla säädettävä. Kuristimen 46 ja säätöyksikön 34 välinen osuus kanavasta 38 on yhteydessä ensimmäiseen monitorointikana-vaan 47, ja kuristimen 46 ja syöttölaitteen 33 välinen osuus 38' on yhteydessä toiseen monitorointikanavaan 48. Ensimmäisen monitorointikanavan 47 ja toils sen monitorointikanavan 48 välille on sovitettu venttiili 49, joka kuviossa 2 esitetyssä asennossa ollessaan mahdollistaa syöttölaitteen 33 käyttämisen pa-luusuuntaan. Kun venttiili 49 siirretään kuviossa 2 esitetystä ala-asennosta yläasentoon, mahdollistuvat syöttölaitteen 33 pikaliikkeet molempiin liikesuuntiin. Edelleen on ensimmäiseen monitorointikanavaan 47 kytketty ensimmäinen 20 paineanturi 50 ja vastaavasti on toiseen monitorointikanavaan 48 kytketty toinen paineanturi 51. Paineantureilla 50 ja 51 voidaan siten mitata paineet, jotka vaikuttavat kuristimen 46 eri puolilla. Paineantureilta 50 ja 51 mittausdata väli-•V·: tetään ohjausyksikölle 52, joka on mittausdatan ja sille annettujen ohjauspa-

Il * • V rametrien perusteella sovitettu ohjaamaan ensimmäistä säätöventtiiliä 31 is- 25 kunpaineeseen vaikuttamiseksi, sekä edelleen on ohjausyksikkö 52 sovitettu • ‘ ohjaamaan samalla toista säätöventtiiliä 44 syötönpaineeseen vaikuttamiseksi.

» »

Ohjausyksikkö 52 voi olla tietokone tai vastaava laite, jonka prosessorissa voidaan suorittaa tietokoneohjelma. Kuviossa 2 on havainnollistettu ohjausperiaa-. tetta käyrillä 53 ja 54. Käyrässä 53 on pystyakselilla syötönpaine ja vaaka- 30 akselilla syöttönopeus. Käyrässä 54 on pystyakselilla iskunpaine ja vaaka-; · ’ akselilla syöttönopeus. Kun syöttönopeus kasvaa on ohjausyksikkö 52 sovitet- i tu käyrän 53 mukaisesti alentamaan voimakkaasti syötönpainetta. Vastaavasti : syöttönopeuden kasvaessa on ohjausyksikkö 52 sovitettu alentamaan voimak- .Λ kaasti iskunpainetta käyrän 54 mukaisesti. Kuten käyrästä 54 havaitaan, voi \ \ 35 iskunpaineelle olla asetettu maksimiarvo, jota kuvaa käyrän 54 ja pystyakselin "* : leikkauskohta. Edelleen voi iskunpaineelle olla asetettu minimiarvo, jota kuvaa 7 115552 käyrän 54 vaakaosuus. Iskunpaineen maksimirajan avulla voidaan välttää liian voimakkaiden iskupulssien antaminen ja siten pyritään välttämään työkalun vaurioitumista. Iskunpaineen minimirajan avulla puolestaan pyritään estämään iskulaitteen 25 paineakkujen ja vastaavien vaurioituminen.

5 Kuviossa 3 esitetty hydraulipiiri on kuviossa 2 esitetyn hydraulipiirin kaltainen. Erona kuvion 3 mukaisessa ratkaisussa on se, että ohjausyksikkö 52 on sovitettu säätämään ainoastaan iskunpainetta. Iskunpaineen säätämiseksi mitataan paineantureilla 50 ja 51 paineet kuristimen 46 molemmilta puolilta, kuten kuvion 2 selityksessä on kuvattu. Iskunpaineen säätäminen voi olla sovi-10 tettu tapahtumaan esimerkiksi käyrän 54 mukaisesti. Sen sijaan syötönpainetta ei tässä sovellutuksessa säädetä ohjausyksikön 52 avulla. Ohjausyksikön ohjaaman paineenalennusventtiilin sijaan voi ensimmäiseen säätökanavaan 43 olla sovitettu tavanomainen paineenalennusventtiili 55. Ensimmäisen syöttö-kanavan 37 paineeseen voidaan tässä sovellutuksessa vaikuttaa säätämällä 15 kuristin 46 niin, että tarvittava paineen alentuminen saadaan aikaan. Joissain tapauksissa syötönpaine voidaan pitää olennaisen vakiona.

