專利名稱：鉆巖設(shè)備中的裝備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制鉆巖設(shè)備的方法，鉆巖設(shè)備設(shè)置有鉆巖機，鉆巖機包括沖擊裝置、 進給裝置和工具，工具的端部帶有鉆頭，用于破碎巖石，且沖擊裝置被設(shè)置成對工具產(chǎn)生應(yīng)力波，而工具被設(shè)置成將由沖擊裝置產(chǎn)生的應(yīng)力波作為壓縮應(yīng)力波傳遞到鉆頭并且從鉆頭進一步傳遞至待鉆巖石，并且進給裝置被設(shè)置成將工具和鉆頭推靠在待鉆巖石上，其中在鉆鑿期間，由沖擊裝置對工具產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波中的至少一些被反射為從待鉆巖石回到工具的應(yīng)力波。本發(fā)明還涉及一種與鉆巖設(shè)備相關(guān)的裝備，鉆巖設(shè)備設(shè)置有鉆巖機，鉆巖機包括沖擊裝置、進給裝置和工具，工具的端部帶有鉆頭，用于破碎巖石，且沖擊裝置被設(shè)置成對工具產(chǎn)生應(yīng)力波，而工具被設(shè)置成將由沖擊裝置產(chǎn)生的應(yīng)力波作為壓縮應(yīng)力波傳遞到鉆頭并且從鉆頭進一步傳遞至待鉆巖石，并且進給裝置被設(shè)置成將工具和鉆頭推靠在待鉆巖石上，其中在鉆鑿期間，由沖擊裝置對工具產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波中的至少一些被反射為從待鉆巖石回到工具的應(yīng)力波。
背景技術(shù)：
鉆巖設(shè)備被用于地下開采礦、采石場和挖掘場中的開鑿和鉆巖。已知的鉆巖和挖掘方法是切割、破碎和撞擊方法，例如。撞擊方法是硬質(zhì)巖石類型最常用的。撞擊方法涉及使鉆巖機的工具受到旋轉(zhuǎn)和撞擊。但是，主要地破碎巖石的是撞擊。旋轉(zhuǎn)大多數(shù)用來確保工具遠(yuǎn)端的鉆頭的球齒(button)或其它切割部分總是擊打巖石上的新的點。鉆巖機通常包括液壓操作的沖擊裝置，其沖擊活塞允許對工具產(chǎn)生必要的壓縮應(yīng)力波。用撞擊方法來有效地破碎巖石需要鉆頭在打擊的時刻抵靠著巖石。與沖擊裝置的沖擊相關(guān)的能量對工具產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波，應(yīng)力波從工具進一步至工具端部的鉆頭，且隨后至巖石。一般地，在所有鉆鑿條件下，被引導(dǎo)至巖石的壓縮應(yīng)力波中的一些以應(yīng)力波的形式從巖石反射回到鉆巖機的工具。公布WO 2006/126933公開了基于從被鉆巖石反射回到工具的應(yīng)力波的能量來控制鉆鑿的方法。根據(jù)該方法，定義了至少一個參數(shù)值來表示從巖石反射回的應(yīng)力波的能量。 而且，利用該參數(shù)值來調(diào)節(jié)由沖擊裝置的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的應(yīng)力波的持續(xù)時間和/或上升時間。該參數(shù)值還允許調(diào)節(jié)由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的應(yīng)力波的幅度。該公布的解決方案的目的是最小化反射回的能量并從而提高鉆鑿系統(tǒng)的效率。但是，該系統(tǒng)的一個缺點是，反射回的應(yīng)力波能量很難測量。圖2示出在鉆鑿期間進入巖石的壓縮應(yīng)力波和從巖石反射回的應(yīng)力波的示意圖。在圖2的反射回的應(yīng)力波中， 從待鉆巖石反射回到工具的壓縮應(yīng)力被表示為正的且張應(yīng)力為負(fù)的。由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波σ i的能量能用以下公式計算，
Ar2Ei = VcJe7i dt
(1)且從待鉆巖石反射回到工具的應(yīng)力波O ^的能量則能用以下公式計算，
權(quán)利要求
1.一種控制鉆巖設(shè)備(1)的方法，所述鉆巖設(shè)備(1)設(shè)置有鉆巖機(6)，所述鉆巖機 (6)包括沖擊裝置G)、進給裝置(9)和工具(7)，所述工具(7)的端部帶有鉆頭(8)，用于破碎巖石，且所述沖擊裝置(4)被設(shè)置成對所述工具(7)產(chǎn)生應(yīng)力波，而所述工具(7)被設(shè)置成將由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波作為壓縮應(yīng)力波(Qi)傳遞到所述鉆頭(8)并且從所述鉆頭(8)進一步傳遞至待鉆巖石，并且所述進給裝置(9)被設(shè)置成將所述工具(7) 和所述鉆頭(8)推靠在待鉆巖石上，其中在鉆鑿期間，由所述沖擊裝置(4)對所述工具(7) 產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波(Qi)中的至少一些被反射為從待鉆巖石回到所述工具(7)的應(yīng)力波 (ο》，其特征在于，測量表示從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(0》的至少一個測量信號 (MS),基于所述測量信號確定從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(ο》的動量(P》 或表示所述動量的參數(shù)，以及基于從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(Or)的動量(Pr)或表示所述動量的參數(shù)調(diào)節(jié)所述沖擊裝置的操作和/或所述進給裝置(9)的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，測量所述工具(7)的位移(D)，并且基于所述工具(7)的位移(D)確定從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(σ r)的動量(Pr)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對所述工具(7)設(shè)置液壓輔助裝置(13) 并測量作用在所述液壓輔助裝置(13)上的壓力，并且基于所述壓力確定從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(Qr)的動量(Pr)或表示所述動量的參數(shù)，例如所述工具(7) 的位移⑶。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，從所述工具(7)直接測量由反射回的應(yīng)力波(Qr)對所述工具(7)產(chǎn)生的改變。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，測量所述工具(7)的延長。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，光學(xué)地測量所述工具(7)的質(zhì)點速度。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，基于由反射回的應(yīng)力波(0》產(chǎn)生的所述工具(7)的磁場上的改變測量所述工具(7)的質(zhì)點速度。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述動量(P》小時，增加所述進給裝置(9)的進給力。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述動量(P》小時，增加由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的長度或持續(xù)時間，和/或減小由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的強度或幅度。
