КАМНЕБУРИЛЬНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ КАМНЕБУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
ROCK-DRILLING UNIT AND METHOD OF ITS MOVING

Группа изобретений относится к камнебурильной установке с электрическим приводом, содержащей подвижную тележку, на которой размещается один или более буровых манипуляторов с буровыми агрегатами. Тележка перемещается с помощью приводного оборудования, которое включает в себя электродвигатель и механическую коробку передач для передачи движущей силы на колеса. Камнебурильная установка также содержит гидравлическую систему для бурения, в которой энергия давления, создаваемая гидравлическим насосом, приводит в действие бурильные исполнительные механизмы.
Кроме того, изобретение относится к способу передачи камнебурильной установки. Область техники, к которой относится изобретение, подробнее описывается в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения заявки.
В шахтах используются камнебурильные установки, с помощью которых скважины бурятся на плановых буровых площадках. По окончании бурения скважин горно-шахтные агрегаты переносятся на новую буровую площадку для бурения нового конуса или забоя. В подземных шахтах, в частности, целесообразно осуществлять промежуточную проходку за счет мощности, создаваемой электродвигателем. Как правило, в камнебурильных установках используются гидравлические бурильные исполнительные механизмы, которые приводятся в действие за счет энергии давления, действующей в гидравлической системе для бурения. Гидравлическое давление создается гидравлическим насосом, который приводится в действие специальным электродвигателем в камнебурильных установках с электрическим приводом. Оказалось, что современные системы передачи с электрическим приводом камнебурильных установок занимают много места на тележке и, кроме того, являются дорогостоящими.
Задачей настоящего изобретения является создание новой и усовершенствованной камнебурильной установки и способа реализации ее передачи.
Камнебурильная установка в соответствии с изобретением отличается тем, что гидравлический насос гидравлической системы для бурения и механическая коробка передач приводного оборудования выполнены с возможностью приведения в действие, по меньшей мере, одним общим электродвигателем; и что и гидравлическая система для бурения, и механическая коробка передач могут независимо друг от друга подключаться и отключаться с помощью муфт сцепления, приводимых и не приводимых в действие электродвигателем.
Способ в соответствии с изобретением характеризуется передачей движущей силы от общего электродвигателя к гидравлическому насосу гидравлической системы для бурения и к механической коробке передач приводного оборудования; и независимым управлением с помощью муфт сцепления соединением и разъединением гидравлической системы для бурения и механической коробки передач, приводимых в действие общим электродвигателем.
Замысел изобретения состоит в том, что один и тот же электродвигатель приводит в движение как механическую коробку передач, так и гидравлический насос гидравлической системы для бурения. Кроме того, передача мощности от общего электродвигателя к механической коробке передач и гидравлическому насосу независимо отключается и подключается с помощью муфт сцепления.
Преимущество изобретения состоит в том, что один и тот же электродвигатель используется как для промежуточной проходки, так и для создания гидравлического давления. В этом случае для приводного оборудования и для гидравлики бурения не нужны специальные электродвигатели. Поэтому конструкция системы передачи может быть проще, а цена может быть ниже. Кроме того, использование общего электродвигателя упрощает размещение компонентов, относящихся к системе передачи, на ходовом механизме, поскольку имеется меньшее число крупногабаритных электродвигателей. Еще одно возможное преимущество состоит в том, что работа электродвигателя может управляться лучше, чем ранее, в соответствии с нагрузкой, и, кроме того, можно также избежать излишней работы приводного оборудования и гидравлики бурения в тех случаях, когда для работы камнебурильной установки не требуется их включение. Таким образом, можно быть сэкономлена электроэнергия, что является важным вопросом, особенно в камнебурильных установках с питанием от аккумуляторной батареи.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что первый торец ротора в электродвигателе выполнен с возможностью приведения в действие коробки передач, а второй торец ротора выполнен с возможностью приведения в действие гидравлического насоса гидравлической системы для бурения. В данной заявке предлагается конструкция трансмиссии, занимающей незначительное место.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что система передачи включает в себя разделительную шестерню, имеющую одну или более входных осей, с которыми соединяется общий электродвигатель. Один или более гидравлических насосов гидравлической системы для бурения соединяются с выходной осью разделительной шестерни, равно как и детали трансмиссии механической коробки передач. Разделительная шестерня может быть предназначена для передачи выходной мощности привода соответственно на соединяемые с ней компоненты, либо она может иметь различные передачи для каждого подключаемого к ней компонента.