PL190025B1

PL190025B1 - Sposób i urządzenie do sterowania wierceniem otworów, wiertłem do kamienia

Info

Publication number: PL190025B1
Application number: PL99342896A
Authority: PL
Inventors: Timo Muuttonen; Timo Kiikka; Jorma Mäki
Original assignee: Sandvik Intellectual Property
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2005-10-31
Also published as: FI103825B; NO20004633L; CA2323950C; DE69901697D1; DE69901697T2; EP1064123A1; JP2002506939A; AU750436B2; EP1064123B1; NO315551B1; FI980586A7; FI980586A0; RU2223171C2; PL342896A1; FI103825B1; WO1999047313A1; ZA200004824B; NO20004633D0; US6112832A; ATE218416T1

Abstract

1. Sposób sterowania wierceniem otworów, wier- tlem do kamienia, w maszynie wiertniczej zaw ieraja- cej obudowe, tlok udarowy zainstalowany w obudo- wie i poruszajacy sie w jego wzdluznym kierunku, chwyt narzedzia um ieszczony na przedluzeniu tloka udarowego, oraz co najmniej jeden tlok, który jest przewidziany w obudowie, ruchomy w jego kierunku osiowym, przy czym ten tlok jest przeznaczony do oddzialywania na chwyt narzedzia popychajac go w kierunku do przodu maszyny w iertniczej, na sku- tek dzialania sprezonego medium na tylna po- wierzchnie tloka; przy czym, przynajmniej podczas wiercenia, cisnienie sprezonego medium je st takie, ze laczna sila zlozona z oddzialywan wszystkich tloków na chwyt narzedzia, i pchajaca narzedzie w przód, przewyzsza sile reakcyjna od posuwu, dzialajaca na maszyne w iertnicza podczas wiercenia, tak ze, jesli chwyt narzedzia spoczywa na wszystkich tlokach, jest on usytuowany przy swym optymalnym punkcie dzialania, w którym jest m ierzony sposób nacisku sprezonego medium dzialajacego na chwyt, znam ienny tym , ze czujnikiem cisnienia (20, 23) mierzy sie impuls powrotny, który jest odbity w tyl, do urzadzenia w iertn iczeg o ....................................... FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do sterowania wierceniem otworów, wiertłem do kamienia. Wynalazek dotyczy sposobu sterowania wierceniem, wiertłem do kamienia, w maszynie wiertniczej zawierającej: obudowę, tłok udarowy zainstalowany w obudowie i poruszający się w jego wzdłużnym kierunku, chwyt narzędzia umieszczony na przedłużeniu tłoka udarowego, oraz przynajmniej jeden tłok, który jest przewidziany w obudowie, ruchomy w jego kierunku osiowym; ten tłok jest przeznaczony do oddziaływania na chwyt narzędzia popychając go w kierunku do przodu maszyny wiertniczej, na skutek działania sprężonego medium na tylną powierzchnię tłoka; przy czym przynajmniej podczas wiercenia ciśnienie sprężonego medium jest takie, że łączna siła złożona z oddziaływań wszystkich tłoków na chwyt narzędzia, i pchająca narzędzie w przód, przewyższa siłę reakcyjną od posuwu, działającą na maszynę wiertniczą podczas wiercenia, tak że, jeśli chwyt narzędzia spoczywa na wszystkich tłokach, jest on usytuowany przy swym optymalnym punkcie działania, w którym jest mierzony sposób nacisku wymienionego sprężonego medium działającego na chwyt.

Wynalazek dalej odnosi się do urządzenia służącego do sterowania wierceniem, wiertłem do kamienia; urządzenie zawiera maszynę wiertniczą, która zawiera: obudowę, tłok udarowy zainstalowany w obudowie i poruszający się w jego wzdłużnym kierunku, chwyt narzędzia umieszczony na przedłużeniu tłoka udarowego, oraz przynajmniej jeden tłok, który jest przewidziany w obudowie, ruchomy w jego kierunku osiowym; tłok jest umieszczony w przestrzeni cylindra w kierunku osiowym maszyny wiertniczej, i jest przeznaczony do oddziaływania na chwyt narzędzia popychając go w kierunku do przodu maszyny wiertniczej, na skutek działania sprężonego medium na tylną powierzchnię tłoka; przy czym przynajmniej podczas wiercenia ciśnienie sprężonego medium jest takie, że siła działająca na chwyt narzędzia, i pchająca go w przód, przewyższa siłę reakcyjną od posuwu, działającą na maszynę wiertniczą podczas wiercenia, tak że, jeśli chwyt narzędzia spoczywa na wszystkich tłokach, jest on usytuowany przy swym optymalnym punkcie działania; urządzenie zawiera układ służący do mierzenia ciśnienia wymienionego sprężonego medium.

