NO325112B1 - Anordning ved fjellboringsapparat - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for å bytte en borekomponent i et fjellboringsapparat innbefattende en bærer og en bom anordnet manøvrerbart til denne, til hvilken bom det manøvrerbart anordnet er en boreenhet, der boreenheten innbefatter minst en boremaskin, en matebjelke og mateanordninger, hvis anordning videre innbefatter minst et komponentmagasin for oppbevaring av borekomponentene som er nød-vendige ved boring og en bytteenhet for håndtering av borekomponentene mellom komponentmagasinet og boreenheten.

Store belastninger påføres en borkrone som benyttes ved boring (herunder fjellboring), og som et resultat av dette, må borkronen i blant nødvendigvis byttes på grunn av slit-tasje og mulig skade på denne. En borkrone i god stand er nødvendig for effektiv fjellboring. I en kjent løsning, er borkronens bytteapparat med sitt magasin anordnet ved boreenheten. I EP 0.819.820 beskrives en maskin for horisontal boring som er en anordning for bytting av en borekomponent. Bytteapparatet med sitt magasin er anordnet ved boreenheten. Løsningen har imidlertid den ulempen at boreenhetens vekt og ytre dimensjoner nødvendigvis øker ved bruk av en slik løsning, hvorved håndteringen av boreenheten er vanskelig og sikten til den gjenstanden som bores er dårlig. En tung struktur krever en robust bom og tunge anordninger for å bevege boreenheten, og disse faktorene forøker naturligvis utstyrets produksjonskostnader. Videre er det vanskelig å vedlikeholde utstyret og definere dets innstillinger når borkronemagasinet og bytteenheten er anordnet tett ved matebjeiken. I tillegg er det besværlig å fjerne brukte borkroner og bringe nye til magasinet. Videre er det ikke i alle tilfeller mulig å lagre mange nok borkroner i boreenheten, da magasinets vekt og ytre dimensjoner begrenser antall borkroner. Det har blitt utviklet utstyr for å løse de ovennevnte problemer, der i slikt utstyr borkronene allerede er festet til endene av borestengene og anordnet til et magasin på en bærer. Problemet med disse løsningene er at stanghåndteringsanordningene krever flere frihetsgrader for å være i stand til å bevege borestangen med sin borkrone fra magasinet og til boreenheten. Løsningen krever dermed styring av komplekse bevegelser og bruken av kostbare og lite robuste komponenter i krevede boreforhold. Et annet problem med løsningen er at fordi borkronene er festet til borestengene, er håndtering av disse vanskelig på grunn av deres store størrelse og vekt. I tillegg opptar magasinet mye rom.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny anordning for erstatning eller bytting av borkrone eller annen borekomponent ved en boremaskin, der den foreliggende oppfinnelse også løser problemene ved den kjente teknikk.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at komponentmagasinet er anordnet til en bærer eller bom, adskilt fra boreenheten, og at anordningen innbefatter anordninger for å drive boreenheten til en på forhånd definert posisjon og beliggenhet i forhold til komponentmagasinet for å bytte borekomponenten.

Oppfinnelsens essensielle ide er at boreenheten med sin boremaskin og mateutstyr drives til en på forhånd bestemt posisjon og sted i forhold til komponentmagasinet for bytting av borekomponenten. På denne måte, er den relative beliggenhet av komponentmagasinet og boreenheten drevet til en bestemt bytteposisjon, nøyaktig kjent. Bytteenheten anordnes fortrinnsvis for å dreie i forhold til bæreren eller bommen, hvorved den er i stand til å bevege borekomponentene som byttes mellom boreenheten og magasinet. Den essensielle ide ved en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er at bytteenheten og komponentmagasinet er anordnet til bommen, hvorved bommens bevegelser ikke affiserer den relative posisjonen til bytteenheten, komponentmagasin og boreenheten drevet til bytteposisjonen. Den essensielle ide ved en andre foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er at posisjoneringsbevegelsene til bytteenheten er begrenset mekanisk.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige kravene 2 til 8.

