Система для установки расходной детали для подземного бурения
SYSTEM FOR INSTALLATION OF CONSUMABLE PART FOR UNDERGROUND DRILLING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к манипулятору для обеспечения расходных материалов и деталей бурового оборудования для буровой головки, используемой в подземной буровой установке, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к установочному устройству, предназначенному для установки расходных материалов и деталей на буровую головку, используемую в подземной буровой установке. Кроме того, изобретение относится к подземной буровой установке и подземной горнодобывающей машине, имеющей буровую установку.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В подземных шахтах и сооружениях подземные буровые установки используются для осуществления буровых работ различного типа. Одной общей областью применения подземных буровых установок является укрепление кровли и/или участков стен армирующим материалом, таким как арматурные стержни. Для выполнения буровых работ подземные буровые установки необходимо обеспечить расходными материалами и деталями (далее называемыми расходными деталями). Несмотря на все попытки, направленные на создание безопасных условий труда, до сих пор подземная разработка связана с опасными условиями труда. При установке расходных деталей на буровую установку вручную существуют потенциальные риски для безопасности. Кроме того, подземные буровые установки эксплуатируются в ограниченном узком пространстве.
Поэтому целесообразно заменить ручную работу по доставке расходных деталей на буровые установки использованием манипуляторов, доставляющих эти расходные детали, по меньшей мере частично, механизированным способом. Однако учитывая ограниченное узкое пространство в условиях подземной разработки, предыдущие попытки в этой отрасли пока не удовлетворяют в достаточной степени потребностям в относительно безопасных и одновременно компактных решениях.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, целью изобретения является создание усовершенствованного манипулятора для доставки расходных материалов и деталей бурового оборудования (далее называемыми расходными деталями) для буровой головки подземной буровой установки. Еще одной целью изобретения является создание усовершенствованного установочного устройства, предназначенного для установки расходных деталей на буровую головку подземной буровой установки, усовершенствованной подземной буровой установки, в частности, машины для постановки анкерной крепи, и подземной горнодобывающей машины, в частности усовершенствованного передвижного комбайна, проходческого комбайна или горнопроходческого комбайна.
В частности, целью изобретения является создание манипулятора, установочного устройства, подземной буровой установки и подземной горной машины вышеупомянутого типа, которые обеспечивают повышенную безопасность при использовании, при этом сохраняя компактную конструкцию.
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается манипулятор для доставки расходных деталей для буровой головки подземной буровой установки, в соответствии с п. 1 формулы изобретения. Манипулятор содержит захватывающее устройство, которое выполнено с возможностью выборочного захватывания и освобождения расходных деталей, при этом указанный манипулятор выполнен с возможностью перемещения захватывающего устройства между первым положением, в котором оно обращено к установочной кассете, содержащей расходные детали, и вторым положением, в котором оно обращено к буровой головке, при этом манипулятор выполнен с возможностью автоматического извлечения расходной детали из кассеты и возврата в нее, а также с возможностью автоматического введения расходной детали в буровую головку и удаления из нее. В соответствии с изобретением, термин «автоматически» означает, что манипулятор выполнен с возможностью самостоятельного перемещения, без ручного вмешательства со стороны пользователя, предпочтительно, в результате исходящей от пользователя команды.
При использовании автоматического манипулятора изобретение обеспечивает возможность доставки расходных деталей бурового оборудования для буровой головки буровой установки без участия человека, что минимизирует риск получения травмы для обслуживающего персонала.
Предпочтительно, захватывающее устройство выполнено с возможностью перемещения в поперечном направлении между втянутым состоянием и выдвинутым состоянием, причем в выдвинутом состоянии захватывающее устройство расположено ближе к кассете, чем во втянутом состоянии при нахождении в первом положении, и размещается ближе к буровой головке, чем во втянутом состоянии при нахождении во втором положении. В одном варианте выполнения, когда захватывающее устройство находится в выдвинутом состоянии, оно приближается или достигает расходной детали в кассете или в буровой головке.
Особенно предпочтительно, манипулятор содержит выдвигающий механизм, предназначенный для перемещения захватывающего устройства между втянутым состоянием и выдвинутым состоянием, как например, выдвигающий механизм типа ножниц. Поперечное перемещение захватывающего устройства особенно эффективно с учетом рабочего пространства для осуществления захвата. При перемещении захватывающего устройства в соответствующее положение в направлении кассеты или буровой головки, в частности, выдвигающий механизм предотвращает перемещение захватывающего устройства в сторону и/или под углом в боковом направлении при перемещении из втянутого состояния в выдвинутое состояние и наоборот. Кроме того, предпочтительный выдвигающий механизм типа ножниц обеспечивает компактную конструкцию и вместе с тем является надежным и простым в обслуживании.