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что камнебурильная установка содержит два или более электродвигателей, каждый из которых является общим для приводного оборудования и гидравлической системы для бурения. Электродвигатели могут последовательно соединяться друг с другом, либо они могут соединяться с входными осями разделительной шестерни. Благодаря такому применению можно использовать один или более электродвигателей одновременно в соответствии с требуемой нагрузкой. Электродвигатели могут быть одинаковыми или различными в отношении их коэффициента полезного действия и характеристик.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что мощность электродвигателя, общего для гидравлики бурения и коробки передач, рассчитывается с учетом мощности, требуемой для гидравлики бурения. Мощность, требуемая для приведения в действие, несомненно, ниже, чем мощность, требуемая для гидравлики бурения, поэтому для приведения в действие мощность электродвигателя чрезмерно высока. Во время движения электродвигатель может работать на пониженной мощности.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что управление мощностью и скоростью вращения электродвигателя, общего для гидравлики бурения и коробки передач, осуществляется с помощью преобразователя частоты. Благодаря инверторному приводу электродвигатель может иметь так называемый мягкий привод.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что электродвигатель, общий для гидравлики бурения и коробки передач, работает при постоянной скорости вращения, по меньшей мере, в тех случаях, когда электродвигатель приводит в действие только гидравлический насос.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что гидравлический насос гидравлики бурения и коробки передач могут подключаться для несинхронного приведения в действие общим электродвигателем. Блок управления камнебурильной установки может иметь стратегию управления, в соответствии с которой он выключает гидравлический насос гидравлики бурения на время промежуточной проходки, в результате чего во время промежуточной проходки энергия не расходуется на создание гидравлического давления. В связи с этим, когда промежуточная проходка завершена и камнебурильная установка размещена на буровой площадке, механическая коробка передач может быть освобождена от использования во время бурения посредством муфты сцепления. Благодаря такому применению энергия не расходуется на функцию, которая не используется, и, с другой стороны, вся мощность общего электродвигателя может использоваться для выполнения основной функции.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что гидравлический насос гидравлики бурения и коробки передач могут подключаться для несинхронного и, кроме того, синхронного приведения в действие общим электродвигателем. Такое применение может использоваться, например, во время размещения камнебурильной установки при перемещении тележки, и в то же время манипулятор, например, может приводиться в движение в требуемом направлении. Кроме того, во время промежуточной проходки можно поворачивать манипулятор, если проходка, например, осуществляется в узких штольнях.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что камнебурильная установка содержит, по меньшей мере, один компрессор. Требуемая для компрессора движущая сила создается электродвигателем, являющимся общим для приводного оборудования и гидравлики бурения. Компрессор может включаться и выключаться с помощью муфты сцепления. Благодаря такому применению компрессор не обязательно должен иметь специальный отдельный электродвигатель, а в этом случае также используется общий электродвигатель.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что для проходки вниз по склону камнебурильная установка снабжена устройством, в котором потенциальная энергия преобразуется в энергию давления. При проходке вниз по склону большой длительности потенциальная энергия тележки преобразуется в кинетическую энергию. Тележка может замедляться посредством передачи вращательного движения через механическую трансмиссию в разделительную шестерню и т.п., из которой вращательное движение может передаваться далее в электродвигатель, который может использоваться в качестве генератора. Кроме того, на время проходки вниз по склону можно включать один или более гидравлических насосов гидравлики бурения, при этом в необходимых случаях компрессор также может быть включен. Эти включенные устройства и системы могут получать энергию, освобождаемую при проходке вниз по склону, благодаря чему динамика проходки вниз по склону большой длительности может быть улучшена без перегрузки традиционных систем торможения.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что движущая сила камнебурильной установки поступает из накопителя энергии. Накопитель энергии может содержать одну или более аккумуляторных батарей.