Den foreliggende oppfinnelse frembyr det fortrinn at bytting av borkronen ikke fordrer komplekse bevegelser av bytteenheten, hvorved bytteenheten kan lages strukturelt sett enkel og samtidig pålitelig. Dette medfører at produksjonskostnadene og driftskostna-dene for bytteenheten er lave. Ingen komplekse eller feilsensitive sensorer eller sty-ringsapparater eller en nøyaktig styring av bevegelsene, er ikke lenger nødvendigvis påkrevet. De enkle bevegelsenes bevegelseshastigheter kan gjøres ganske store, dermed tydelig forkorte den tiden som er nødvendig for å bytte borkronen. Den aktuelle løs-ningen frembyr det ytterligere fortrinn at når bytteenheten og komponentmagasinet er anordnet til bæreren eller bommen, tilfører de ikke vekt og ytre dimensjoner på boreenheten, og gjør dermed håndtering av utstyret lettere, gir videre en bedre sikt til boreste-det og gjør det i tillegg mulig å utforme boreenhetens strukturer og drev mindre og samtidig mindre kostbare. På den annen side, tillater en lokalisering av komponentmagasinet til bommen eller bæreren bruken av et større magasin eller flere magasiner, for på den måten å fremby lengre uforstyrret operasjonstid for boreenheten.

Oppfinnelsen vil nå beskrives i ytterligere detalj i samband med de medfølgende teg-ninger, der: Figurene la og lb viser skjematiske riss av fjellboringsapparatet til hvilket anordningen ifølge oppfinnelsen for å bytte en borekomponent er anvendt, og Figurene 2a og 2b viser skjematiske riss av prinsippet ved å installere et borestøvsrør benyttet ved fjellboring. Figur la viser et svært forenklet riss av en del av et fjellboringsapparat der anvendelsen av løsningen ifølge oppfinnelsen er spesielt fordelaktig. Det skal bemerkes at i denne anvendelsen viser en borekomponent ikke bare til borkroner, men også, f.eks., til bo-restøvsrør beskrevet senere i figurene 2a og 2b og anordningene som er nødvendig for deres installasjon, så vel som til andre mulige komponenter nødvendige ved boring og som håndteres av bytteenheten. Fjellboringsapparatet vist i figuren innbefatter en ma-nøvrerbar bærer 1 med sin styrekabin 2 og nødvendig tilhørende anordninger og appara-ter. En bom 4 som kan heves og senkes ved hjelp av en hydraulisk sylinder 3 er anordnet til bæreren 1. Bommen 4 er fortrinnsvis gaffelformet, dvs. den innbefatter to bjelker anordnet i bærerens 1 lengderetning med en avstand fra hverandre, som kan heves mot bakken ved boring og tilsvarende løftes opp idet minste når boreutstyret flyttes. Av hensyn til illustrasjonen, viser figuren kun bommens bakerste bjelke og tverrsnittet av en tverrgående bjelke 4a som sammenkobler bjelkene. En faktisk boreenhet 5 innbefatter minst en boremaskin 7, en matebjelke 6 og andre mateanordninger er anordnet til bommen 4, fortrinnsvis nær dennes frie ende. I figuren er boreenheten delvis angitt med en stiplet linje. Boremaskinen 7 mates ved hjelp av hydrauliske sylindere, f.eks. i matebj eikens 6 lengderetning. Boreenheten 5 kan beveges på mange ulike måter i forhold til bommen 4. For det første kan hele boreenheten dreies med en hydraulisk motor, f.eks. i retningen A i forhold til en horisontal første akse 8. Videre kan den løftes og senkes i retningen B ved hjelp av et løfteapparat 9 i boreenheten, så som en hydraulisk sylinder. Boreenheten kan også vippes fremover og bakover i forhold til bommen 4 i retningen C vist i figuren ved hjelp av en vippende sylinder 10 og, videre vippes i boremaskinens

tverretning D ved hjelp av andre vippesylindere som her ikke er vist av illustrative hensyn. Ved hjelp av den ovennevnte bevegelsesanordningene, kan boreenheten føres på en ønsket måte, hvorved den kan benyttes for å bore hull på en allsidig måte i f.eks. tak,

