PL165305B1 - Modular drifter drill - Google Patents

Abstract

Modułowa wiertarka obrotowo-udarowa wyposażona w silnik hydrauliczny napędzający poprzez przekładnię żerdź wiertniczą oraz w młot hydrauliczny uderzający w tę żerdź, przy czym młot hydrauliczny jest zasilany z pompy i z akumulatora hydraulicznego, znamienna tym, że pompa (11) i akumulator(4) są poprzez rozdzielacz (12) z pomocą kanału (17) połączone z roboczą, cylindryczną komorą (13) hydraulicznego młota (1), przy czym kanał (17) jest usytuowany prostopadle do czołowej powierzchni bijaka (10), a cylindryczna podstawa roboczej komory (13) jest równa całkowitej czołowej powierzchni bijaka (10) o średnicy (d) i bijak (10) ma stosunkowo krótką drogę wysuwu (AS) z hydraulicznego młota (1), której minimalna wartość jest wyznaczona rozstawem kanałów sterujących wykonanych w bijaku (10).Modular rotary hammer drill equipped with a driving hydraulic motor through the gear drill rod and a hydraulic hammer hitting this a rod, the hydraulic hammer being energized from the pump and from the hydraulic accumulator, characterized in that the pump (11) and the accumulator (4) are through the distributor (12) with the help of a channel (17) connected to the working, cylindrical the chamber (13) of the hydraulic breaker (1), for the channel (17) is perpendicular to the face of the ram (10) and cylindrical the base of the working chamber (13) is equal to the total face of the ram (10) is of diameter (d) and the ram (10) is relatively short hydraulic travel (AS) hammer (1), the minimum value of which is determined by the spacing of the control channels made in the ram (10).

Description

Przedmiotem wynalazku jest modułowa hydrauliczna wiertarka obrotowo-udarowa przeznaczona głównie do wiercenia otworów strzelniczych w górniczych wyrobiskach kamiennych.The subject of the invention is a modular hydraulic rotary-hammer drill, intended mainly for drilling blast holes in stone mining excavations.

Znana wiertarka obrotowo-udarowa jest wyposażona w hydraulicznie napędzany mechanizm obrotu żerdzi oraz w młot hydrauliczny. Podczas wiercenia mechanizm obrotu poprzez łącznik wykonuje stałe obroty żerdzią na której końcu jest osadzona koronka wiertnicza, a młot wykonując uderzenia w tylny koniec żerdzi zapewnia skuteczne wiercenie otworu w twardej skale. Pobijana przez bijak młota żerdź - dzięki swojej sprężystości - przekazuje na koronkę wiertniczą falę sił, które powodują zagłębianie się ostrza koronki wiertniczej w skałę, a jednocześnie obrót wykonywany przez żerdź powoduje rozwiercanie spękanej przez udary skały. Zarówno mechanizm obrotu żerdzi jak i młot wyposażony w akumulator hydrauliczny zapewniający bijakowi młota uzyskanie odpowiedniej energii uderzenia, są zbudowane jako zwarte we wspólnej obudowie części składowe wiertarki. Awaria jednego z elementów takiej wiertarki stanowiącej jedną bryłę, eliminuje z użytkowania całą wiertarkę.The known rotary hammer drill is equipped with a hydraulically driven rod rotation mechanism and a hydraulic hammer. During drilling, the rotation mechanism through the coupler makes constant rotation of the rod, at the end of which the drill bit is mounted, and the hammer, making blows to the rear end of the rod, ensures effective drilling of a hole in hard rock. The rod beaten by the hammer head - thanks to its elasticity - transmits a wave of forces to the drill bit, which causes the drill bit blade to sink into the rock, and at the same time the rotation performed by the rod causes the boring of the rock cracked by impact. Both the rod rotation mechanism and the hammer equipped with a hydraulic accumulator ensuring that the hammer's ram obtains appropriate impact energy are built as components of the drill, compactly housed in a common housing. Failure of one of the elements of such a drill, which is one block, eliminates the use of the entire drill.

W znanej wiertarce bijak młota hydraulicznego jest rozpędzany na określonej drodze i przy uderzeniu w żerdź przekazuje głównie energię kinetyczną. Dlatego bijak tego młota jest stosunkowo ciężki, a dla uzyskania dużej prędkości ruchu, droga rozpędzania bijaka jest stosunkowo długa.In the known drilling machine, the head of the hydraulic hammer is accelerated in a specific way and, when hitting the rod, mainly transmits kinetic energy. Therefore, the hammer head is relatively heavy, and in order to obtain a high speed of movement, the hammer acceleration path is relatively long.