Kuviossa 4 on esitetty hydraulipiiri, jossa keksinnön mukainen ohjaus on toteutettu pelkästään hydraulisia komponentteja käyttämällä. Tässä ratkaisussa syötönpaineeseen vaikutetaan vastaavalla tavalla kuin kuvion 3 20 mukaisessa ratkaisussa. Paluuliikkeen ja pikaliikkeet mahdollistava venttiili 49 on kytketty omilla kanavilla suoraan syöttökanavaan 37. Kuvioon 3 nähden • · ’·*·' ratkaisu poikkeaa lisäksi ainakin siinä, että kuvion 4 mukaisessa hydraulipiiris- sä ei ole lainkaan paineantureita 50, 51, ohjausyksikköä 52, eikä myöskään • sähköisesti ohjattua ensimmäistä säätöventtiiliä 31. Sen sijaan vastaava ohja-25 ustoiminto saadaan aikaan seurantaventtiilin 56 ja tavanomaisen paineenalen- : ‘ nusventtiilin 57 avulla. Venttiilit 56 ja 57 on kytketty sarjaan kuviossa 4 esitetyl- * · ·; lä tavalla. Paineenalennusventtiili 57 ohjaa säätökanavan 58 painetta niin, että minimi iskunpaine varmistetaan iskulaitteelle 25. Seurantaventtiilin 56 avulla ; voidaan säätää iskunpainetta minimipainetta suuremmaksi aina asetettuun > t · ‘:!. * 30 maksimipaineeseen asti.

I*’ Seurantaventtiilin 56 rakenne voi olla paineenrajoitusventtiilin kaltai- nen. Mikäli säätökanavan 58 paine ylittää ennalta asetetun raja-arvon, se saa : aikaan voimavaikutuksen, joka voittaa esimerkiksi jousella 59 esiasetetun vas- tavoiman, ja saa venttiilin 56 siirtymään kuviossa vasemmalle päin, jolloin au- \\ 35 keaa yhteys säätökanavasta 58 venttiilille 57 ja edelleen tankkiin 60. Seuran-

t I

** · taventtiilissä 56 on säätöelin 61, joka on sovitettu vaikuttamaan säätökanavan 8 115552 58 ja tankkiin 60 johtavan kanavan avautumiseen. Seurantaelimeen 61 vaikutetaan kuristimen 46 eri puolilla vaikuttavilla paineilla. Paine syöttökanavan osuudelta 37 johdetaan ensimmäistä monitorointikanavaa 47 pitkin seuranta-elimen 61 yhdelle puolelle ja paine syöttökanavan osuudelta 37' johdetaan 5 toista monitorointikanavaa 48 pitkin seurantaelimen 61 vastakkaiselle puolelle. Syöttökanavan osuuden 37 paine toimii referenssipaineena, jonka voimavaikutus on vastakkaissuuntainen jousen 59 esiasetusvoimaan nähden. Mikäli syöt-tönopeus kasvaa, aiheuttaa kuristin 46 sen, että osuudella 37 on suurempi paine kuin kuristimen 46 jälkeisellä osuudella 37'. Tällöin ensimmäisen monito-10 rointikanavan 47 paine vaikuttaa seurantaelimeen 61 voimakkaammin kuin toisen monitorointikanavan 48 paine, jolloin seurantaventtiili 56 siirtyy vasemmalle ja avaa yhteyden venttiilin 57 kautta tankkiin 60. Tämän seurauksena säätökanavan 58 paine alenee ja edelleen iskunpaine alenee.