Основной замысел одного варианта осуществления состоит в том, что движущая сила камнебурильной установки поступает из энергосистемы шахты. В этом случае камнебурильная установка оснащается кабелем электропитания и намоточным устройством.
Некоторые варианты осуществления изобретения подробно описаны в прилагаемых чертежах, на которых
на фиг.1 схематически показана камнебурильная установка с электрическим приводом, расположенная на буровой площадке в шахте,
на фиг.2 схематически показана система передачи, в которой ротор одного общего электродвигателя соединен для передачи движущей силы с механической коробкой передач и с гидравлическим насосом гидравлической системы для бурения,
на фиг.3 схематически показан узел трансмиссии, в котором один общий электродвигатель выполнен с возможностью приведения в действие коробки передач и двух гидравлических насосов,
на фиг.4 схематически показан узел трансмиссии, в котором электродвигатель соединен с разделительной шестерней, из которой движущая сила распределяется на коробку передач, несколько гидравлических насосов и компрессор,
на фиг.5 схематически показан узел трансмиссии, который содержит два общих электродвигателя, которые выполнены с возможностью приведения в действие гидравлических насосов и коробки передач с помощью разделительной шестерни,
на фиг.6 схематически показан узел трансмиссии, в котором два общих последовательно соединенных электродвигателя подключены с возможностью приведения в действие коробки передач и одного общего гидравлического насоса,
фиг.7 представляет собой схему операций и признаков, относящихся к изобретению, и
на фиг.8 схематически показан еще один альтернативный узел трансмиссии.
На чертежах для ясности некоторые варианты осуществления изобретения показаны в упрощенном виде. Одинаковые ссылочные позиции относятся на чертежах к одинаковым деталям.
На фиг.1 показана камнебурильная установка 1, содержащая подвижную тележку 2, которая снабжена одним или более буровым манипулятором 3а, 3b, оснащенным буровым агрегатом 4. Буровой агрегат 4 может содержать ходовую балку 5, снабженную камнебурильной машиной 6, которая может перемещаться по ходовой балке 5 с помощью подающего механизма 7. Камнебурильная машина 6 может содержать ударный механизм 8 для генерирования ударных импульсов для инструмента 9 и поворотное устройство 10 для поворота инструмента 9. Кроме того, она может содержать промывное устройство. Показанный на чертеже манипулятор 3а и установленный на нем буровой агрегат 4 предназначены для бурения скважин в забое 11 туннеля или в соответствующей буровой площадке. В соответствии с другим вариантом, манипулятор и установленный на нем буровой агрегат могут быть предназначены для бурения конусообразных скважин в потолке и стенах пещеры в скальном грунте. Кроме того, камнебурильная установка 1 может содержать манипулятор 3b, снабженный устройством 12 для постановки анкерной крепи, в котором также имеется камнебурильная машина 6. Камнебурильная установка 1 содержит гидравлическую систему 13 для бурения, которая включает в себя гидравлический насос 21, гидроканалы, резервуар и необходимые средства управления, такие как клапаны и т.п. По меньшей мере, исполнительные механизмы 15, необходимые для перемещения буровых манипуляторов 3а, 3b, ударный механизм 8, поворотное устройство 10 и подающий механизм 7 камнебурильной машины 6 могут соединяться с гидравлической системой 13 для бурения. Гидравлический насос 21 приводится в действие электродвигателем М.
Камнебурильная установка 1 также содержит один или более блоков С управления, которые выполнены с возможностью управления системами камнебурильной установки 1. Блок С управления может представлять собой компьютер или соответствующее устройство управления, содержащее процессор, программируемую логику или иное устройство управления, подходящее для целей, для которых можно установить, по меньшей мере, одну стратегию управления, в соответствии с которой оно осуществляет управление независимо или совместно с оператором.
