NO339823B1 - Sensorsammenstilling i en tannhjulsboks for posisjonering - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår en sensorsammenstilling i en tannhjulsboks.

Bakgrunn

I moderne fjellboringsrigger måles posisjonene til borebommene for å kunne bore hullene på korrekt sted i fjellet, muligvis ved anvendelse av automatiske styreinnretninger. Ved måling av en posisjon for et borehull måles vinklene i hvert ledd av borebommene, og eventuelle teleskopbevegelser av disse. En bom har normalt fem til seks ledd, og av denne grunn må målingen utføres med en stor grad av nøyaktighet for å kunne beregne hvor borehullet vil bli boret.

Når tannhjulsbokser anvendes for rotasjon av borebomsleddene måles vinkelen i tannhjulsboksen normalt ved å måle på inngangsmotorakslingen og så multiplisere med utvekslingsforholdet i tannhjulsboksen.

Problemet med å anvende en sensorsammenstilling med bestemmelse av vinkelen i tannhjulsboksen ved å måle på inngangsmotorakslingen i tannhjulsboksen er at den dødgang som vil foreligge i nesten enhver tannhjulsboks ikke vil bli målt, hvilket betyr at ved anvendelser som krever en stor grad av presisjon må det benyttes tannhjulsbokser hvor det ikke foreligger dødgang, noe som medfører at det må anvendes kostbare tannhjulsbokser, idet standard tannhjulsbokser med en dødgang av størrelsesorden 0,3 grader ikke kan aksepteres.

I dokumentet US 6310455 Bl beskrives en tannhjulsboks og sensorsammenstilling tilsvarende det som fremkommer i den innledende delen til krav 1.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Problemet med at en måling på inngangsmotorakslingen i tannhjulsboksen ikke vil kunne måle dødgangen som foreligger i nesten enhver tannhjulsboks, løses i samsvar med oppfinnelsen ved å anordne en sensorsammenstilling i en tannhjulsboks som anvendes for posisjonering, der sensorsammenstillingen omfatter en sensor som er fast i forhold til tannhjulsbokshuset, og der vinkelen mellom tannhjulsbokshuset og utgangsakslingen i tannhjulsboksen måles ved å anvende en aksling som er fastgjort til utgangsakslingen og forbundet med sensoren.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en tannhjulsboks og sensorsammenstilling i tannhjulsboksen anbrakt for å anvendes for posisjonering som angitt i krav 1.

Ved at sensorsammenstillingen omfatter de særtrekk som angis i patentkrav 1, vil det bli tilveiebrakt en sensorsammenstilling som måler vinkelen i tannhjulsboksen, inkludert dødgangen i tannhjulsboksen, noe som gir fordelen med en økt presisjon, samtidig som rimelige tannhjulsbokser med dødgang kan anvendes for måling av en posisjon for et borehull. Videre oppnås en robust sammenstilling, idet ingen målehjul eller separate måletenner vil være påkrevd utenfor tannhjulsboksen.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor, med referanse til de vedlagte tegninger, der:

fig. 1 viser et skjematisk riss av en fjellborerigg,

fig. 2 viser et skjematisk riss av en borebom i en fjellborerigg ifølge fig. 1, og

fig. 3 viser skjematisk en første utførelsesform av en sensorsammenstilling i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Beskrivelse av foretrukne utførelser

Fig. 1 viser skjematisk et riss av en fjellborerigg 2 omfattende en borebom 4, en mateinnretning 6 og et skjærehode 8. Fjellboreriggen 2 kan fjernstyres av en operatør via en kabel (ikke vist) eller ved hjelp av trådløse midler, men den kan også styres av en operatør som befinner seg i et førerhus 10 i fjellboreriggen 2. Operatøren kan styre fjellboreriggen 2 enten manuelt, automatisk eller halvautomatisk. Når operatøren ønsker å foreta en boring av et hull i fjellet 12 ved å anvende fjellboreriggen 2, er det viktig å kunne anbringe skjærehodet 8, dvs. mateinnretningen 6, i korrekt posisjon og med korrekt vinkel i forhold til fjellet 12, for å kunne bore det påkrevde hull, særlig når flere hull bores i fjellet 12 parallelt med hverandre, noe som for eksempel gjøres når det bores en tunnel gjennom et fjell. Fig. 2 viser et skjematisk riss av en borebom 4 i en fjellborerigg 2 ifølge fig. 1. I samsvar med denne utførelsesform har borebommen 4 ha fem rotasjonsfrihetsgrader Zl, Z2, Z4, Z5, Z6, en translasjonsfrihetsgrad Z3 for den teleskopiske del av borebommen 4, og en ytterligere translasjonsfrihetsgrad Z7 for matebevegelsen til den bevegbare mateinnretning 6. Når posisjonen til et borehull bestemmes vil på den ene side vinklene i hvert ledd av borebommen 4 med rotasjonsfrihetsgradene Zl, Z2, Z4, Z5 og Z6 bli målt, og på den annen side vil enhver teleskopbevegelse for borebommen 4 bli målt, dvs. teleskopbevegelse på steder i borebommen 4 med translasjonsfrihetsgrader Z3, Z7. I denne utførelsesform anvendes tannhjulsbokser 14, 16 for rotasjon av to av leddene 3, 5 i borebommen 4, dvs. for å justere vinkelen for de to rotasjonsfrihetsgradene Z4, Z5 for borebommen 4.