Kuviossa 4 on vielä esitetty, että ensimmäinen säätöyksikkö 26 voi 15 käsittää paineenalennusventtiilin 62, jolla voidaan säätää iskulaitteelle 25 johdettavan iskunpaineen maksimiarvo.

Kuviossa 5 esitetyssä ratkaisussa säätökanavan 58 painetta ohjataan seurantaventtiilin 56 avulla. Tässä ratkaisussa minimi iskunpaine asetetaan säätämällä venttiilin esiasetusta, esimerkiksi jousta 59. Edelleen on en-20 simmäisen säätökanavaan 43 sovitettu ensimmäinen paineenalennusventtiili 63 ja toinen paineenalennusventtiili 64 sarjaan. Mainittujen paineenalennus- ' · · · * venttiilien 63 ja 64 väliseltä osuudelta on yhteys kanavaa 65 pitkin seuranta- » · . i venttiilille 56. Kanavan 65 paine on referenssipaine. Edelleen on kanava 65 V yhteydessä ensimmäisen monitorointikanavan 47 avulla syöttökanavan osuu- * 25 teen 37. Ensimmäisessä monitorointikanavassa 47 on kuristin 66, joka päästää vain suhteellisen pienen virtauksen lävitseen ja alentaa siten myös painetta.

; Ensimmäistä paineenalennusventtiiliä 63 säätämällä voidaan suurentaa sa manaikaisesti sekä syötönpainetta että iskunpainetta. Tämä on seurausta siitä, : kun venttiilin 63 avulla kohotetaan kanavan 37 painetta myös kuristimen 46 30 jälkeisen osuuden 37' paine kasvaa. Kanavassa 65 vaikuttava paine pysyy kuitenkin pienenä, sillä kuristin 66 estää paineen kohoamisen. Tällöin seuran-•V · taventtiilin 56 seurantaelimeen 61 vaikuttaa kuviossa vasemmalle päin vaikut- tava voima, minkä seurauksena iskunpaine kasvaa. Mikäli syöttönopeus kas-.Λ vaa, alenee osuudella 37'ja monitorointikanavassa 48 vaikuttava paine, jolloin 35 seurantaelin 61 pienentää automaattisesti iskunpainetta. Edelleen voidaan ’* toista paineenalennusventtiiliä 64 säätämällä vaikuttaa syötönpaineeseen il- 9 115552 man, että tällä säädöllä on mitään vaikutusta iskunpaineeseen. Tämä johtuu siitä, että venttiilin 64 säätäminen vaikuttaa samalla tavalla sekä kanavan 65 että toisen monitorointikanavan 48 paineisiin, jolloin seurantaelimen 61 asema ei muutu. Näin ollen operaattori voi hienosäätää syötönpainetta ilman, että is-5 kunpaineeseen vaikutetaan.

Kuviossa 6 on esitetty vielä eräs sovellutus kuviossa 5 esitettyyn hydraulipiiriin. Tässä sovellutuksessa on tarkoituksena aikaansaada symmetrinen toiminto normaaliin porauksen suuntaan päin sekä paluusuuntaan päin syötettäessä. Kuvion 6 mukaiseen ratkaisuun on lisätty kuristin 69, toiseen 10 syöttökanavaan 38 kytketty kolmas monitorointikanava 70, sekä edelleen ensimmäinen vaihtovastaventtiili 67 ja toinen vaihtovastaventtiili 68, joita hyödynnetään silloin, kun syöttölaitetta 33 käytetään porareikään juuttuneiden työkalujen 9 irrottamiseen. Juuttuneen työkalun 9 irrottamiseksi kohdistetaan työkaluun vetoa syöttölaitteen 33 avulla ja samalla annetaan iskulaitteella 25 isku-15 pulsseja. Esitetty hydraulikytkentä mahdollistaa sen, että mikäli syöttölaitteen 33 liikuttaminen taakse päin on estetty tai sitä vastustetaan, kohoaa iskunpaine automaattisesti tämän kytkennän ansiosta niin, että riittävän tehokkaita isku-pulsseja voidaan antaa juuttuneen työkalun 9 irti-iskemiseksi.