Z polskiego opisu patentowego nr 108667 znana jest hydrauliczna wiertarka obrotowoudarowa, której bijak ma niewielką pierścieniową powierzchnię. Na tę powierzchnię w fazie wysuwu bijaka oddziaływuje będące pod ciśnieniem medium hydrauliczne, rozpędzające bijak do uzyskania prędkości maksymalnej na stosunkowo długiej drodze wysuwu z młota. Jednocześnie mała powierzchnia pierścieniowa ma zapewnić jak najmniejszą szkodliwą energię odrzutu całej wiertarki. Tak skonstruowany młot hydrauliczny wiertarki, niezależnie od bardzo skomplikowanej technologii wykonania wielośrednicowego bijaka i współpracującego z nim cylindra nie zapewniają możliwości uzyskania maksymalnych prędkości wiercenia otworów. Bijak młota tej wiertarki często ulega zatarciu, a uszkodzenie młota wyklucza z pracy całą wiertarkę. Poza tym tak skontruowany młot wiertarki cechuje się dużą chłonnością medium hydraulicznego i z tego względu wiertarka musi być wyposażona w duży agregat pompowy do jej zasilania.The Polish patent specification No. 108667 describes a hydraulic rotary percussion drill, the beater of which has a small annular surface. During the hammer's extension phase, this surface is influenced by the pressurized hydraulic medium, which accelerates the ram to the maximum speed over a relatively long extension distance from the hammer. At the same time, a small annular surface is to ensure the lowest possible harmful recoil energy of the entire drill. The hydraulic hammer of the drill constructed in this way, regardless of the very complicated technology of making the multi-diameter hammer and the cylinder cooperating with it, do not ensure the possibility of obtaining the maximum speed of drilling holes. The hammer of this drill often seizes, and damage to the hammer excludes the entire drill from work. In addition, the hammer of the drill constructed in this way is characterized by high absorption of the hydraulic medium and therefore the drill must be equipped with a large pump unit for its power supply.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 124 043 hydrauliczne urządzenie wiertnicze ma bijak, na który jest nałożona tuleja sterownicza pasowana w cylindrze i na tym bijaku. Ponadto akumulator hydrauliczny tego urządzenia, jak i wcześniej wspomnianej wiertarki, jest bezpośrednio połą165 305 czony z komorą roboczą młota hydraulicznego, co wyklucza możliwość powstania uderzenia hydraulicznego w tej komorze w momencie zatrzymania ruchu bijaka na żerdzi, gdyż akumulator amortyzuje nagłe zmiany ciśnień.The hydraulic drilling device known from the Polish patent specification No. 124 043 has a ram on which a control sleeve is fitted which is fitted in the cylinder and on the ram. Moreover, the hydraulic accumulator of this device, as well as the aforementioned drill, is directly connected to the working chamber of the hydraulic hammer, which excludes the possibility of a water hammer in this chamber when the hammer movement stops on the rod, as the accumulator absorbs sudden pressure changes.

W obu znanych wiertarkach medium hydrauliczne z akumulatora do komory roboczej młota jest doprowadzane z kierunku prostopadłego do osi bijaka młota. Tak więc prędkość medium hydraulicznego wytraca się podczas jego drogi przepływu.In both known drills, the hydraulic medium from the accumulator to the hammer working chamber is supplied from the direction perpendicular to the axis of the hammer head. Thus, the speed of the hydraulic medium drops during its flow path.

Modułowa wiertarka obrotowo-udarowa według wynalazku jest wyposażona w silnik hydrauliczny napędzający poprzez przekładnię żerdź wiertniczą oraz w młot hydrauliczny uderzający w tę żerdź. Młot jest zasilany z pompy i z akumulatora hydraulicznego. Istota rozwiązania wiertarki według wynalazku polega na tym, że pompa i akumulator są poprzez rozdzielacz za pomocą kanału połączone z roboczą, cylindryczną komorą młota hydraulicznego. Kanał jest wprowadzony do komory roboczej w kierunku prostopadłym do czołowej powierzchni bijaka młota. Robocza cylindryczna komora ma podstawę równą całkowitej czołowej powierzchni bijaka. Bijak charakteryzuje się stosunkowo krótką drogą wysuwu z młota. Minimalna wartość drogi wysuwu bijaka jest równa rozstawowi kanałów sterujących wykonanych w bijaku.The modular rotary hammer drill according to the invention is equipped with a hydraulic motor that drives the drill rod through a gear and a hydraulic hammer hitting the drill rod. The hammer is powered by a pump and a hydraulic accumulator. The essence of the solution of the drill according to the invention consists in the fact that the pump and the accumulator are connected with the working, cylindrical chamber of the hydraulic hammer through the distributor by means of a channel. The channel is introduced into the working chamber in the direction perpendicular to the face of the hammer head. The working cylindrical chamber has a base equal to the total end face of the ram. The hammer is characterized by a relatively short extension from the hammer. The minimum value of the hammer's extension path is equal to the spacing of the control channels made in the hammer.

