用于鉆機空氣壓縮機的液力耦合傳動系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于鉆機空氣壓縮機的液力耦合傳動系統(tǒng)
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年8月7日提交的第62/034，623號美國臨時申請的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容被援引并入本文。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及鉆機，更具體地，涉及用于爆孔鉆機的空氣壓縮機。
【背景技術】
[0004]爆孔鉆機通常用于在采礦工業(yè)中鉆通硬石。可在全世界的例如煤礦、銅礦以及鉆石礦中發(fā)現(xiàn)爆孔鉆機。爆孔鉆機典型地包括基部、從所述基部豎直延伸出來的鉆塔、以及結合于所述鉆塔并且由所述鉆塔支撐的一根或多根鉆桿，所述鉆桿延伸進入鉆孔。所述爆孔鉆機也包括由原動機(prime mover)驅(qū)動的空氣壓縮機，所述空氣壓縮機引導壓縮空氣(例如，100鎊/平方英寸)進入所述鉆孔，以從所述鉆孔的底部將鉆肩沖到表面。
[0005]浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機因其緊湊的尺寸以及較長的工作壽命，已經(jīng)典型地成為了爆孔鉆機中的空氣壓縮機的首選類型。盡管事實上這些類型的空氣壓縮機在待機操作時(即，當沒有鉆孔時)浪費能源和燃料。例如，一些浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機在鉆孔操作的過程中消耗大約60 %或更多的鉆機運行功率，但在待機運作的過程中卻消耗大約95%。
[0006]然而，最近為了滿足對更大的鉆進速度的要求(即，鉆頭破壞巖石的速度)，浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機的尺寸已經(jīng)增大。由于浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機尺寸的增大以及最近燃料成本的增加，已經(jīng)需要一種更加節(jié)能的方式來在爆孔鉆機上產(chǎn)生壓縮空氣。
[0007]為解決該問題的一個嘗試是使用機械濕式離合器系統(tǒng)，在待機操作的過程中，該系統(tǒng)將浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機與柴油機斷開。然而，所述機械濕式離合器系統(tǒng)需要單獨的摩擦離合器，該摩擦離合器隨時間推移會顯著磨損。另外，所述濕式離合器產(chǎn)生的斷開會導致所述浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機完全停止，這會導致操作員要花費更多的非生產(chǎn)性時間來重新裝滿空氣儲存槽/空氣分離槽。
[0008]為解決該問題的另一個嘗試是使用改進的空氣控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，所述浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機一直保持全速運作(即，滿發(fā)動機轉速)，但是空氣從所述浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機的排氣孔被抽出，并且同時空氣被限制進入所述浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機，從而在仍然以全速操作所述浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機的同時，減小了被壓縮的空氣的壓縮比和壓縮量。然而，該空氣控制系統(tǒng)要求額外的壓縮機空氣閥和油閥、液壓驅(qū)動真空栗以及傳感器。此外，由于所述浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機一直保持全速運作，所述空氣控制系統(tǒng)在短時間內(nèi)會遭受顯著的旋轉磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)一個方面，一種鉆機包括:基部；鉆塔，所述鉆塔耦合至所述基部并且從所述基部延伸出來；鉆桿，所述鉆桿耦合至所述鉆塔并且由所述鉆塔支撐；空氣壓縮機，所述空氣壓縮機耦合至所述基部；原動機，所述原動機耦合至所述空氣壓縮機；以及液力偶合器，所述液力耦合器設置在所述原動機和所述空氣壓縮機之間，并且耦合至所述原動機和所述空氣壓縮機。
[0010]根據(jù)另一方面，一種運行在鉆機上的空氣壓縮機的方法，所述方法包括:改變液力耦合器中的油量，所述液力耦合器耦合至原動機和所述空氣壓縮機；以及在改變所述油量的同時，保持所述原動機的恒定速度，以在所述液力耦合器中的輸入栗和所述液力耦合器中的輸出渦輪之間產(chǎn)生滑移(slippage)。
[0011]通過參照本詳細說明和附圖，將可進一步明白本發(fā)明的其它方面。
【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)一個方面的鉆機的側視圖。
[0013]圖2是圖1中所述鉆機的空氣壓縮機、原動機以及液力耦合器的示意圖。
