УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ ПО ПОРОДЕ И СПОСОБ ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ ВНИЗ ПО СКЛОНУ
PLANT FOR ROCK DRILLING AND METHOD FOR MOTION OVER SLOPE

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к установке для бурения по породе, содержащей стрелу, снабженную машиной для бурения по породе и системой с рабочей средой под давлением, имеющей приводы, соединенные с ней. Установка для бурения по породе передвигается с помощью не содержащего двигатель внутреннего сгорания приводного оборудования, содержащего, по меньшей мере, один приводной электродвигатель, а также элементы передачи энергии между приводным двигателем и ведущим колесом. При перемещении электрическая энергия, которая будет использоваться, может быть заряжена в аккумуляторе энергии, включенном в состав электрической системы. Приводной двигатель служит в качестве генератора и основного тормоза при длительном движении вниз по склону, и генерируемая электрическая энергия направляется на заряд аккумулятора электричества.
Кроме того, изобретение относится к способу для движения вниз по склону установки для бурения по породе.
Область изобретения описана более подробно в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения заявки.
В рудниках установки для бурения по породе используются для бурения буровых скважин в запланированных местах бурения. Когда буровые скважины пробурены, установка для бурения по породе перемещается к следующему месту бурения для бурения новой веерной скважины или поверхности. В частности, в подземных рудниках целесообразно осуществлять перемещение с помощью энергии, генерируемой электродвигателем. Энергия, требуемая при перемещении, может быть сохранена в батарее. В рудниках также часто существует необходимость движения установки для бурения по породе по дорожным съездам, имеющим наклон вниз. В больших рудниках движение вниз по склону может занимать даже очень длительное время. На время движения вниз по склону приводной электродвигатель подключен, чтобы служить в качестве генератора, при этом электричество, генерируемое этим генератором, используется для заряда батареи. Однако во время длительного движения вниз по склону генерируется такое большое количество электрической энергии, но не вся она может использоваться для заряда батарей. Таким образом, электрическая система установки для бурения по породе имеет ограниченную возможность управления сгенерированной электрической энергией, что может сделать эффективное движение вниз по склону более затруднительным.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в создании новой и усовершенствованной установку для бурения по породе и способ для движения вниз по склону установки для бурения по породе.
Установка для бурения по породе согласно изобретению отличается тем, что блок управления включает в себя алгоритм управления, в соответствии с которым он включает, по меньшей мере, одну систему с рабочей средой под давлением в ответ на недостаточность электрической системы для потребления избытка электрической энергии, генерируемой во время движения вниз по склону, при этом потребление электрической энергии может быть намеренно увеличено с помощью системы с рабочей средой под давлением.
Способ согласно изобретению отличается преобразованием электрической энергии, генерируемой во время движения вниз по склону, в энергию давления в ответ на необходимость потребления избыточной энергии.
Идея заключается в том, что установка для бурения по породе тормозит при движении вниз по склону с помощью приводного электродвигателя, который служит в качестве генератора. Следовательно, кинетическая энергия установки для бурения по породе преобразуется в электрическую энергию, с помощью которой заряжается аккумулятор энергии. Избыточная электрическая энергия, которая не может быть сохранена в аккумуляторе энергии, используется для приведения в действие системы с рабочей средой под давлением. Таким образом, некоторая часть электрической энергии, генерируемой во время торможения, преобразуется в энергию давления.
Преимущество заключается в том, что потребление электрической энергии установкой для бурения по породе может быть намеренно увеличено путем запуска системы с рабочей средой под давлением. Таким образом, скорость движения вниз по склону может сохраняться достаточно высокой, в результате чего обеспечивается хорошая эффективность буровой установки.
Идея варианта осуществления заключается в том, что блок управления включает в себя алгоритм управления, в соответствии с которым блок управления управляет скоростью движения вниз по склону, принимая во внимание способность систем потреблять электрическую энергию, генерируемую при торможении. В ситуации, где электрическая система не может получать или использовать сколько-нибудь большее количество подаваемой ей электрической энергии, система управления начинает ограничивать скорость движения вниз по склону установки для бурения по породе. Когда транспортное средство движется вниз по склону на очень маленькой скорости, в приводном двигателе генерируется меньше электрической энергии.
Идея варианта осуществления заключается в том, что скорость движения установки для бурения по породе максимально увеличивается при движении вниз по склону, принимая во внимание наибольшее потребление электричества системой, на достижение чего направлено движение.
Идея варианта осуществления заключается в том, что необходимость в энергии давления увеличивается во время движения вниз по склону, чтобы увеличить потребление энергии.