Korzystnie gdy mechanizmy tworzące modułową wiertarkę według wynalazku są zamocowane w ramie utworzonej z dwóch równoległych, złączonych ze sobą płyt.Preferably, the mechanisms making up the modular drilling machine according to the invention are mounted in a frame formed by two plates joined together in parallel.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest, że cylindryczny, jednośrednicowy bijak młota jest łatwy do wykonania, a medium hydrauliczne oddziaływuje na całą czołową powierzchnię bijaka, wyznaczoną przez jego średnicę. Prędkość medium hydraulicznego wprowadzonego kanałem prostopadłym do czołowej powierzchni bijaka nie wytraca się przy zmianie kierunku jego dopływu do komory roboczej. Poza tym bijak ma stosunkowo krótką drogę wysuwu z młota, a do wywoływania siły obciążającej żerdź jest wykorzystywana głównie energia uderzenia hydraulicznego jakie występuje w roboczej komorze młota. W przeciwieństwie do rozwiązań znanych wiertarek, w wiertarce według wynalazku energia kinetyczna bijaka stanowi jedynie niewielką składową i nie ma istotnego wpływu na prędkość wiercenia. Młot hydrauliczny zastosowany w wiertarce maksymalnie wykorzystując uderzenie hydrauliczne powstające w komorze roboczej, zapewnia znacznie większą prędkość wiercenia w najtwardszych skałach, nieporównywalną z prędkością wiercenia za pomocą znanych wiertarek wyposażonych w młoty z bijakami, których energia kinetyczna stanowi dominującą energię przekazywaną na żerdź wiertniczą. Poza tym w wiertarce według wynalazku komora robocza młota, oddzielona od akumulatora rozdzielaczem i krótkim odcinkiem kanałów sterujących zapewnia korzystną dużą prędkość przepływu medium hydraulicznego, a elementem wymuszającym tę prędkość jest akumulator. Uzyskana duża prędkość napływu medium hydraulicznego wywołuje powstanie uderzenia hydraulicznego w komorze roboczej.The advantage of the solution according to the invention is that the cylindrical, single-diameter hammer head is easy to manufacture, and the hydraulic medium acts on the entire front surface of the hammer, defined by its diameter. The speed of the hydraulic medium introduced through the channel perpendicular to the front surface of the ram does not lose when the direction of its inflow to the working chamber changes. Apart from that, the hammer has a relatively short extension distance from the hammer, and to generate the force loading the rod, mainly the energy of the water hammer, which occurs in the working chamber of the hammer, is used. Contrary to the solutions of known drills, in the drill according to the invention, the kinetic energy of the hammer is only a small component and has no significant influence on the drilling speed. The hydraulic hammer used in the drill, making the most of the hydraulic impact generated in the working chamber, provides a much higher drilling speed in the hardest rocks, incomparable with the drilling speed with the use of known drills equipped with hammers with hammers, the kinetic energy of which is the dominant energy transferred to the drill rod. Moreover, in the drill according to the invention, the working chamber of the hammer, separated from the accumulator by a distributor and a short section of control channels, provides a favorable high flow velocity of the hydraulic medium, and the element driving this speed is the accumulator. The obtained high speed of the hydraulic medium inflow causes a water hammer in the working chamber.