Kuviossa 7 on esitetty hydraulipiirin eräs sovellutus, jolla aikaan-20 saadaan ei-symmetrinen toiminto verrattaessa normaalin porauksen suuntaan päin syöttöä ja taaksepäin vetoa. Myös tässä ratkaisussa hyödynnetään en- • : simmäistä paineenalennusventtiiliä 63 ja toista paineenalennusventtiiliä 64.

• Tässä tapauksessa toinen paineenalennusventtiili 64 muodostaa referenssi- ; paineen seurantaventtiilille 56 normaaliin poraussuuntaan päin syötettäessä.

: 25 Sitä vastoin vedettäessä porakonetta taaksepäin vaikuttaa seurantaventtiilin 56 säätöelimeen 61 vastakkaissuuntainen voimavaikutus, jonka suuruuteen .···. vaikuttavat sekä ensimmäinen paineenalennusventtiili 63 että toinen pai neenalennusventtiili 64. Tämä sovellutus mahdollistaa sen, että iskunpainetta . . lisätään vain, mikäli taaksepäin vedettävä voima on huomattavasti suurempi 30 kuin maksimisyöttövoima porauksen aikana. Tyypillisesti porakoneen taakse-päin vedossa käytettävä voima voi olla noin kaksinkertainen normaalissa i porauksessa käytettävään syöttövoimaan verrattuna.

: Kuviossa 8 on esitetty eräs sovellutus, jossa hydraulijärjestelmää on yksinkertaistettu. Järjestelmää voidaan hyödyntää erityisesti tilanteissa, joissa ‘ ] 35 syöttölaitteen 33 ja iskulaitteen 25 tarvitsema hydraulipaine muodostetaan yh dellä pumpulla. Tyypillisesti hydraulijärjestelmän suurimpia venttiileitä ovat oh- 10 115552 jausventtiili 27 ja kompensaattori 28, jotka on sovitettu iskunpainekanavaan ja joiden läpi johdetaan iskulaitteen 25 tarvitsema suuri paineväliaineen virtaus paine. Kuvion 8 mukaisen sovellutuksen tarkoituksena on se, että kompensaattori 28 voidaan jättää kokonaan pois. Kuvion 8 mukainen hydraulipiiri 5 on kuviossa 5 esitetyn ratkaisun kaltainen. Erona kuvion 8 mukaisessa ratkaisussa on se, että ensimmäinen paineenalennusventtiili 63 on korvattu toisella seurantaventtiilillä 71. Edelleen voidaan korvata kuviossa 4 esitetyssä ratkaisussa venttiili 55 toisella seurantaventtiilillä 71, sekä edelleen kuviossa 6 ja 7 esitetyissä ratkaisuissa venttiilit 63 voidaan korvata toisella seurantaventtiilillä 10 71. Toinen seurantaventtiili 71 on esiasetettu niin, että porattaessa kovaan kallioon on syöttönopeus oikeassa suhteessa iskunpaineeseen. Mikäli porausvas-tus pienenee esimerkiksi pehmeään kiveen porattaessa, suurenee virtaus kuristimen 46 läpi, minkä vuoksi muodostuu paine-ero syöttökanavan osuuksien 37 ja 37' välille. Tätä paine-erodataa käytetään hyväksi sekä ensimmäisen 15 seurantaventtiilin 56 että toisen seurantaventtiilin 71 ohjaamisessa. Kun virtaus kuristimen 46 läpi kasvaa, alentaa toinen seurantaventtiili 71 painetta kanavassa 43.

Kuvioissa 5 - 8 on vielä esitetty, että ensimmäinen säätöpiiri 26 voi käsittää venttiilin 150, joka on sovitettu säätökanavaan 58 paineenalen- 20 nusventtiilin 62 ja seurantaventtiilin 56 välille. Tällä venttiilillä voidaan asettaa täysi iskunpaine riippumatta kuristimen 46 yli monitoroidusta paine-erosta.

