SE459875B - Reduktionsvaexelenhet foer en bergborrmaskin - Google Patents

Description

459 875 maskinen som skall förbindas med varandra, med varandra, icke blir koaxiella samtidigt som avsevärda radiella påkänningar vilka påkänningar verkar på dessa axlars lagerorgan.

Vid borrningen användes en borrvätska innehållande vilket leder till en snabb förslitning av reduktions- växelns delar. uppkommer, borrkax, Då reduktionsväxeln hermetiskt tillslutes i den oljefyllda medelst tätningsanordningarna skyddade kammaren, förslites själva tätningsanordningarna intensivt, vilken för- slítning blir intensivare genom att borrvätsketrycket varierar pulsartat, vilket resulterar i att de i vätskan förekommande hårda partiklarna periodvis inmatas i spalterna i tätnings- anordníngarna.

Det framgår av samtliga förhållanden, att försummelsen av vissa förhållanden leder till en minskning av livslängden, vilket med andra ord innebär att man därför endast kan åstad- komma en funktionsduglig reduktionsväxelenhet med stor livs- längd vid en bergborrmaskin genom att allsidigt lösa de problem, som härrör från samtliga förhållanden.

En känd reduktionsväxelenhet vid en innefattar dels ett hus, utgående axlar, bergborrmaskin dels pà lagerorgan anordnade in- och dels en reduktionsväxel innefattande sol- och en hållare och planethjul med lagerorgan, vilka är anordnade i ett ringformat rum mellan hjulen, kammare och dels ett oljeskyddssystem, tätningsanordningar. kronhjul, dels en oljefylld som bl a innefattar En kanal för passage av en spolvätska utgöres av ett ringformat utrymme, vändigt omge den oljefyllda kammaren. som är anordnat att ut- En nackdel med denna kända reduktionsväxelenhet är att dess in- och utgående axlar är anordnade på stela lagerorgan, vilka är skilda från varandra ett litet avstånd, samtidigt som nämnda axlar har hävarmar med stor längd, vilket leder till uppkomsten av stora radiella pàkänningar, vilka verkar på lagerorganen och nöter sönder dessa, varjämte ett spelrum uppkommer vid axlarna, varigenom tätningsanordningarnas hame- tiska tillslutande rubbas.

Vid denna kända reduktionsväxelenhet är lagerorganen för planethjulen - liksom vid den ovan beskrivna kända reduk- tionsväxelenheten - anordnade inuti planethjulen. Icke heller är denna kända enhet försedd med lämpliga organ avsedda att skydda reduktionsväxeln mot överbelastningar och vridmoments- 459 875 variationer.

En andra nackdel med denna kända reduktionsväxel- enhet är att borrvätskan är i kontakt med tätningsanordningar- na, varför dessa förslites snabbt och oljeskyddssystemets her- metiska försegling störes. Ännu en nackdel med denna kända reduktionsväxelenhet är att dess hus är utformat i ett stycke med huset för driv- organsenheten, varför man icke kan ändra egenskaperna hos bergborrmaskinen vid ett och samma drivorgan genom ersättande av den ena reduktíonsväxelenheten med den andra eller genom uppdelning i steg av desamma för att ändra reduktionsväxelns utväxlingsförhållande i beroende av att varje sträcka av det hål, som skall borras, måste drivas upp under optimala borr- ningsförhállanden.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att eliminera dessa nackdelar.

Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstad- komma en reduktionsväxelenhet, som gör det möjligt att minska varvtalet och öka vridmomentet och som under lång tid och funktionssäkert kan arbeta i kombination med hydrauliska berg- borrmaskiner samt ändra maskinens egenskaper för att åstad- komma de optimala borrningsförhållanden för varje intervall av borrhålet ifråga.

