CH681824A5

CH681824A5 -

Info

Publication number: CH681824A5
Application number: CH1137/90A
Authority: CH
Inventors: Rauno Rajala; Pauli Rajakallio
Original assignee: Tampella Oy Ab
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1993-05-28
Also published as: AU5229090A; BR9001590A; SE9001246D0; CA2013711A1; FI86008C; FI86008B; SE506255C2; IT9067247A1; FI891655A0; CA2013711C; FR2646464B1; SE9001246L; AU619668B2; AT396962B; FR2646464A1; US5121802A; NO901549L; DE4011083A1; IT1240166B; ZA902595B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Schlagleistung einer hydraulisch betriebenen Gesteinsbohrmaschine, bei welchem Verfahren Druckflüssigkeit gleichzeitig einer Schlageinrichtung und durch ein Druckreduzierelement einer Vorschubeinrichtung zugeführt wird, und wobei die Schlagleistung durch Regelung des Drucks der zur Schlageinrichtung fliessenden Druckflüssigkeit geregelt wird.

Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens, weiche eine Druckflüssigkeitspumpe, eine Schlageinrichtung und eine Vorschubeinrichtung, deren Einlasskanal an einen Druckkanal der Pumpe angeschlossen ist, und wenigstens ein zwischen dem Druckkanal der Pumpe und der Vorschubeinrichtung gekoppeltes Druckreduzierelement aufweist, damit der Druck der der Vorschubeinrichtung zuzuführenden Druckflüssigkeit niedriger als der Druck des Druckkanals der Pumpe geregelt werden kann.

Bei bekannten Gesteinsbohrmaschinen und ihren Bedienungseinrichtungen ist der Schlagdruck der Gesteinsbohrmaschine auf einen bestimmten Wert fest geregelt, und der Vorschub der Bohrmaschine wird durch Regelung des Drucks des Vorschubmechanismus je nach der zu bohrenden Steinsorte geregelt, was oft Schwierigkeiten verursacht.

Wenn der Vorschubdruck dem Schlagdruck gegenüber zu klein ist, wobei die Vorschubgeschwindigkeit kleiner ist als die erforderliche oder zulässige Vorschubgeschwindigkeit, wird ein Schlagpuls nicht ordentlich längs einer Bohrstange auf den zu bohrenden Stein übertragen, sondern verursacht Erschütterung an der Bohrstange und auch an den übrigen Geräten. Die Erschütterung wird allmählich in Wärme umgewandelt, wobei der grösste Temperaturanstieg an Gewindeanschlüssen der Bohrstangen oder dergleichen geschieht und somit besonders diese einer unnötigen Beanspruchung aussetzt. Daraus folgt, dass die Bohrgeräte beschädigt respektive schneller als gewöhnlich abgenutzt werden können, was ihre Lebensdauer verkürzt und die Anwendungskosten der Geräte entsprechend erhöht. Gleichzeitig wird die Eindrin-gungsgeschwindigkeit eines Bohrers in das Gestein kleiner, und die zum Bohren einer bestimmten Lochlänge zu gebrauchende Zeit wird länger und erhöht somit die Bohrungskosten. Die Erschütterung setzt auch alle anderen mechanischen und hydraulischen Komponenten der Bohrgeräte einer extra Beanspruchung aus und verursacht mit der Zeit unnötigen Bedarf an Wartung und Reparatur.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren und eine solche Anordnung zur Regelung der Bohrung einer Gesteinsbohrmaschine zustandezubringen, mittels deren obenangeführte Schwierigkeiten vermieden werden und die Bohrung je nach den Umständen möglichst gut ausgeführt werden kann. Das erfindungsge-mässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Druckflüssigkeit mit einer druckgesteuerten Volumenstrompumpe zugeführt wird, dass der Volumenstrom der Pumpe durch einen Druck zwischen der Vorschubeinrichtung und dem Druckreduzierelement gesteuert wird und dass das Verhältnis der Drücke der zu der Schlageinrichtung und Vorschubeinrichtung zu leitenden Druckflüssigkeiten mittels eines mit der Vorschubeinrichtung in Serie geschalteten Druckregelelements wesentlich konstant geregelt wird.

Die wesentliche Idee der Erfindung ist, dass das Verhältnis zwischen dem Schlagdruck und dem Vorschubdruck dadurch wesentlich konstant gehalten wird, dass der Schlagdruck proportional zu dem Vorschubdruck geregelt wird, wobei die Leistung eines Schlagpulses direkt gemäss dem von dem Vorschub vorausgesetzten Druckniveau und durch Anwendung einer druckgesteuerten Volumenregelpumpe zur Zuführung von Druckflüssigkeit geregelt wird, wobei der Volumenstrom dieser Pumpe auf der Basis des Vorschubdrucks geregelt wird, und dabei verursachen Änderungen im Vorschubdruck, wenn die Schlagleistung proportional zu dem zum Schlagmechanismus fliessenden Volumenstrom ist, ähnliche Änderungen im Schlagdruck und halten den Schlagdruck und somit die Schlagleistung proportional zu dem Vorschubdruck.

Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine druckgesteuerte Volumenregelpumpe ist, dass der zur Vorschubeinrichtung leitende Druckflüssigkeitskanal zwischen dem Druckreduzierelement und der Vorschubeinrichtung an den Steuerdruckkanal der Pumpe angeschlossen ist und dass sie wenigstens ein Druckregelelement aufweist, das an den Einlasskanal der Vorschubeinrichtung in Serie damit geschaltet ist, und zwar zum Halten des Drucks der zu der Schlageinrichtung zu leitenden Druckflüssigkeit wesentlich in konstantem Verhältnis zu dem im Einlasskanal der Vorschubeinrichtung wirkenden Druck.

Die wesentliche Idee der erfindungsgemässen Anordnung ist, dass der Einlasskanal des Vorschubmotors an den Steuerdruckkanal der druckgesteuerten Volumenregelpumpe angeschlossen ist, wobei der Volumenstrom der Pumpe auf der Basis des Vorschubdrucks des Vorschubmotors geregelt wird, und dass sie ein Druckregelelement aufweist, das das Verhältnis zwischen dem Schlagdruck und dem Vorschubdruck wesentlich konstant hält.

Die Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Kupplungsausführung und

Fig. 2 schematisch eine zweite erfindungsgemässe Kupplungsausführung.

Fig. 1 zeigt eine von einem nicht gezeigten und an sich bekannten Motor betriebene Volumenstromre-gelpümpe 1 mit einem Stromregelzylinder 2 und einem federbelasteten Gegenzylinder 3. Weiter ist an der Pumpe ein druckgesteuertes, proportionales Regelventil 4 montiert. Die Pumpe 1 ist gekoppelt, Druckflüssigkeit aus einem Druckflüssigkeitsbehälter 5 zu saugen und sie weiter einem Druckkanal 6 zuzuführen. Der Druckkanal 6 ist mit einer Schlagein5

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richtung 7 gekoppelt, deren Funktion und Konstruktion an sich allgemein bekannt sind und in diesem Zusammenhang nicht genauer erläutert werden. Die aus der Schlageinrichtung 7 zurückkehrende Druckflüssigkeit wird durch einen Rücklaufkanal 8 in den Druckflüssigkeitsbehälter 5 zurückgeleitet. Der Druckkanal 6 der Pumpe 1 ist ferner durch eine Drossel 9 mit einem Proportionalventil 10 gekoppelt, aus dem die Druckflüssigkeit zu einer Vorschubeinrichtung 11 weitergeleitet wird, die gewöhnlich ein Vorschubmotor ist, aber kann auch irgendeine andere Vorschubeinrichtung, wie ein Druckflüssigkeitszylinder oder dergleichen, sein. Die aus dem Vorschubmotor 11 abfliessende Druckflüssigkeit wird wieder durch den Rücklaufkanal 8 in den Druckflüssigkeitsbehälter 5 geleitet. Zwischen der Drossel 9 und dem Proportionalventil 10 wird der Druck des Druckflüssigkeitskanals längs eines Steuerkanals 12 durch eine zweite Drossel 13 zu einem proportionalen Druckbegrenzungsventil 14 und daraus weiter zu dem druckgesteuerten, proportionalen Regelventil 4 geleitet. An der einen Seite des proportionalen Druckbegrenzungsventils 14 wird die Druckflüssigkeit durch den Rücklaufkanal 8 in den Druckflüssigkeitsbehälter 5 geleitet.

Während der nicht gezeigte Motor die Pumpe 1 in einer an sich bekannten Weise dreht, kommt im Druckkanal der Pumpe Druck vor, wobei die fliessende Druckfiüssigkeit veranlasst, dass die Schlageinrichtung 7 betätigt wird und der Vorschubmotor 11 die Bohrmaschine in einer bekannten Weise vorwärtsschiebt. Wenn die Verhältnisse die ganze Zeit konstant bleiben, bleibt der Druck im Steuerkanal 12 auch konstant und somit wird die Funktion der Pumpe 1 nicht von aussen gesteuert. Dabei halten der Stromregelzylinder 2 und der federbelastete Gegenzylinder 3, die normalerweise zu der Pumpe 1 gehören, den Volumenstrom der Pumpe 1 automatisch so, dass der Druck des Druckkanals 6 konstant bleibt. Die Struktur und Funktion der Pumpe 1 und dieser zu der Pumpe fest gehörenden Komponenten sind an sich allgemein völlig bekannt und werden deshalb hier nicht ausführlicher erläutert.

Unter fortgesetzt konstanten Verhältnissen fliesst die Druckflüssigkeit durch die erste Drossel

9 aus dem Druckkanal 6 heraus, wobei an der Drossel 9 ein Druckverlust geschieht. Weiter fliesst die Druckflüssigkeit durch das Proportionalventil 10 zu dem Vorschubmotor 11, wobei im Proportionalventil

10 ein vorausbestimmter Druckverlust unabhängig von der Strömung geschieht und somit beim Vorschubmotor 11 ein Druck herrscht, der um den gemeinsamen Druckverlust der Drossel 9 und des Proportionalventils 10 kleiner ist als der Druck im Druckkanal 6 und an der Schlageinrichtung 7. Der Druck der Schlageinrichtung 7 wird mittels des proportionalen Druckbegrenzungsventils 14 geregelt, das den höchsten im Kanal 12 herrschenden Druck einstellt. Durch Regelung des Druckbegrenzungsventils 14 kann der Druck im Kanal 12 geändert werden und in entsprechender Weise der Volumenstrom der Pumpe 1 und somit der Druck im Druckkanal 6 und an der Schlageinrichtung 7 erhöht oder gesenkt werden. Der Regler des Druckbegrenzungsventils 14 und der Regler des Proportionalventils 10 sind so miteinander gekoppelt, dass bei zunehmendem Regeiwert des Druckbegrenzungsventils, d.h. wenn der Wert des Höchstdrucks im Steuerkanal 12 wächst, der Regelwert des Proportionalventils 10 entsprechend kleiner wird, wobei bei darüber fliessender Druckflüssigkeit ein kleinerer Druckverlust entsteht und der Vorschubdruck des Vorschubmotors 11 grösser wird. Die Regelung der Ventile ist so dimensioniert, dass die Drücke des Vorschubmotors 11 und der Schlageinrichtung 7 im linearen Verhältnis zueinander sind, d.h. dass ihr Verhältnis wesentlich konstant ist.

Wenn eine Bohrkrone beim Bohren beispielsweise einen weichen Stein oder eine Höhlung, eine Kluft oder dergleichen trifft, wobei die dem Vorschub widerstehende Kraft und somit der Druck des Vorschubmotors 11 sinken, so folgt daraus zugleich, dass der Druck zwischen dem Proportionalventil 10 und der Drossel 9 sinkt. Weil die Drossel 9 eine schnelle Strömung der Druckflüssigkeit zu dem Vorschubmotor und somit ein schnelles Vorwärtsstürzen des Vorschubs des Vorschubmotors 11 verhindert, so bringt eine Drucksenkung mit sich, dass der Druck des Steuerkanals 12 entsprechend sinkt und die Lage des Regelventils 4 und dadurch den Volumenstrom der Pumpe 1 schnell kleiner regelt. Bei abnehmendem Volumenstrom sinkt zugleich der Druck im Druckkanal 6 entsprechend und somit sinkt der Schlagdruck der Schlageinrichtung 7 schnell bei abnehmendem Vorschubdruck, und es ist nicht möglich, dass eine dem Vorschub gegenüber zu hohe Schlagleistung entsteht und in Wärme umgewandelt wird. Wenn die Bohrkrone wieder einen Stein oder die Oberfläche eines Steins nach normalen Verhältnissen trifft, nimmt der Druck an der Einlassseite des Vorschubmotors 11 von neuem und entsprechend der Druck zwischen dem Proportionalventil 10 und der Drossel 9 zu, bis er den Druckwert erreicht, auf den das Druckbegrenzungsventil 14 geregelt ist. Bei zunehmendem Druck zwischen dem Ventil 10 und der Drossel 9 steigt der Druck im Steuerkanal 12 entsprechend an und regelt mittels des Regelventils 4 den Volumenstrom der Pumpe 1 grösser, bis er sich auf das ursprünglich von dem geregelten Schlagdruck vorausgesetzte Niveau stellt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schlagdruck auf eine bestimmte obere Grenze nicht begrenzt ist, sondern der Schlag und der Vorschub so miteinander gekoppelt sind, dass unter einem vorausbestimmten Druckverhältnis eine Druckzunahme des Vorschubmotors den Druck der Schlageinrichtung erhöht respektive eine Druckabnahme ein Sinken des Drucks der Schlageinrichtung zustandebringt. Die Figur zeigt ebenfalls ein Regelventil 15 der Schlageinrichtung, mittels dessen sie in und ausser Betrieb gesetzt werden kann, und ein Regelventil 16 des Vorschubmotors, mittels dessen der Vorschubmotor gekoppelt werden kann, die Bohrmaschine vorwärts oder rückwärts zu verschieben oder sie ganz zu stoppen. Die Funktion und Struktur dieser Ventile sind an sich bekannt und werden deshalb nicht genauer erläutert. In dieser Ausführungsform wird ausschliesslich das proportionale

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Druckdifferenzregelventil 10 benutzt, das gekoppelt ist, eine zum Vorschubdruck proportionale Druckdifferenz zwischen dem Schlagdruck und Vorschubdruck zu halten. Bei dieser Lösung verursacht eine Änderung des Vorschubdrucks, wenn die Regelventile 15 und 16 in normaler Betriebsstellung sind, eine Änderung der Volumenströmung bei der Pumpe 1 in einer der Lösung der Fig. 1 entsprechenden Weise so, dass der Druck im Druckkanal 6 der Pumpe 1 und somit bei der Schlageinrichtung 7 in einem bestimmten Verhältnis zu dem Vorschubdruck des Vorschubmotors bleibt. Bei der Lösung der Fig. 2 kann das Verhältnis zwischen dem Schlagdruck und dem Vorschubdruck durch Ändern des Regelwerts des proportionalen Druckdifferenzventils 10 geregelt werden. Wenn dagegen das zu benutzende Schlagdruckniveau geregelt werden soll, muss es so ausgeführt werden, dass die Vorspannung der Feder des Regelventils 4 des Volumenstromreglers der Pumpe geregelt wird.

