JP5373107B2

JP5373107B2 - 削岩機および軸方向軸受けモジュール

Info

Publication number: JP5373107B2
Application number: JP2011536912A
Authority: JP
Inventors: ラースカンデリン、; ティモムウットネン、; ペッカサウッコ、
Original assignee: Sandvik Mining and Construction Oy
Current assignee: Sandvik Mining and Construction Oy
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: JP2012509198A; EP2349654A4; KR101351685B1; KR20110093902A; FI121221B; CN102281995A; CA2744147A1; CA2744147C; CL2011001165A1; AU2009317128B2; ZA201104488B; US20110240322A1; FI20086098A; CN102281995B; FI20086098A0; US8733467B2; EP2349654A1; WO2010058071A1; AU2009317128A1

Description

発明の背景

本発明は、本体と、本体内に配設された衝撃要素と、さらに岩石破砕用の工具を取付け可能なドリルシャンクとを含む削岩機に関するものである。衝撃装置はシャンクを介して工具に応力パルスを生成する衝撃要素を有している。さらに、削岩機は、１本以上の圧力媒体作動式軸方向ピストンを有する軸方向軸受けを含み、これによってシャンクは本体に対して軸方向に所定の行程長だけストローク方向へ押し出すことができる。この時、シャンクの衝撃面は必要な軸方向位置に設定されて応力パルスを受けることができる。軸方向ピストンは圧力媒体によって作動する。そのため、軸方向軸受けに属する作動圧空間内に配置された作動圧面を有し、これに圧力媒体の圧力を供給路から送ることができる。その時、力を軸方向ピストンへストローク方向に送ることができる。本発明はまた、軸方向軸受けモジュールにも関する。本発明の分野は本特許出願の独立請求項の前段にさらに詳細に定義されている。

削岩機に軸方向軸受けを配備することは公知であり、この軸受けを使えば、掘削の際、削岩機に属するドリルシャンクを計画の衝撃点へ移動させることができる。この時、打撃力はドリルシャンクの位置を調節することによって調節することができる。また、軸方向軸受けを使用すれば、岩盤から反射して削岩機へ戻る応力パルスを減衰させることもできる。軸方向軸受けは通常、削岩機の前本体と後本体の間の中間フランジに配置される。公知の軸方向軸受けの欠点は、軸方向軸受けの作動で生ずる支持力によって削岩機の構体に不要な歪みが生ずることである。

発明の簡単な説明

本発明は、新規で改良された削岩機および軸方向軸受けモジュールを提供することを目的とする。

本発明の削岩機は以下を特徴とする。すなわち、軸方向軸受けは少なくとも１つの軸方向軸受けモジュールを含み、このモジュールは、少なくとも１つの軸方向ピストン、少なくとも１つのシール、少なくとも１つの軸受け面、およびモジュールフレームを含み、モジュールフレームの外側面は、軸方向軸受けの作動により生ずる支持力を直接、軸方向軸受けから削岩機の本体に伝達する少なくとも１つの固定支持部材を備え、削岩機の本体は、少なくとも軸方向軸受けにおいて連結面のない一体部品であることである。

本発明の軸方向軸受けモジュールは以下の点を特徴とする。すなわち、軸方向軸受けモジュールは、少なくとも１つの軸方向ピストン、少なくとも１つのシール、少なくとも１つの軸受け面、およびモジュールフレームを含み、軸方向軸受けは、削岩機内へ一部品として定位置に脱着可能な一体部品であり、モジュールフレームは、スリーブ状部品であり、その外縁にあって軸方向軸受けモジュールを単独で削岩機に緊締する少なくとも１つの固定用ブラケットを含むことである。

本発明の概念によれば、削岩機の軸方向軸受けは、本体の空間内の定位置に一部品として脱着可能な１つ以上の軸方向軸受けモジュールを含む。軸方向軸受けモジュールは、１つ以上の軸方向ピストン、１つ以上の軸受け面、シールおよびモジュールフレームを含む。さらに、軸方向軸受けの作動により生ずる支持力は、モジュールフレームにある少なくとも１つの固定用部材によって直接、削岩機の一体な本体部分へ伝達される。前記一体な本体部分は、軸方向軸受けにおいて何ら連結面を有していない。