Detta uppnås medelst en reduktionsväxelenhet för en bergborrmaskin, vilken enhet innefattar dels ett hus, dels på lagerorgan anordnade in- och utgående axlar, dels en reduk- tionsväxel, som innefattar sol- och kronhjul, planethällare och planethjul med lagerorgan, vilka är anordnade i ett ringformat rum mellan sol- och kronhjulen, dels en oljefylld kammare och dels ett oljeskyddssystem, som innefattar tätningsanordningar, varvid reduktionsväxelenheten enligt uppfinningen är försedd med en anordning som förhindrar att reduktionsväxeln blir över- belastad och som innefattar insatsstycken som omger lager- organen för planethjulen, vilka insatsstycken är anordnade i spår i planethållaren, varvid varje spårs till insatsstycket anpassad del är utformad som en cylindrisk yta, vars centrum- axel är vinkelrät mot reduktionsväxelns längdaxel och korsar densamma. 459 875 Det är lämpligt, att insatsstyckets till planethållaren anpassade yta är tunnformad och att den vid planethjulets sida anordnade ytan är plan. Insatsstyckena med planethjulen är anordnade i grupper, i vilka avståndet mellan centrumaxlarna för de intilliggande planethjulen i en grupp är mindre än avståndet mellan centrumaxlarna för de intilliggande planet- hjulen i olika grupper.

Användningen av nämnda anordning för skydd av reduk- tionsväxeln mot överbelastningar bidrar till att skapa lämpliga betingelser för reduktionsväxelns arbete under alla möjliga borrningsförhállanden, vilka beror på ett stort antal olika faktorer, exempelvis belastningen på borrkronan, och bergets inbördes vridmomentsförhàllande, strömningshastighet genom maskinens borrkronans borrvätskans drivorgan och dynamiska förhållanden i berget. Vid en begränsad diameter hos berg- borrmaskinen och följaktligen i avsaknad av en stor marginal i hållfasthetsökningen för reduktionsväxelns viktiga lager- element kan man genom utnyttjandet av nämnda skyddsorgan bi- behålla reduktionsväxelns funktionsduglighet vid måttliga överbelastningar och vridmomentsändringar. Reduktions- växeln kan i detta fall endast få tillräckligt stor livslängd genom att den arbetar i ett smörjmedium.

Genom att lagerorganen för planethjulen är anordnade i insatsstycken, vilka är anordnade i planethàllarens spår kan man öka dessa lagerorgans dimensioner och sålunda deras bär- förmåga. Genom att de till insatsstyckena anpassade ytorna av hâllarens spår utgöres av cylindriska ytor, vars centrumaxlar är vinkelräta mot reduktionsväxelns längdaxel och korsar denna kan planethjulens lagerorgan inställa sig själva och belastas likformigt, då stora vridmoment åstadkommes vid planet- hållaren. En sådan utformning av anordningen för förhindrande av överbelastning i reduktionsväxeln gör det möjligt att bättre fördela belastningen mellan planethjulen, eftersom två planethjulsväxelns element, nämligen solhjulet âV och planet- hjulen inställes av sig själva, vilket bidrar till en större livslängd hos reduktionsväxelns kuggväxel. Genonx att insats- styckets yta är tunnformad, kan planethjulens lagerorgan in- ställa sig själva, då planethjulets centrumaxel icke är helt 459 875 parallell med reduktionsväxelns längdaxel i ett radiellt plan.

Genom att insatsstyckets vid planethjulets sida anordnade yttre yta är plan kan man minska monteringslängden för planethjulet med lagerorganen och insatsstyckena, varigenom reduktions- växelns belastbarhet ökar: ' Genom att insatsstyckena med planethjulen är anordnade i grupper, i vilka avståndet mellan centrumaxlarna för de intilliggande planethjulen i en grupp är mindre än avståndet mellan centrumaxlarna för de intilliggande planethjulen i olika grupper ökar reduktionsväxelns belastbarhet och planet- hâllarens styvhet till följd av att nämnda gruppvisa anordnande - jämfört med en likformig fördelning av planethjulen i ett ringformat utrymme - bidrar till att öka tröghetsmomentet och böjmotståndet hos planethàllaren i dess tvärsnitt genom spåren.

Då de angränsande planethjulen är anordnade i grupperna så att avståndet mellan deras centrumaxlar blir så litet som möjligt uppnås högsta möjliga effekt.