Идея варианта осуществления заключается в том, что установка для бурения по породе содержит буровую гидравлическую систему, которая включается блоком управления во время движения вниз по склону, так что избыточная электрическая энергия может быть потреблена. Блок управления может включать в себя алгоритм управления для осуществления этой операции. Кроме того, возможно включить один или более гидравлический привод, включенный в состав буровой гидравлической системы, во время движения вниз по склону, посредством чего необходимость в гидравлической энергии возрастает. Гидравлический привод может быть, например, ударным механизмом, устройством вращения, устройством подачи, цилиндром стрелы или другим приводом, имеющим отношение к бурению. Преимуществом этого применения является то, что потребление электрической энергии может быть увеличено с помощью существующих систем и компонентов установки для бурения по породе.
Идея варианта осуществления заключается в том, что система с рабочей средой под давлением снабжена, по меньшей мере, одним гидравлическим компонентом, который может быть включен на время движения вниз по склону, так что потребление энергии системой с рабочей средой под давлением может быть увеличено. Блок управления может включать в себя алгоритм управления для осуществления этой операции. Это применение предоставляет достаточно простой и эффективный способ увеличения потребления энергии давления. С помощью компонента энергия давления может быть преобразована в тепло.
Идея варианта осуществления заключается в том, что установка для бурения по породе содержит, по меньшей мере, одну систему сжатого воздуха, которая включается блоком управления во время движения вниз по склону. Блок управления может включать в себя алгоритм управления для осуществления этой операции. Благодаря этому применению избыточная электрическая энергия может использоваться для работы одного или более компрессора. Генерируемый сжатый воздух может использоваться для работы привода во время движения вниз по склону. Кроме того, возможно охлаждать один из компонентов или одну из систем установки для бурения по породе с помощью сжатого воздуха во время движения вниз по склону.
Идея варианта осуществления заключается в том, что рабочая среда под давлением, производимая системой с рабочей средой под давлением, управляется во время движения вниз по склону для охлаждения, по меньшей мере, одного электрического компонента, включенного в состав электрической системы. Гидравлическая система, система сжатого воздуха или обе системы установки для бурения по породе могут быть приспособлены для предоставления рабочей среды под давлением для охлаждения. Благодаря охлаждению нагрузка на компоненты, включенные в состав электрической системы, может быть увеличена. Кроме того, возможно использовать генерируемую жидкость под давлением и сжатый воздух для охлаждения обычных рабочих тормозов установки для бурения по породе.
Идея варианта осуществления заключается в том, что установка для бурения по породе содержит жидкостную систему охлаждения для охлаждения одного или более электрических компонентов, включенных в состав электрической системы. Блок управления может включить жидкостную систему охлаждения для движения вниз по склону. Благодаря жидкостной системе охлаждения нагрузка на компоненты, включенные в состав электрической системы, может быть увеличена.
Идея варианта осуществления заключается в том, что установка для бурения по породе содержит жидкостную систему охлаждения, с помощью которой компоненты электрической системы могут быть охлаждены. Кроме того, система с рабочей средой под давлением выполнена с возможностью охлаждения охлаждающей жидкости жидкостной системы охлаждения во время движения вниз по склону.
Идея варианта осуществления заключается в том, что блок управления управляет одним или более приводом, соединенным с системой с рабочей средой под давлением, чтобы включиться во время движения вниз по склону. Рассматриваемый привод включается для намеренного увеличения потребления энергии, даже если в этом не было необходимости для нормальной работы привода.
Идея варианта осуществления заключается в том, что электрическая система содержит, по меньшей мере, один электрический тормозной резистор, который может быть снабжен избыточной электрической энергией, генерируемой во время движения вниз по склону. Таким образом, избыточная электрическая энергия, остающаяся после зарядки аккумулятора энергии, может быть преобразована в тепло в тормозном резисторе. Тормозной резистор представляет собой достаточно простой способ увеличения потребления электричества в системе. Дополнительным преимуществом тормозного резистора является его хорошая нагрузочная способность.
Идея варианта осуществления заключается в том, что электрическая система содержит один или более тормозных резисторов, который может быть мгновенно перегружен во время движения вниз по склону по сравнению с его номинальной нагрузкой. Блок управления или контроль нагрузки в нем может быть снабжен алгоритмом управления, допускающим упомянутую перегрузку. Это применение улучшает динамику системы.