vegger eller gulv i tunneler. Fastholdelse av boreenheten i posisjonen, kan sikres ved å presse separate understøttelsesanordninger mot overflaten som bores ved boring. Videre, kan fjellbolting eller ladeutstyr anordnes til matebj eiken, som kan beveges til det

borte hull ved indeksering f.eks. umiddelbart etter at borkronen med borestangen er flyt-tet til side. For borestenger som er nødvendige ved forlengelsesstangboring, er et stang-

bormagasin 11 fortrinnsvis anordnet til boreenheten, fra hvilket stenger fortløpende kan forbindes med hverandre ved hjelp av egnede automatiske anordninger og til hvilke borestengene som frakobles borestangsystemet tilsvarende kan lagres på en måte som er kjent.

Ved forlengelsesboring, byttes normalt en sløv borkrone når det påbegynnes et nytt hull, fordi forlengelsesstangkombinasjonen allikevel må demonteres. Når borkronen skades ved boring, demonteres forlengelsesstengene og boreenheten beveges eller drives til bytteposisjonen. Etter at borkronen er erstattet, kan boringen av det ufullstendige hullet i de fleste tilfeller fortsettes, i hvilket tilfelle boreenheten drives ved hjelp av bomsty-ringsautomatikk tilbake til borehullet.

Borkronebyttingen eller erstatningen er nå i henhold til oppfinnelsen anordnet på en slik måte at et komponentmagasin 12 er anordnet til bommen for borkronene som skal erstattes, hvis magasin fortrinnsvis kan dreies om sin akse i retningen E og til hvilket magasin borkroner eller andre nødvendige komponenter kan oppbevares på en enkel måte. Andre typer magasiner, så som kjedelignende magasiner kan naturligvis benyttes etter ønske. Magasinet vist i figuren kan i sin enkleste form være laget av et skiveformet legeme 13 på hvilkens omkrets tapper eller tilsvarende fremspring 14 er anordnet, til hvilke komponentene 15 kan anordnes ved hjelp av deres indre hull. På denne måten er det lett å gripe komponentenes ytre omkrets med en gripeanordning på bytteenheten eller annet tilsvarende håndteringsapparat. Magasinet 12 er fortrinnsvis anordnet i rommet mellom gaflene på bommen 4, der det er trygt for støt og der det, på den annen side, på ingen som helst måte hindrer sikten eller øker fjellboringsapparatets ytre dimensjoner. Fordi magasinet 12 ikke er anordnet til boreenheten, kan magasinet gjøres større, hvorved flere komponenter enn tidligere passer inn i dette. Videre, i henhold til ideen ifølge oppfinnelsen, er en bytteenhet 16 anordnet til fjellboringsapparatet, der bytteenheten er en slags manipulator i stand til å bevege borekomponenter 15 mellom komponentmagasinet 12 og boreenheten 5. Boreenheten drives til en på forhånd bestemt bytteposisjon for bytte av komponenter. I moderne fjellboringsanordninger, er det kjent å bruke automatiske (f.eks. nummeriske) styringsanordninger for å rette og styre bommen og boreenheten automatisk i henhold til et nøyaktig konstruert boreprogram. En slik styring kan nå også benyttes når boreenheten drives til bytteposisjon. Fordi komponentmagasinets 12 og boreenhetens 5 relative posisjoner er nøyaktig kjent i bytteposisjonen, og videre fordi boreenheten ved dette punkt allikevel er posisjonert i en fordelaktig posisjon med tanke på bytte, godt innenfor bytteenhetens rekkevidde, trenger bytteenheten 16 nødvendig ikke å bevege seg annet enn i forhold til de to bevegelsesakse-ne, dvs. at et minimum av to frihetsgrader er tilstrekkelig. Figuren viser derfor en bytteenhet innbefattende en arm 17 dreibart leddet til bommen ved sin andre ende, hvis arm kan forlenges og forkortes i retningen F. Ved armens 17 frie ende, er det en gripeanordning 18 for å gripe komponentene som skal håndteres fortrinnsvis om deres ytre omkrets. Bytteenheten 16 kan dreies i forhold til et horisontalt dreieledd 19 i retningen G ved hjelp av en hydraulisk sylinder 20 eller tilsvarende aktuator, for eksempel.