Kiedy przy pomocy wiertła do kamienia są wiercone otwory w kamieniu, warunki wiercenia zmieniają się na różne sposoby. Kamień składa się z warstw materiału skalnego o różnych stopniach twardości, więc z tego powodu właściwości mające wpływ na skuteczność wiercenia, takie jak siła udaru i posuw, powinny być dobierane na bieżąco, zgodnie z występującym oporem wiercenia. Inaczej proces wiercenia jest nieregularny, ponieważ wiertło przechodzi szybko przez miękki materiał i powoli przez twardą skałę. To pociąga za sobą kilka problemów dotyczących, na przykład, trwałości urządzenia wiertniczego i sterowalności procesu wiercenia. Jeden z przykładów rozwiązania tych problemów odnosi się do regulacji siły udaru maszyny wiertniczej przez przeniesienie chwytu narzędzia w przód, od optymalnego

190 025 punktu udaru w kierunku wzdłużnym, kiedy na chwyt narzędzia ma być przenoszona z tłoka udarowego mniejsza siła udaru. Chwyt narzędzia jest przemieszczany za pomocą tłoków napędzanych hydraulicznie, które podpierają chwyt od tyłu, albo bezpośrednio, albo za pośrednictwem tulei. Kiedy ciśnienie sprężonego medium działającego w przestrzeni tłoka znajdującej się za tłokami jest zmieniane, możliwe jest ustawianie długości przesuwu tłoków i tym samym pozycji chwytu narzędzia. W ten sposób możliwe jest przenoszenie wymaganej wielkości siły za pośrednictwem chwytu narzędzia na żerdź wiertniczą podczas gdy reszta siły udaru jest tłumiona przez wkładkę tłumiącą umieszczoną przy przednim końcu tłoka udarowego. Taki układ jest ujawniony w opisie patentowym fińskiego patentu numer 84,701.

Fińskie zgłoszenie patentowe, numer 944,839, ujawnia znany sposób sterowania zdolnością wiercenia, urządzenia do wiercenia w kamieniu, który ma na celu chronić wiertło przed występowaniem uszkodzenia. To powołanie się ujawnia, że kiedy maszyna wiertnicza trafia na obszar gdzie opór wiercenia jest mniejszy, i tym samym wiertło przechodzi łatwiej przez materiał skalny, wiercenie jest normalnie kontynuowane za wyjątkiem tego, że działanie urządzenia udarowego jest zupełnie zatrzymywane dopóki materiał obrabiany nie staje się twardszy i wiercenie wymaga ponownie udaru. Urządzenie zawiera tłok amortyzatora drgań powrotnych, który przemieszcza się w kierunku tłoka udarowego względem obudowy maszyny wiertniczej, i który jest zdolny do przesuwania się w przód, w kierunku ostrza wiertła, wtedy gdy opór wiercenia jest chwilowo mniejszy. Prowadzi to do zmniejszenia się ciśnienia w komorze za tłokiem. Jeżeli ciśnienie spada poniżej założonego poziomu ciśnienia, zawór zatrzymuje dopływ sprężonego medium do urządzenia udarowego, na skutek czego tłok udarowy zaprzestaje dalszych uderzeń. Kiedy wiertło natrafia ponownie na twardy materiał skalny, a ciśnienie w komorze za tłokiem wzrasta do założonego ciśnienia granicznego, połączenie prowadzące do urządzenia udarowego jest otwierane i tłok udarowy zaczyna ponownie wznawiać uderzenia.

