JPH10102971A - 掘削機の流体圧駆動装置 - Google Patents
掘削機の流体圧駆動装置Info
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Abstract
手段含む低速度の油圧モータユニットを提供する 【解決手段】 リア側端部とフロント側端部を有し、か
つ作動流体を導入する入口と作動流体を排出する出口を
有する油圧モータと、前記油圧モータの内部に設けられ
前記フロント側端部と接続されるドライブシャフトと、
前記ドライブシャフトに形成される通路であって前記油
圧モータに供給する作動流体とは独立に掘削装置を作動
させる作動流体を当該油圧モータをバイパスさせて掘削
装置に供給する通路と、掘削装置を回転させるため前記
フロント側の端部に接続されるローテータとを具備す
る。
Description
動装置に係り、特に、打撃ハンマなどの掘削機を駆動す
る流体圧駆動装置に関する。
上させ、鉱山開発コストを低減するためにロングホール
生産方式が広く採用されている。この生産方式にとって
は、発破用の穴を正確に掘削することが重要であるが、
この発破用の穴は、70〜140メートルもの長さにわ
たることがある。
路を制御する効果的な手段を有していなかった。発破用
孔の方位、傾斜をコントロールできないため、発破用孔
の経路が目標から大きくそれてしまうことがしばしば起
こる。発破を不正確な位置で行うと、岩石が不十分な破
砕をし、この結果、鉱石を処理する破砕機(クラッシ
ャ)の損耗率を増加させる。さらに、不正確な掘削は、
採取鉱石のうち不要な鉱石の含まれる割合の予期せぬ上
昇の原因となる。つまり、全体の採鉱プロセスは、不正
確な掘削に直接あるいは間接的に起因する採取鉱石の不
十分な破砕や、不要な岩石による採取鉱石の希釈化によ
って大きく影響される。
削の分野で利用できる最新技術である。典型的なこの種
の掘削装置の高さは、鉱山のトンネルの高さ4.3メー
トルに制約される。坑内用掘削機を作動させるには、ト
ルクとスラスト荷重は、鉱山内の配置位置からスチール
パイプやドリルロッドを介してハンマーに伝達させなけ
ればならない。ドリルロッドは、カラーに設けられたロ
ータリドライブヘッドからビットを駆動するハンマーに
至るシャフトを構成する。これらのドリルロッドは、ね
じ継手を有し、孔が深くなるにしたがってねじ継手を接
続しながら長いドリルストリングスにすることができ
る。
や水が流れるようになっている。ドリルストリングスの
外径は、孔のアニュラー部の大きさに関係し、これは排
出するエアまたは水の流速を決定する。ドリルロッドの
サイズは、孔の底から地表に切削屑を導出するのに充分
な流体の流れを与えられるように決定される。
ンプを駆動する原動機(ディーゼル、電気あるいは空圧
式)を備え、このパワーユニットは、地上からドリルス
トリングを回転させる。前記ポンプから吐出されるオイ
ルは、適切に配置されるバルブを介して種々の流体圧作
動のアクチュエータに供給され、これらのアクチュエー
タにより地上から掘削作業に必要な各部の動作をコント
ロールする。典型的な坑内式の掘削機により可能な孔の
傾斜は、孔の深度の10パーセント程度である。これ
は、現代の採鉱現場では、この程度ではとってきわめて
不充分である。
り0.3メートル程度出ある。この掘進率は、ビットが
出会う鉱石、岩盤の種類によっても変って繰る。しか
し、実際に孔を掘削するのに要する時間は、掘進率から
算定する時間よりもはるかに多くの時間がかかる。ドリ
ルストリングは、1.64メートル(5フィート)の長
さのドリルロッドを連続に接続した編制で、1本のドリ
ルロッド分だけ掘進するごとに、次のドリルロッドを接
続するために掘削作業を停止しなければならない。新た
なドリルロッドを付け加えるたるには、ドライブヘッド
が前のドリルロッドから外される。新たなドリルロッド
が接続されると、掘削を再開するためにストリング内の
エアの圧力が高められる。このようなドリルロッドの付
け替え作業は、掘進作業を中断せしめ、掘進率の向上を
阻害する。
管を使用すると、付け替えがないために、掘削時間を短
縮することができる。しかし、掘削装置を回転させるた
めには、供給管を地上で回転させなければならないの
で、実際的ではない。したがって、坑内式掘削機の場合
は、切削孔の内部の掘削部に近い部分に回転ドライブが
ある必要がある。
国特許第1,790,460号、米国特許第4,10
5,377号、米国特許第2,002,387号、米国