Fig. 3 viser skjematisk en første utførelsesform av en sensorsammenstilling ifølge oppfinnelsen. Sensorsammenstillingen omfatter en sensor 20 som er fast i forhold til et tannhjulsbokshus 18, en inngangsaksling 24 i tannhjulsboksen 14, 16, en utgangsaksling 26 i tannhjulsboksen 14, 16, og en aksling 28 som er fastgjort til utgangsakslingen 26, som går gjennom sentrum av tannhjulsboksen 14, 16. I denne utførelsesform er tannhjulsboksen 14, 16 et planetgir, der også et indre solhjul 30, et ytre solhjul 32, planetdrev 34, 36 og en planetdrevbærer 38 er vist på figuren. Akslingen 28 som går gjennom midten av tannhjulsboksene 14, 16 kan fastgjøres til utgangsakslingen 26 ved liming, sveising, eller ved en mekanisk fastgj øring slik som for eksempel ved anvendelse av splinter eller på tilsvarende måte. Alternativt kan akslingen 28 som passerer gjennom midten av tannhjulsboksen 14, 16 være fastgjort til utgangsakslingen 26 ved at disse er fremstilt i ett stykke. I denne utførelsesform er drivmotoren 22 en hulstempelmotor med et sentralt, gjennomgående hull 40 gjennom hvilket akslingen 28 som passerer gjennom midten av tannhjulsboksen 14, 16 kan passere. Som det kan ses på figuren passerer akslingen 28 også gjennom inngangsakslingen 24 i tannhjulsboksen 14, 16. Ved å anvende en kompakt stempelmotor unngås sideveis utraging av drivmotoren 22, hvilket vil være en fordel når drivmotoren 22 skal monteres i en borebom 4. Ved å anvende tannhjulsbokser 14, 16 av den type som angis ovenfor for rotasjon av to av leddene i borebommen 4, dvs. tannhjulsbokser 14, 16 der vinkelen mellom tannhjulsbokshuset 18 og utgangsakslingen 26 i tannhjulsboksen 14, 16 måles ved å anvende en aksling 28 som er fast i forhold til utgangsakslingen 26, og som går gjennom midten av tannhjulsboksen 14, 16, tilveiebringes en sensorsammenstilling som vil kunne måle vinkelen i tannhjulsboksen 14, 16, inkludert dødgangen i tannhjulsboksen 14, 16, og dermed oppnås en høy presisjon i disse leddene når borebommen 4 posisjoneres.

Fig. 4 viser skjematisk en andre utførelsesform av en sensorsammenstilling ifølge oppfinnelsen. Denne utførelsesform skiller seg fra den beskrevet i fig. 3 ved at drivmotoren 22 er anordnet forskjøvet fra sentrum av inngangsakslingen 24 i tannhjulsboksen 14, 16, hvorved to tannhjul 42, 44 er innrettet for overføring av dreiemomentet fra drivmotoren 22 til inngangsakslingen 24 i tannhjulsboksen 14, 16.

Oppfinnelsen angår således en sensorsammenstilling i en tannhjulsboks som anvendes for posisjonering, der sensorsammenstillingen omfatter en sensor 20 som er fast i forhold til tannhjulsbokshuset 18, og der vinkelen mellom tannhjulsbokshuset 18 og utgangsakslingen 26 i tannhjulsboksen 14, 16 måles ved å anvende en aksling 28 som er fastgjort til utgangsakslingen 26 og forbundet med sensoren 20.