• · * Kuviossa 9 on vielä esitetty edellisissä kuvioissa 4-8 esitetyn seu- < · . ': rantaventtiilin eräs mahdollinen konstruktio. Venttiili voi olla tyypiltään ; karaventtiili, joka käsittää rungon 90 ja rungossa olevaan tilaan sovitetun pit- 25 känomaisen luistin 91. Luistin 91 poikkileikkaus voi olla pyöreä ja siinä on en- Γ*simmäinen pää ja toinen pää, joiden halkaisijat voivat olla olennaisesti yh-täsuuret. Luistin 91 ensimmäinen pää on järjestetty rungon 90 suhteen olennaisesti tiiviisti, esimerkiksi irrotettavissa olevan tukiholkin 92 avulla. Luistin 91 : toinen pää on ulkokehältään tiivistetty rungossa 90 olevaan poraukseen 93.

’!!/ 30 Tiivistettyjen päiden välille voi runkoon 90 olla muodostettu painetila 94. Edel- leen voi luistin 91 keskiosuudella olla olake 95, joka on sovitettu mainittuun V j paineillaan 94. Olakkeen 95 halkaisija on suurempi kuin luistin ensimmäisen : pään ja toisen pään halkaisija. Toisaalta olakkeen 95 halkaisija on pienempi · (\ kuin painetilan 94 halkaisija, jolloin olake 95 ei ole kosketuksissa painetilaa 94 35 rajoittaviin seinämiin. Näin ollen olake 95 ei rajoita painenesteen kulkua paine- > ' : tilassa 94. Luistin 91 liike suuntaan B päin on rajoitettu niin, että olake on sovi- 11 115552 tettu asettumaan painetilan 94 päätypintaa vasten, kun luisti 91 on kuviossa 9 oikeanpuolimmaisessa ääriasennossaan. Edelleen on luistin 91 ympärille sovitettu pitkänomainen holkki 96. Holkki 96 on liikuteltavissa aksiaalisuunnassa painetilassa 94. Hoikin 96 sisäkehä on tiivistetty luistin 91 varteen, olakkeen 95 5 etupuolella olevaan osuuteen. Holkki 96 voi siten liikkua aksiaalisuunnassa luistin 91 suhteen. Hoikin 96 ulkokehä on tiivistetty runkoon 90. Tällöin hoikin 96 ensimmäisen pään puolella on etukammio 97 ja toisen pään puolella on takakammio 98. Tiivistysten ansiosta kammiot 97, 98 eivät ole yhteydessä toisiinsa. Edelleen painetilaan 94 johtaa hydraulikanavat 99, 100. Etukammio 97 10 on yhteydessä seurantakanavaan 99 ja takakammio 98 on yhteydessä refe-renssikanavaan 100.

Luistin 91 ensimmäisen pään puolella on rungossa 90 tila 101, johon voi olla sovitettu jousi 102, joka voi olla tyypiltään puristusjousi tai mikä tahansa vastaavan toiminnon mahdollistava jousielin tai voimaelin. Luistin 91 15 ensimmäinen pää ja jousi 102 voivat olla joko suoraan kosketuksissa toisiinsa tai niiden välille voi olla sovitettu holkki tai jokin muu kytkentäelin 103. Edelleen käsittää seurantaventtiili säätöelimet 104, joilla jousen 102 voimavaikutusta voidaan säätää. Säätöelimiin 104 voi kuulua esimerkiksi säätöruuvi 105, jolla jousta 102 voidaan puristaa kokoon, eli esikiristää, sekä edelleen lukitusmutteri 20 106, jolla säätöruuvi 105 voidaan lukita haluttuun asemaan. Kuviossa 9 esite- i tyssä tilanteessa jousi 102 on työntänyt luistin 91 suunnassa B äärimmäiseen • *·* oikeanpuoleiseen asentoon, eli niin, että olake 95 on vasten painetilan 94 pää- * · i typintaa107.