特許第2,660,402号、米国特許第3,076,
514号などがある。
は、前記従来技術の有する問題点を解消し、効率良い高
トルク、低回転数で掘削装置を駆動する装置を提供する
ことにある。
ングに付け換えを不要にして連続的に掘進できる装置を
提供することにある。
駆動する流体を独立して伝達する手段含む低速度の流体
圧モータユニットを提供することにある。
めに、本発明は、掘削機駆動する流体圧駆動装置であっ
て、リア側端部とフロント側端部を有し、かつ作動流体
を導入する入口と作動流体を排出する出口を有する油圧
モータと、前記油圧モータの内部に設けられ前記フロン
ト側端部と接続されるドライブシャフトと、前記ドライ
ブシャフトに形成される通路であって前記油圧モータに
供給する作動流体とは独立に掘削装置を作動させる作動
流体を当該油圧モータをバイパスさせて掘削装置に供給
する通路と、掘削装置を回転させるため前記フロント側
の端部に接続されるローテータとを具備したことを特徴
とする。
ついて添付の図面を参照して説明する。図1において、
本発明によるトラクタは、案内式掘削システム10の一
構成要素として用いられる。この案内式掘削システム1
0は、打撃ハンマー12と、ショックアブソーバ14
と、油圧ドライブユニット16とトラクタ18とを備え
ている。打撃ハンマー12は、トラクタ14とともに移
動し、加圧される。油圧ドライブユニット16は、打撃
ハンマー12を比較的低速度が回転させるために用いら
れる。ショックアブサーバ14は、打撃ハンマー12に
生じる激しい振動から他の機器を保護する。これに加え
て、ショックアブソーバ12は、打撃ハンマー12のエ
ア圧縮サイクルで使用される機械的エネルギーをたくわ
え、また戻すようになっている。トラクタ18は、その
動作が制御部20により制御される。この制御部20
は、予め決められた経路に沿って正確に孔が掘削される
ように必要な制御を行う。
供給ラインと信号ラインを提供する。動力供給ライン
は、油圧、空気圧あるいはその両方を供給する。好まし
くは、打撃ハンマー12は、空気圧により駆動される。
油圧ドライブユニット16およびトラクタ18は、好ま
しくは、流体圧駆動される。掘削を開始する際の掘削装
置の最初の案内は、支持フレーム24及びプーリー26
により行われる。この実施の形態では、案内式掘削シス
テム10は、原動機駆動のトラック28のような自走手
段を備えている。可撓性の供給管22には、フードリー
ル30から繰り出され、巻き取られるため、十分な可撓
性を有するものが用いられる。
は、打撃ハンマーのような掘削機を所定の回転数で回転
するのに用いられる。この油圧ドライブユニット16
は、ドリルローテータあるいはドライブエンド44を回
転させるために、油圧モータと減速歯車を利用する。ド
ライブエンド44は、ショックアブソーバを回転させる
ものでこれと接続するようになっている接続部を有して
いる。ピストン46は、ドライブシャフト52を回転さ
せるために、リアカムプレート48ともフロントカムプ
レート50に当接する。ピストン46は、シリンダブロ
ック56のシリンダボア54に収容されている。円柱状
のピストン46を収容するためシリンダボア54は円筒
状になっている。ピストン46は、シリンダボア54と
ピストン46の間から油の漏洩を防止するためのシール
を有している。低回転の油圧モータの効率を最適化する
めには、圧油の漏洩を最小限にすることが望ましい。
設けられる。このドライブシャフト52は、油圧モータ
の中心に設けられる。このドライブシャフト52は、中
空のシャフトで、流体通路55を有している。この流体
通路55は圧油または圧力空気をドライブユニットの前
端部に接続されるさく岩機等の掘削装置に地上から供給
する。ドライブシャフト52および流体通路55は、一
体のものとして構成される。流体通路55を流れる流体
は、油圧モータを完全にバイパスして流れるようになっ
ている。流体通路55は、油圧モータの作動油の圧力と
は無関係の圧力の流体を流す。
掘削部を接続するために用いられる。この前部接続手段
には、ねじ継手が用いられる。このねじ継手は、二つの
部材を接合するためのねじなどを有する。好ましくは、
このねじ継手には、ショックアブソーバを介して掘削部
が接続され、掘削部で生じる振動からドライブユニット
を保護する。後部接続手段は、ドライブシャフト52に
取り付けられ、地上から流体供給源から流体を導く回転
する管等が接続される。ドライブユニットの上には、ト