Ved posisjonering ved anvendelse av en tannhjulsboks er det viktig å ha endeposisjoner for rotasjonen, slik at slanger og annet utstyr ikke skades. Dette kan gjøres ved å anvende mekaniske stoppinnretninger, men ulempen med dette er at disse må være sterke for å kunne absorbere rotasjonskraften, og ved rotasjoner > 360 grader vil det i praksis være vanskelig å få plass til tilstrekkelige endeposisjons-stoppeinnretninger. Ved å anvende en sensorsammenstilling i overensstemmelse med oppfinnelsen måles vinkelen i tannhjulsboksene som er anordnet på borebommen. Derved kan det tilveiebringes et styresystem som mottar informasjon om den virkelige vinkel og reduserer effekten til motoren i tannhjulsboksen når man nærmer seg en forprogrammert endeposisjon. Ved en trinnvis reduksjon av motoreffekten nær endeposisjonene vil det oppnås en myk stopping, hvilket vil redusere påkjenningene på borebommen. Det vil også være enkelt å justere endeposisj onen, dersom det for eksempel er ønskelig med en liten tillatt rotasjonsvinkel for borebommen, slik at borebommen ikke vil kunne kollidere med for eksempel fjelloverflater ved siden av fjellboreriggen, eller med selve fjellboreriggen, hvilket vil gi en økt sikkerhet. Dette vil være en rimelige måte å danne endeposisj oner på, idet vinkelen allerede er målt for posisjoneringen. Sensorsammenstillingen omfatter således et styresystem som mottar informasjon om den virkelige vinkel i en tannhjulsboks 14, 16, og som reduserer effekten til motoren 22 i tannhjulsboksen 14, 16 når tannhjulsboksen 14, 16 nærmer seg en programmert endeposisj on.

Sensorsammenstillingen ifølge oppfinnelsen er illustrert slik den er anordnet i en tannhjulsboks i en borebom i en fjellborerigg, men den kan også anvendes i andre typer av bore- eller anleggsarbeidsmaskiner der en tilsvarende nøyaktig bevegelse er påkrevd. I de beskrevne utførelsesformer vil vinkelsensoren fortrinnsvis være en enkeltomdreiningssensor, idet en rotasjon på mer enn én omdreining kan medføre brudd på slanger og liknende, men vinkelsensoren kan selvsagt anordnes som en fleromdreiningssensor ved anvendelser der dette er ønskelig.

Claims (7)

1. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling i tannhjulsboksen anbrakt for å anvendes for posisjonering, der sensorsammenstillingen omfatter en sensor (20) som er fast i forhold til et tannhjulsbokshus (18), at vinkelen mellom tannhjulsbokshuset (18) og en utgangsaksling (26) i tannhjulsboksen (14, 16) måles ved anvendelse av en aksling (28) som er fastgjort til utgangsakslingen (26) og forbundet med sensoren (20),karakterisert vedat sensorsammenstillingen omfatter et styresystem som mottar informasjon om den virkelige vinkel i en tannhjulsboks (14, 16) og reduserer effekten til motoren (22) i tannhjulsboksen (14, 16) når tannhjulsboksen (14, 16) nærmer seg en for-prograrnrnert endestilling.

2. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat akslingen (28) som er fastgjort til utgangsakslingen (26) og forbundet med sensoren (20) går gjennom sentrum av tannhjulsboksen (14, 16).

3. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling ifølge krav 2,karakterisert vedat et gir av tannhjulsboksen (14, 16) er et planetgir.

4. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat akslingen (28) som er fastgjort til utgangsakslingen (26) og forbundet med sensoren (20), passerer gjennom et sentralt, gjennomgående hull (40) i tannhjulsboksens drivmotor (22) som er forbundet med inngangsakslingen i tannhjulsboksen (14, 16).

5. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat tannhjulsboksen (14, 16) er anordnet i en bore-eller anleggsmaskin.

6. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat tannhjulsboksen (14, 16) er innrettet til å oppnå rotasjonene for en rotasjonsfrihetsgrad (Z4, Z5) i et ledd (3, 5) i en borebom (4) i en fjellborerigg (2).

7. Tannhjulsboks og sensorsammenstilling ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat utgangsakslingen (26) og akslingen (28) som er fastgjort til utgangsakslingen (26) og forbundet med sensoren (20), er fremstilt i ett stykke.