В соответствии с изобретением, под поперечным направлением понимается по существу перпендикулярное направление или направление, перпендикулярное оси бурения буровой установки, когда манипулятор установлен на буровой установке.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения манипулятор содержит перемещающий механизм, предназначенный для перемещения захватывающего устройства в продольном направлении. В соответствии с изобретением, под продольным направлением понимается направление оси бурения, и оно относится к положению, когда манипулятор установлен на буровой установке.
Перемещающий механизм предпочтительно содержит наклонную канавку и выступающий элемент, выполненный с возможностью скольжения по указанной канавке, причем как канавка, так и выступающий элемент связаны с захватывающим устройством. Наклонная канавка и зацепляющий контакт между захватывающим устройством и канавкой обеспечивают точную и вместе с тем прочную и компактную направляющую систему для перемещения захватывающего устройства из первого положения, в котором оно обращено к установочной кассете, во второе положение, в котором оно обращено к буровой головке, и наоборот. Выступающий элемент предпочтительно представляет собой направляющий штифт или направляющий ролик.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения наклонная канавка искривлена или расположена под углом в продольном направлении. При выполнении наклонной канавки таким способом, перемещающий механизм получает возможность бокового перемещения наряду с компонентом перемещения в продольном направлении, без необходимости дополнительных приводных средств. Это упрощает электронное управление и, следовательно, автоматизацию движения манипулятора. В предпочтительных вариантах выполнения наклонная канавка может включать участок продольного хода перемещающего механизма или по существу полностью проходить вдоль продольного хода перемещающего механизма.
Канавка предпочтительно имеет криволинейную форму, так что в первой части продольного направления захватывающее устройство находится в первом положении, в котором оно обращено к установочной кассете, а во второй части продольного направления захватывающее устройство находится во втором положении, в котором оно обращено к буровой головке.
В другом предпочтительном варианте выполнения, который в качестве альтернативы или дополнительно представляет собой отдельный аспект изобретения, предлагается установочное устройство, предназначенное для установки расходных деталей бурового оборудования на буровую головку подземной буровой установки, при этом установочное устройство содержит манипулятор, выполненный в соответствии с любым из предпочтительных вариантов выполнения, описанных выше и далее. Дополнительно или в качестве альтернативы манипулятору, установочное устройство содержит установочную кассету с множеством держателей для расходных деталей, причем каждый держатель установочной кассеты предпочтительно выполнен с возможностью размещения одной конкретной расходной детали или применяется для расходных деталей, имеющих различные размеры, следующих типов: буровые штанги, арматурные стержни и картриджи с синтетической смолой. Термин «расходная деталь бурового оборудования» также обозначает полностью расходуемый материал для выполнения бурения. Расходные детали бурового оборудования имеют разный размер, в частности, отличаются по диаметру поперечного сечения. Основным преимуществом установочной кассеты является то, что она обеспечивает возможность размещения разнотипных расходных деталей. Если каждый держатель может вмещать расходную деталь любого типа, то установочная кассета и вместе с ней установочное устройство приспособлены для различных целей при подземной разработке. Несмотря на то, что установочное устройство, содержащее вышеупомянутую установочную кассету, предпочтительно используется для анкерного крепления кровли, также исключительно возможно и альтернативное использование, предусматривающее необходимость в том, чтобы установочная кассета удерживала буровые штанги разных размеров, без изменения конструкции установочной кассеты и установочного устройства.
В предпочтительном варианте выполнения каждый держатель содержит один или несколько упруго деформируемых пружинных зажимов. В частности, пружинные зажимы выполнены с возможностью деформирования, благодаря чему зазор между противоположными частями, удерживающими расходные материалы, в результате деформации изменяется. Таким образом, пружинные зажимы позволяют надежно удерживать расходные детали разных размеров путем защелкивания и в то же время достаточно прочно при размещении и направлении захватывающего устройства и установочной кассеты относительно друг друга. Даже если захватывающее устройство и/или соответствующий связанный с ним держатель установочной кассеты не находятся в точно заданной ориентации, деформация пружинных зажимов, тем не менее, дает захватывающему устройству возможность извлечения расходной детали из держателя и/или дает держателю возможность точного приема из захватывающего устройства и удержания расходной детали.
В предпочтительном варианте выполнения установочная кассета имеет удлиненную форму, при этом удлиненная форма ограничена широкой стороной и узкой стороной. Особенно предпочтительно, установочная кассета и манипулятор ориентированы так, что манипулятор обращен к узкой стороне установочной кассеты. Удлиненная форма установочной кассеты и ее ориентация с узкой стороной, обращенной к манипулятору, позволяют дополнительно уменьшить пространство в плоскости, перпендикулярной направлению бурения. Предпочтительно, установочная кассета и ее держатели расположены так, что расходные детали бурового оборудования удерживаются по существу параллельно или параллельно направлению бурения. Благодаря своей удлиненной форме, установочная кассета по существу имеет форму овальной или продолговатой карусели.