Идея варианта осуществления заключается в том, что генерируемая энергия давления хранится в одном или более аккумуляторах давления. Эта сохраненная энергия давления может впоследствии использоваться для движения ходовой части или в работе привода, приводимого в движение средой под давлением. Аккумуляторы давления позволяют улучшить энергетическую эффективность буровой установки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Некоторые варианты осуществления изобретения будут объяснены более подробно на прилагаемых чертежах, на которых показано следующее:
Фиг.1 представляет собой схематический вид сбоку установки для бурения по породе, движущейся к месту бурения,
Фиг.2 схематически показывает приводное оборудование с приводным электродвигателем, соединенным с ведущими колесами с помощью противоскользящей трансмиссии с механическим приводом,
Фиг.3 схематически показывает второе приводное оборудование, в котором электродвигатель управляет трансмиссией с гидравлическим приводом,
Фиг.4 схематически показывает некоторые системы с рабочей средой под давлением и жидкостную систему охлаждения,
Фиг.5 схематически показывает некоторые аспекты, относящиеся к управлению движением вниз по склону.
На фигурах некоторые варианты осуществления показаны в упрощенной форме для ясности. Подобные части обозначены одинаковыми номерами ссылок на фигурах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 показывает возможную установку 1 для бурения по породе, содержащую передвижную ходовую часть 2, которая снабжена одной или более стрелами 3a, 3b, оборудованными буровым агрегатом 4. Буровой агрегат 4 может содержать направляющую 5, снабженную машиной 6 для бурения по породе, которая может двигаться по направляющей 5 с помощью устройства 7 подачи. Машина 6 может содержать ударный механизм 8 для генерирования ударных импульсов на инструменте 9 и поворотное устройство 10 для вращения инструмента 9. Кроме того, она может включать в себя промывочное устройство. Стрела 3a, показанная на фигуре, и буровой агрегат 4, расположенный на ней, предназначены для бурения скважин на поверхности 11 или соответствующего места бурения. Альтернативно, стрела и буровой агрегат на ней могут быть спроектированы для бурения скважин, подобных веерным, в потолке и стенах породной впадины. Кроме того, установка 1 для бурения по породе может содержать стрелу 3b, снабженную устройством 12 крепления болтами, которое также содержит машину 6. Установка 1 для бурения по породе может содержать одну или более гидравлических систем 13, которые включают в себя гидравлический насос 34, гидроканалы, бак и необходимые средства управления, такие как клапаны и тому подобное. Кроме того, один или более гидравлических приводов могут быть соединены с гидравлической системой 13. Гидравлическая система 13 может быть буровой гидравлической системой, с которой соединены приводы 15, необходимые для движения буровых стрел 3a, 3b, а также камнебурильная машина 6. Установка 1 для бурения по породе также содержит, по меньшей мере, один блок C управления, выполненный с возможностью управления системами установки 1 для бурения по породе. Блок C управления может быть компьютером или соответствующим устройством управления, содержащим процессор, программируемую логику или любое другое устройство управления, подходящее для цели, для которой возможно установить, по меньшей мере, один алгоритм управления, в соответствии с которым он выполняет управление независимо или совместно с оператором.
На месте P бурения одна или более буровых скважин бурятся с помощью установки 1 для бурения по породе. Когда задачи, определенные для места P бурения, выполнены, установка 1 для бурения по породе перемещается с места P бурения на новое место бурения или куда-либо еще, например на обслуживание. В больших рудниках также могут быть другие необходимости перемещать установку 1 для бурения по породе по наклоненным вниз дорожным съездам. Установка 1 для бурения по породе снабжена приводным оборудованием 16, которое вообще не включает в себя двигатель внутреннего сгорания, т.е. оно не содержит двигатель внутреннего сгорания. Вместо этого приводное оборудование 16 включает в себя один или более электродвигателей M, которые генерируют энергию, требуемую для перемещения. Электродвигатель M может быть соединен с коробкой 17 передач, из которой энергия вращения передается через валы или соответствующие элементы 18 трансмиссии к одному или более колесам 19. Энергия, требуемая для перемещения, может быть заряжена в аккумуляторе B энергии, который может быть батареей или блоком батарей, например. Приводное оборудование 16 может дополнительно включать в себя одно или более устройств S управления и один или более тормозных резисторов 20. Приводное оборудование 16, таким образом, содержит множество электрических компонентов K, которые влияют на перемещение. Кроме того, установка 1 для бурения по породе может быть снабжена жидкостной системой 21 охлаждения, с помощью которой возможно охлаждать электрические компоненты K, включенные в состав приводного оборудования 16.