Jednakże, wymienione wyżej znane w technice układy, okazały się niedostateczne pod względem skuteczności i dokładności sterowania maszynami wiertniczymi. Układy te tylko wywierają wpływ na sterowanie siłą udaru, ale nie dostarczają środków służących do sterowania wierceniem w bardziej zróżnicowany sposób. One także powodują utratę mocy, co oznacza, że pompy hydrauliczne, rury i inne części składowe układu hydraulicznego, muszą być niepotrzebnie duże.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczyć lepszy i bardziej wszechstronny sposób, oraz urządzenie, służące do sterowania pracą maszyny wiertniczej, niż stosowane poprzednio.

Sposób według wynalazku tym się charakteryzuje, że czujnik ciśnienia mierzy impuls powrotny, który jest odbijany do tyłu urządzenia wiertniczego, od przewiercanego materiału skalnego, i który pochodzi od uderzenia tłoka udarowego, przy czym impuls powrotny jest wykrywany jako impuls ciśnienia kiedy ciśnienie w przestrzeni za tłokiem jest mierzone przy pomocy czujnika ciśnienia, i ta pomierzona wielkość odbitego impulsu ciśnienia jest używana do sterowania pracą maszyny wiertniczej.

Dalej, urządzenie według wynalazku tym się charakteryzuje, że czujnik ciśnienia mierzy impuls powrotny, który jest odbijany do tyłu urządzenia wiertniczego, od przewiercanego materiału skalnego, i który pochodzi od uderzenia tłoka udarowego, przy czym impuls powrotny jest wykrywany jako impuls ciśnienia kiedy ciśnienie w przestrzeni za tłokiem jest mierzone przy pomocy czujnika ciśnienia, i ta pomierzona wielkość odbitego impulsu ciśnienia jest używana do sterowania pracą maszyny wiertniczej.

Istotą wynalazku jest to, że czujnik ciśnienia jest stosowany do mierzenia impulsów ciśnienia w komorze ciśnieniowej, usytuowanej za tłokami, jednym lub więcej, podpierającymi od tyłu chwyt narzędzia. Kiedy opór pochodzący od posuwu, występujący na ostrzu wiertła obniża się, punkt udaru zaczyna się przemieszczać w przód, od optymalnego punktu udaru. To oznacza, że przynajmniej pewna ilość energii tłoka udarowego jest tłumiona. Zgodnie z tym, impuls powrotny, który jest ukształtowany w miększym materiale jest słabszy, z tego więc względu wywoływany przez niego impuls ciśnienia jest mniejszy i może być krótszy niż w sytuacji normalnej. Zamiast dwóch lub więcej tłoków możliwe jest także użycie pojedynczego tłoka, który podpiera chwyt narzędzia za pomocą ciśnienia wywieranego przez sprężone medium. W takim przypadku pomiar jest przeprowadzany w komorze ciśnieniowej

190 025 tego pojedynczego pierścieniowego tłoka. Nieobecność impulsów, albo zmiany ich normalnych wartości, są wykrywane przez czujnik ciśnienia, który jest zainstalowany do mierzenia ciśnienia w komorach za tłokami, jednej lub więcej, jako sytuacja, w której operacja wiercenia odbiega od normy. Dane pomiarowe z czujnika ciśnienia są dostarczane do układu sterowania maszyny wiertniczej, który to układ sterowania wówczas reguluje, na bazie tych danych, działanie wiertła, na przykład reguluje parametry wiercenia, które obejmują ciśnienie posuwu i ciśnienie udarowe. Siła wiercenia jest ustawiana dotąd, aż zostanie ponownie osiągnięty optymalny punkt udaru.