Borekomponenten byttes eller erstattes på en slik måte at borestangkombinasjonen på den vanlige måten demonteres automatisk stang for stang inn i borestangmagasinet. Skrudde ledd benyttes vanligvis mellom stengene slik at leddene kan åpnes ved å dreie boremaskinen. Om nødvendig kan boremaskinen benyttes for å slå fastkilte ledd åpen. Når det siste av borestengene og borkronen ved dens ende er trukket ut av det borede hullet, drives boreenheten 5 til bytteposisjonen for bytting av borkronen ved hvilket trinn dens posisjon, dvs. dens beliggenhet og posisjon, er nøyaktig kjent idet minste i forhold til magasinet 12. Boreenheten drives fortrinnsvis inn i en stående posisjon, i hvilket tilfelle uthentingen av komponenter fra magasinet og anordningen av disse for tilkobling til boreenheten kan foregå uten å forandre gripeanordningens posisjon. Der-som gripeanordningen 18 i bytteenheten 16 gjøres dreibar, kan bytting også utføres når boreenheten drives horisontalt i forhold til bæreren enn i en viss vinkelposisjon. Boreenhetens høyde bør også fortrinnsvis anordnes i bytteposisjonen på en slik måte at bytteenheten kan bytte komponenten på en fordelaktig måte i forhold til bytteenhetens bevegelse. Bytteenhetens dreiende bevegelse begrenses lett ved mekaniske anordninger, f.eks., til en ønsket posisjon i hvilket tilfellet det ikke er behov for særskilte bevegelsesjusteringer eller følere. Bytteenhetsarmens 17 nedre posisjon kan også begrenses mekanisk i forhold til komponentmagasinet 12, i hvilket tilfelle bytteenheten anordnes for å dreie langs en på forhånd bestemt bane mellom dens mekanisk begrensede ytterposisjoner. Videre kan byttingen av armens lengde begrenses mekanisk i de ytterste posisjone-ne ved hjelp av en stang 17a, f.eks., da avstanden mellom bytteenheten og magasinet 12 og også mellom bytteenheten og boreenheten 5 på forhånd er kjent. Når bytteenhetens posisjoneringsbevegelser anordnes så enkelt som mulig på denne måte, uten behov for nøyaktige bevegelsesjusteringer, kan bytteenhetens struktur og operasjon implementeres på en svært enkel måte ved å anvende konvensjonelle komponenter som har vist seg å være pålitelige. Det er således ikke nødvendig å benytte komplekst justerings- og måle-utstyr. I tillegg kan byteenhetens bevegelser være raske.

Bytteenheten bytter eller fjerner borkronen fra borestammen 28 og bringer den til komponentmagasinet, fra hvilket den samtidig tar en ny borkrone og bringer denne til boreenheten. Borekomponenten posisjoneres ved hjelp av bytteenheten i retningen H for bevegelsesaksen til boremaskinens 7 matning, hvorved tilkobling av borekomponenten til borestammen kan utføres ved å dreie boret for å lukke skrueleddet mellom komponenten og stammen. Borkronen beveges ved hjelp av borets matningsbevegelse til enden av matebj eiken, til hvilken anordninger er anordnet for å holde en borkrone bragt til disse, på plass etter at borkronen er frakoblet fra borestammen. Deretter drives boremaskinen tilbake til sin startposisjon, og en forlengelsesstang kan anbringes mellom borkronen og stammen. Så mange forlengelsesstenger som nødvendig for den aktuelle boringen anbringes mellom borkronen og boremaskinen. Det er videre mulig å anordne bytteenheten på en slik måte at den kan føre borkronen direkte til matningsbj eikens en-de for oppbevaring, hvorved operasjonen av utstyret blir raskere.