* t » i V Kuten kuviosta 9 edelleen havaitaan, on luistin 91 toisen pään pää- 25 typinta yhteydessä säätöpiiriin 108 johtavaan kanavaan. Edelleen porauksesta 93, johon luistin 91 toinen pää on tiivistetty, on yhteys poistokanavaan 110. Lisäksi voi luistissa 91 olla pituussuuntainen kanava 111, joka kytkee poisto-kanavan 110 ja luistin 91 ensimmäisen pään etupuolella olevan tilan 101 toi-: siinsa silloin, kun luisti 91 on kuviossa 9 esitetyssä oikeanpuoleisessa ääri- 30 asennossaan. Mahdolliset vuotovirtaukset pääsevät kanavaa 111 pitkin vir taamaan tankkiin.

' Kuviossa 9 esitetty seurantaventtiili 56 toimii paineenrajoitusventtii- ; Iin tapaan. Kun säätöpiirin 108 paine työntää luistia 91 suuntaan A päin, au- ; ‘ , keaa yhteys poistokanavan 110 ja säätöpiirin 108 välille. Mitä suuremmalla voi- ‘ 35 maila luistia 91 estetään siirtymästä suuntaan A päin ja avaamaan yhteys pois- • '·' tokanavaan 110, sitä suurempi paine muodostuu säätöpiiriin 108. Kammioissa 12 115552 97, 98 vaikuttavilla paineilla ei ole suoraa vaikutusta luistin 91 asemaan, vaan kammioissa 97, 98 vaikuttava paine vaikuttaa ainoastaan hoikin 96 asemaan. Hoikin 96 avulla voidaan puolestaan vaikuttaa luistin 91 asemaan. Hoikissa 96 on olennaisesti yhtä suuri painepinta takakammioon 98 ja etukammioon 97 5 päin. Mikäli paine seurantakanavassa 99 on pienempi kuin referenssikanavas-sa 100, holkki 96 siirtyy suuntaan A päin, vasten tukiholkkia 92. Tällä tapahtumalla ei ole vaikutusta hoikin 96 asemaan. Jos taas paine seurantakanavassa 99 on korkeampi kuin referenssikanavassa 100, holkki 96 siirtyy vasten luistin 91 olaketta 95. Tällöin hoikkia 96 suuntaan B työntävä voima pyrkii yhdessä 10 jousen 102 voiman kanssa vastustamaan luistin 91 siirtymistä suuntaan A. Koska luisti 91 vastustaa yhteyden avautumista poistokanavaan 110, voi säätöpiirissä 108 vaikuttaa korkeampi paine.

Seurantakanavassa 99 ja säätöpiirissä 108 vaikuttavien paineiden suhde säilyy vakiona. Painesuhteen suuruus riippuu seurantaventtiilin 56 sisäi-15 sestä rakenteesta, eli tässä tapauksessa porauksen 93 halkaisijan eli käytännössä luistin 91 toisen pään päätypinta-alan ja hoikin 96 päätypinta-alan suhteesta. Seurantaventtiilissä 56 painesuhde voidaan muodostaa varsin suurella vaihteluvälillä, esimerkiksi painesuhde voi olla välillä 1:3 ... 3:1. Muuttamalla osien 94 ja 93 dimensioita voidaan muodostaa erilaisen painesuhteen omaavia 20 seurantaventtiileitä. Painesuhde siis muuttuu, kun venttiilin työpainepinta-... alojen suhdetta muutetaan. Vaihtamalla hydraulijärjestelmään eri painesuh- ;··' teen omaava seurantaventtiili voidaan vaikuttaa toimilaitteiden ohjaukseen.

. ‘: Kuviossa 9 kuvatun konstruktion etuna on mm. se, että luisti 91 tuot- • t : \: taa tarkan painearvon säätöpiiriin 108 ilman haitallista hystereesiä. Luistiin 91 v : 25 vaikuttavaa jousta 102 säätämällä saadaan välitön ja ennalta määrättyä :** ; suhdetta noudattava säätövaikutus säätöpiirin 108 paineeseen. Vastaavasti myös seurantakanavassa 99 vaikuttavaa painetta säätämällä saadaan tarkka säätövaikutus aikaan säätöpiirin 108 paineeseen ilman hystereesiä.