Фиг.2 иллюстрирует приводное оборудование 16 и установку для преобразования кинетической энергии в электрическую энергию во время торможения при движении вниз по склону. В приводном оборудовании 16 электродвигатель M может быть соединен через противоскользящий канал 22 передачи прямо с коробкой 17 передач, которая может включать в себя одну, две или более передач в направлении движения и, соответственно, в обратном направлении. Вращающий момент может передаваться от коробки 17 передач к валам 24 колес с помощью валов 23. Между валами 23 и 24 может быть угловая передача 25 или тому подобное. В этом случае между колесами 19 и электродвигателем M есть механическая противоскользящая трансмиссия. Электродвигатель M может также использоваться для торможения, и в этом случае он служит в качестве генератора и преобразует кинетическую энергию ходовой части 2 в электрическую энергию, когда установка для бурения по породе движется вниз по дорожным съездам в руднике. Генерируемая электрическая энергия может быть заряжена в аккумуляторе B энергии и, таким образом, регенерирована. Избыточная электрическая энергия, которая не может быть использована, может быть преобразована в тепловую энергию в тормозном резисторе 20. Приводное оборудование 16 дополнительно содержит устройство S управления, которое может включать в себя преобразователь частоты, с помощью которого вращение электродвигателя M может управляться бесступенчато как во время движения, так и во время торможения. Устройство S управления может дополнительно включать в себя другие необходимые электрические устройства управления для управления электрическими токами в электрической приводной системе. Устройство S управления может включать в себя, например, средства управления для соединения аккумулятора B энергии и тормозного резистора 20 с электрической приводной системой. Работа устройства S управления управляется блоком C управления.
В данном описании "преобразователь частоты" относится к органу управления, с помощью которого скорость вращения приводного электромотора может управляться бесступенчатым образом. Преобразователь частоты может быть обратным преобразователем или он может быть преобразователем постоянного/переменного тока, который управляет работой электродвигателя.
Фиг.2 показывает пунктирными линиями еще один альтернативный вариант, в котором приводной электродвигатель соединен противоскользящим образом прямо с элементами трансмиссии. В соединении с валом 24, слева, расположены индивидуальные для колеса электрические мотор-колеса M1, в соединении с которыми может быть требуемая коробка передач. Кроме того, вращающий момент может быть обеспечен на валу 24 с помощью одного общего приводного электродвигателя M2.
Блок C управления может управлять не только электрической приводной системой, но также и работой одной или более систем V с рабочей средой под давлением. Системы V с рабочей средой под давлением могут включать в себя гидравлическую систему 13 и систему 50 сжатого воздуха. Блок C управления может управлять насосами, органами управления и приводами этих систем. Кроме того, система C управления содержит систему наблюдения, осуществляющую наблюдение за электрической энергией, генерируемой в электрической приводной системе, за потреблением электрической энергии, а также за уровнем заряда аккумулятора энергии и его способностью получать энергию. На основе наблюдения блок C управления может управлять зарядом аккумулятора B энергии и использованием систем V с рабочей средой под давлением для увеличения потребления электричества во время движения вниз по склону.
Из Фиг.2 дополнительно следует, что блок C управления может также управлять работой жидкостной системы 21 охлаждения. Жидкостная система 21 охлаждения может включать в себя множество контуров 26a-26d охлаждения, с каждым из которых соединен один или более электрических компонентов K приводной трансмиссии. Контуры 26 охлаждения могут быть снабжены одним или более клапанами или соответствующим органом 27 управления, с помощью которого возможно оказывать влияние на поток жидкости в контуре 26 охлаждения. Блок C управления может управлять этими органами 27 управления, так что будет реализовано охлаждение в соответствии с алгоритмом управления. Дополнительно возможно, что насос 28 жидкостной системы 21 охлаждения управляется, посредством чего поток охлаждающей жидкости может быть увеличен или уменьшен в системе. Кроме того, жидкостная система 21 охлаждения включает в себя, по меньшей мере, один блок 29 охлаждения, с помощью которого тепло отводится от охлаждающей жидкости, т.е. она охлаждается. Блок 29 охлаждения может включать в себя радиатор традиционного типа и вентилятор для повышения охлаждения. Альтернативно, блок 29 охлаждения может включать в себя теплообменник, с помощью которого тепло передается от охлаждающей жидкости в другую жидкость, такую как жидкость гидравлической системы. Более того, возможно, что блок 29 охлаждения включает в себя тепловой насос, имеющий компрессор, с помощью которого тепло может передаваться от охлаждающей жидкости в другую жидкость или наружному воздуху. Блок C управления может также управлять работой блока 29 охлаждения, так что на температуру охлаждающей жидкости может быть оказано влияние. При необходимости возможно предварительно охлаждать охлаждающую жидкость.