Установочная кассета предпочтительно содержит цепь, причем указанная цепь имеет ряд звеньев, содержащих, соответственно, по меньшей мере один из держателей. В особенно предпочтительном варианте выполнения звено цепи содержит ровно один держатель. В предпочтительном варианте выполнения цепь содержит чередующиеся внутренние и внешние звенья. Кроме того, также предпочтительно, чтобы каждое внутреннее звено цепи содержало ровно один держатель, также как и каждое внешнее звено цепи.
Использование цепи в качестве основного элемента для держателей расходных деталей бурового оборудования имеет ряд преимуществ. Во-первых, она обеспечивает очень прочную конструкцию и, во-вторых, предусматривает использование цепного привода, которым можно управлять для точной остановки в заданных положениях. Это дает приводному устройству возможность точного размещения держателей, что в перспективе облегчает обмен расходными деталями между манипулятором и установочной кассетой.
В предпочтительном варианте выполнения установочная кассета приводится в движение двигателем, при этом указанный двигатель предпочтительно является электродвигателем. В еще одном предпочтительном варианте выполнения двигатель соединен с цепью с помощью мальтийского приводного механизма. Особым преимуществом применительно к изобретению является то, мальтийский механизм без труда механически преобразует вращение двигателя в пошаговое перемещение цепи.
В предпочтительном варианте выполнения каждый держатель на звене цепи определяет одно установочное положение. Предпочтительно, чтобы мальтийский механизм и цепь взаимодействовали таким образом, чтобы в результате одного полного оборота двигателя мальтийский механизм перемещался на один поворотный шаг, что, в свою очередь, приводит к перемещению цепи на одно установочное положение.
Установочное устройство предпочтительно содержит блок управления, выполненный с возможностью приведения цепи в движение, благодаря чему в ответ на введенную пользователем команду требуемое установочное положение перемещается в положение передачи, причем указанное положение передачи обращено к манипулятору. Предпочтительно, положение передачи ориентировано так, что при размещении захватывающего устройства в первом положении, захватывающее устройство приближается к держателю, расположенному в положении передачи, просто путем выдвижения из втянутого состояния в выдвинутое состояние, без необходимости в осуществлении поперечного перемещения. Соответственно, положение передачи предпочтительно является положением, самым близким к первому положению захватывающего устройства.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения цепь представляет собой первую цепь, при этом установочная кассета дополнительно содержит вторую цепь, расположенную на расстоянии от первой цепи и предпочтительно параллельно ей. Первая цепь и вторая цепь предпочтительно синхронизированы, например, механически соединены, благодаря чему для приведения в движение обеих цепей достаточно одного общего приводного устройства. Это позволяет удерживать каждый бур и расходную деталь двумя расположенными на расстоянии друг от друга держателями, которые синхронно приводятся в движение. Благодаря этому все расходные детали удерживаются параллельно при использовании установочной кассеты, обеспечивая при этом обмен расходными деталями между захватывающим устройством и установочной кассетой.
Приводом для приведения в движение зажимных губок захватывающего устройства, или для приведения в движение выдвигающего механизма типа ножниц, или для приведения в движение перемещающего механизма, или для приведения в движение захватывающего устройства в продольном направлении может быть цилиндр, цепной привод, катушка, кабель, зубчатая рейка и шестерня, гидравлический, пневматический и/или электромеханический привод.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения установочная кассета содержит датчик, предназначенный для идентификации контрольного звена цепи. Для обеспечения работы установочного устройства полностью автоматизированным способом, системе должна быть предоставлена информация о том, какой держатель в цепи удерживает какой тип расходной детали. Назначение одного звена цепи в качестве контрольного звена позволяет блоку управления в любой момент времени определить тип расходной детали, которая находится в положении передачи, или же определить, что в положении передачи находится пустой держатель. Поскольку цепь имеет определенное количество звеньев, то имеется определенное количество остановов или установочных положений, которые вместе составляют полный оборот цепи. После определения датчиком контрольного звена цепи появляется возможность программирования блока управления на автоматическое перемещение установочной кассеты в заданное установочное положение и дальнейшего управления манипулятором, в результате чего захватывающее устройство извлекает из кассеты заранее выбранную расходную деталь бурового оборудования по команде пользователя или вставляет использованную расходную деталь, ранее вынутую из буровой головки, обратно в установочную кассету.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения установочная кассета содержит датчик, предназначенный для идентификации положения цепи. Предпочтительно, этот датчик может быть датчиком оборотов для двигателя, соединенного с мальтийским механизмом, причем, как упоминалось выше, один оборот двигателя предпочтительно представляет собой перемещение мальтийского механизма и, следовательно, цепи, вперед на одно установочное положение. Предпочтительно, размер (число положений хранения) кассеты может меняться в зависимости от используемого оборудования.