Wynalazek ma taką zaletę, że jest teraz możliwe ustawianie intensywności udarowej maszyny wiertniczej, oraz innych parametrów wiercenia, w sposób ekonomiczny, sprawny i odpowiedni dla każdej sytuacji. Proces wiercenia może teraz dostarczać danych pomiarowych podczas wiercenia, a uzyskiwane dane mogą być wykorzystywane na kilka sposobów do sterowania wierceniem. Łatwiej jest także, niż poprzednio, prowadzić kontrolę w sytuacjach specjalnych. Urządzenie według wynalazku umożliwia także wykrywanie, i zapamiętywanie w jednostce sterującej dla późniejszego wykorzystywania, właściwości różniących się między sobą warstw, przez które ma być przewiercany otwór. W oparciu o te dane możliwe jest, na przykład, planowanie procesu wiercenia w miejscu przeznaczenia, i tworzenie mapy właściwości skały. Dalej, jest możliwe stosowanie impulsów ciśnienia dostarczanych przez czujnik ciśnienia do wyciągania wniosków o warunkach pracy ostrza wiertła, i do używania danych pomiarowych w diagnostyce uszkodzeń. Niniejszy układ może być także podłączony do istniejących urządzeń w dość prosty sposób.

Wynalazek będzie opisywany bardziej szczegółowo z nawiązaniem do towarzyszącego opisowi rysunku.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie, częściowo w przekroju, przedni koniec wiertarki do kamienia według wynalazku, fig. 2a i 2b - schematycznie, krzywe ciśnienia mierzonego w przestrzeni za tłokami, fig. 3 - schematycznie, częściowo w przekroju, inny przykład maszyny wiertniczej według wynalazku.

Figura 1 przedstawia schematycznie, częściowo w przekroju, przód wiertarki do kamienia. Maszyna wiertnicza zawiera tłok udarowy 1 i współosiowy z nim chwyt narzędzia 2, który przejmuje uderzenia dostarczane przez tłok udarowy. Siła udaru jest przenoszona za pośrednictwem żerdzi wiertniczych, które zwykle znajdują się na przedłużeniu chwytu ostrza wiertła uderzającego w skałę i rozbijającego ją. Związane z tym działanie udarowe tłoka udarowego 1 nie jest omawiane tu bardziej szczegółowo, ponieważ jest ogólnie znane, i jest oczywiste dla specjalistów w tej dziedzinie. Chwyt narzędzia 2 jest zazwyczaj obracany za pomocą silnika obrotowego, znanego jako samo przez się, obracającego wirującą tuleję, która jest wyposażona w chwyt narzędzia 2, który jest zdolny do przemieszczania się w kierunku osiowym względem tej tulei. Zarówno konstrukcja jak i działanie silnika obrotowego, oraz wirującej tulei, są w pełni znane specjalistom w tej dziedzinie, dlatego więc nie będą one omawiane tutaj bardziej szczegółowo. Dalej, wokół tylnego końca chwytu narzędzia 2 znajduje się oddzielna tuleja podpierająca 3, która podpiera chwyt narzędzia 2 podczas wiercenia. Tuleja podpierająca 3 podpiera chwyt narzędzia 2 za pomocą pochylonej powierzchni podpierającej 3a, która wchodzi w kontakt z odpowiadającą jej pochyloną powierzchnią wsporczą 2a na chwycie narzędzia 2. Za tuleją podpierającą 3 znajduje się kilka tłoków 4a i 4b, które są powiązane z tylną powierzchnią tulei podpierającej 3, lub które działają mechanicznie na nią w sposób pośredni. Wokół tulei podpierającej 3 może się także znajdować pierścień oporowy 5, który ogranicza ruch tłoków 4a i 4b w kierunku do przodu maszyny wiertniczej. Tłoki 4a i 4b są umieszczone w cylindrycznych przestrzeniach, które są uformowane w obudowie 6, albo w oddzielnej sekcji cylindra, i które są równoległe do osi tłoka udarowego 1, a do tych cylindrycznych przestrzeni, kanały 7a i 7b doprowadzają płyn pod ciśnieniem. Do tylnej powierzchni tłoków 4a, 4b, przynajmniej podczas wiercenia, jest przykładane takie ciśnienie sprężonego medium, że łączna siła tłoków działająca na chwyt narzędzia 2, i pchająca go w przód, przekracza siłę reakcyjną pochodzącą od posuwu, działającą na maszynę wiertniczą podczas wiercenia. W obudowie 6 maszyny wiertniczej znajduje się kilka tłoków 4a i 4b, i one są korzystnie podzielone na przynajmniej dwie oddzielne grupy, które mają różne długo6