Jak wykazały badania wiertarki według wynalazku w komorze roboczej jej młota, podczas uderzenia bijaka o żerdź występuje uderzenie hydrauliczne przy którym ciśnienie medium jest 1,7 razy większą od ciśnienia zasilania i czas występowania tego ciśnienia waha się w granicach 0,002 do 0,004 s, a bijak uzyskuje maksymalną prędkość wysuwu na drodze około 3 mm. Tak więc krótki czas występowania ciśnienia uderzenia hydraulicznego ogranicza niepożądaną wielkość siły odrzutu, natomiast krótka droga rozpędzania bijaka, zapewnia stosunkowo małą chłonność młota. Towarzyszące uderzeniu hydraulicznemu wysokie ciśnienie oddziaływuje na największą z możliwych powierzchnię kołową wyznaczoną średnicą cylindrycznego bijaka, i tym samym zapewnia maksymalne obciążenie żerdzi wiercącej.As the research of the drill according to the invention has shown, in the working chamber of its hammer, when the hammer hits the rod, a hydraulic hammer occurs at which the pressure of the medium is 1.7 times higher than the supply pressure and the duration of this pressure varies between 0.002 and 0.004 s, maximum travel speed on the road about 3 mm. Thus, the short time of water hammer pressure occurrence limits the undesirable value of the recoil force, while the short ram acceleration distance ensures relatively low absorption capacity of the hammer. The high pressure associated with the water hammer acts on the largest possible circular surface defined by the diameter of the cylindrical ram, and thus ensures the maximum load on the drill rod.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania zilustrowany jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wiertarkę w widoku z góry, a fig. 2 - schemat hydrauliczny młota wiertarki obroto wo-udarowej.The subject of the invention is illustrated in the drawing in which Fig. 1 shows the drill in top view, and Fig. 2 shows the hydraulic diagram of the hammer of the rotary-hammer drill.

Do ramy 9 łączącej poszczególne elementy modułowej wiertarki obrotowo-udarowej jest zamocowany hydrauliczny młot 1, którego bijak 10 uderza o koniec łącznika 7 żerdzi. Na drugim końcu łącznika 7 znajduje się gniazdo do osadzenia wiercącej żerdzi 8. Na łączniku 7 jest osadzona płuczkowa komora 6, przez którą do koronki wiercącej jest doprowadzana woda wypłukująca zwierciny. Łącznik 7 jest osadzony we wnętrzu przekładni 2 napędzanej za pomocą wału 5 przez, hydrauliczny silnik 3 zamocowany do tylnej płyty ramy 9. Do tej płyty ramy 9 jest równieżA hydraulic hammer 1 is attached to the frame 9 connecting the individual elements of the modular rotary hammer drill, the hammer 10 of which hits the end of the rod connector 7. At the other end of the connector 7 there is a socket for mounting the drill rod 8. The connector 7 has a washing chamber 6 through which water to wash the drill cuttings is supplied to the drill bit. The link 7 is seated inside the gear 2 driven by the shaft 5 by a hydraulic motor 3 attached to the rear frame plate 9. This frame plate 9 also has

165 305 zamocowany hydrauliczny tłokowy akumulator 4. Akumulator zapewnia szybki napływ medium hydraulicznego do roboczej cylindrycznej komory 13 i wysuw bijaka 10, oraz powstanie uderzenia hydraulicznego w komorze 13 w momencie zatrzymania bijaka 10 przez łącznik 7 żerdzi.A hydraulic piston accumulator 4. The accumulator ensures a quick inflow of the hydraulic medium into the working cylindrical chamber 13 and the extension of the ram 10, and the creation of a water hammer in the chamber 13 when the ram 10 is stopped by the rod connector 7.