Блок управления предпочтительно выполнен с возможностью управления манипулятором в ответ на введенную пользователем команду. В альтернативном варианте установочное устройство может содержать отдельный блок управления для управления манипулятором.
В предпочтительном варианте выполнения блок управления выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одной из следующих функций:
- управлять захватывающим устройством для захвата и освобождения расходных деталей, и перемещать захватывающее устройство между первым положением и вторым положением;
- управлять манипулятором для извлечения расходной детали из кассеты и ее возврата в кассету, а также для введения расходной детали в буровую головку и удаления ее из буровой головки;
- управлять манипулятором, предпочтительно, выдвигающим механизмом манипулятора, для перемещения захватывающего устройства в поперечном направлении между втянутым состоянием и выдвинутым состоянием, при этом в выдвинутом положении захватывающее устройство расположено ближе к кассете, чем во втянутом состоянии при нахождении в первом положении, и расположено ближе к буровой головке, чем во втянутом состоянии при нахождении во втором положении; и/или
- управлять перемещающим механизмом для перемещения захватывающего устройства в продольном направлении.
Также предпочтительно, блок управления выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одной из следующих функций:
- в ответ на первую введенную пользователем команду, выполнять по меньшей мере одно из действий: перемещать манипулятор в первое положение, извлекать расходную деталь из кассеты, перемещать манипулятор во второе положение и вставлять расходную деталь в буровую головку;
- в ответ на первую введенную пользователем команду или по меньшей мере одну дополнительную введенную пользователем команду, выполнять по меньшей мере одно из действий: перемещать манипулятор во второе положение, извлекать расходную деталь из буровой головки и/или перемещать манипулятор в первое положение и вставлять расходную деталь в кассету; и/или
- в ответ на первую введенную пользователем команду или по меньшей мере одну дополнительную введенную пользователем команду, перемещать требуемое установочное положение цепи в положение передачи для подачи расходной детали к захватывающему устройству или для получения расходной детали из захватывающего устройства.
В еще одном аспекте изобретения предлагается подземная буровая установка, в частности, машина для постановки анкерной крепи, содержащая: буровую головку, выполненную с возможностью приема и приведения во вращение расходных деталей бурового оборудования, манипулятор, выполненный в соответствии с любым из описанных выше предпочтительных вариантов выполнения, в частности, по любому из п.п. 1-6, и/или установочное устройство, выполненное в соответствии с любым из описанных выше предпочтительных вариантов выполнения, в частности, по любому из п.п. 7-16. Подземная буровая установка имеет и использует аналогичные преимущества и технические результаты, как обсуждалось выше применительно к манипулятору и установочному устройству. Соответственно, выше дана ссылка на описание указанных элементов.
В еще одном аспекте изобретения предлагается подземная горнодобывающая машина, в частности, передвижной комбайн, проходческий комбайн или горнопроходческий комбайн, содержащая буровую установку. Буровая установка выполнена в соответствии с описанными выше предпочтительными вариантами выполнения. Кроме того, применительно к подземной горнодобывающей машине следует понимать, что машина имеет аналогичные предпочтительные варианты выполнения и использует преимущества и технические результаты, описанные выше применительно к манипулятору и установочному устройству, поэтому ссылка дается на изложение вышеуказанной сущности изобретения.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается способ управления подземной буровой установкой, в частности буровой установкой по п. 17. Способ включает следующие этапы:
c) перемещение манипулятора в первое положение, в котором он обращен к установочной кассете,
d) извлечение первой расходной детали бурового оборудования из кассеты с использованием захватывающего устройства манипулятора,
e) перемещение манипулятора во второе положение, в котором он обращен к буровой головке буровой установки, и
f) вставление первой расходной детали в буровую головку с использованием захватывающего устройства.
При необходимости способ дополнительно включает следующие этапы:
а) подготовка расходных деталей бурового оборудования, в частности, множества расходных деталей, имеющих различные размеры, следующих типов: буровые штанги, арматурные стержни и картриджи с синтетической смолой на установочной кассете, и/или
b) перемещение установочной кассеты в первое установочное положение.
Предпочтительно, этапы а) и/или Ь) выполняют перед выполнением этапа с).