本発明の利点は、軸方向軸受けモジュールが軸方向軸受けの作動に必要なすべての本質的構成部品を一体として含むことである。軸方向軸受けモジュールは一体として都合よく取り外し、新品と交換することができる。さらに、摩耗したシールや場合によっては軸受けも取り外し、修理業者において良好な状態で交換することができる。軸方向軸受けモジュールから１つの一体な本体部分へ支持力が伝達されるので、軸方向軸受けには連結面がない。このようにして、従来技術の方式で生じた連結面に対する歪みや摩耗に起因した諸問題、ならびに例えば緊締ボルトなどの連結部材に対する負荷を回避することができる。このように、本発明の構造は、これまでの方式より堅固かつ強力である。

一実施例の概念によれば、削岩機の本体は、連結面のない単一の一体部品である。一体部品構造は、軸方向軸受けに起因する支持力によって負荷が掛るような連結面もその各部品間の緊締ボルトも有していない。したがって一体の削岩機は、従前より強力で一層保守不要に出来る。また、より軽量で短くも出来る。なお、本体の前部に設けることのあるフラッシングチャンバおよび後部に設けることのある後カバーまたは蓄圧器は、本体の一部でない。

一実施例の概念によれば、削岩機の本体は、相互接続された２つ以上の本体部分で形成されている。しかし、各本体部分間の連結面は、軸方向軸受けの位置になく、すなわち支持力の影響下になく、したがって軸方向軸受けの作動に起因する支持力が連結面に掛ることはない。軸方向軸受けに沿った一体構造によって両相反方向の支持力を受け、これを必要に応じて前方に伝達する。

一実施例の概念によれば、軸方向軸受けモジュールは、本体内に位置する空間の定位置に一部品として脱着可能であり、削岩機の各本体部分を分解する必要がない。削岩機の本体は、軸方向軸受けモジュール装着の際、分解する必要がないので、軸方向軸受けモジュールのわずかな保守、部品交換および他の修理を作業現場で行なうことができ、削岩機を送りビームから取り外す必要もない。

一実施例の概念によれば、軸方向軸受けモジュールは、削岩機の前端部から定位置に配設される。そこで、モジュールフレーム内の支持部材は、軸方向軸受けによって生じストローク方向に作用する軸方向支持力を直接、削岩機の本体へ伝達するように構成されている。このように支持部材は、少なくとも装着方向とは反対の支持力を伝達する。

一実施例の概念によれば、軸方向軸受けモジュールは、削岩機の後端部から定位置に配設される。そこで、モジュールフレーム内の支持部材は、軸方向軸受けにより生じ戻り方向に作用する軸方向支持力を直接、削岩機の本体へ伝達するように構成されている。このように支持部材は、少なくとも装着方向とは反対の支持力を伝達する。

一実施例の概念によれば、モジュールフレーム内の支持部材は、軸方向軸受けによりストローク方向および戻り方向の双方に生ずる支持力を伝達するように構成されている。

一実施例の概念によれば、１つ以上の軸方向軸受けモジュールは、１つ以上の型締め部材によって削岩機の本体へ緊締される。型締め部材はモジュールフレーム内に形成されている。

一実施例の概念によれば、１つ以上の軸方向軸受けモジュールは、バイオネット緊締によって削岩機の本体へ緊締される。

一実施例の概念によれば、少なくとも１つの軸方向軸受けモジュールのモジュールフレームには、少なくとも１つの支持面、支持ショルダ、支持フランジまたは同様の部材が設けられ、これによって軸方向軸受けの作動で生ずる支持力を直接、削岩機の本体へ伝達可能である。そこで、モジュールフレームにおける支持ショルダは支持力を第１の方向に伝達し、支持面は支持力を第２の、すなわち反対の方向に伝達することができる。

一実施例の概念によれば、軸方向軸受けは、軸方向に前後に配設された少なくとも２つの軸方向軸受けモジュールを含む。各モジュールのフレームは、それ自体の支持ブラケットまたは同等物を含んでもよい。

一実施例の概念によれば、軸方向軸受けは少なくとも２つの連続した軸方向軸受けモジュールを含み、そのうち最後に装着されるモジュール、すなわち最外側のモジュールは、他方のモジュールを軸方向における定位置に固定するように構成されている。最外側のモジュールのモジュールフレームには、支持力を本体に伝達しモジュールを定位置に固定する固定用ブラケットが設けられている。