Genom att den enligt uppfinningen föreslagna reduk- tionsväxelenheten för en bergborrmaskin är försedd med nämnda anordning, vilken förhindrar att reduktionsväxeln blir över- belastad och att vridmomentsändringar påverkar reduktions- växelns funktion samt genom att oljeskyddssystemets konstruk- tion förbättrats, får reduktionsväxelenheten större livslängd under komplicerade borrningsförhàllanden i berg. Genom att oljeskyddssystemet och reduktionsväxelenhetens hus är själv- ständiga kan reduktionsväxelenheten användas effektivt i kombination med en godtycklig bergborrmaskin. För praktiska ändamål kan uppfinningen lämpligast användas som en sats reduktionsväxelenheter med olika stora utväxlingsförhållanden, vilken sats gör det möjligt att vid ett och samma drivorgan och bärenhet hos maskinen erhålla godtycklíga egenskaper hos maskinen genom att direkt på borrplatsen byta ut eller i serie förbinda flera reduktionsväxelenheter hos maskinen.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar på vilka fig 1 schematiskt visar ett längdsnitt genom en reduktionsväxelenhet enligt uppfinningen till en bergborrmaskin, fig 2 visar ett axiellt snitt genom en planetreduktionsväxel, fig 3 visar ett snitt längs linjen 459 875 6 III-III i fig 2, fig 4 visar ett snitt längs linjen IV-IV i fig 3 och fig 5 visar ett snitt längs linjen V-V i fig 2.

Reduktionsväxelenheten enligt uppfinningen för en berg- borrmaskin innefattar ett ihåligt cylindriskt hus 1 (fig 1), som är förbundet med skarvhylsor 2 och 3, med vars hjälp reduktionsväxelenhetens element är fästa i huset. En reduk- tionsväxel 4, som innefattar sol- och kronhjul, hållare och planethjul med lagerorgan, är anordnad. i en med olja fylld kammare A, som begränsas av en cylindrísk. mantel 5, en in- gående axel 6 med en tätningsanordning 7 och en utgående axel 8 tätningsanordning 9. Reduktionsväxeln är förbunden med och utgående axlarna 6 respektive 8 medelst tandkopp- lingar 10. Axlarnas 6, 8 lagerorgan utgöres av med en de in- sfäríska rullager 11. Tätníngsanordningarna 7 och 9 är försedda med skiljerum B respektive C, vilka är fyllda med en buffertvätska avsedd att förhindra att tätningsanordningarna kommer i kontakt med borrvätskan. Rummet B är avgränsat av tätningsanordningen 7, en på axeln 6 orörlígt fäst hylsa 12, ett rörelement 13, som är hermetiskt tätt förbundet med manteln 5 och anordnat ovanför tätningsanordningen 7, samt ett lock 14, som är anordnat ovan- för rörelementet 13 och fäst på axeln 6 medelst hylsor 12, 15, 16 och en kopplingshalva 17, gängade ände. som skall påskruvas axelns 6 Skiljerummet C innefattar med manteln 5 rörelement 18 och 19 och ett lock 20, förbundna som är fäst på axeln 8 medelst hylsor 21 och 22 samt en kopplingshalva 23, som skall skruvas på axelns 8 gängade ände. Den buffertvätska, som är avsedd att fylla rummen B och C, måste ha hög adhesions- förmåga med hänsyn till metall och icke ha benägenhet att bilda kemiska och mekaniska föreningar beståndsdelar. med borrvätskans Man använder företrädesvis buffertvätskor som har en densitet överstigande borrvätskans densitet och uppvisar smörjegenskaper under verksamma driftförhållanden. En kanal D för passage av borrvätskan utgöres av ett ringformat utrymme mellan huset 1 och med detsamma förbundna hylsor 24 och 25 ° a ena sidan, och manteln 5 och de med denna förbundna rör- elementen 13 och 18 á andra sidan. 459 875 Reduktionsväxelenheten bör anordnas i bergborrmaskinen så att skarvhylsan 2 är förbunden med huset till drivorganet medan hylsan 3 är förbunden med huset till maskinens bärenhet.