Кроме того, предпочтительно, чтобы один, несколько или все этапы от b) до е) выполнялись в ответ на первую введенную пользователем команду. В частности, указанные этапы предпочтительно выполняют в ответ на точно одну введенную пользователем команду.
В способе этап перемещения манипулятора предпочтительно включает перемещение манипулятора в поперечном направлении между втянутым положением и выдвинутым положением, предпочтительно посредством приведения в действие выдвигающего механизма типа ножниц. Это выполняют предпочтительно между этапами с) и d) и/или между этапами е) и f).
В альтернативном варианте или дополнительно, перемещение манипулятора представляет собой перемещение захватывающего устройства, предпочтительно путем приведения в действие перемещающего механизма в продольном направлении.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения способ включает следующие этапы:
g) извлечение первой расходной детали бурового оборудования из буровой головки с помощью захватывающего устройства,
h) перемещение манипулятора из второго положения в первое положение, и
i) вставление первой расходной детали в установочную кассету с помощью захватывающего устройства, при этом один, несколько или все этапы от f) до h) выполняют в ответ на первую введенную пользователем команду или в ответ по меньшей мере на одну дополнительную введенную пользователем команду. В качестве альтернативы или дополнительно, способ этого варианта выполнения включает следующие этапы:
j) перемещение установочной кассеты во второе установочное положение, и
k) повторение одного, нескольких или всех этапов от d) до i) для второй расходной детали бурового оборудования, подготовленной во втором установочном положении, причем один или оба этапа j) и k) выполняют в ответ на первую введенную пользователем команду или в ответ на по меньшей мере одну дополнительную введенную пользователем команду.
В качестве альтернативы или дополнительно, способ включает этапы:
l) перемещения установочной кассеты в третье установочное положение, и
m) повторения одного, нескольких или всех этапов от d) до i) для третьей расходной детали бурового оборудования, подготовленной в третьем установочном положении, причем один или оба этапа l) и m) выполняют в ответ на первую введенную пользователем команду или в ответ на по меньшей мере одну дополнительную введенную пользователем команду.
В особенно предпочтительном варианте выполнения способа все этапы от а) до m) выполняют в ответ на первую введенную пользователем команду. Это обеспечивает возможность управления подземной буровой установкой с помощью одной кнопки и, соответственно, обеспечивает управление анкерным креплением одной кнопкой, при этом после размещения буровой установки и выбора требуемой ориентации относительно предполагаемого места выполнения анкерного крепления, буровая установка автоматически достает буровую штангу из установочной кассеты с помощью манипулятора, вставляет ее в буровую головку, сверлит отверстие и удаляет буровую штангу из буровой головки, достает имеющийся картридж из установочной кассеты, вставляет его в отверстие, при этом захватывает арматурный стержень из установочной кассеты и вставляет его в отверстие, используя синтетическую смолу из картриджа для соединения и укрепления арматурного стержня в отверстии.
В еще одном аспекте изобретения предлагается использовать манипулятор для установки расходных деталей бурового оборудования на буровую головку подземной буровой установки, причем манипулятор выполнен в соответствии с любым из описанных выше предпочтительных вариантов выполнения.
В следующем аспекте изобретения предлагается использовать установочное устройство для установки расходных деталей бурового оборудования в виде буровых штанг, арматурных стержней и картриджей с синтетической смолой на буровую головку подземной буровой установки, при этом указанное установочное устройство выполнено в соответствии с любым из вышеописанных предпочтительных вариантов выполнения.
Следует понимать, что описанные выше манипулятор по п. 1, установочное устройство по п. 7, подземная буровая установка по п. 17, подземная горнодобывающая машина по п. 18, способ и применение имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты выполнения, в частности, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Кроме того, следует понимать, что предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения может быть любая комбинация зависимых пунктов формулы изобретения или вышеописанных вариантов выполнения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предпочтительный вариант выполнения описан ниже в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
Фиг. 1 изображает схематический вид горнодобывающей машины, выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения,
Фиг. 2а, 2b и 2с изображают схематические виды установочного устройства, выполненного в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, в первом рабочем положении,
Фиг. 3а, 3b и 3с изображают схематические виды установочного устройства, показанного на Фиг. 2а, b, с во втором рабочем положении,
Фиг. 4 изображает частичный вид установочного устройства, выполненного в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, и
Фиг. 5 изображает еще один частичный вид установочного устройства, выполненного в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1 показан пример подземной горнодобывающей машины 1, которая может представлять собой, например, передвижной комбайн, проходческий комбайн или горнопроходческий комбайн. Машина 1 изображена на рабочей площадке 3. Она содержит транспортное средство 2. Машина 1 содержит стрелу 4, при этом при необходимости она может иметь более одной стрелы. Стрела 4 содержит несколько шарнирных соединений 5а, b, с, которые обеспечивают поворотное перемещение стрелы вокруг соответствующих осей 7, 8, 9 и 14.