一実施例の概念によれば、モジュールフレームの外側面にはネジ山が設けられ、これは、モジュールフレームをその中心軸を中心に回動させると削岩機の本体に固定するように構成されている。したがってネジ山は、少なくとも装着方向に逆らう支持力を削岩機の本体に伝達することのできる固定用部材として作用する。

次に、添付図面において本発明のいくつかの実施例をより詳細に説明する。
穿孔ブーム上に配設された削岩装置の模式的側面図である。図３による削岩機の一部を示す模式的断面図である。軸方向軸受けモジュールを搭載した削岩機の模式的断面図である。ないし本発明の軸方向軸受けモジュールの構造とその削岩機本体上への設置および固定を示す模式的斜視断面図である。図４ないし図７の軸方向軸受けモジュールを搭載した削岩機の模式的断面図である。

各図には、明瞭さのため本発明のいくつかの実施例を簡略化して示す。各図において同様の部分は同じ参照番号で示す。

発明のいくつかの実施例の詳細な説明

図１は、削岩リグの掘削ブーム２もしくは同等物の上に配設できる削岩装置１を示す。削岩装置１は送りビーム３を含んでよく、これには削岩機５が配設され、削岩機は送り装置４によってビーム上を動く。削岩機５は担体36へ緊締することができ、ストローク方向Ａおよび戻り方向Ｂに動かすことができる。また、削岩機５は衝撃装置６を有し、これはドリルシャンク７に、さらに工具８を介して岩盤９に衝撃パルスを生成する。工具８は、１本以上のドリルロッドおよびドリルビットを含んでよい。または、工具８は一体化ロッドであってもよく、その場合、ドリルシャンク７のような機械部材をその削岩機側端部へ固定的に接続すると考えてもよい。したがって、本特許出願においてドリルシャンクとは、軸方向軸受けが作用することのできる一体化したロッドもしくは同等物の後端部を言うこともある。さらに、削岩機５は、ドリルシャンク７および工具８をその長手方向軸を中心に回転させる回転装置10を有してもよい。ドリルシャンク７は、衝撃、回転および送り力を掘削工具へ伝達し、工具がこれらを被掘削岩盤９へ伝達するように構成されている。

衝撃装置６は、圧力媒体によって前後に移動する衝撃ピストンを含んでもよく、これは、ドリルシャンク７上の衝撃面をストローク方向Ａに打撃するように構成されている。衝撃ピストンに代わって、衝撃パルスを生成する他の衝撃部材もしくは要素を用いることもできる。衝撃パルスは、必ずしも運動エネルギーから生成する必要はなく、例えば圧力エネルギーから直接生成してもよい。さらに、圧力エネルギーに代わって、衝撃パルスの生成に必要なエネルギーは電気エネルギーなどの他の何らかのエネルギーでもよい。このように、衝撃装置の構造および作動原理は、ここに説明する本発明にとって本質的問題でないと言える。

削岩機および軸方向軸受けの構造および作動を、図２および図３を参照して一般的に説明する。本発明の実施例は、後に図４ないし図８に示す。しかし、言及すべきことは、図２および図３の説明で言及する特徴事項は、必要に応じて本発明の方式にも適用してよいことである。

図２および図３に示す削岩機５は一本体を有し、換言すれば、単一の一体な本体11を含む。本体11は、衝撃装置６、軸方向軸受け18、回転装置歯車機構13およびドリルシャンク７が内部に配設された管状部品でよい。衝撃装置６は衝撃部材14を有し、これは、例えば圧力媒体によって軸方向に前後に動くように構成されて衝撃部材14の前端部の衝撃面15がドリルシャンク７の後端部の衝撃面16を打撃するように構成された衝撃ピストンでよい。本特許出願において、削岩機５の構成部品の前端部とはストローク方向Ａ側の端部を言い、同様に、構成部品の後端部は戻り方向Ｂ側の端部を言う。ドリルシャンク７を囲んで回転スリーブ17があってよく、これは、歯車機構13に属し、回転装置10によって生成される回転トルクをドリルシャンク７へ伝達する。ドリルシャンク７と回転スリーブ17との間を接続することによって、ドリルシャンク７は軸方向に移動することができる。回転装置10と回転スリーブ17との間に中間歯車70を配置してもよい。