190 025 ści ruchu w kierunku do przedniego końca maszyny wiertniczej. Dalej, maszyna wiertnicza zawiera amortyzator 8 znajdujący się z przodu przestrzeni cylindra tłoka udarowego 1, albo na odległości przemieszczania się części la tłoka udarowego 1, z przodu maszyny wiertniczej. Przód części 1 a tłoka udarowego 1 przenosi uderzenia przez ten amortyzator wtedy, kiedy tłok udarowy 1 z pewnych powodów uderza za swym normalnym optymalnym punktem udaru. Taka konstrukcja jest znana sama przez się i dlatego nie będzie tutaj opisywana bardziej szczegółowo.

Dalej, urządzenie zawiera przewody pomiarowe 19a i 19b, które są korzystnie podłączone do kanałów 7a, 7b, tak że impuls ciśnienia występujący za tłokami 4a może być mierzony za pomocą czujnika ciśnienia 20 podłączonego przewodem mierniczym 19a. To jest najprostszy układ, ale naturalnie jest także możliwe wprowadzenie oddzielnego otworu w obudowie 6 dla czujnika ciśnienia 20. Dane pomiarowe są przekazywane elektrycznie, od czujnika ciśnienia 20 do jednostki sterowniczej 21, gdzie te dane mogą być przetwarzane. Jeżeli jest to wymagane, jednostka sterownicza 21 przekazuje sygnał kontrolny do siłownika 22, który może być, na przykład, siłownikiem regulującym posuw, albo ustawiającym ciśnienie w urządzeniu udarowym przy pomocy zaworu. Możliwe jest dostarczanie do jednostki sterowniczej 21 wielkiej ilości różnych danych pomiarowych dotyczących procesu wiercenia, tak żeby jednostka sterownicza 21 mogła sterować pracą maszyny wiertniczej odpowiednio do każdej sytuacji wynikającej z danych bazowych. Na figurze pokazany jest także drugi czujnik ciśnienia 23, który mierzy ciśnienie za drugimi tłokami 4b, czujnik ciśnienia 23 jest odpowiednio podłączony do jednostki sterowniczej 21. Jest zatem możliwy pomiar impulsu ciśnienia, albo oddzielnie za tłokami 4a bądź 4b, albo łącznie za obu tłokami. Jest także możliwe stosowanie tylko jednego czujnika ciśnienia, w tym wypadku kanały 7a i 7b tłoków 4a i 4b są razem połączone, jak to pokazano linią przerywaną 24, co oznacza że drugi czujnik ciśnienia 23 nie jest potrzebny. W praktyce impuls ciśnienia może być mierzony w prostszy sposób, po prostu od tyłu za tłokiem 4a, co oznacza, że tłoki 4a i 4b są usytuowane w różnych obwodach ciśnieniowych. Jest to oparte na fakcie, że ponieważ tłoki 4a mogą się poruszać w kierunku do przodu tylko do położenia, które odpowiada optymalnemu punktowi udaru chwytu narzędzia, impulsy ciśnieniowe są wytwarzane tylko wtedy kiedy chwyt narzędzia przemieszcza się w kierunku tyłu maszyny wiertniczej z taką siłą, która go przesuwa poza jego optymalny punkt udaru. Kiedy impulsy ciśnieniowe są mierzone w taki sposób, one korzystnie dostarczają rzetelnych informacji bazowych służących do uruchamiania sterowania.