Кроме того, в зависимости от целевого использования подземной горнодобывающей машины 1, возможны и другие поворотные устройства.
Стрела 4 установлена проксимальным концом на транспортном средстве 2, а на своем дальнем конце содержит буровую установку 100. Буровая установка 100 выполнена в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, описанным в настоящем документе. В частности:
Буровая установка 100 предназначена для бурения отверстий 21 в части боковой стенки или крыши на рабочей площадке 3. На стреле 4 для регулирования стрелы 4 и буровой установки 100 с целью достижения требуемого положения для бурения отверстий 21 установлен по меньшей мере один, а предпочтительно несколько приводов 16 (показан только один). Для выполнения операций по анкерному креплению, которые обычно выполняются на части крыши рабочей площадки 3, стрела 4 и вместе с ней буровая установка 100 могут перемещаться из изображенного положения в направлении, показанном стрелкой М, где буровая установка (в уменьшенном масштабе) изображена в средней верхней части Фиг. 1.
Предпочтительно, стрела 4 содержит один или несколько датчиков 17, измерительных приборов или других средств определения положения, предназначенных для определения положения стрелы 4.
Машина содержит блок 18 управления, выполненный с возможностью управления стрелой 4. В предпочтительном варианте блок 18 управления может быть выполнен с возможностью управления функциями буровой установки 100 в тех вариантах выполнения, в которых буровая установка 100 не содержит отдельный, специальный блок управления для управления ее работой.
Машина 1 дополнительно содержит кабину 19 оператора, в которой размещены средства управления, предназначенные для управления горнодобывающей машиной 1. При этом предпочтительно, чтобы средства управления, предназначенные для управления работой буровой установки 100, были расположены внутри кабины 19 оператора.
Предпочтительный вариант выполнения буровой установки 100 описан ниже со ссылкой на Фиг. 2а-с и 3а-с.
На Фиг. 2а-с показана буровая установка 100 в первом рабочем положении. Буровая установка 100 содержит буровую головку 101, выполненную с возможностью размещения и приведения во вращение расходных деталей 201, 203, 205 бурового оборудования, как например, буровых штанг, арматурных стержней и картриджей с синтетической смолой. Буровая головка 101 содержит зажимной патрон 103. Буровая головка 101 установлена с возможностью скольжения на тележке 105.
Буровая установка 100 содержит первую направляющую штангу 107, которая установлена на направляющем рельсе 111. В предпочтительном случае буровая установка 100 дополнительно содержит вторую направляющую штангу 109, которая установлена на втором направляющем рельсе 113. Указанные первая и/или вторая направляющие штанги 107, 109 выполнены с обеспечением устойчивости расходной детали с целью надлежащего выставления в зажимном патроне 103.
Основные функции буровой установки 100 предпочтительно управляются с помощью гидравлического и электронного блока 115 управления (HECU).
Буровая установка 100 содержит установочное устройство 150, которое содержит установочную кассету 200 и манипулятор 300.
Установочная кассета 200, описанная более подробно со ссылкой на Фиг. 4, может содержать множество расходных деталей бурового оборудования, а именно, множество арматурных стержней 201, имеющих шайбы 202, множество картриджей 203 с синтетической смолой и множество буровых штанг 205. Расходные детали 201, 203, 205 удерживаются в установочной кассете 200 с помощью держателей в первой удерживающей части 207 и во второй удерживающей части 209. Расходные детали 201, 203, 205 предпочтительно расположены параллельно друг другу и параллельно продольному направлению или бурильной оси буровой головки 101.
Шайбы 202 арматурных стержней 201 легко удерживаются в соответствующим образом выполненных пазах 213, образованных между множеством торцевых крышек 211. Когда арматурные стержни 201 извлекаются из установочной кассеты 200, шайба 202 незначительно опускается в направлении буровой головки 101.
Манипулятор 300 содержит захватывающее устройство 301, выполненное с возможностью выборочного захвата и высвобождения расходных деталей бурового оборудования. Захватывающее устройство 301 выполнено с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно бурильной оси буровой головки 101 между втянутым состоянием и выдвинутым состоянием, при этом в положении, показанном на Фиг. 2а-с, захватывающее устройство 301 находится во втянутом состоянии. Перемещение в поперечном направлении осуществляется с помощью выдвигающего механизма, который в изображенном иллюстративном варианте выполнения представляет собой, например, выдвигающий механизм типа ножниц.