ラクタが接続され、好ましくは、回転する管がトラクタ
の中で回転してもリークが生じないように弾性材料のシ
ールが用いられる。
リンダブロックポート58から導入される。このシリン
ダブロックポート58は、周方向に長い溝形状を有して
おり、圧油の円滑な流れを確保している。タイミングス
リーブアセンブリ60は、入口ポート62と、出口ポー
ト64を有している。この入口ポート62と、出口ポー
ト64は、内側に傾斜してシリンダブロックポート58
で交差する。インレットグループ66は、圧油を入口ポ
ート62に導く。アウトレットグループ68は、油圧を
出口ポート64に導き、ここから地上に戻される。
圧油の圧力はピストン46をリアカムプレート48と、
フロントカムプレート50に当接される。この両カムプ
レート48、50にビストン46が当接した状態では、
シリンダブロック56は回転する。ドライブシャフト5
2は、シリンダブロック56とスプライン接合されてい
る。シリンダブロック56が回転を続けると、ピストン
はもとの位置にリセットされる。油圧の供給、導出が交
互に行われ、ドライブシャフト52に低速、高トルクの
回転を与える。フロントカムプレート50、リアカムプ
レート48およびスリーブアセンブリ60の部分は、油
圧モータの作動してある間固定された状態にある。トッ
ププレート70は、トラクタユニットに連付けされる。
なお、トラクタユニットは、孔壁をグリップし、トルク
により供給管22がねじれるのを防止する。
モータの備えるピストンやカムの数は適宜変更できる。
連続的な回転運動は、カムプレート48、50、スリー
ブポート62、64、シリンダブロックポート58の幾
何学的位置関係により達成される。好ましくは、9つ一
組みのピストン46がカムプレート48、50とともに
用いられる。カムピッチ径が10センチメートルの7つ
のカムを用いることにより高いトルクが得られる。
と、この回転は、シャフト52と一体的な太陽歯車72
に伝達される。太陽歯車72は、5つの遊星歯車74を
回転させる。この実施の形態では、太陽歯車72は、ピ
ッチ10の25度インボリュート歯車で、25の歯数と
幅が1.25インチである。この太陽歯車72は、ピッ
チ10の25度インボリュート歯車で、17の歯数と幅
が1.375インチの遊星歯車と噛み合う。遊星歯車7
4は、リングギア78を回転させ、このリングギア78
はピッチ10の25度インボリュート歯車で、60の歯
数と幅が1.25インチの歯車である。スピンドル76
とスピンドルケージ77の間に設けられた遊星歯車74
は、比較的高トルクでリングギア78を回転させる。ス
ピンドルケージ77は、遊星歯車74の偏りを効果的に
減少させる。これらの歯車機構によって、ドライブシャ
フト52から伝達される回転速度、トルクを所望の値に
することができる。この実施形態では、減速比は、2.
4である。この減速比により、反時計回りに48rpm
で回転するドライブシャフトの回転を20rpmの時計
回りの回転に減速できる。この実施形態では、右ネジの
ショックアブソーバ、衝撃ハンマーが接続されるため
に、ねじの戻りを防止するために、出力の回転方向は、
時計回りである。
とともに反時計回りに回転する。流体通路部55は、ド
ライブシャフト52にそってドライブエンド44にまで
伸びる。このドライブエンド44は、時計回りに回転す
るので、流体通路部55に接続される継手には、回転す
るを許容するタイプの継手が用いられる。その場合、流
体の漏洩を防止するために、シールが継手に使用され
る。
により検出される。このセンサ80は、油圧モータの動
作をモニタする制御システムと接続されている。また、
圧油の流量は、回転数を最適化するために制御システム
により制御される。しかしながら、基本的に油圧モータ
は、低速回転するように設計されている。岩の性質によ
ってドリルビットを回転させるトルクが変動するので、
低速回転させるために圧油の流量もそれに応じて調整さ
れる。本発明の油圧モータは、少なくとも1500ポン
ドフィートのトルクを出力し、圧油の入口と出口での差
圧力は、2600psiである。圧油には、わずかなが
ら漏洩があるので、油圧モータを使用を長期間する場合
には、潤滑油が必要である。
簡単に取り外せるように、ねじ孔を有している。単に、
ハウジングにはめるようにしてもよい。ギャップ86
は、固定ハウジング88、89を回転ハウジング90、
リングギア78から隔てる。固定ハウジング89とスピ