I tillegg til den løsningen som er vist i figur la, er det mulig å anordne både bytteenheten og komponentmagasinet til bæreren, i hvilket tilfelle lokaliseringen av bytteenheten og magasinet er kjente uavhengig av bommens posisjon. Bytteenheten kan også anordnes til bæreren og magasinet til bommen, eller vice versa. I sistnevnte tilfelle, oppnås bytteenhetens posisjon i forhold til magasinet og de styredata som er nødvendig for å benytte bytteenheten, ved hjelp av f.eks. egnede posisjoneringssensorer. I alle tilfeller, posisjoneres boreenheten i bytteposisjonen i henhold til magasinet. Avhengig av bytteenhetens og magasinets innfestningspunkt, styres bevegelsen av bytteenheten mellom magasinet og boreenheten enten ved hjelp av faste begrensninger eller på basis av in-formasjon frembragt av egnede posisjoneringssensorer.

Figur lb viser en løsning der bytteenheten 16 er anordnet til boreenheten 5. Bytteenheten 16 kan så være leddet med matebjelken 6, f.eks., i hvilket tilfelle den kan bringe

komponenter 15 fra komponentmagasinet 12 og bringe disse direkte til enden av matebjelken for oppbevaring. En borekomponent 15 bragt for oppbevaring ved enden av matebjelken er vist med en stiplet linje. Av illustrative hensyn, viser ikke figuren aktuato-rene som benyttes ved dreining av bytteenheten 16. Denne løsningstypen frembyr det

fortrinn at når en borekomponent 15 bringes for oppbevaring, kan bytteenheten 16 dreies uten noen som helst komplisert styring, da bytteenhetens og oppbevaringsstasjonens relative posisjoner er nøyaktig kjente og hovedsakelig uforanderlige. Videre, fordi boreenheten ifølge den oppfinneriske ide drives til en på forhånd bestemt posisjon og beliggenhet i forhold til komponentmagasinet 12 for bytting av borekomponenten, er bytteenhetens posisjon i forhold til komponentmagasinet i bytteposisjonen også nøyaktig kjent.

Figur 2a viser prinsippet med et borestøvsrør anordnet i et borehull. Oppgaven for bore-støvsrøret 21 er å forhindre at borestøv 22, dvs. steinstøv eller steinspon, som dannes ved boring og bringes opp ved hjelp av et boremedium, strømmer tilbake og ned i det borede hullet ved en nedoverrettet eller nedoverrettet avskrådd boring. Borestøvsrøret danner på en måte en høy krage eller muffe rundt det borede hullet. For å installere bo-restøvsrøret 21, bores et starthull 23 med en borkrone som er større enn det faktiske hullet, hvorpå borestøvsrøret skyves delvis ned i hullet som vist i figur 2b. Borestøvsrø-rets 21 indre diameter er naturligvis laget slik at den faktiske borkronen 24 med forlengelsesstenger 25a til 25c kan skyves gjennom dette for å bore det faktiske borehullet 26. Denne type borestøvsrør installeres typisk manuelt, hvilket er langsomt og vanskelig og dermed ikke egnet for moderne fjellboring. Løsningen ifølge oppfinnelsen frembyr nå også en forbedring for installasjon av borestøvsrør. En borkrone med en større diameter for boring av hullet for borestøvsrøret kan oppbevares i og byttes ut fra komponentmagasinet, og et egnet verktøy for å installere borestøvsrøret kan anordnes på borestammen etter boring av hullet for borestøvsrørete. Deretter henter bytteenheten borestøvsrøret som skal installeres og fører dette til verktøyet som er tilkoblet borestammen, der verk-tøyet er en type stempel ("plunger") 27, og deretter skyves borestøvsrøret 21 som er bragt til stempelet for installasjon inn i hullet 23 ved hjelp av boremaskinens matea-nordning. Stempelet tas så tilbake av bytteenheten og boring fortsetter som vanlig gjennom borestøvsrøret.

Det er mulig å ha mer enn et magasin, f.eks. to: et første magasin for verktøyene, dvs. borkronene og stempelet for borestøvsrøret, og et andre magasin for borestøvsrørene. Magasinene kan være som vist f.eks. i figur la, og de kan anordnes side ved side i rommet mellom bomgaflene som sett fra boremaskinens front. I et slikt tilfelle, er det også et vertikalt dreieledd med bytteenhetens dreieledd 19 slik at bytteenheten også kan dreie i en sideveis retning i forhold til boremaskinsapparatet. Bytteenhetens sideveis bevegelse kan også begrenses i sine ytterposisjoner. På den annen side, kan magasinene anordnes på en slik måte at det magasinet som trengs hver gang for håndtering av komponenten drives til en bestemt beliggenhet der bytteenheten kan håndtere komponentene i magasinet. Denne magasinbeliggenheten er også det punkt ifølge hvilket boreenheten posisjoneres i sin bytteposisjon.