ドリルシャンク７の軸方向の位置は、軸方向に可動の１本、２本あるいはそれ以上のピストンで構成することができる軸方向軸受けによって決定することができる。ドリルシャンク７はその後側から第１の軸方向ピストン19によって支持してよい。軸方向ピストン19は、直接もしくは支持スリーブ90を介してドリルシャンク７に作用するよう構成してよい。第１のピストン19はスリーブ状部品でよく、これは衝撃部材14の周囲に配設してもよい。さらに、スリーブ状の第２の軸方向ピストン20を第１のピストン19の周囲に配置してもよい。ピストン19および20は、それぞれの圧力室へ圧力流体圧が加わると、互いに対して軸方向に動くことができる。第２のピストン20のストローク方向Ａの運動は、第１のピストン19のそれより短く設計してよい。第１のピストン19のストローク方向Ａの運動は、送り抵抗が小さい場合はドリルシャンクの衝撃面16が設計上の衝撃位置の前まで移動するように設計してよく、これによって、例えば軟岩を削岩する場合、工具８へ伝達される打撃力を衝撃部材14に接続された緩衝器で減衰することができる。さらに、軸方向ピストン19、20のストローク方向Ａにおける共通の力は送り力より大きく設計してよい。他の選択肢として、一方の軸方向ピストンの力の効果だけを送り力より大きく設計してもよい。軸方向ピストン19、20によって、衝撃点の軸方向位置に影響を及ぼすばかりでなく、岩盤から戻る応力パルスによって生ずる戻り運動を減衰することもできる。上述の戻り運動が軸方向ピストン19、20に与えられると、ピストンの圧力室から放出される圧力流体は適切なスロットル手段によって導かれ、減衰を行なう。軸方向軸受けの全体的な作動原理および構造に関して、フィンランド公報 FI 84 701号および FI 20 030 016号ならびに米国公報US 6,186,246号の記載を参照し、これらの記載事項が本特許出願にも含まれることを明言する。

図２は、軸方向軸受けの作動により生ずる支持力が本体11へ伝達される位置を示す。ストローク方向に働く支持力FAは緊締フランジ23によって伝達され、また戻り方向に働く支持力FBはショルダ74によって伝達される。

図４ないし図８は、第１の軸方向軸受けモジュール21aおよび第２の軸方向軸受けモジュール21bを含む本発明の他の軸方向軸受け18を示し、両モジュールは、本体11の内側で軸方向に一方の設置方向から、この場合は削岩機５の前端部から連続して配設され、フラッシングチャンバ31、ドリルシャンク７、回転スリーブ17および軸方向軸受けの前に存在することのある他の構成部品を取り除いた後を示す。本体11は、図４ないし図７では明瞭化のため一部のみを示すが、少なくとも軸方向軸受け18の断面に沿って一体の部品であり、軸方向軸受け18により生ずる支持力が負荷を与えてしまうような接合面を有していない。図８においてさらに明瞭に分かるように、第１の軸方向軸受けモジュール21aは、モジュールフレーム38a、軸方向ピストン39a、軸受け40a、軸受けハウジング41aおよびシール42aを含む。第１の軸方向軸受けモジュール21aは、１つの一体部品として定位置に設置し、また取り外すことができる。第１の軸方向軸受けモジュール21aを定位置に押し込んだ後、第２の軸方向軸受けモジュール21bは図４に示すように同じ設置方向に配設することができる。軸方向軸受けモジュール21aおよび21bはともに同時に設置したり取り外したりすることも可能である。第２の軸方向軸受けモジュール21bも同様に、モジュールフレーム38b、軸方向ピストン39b、軸受け40b、軸受けハウジング41bおよびシール42bを含む。このように、両軸方向軸受けモジュール21a、21bは、取扱い、取外しおよび設置が容易な部品である。図４に見られるように、第２の軸方向軸受けモジュール21bのモジュールフレーム38bは１つ以上の固定用ブラケット43を含んでよく、これらは設置の際に本体11の開口部44の内側に押し込むことができる。このとき、第２の軸方向軸受けモジュール21bを、図５に示すようにその長手方向軸を中心に限度角まで回転させると、固定用ブラケット43が動いて開口部44から離れ、本体11上で固定用表面もしくはショルダ65に対して固定される。このように、第２の軸方向軸受けモジュール21bの緊締はバイオネット固定でよい。勿論、本体上に形成された他の固定の型締め、または他の一体型緊締部材を用いることもできる。第２の軸方向軸受けモジュール21bも第１の軸方向軸受けモジュール21aを定位置に固定し、これによって第１の軸方向軸受けモジュール21aには、当然可能ではあるが、必ずしも緊締部材を設ける必要がなくなる。軸方向軸受け18の作動により生ずる支持力FAおよびFBは、固定用ブラケット43もしくは同様の緊締手段、およびショルダ74によって直接、削岩機５の本体11へ伝達される。

