用于岩石钻孔的设备、岩石钻机和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于岩石钻孔的设备、岩石钻机和方法。该设备包括转动装置(TD)，该转动装置(TD)用于围绕钻具的纵向轴线移动钻具(8)。借助于交替转动系统(ATS)控制转动移动(T)，使得转动移动的方向连续地反向至第一转动方向和第二转动方向。所述钻具的转动角度受到限制，并且安全系统(SS)被构造用以监视操作并且保证不超过预定的转动角度。

【技术实现步骤摘要】
用于岩石钻孔的设备、岩石钻机和方法
本专利技术涉及一种用于岩石钻孔的设备。该设备包括岩石钻孔机和可连接到岩石钻孔机的钻具。岩石钻孔机包括用于在钻孔期间围绕钻具的纵向轴线移动钻具的装置。本专利技术进一步涉及一种岩石钻机和用于钻孔的方法。本专利技术的领域在独立的权利要求中被更具体地限定。
技术介绍
在岩石钻孔中借助于布置到岩石钻机的岩石钻孔机将钻孔钻至岩石材料或土壤。可以在矿场、采石场、建设工作场所钻出钻孔并且钻孔可以是爆破孔、加固孔或具有任何其它目的的钻孔。在钻孔期间，钻孔机围绕钻具的纵向轴线旋转钻具。岩石钻孔机的旋转的钻具和旋转的机器部件可能引起纠缠(entanglement)和对于钻机的严重伤害。通常，通过防止在操作期间接近旋转部件或在人员进入危险区域之前停止旋转移动而注意对岩石钻孔单元的旋转部件的保护。已知的措施则是防止接近或在人员进入危险区域之前停止移动。固定的防护器以及其它物理保护装置诸如包围钻孔单元的危险旋转部件的保护罩可以提供适当的保护，但是它们也有一些缺点。保护罩等增加了钻孔单元的重量，增加了成本并降低了可视性。监视危险的钻孔区域的访问控制系统的缺点是：它们不提供足够的可靠性。因此，当前的解决方案具有一些问题并且它们不提供对于在不妨碍钻孔的生产率的情况下保护钻机的满意的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供新颖的并且改善的设备、岩石钻机和用于岩石钻孔的方法。根据本专利技术的设备的特征在于，以独立的第一设备权利要求中所公开的特征为特征。根据本专利技术的岩石钻机的特征在于，以独立的第二设备权利要求中所公开的特征为特征。根据本专利技术的方法的特征在于，以独立的方法权利要求中所公开的特征为特征。公开的解决方案的思想是：一种包括岩石钻孔机的设备，该岩石钻孔机设置有用于围绕钻具的纵向轴线移动钻具的转动装置。转动装置借助于一个或多个交替转动系统被控制，使得转动装置被构造用以重复地使钻具的移动的方向反向。因此，在钻孔期间，钻具具有重复地可变的转动方向。换言之，交替转动系统允许钻具在第一转动方向上并且相应地在第二转动方向上交替地移动，并且此外，交替转动系统被构造用以将第一转动移动和第二转动移动的大小限制为低于一个或多个预定的最大极限值。因此，公开的设备仅在两个转动方向上产生钻具的所允许的预定的转动移动。此外，设备包括一个或多个单独的安全系统。该一个或多个单独的安全系统用于保证钻具的所实现的转动移动的大小不超过所允许的预定的最大转动移动。安全系统可以相对于转动装置独立地操作。公开的解决方案的优点是：它提供了对于岩石钻孔机和钻具的转动部件的简单和廉价的保护。因为没有对于物理保护盖诸如保护罩的需要，所以没有可视性障碍存在。此外，公开的解决方案不增加钻孔机的重量。应当注意，在实际测试中，与传统的旋转钻孔相比，钻具的交替转动移动的使用不降低钻孔的生产率。相反，由于交替转动移动，钻具的摩损更加均匀地分布，并且由于此，与其中钻具在一个方向上连续转动的传统的钻孔相比，钻具的使用寿命可以更长。此外，因为交替转动系统、实现的交替转动移动、或它们两者可以在持续的监视下，所以公开的解决方案是安全的。根据实施例，公开的系统防止钻具在两个移动方向上的旋转。在两个转动方向上的所允许的预定的转动移动限制了转动移动，使得在正常钻孔期间，钻具不执行几圈完全的旋转。由于产生的转动移动重复地交替，所以在第一移动期间可能纠缠(entangled)的物件将在随后的第二移动期间在不引起严重的伤害的情况下被移除。根据实施例，在两个转动方向上的所允许的预定的转动移动低于360°，或优选地在300°至360°之间。因此，钻具从不执行一圈完全的旋转，而是仅按照预定的角度移动而转动。因为钻具不旋转甚至一圈单个的旋转，所以不存在对于旋转的机器部件的纠缠的危险。