Figura 2a przedstawia schematycznie normalną krzywą ciśnienia, które zostało pomierzone w przestrzeni od tyłu za tłokami. Kiedy opór wiercenia skały przewiercanej jest normalny i tłoki przesunęły chwyt narzędzia do optymalnego punktu udaru, tłok udarowy przenosi na chwyt narzędzia uderzenia o pełnej sile, skąd uderzenia są przenoszone dalej na żerdzie wiertnicze i tym samym również na ostrze wiertła. Jak tylko ostrze wiertła natrafia na twardą skałę, powoduje to ruch powrotny, który jest odbijany w kierunku do tyłu i przenoszony za pośrednictwem żerdzi wiertniczych na chwyt narzędzia. Ponieważ na chwyt narzędzia oddziałuje tuleja podpierająca 3, a tłoki pchają ją w przód, naprężenie, które jest odbijane od skały, jest także przenoszone na tłoki, które dlatego, w rezultacie tego odbitego impulsu, przemieszczają się w tył w ich przestrzeniach cylindrycznych. Ruch tłoków do tyłu wytwarza szybki wzrost ciśnienia, inaczej mówiąc, powstaje impuls powrotny w przestrzeni za tłokami. To może być widoczne na fig. 2a jako impuls ciśnienia B, który jest wyraźnie odbiegający od przeciętnego poziomu ciśnienia. Występowanie tego impulsu ciśnienia B w krzywej ciśnienia jest specyficznie monitorowane. Impulsy ciśnienia B są zawsze większe niż przeciętny poziom ciśnienia. Do sterowania wierceniem mogą być wykorzystywane przynajmniej: siła, amplituda, szybkość wzrastania i częstotliwość występowania impulsu ciśnienia. Impulsy ciśnienia A, które są przedstawiane na figurze, i które są mniejsze niż impulsy ciśnienia B, pochodzą od różnic ciśnienia płynu sprężanego kiedy tłoki 4a i 4b są poddawane działaniu ciśnienia istniejącego w przewodzie ciśnieniowym urządzenia udarowego. Jeżeli ciśnienie płynu dostarczanego do przestrzeni cylindrycznej tłoków, podlegające pomiarowi, jest przenoszone z oddzielnego źródła ciśnieniowego, albo za pośrednictwem przewodu ciśnieniowego, który jest oddzielony od obwodu udarowego, nie będą występować impulsy ciśnienia A pochodzące od działania uderzeń, a krzywa przeciętnego poziomu ciśnienia będzie właściwie wyrównana.

190 025

Z kolei, fig. 2b przedstawia krzywą ciśnienia, która całkowicie jest wolna od impulsów ciśnienia B. Krzywa ta przedstawia tylko wahania A, które wynikają ze zmian ciśnienia w obwodzie udarowym. Nieobecność impulsów ciśnienia B, albo zanikanie impulsów wskutek faktu, że ostrze wiertła przechodzi przez miękki materiał skalny, przy normalnej sile wiercenia oznacza, że wiertło pracuje chwilowo szybciej niż zwykle. Chwyt narzędzia przemieszcza się więc od optymalnego punktu udaru w przód, a wtedy amortyzator tłoka udarowego przejmuje na siebie przynajmniej część siły uderzeń. Ponieważ siła uderzeń jest w ten sposób pomniejszona, ostrze wiertła nie bije w skalę z tak wielką siłą, ani ono tak bardzo nie odskakuje, jak to się dzieje przy wierceniu w normalnej sytuacji lub w sytuacji powodowanej impulsami powrotnymi. Z drugiej strony, miękki materiał skalny nie przeciwstawia się uderzeniom tak bardzo jak to się dzieje przy materiale twardym, i dlatego nie powoduje on podobnych impulsów powrotnych w urządzeniu wiertniczym.