: Huomautettakoon, että seurantaventtiilin 56 yksityiskohtainen ra- ]·’ / 30 kenne voi poiketa kuviossa 9 esitetystä rakenteesta. Alan ammattimies voi kyetä konstruoimaan keksinnön periaatteen mukaisen seurantaventtiilin 56 : myös muulla tavoin. Niinpä luistin 91 muoto, kanavien 99, 110, 100 ja 108 si- jainti sekä edelleen voimaelin 102 voidaan konstruoida muullakin tavalla, kuin •' ·, mitä kuvioissa on esitetty. Esimerkiksi voidaan jousen asemesta käyttää jotain · '. '. 35 muuta voimaelintä, kuten paineakkua tai sähköistä toimilaitetta seurantaventtii- ‘ : Iin 56 esiasettamiseksi.

13 115552

Mainittakoon vielä, että pumppuja voi edellä esitetyistä kuvioista poiketen olla useita. Syöttölaitteelle voidaan johtaa paineväliainetta eri paine-lähteestä kuin iskulaitteelle. Edelleen voidaan kuviossa esitettyjen ns. load-sense- eli LS-säätöpiirien sijaan käyttää muitakin, hydraulijärjestelmissä si-5 nänsä tunnettuja tapoja paineväliainevirtauksen paineen säätämiseksi.

Edelleen voidaan syöttölaitteen syöttökanavaan sovittaa säädettävän kuristimen sijaan kiinteän asetuksen omaava kuristin, joka on mitoitettu tai esiasetettu ennalta määrätyllä tavalla.

Vielä mainitaan, että kuristimella tarkoitetaan paineväliainejärjestel-10 missä käytettyä komponenttia, joka aiheuttaa sen läpi johdettavaan virtaukseen kuristuksen. Keksinnössä hyödynnetään kuristuksesta aiheutuvaa paine-häviötä.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patentti-15 vaatimusten puitteissa.

•»*

• · I

• t » I < « · • > * * > 1 > ’ * ' » t

Claims (10)

115552

1. Menetelmä kallionporauksen ohjaamiseksi, jossa kallionporauksessa kallioporakoneeseen (1) kuuluvalla isku-laitteella (7, 25) annetaan iskupulsseja työkalun (12) välityksellä kallioon (10) ja 5 jossa kallioporakonetta (1) samalla työnnetään kalliota (10) vasten syöttölaitteen (3, 33) avulla, ja jossa menetelmässä: syötetään ainakin yhtä syöttökanavaa (37, 38, 4, 5) pitkin painevä-liainetta syöttölaitteelle (3, 33); 10 syötetään ainakin yhtä iskunpainekanavaa (24, 13, 14) pitkin paine- väliainetta iskulaitteelle (7, 25); määritetään syöttönopeus; sekä säädetään ainakin iskunpainetta syöttönopeuden perusteella, tunnettu siitä, 15 että johdetaan ainakin yksi syöttölaitteelle (3, 33) menevä tai poistu va paineväliainevirtaus ainakin yhden kuristimen (46) läpi, että monitoroidaan paineväliaineen painetta ennen mainittua kuristinta (46) sekä kuristimen (46) jälkeen syöttönopeuden määrittämiseksi, ja että säädetään iskunpainetta monitoroinnin perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, .. että tulkitaan syöttönopeuden kasvaneen kun kuristimen (46) jälkei- ;· . nen paine on painehäviöiden vuoksi pienempi kuin ennen kuristinta, ja • * * ’ että pienennetään iskunpainetta syöttönopeuden kasvaessa. • · » : *' 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu ·...· 25 siitä, että säädetään iskunpainetta ennalta määrätyssä suhteessa syöttöno- • \: peuteen nähden.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pienennetään iskunpainetta ja syötönpainetta syöttöno-. peuden kasvaessa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, » •' tunnettu siitä, : että mitataan paineantureilla (50, 51) ennen kuristinta (46) vaikutta- ,.: van paineen suuruus sekä kuristimen jälkeinen paine, . ·. että välitetään painedata ohjausyksikölle (52), 35 että määritetään ohjausyksikössä painedatan perusteella syöttöno- * * peus, 115552 että säädetään ohjausyksikön (52) avulla ainakin yhtä sähköisesti ohjattua venttiiliä (31) iskunpaineen pienentämiseksi syöttönopeuden kasvaessa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että säädetään iskunpainetta ainakin yhden seurantaventtii- lin (56) avulla.