Камнебурильная установка 1 размещается на буровой площадке Р для бурения одной или более скважин. Как правило, бурение выполняется в соответствии с предварительно намеченной схемой бурения. После выполнения задач, поставленных для буровой площадки Р, камнебурильная установка 1 выполняет промежуточную проходку от буровой площадки Р к новой буровой площадке или куда-нибудь в другое место, например, для обслуживания. Камнебурильная установка 1 снабжена приводным оборудованием 16, которое не включает в себя двигатель внутреннего сгорания, то есть оно не имеет двигателя внутреннего сгорания. При этом приводное оборудование 16 включает в себя механическую трансмиссию, с помощью которой мощность, создаваемая электродвигателем М, передается на одно или более колес 19. Электродвигатель М подобен используемому в гидравлической системе 13 для бурения. Электродвигатель М может быть соединен с редуктором 17, от которого мощность вращения передается через валы или соответствующие элементы 18 трансмиссии на колеса. Энергия, требуемая в промежуточной проходке, может накапливаться в накопителе В энергии, который может представлять собой, например, аккумуляторную батарею.
Электродвигатель М может также использоваться для торможения. При торможении большой длительности электродвигатель М может служить в качестве генератора и преобразовывать кинетическую энергию тележки 2 в электрическую энергию, например, при движении вниз по наклонным подъездным путям в шахте. Генерируемая электрическая энергия может накапливаться в накопителе В энергии и благодаря этому восстанавливаться. Излишняя электрическая энергия, которая не может использоваться, может быть преобразована в тепловую энергию в тормозном резисторе 20. Кроме того, камнебурильная установка 1 может быть оснащена управляющим устройством S, которое может включать в себя преобразователь частоты, благодаря которому вращение электродвигателя М может бесступенчато регулироваться во время использования как приводного оборудования, так и гидравлического насоса. Система электрического привода может дополнительно содержать другие необходимые устройства электрического регулирования для регулирования электрических токов. В данном применении под преобразователем частот имеется в виду средство управления, с помощью которого скорость вращения приводного электродвигателя может регулироваться бесступенчато. Преобразователь частот может представлять собой инвертор или может представлять собой преобразователь постоянного тока в переменный, который управляет работой электродвигателя.
На фиг.2 показана система передачи, которая может содержать лишь один электродвигатель М, генерирующий требуемую движущую силу для механической коробки 16 передач и гидравлического насоса 21 гидравлической системы 13 для бурения. Первый торец ротора R в электродвигателе М может быть соединен через муфту К сцепления с редуктором 17 приводного оборудования 16. Второй торец ротора R может быть соединен через муфту К с гидравлическим насосом 21. Такое применение обеспечивает чрезвычайно компактную систему передачи. Блок С управления может управлять управляющим устройством S, которое, в свою очередь, может управлять электродвигателем М. Блок С управления может дополнительно управлять муфтами К сцепления таким образом, что при необходимости ведущая сила может передаваться поочередно либо на приводное оборудование 16, либо на гидравлику 13 бурения, либо при необходимости мощность может передаваться на оба узла одновременно.
Применение, изображенное на фиг.3, в других отношениях аналогично изображенному на фиг.2 за исключением того, что для бурения имеются две гидравлические системы 13а и 13b. Такое решение может применяться, например, в тех случаях, когда имеются два буровых манипулятора. Каждый буровой манипулятор и каждый установленный на нем буровой агрегат может иметь специальную гидравлическую систему для бурения. Электродвигатель М может быть выполнен с возможностью приведения в действие через муфту сцепления разделительной шестерни 22, от которой движущая сила может передаваться через муфты сцепления на гидравлические насосы 21а и 21b. С помощью муфт К сцепления разделительная шестерня 22 может при необходимости отключаться от электродвигателя М, и, кроме того, гидравлические насосы 21а и 21b могут включаться и выключаться, например, в соответствии с буровым манипулятором, используемым в каждый конкретный момент времени. Разделительная шестерня 22 может быть выполнена с возможностью передачи вращательного усилия электродвигателя М с предварительно заданной передачей на гидравлические насосы 21а и 21b. Передача гидравлических насосов 21а и 21b может быть одинаковой, либо она может быть различной, например, в зависимости от протяжения и требований по мощности гидравлических систем для бурения.