Axeln 6 är avsedd att medelst kopplingshalvan 17 förbindas med motorns drivaxel så att vridmoment kan överföras. Axeln 8 förbindes på samma sätt medelst kopplingshalvan 23 med axeln till maskinens bärenhet. Axlarna är så förbundna, att kopp- lingarna kan förflyttas i förhållande till varandra i axiell riktning utan att de sfäriska lagren 11 utsättes för avsevärda axiella krafter. Nämnda förbindelser (kopplingar) fungerar samtidigt som extra lagerorgan för axlarna 6 och 8.

Då bergborrmaskinen arbetar, roteras axeln 6 medelst motorns drivaxel. Rotationsrörelsen överföres vidare via tandkopplingen 10 till drivaxeln hos reduktionsväxeln 4, där varvtalet reduceras och vridmomentet ökas. Rotationsrörelsen överföres vid ändrade parametrar medelst den andra tand- kopplingen 10 till den utgående axeln 8 och vidare via kopplingshalvan 23 och bärenhetens axel till ett bergbrytande verktyg, dvs en borrkrona- Ett icke koaxiellt läge hos axlarna 6 och 8 i. förhållande till de med desamma förbundna axlarna hos de angränsande enheterna kompenseras genom vinkelställning av reduktionsväxelenhetens axlar 6 och 8 utan att genom användning av de sfäriska lagerorganen 11 åstadkomma radiella krafter på lagerorganen. Genom att tätningsanordningar 7 och 9 är anordnade i närheten av lagerorganen 11 även om snedställ- ningen av axlarnas 6 och 8 centrumlinjer är så stor som möjligt, blir ett radiellt spelrum i tätningarna mycket litet (högst 0,2 mm), vilket värde är tillåtet för normal funktion av vid bergborrmaskiner användbara tätningsanordningar av manschettyp. Fránvaron av axiellt spelrum i bärorganen 11 och en liten svängningsamplitud hos axlarna 6 och 8 vid tätnings- stället bidrar till att skapa gynnsamma betingelser för tätningsanordningarnas långvariga arbete, vilket i sin tur vid en långvarig.lagring av smörjmedlet i kammaren A befrämjar en ökning av lagerorganens 11 livslängd.

De med buffertvätskor fyllda skiljerummen B och C för- hindrar att tätningsanordningarna 7 och 9 bringas till kontakt med den borrkax innehållande borrvätskan, varvid smörjmedlet är 459 875 svårt att bortspola ur rummen medelst borrvätskan genom densi~ tetsskillnaden mellan de båda vätskorna samt genom de andra, ovan nämnda egenskaperna hos buffertvätskan. Locket 15 för- hindrar att buffertvätskan i skiljerummet B medbringas av borrvätskans dynamiska tryckkraft genom att det dämpar borr- vätskans strömningsenergi och styr borrvätskeströmmen i den ringformade kanalen D. Då en tillräcklig stor volym buffert- vätska finns i rummet B, kan detta fungera som en smörj- anordning, som kompenserar smörjmedelsläckaget ur kammaren A.

Läckaget äger huvudsakligen rum i den undre tätningsanord- ningen 9, eftersom borrvätskan delvis förlorar sitt tryck i kanalen D, medan trycket i. den oljefyllda kammaren A i det närmaste förblir konstant, vilket bidrar till att alstra ett tryckfall över nämnda tätningsanordning från kammarens A sida.

Läckaget resulterar i en trycksänkning i kammaren A, samtidigt som tryckfallet över tätningsanordningen 9 ndnskar och det i riktningen från rummet B till kammaren A verksamma tryckfallet över tätningsanordningen '7 ökar. Detta tryckfall verkar så, att buffertvätskan med smörjegenskaper strömmar in i kammaren A och därigenom kompenserar oljeläckaget. Buffertvätskan kan utgöras av tjockolja, konsistensfett, plastmaterial eller smälta metaller och legeringar. Buffertvätskan bör väljas så, att dess blandning med det i kammaren A befintliga smörjmedlet icke försämrar de båda vätskornas smörjegenskaper. För att efterfylla förrådet av smörjmedel i kammaren A och rummen B och C är huset 1 försett med på ritningen icke visade hål, i vilka ventiler och pluggar kan anordnas.