7. Kallionporaussovitelma, joka käsittää: kallioporakoneen (1), jossa on iskulaite (7, 25), joka on sovitettu muodostamaan iskupulsseja kallioporakoneeseen (1) kytkettävään työkaluun 10 (12); syöttöpalkin (2), jolle kallioporakone (1) on sovitettu; syöttölaitteen (3, 33), jolla kallioporakonetta (1) voidaan liikuttaa syöttöpalkin (2) pituussuunnassa; paineväliainejärjestelmän, johon kuuluu: ainakin yksi painelähde; ai-15 nakin yksi iskulaitteelle (7, 25) johtava paineväliainekanava (13, 14, 24); ainakin yksi syöttölaitteeseen (3, 33) yhteydessä oleva syöttökanava (4, 5, 37, 38); sekä välineet iskunpaineen säätämiseksi, tunnettu siitä, että ainakin yhteen syöttölaitteen syöttökanavaan (37) on kytketty ainakin yksi kuristin (46), 20 että sovitelma käsittää välineet syöttökanavassa ennen mainittua kuristinta (46) sekä kuristimen (46) jälkeen vaikuttavan paineen monitoroimi-'·· seksi, ja : että paineväliainejärjestelmä on sovitettu pienentämään iskun- IV painetta silloin, kun kuristimen (46) jälkeinen paine syöttökanavassa on pie- : 25 nempi kuin paine ennen kuristinta (46).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kallionporaussovitelma, tun-nettu siitä, että virtaussuunnassa ennen kuristinta (46) olevalle syöttökanavan • _. t osuudelle (37) on kytketty ensimmäinen monitorointikanava (47) ja kuristimen ; / 30 jälkeiselle osuudelle (37’) on kytketty toinen monitorointikanava (48), että ensimmäinen monitorointikanava (47) on kytketty ensimmäi-: seen paineanturiin (50) ja toinen monitorointikanava (48) on kytketty toiseen paineanturiin (51), että sovitelmaan kuuluu ainakin yksi ohjausyksikkö (52), 115552 että ensimmäiseltä paineanturilta (50) saatu painedata ja toiselta paineanturilta (51) saatu painedata on sovitettu johdettavaksi mainitulle ohjausyksikölle (52), että ohjausyksikkö (52) on sovitettu monitoroimaan syöttönopeutta 5 paineantureilta saadun painedatan perusteella, että ohjausyksikköön (52) on asetettu ohjausstrategia iskunpaineen säätämiseksi ennalta määrätyllä tavalla suhteessa syöttönopeuteen, ja että sovitelmaan kuuluu ainakin yksi ohjausyksikön (52) ohjaama venttiili (31) iskunpaineen säätämiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kallionporaussovitelma, tun nettu siitä, että ohjausyksikköön (52) on asetettu ohjausstrategia syötönpai-neen säätämiseksi ennalta määrätyllä tavalla suhteessa syöttönopeuteen, ja että sovitelmaan kuuluu ainakin yksi ohjausyksikön (52) ohjaama 15 venttiili (44) syötönpaineen säätämiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kallionporaussovitelma, tunnettu siitä, että sovitelma käsittää ainakin yhden seurantaventtiilin (56) iskunpaineen säätämiseksi. « > • * * • I · t « * I • · I ' > f » • f · * 1 115552 ΐ