Tegningene og beskrivelsen av disse har kun til hensikt å illustrere den oppfinneriske ide. Oppfinnelsen kan variere hva detaljer angår innenfor omfanget av de vedheftede krav. Således trenger ikke boremaskinens bom eller boreenhet være nøyaktig som beskrevet i figurene, men oppfinnelsen kan anvendes på andre typer fjellborings- eller boreapparater. Videre, til forskjell fra det som er vist i figuren, kan bytteenheten anordnes for kun å dreie horisontalt, i hvilket tilfelle komponentmagasinet kan anordnes til bæreren bak styrekabinen, for eksempel. En erstatning av komponenter med bytteenheten fordrer da i sin enkleste form kun å dreie bytteenheten til en viss horisontal vinkel og forlenge dens arm. Det skal også bemerkes at løsningen ifølge oppfinnelsen kan til-passes andre situasjoner enn kun å erstatte borkroner og lignende ved forlengelsesboring. Anordningen ifølge oppfinnelsen innbefatter således ikke nødvendigvis i det hele tatt et borestangskammer eller det kan være lokalisert et annet sted enn ved boreenheten.

Claims (8)

1. Anordning for bytting eller erstatning av en borekomponent i en boremaskinanordning innbefattende en bærer (1) og en bom (4) anordnet manøvrerbart til denne, til hvilken bom en boreenhet (5) er manøvrerbart anordnet, der boreenheten innbefatter idet minste en boremaskin (7), en matebjelke (6) og mateenheter, og hvis anordning videre innbefatter minst et komponentmagasin (12) for oppbevaring av borekomponenter nødvendi-ge ved boring og en bytteenhet (16) for håndtering av borekomponentene (15) mellom komponentmagasinet (12) og boreenheten (5), karakterisert v e d at komponentmagasinet (12) er anordnet til bæreren (1) eller bommen (4), adskilt fra boreenheten (5), og at anordningen innbefatter anordninger for å drive boreenheten (5) til en på forhånd bestemt posisjon og beliggenhet i forhold til komponentmagasinet (12) for erstatning av en borekomponent (15).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at bytteenheten (16) er anordnet til bæreren (1) eller bommen (4).

3. Anordning ifølge kravene 1 eller 2, karakterisert ved at bytteenheten (16) er anordnet for å dreie i forhold til sitt dreieledd (19) mellom komponentmagasinet (12) og boreenheten (5), at bytteenheten (16) innbefatter en arm (17) som er i stand til å forlenges og forkortes, og at armens frie ende innbefatter en gripeanordning (18) for å gripe borekomponentene.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at komponentmagasinet (12) og bytteenheten (16) er anordnet til bommen (4), hvorved komponentmagasinets, bytteenhetens, og boreenhetens relative posisjon er uavhengig av bommens posisjon.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at bytteenhetens (16) bevegelser begrenses mekanisk i henhold til den relative posisjonen til de på forhånd bestemte bytteposisjonen for boreenheten (5) og komponentmagasinet (12).

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at bytteenheten (16) er anordnet til boreenheten og at bytteenheten (16) er anordnet for å håndtere borekomponenten (15) mellom komponentmagasinet (12) og oppbevaringsstasjonen ved enden av matebj eiken (6).

7. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at komponentmagasinet (12) innbefatter et dreibart skiveformet legeme (13) på hvilket omkrets det er anordnet fremspring (14) eller lignende for innfesting av borekomponentene (15).

8. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at bommen (4) innbefatter to bjelker anbragt i bore-maskinanordningens lengderetning med en avstand fra hverandre og komponentmagasinet (12) og bytteenheten (16) er anordnet mellom bommens bjelker.