För att bättre kunna orientera axlarna 6 och 8 vid transport av reduktionsväxelenheterna i horisontellt läge samt vid montering av enheterna i bergborrmaskinen förses axlarna 6 och 8 lämpligen med speciella radiallagerorgan, vilka är förbundna med huset 1 via elastiska element, som bidrar till att minska radiella påkänningar på lagerorganen, vilka på- känningar uppkommer, då de axlar, som skall förbindas varandra, icke är koaxiella med varandra. De i fig 1 med visade lagerorganen utgöres av radialglidlager 26 av gummi och metall med hylsor 27, vars elastiska element utgöres av lagrets 26 belägg av gummi. ' 459 875 Planetreduktionsväxeln kan ges olika utföringsformer och ha olika utväxlingsförhållanden i beroende av de krav, som ställes på borrningsarbetena, exempelvis arbetsproduktiviteten.

En utföringsform av reduktionsväxeln 4 visas i fig 2. Den inne- fattar till planethjulsväxeln hörande steg, vilka innefattar solhjul 28 och 29, kronhjul 30 och 31, planethjul 32, 33 med lagerorgan 34 och planethållare 35 och 36. Stegen är förbundna med varandra medelst vridmomentsöverförande kopplingar 37 vilka kan vara slitsade eller tandade. Växelns drivaxel 38 är via en kopplingshalva 39 och kopplingen 10 (fig 1) förbunden med den ingående axeln 6, medan reduktionsväxelns drivna axel utgöres av en hållare 36, som medelst kopplingen 10 är för- bunden med den utgående axeln 8. Reduktionsväxelns första steg, dvs ett friktionssteg, är så utformat, att det fungerar som ett organ som förhindrar att vridmomentsändringar påverkar hela reduktionsväxelns funktion, vilket uppnås genom att friktions- steget är försett med en fjäder 40, som är anordnad på axeln 38 och avsedd att trycka de koniska solhjulen 28 mot de koniska ytorna av planethjulen 32, vilka i sin tur med sina cylindriska ytor är tryckta mot kronhjulet 30, som är förbundet med reduk- tionsväxelenhetens hus 1. Fjäderns 40 egenskaper är så valda, att de krafter, med vilka friktionselementen 28, 32, 30 tryckes mot varandra, möjliggör överföring av största möjliga vrid- moment, som erfordras för att det bergsbrytande verktyget skall kunna fungera normalt. Dà vridmomentsändringar i form av vrídmomentpulser uppkommer, vilka kan skada reduktionsväxelns element, sker kortvarig slirning vid det första stegets frik- tionskontaktställen, varigenom vridmomentpulsen minskas.

Reduktionsväxelns andra steg är kuggat och innefattar ett organ, som förhindrar att reduktionsväxeln blir överbe- lastad och som innefattar insatsstycken 41 (fig 3, 4) med i desamma anordnade lagerorgan 34 för planethjulen 33, vilka är anordnade i spår E i hàllaren 36. Varje spárs E till insats- stycket 41 anpassad del E1 utgöres av en cylindrisk yta, vars centrumaxel är vinkelrät mot reduktionsväxelns längdaxel, som sammanfaller med solhjulets 29 centrumaxel, och korsar denna. lnsatsstyckets 41 till spårets E cylindriska yta anpassade yta F är tunnformad (fig 4). Insatsstyckets 41 (fig 3) mot planet- hjulet 33 vända yta G är plan. Planethjulen 33 med lagerorgancn 459 875 10 34 och insatsstyckena 41 är anordnade olikformigt gruppvis (fig 5) i ett ringformat utrymme mellan _solhjulet 29 och kronhjulen 31 så att avståndet mellan centrumaxlarna för de angränsande planethjulen 33a och 33b i en grupp är kortare än avståndet mellan centrumlinjerna för de angränsande planet- hjulen 33b och 33c i olika grupper. Hållarens element 36a och 36b får därigenom! motsvarande olika stora tvärsnittsytor och böj- motstånd.