図６および図７は、第２の軸方向軸受けモジュール21bの長手方向軸を中心とした回転が軸受けスリーブ45によって妨げることを示している。軸受けスリーブ45は、本体11内の開口部44に軸方向ブラケット46を有してもよい。軸受けスリーブ45を軸方向に定位置に押し込むと、ブラケット46は開口部44内へ押し入り、第２の軸方向軸受けモジュール21bの回転を防ぐ。図８の断面図ではこの固定装置が見えていない。軸受けスリーブ45は、軸受けによって回転スリーブ17を取り付ける軸受けを有してもよい。

図４ないし図８に示す軸方向軸受け18の一実施例は、軸方向軸受けモジュール21を１つだけ有するものであってもよい。さらに、他の実施例は１つもしくは２つの軸方向軸受けモジュール21a、21bを有してもよく、これらは削岩機５の後端部を通って、すなわち後装式で本体11内の空間に装着されている。さらに、両軸方向軸受けモジュール21a、21bは、支持力を削岩機の本体へ伝達するそれ自身の固定用ブラケットまたは対応する支持部材を備えていてもよい。

一部品本体11に代わって、２つ以上の本体部分からなる本体を使用することもできるが、その場合、各本体部分間の接触点は、好ましくは、軸方向軸受け18の作動により生ずる支持力が本体部間の接触点を通過しないように配置する。このように、接触点は点FAおよびFBの間の区間の外側に位置すべきである。こうして、本体部分の接触点および緊締ボルトに負荷が加わることを回避することができる。

言及すべきことは、モジュールフレームには軸受け青銅などの軸受け金属で作られた軸受けを設けて、例えば溶接もしくは鋳造によってこれをモジュールフレーム内に配設してもよいことである。この場合、モジュールフレームは別個の軸受け部材用に実際の軸受けハウジングを有さないが、一種の一体化構造を有している。さらに、必要な軸受け面を適切な被覆を用いて形成することができる。したがって、軸方向軸受けモジュールの軸受け面は、別個の軸受け部品、モジュールフレームへ一体化した摺動軸受け、もしくは軸受け被覆で形成してもよい。

場合によって、本特許出願に開示した各特徴事項は、他の特徴事項に関係なく相応に用いてもよい。他方、本特許出願に開示した各特徴事項は、必要な場合、組み合わせてさまざまな組合せを形成してもよい。