Фиг.3 показывает альтернативное применение приводного оборудования 16, где электродвигатель M выполнен с возможностью приведения в действие гидравлического насоса 30, и генерируемая гидравлическая энергия приводит в движение гидравлический двигатель 31, который соединен с коробкой 17 передач. Таким образом, описана трансмиссия с гидравлическим приводом. Электродвигатель M, включенный в состав приводного оборудования, может использоваться как тормоз при движении вниз по склону. К тому же гидравлическое давление, генерируемое гидравлическим насосом 30, приводит в движение электродвигатель, который подключен, чтобы служить в качестве генератора на время движения вниз по склону. Таким образом, электродвигатель M генерирует электрическую энергию, с помощью которой аккумулятор энергии может быть заряжен. Избыточная электрическая энергия может потребляться посредством включения работающих от электричества систем установки для бурения по породе, в частности гидравлической системы 13 и системы 50 сжатого воздуха. Фигура 3 дополнительно показывает пунктирными линиями гидравлические ступичные двигатели H1, являющиеся альтернативой гидравлическому двигателю 31 и коробке передач, и гидравлический двигатель H2, приводящий в движение вал 24.
Фиг.4 иллюстрирует системы V с рабочей средой под давлением и систему охлаждения установки 1 для бурения по породе. Буровая гидравлическая система 13 может содержать двигатель 33, насос 34, каналы 35, бак 36 и средства 37 управления для направления гидравлической жидкости к приводам 15 стрелы 3a, к устройству 7 подачи и к камнебурильной машине 6, которые соединены с системой. Кроме того, гидравлическая система 13 может содержать гидравлический контур 51, который может включаться блоком C управления, когда желательно увеличить потребление энергии в гидравлической системе 13. Гидравлический контур 51 может содержать один или более гидравлических компонентов 52, которые приводят к потере давления и которые могут управляться блоком С управления. Компонент 52 может быть, например, дроссельной заслонкой, клапаном, таким как клапан управления потоком, гидравлическим двигателем или другим гидравлическим приводом. Таким образом, для увеличения потребления гидравлической энергии блок C управления может использовать один или более буровых приводов или другой привод, или он может направлять гидравлическое давление на дроссельную заслонку или подобный компонент 52. Также возможно хранить гидравлическую энергию в аккумуляторе 53 давления.
Кроме того, может быть запущена система 50 сжатого воздуха, посредством чего электродвигатель 55, управляющий компрессором 54, потребляет дополнительную электрическую энергию, генерируемую в электрической приводной системе. Воздушная струя, производимая компрессором 54, может использоваться для охлаждения тормозного резистора 26 или другого компонента K приводного оборудования.
Фиг.4 дополнительно иллюстрирует, что между жидкостной системой 21 охлаждения и гидравлической системой 13 может быть теплообменник 32, который позволяет теплу передаваться между системами. Тепловая нагрузка может, таким образом, быть сбалансирована между двумя жидкостными системами. Фигура дополнительно показывает сильное упрощение варианта осуществления, где система 21 охлаждения соединена соединением 46 с гидравлической системой 13, посредством чего возможно использовать гидравлическую жидкость в качестве охлаждающей жидкости.
Фиг.4 также показывает, что температура электрических компонентов K приводного оборудования 16 может отслеживаться посредством датчиков L температуры, данные с которых могут передаваться в блок C управления для управления системой 21 охлаждения.
Фиг.5 показывает значительно упрощенную диаграмму работы приводного оборудования, электрической приводной системы и системы с рабочей средой под давлением во время движения вниз по склону. Аспекты, показанные на фигурах, были представлены в связи с объяснением других фигур, а также в начале описания, где различные варианты осуществления были описаны.
Хотя приводное оборудование установки для бурения по породе является оборудованием полностью без двигателя внутреннего сгорания, ходовая часть установки для бурения по породе может иметь блок резервного источника питания, который может включать в себя двигатель внутреннего сгорания. Этот двигатель внутреннего сгорания приводит в движение генератор для производства электрической энергии. Блок резервного источника питания, однако, не включен в состав приводного оборудования, и он лишь предназначен для использования в особых ситуациях, например когда батарея разряжена или повреждена.
В некоторых случаях отличительные признаки, раскрытые в этой заявке, могут использоваться независимо от других отличительных признаков. С другой стороны, отличительные признаки, раскрытые в этой заявке, могут при необходимости комбинироваться для формирования различных сочетаний.
Чертежи и связанное описание предназначены только для иллюстрации идеи изобретения. Признаки изобретения могут изменяться в пределах объема формулы изобретения.