Samtliga kännetecknande särdrag hos utformningen av reduktionsväxelns kuggade steg bidrar till att öka belast- barheten hos reduktionsväxelns svagaste element, dvs lager- organen 34 för planethjulen 33 och växelns 4 hållare 36, varvid nämnda belastbarhet är tillräcklig för att kunna över- föra det vridmoment, som erfordras för borrkronans normala funktion. Då vridmomentet överföres via reduktionsväxeln 4, vrides dess planethållare 36 i förhållande till längdaxeln, varvid hållarelementen 36a och 36b (fig 5) böjes i förhållande vilket beror på att planethjulens 33 (fig 3) centrumaxlar vrides en viss vinkel. till axlarna x-x och y-y, Genom reduk- tionsväxelns 4 utformning enligt uppfinningen ökas hållar- elementens 36a och 36b sammanlagda böjmotstånd jämfört med den utföringsform av reduktionsväxeln, vid vilken planethjulen är då så likformigt fördelade i ringutrymmet. Maximieffekten uppnås avståndet mellan planethjulens 33a och 33b centrumaxlar är litet som möjligt och sådant att planethjulsväxeln kan mon- teras. Pákänningarna vid nämnda hållarelement minskas ännu mer genom att spänningskoncentrationen vid övergångsställena fràn de längsgående hållarelementen 36a till de tvärgående elementen 36c praktiskt taget icke förekommer, då den cy- lindriska ytan har en stor radie R (fig 3).

Genom att ytorna G är plana kan man minska spårets E totala längd, vilket be- främjar en ökning av planethållarens hållfasthet och styvhet.

Genom att planethjulens lagerorgan 34 är anordnade i insats- styckena 41 kan man öka deras diameter och gränsbelastningen jämfört med utföringsformerna, vid vilka lagerorganen är anordnade inuti själva planethjulen. Arbetsförhållandena för lagerorganen 34 blir ännu bättre genom att insatsstycket 41 är tunnformat, varigenom lagerorganen 34 kan inställas av sig själva, då planethjulens 33 centrumaxlar ligger i två inbördes vinkelräta plan.

Claims (4)

ll Pa tentk rav 459 875

1. Reduktionsväxelenhet för en bergborrmaskin, vilken växel- enhet innefattar dels ett hus (1), dels på lagerorgan (11) anordnade in- och utgående axlar (6 resp. 8), dels en reduktionsväxel (4), som innefattar solhjul (28), kronhjul (30), planethållare (36) och planet- hjul (32, 33) med lagerorgan (34), vilka är anordnade i ett ringformat rum mellan sol- och kronhjulen (28, 30), dels en med olja fylld kammare (A) och dels ett oljeskyddsssystem, som innefattar tätningsanordningar, k ä n n e t e c k n a d a v att den dessutom innefattar en anordning som förhindrar att reduktionsväxlen blir överbelastad och som inne- fattar insatsstycken (41) som omger lagerorganen (34) för planethjulen (33), vilka insatsstycken är anordnade i spår (E) i planethällaren (36), varvid varje spårs (E) till insatsstycket (41) anpassad del (E1) är utformad som en cylindrisk yta, vars centrumaxel är vinkelrät mot reduktionsväxlens (4) längdaxel och korsar densamma.

2. Enhet enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att insatsstyckets (41) till planethâllaren (36) anpassade yta är tunnformad.

3. Enhet enligt patentkraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d a v att insatsstyckets (41) vid planethjulets (33) sida liggande yta är plan.

4. Enhet enligt patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att insatsstyckena (41) med planethjulen (33) är anordnade i grupper, i vilka avståndet mellan centrumaxlarna för de intilliggande planethjulen (33) i en grupp är mindre än avståndet mellan centrum- linjerna för de intilliggande planethjulen (33) i olika grupper.