図面および関連説明は本発明の概念を説明することのみを意図したものである。本発明は請求項の範囲内で細部を変えてもよい。

Claims

本体と、
応力パルスを生成する衝撃要素を含む衝撃装置と、
前記衝撃要素の前にストローク方向に配設された長尺状部品であり、前記応力パルスを受ける衝撃面を有し、さらに前記本体に対して軸方向に可動のドリルシャンクと、
少なくとも１つの圧力媒体作動式軸方向ピストンを含む軸方向軸受けとを含み、該ピストンにより前記ドリルシャンクは前記本体に対して軸方向に前記ストローク方向に向けて所定の行程長で押され、これによって前記ドリルシャンクの衝撃面は、応力パルスを受ける必要な軸方向の位置に設定可能であり、
前記軸方向ピストンは、前記軸方向軸受けに属する少なくとも１つの作動圧空間内に配置された少なくとも１つの作動圧面を含み、これへ圧力媒体の圧力を少なくとも１つの供給路から送り、これによって前記ストローク方向の力を前記軸方向ピストンへ送ることが可能な削岩機において、
前記軸方向軸受けは、少なくとも１つの軸方向軸受けモジュールを含み、該モジュールは、少なくとも１つの軸方向ピストン、少なくとも１つのシール、少なくとも１つの軸受け面、およびモジュールフレームを含み、
前記モジュールフレームの外側面は、軸方向軸受けの作動により生ずる支持力を直接、軸方向軸受けから該削岩機の本体へ伝達する少なくとも１つの固定支持部材を備え、
該削岩機の本体は、少なくとも前記軸方向軸受けにおいて連結面のない一体部品であることを特徴とする削岩機。
請求項１に記載の削岩機において、前記モジュールフレームは、該削岩機の本体に型締めで緊締されていることを特徴とする削岩機。
請求項１または２に記載の削岩機において、
前記モジュールフレームはスリーブ状部品であり、
該モジュールフレームの外縁は少なくとも１つの固定用ブラケットを有し、
該削岩機の本体は少なくとも１つの固定用ショルダを有し、
該固定用ブラケットは、前記軸方向軸受けモジュールを前記軸方向における定位置へ押してその長手方向軸を中心に限度角まで回転させた後、前記固定用ショルダ内へ固定されるように配設されることを特徴とする削岩機。
前記請求項のいずれかに記載の削岩機において、前記削岩機の本体は単一の一体部品であることを特徴とする削岩機。
請求項１ないし３のいずれかに記載の削岩機において、
前記削岩機の本体は少なくとも２つの本体部分で形成され、該本体部分はそれらの間にある連結面で相互接続され、
前記軸方向軸受けモジュールは、該削岩機の本体を分解せずに一部品として定位置に脱着可能であることを特徴とする削岩機。
前記請求項のいずれかに記載の削岩機において、
前記軸方向軸受けモジュールは、前記ドリルシャンクの方向から定位置に一部品として脱着可能であり、
前記モジュールフレームの支持部材は、前記軸方向軸受けにより生じ前記ストローク方向に作用する軸方向の力を直接、該削岩機の本体に伝達するように配設されることを特徴とする削岩機。
請求項１ないし５のいずれかに記載の削岩機において、
前記軸方向軸受けモジュールは、前記ドリルシャンクとは反対の方向から定位置に一部品として脱着可能であり、
前記モジュールフレームの支持部材は、前記軸方向軸受けにより生じ戻り方向に作用する軸方向の力を直接、該削岩機の本体に伝達するように配設されることを特徴とする削岩機。
前記請求項のいずれかに記載の削岩機において、
前記軸方向軸受けは少なくとも２つの連続した軸方向軸受けモジュールを含み、該モジュールは前記本体内の空間に軸方向の装着方向に配設され、
最後に装着される最外側の軸方向軸受けモジュールは、他方の軸方向軸受けモジュールを前記軸方向における定位置に固定するように配設され、
前記最外側の軸方向軸受けモジュールのモジュールフレームは少なくとも１つの支持部材を有し、該支持部材は、前記連続した軸方向軸受けモジュールの作動により生ずる支持力を該軸方向軸受けモジュールの装着方向とは反対の方向から前記本体に伝達するように配設されることを特徴とする削岩機。
少なくとも１つの圧力媒体作動式軸方向ピストンを含み、該ピストンによって削岩機のドリルシャンクが該削岩機の本体に対して軸方向に所定の行程長でストローク方向に向けて押され、これによって前記ドリルシャンクの衝撃面は、応力パルスを受けるのに必要な軸方向の位置で設定可能な削岩機の軸方向軸受けモジュールにおいて、
該軸方向軸受けモジュールは、少なくとも１つの軸方向ピストン、少なくとも１つのシール、少なくとも１つの軸受け面、およびモジュールフレームを含み、
該軸方向軸受けモジュールは、前記削岩機内へ一部品として定位置に脱着可能な一体部品であり、
前記モジュールフレームは、スリーブ状部品であり、その外縁にあって該軸方向軸受けモジュールを単独で前記削岩機に緊締する少なくとも１つの固定用ブラケットを含むことを特徴とする軸方向軸受けモジュール。