На фиг.4 показано применение, в котором электродвигатель М соединен с входной осью 24 разделительной шестерни 23. Разделительная шестерня 23 передает через муфты К сцепления движущую силу на выходные оси 25 и далее на гидравлические насосы 21а-21с гидравлики бурения и, кроме того, возможно, на компрессор 26. На выходной оси 25 разделительной шестерни 23 может быть дополнительно установлено еще одно дополнительное устройство, такое как насос для промывочной жидкости или намоточное устройство. Изображенный на фиг.4 узел трансмиссии может использоваться при проходке вниз по склону большой длительности таким образом, что от колес 19 движущая сила передается на разделительную шестерню 23 и далее на электродвигатель М, который служит в качестве замедлителя и одновременно генерирует электрическую мощность для зарядки накопителя В энергии. Излишняя электрическая энергия может быть преобразована в тепло с помощью тормозного резистора 20. Кроме того, один или более гидравлических насосов 21 и компрессор 26 могут быть подключены для работы во время проходки вниз по склону посредством муфт К сцепления.
Изображенное на фиг.5 применение отличается от решения, показанного на фиг.4, тем, что разделительная шестерня 23 содержит две входные оси 24, с которыми соединяются электродвигатели М1 и М2. Электродвигатели М1 и М2 могут иметь различный или одинаковый коэффициент полезного действия. Электродвигатели М1 и М2, общие для приводного оборудования и гидравлики бурения, могут подключаться для работы несинхронно или синхронно, например, в зависимости от нагрузки.
На фиг.6 показано применение, в котором два общих электродвигателя М1 и М2 соединены последовательно, и они могут быть подключены для несинхронной или синхронной работы. Роторы электродвигателей М1 и М2 могут быть соединены друг с другом механически с помощью непроскальзывающего соединения. Кроме того, в изображенной на фиг.6 конструкции один гидравлический насос 21 выполнен с возможностью обеспечения требуемого давления в рабочей жидкости для двух гидравлических контуров 13а, 13b для бурения.
На фиг.7 с помощью простой схемы изображены признаки и характеристики, относящиеся к действию и использованию, а также к передаче камнебурильной установки. Эти детали уже обсуждались выше в данной заявке.
В отношении коробки передач решение, показанное на фиг.8, отличается от вышеописанных узлов трансмиссии. Вместо механической трансмиссии изображенная на фиг.8 конструкция включает в себя гидростатическую трансмиссию. В этом случае, по меньшей мере, с одной выходной осью 25 разделительной шестерни 23 соединяется специальный гидравлический насос 27 для коробки передач, с помощью которого создается гидравлическое давление исключительно для коробки передач. Гидравлическое давление приводит в действие один или более гидравлических приводных двигателей 28, которые создают движущую силу для одного или более колес. Гидравлический приводной двигатель 28 может представлять собой, например, ступичный двигатель, который устанавливается соединенным с осью колеса, либо, в соответствии с другим вариантом, от гидравлического приводного двигателя 28 движущая сила может передаваться через механическое средство трансмиссии, такое как оси и т.п., на колеса 19. Узел трансмиссии электрической камнебурильной установки, как показано на фиг.8, отличается тем, что гидравлический насос гидравлической системы для бурения и гидравлический насос приводного оборудования выполнены с возможностью приведения в действие с помощью, по меньшей мере, одного общего электродвигателя, и что посредством муфт сцепления движущая сила может независимо передаваться на гидравлический насос гидравлической системы для бурения и на гидравлический насос приводного оборудования от одного или более общих электродвигателей. Таким образом, гидравлические насосы могут работать несинхронно или синхронно в зависимости от условий эксплуатации. Необходимо отметить, что гидростатическая коробка передач соответствующего типа может применяться вместо механического приводного оборудования, изображенного на фиг.1-3, 5 и 6.
В некоторых случаях признаки, описанные в данной заявке, могут использоваться в указанном качестве независимо от других признаков. С другой стороны, при необходимости признаки, описанные в данной заявке, могут объединяться для получения различных комбинаций.
Чертежи и относящееся к ним описание предназначены лишь для иллюстрации замысла изобретения. Элементы изобретения могут различаться в пределах объема формулы изобретения.