ンドル76は一体構造であってもよい。同じようにし
て、回転ハウジング90とリングギア78は、一体構造
でもよい。
ールは、高圧の下での油圧モータによるドライブエンド
44の円滑な回転を確保する。外側テーパベアリング1
00は、固定ハウジング88、89の下方向へのスラス
ト荷重を支持するのに用いられる。テーパ付きのフロン
トローラベアリング102と外側テーパベアリング10
0は、ともに座屈モーメントに対して支持する。フロン
トローラベアリング102は、リアベアリング104と
ともに、ギアチャンバー内の油の圧力により生じる軸方
向に分離させようとする力に対して支える。リアベアリ
ング104は、図3のスフェリカルなローラベアリング
よりもむしろ、図2および図4のテーパ付きのローラベ
アリングであることが好ましい。さらに、リアベアリン
グ104と、円筒ベアリング106は、ドライブシャフ
ト52回りのモーメントに起因する荷重を支持する。さ
らに、ローラベアリング106とベアリング104は、
ドライブシャフト52の心を出す機能を有する。シール
110は、高圧の作動油がドライブシャフト52に流れ
る込むのを防止する。これに加えて、図示はしないが、
ベアリングナット103の周辺にもシールが設けられ、
ドライブシャフト52のフロントエンド側から高圧の作
動油が流れ込むのを防止するようにしている。
トの130とハウジング孔132を通される6本のボル
トを用いてトッププレート70に固定される。位置決め
用のピン部材134は、位置決め孔136、138に通
され、このピンにより油圧モータの適切なアライメント
が維持される。トッププレート70は、Oリング135
を介して、ハウジング88のリア側端面に固定される。
導入されて移送通路146に流れる。Oリング148
は、油圧ドライブユニットへの油圧ホースの接続部での
リークを防止するために用いられる。作動油は、通路1
46を流れる。この通路146は、リア側のハウジング
88の内部で複数の通路に分岐する。この分岐した通路
は、フロント側のハウジング(図5参照)に通じ、油圧
モータを作動させる。圧油の戻り通路150から出口1
50に至る通路を油圧モータを作動させた後の作動油を
油圧モータから導出し、地上の油圧ポンプに戻す。リア
側のハウジング88内部では複数の通路がひとつ通路に
戻り通路150でまとまって、ここから地上まで戻され
る。回転センサ80は、ロックナット154、156に
よってトッププレート70に取り付けられ、常時油圧モ
ータの回転数を測定する。
158は、ハウジング88内のシャフトの円滑な回転を
確保する。リアカム48は、カム接続孔162に通され
る位置決めピン160により固定される。カム48を位
置決めするのに、すくなくとも5本の位置決めピン16
0が用いられる。青銅製のウエアリング164は、ハウ
ジング88内に用いられ、スチールとスチール同士の摩
擦を取り除く。
170、172と174をリテーナリング176、17
8と組み合わせて用い、アウトレットグループ68をイ
ンレットグループ66から分離する。ボルト180は、
トッププレート170(図4参照)とリア側ハウジング
88、フロント側ハウジングを固定するのに使用され
る。位置決め孔184は、位置決めピンと組み合わせ
て、これにのハウジングの心が合うようにしている。好
ましくは、ボルト180は、固定ハウジングをトラクタ
に接続するためにも利用できる。
固定ハウジング88からOリング188によりシールさ
れる複数のインレット通路186に導入される。高圧の
作動油は、インレット通路186からインレットグルー
プ66に供給される。作動油は、スリーブ62の入口か
らシリンダブロックの入口ポート58に流れる。油は、
図2のカムに対してピストン46を押し付ける。シール
190、192は、それぞれピストン46をシールする
ために使用される。ピストン46の下側は、フロントカ
ム50に当接し、シリンダブロック56を回転させる。
ウエアリング196は、ウエアリング164(図4参
照)とともに、ハウジング88、89とシリンダブロッ
クとの間の摩耗を抑制する。このウエアリングには、青
銅などの低摩擦性の部材が用いられる。戻りの圧油は、
リターンポート64からリータングループ68を通っ
て、ハウジング89の戻り通路194に導出される。さ
らに、戻りの圧油は、戻り通路194から地上に戻され
る。
ドル76に固定される。スペーサ198と図示しないブ
ッシングは、遊星歯車74がハウジングとこすり合うの
を防止する。スピンドルケージ77は、スタッド200