根据实施例，交替转动系统被构造用以在第一转动方向上和相应地在第二转动方向上在不产生一圈完全的旋转的情况下控制转动装置重复地使移动的方向反向。根据实施例，公开的设备被构造用以为钻具产生对称的交替转动移动。此外，产生的转动移动在第一转动方向上和第二转动方向上具有相同或基本相同的大小。换言之，在两个移动方向上的转动角度相等。可以借助于交替转动系统控制对称的交替转动移动和它们的大小。根据实施例，公开的设备被构用以产生几个转动循环，每个转动循环包括在第一转动方向上和第二转动方向上转动有限的转动角度。转动循环中的转动角度在两个方向上具有相同的大小。因此，每个转动循环的净转动角度为零。在钻孔期间，连续地执行几个转动循环。连续的转动循环的转动角度可以具有不同的大小，由此钻具围绕纵向轴线的角度位置被连续地改变。这样，可以增加钻孔效率，因为在钻具的远端处的钻头可以在每个转动循环之后影响到新的未破碎的岩石材料。根据实施例，公开的设备被构造用以产生钻具的非对称的交替转动移动。此外，产生的转动移动在第一转动方向和第二转动方向上具有不同的大小。换言之，实现变化旋转角度的使用。可以借助于例如交替转动系统而控制在两个方向上的非对称交替转动移动和转动角度根据实施例，至少一个安全系统相对于所述至少一个交替转动系统和转动装置在操作上是独立的而且是主导的。根据实施例，所述至少一个安全系统物理地与所述至少一个交替转动系统和转动装置分开。根据实施例，所述至少一个安全系统被构造用以监视岩石钻孔机的操作并且被构造用以响应于监视而保证所实现的转动移动的大小总是低于所允许的预定的转动移动。根据实施例，转动装置是马达，该马达在结构上能够在第一方向和第二方向上产生连续的旋转。在此实施例中，转动装置是结构上能够产生旋转的旋转装置或转动马达，因而它和具有能够仅产生有限的转动运动并且因此其本身提供安全的内部结构的解决方案不同。此外，传动诸如齿轮传动也可以在结构上能够传递连续的旋转。因此，安全系统是单独的系统并且不是马达或传动的一部分。根据实施例，设备包括一个或多个安全系统，该一个或多个安全系统被构造用以监视钻具的转动移动保持低于设定的最大转动值。此外，安全系统被构造用以响应于检测到超过设定的最大转动值而立即停止转动移动。除此之外，安全系统可以监视转动装置和交替转动系统的操作状况，并且可以响应于检测到所监视的装置和系统的操作故障而立即终止操作。由于钻具的立即停止和设备的终止操作，可以有效地防止危险的异常状态。例如，可以执行立即停止终止转动装置的操作电力的馈送。根据实施例，安全系统相对于交替转动系统在操作上是独立的并且是主导的。安全系统可以包括一个或多个感测装置和其本身的处理装置，由此该安全系统不依赖于交替转动系统的装置。此外，由安全系统作出的指令和动作相对于正常操作系统的控制指令可以是优先的。根据实施例，安全系统监视交替转动系统的操作并且响应于所检测到的交替转动系统的操作中的偏差而停止转动装置的操作。这样，安全系统通知交替转动系统是否失效，并且进一步，安全系统可以防止转动装置的进一步操作，直到系统被修复为止。根据实施例，安全系统被构造用以终止钻具的转动移动，以便防止超过预定的最大转动大小。例如，转动移动可以被机械地限制。在交替转动系统失效的情况中，安全系统保证钻具的转动移动如所期望地保持并且没有安全问题产生。安全系统可以包括一个或多个机械止动器，该一个或多个机械止动器用于防止钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于岩石钻孔的设备，其中，所述设备包括岩石钻孔机(6)和纵向钻具(8)，所述纵向钻具(8)能够连接到所述岩石钻孔机(6)；并且所述岩石钻孔机(6)包括转动装置(TD)，所述转动装置(TD)用于围绕所述钻具(8)的纵向轴线移动所述钻具(8)；并且所述设备包括至少一个交替转动系统(ATS)，所述至少一个交替转动系统(ATS)用于控制所述转动装置(TD)重复地使所述钻具(8)的移动的方向反向并且由此在第一转动方向上且相应地在第二转动方向上产生所允许的预定的转动移动(T)；其特征在于：所述设备进一步包括至少一个单独的安全系统(SS)，所述至少一个单独的安全系统(SS)被构造用以相对于所述转动装置(TD)独立地保证所实现的所述转动移动(T)的大小总是低于所允许的预定的转动移动。

【技术特征摘要】