Działanie modułowej wiertarki obrotowo-udarowej jest następujące: medium hydrauliczne z pompy 11 i akumulatora 4, poprzez rozdzielacz 12 i kanał 17 napływa do roboczej komory 13 młota. Pod wpływem ciśnienia napływającego medium, bijak 10 po pokonaniu minimalnej drogi AS uzyskuje maksymalną prędkość wysuwu określoną oporami przepływu medium pomiędzy akumulatorem 4, a roboczą komorą 13. Bijak 10 w swoim ruchu postępowym zostaje nagle zatrzymany przez tylny koniec łącznika 7, który poprzez żerdź 8 dociska koronkę wierconej skały. W momencie nagłego zatrzymania ruchu bijaka 10 w roboczej komorze 13 występuje uderzenie hydrauliczne, któremu towarzyszy wzrost ciśnienia medium hydrualicznego. Ciśnienie to oddziaływując na powierzchnię kołową określoną przez średnicę d bijaka 10, poprzez łącznik 7 wywołuje obciążenie żerdzi 8 dużą siłą osiową. Bijak 10 po pokonaniu minimalnej drogi AS odpowiednimi kanałami łączy komorę 14 rozdzielacza 12 z ciśnieniem zasilania, co powoduje jego przesterowanie w górne położenie. W tym położeniu rozdzielacza robocza komora 13 jest połączona ze spływem, a medium hydrauliczne pod ciśnieniem występującym stale w komorze 16 przemieszcza bijak 10 do tylnego, skrajnego położenia. W tylnym skrajnym położeniu bijak 10 łączy komorę 14 ze spływem, a tłoczek 15 przesterowuje rozdzielacz 12 w dolne położenie, co zapewnia wykonanie następnego uderzenia. Jednocześnie żerdź 8 osadzona w łączniku 7, w który uderza bijak 10 jest obracana za pomocą przekładni 2, wału 5 i hydraulicznego silnika 3.The operation of the modular rotary hammer drill is as follows: the hydraulic medium from the pump 11 and the accumulator 4, through the distributor 12 and the channel 17 flows into the working chamber 13 of the hammer. Under the influence of the pressure of the flowing medium, the ram 10, after covering the minimum path AS, obtains the maximum advance speed determined by the resistance of the medium flow between the accumulator 4 and the working chamber 13. The ram 10 is suddenly stopped in its forward movement by the rear end of the connector 7, which presses the rod 8 the lace of the drilled rock. When the ram 10 movement stops suddenly, a hydraulic shock occurs in the working chamber 13, accompanied by an increase in the pressure of the hydraulic medium. This pressure, acting on the circular surface defined by the diameter d of the ram 10, causes the rod 8 to be loaded by a large axial force through the connector 7. The hammer 10, after covering the minimum path AS, connects the chamber 14 of the distributor 12 with the supply pressure with appropriate channels, which causes its shift to the upper position. In this position of the distributor, the working chamber 13 is connected to the drain, and the hydraulic medium under pressure constantly present in the chamber 16 moves the ram 10 to the rear extreme position. In the rear extreme position, the hammer 10 connects the chamber 14 with the drain, and the piston 15 moves the divider 12 to the lower position, which ensures the next impact. At the same time, the rod 8 embedded in the connector 7, hit by the ram 10, is rotated by means of a gear 2, a shaft 5 and a hydraulic motor 3.

Fig. 2Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 10 000 złPrice: PLN 10,000

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Modułowa wiertarka obrotowo-udarowa wyposażona w silnik hydrauliczny napędzający poprzez przekładnię żerdź wiertniczą oraz w młot hydrauliczny uderzający w tę żerdź, przy czym młot hydrauliczny jest zasilany z pompy i z akumulatora hydraulicznego, znamienna tym, że pompa (11) i akumulator (4) są poprzez rozdzielacz (12) z pomocą kanału (17) połączone z roboczą, cylindryczną komorą (13) hydraulicznego młota (1), przy czym kanał (17) jest usytuowany prostopadle do czołowej powierzchni bijaka (10), a cylindryczna podstawa roboczej komory (13) jest równa całkowitej czołowej powierzchni bijaka (10) o średnicy (d) i bijak (10) ma stosunkowo krótką drogę wysuwu (AS) z hydraulicznego młota (1), której minimalna wartość jest wyznaczona rozstawem kanałów sterujących wykonanych w bijaku (10).1. A modular rotary-hammer drill equipped with a hydraulic motor driving the drill rod through a gear and a hydraulic hammer hitting the rod, the hydraulic hammer being powered by a pump and a hydraulic accumulator, characterized in that the pump (11) and the accumulator (4) are connected through the distributor (12) with the help of the channel (17) to the working, cylindrical chamber (13) of the hydraulic hammer (1), the channel (17) being perpendicular to the face of the hammer (10), and the cylindrical base of the working chamber ( 13) is equal to the total front surface of the ram (10) with a diameter (d) and the ram (10) has a relatively short extension (AS) from the hydraulic hammer (1), the minimum value of which is determined by the spacing of the control channels in the ram (10) . 2. Modułowa wiertarka obrotowo-udarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że pompa (11), akumulator (4) i hydrauliczny młot (1), hydrauliczny silnik (3) i przekładnia (2) są zamocowane w ramie (9) utworzonej z dwóch równoległych, złączonych ze sobą płyt.2. The modular rotary hammer drill as set forth in claim 1; A device according to claim 1, characterized in that the pump (11), the accumulator (4) and the hydraulic hammer (1), the hydraulic motor (3) and the gear (2) are fixed in a frame (9) formed by two plates joined in parallel.