Figura 3 przedstawia, częściowo w przekroju, jeszcze jeden przykład przedniego końca maszyny wiertniczej, według wynalazku. Odnośniki liczbowe odpowiadają odnośnikom z fig. 1. Układ, inaczej pokazany na figurze, odpowiada układowi z fig. 1, za wyjątkiem tego, że na fig. 3 usunięto kilka oddzielnych tłoków i zastąpiono je tłokami w kształcie tulei, które są rozmieszczone współosiowo wokół tłoka udarowego 1. W tym przypadku, tłoki 14a i 14b są tak usytuowane, że tłok 14a znajduje się najbardziej na zewnątrz, i do tego tłoka 14a jest podłączony kanał ciśnieniowy 17a, po to żeby ciśnienie mogło pchać tłok w przód, na całej drodze do powierzchni 15a z nim współpracującej. Tłok 14b jest z kolei umieszczony współosiowo wewnątrz tłoka 14a, i płyn pod ciśnieniem jest podawany z tyłu za tłok 14b kanałem 17b. Kiedy tłok I4b spoczywa na współpracującej z nim powierzchni I5b, chwyt narzędzia 2 jest pchany w przód do nowego położenia, które się różni od optymalnego punktu udaru. Jak już pokazano na fig. 1, ciśnienie jest mierzone w przestrzeni z tyłu, albo za każdymi z obu tłoków I4a, I4b, albo tylko za tłokami I4a. Kanały 17a i I7b są podłączone do obwodu pomiarowego I9a, który jest wyposażony w czujnik ciśnienia 20 mierzący impulsy ciśnieniowe powrotne. Odpowiednio do tego, kanał I7b jest podłączony do obwodu pomiarowego I9b, który jest wyposażony w czujnik ciśnienia 23 mierzący impulsy ciśnieniowe powrotne. Pod względem pomiarów, i stosowania impulsów ciśnienia, sytuacja jest podobna do tej z fig. I. Podobnie, możliwe jest również i w tym przykładzie, mierzenie impulsów ciśnienia tylko jednym czujnikiem, co oznacza, że kanały I7a i I7b są podłączone do obwodu pomiarowego I9a, tak jak to pokazano linią przerywaną 24, a czujnik ciśnienia 23 nie jest potrzebny.

Rysunek, i odnośny opis, są tylko zamierzoną ilustracją pomysłu wynalazczego. Szczegóły wynalazku mogą się zmieniać w zakresie objętym przez zastrzeżenia patentowe. Na przykład, konstrukcja maszyny wiertniczej nie musi być identyczna z tą pokazaną na rysunku, i na przykład, tłumienie tłoka udarowego może być rozwiązane konstrukcyjnie w jakiś inny sposób. Dalej, tłoki mogą być ustawione tak by działały bezpośrednio na chwyt narzędzia, co oznacza, że oddzielna tuleja jest wtedy koniecznie potrzebna pomiędzy chwytem narzędzia i tłokami. Pomiędzy chwyt narzędzia i tłoki, współosiowo z chwytem narzędzia i tłokiem udarowym, może być wstawione osiowe łożysko. Analizowanie i stosowanie sygnałów pomiarowych, uzyskiwanych z czujnika ciśnienia, może także się odbywać sposobami przetwarzania danych, które umożliwiają wyciąganie bardziej zróżnicowanych danych z branych pod uwagę sygnałów pomiarowych, na przykład mogą to być: czas trwania, energia i częstotliwość, odbitych impulsów; a te dane pomiarowe mogą wtedy być użyte do efektywnego sterowania maszyną wiertniczą.

190 025

4a 7a

FIG. 1

ΕΛΛΛΛΜ

FIG. 2a time time

FIG. 2b

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób sterowania wierceniem otworów, wiertłem do kamienia, w maszynie wiertniczej zawierającej obudowę, tłok udarowy zainstalowany w obudowie i poruszający się w jego wzdłużnym kierunku, chwyt narzędzia umieszczony na przedłużeniu tłoka udarowego, oraz co najmniej jeden tłok, który jest przewidziany w obudowie, ruchomy w jego kierunku osiowym, przy czym ten tłok jest przeznaczony do oddziaływania na chwyt narzędzia popychając go w kierunku do przodu maszyny wiertniczej, na skutek działania sprężonego medium na tylną powierzchnię tłoka; przy czym, przynajmniej podczas wiercenia, ciśnienie sprężonego medium jest takie, że łączna siła złożona z oddziaływań wszystkich tłoków na chwyt narzędzia, i pchająca narzędzie w przód, przewyższa siłę reakcyjną od posuwu, działającą na maszynę wiertniczą podczas wiercenia, tak że, jeśli chwyt narzędzia spoczywa na wszystkich tłokach, jest on usytuowany przy swym optymalnym punkcie działania, w którym jest mierzony sposób nacisku sprężonego medium działającego na chwyt, znamienny tym, że czujnikiem ciśnienia (20, 23) mierzy się impuls powrotny, który jest odbity w tył, do urządzenia wiertniczego od przewiercanego materiału skalnego, i który pochodzi od uderzenia tłoka udarowego (1), przy czym impuls powrotny wykrywa się jako impuls ciśnienia (B), kiedy ciśnienie w przestrzeni z tyłu za tłokiem (4a, 4b, 14a, 14b) mierzy się za pomocą czujnika ciśnienia (20, 23), przy czym dane pomiarowe odbitego impulsu ciśnienia (B) używa się do sterowania pracą maszyny wiertniczej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że posuw maszyny wiertniczej ustawia się na podstawie wyników pomiaru impulsu ciśnienia (B), pochodzącego od odbitego impulsu powrotnego.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że siłę uderzenia maszyny wiertniczej ustawia się na podstawie wyników pomiaru impulsu ciśnienia (B), pochodzącego od odbitego impulsu powrotnego.
4. Sposób według każdego jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że działaniem maszyny wiertniczej steruje się na podstawie siły impulsu ciśnienia (B), pochodzącego od odbitego impulsu powrotnego.
5. Sposób według każdego jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że działaniem maszyny wiertniczej steruje się na podstawie amplitudy impulsu ciśnienia (B), pochodzącego od odbitego impulsu powrotnego.
6. Sposób według każdego jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że nastawia się ustalone z góry ograniczenia dla parametrów pomiarowych impulsu ciśnienia (B), a kiedy wartości mierzone spadają poniżej granic, jednostka sterownicza (21) maszyny wiertniczej steruje ciśnieniem uderzenia i/lub posuwem, po to by osiągnąć ponownie optymalny punkt uderzenia.
7. Sposób według każdego jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że impuls ciśnienia mierzy się tylko w przestrzeni od tyłu za takim tłokiem (4a, 14a), który podpiera, w swym położeniu najbardziej wystawionym, chwyt narzędzia znajdujący się tym samym w optymalnym punkcie uderzenia.
8. Urządzenie do sterowania wierceniem otworów, wiertłem do kamienia, obejmujące maszynę wiertniczą, która zawiera obudowę (6), tłok udarowy (1) zainstalowany w obudowie (6) ruchomy w jego kierunku wzdłużnym, chwyt narzędzia (2) umieszczony na przedłużeniu osiowym tłoka udarowego (1), oraz przynajmniej jeden tłok (4a, 4b, 14a, 14b), który jest przewidziany w obudowie (6), ruchomy w jego kierunku osiowym, przy czym tłok jest umieszczony w przestrzeni cylindra w kierunku osiowym maszyny wiertniczej, i jest przeznaczony do oddziaływania na chwyt narzędzia (2) popychając go w kierunku do przodu maszyny wiertniczej, na skutek działania sprężonego medium na tylną powierzchnię tłoka, przy czym przynajmniej podczas wiercenia ciśnienie sprężonego medium jest takie, że siła działająca na

190 025 chwyt narzędzia (2), i pchająca go w przód, przewyższa siłę reakcyjną od posuwu, działającą na maszynę wiertniczą podczas wiercenia, tak że, jeśli chwyt narzędzia (2) spoczywa na wszystkich tłokach (4a, 4b, 14a, 14b), jest on usytuowany przy swym optymalnym punkcie działania, ponadto urządzenie zawiera układ służący do mierzenia ciśnienia sprężonego medium, znamienne tym, że czujnik ciśnienia (20, 23) mierzy impuls powrotny, który jest odbity w tył, do urządzenia wiertniczego od przewiercanego materiału skalnego, i który pochodzi od uderzenia tłoka udarowego (1), impuls powrotny jest wykrywany jako impuls ciśnienia (B), kiedy ciśnienie w przestrzeni z tyłu za tłokiem (4a, 4b, 14a, 14b) jest mierzone za pomocą czujnika ciśnienia (20, 23), przy czym dane pomiarowe odbitego impulsu ciśnienia (B) są używane do sterowania pracą maszyny wiertniczej.
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że jednostkę sterującą (21) przeznacza się do nastawiania posuwu maszyny wiertniczej na podstawie impulsu ciśnienia (B), mierzonego przez czujnik ciśnienia (20).
10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że jednostkę sterującą (21) przeznacza się do nastawiania siły uderzenia maszyny wiertniczej na podstawie impulsu ciśnienia (B), mierzonego przez czujnik ciśnienia (20).