およびナット202を介してハウジング89に連結され
ている。アウタローラベアリング100のベアリングカ
ップ204(図3)は、図5にも図示されている。
ピンドル接続部200を回転される。リアテーパローラ
ベアリングは、コーン222、テーパワッシャ224、
ベアリングロックナット226を有する。同様に、フロ
ントテーパローラベアリングは、コーン228、テーパ
ワッシャ230、ベアリングロックナット232を有す
る。好ましくは、テーパローラベアリングには、カップ
およびコーン式のもにが用いられる。スナップリング2
34は、円筒ベアリング106Aと106Bを位置決め
するのに用いられる。円筒ベアリング106Aと106
Bは、単一のローラベアリングとして機能する。タイミ
ングギア236は、ドライブシャフト52に取り付けら
れ、ドライブシャフトとの回転数を測定する回転数セン
サとともに使用される。
ーを回転させる。アウタローラベアリングのカップ24
0は、リングギア78の上部リセスにぴったりと嵌合す
る。連結ボルト242は、ショックアブソーバと、ショ
ックアブソーパアダプタ244を回転ハウジング90に
接続するのに使用される。ショックアブソーバアダプタ
244は、ショックアブソーパと、打撃ハンマーを回転
されるドリルローテター接続部として機能する。スペー
サリング246は、回転ハウジング90とショックアブ
ソーバアダプタ244の間に介装されるワイパーシール
250を保護する。できるだけ、このショックアブソー
バは、掘削装置の摩耗を減少させるためにも使用するこ
とが好ましい。シールリング248は、ドライブシャフ
トがショックアブソーバアダプタ244内での回転を許
容する。ワイパシール250は、ショックアブソーバの
振動部分と、ショックアブソーバアダプタ244の間の
隙間から異物が進入するのを防止する。
コンパクトでかつ十分にシールされたパワーユニットを
提供する。円筒状のアウタハウジングは、掘削孔とドラ
イブユニットとの間からの切削屑の導出を容易にする。
この切屑は、ハンマーを駆動するエアの戻りによってこ
のエアしいっしょに排出される。
ダブロックポート58は、リリーフノッチ260、26
2を有している。このノッチ260、262は、タイミ
ングスリーブの入口ポートと出口ポートの間の円滑な油
の流れを確保している。
によれば、掘削装置を駆動する動力を発生する圧力流体
を供給する分離した通路とドライブシャフトを有してい
る。圧力流体は、油圧でも空気圧でもよい。ドライブユ
ニットは、油圧モータと打撃ハンマーなどの掘削装置を
同時に作動させる圧力流体の分離された供給を可能とす
る。これにより、油圧ドライブユニット回転速度と、と
ハンマーの運転を独立に最適化できる。油圧ドライブユ
ニットは、高トルク、一定の低回転を掘削装置に伝達す
る。なお、掘削装置が長い可撓性の供給管に接続されて
いる場合、掘進が進むに従ってもドリルストリングを戻
したり、ドリルロッドの付け替えき必要としない。
システムの斜視図。
部破断斜視図。
図。
図。
図。
Claims (2)
- 【請求項1】掘削機駆動する流体圧駆動装置であって、 リア側端部とフロント側端部を有し、かつ作動流体を導
入する入口と作動流体を排出する出口を有する油圧モー
タと、 前記油圧モータの内部に設けられ前記フロント側端部と
接続されるドライブシャフトと、 前記ドライブシャフトに形成される通路であって前記油
圧モータに供給する作動流体とは独立に掘削装置を作動
させる作動流体を当該油圧モータをバイパスさせて掘削
装置に供給する通路と、 掘削装置を回転させるため前記フロント側の端部に接続
されるローテータとを具備したことを特徴とする流体圧
駆動装置。 - 【請求項2】掘削機駆動する流体圧駆動装置であって、 リア側端部とフロント側端部を有し、かつ作動流体を導
入する入口と作動流体を排出する出口を有し、対のピス
トンにより作動する油圧モータと、 前記油圧モータの内部に同心に設けられ前記フロント側
端部と接続されるドライブシャフトと、 前記ドライブシャフトに形成される通路であって前記油
圧モータに供給する作動流体とは独立に掘削装置を作動
させる作動流体を当該油圧モータをバイパスさせて掘削
装置に供給する通路と、 掘削装置を回転させるため前記フロント側の端部に接続
されるローテータとを具備したことを特徴とする流体圧
駆動装置。
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