10.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述動量(P》大時，減小由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的長度，以及增加由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的幅度。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，改變所述沖擊裝置的沖擊頻率。
12.—種與鉆巖設(shè)備(1)相關(guān)的裝備，所述鉆巖設(shè)備(1)設(shè)置有鉆巖機(6)，所述鉆巖機(6)包括沖擊裝置G)、進給裝置(9)和工具(7)，所述工具(7)的端部帶有鉆頭(8)，用于破碎巖石，且所述沖擊裝置(4)被設(shè)置成對所述工具(7)產(chǎn)生應(yīng)力波，而所述工具(7)被設(shè)置成將由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波作為壓縮應(yīng)力波(Qi)傳遞到所述鉆頭(8)并且進一步傳遞至待鉆巖石，并且所述進給裝置(9)被設(shè)置成將所述工具(7)和所述鉆頭(8) 推靠在待鉆巖石上，其中在鉆鑿期間，由所述沖擊裝置(4)對所述工具(7)產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波(Oi)中的至少一些被反射為從待鉆巖石回到所述工具(7)的應(yīng)力波(σ》，其特征在于，所述裝備還包括至少一個測量裝置(11)，所述測量裝置(11)被設(shè)置成測量表示從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(ο》的至少一個測量信號(MS)，且所述裝備還包括至少一個控制和數(shù)據(jù)處理單元(12)，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元(12) 被設(shè)置成基于所述測量裝置(11)的測量信號來確定從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(ο》的動量(P》或表示所述動量的參數(shù)，并且所述控制和數(shù)據(jù)處理單元(1 被設(shè)置成基于從待鉆巖石反射回到所述工具(7)的應(yīng)力波(Or)的動量(Pr)或表示所述動量的參數(shù)來調(diào)節(jié)所述沖擊裝置的操作和/或所述進給裝置(9)的操作。
13.如權(quán)利要求12所述的裝備，其特征在于，所述測量裝置(11)被設(shè)置成測量所述工具(7)的位移⑶。
14.如權(quán)利要求12所述的裝備，其特征在于，所述裝備還包括對所述工具(7)設(shè)置的液壓輔助裝置(13)，且所述測量裝置(11)被設(shè)置成測量作用在所述液壓輔助裝置(1 上的壓力。
15.如權(quán)利要求12所述的裝備，其特征在于，所述測量裝置(11)被設(shè)置成從所述工具 (7)直接測量由反射回的應(yīng)力波(σ》對所述工具(7)產(chǎn)生的改變。
16.如權(quán)利要求15所述的裝備，其特征在于，所述測量裝置(11)被設(shè)置成測量所述工具(7)的延長。
17.如權(quán)利要求15所述的裝備，其特征在于，所述測量裝置(11)被設(shè)置成光學(xué)地測量所述工具(7)的質(zhì)點速度。
18.如權(quán)利要求15所述的裝備，其特征在于，所述測量裝置(11)被設(shè)置成基于由反射回的應(yīng)力波產(chǎn)生的所述工具(7)的磁場上的變化來測量所述工具(7)的質(zhì)點速度。
19.如權(quán)利要求12-18中任一項所述的裝備，其特征在于，當(dāng)所述動量小時，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元(1 被設(shè)置成控制所述進給裝置(9)的操作，使得所述進給裝置(9)的進給力被增加。
20.如權(quán)利要求12-19中任一項所述的裝備，其特征在于，當(dāng)所述動量小時，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元(1 被設(shè)置成控制所述沖擊裝置(4)的操作，使得增加由所述沖擊裝置 (4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的長度或持續(xù)時間，和/或減小由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的強度或幅度。
21.如權(quán)利要求12-18中任一項所述的裝備，其特征在于，當(dāng)所述動量(P》大時，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元(1 被設(shè)置成縮短由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的長度，和增加由所述沖擊裝置(4)產(chǎn)生的應(yīng)力波的幅度。
22.如權(quán)利要求12-21中任一項所述的裝備，其特征在于，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元 (12)被設(shè)置成改變所述沖擊裝置的沖擊頻率。
全文摘要
一種鉆巖設(shè)備(1)設(shè)置有鉆巖機(6)，所述鉆巖機(6)包括沖擊裝置(4)、進給裝置(9)和工具(7)，所述工具(7)的端部帶有鉆頭(8)，用于破碎巖石。所述沖擊裝置被設(shè)置成對所述工具產(chǎn)生應(yīng)力波并使應(yīng)力波從所述工具進一步到達待鉆巖石。在鉆鑿期間，對所述工具產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波(σi)中的至少一些被反射為從巖石回到到所述工具的應(yīng)力波(σr)。方法包括確定從巖石回到到所述工具的應(yīng)力波(σr)的動量(Pr)，以及基于所述動量調(diào)節(jié)所述沖擊裝置的操作和/或所述進給裝置的操作。
文檔編號B25D9/26GK102164714SQ200980138577
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者尤哈·皮波寧, 毛里·埃斯科, 艾莫·海林, 馬爾庫·凱斯基尼瓦 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司