2015.09.15 EP 15185213.41.一种用于岩石钻孔的设备，其中，所述设备包括岩石钻孔机(6)和纵向钻具(8)，所述纵向钻具(8)能够连接到所述岩石钻孔机(6)；并且所述岩石钻孔机(6)包括转动装置(TD)，所述转动装置(TD)用于围绕所述钻具(8)的纵向轴线移动所述钻具(8)；并且所述设备包括至少一个交替转动系统(ATS)，所述至少一个交替转动系统(ATS)用于控制所述转动装置(TD)重复地使所述钻具(8)的移动的方向反向并且由此在第一转动方向上且相应地在第二转动方向上产生所允许的预定的转动移动(T)；其特征在于：所述设备进一步包括至少一个单独的安全系统(SS)，所述至少一个单独的安全系统(SS)被构造用以相对于所述转动装置(TD)独立地保证所实现的所述转动移动(T)的大小总是低于所允许的预定的转动移动。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述安全系统(SS)被构造用以监视所述交替转动系统(ATS)的操作；并且所述安全系统(SS)被构造用以响应于检测到的所述交替转动系统(ATS)的操作的偏差来停止所述转动装置(TD)的操作。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述转动装置(TD)是压力介质操作的转动致动器；所述交替转动系统(ATS)包括至少一个控制阀(14)，所述至少一个控制阀(14)用于控制所述转动致动器的压力介质端口中的当前压力，从而响应于所述控制阀(14)的操作而使所述转动致动器的转动方向反向；并且所述设备的所述安全系统(SS)被构造用以监视所述控制阀(14)的操作。4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于：所述安全系统(SS)包括至少一个电子监视元件，所述至少一个电子监视元件被布置为与所述控制阀(14)连接，用于监视所述控制阀(14)的操作。5.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的设备，其特征在于：所述岩石钻孔机(6)的所述转动装置(TD)是压力介质操作的马达。6.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的设备，其特征在于：所述岩石钻孔机(6)的所述转动装置(TD)是液压马达(15)；所述转动装置(TD)借助于压力管道(11)连接到液压回路(10)；所述交替转动系统(ATS)包括至少一个控制阀(14)，所述至少一个控制阀(14)用于控制所述压力管道(11)中的压力介质流；所述安全系统(SS)包括至少一个额外的第二液压马达(19)，所述至少一个额外的第二液压马达(19)连接到至少一个所述压力介质管道(11)，由此所述第二液压马达(19)与所述液压转动装置(TD)串联连接；并且所述额外的第二液压马达(19)的所实现的转动移动的大小机械地受到限制，由此所述额外的第二液压马达(19)被构造用以防止所述转动装置(TD)超过所允许的预定的转动移动。7.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的设备，其特征在于：所述安全系统(SS)包括至少一个感测装置(SD)，所述至少一个感测装置(SD)用于检测所产生的被引导至所述钻具(8)的转动移动(T)的转动角度；所述安全系统(SS)设置有至少一个最大转动角度极限；并且所述安全系统(SS)被构造用以响应于检测到超过所述最大转动角度极限而停止转动。8.根据前述权利要求1至7中的任一项所述的设备，其特征在于：所述安全系统(SS)包括至少一个感测装置(SD)，所述至少一个感测装置(SD)用于检测所述钻具(8)或钻柄(9)的所实现的转动移动；所述安全系统(SS)被构造用以基于检测数据计算所述钻具(8)的所实现的转动角度的大小；所述安全系统(SS)设置有至少一个最大转动角度极限；并且所述安全系统(SS)被构造用以响应于检测到超过所述最大转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尔诺·维塔涅米，伊尔卡·拉赫德尔马，托米·基维涅米，马尔蒂·莱斯基宁，麦卡·胡伊克拉，
申请(专利权)人：山特维克矿山工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI