JP2013541657A - 削岩リグおよび削岩リグにおける伝動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、削岩リグおよびその伝動方法に関する。削岩リグ(1)は、駆動装置(16)によって鉱山内を移動可能な搬送台(2)を含む。削岩リグは液圧式掘削システム(13)を含み、そのための圧力エネルギーを液圧ポンプ(21)によって発生させる。削岩リグは電気駆動式であり、駆動装置と液圧式掘削システムをともに駆動するように接続された電気モータ(M)を備える。駆動装置に含まれる機械式動力伝達装置および液圧式掘削システムの液圧ポンプは、クラッチ(K)を用いて互いに独立して接続または切断してもよい。
【選択図】図２

Description

発明の背景

本発明は、電気駆動式削岩リグに関するものであり、本削岩リグは可動式搬送台を含み、これには掘削ユニットを有する１つまたは複数の掘削ブームが配設されている。搬送台は駆動装置によって動き、駆動装置は、電気モータと、車輪に駆動力を伝達する機械式動力伝達手段とを備えている。削岩リグは掘削作業用液圧系も含み、これは、液圧ポンプの発生する圧力エネルギーによって掘削作業用アクチュエータを駆動するものである。

また本発明は、削岩リグにおける伝動方法に関するものである。本発明の属する分野については、本願独立請求項の前段に詳細に記載する。

鉱山では、予定した掘削現場で削岩リグを用いてボアホールを穿孔する。ボアホールを穿孔し終えると、削岩リグを次の掘削現場に移動させて新たな扇形穿孔部または切羽を穿孔する。とくに地下鉱山では、電気モータで発生する動力によって移動運転することが有効である。一般に削岩リグでは、液圧式掘削作業用アクチュエータを使用し、これは、液圧式掘削系で作用する圧力エネルギーによって駆動される。液圧は、電気駆動式削岩リグにある電気モータによって駆動される液圧ポンプで発生させる。現行の削岩リグの電気駆動式伝動システムは、搬送台上のかなりの場所をとるうえに、コストがかかることで知られている。

発明の簡単な説明

本発明は、新規で改良された削岩リグ、およびその伝動を行う方法を提供することを目的とする。

本発明に係る削岩リグは、掘削作業用液圧系の液圧ポンプおよび駆動装置の機械式動力伝達装置が少なくとも１つの共通の電気モータを使用して駆動されるように構成され、掘削作業用の液圧系および機械式動力伝達装置をクラッチで個々に接続および切断可能とすることで電気モータによる駆動、非駆動を切り替えることを特徴とする。

本発明に係る方法は、共通の電気モータから液圧式掘削システムの液圧ポンプならびに駆動装置の機械式動力伝達装置に駆動力を伝達し、共通の電気モータで駆動される掘削作業用の液圧系と機械式動力伝達装置の接続、切断を、クラッチを通して個々に制御することを特徴とする。

本発明の概念は、機械式動力伝達装置と液圧式掘削システムの圧力ポンプの両方を同じ電気モータで駆動することにある。また、共通の電気モータから動力伝達装置および液圧ポンプへの動力伝達は、クラッチによって別々に接続、切断できる。

本発明の利点は、移動運転と液圧発生の両面において同じ電気モータを使用することである。その場合、駆動装置と掘削作業用液圧系のそれぞれのための電気モータは不要である。そのため、伝動システムの構造をより簡易にでき、コストも低くできる。また、共通の電気モータを使用することで、かさばる電気モータの数が少なくなるため、伝動システムに属する各要素を容易に搬送台へ配設できる。さらに別の考え得る利点は、電気モータの回転を負荷に応じて従来よりも効果的に制御でき、さらには、削岩リグの稼動時に駆動装置および掘削作業用液圧系の稼動が不要な場合、これらの過度の運転を回避できることである。したがって、電池駆動式の削岩リグではとくに重要事項である電力の節約が可能である。全体としての節電によるコスト削減も、大きな利点である。

一実施例における基本概念によれば、電気モータの回転子の第１の端部が動力伝達装置を駆動するように構成し、回転子の第２の端部が液圧式掘削システムの液圧ポンプを駆動するように構成する。この適用例は、あまり場所をとらないような伝達方式を提供する。

一実施例における基本概念によれば、伝動システムは１つまたは複数の入力軸を有する動力分割ギアを含み、これに共通の電気モータが接続されている。液圧式掘削システムの１つまたは複数の液圧ポンプは、機械式動力伝達装置の伝達部と同様に、動力分割ギアの出力軸に接続されている。動力分割ギアは、これに接続された部材に駆動出力自体を伝達するように構成してよく、あるいは、これに接続された各要素ごとに異なる伝達装置を有していてもよい。

一実施例における基本概念によれば、削岩リグが２つ以上の電気モータを含み、各モータは駆動装置および液圧式削岩システムに共通である。電気モータは、直列に相互接続させてもよく、または動力分割ギアの入力軸に接続させてもよい。このような適用法により、負荷の必要に応じて、１つまたは複数の電気モータを同時に使用できる。各電気モータの効率や特性は同じでもよく、あるいは異なっていてもよい。

一実施例における基本概念によれば、掘削作業用液圧系および動力伝達装置に共通の電気モータの電力定格は、掘削作業用液圧系に必要な動力を考慮して決める。走行に必要な電力は掘削作業用液圧系に必要な電力よりも明らかに低いため、電気モータの定格は走行用には高すぎる。走行時、電気モータは低い電力で作動させてもよい。

一実施例における基本概念によれば、掘削作業用液圧系と動力伝達装置に共通の電気モータの動力および回転速度は、周波数変換器で制御する。インバータ駆動によって、電気モータをいわゆるソフト運転してもよい。

一実施例における基本概念によれば、少なくとも、電気モータで液圧ポンプのみを駆動する場合は、掘削作業用液圧系および動力伝達装置に共通の電気モータを一定の回転速度で回転させる。

一実施例における基本概念によれば、掘削作業用液圧系の液圧ポンプおよび動力伝達装置が共通の電気モータで別々に駆動されるように接続可能である。削岩リグの制御ユニットは制御プログラムを有していてもよく、移動運転中は、これに従って掘削作業用液圧系の液圧ポンプをオフにする。そのため、移動運転中、液圧発生に電力を消費しない。これに対し、移動運転が終わり、削岩リグが掘削現場に配置されると、掘削作業中の機械式動力伝達装置の使用をクラッチによって解除してもよい。この適用例により、使用していない機能に電力を消費させない一方で、共通の電気モータの全出力を主要な機能に使用できる。

一実施例における基本概念によれば、掘削作業用液圧系および動力伝達装置を共通の電気モータによって別々に、また同時に駆動するように接続可能である。この適用法は、例えば搬送台を動かした際に削岩リグの位置決めをするのに利用してもよく、またそれと同時に、例えばブームを所期の方向に動かしてもよい。さらに、鉱山の狭い坑道内を運転する場合、移動運転中にブームの向きを変えることも可能である。

一実施例における概念によれば、削岩リグは少なくとも１つの圧縮機を含んでいる。圧縮機に必要な駆動力は、駆動装置および掘削作業用液圧系に共通の電気モータで発生させる。圧縮機のオン・オフの切替えはクラッチで行う。この適用法により、圧縮機用に電気モータを別途設けなくてもよく、ここでもまた、共通の電気モータを利用する。通常の移動運転時は、圧縮機の使用をオフにする。

一実施例における概念によれば、削岩リグは、下り坂運転用に位置エネルギーを圧力エネルギーに変換する機構を備えている。長時間の下り坂運転では、搬送台の位置エネルギーが運動エネルギーに変わる。搬送台の減速は、機械式伝達装置を通して回転運動を動力分割ギアなどに伝達させることで行ってもよく、さらに、発電機として用いられる電気モータへ動力分割ギアから回転運動を伝達させてもよい。また、下り坂運転期間中、掘削作業用液圧系の１つ以上の液圧ポンプを作動させることも可能であり、必要に応じて、圧縮機も作動させてもよい。作動させた装置およびシステムは、下り坂運転で放出されたエネルギーを受け取ることができ、そのため、従来の減速システムを過負荷状態にすることなく、長時間の下り坂運転の動態が改善できる。

一実施例における概念によれば、削岩リグの駆動エネルギーをエネルギー貯蔵部から得る。エネルギー貯蔵部は、１つ以上の電池を含んでもよい。

一実施例における概念は、削岩リグの駆動エネルギーを鉱山の電気系統から得ることである。その場合、削岩リグは給電ケーブルおよび巻取装置を備える。

本発明のいくつかの実施例を添付図面においてより詳細に説明する。
鉱山の掘削現場に配置される電気駆動式削岩リグを概略的に示す。 １台の共通電気モータの回転子を接続して、駆動力を機械式動力伝達装置および掘削用液圧系の液圧ポンプに伝達する伝動システムを概略的に示す。 １台の共通電気モータを配設して動力伝達装置および２台の液圧ポンプを駆動する伝動機構を概略的に示す。 電気モータをダイビングギアに接続して、そこから駆動力を動力伝達装置、複数の液圧ポンプならびに圧縮機に分配する伝動機構を概略的に示す。 動力分割ギアを通して液圧ポンプおよび動力伝達装置を駆動するように構成された２台の共通電気モータを含む伝動機構を概略的に示す。 直列に連結された２台の電気モータを接続して動力伝達装置および１台の共通液圧ポンプを駆動する伝動機構を概略的に示す。 本発明に関する動作および機能を示す流れ図である。 さらに別の伝動機構を概略的に示す。

各図において、本発明のいくつかの実施例は明確化のために単純化して示す。各図にわたって、同様の部分は同様の参照番号で示す。

発明のいくつかの実施例の詳細な説明

図１は、掘削ユニット４が装備された掘削ブーム3a、3bを１本以上備えた可動式搬送台２を含む削岩リグ１を示す。掘削ユニット４は、送り装置７によって送りビーム５上を移動可能な削岩機６が装備された送りビーム５を含んでもよい。削岩機６は、衝撃パルスを工具９に発生させる打撃装置８と、工具９を回転させる回転装置10とを含んでもよい。削岩機６はさらに、フラッシング装置を備えていてもよい。図示したブーム3aとこれブームに配設された掘削ユニット４は、トンネルまたは同様の掘削現場の切羽11にボアホールを穿孔するためのものである。あるいは、ブームとこれに配設された掘削ユニットは、岩窟の天井部および壁に扇形状のボアホールを穿孔するように設計してもよい。また、削岩リグ１は、削岩機６も有するロックボルト打設装置12を備えたブーム3bを含んでいてもよい。削岩リグ１は、掘削作業用液圧系13を含み、これは、液圧ポンプ21、液圧チャネル、タンク、およびバルブなど所要の制御手段を含んでいる。少なくとも、掘削ブーム3a、3bを動かすのに必要なブーム用アクチュエータ15、打撃装置８、回転装置10、および削岩機６の送り装置７は、液圧式掘削システム13に接続してもよい。液圧ポンプ21は、電気モータMによって駆動される。

削岩リグ１は、１つまたは複数の制御ユニットCを含み、これは削岩リグ１の各システムを制御するように構成されている。制御ユニットCは、コンピュータ、または本目的に適した処理装置、プログラム可能論理回路もしくは何らかの他の制御装置を含む同様の制御装置でよく、これは、少なくとも１つの制御プログラムが設定可能であり、これに従って単独で、もしくは操作者と協働して制御を行うものである。

削岩リグ１は、掘削現場Pに配置されて１つまたは複数のボアホールを穿孔する。一般に掘削は、あらかじめ作成した掘削パターンに従って行われる。掘削現場Pで予定された作業が終了すると、削岩リグ１は、掘削現場Pを離れて次の掘削現場へ、あるいは例えば点検のために別の場所へ移動運転される。削岩リグ１には駆動装置16が設けられ、これは燃焼機関を備えていない、つまり燃焼機関フリーである。代わりに、駆動装置16は機械式伝動装置を備え、これを使用して電気モータMの生み出す動力を１つ以上の車輪19に伝達する。電気モータMは、液圧式掘削システム13に共通のものである。電気モータMは変速機17に連結されていてもよく、ここからシャフトまたは同様の伝達部材18を介して回転力を車輪に伝達する。移動運転に要するエネルギーはエネルギー貯蔵部Bに貯蔵してもよく、これは例えば電池でよい。

電気モータMは減速用に使用することもできる。長時間の減速では、電気モータMは発電機として機能し、例えば鉱山の坑道坂路を下る際に、搬送台２の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。生成された電気エネルギーは、エネルギー貯蔵部Bに貯蔵して回収する。使用しきれなかった余剰電気エネルギーは、制動用抵抗器20にて熱エネルギーに変換してもよい。さらに、削岩リグ１は制御装置Sを備えていてもよく、これは周波数変換器を含み、これにより駆動装置と液圧ポンプの両方を使用時に、電気モータMの回転を無段階調整してもよい。また、電動システムは電流の制御に必要な他の電気制御装置を含んでいてもよい。この適用例において周波数変換器とは、電気駆動モータの回転速度を無段階に制御可能な制御手段のことである。周波数変換器はインバータでよく、もしくは直流−交流変換器でもよく、これにより電気モータの回転を制御する。

図２は電気モータMを１台のみ含む伝動機構を示し、電気モータは機械式動力伝達装置16および液圧式掘削システム13の液圧ポンプ21で必要な駆動力を生成する。電気モータMの回転子Rの第１の端部は、クラッチKを介して駆動装置16の変速機17に接続してよい。回転子Rの第２の端部は、クラッチKを介して液圧ポンプ21に接続してよい。これにより、きわめて小型の伝動システムを実現できる。制御ユニットCは制御装置Sを制御してもよく、これにより制御装置は電気モータMを制御してもよい。さらに、制御ユニットCはクラッチKも制御してもよく、それにより、必要に応じて駆動力を駆動装置16と掘削作業用液圧系13とに交互に伝達してもよく、または必要に応じて同時に両方に動力を伝達することができる。

図３に示す適用例は、掘削作業用に２つの液圧系13a、13bが設けられている点以外、図２に示すものと同じである。本方式は、例えば、掘削ブームが２本設けられている場合に適用できる。各掘削ブームとそれに配設された掘削ユニットは、それ用の液圧式掘削システムを有していてもよい。電気モータMはクラッチを通して動力分割ギア22を作動させるように構成され、そこから駆動力がクラッチを介して液圧ポンプ21aおよび21bに伝達されてもよい。必要に応じて、クラッチKを用いて、動力分割ギア22を必要に応じて電気モータMから切り離してもよく、さらには、例えばある時間ごとに使用される掘削ブームに応じて液圧ポンプ21aおよび21bのオン・オフを行ってもよい。動力分割ギア22は、電気モータMの回転力を所定の伝達比で液圧ポンプ21a、21bに伝達する構成でもよい。液圧ポンプ21aおよび21bそれぞれへの伝達は、均等でもよく、あるいは、例えば液圧式掘削システムの数や必要な動力に応じて異なってもよい。

図４は、電気モータMを動力分割ギア23の入力軸24に接続する適用法を示す。動力分割ギア23は、クラッチKを介して駆動力を出力軸25に伝達し、さらに液圧式掘削システムの液圧ポンプ21a〜21cに伝達し、また場合によって圧縮機26にも伝達する。さらに動力分割ギア23の出力軸25には、フラッシングウォータポンプまたは巻取装置などの他の補助的装置を配設してもよい。図４に示す伝動機構は長時間の下り坂運転に用いられ、車輪19からの駆動力を動力分割ギア23に伝達し、さらには電気モータMに伝達し、これは、減速機として機能すると同時に、電力を発生させてエネルギー貯蔵部Bを充電する。余剰電力は、制動用抵抗20で熱に変化してもよい。また、１台または複数の液圧ポンプ21および圧縮機26を接続して、下り坂運転時にクラッチKによって作動させてもよい。

図５に示す適用例は、動力分割ギア23が２つの入力軸24を含み、各軸に電気モータM1およびM2が接続されている点が図４の方式と異なっている。電気モータM1およびM2は、効率が異なっていても同じであってもよい。駆動装置および液圧式掘削システムに共通の電気モータM1およびM2は、例えば負荷に応じて、別々に、または並行して作動するように接続してもよい。

図６は、２台の共通電気モータM1およびM2を直列に連結する適用法を示し、これらは別々に、または並行して作動するように接続してもよい。電気モータM1およびM2の回転子は、ノンスリップ連結部によって機械的に相互接続してもよい。また、図６の機構では、１台の液圧ポンプ21が２つの液圧回路13a、13bを用いて掘削用の圧流体に所要の圧力を与えるように構成されている。

図７は簡単な流れ図を用いて、削岩リグの動作および使用、ならびに伝動に関する各種機能や特性を示している。これらの詳細については、本願にてすでに述べたとおりである。

動力伝達装置に関し、図８に示す方式は、前述の伝動機構とは異なるものである。機械的伝動に代わって、図８の機構は静圧伝動を含むものである。その場合、動力分割ギア23の出力軸25の少なくとも１つには、動力伝達用の液圧ポンプ27を連結して、これによって動力伝達装置用の液圧を生じさせる。この液圧によって１台以上の液圧駆動式モータ28を駆動して、１つ以上の車輪に駆動力を与える。液圧駆動式モータ28は、例えばハブモータでよく、これは車軸に接続配設するか、あるいは、液圧駆動式モータ28から駆動力を軸などの機械的伝達手段29を介して車輪19に伝達してもよい。電気削岩リグの伝動機構は、図８に示すように、液圧式掘削システムの液圧ポンプおよび駆動装置の液圧ポンプが少なくとも１台の共通電気モータによって駆動されるように構成され、駆動力がクラッチによって液圧式掘削システムの液圧ポンプおよび駆動装置の液圧ポンプに別々に接続可能であることを特徴とする。そのため、各液圧ポンプは、作動状況に応じて、別々に、または同時に作動できる。なお、同様のタイプの静圧駆動伝達装置を、図１〜図３、図５および図６に示した機械式駆動装置に代わって適用してもよい。

場合によっては、本願で開示した各機能は、他の機能に関係なくそれ自体で使用してもよい。反対に、必要であれば、本願に開示した各機能を合成して、さまざまな組合せにしてもよい。

図とその関連説明は、本発明の概念を例示を企図しているにすぎない。本発明の細部は、特許請求の範囲内において変更してもよい。

Claims (8)

1. 複数の車輪(19)を備え搬送台(2)を動かす搬送台(2)と、
   少なくとも１つのブーム用アクチュエータ(15)によって前記搬送台(2)に対して可動な少なくとも１つの掘削ブーム(3)と、
   送りビーム(5)、該送りビーム(5)に支持され少なくとも打撃装置(8)および回転装置(10)を含む削岩機(6)、ならびに該削岩機(6)を前記送りビーム(5)上で移動させる送り装置(7)を含む少なくとも１つの掘削ユニット(4)と、
   次の掘削作業用アクチュエータ、すなわち前記打撃装置(8)、前記回転装置(10)、前記送り装置(7)、前記ブーム用アクチュエータ(15)のうちの少なくとも１つを駆動する圧力エネルギーを有する、少なくとも１つの液圧ポンプ(21)を含む液圧式掘削システム(13)と、
   少なくとも１つの電気駆動式モータおよび該モータから前記車輪(19)に駆動力を伝える機械的動力伝達手段を備えた駆動装置(16)とを含む電気駆動式削岩リグにおいて、
   前記液圧式掘削システム(13)の液圧ポンプ(21)および前記駆動装置(16)の機械式動力伝達装置は、少なくとも１つの共通電気モータ(M)によって駆動されるように配設され、
   前記液圧式掘削システム(13)および機械式動力伝達装置は、クラッチ(K)で個々に接続および切断可能とすることで前記電気モータ(M)による駆動、非駆動を切り替えることを特徴とする削岩リグ。
2. 請求項１に記載の削岩リグにおいて、前記電気モータ(M)は回転子(R)を含み、該回転子の第１の端部は前記動力伝達装置を駆動するよう接続され、第２の端部は前記液圧式掘削システム(13)の液圧ポンプ(21)を駆動するよう接続されていることを特徴とする削岩リグ。
3. 請求項１に記載の削岩リグにおいて、該削岩リグ(1)は、少なくとも１つの入力軸(24)および少なくとも１つの出力軸(25)を有するギアボックス(23)を含み、
   前記電気モータ(M)は、前記ギアボックス(23)の入力軸(24)に連結されて駆動力を該ギアボックス(23)に伝達し、
   前記動力伝達装置および前記液圧式掘削システム(13)の液圧ポンプ(21)は、変速機(17)の出力軸(25)に連結されて前記電気モータ(M)の駆動力を受けることを特徴とする削岩リグ。
4. 前記請求項のいずれかに記載の削岩リグにおいて、該削岩リグは、少なくとも２つの電気モータ(M1、M2)を含み、該電気モータは前記駆動装置(l6)および前記液圧式掘削システム(13)に共通であることを特徴とする削岩リグ。
5. 前記請求項のいずれかに記載の削岩リグにおいて、
   該削岩リグは少なくとも１つの圧縮機(26)を含み、
   該圧縮機(26)は、前記液圧式掘削システム(13)と前記駆動装置(16)に共通の前記電気モータ(M)によって駆動されるように接続され、
   前記圧縮機(26)への駆動力の伝達の接続および切断は、クラッチ(K)によってそれぞれ行われることを特徴とする削岩リグ。
6. 少なくとも１つの電気駆動式モータを含む駆動装置(16)によって電動削岩リグ(1)の搬送台(2)を動かし、
   前記モータの発生した駆動力を機械式動力伝達手段によって前記搬送台の車輪(19)に伝達し、
   掘削作業において掘削作業用アクチュエータを使用して岩盤にボアホールを穿孔し、
   少なくとも１つの液圧ポンプ(21)を少なくとも１つの電気モータで駆動して、圧力エネルギーを液圧式掘削システム(13)に供し、
   該液圧式掘削システム(13)の圧力エネルギーによって、次の掘削作業用アクチュエータ、すなわち打撃装置(8)、回転装置(10)、送り装置(7)、ブーム用アクチュエータ(15)のうちの少なくとも１つを駆動する電動削岩リグ(1)における伝動方法において、該方法は、
   共通の電気モータ(M)から前記液圧式掘削システム(13)の液圧ポンプ(21)および前記駆動装置(16)の機械式動力伝達装置に駆動力を伝達し、
   前記共通の電気モータ(M)によって駆動される該液圧式掘削システム(13)および機械式動力伝達装置の接続および切断を、クラッチ(K)を使用してそれぞれ制御することを特徴とする電動削岩リグにおける伝動方法。
7. 請求項６に記載の方法において、移動運転における下り坂期間に前記液圧式掘削システム(13)を接続して、前記削岩リグ(1)の位置エネルギーを圧力エネルギーに変換することを特徴とする方法。
8. 請求項６または７に記載の方法において、前記共通の電気モータ(M)の回転速度および動力を周波数変換器によって無段階で調整することを特徴とする方法。
   

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