Захватывающее устройство 301 выполнено с возможностью перемещения в продольном направлении, параллельно бурильной оси буровой головки 101, при этом перемещение в продольном направлении управляется перемещающим механизмом 305, который может содержать, например, поршень, приводимый в действие с помощью электромагнита, пневматически или гидравлически. Как можно видеть в частности, на Фиг. 2с, расходные детали 201, 203, 205 установочной кассеты 200 отстоят друг от друга на некоторое расстояние, причем каждое удерживающее положение для одной расходной детали 201, 203, 205 определяет одно установочное положение «i» (сравните Фиг. 4). Одно из установочных положений «i» расположено в положении Т передачи, обращенном к манипулятору 300. Когда захватывающее устройство 301 манипулятора расположено в показанном положении, оно может приблизиться к расходной детали, которая в данный момент находится в положении Т передачи, и захватить ее.
Приводной механизм манипулятора 300 лучше всего можно описать при сравнении первого рабочего положения, показанного на Фиг. 2а-с, со вторым рабочим положением, показанным на Фиг. 3а-с. Захватывающее устройство 301 переместилось из втянутого состояния, показанного на Фиг. 2, в выдвинутое состояние по направлении стрелки А, путем выдвижения выдвигающего механизма 303. Кроме того, захватывающее устройство 301 переместилось в продольном направлении, как показано стрелкой В, благодаря приведению в действие перемещающего механизма 305. Кроме того, захватывающее устройство 301, показанное на Фиг. 3а-с, уже не обращено к кассете, а было дополнительно повернуто, как показано стрелкой С, и теперь обращено к буровой головке 101. В частности, захватывающее устройство расположено таким образом, что при выдвижении в направлении стрелки А расходная деталь, если она вставлена в захватывающее устройство, будет теперь коаксиально совпадать с бурильной осью буровой головки 101. Расходную деталь в этом положении можно взять и удерживать с помощью направляющих штанг 107, 109 и/или вставить в зажимной патрон 103.
На Фиг. 4 более детально показана установочная кассета 200, являющаяся частью установочного устройства 150. Установочная кассета 200 содержит множество держателей 215, 217, 219. В показанном варианте выполнения держатели 215, в частности, предназначены для удержания буровых штанг 205. В частности, держатели 217 выполнены с возможностью удержания картриджей 203 с синтетической смолой. В частности, держатели 219 выполнены с возможностью удержания арматурных стержней 201. В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, все держатели могут быть выполнены одинаковыми, в результате чего они выполнены с возможностью удержания расходной детали любого типа.
Установочная кассета 200 содержит первую цепь 208, которая содержит множество держателей 215, 217, 219, расположенных в первой удерживающей части 207. Кроме того, установочная кассета 200 содержит вторую цепь 210, имеющую второй набор держателей 215, 217, 219, расположенных во второй удерживающей части 209. Указанные первая и вторая цепи 208, 210 предпочтительно синхронизированы с помощью соединительной штанги 221. Держатели 215, 217, 219 во второй части 209 дополнительно содержат выступы 220 основания, действующие в качестве поддерживающей опоры для расходных деталей.
Установочная кассета 200 дополнительно содержит мальтийский приводной механизм 223, соединенный с одной стороны с первой цепью 208, а со второй стороны - с электродвигателем 225.
1
2
3
Держатели имеют множество установочных положений «i, i, i» и так далее. Предпочтительно, установочная кассета 201 сообщается с датчиком 227, предназначенным для идентификации, например, путем отслеживания оборотов электродвигателя, установочного положения «I», которое в данный момент находится в области Т передачи (сравните Фиг. 2с и 3с).
Установочная кассета 200 имеет удлиненную или продолговатую форму, имеющую первую ширину D и вторую ширину Е, перпендикулярную первой ширине D, причем вторая ширина Е больше первой ширины D, что делает сторону установочной кассеты 200, имеющую ширину D, узкой стороной. Предпочтительно, установочная кассета 200 ориентирована так, как показано на Фиг. 2с и 3с, в результате чего узкая сторона (имеющая первую ширину D) обращена к манипулятору 300. За счет этого достигаются предельно компактные размеры при размещении, показанные на Фиг. 2с и 3с. Указанное положение находится в плоскости, перпендикулярной бурильной оси буровой головки 101.
Каждый держатель 215, 217, 219 установочной кассеты 200 содержит множество пружинных зажимов 229, выполненных упруго деформируемыми для приема, удержания и высвобождения расходных деталей 201, 203, 205 за счет удерживающей силы.
На Фиг. 5 еще более подробно показан манипулятор 300, который представляет собой часть установочного устройства 150.
Манипулятор 301 содержит пару зажимов 307, которые могут приводиться в действие пневматически, гидравлически или с помощью электромагнита. Зажимы 307 предпочтительно совмещены таким образом, что они удерживают расходную деталь параллельно бурильной оси буровой головки 101, когда она собрана на буровой установке 150.
Выдвигающий механизм 303 выполнен с возможностью перемещения, в частности, втягивания или выдвижения, захватывающего устройства 301 в направлении стрелки А.
На Фиг. 5 перемещающий механизм 305 показан частично выдвинутым в направлении стрелки В. Как видно из нижней части Фиг. 5, перемещающий механизм 305 имеет наклонную канавку 309. Захватывающее устройство 301, установленное, например, на поршне, находится в зацеплении с выступающим элементом, например, с направляющим штифтом 317 внутри канавки 309. Путем перемещения устройства 301 вверх или вниз в направлении стрелки В, направляющий штифт 317 продвигается по канавке 309.
Наклонная канавка 309 имеет первый прямолинейный участок 311, предпочтительно расположенный параллельно бурильной оси буровой головки 101, и второй прямолинейный участок 313, предпочтительно расположенный также параллельно бурильной оси буровой головки 101. Между первым и вторым прямолинейными участками 311, 313 наклонная канавка 309 содержит криволинейный или расположенный под углом участок 315, регулирующий смещение между первым и вторым прямолинейными участками 311, 313. При перемещении по криволинейному или расположенному под углом участку 309, захватывающее устройство 301, в дополнение к поступательному движению в направлении стрелки В, поворачивается, как показано стрелкой С. В показанном варианте выполнения участки 311, 313, 315 распределены по ходу перемещающего механизма 305 так, что они имеют по существу одинаковую длину. Вместе с тем, в альтернативных вариантах выполнения предпочтительно, чтобы криволинейный или расположенный под углом участок 309 был больше или меньше прямолинейных участков 311, 313, или чтобы наклонная канавка состояла исключительно из криволинейного или расположенного под углом участка 315 без прилегающих к нему прямолинейных участков.
В изобретение также описана работа установочного устройства 150 в автоматическом режиме при выполнении бурения и, в частности, крепления болтами с помощью буровой установки 100. Предпочтительно, все необходимые действия запрограммированы в блоке 18 управления горнодобывающей машины 1 и/или в гидравлическом и электронном блоке 115 управления буровой установкой 100. Предпочтительно, чтобы расходные детали 201, 203, 205 были установлены в соответствующих держателях 215, 217, 219 установочной кассеты 200. Установочная кассета 200 перемещается при перемещении электродвигателя 225 в первое требуемое установочное положение. Для извлечения, например, буровой штанги из установочной кассеты 200 установочное положение «i» перемещается в положение Т передачи. Затем манипулятор 300 перемещается в первое положение, в котором он обращен к установочной кассете 200, как показано на Фиг. 2а-с. Далее манипулятором 300 управляют так, что захватывающее устройство 301 выдвигается в выдвинутое состояние, и зажимы 307 захватывают расходную деталь, например, буровую штангу. Затем захватывающее устройство 301 перемещается во втянутое состояние для извлечения расходной детали, например, буровой штанги 205, из держателя 215. Затем захватывающее устройство 301 перемещается в направлении стрелки В с помощью перемещающего механизма 305. Направляющий штифт 317 обеспечивает поворотное движение вокруг стрелки С путем скольжения по наклонной канавке 309. В качестве альтернативы, после перемещения направляющего штифта 317 во второй прямолинейный участок 313, захватывающее устройство 301 достигает второго положения, показанного на Фиг. 3а-с. Расходная деталь, например, буровая штанга, передается в зажимной патрон 103 для осуществления бурения.
3
При повторном использовании буровой штанги для размещения буровой штанги 205 в установочной кассете 200 вышеупомянутые этапы можно выполнять в обратном порядке. Далее, если арматурный стержень 201 необходимо установить в буровую штангу, установочная кассета 200 перемещается таким образом, что картридж 203 входит в положение Т передачи, например, путем перемещения положения указателя «i» в положение Т передачи.
Затем повторяют вышеуказанные рабочие этапы манипулятора с целью извлечения картриджа 203 из установочной кассеты 200 и его установки в зажимной патрон 103.
Точно также арматурный стержень 201 также может быть установлен в буровом отверстии 21 с использованием манипулятора 300, аналогично вышеупомянутой процедуре. Эти этапы предпочтительно могут осуществляться по отдельным командам пользователя или, что особенно предпочтительно, по одной команде пользователя, в результате которой все этапы выполнения болтового соединения выполняются автоматически.
Таким образом, как было описано выше, настоящее изобретение обеспечивает безопасный и удобный для пользователя способ работы подземной буровой установки 100, которая одновременно является безопасной в использовании и может быть установлена в компактной форме на подземной горнодобывающей машине 1.