Oben in der Beschreibung sind nur exemplifikato-rische Ausführungsformen der Erfindung angeführt worden, und die Erfindung ist keineswegs darauf beschränkt. Die wesentliche Idee der Erfindung kann so angewendet werden, dass in verschiedenen Weisen regelbare Volumenstrompumpen und verschiedene Kupplungen zur Identifizierung der Drücke und zum Anschliessen des Steuerdrucks an die volumenstromgeregelte Pumpe verwendet werden. In den Figuren und in der Beschreibung werden an sich allgemein verwendete verschiedene Regel- und Steuerventile sowie Druckbegrenzungsventile oder dergleichen auch nicht angeführt, mittels deren die Anwendung der Anordnung in einer anderen Weise gesteuert und geschützt werden kann, weil diese für die Erfindung nicht wesentlich sind. Eine Verwendung solcher Steuer-, Regel- und Schutzkupplungen weder beschränkt die Erfindung irgendwie noch vermindert ihren Schutzumfang. Die erfindungsgemässe Lösung kann natürlich auch anders, wie z.B. zur Steuerung des Bohrarms und der Komponenten einer Bohrmaschine, verwendet werden, damit die Bewegungsverhältnisse gewisser Bewegungen proportional zueinander gehalten werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Schlagleistung einer Schlageinrichtung (7) einer hydraulisch betriebenen Gesteinsbohrmaschine, bei welchem Verfahren Druckflüssigkeit gleichzeitig der Schlageinrichtung (7) und durch ein Druckreduzierelement (9) einer Vorschubeinrichtung (11) zugeführt wird, und wobei die Schlagleistung durch Regelung des Drucks der zu der Schlageinrichtung (7) fliessenden Druckflüssigkeit geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Druckflüssigkeit mit einer druckgesteuerten Volumenstrompumpe (1) zugeführt wird, dass der Volumenstrom der Pumpe (1) durch einen Druck zwischen der Vorschubeinrichtung (11 ) und dem Druckreduzierelement (9) gesteuert wird und dass das Verhältnis der Drücke der zu der Schlageinrichtung (7) und Vorschubeinrichtung (11) zu leitenden Druckflüssigkeiten mittels eines mit der Vorschubeinrichtung (11) in Serie geschalteten Druckregelelements (10) wesentlich konstant geregelt wird.

2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, welche eine Druckflüssigkeitspumpe (1), eine Schlageinrichtung (7) und eine Vorschubeinrichtung (11), deren Einlasskanal an einen Druckkanal (6) der Pumpe (1) angeschlossen ist, und wenigstens ein zwischen dem Druckkanal (6) der Pumpe (1) und der Vorschubeinrichtung (11) gekoppeltes Druckreduzierelement (9) aufweist, damit der Druck der zu der Vorschubeinrichtung (11) zu leitenden Druckflüssigkeit niedriger als der Druck des Druckkanals (6) der Pumpe (1) geregelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine druckgesteuerte Volumenregelpumpe (1) ist, dass der zu der Vorschubeinrichtung (11) leitende Druckflüssigkeitskana! zwischen dem Druckreduzierelement (9) und der Vorschubeinrichtung (11) an den Steuerdruckkanal (12) der Pumpe (1) angeschlossen ist und dass sie wenigstens ein Druckregelelement (10) aufweist, das an den Einlasskanal der Vorschubeinrichtung (11) in Serie damit geschaltet ist, und zwar zum Halten des Drucks der zu der Schlageinrichtung (7) zu leitenden Druckflüssigkeit wesentlich in konstantem Verhältnis zu dem im Einlasskanal der Vorschubeinrichtung (11 ) wirkenden Druck.

3. Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckreduzierelement

(9) eine Drossel (9) ist.

4. Anordnung nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelelement (10) ein regelbares Druckdifferenzventil (10) ist, das zwischen der Drossel (9) und der Vorschubeinrichtung (11 ) gekoppelt ist.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruckkanal (12) der Pumpe (1) zwischen dem Druckdifferenzventil

(10) und der Vorschubeinrichtung (11) gekoppelt ist.

6. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass der Steuerdruckkanal (12) der Pumpe (1) zwischen der Drossel (9) und dem Druckdifferenzventil (10) gekoppelt ist und dass die Anordnung ein regelbares Druckbegrenzungsventil (14) aufweist, das mit dem Steuerdruckkanal (12) der Pumpe (1 ) gekoppelt ist und das den Druck des Steuerkanals (12) und somit den Druck der zu der Schlageinrichtung (7) fliessenden Druckflüssigkeit auf einen vorausbestimmten Maximalwert begrenzt.

7. Anordnung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regler des Druckdifferenzventils (10) und des Druckbegrenzungsventils (14) zusammengekoppelt sind, um gleichzeitig in der Weise geregelt zu werden, dass bei Regelung des Maximaldrucks der zur Schlageinrichtung (7) fliessenden Druckflüssigkeit das Druckdifferenzventil (10) entsprechend so geregelt wird, dass das Verhältnis der Drücke der zur Schlageinrichtung (7) fliessenden Druckflüssigkeit und der zur Vorschubeinrichtung (11) fliessenden Druckflüssigkeit wesentlich konstant bleibt.

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