[0014]圖3是圖2中的空氣壓縮機和原動機圖以及根據(jù)另一方面的液力耦合器的示意圖。
[0015]在詳細解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應當明白，本發(fā)明的應用不限于在以下描述中所討論的以及在附圖中所示出的關于眾多部件的構造和排布的細節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它的實施例，并能夠以各種不同的方式來實踐或?qū)嵤?。另外，應當明白，本文使用的措辭和術語是用于說明目的，而不應當被認為是限制性的。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1，爆孔鉆機10包括:鉆塔14 ;基部18 ( S卩，機械室)，所述基部18位于所述鉆塔14下方，所述基部18支撐所述鉆塔14 ;操作員的駕駛室22，所述駕駛室22耦合至所述基部18 ;以及履帶牽引裝置26，所述履帶牽引裝置26通過履帶牽引裝置驅(qū)動器30被驅(qū)動，所述履帶牽引裝置26沿地面34驅(qū)動鉆機10。所述鉆塔14耦合至并且支撐鉆桿38 (例如，帶有圖中未顯示的鉆頭)，所述鉆桿38被配置成豎直向下穿過地面34并進入鉆孔中。在一些實施例中，多根鉆桿34連接在一起形成伸入到所述鉆孔中的伸長的鉆柱。
[0017]所述鉆機10還包括:調(diào)平用千斤頂42，所述調(diào)平用千斤頂42耦合至所述基部，所述調(diào)平用千斤頂42將所述鉆機42支撐在地面34上；撐桿46，所述撐桿46同時耦合至所述基部18和所述鉆塔14，所述撐桿46將所述鉆塔14支撐在所述機械室18上。所述鉆塔14包括鉆機頭部馬達50，所述鉆機頭部馬達50驅(qū)動鉆機頭部54 ;以及聯(lián)軸器58，所述聯(lián)軸器58將所述鉆機頭部與所述鉆桿38的上端結合在一起。
[0018]參考圖1和圖2，所述鉆機10進一步包括空氣壓縮機62，所述空氣壓縮機耦合至所述基部18并且設置在所述基部18內(nèi)，以從所述鉆孔的底部將鉆肩沖到地面。在所示的實施例中，所述空氣壓縮機62為浸油旋轉螺桿式空氣壓縮機，然而其他實施例可以包括不同類型的空氣壓縮機。
[0019]如圖2所示，所述空氣壓縮機62為注入潤滑劑的旋轉螺桿式空氣壓縮機，所述空氣壓縮機62包括:主旋轉體66，所述主旋轉體66繞軸68旋轉；以及第二旋轉體70，所述第二旋轉體70繞軸72旋轉，所述主旋轉體66和第二旋轉體70都設置在固定殼體74內(nèi)。所述固定殼體74包括進氣口 78和出氣口 82。所述主旋轉體66沿其長度具有螺旋形凸角86以及螺旋形凹槽90，同時所述第二旋轉體70沿其長度具有對應的螺旋形凸角94和螺旋形凹槽98。穿過所述進氣口 78進入的空氣填充位于每個旋轉體66和70上的所述螺旋形凸角86和94之間的空間。所述旋轉體66和70的旋轉致使所述氣體被限制在所述螺旋形凸角86和94與固定殼體74之間。隨著旋轉繼續(xù)，位于所述主旋轉體66上的所述螺旋形凸角86滾入位于所述第二旋轉體70上的所述螺旋形凹槽98，并且位于所述第二旋轉體70上的所述螺旋形凸角94滾入位于所述主旋轉體66上的所述螺旋形凹槽90，從而減小所述空氣占用的空間并導致壓強增大。壓縮持續(xù)進行，直到所述凸角之間的空間暴露于釋放所述壓縮空氣的所述出氣口 82。在所述空氣的壓縮過程中，向所述固定殼體74中注入潤滑劑。所述潤滑劑對所述相互嚙合的旋轉體66和70以及關聯(lián)的軸承(未顯示)進行潤滑。
[0020]繼續(xù)參照圖1和圖2，所述空氣壓縮機62由液力耦合器102驅(qū)動。所述液力耦合器102包括輸入栗106和單獨隔開的輸出渦輪110，該兩者都繞軸108旋轉，并且由位于所述液力耦合器102內(nèi)的間隙112分開。如圖2所示，所述輸出渦輪110耦合至所述空氣壓縮機62的所述主旋轉體66，并且所述輸入栗106耦合至原動機114(例如，位于所述鉆機10內(nèi)的柴油機的飛輪)。在所示實施例中，所述液力耦合器102為流體動力裝置，所述裝置使用所述間隙112內(nèi)的油將動量(momentum)從所述輸入栗106轉移到所述輸出渦輪110。例如，當啟動所述原動機114時，所述原動機114致使所述輸入栗106旋轉，致使靠近所述輸入栗106的位于所述間隙112中的油旋轉并且被栗送至所述輸出渦輪110，從而致使所述輸出渦輪110 —起旋轉。所述輸出渦輪110的旋轉致使位于所述空氣壓縮機62內(nèi)的所述主旋轉體66旋轉。
[0021]繼續(xù)參照圖1和圖2，所述液力耦合器102由控制系統(tǒng)118最佳地控制。所述控制系統(tǒng)118在保持所述原動機114以恒速運行的同時，改變所述液力耦合器102內(nèi)的油量?？刂扑鲆毫︸詈掀?02內(nèi)的油量會在所述輸入栗106和所述輸出渦輪110之間產(chǎn)生不同的滑移，從而在所述空氣壓縮機62中產(chǎn)生變速控制。
[0022]所述液力耦合器102的變速控制節(jié)約了所述原動機114的燃料和能源。例如，當待機階段發(fā)生時(即，當沒有鉆孔時)，所述控制系統(tǒng)118從所述液力耦合器102內(nèi)移除一些所述油，這將增大所述輸入栗106和所述輸出渦輪110之間的滑移，并且致使所述輸出渦輪110 (以及與其結合的主旋轉體66和70)減速。當所述待機階段結束時(即，當恢復鉆孔時)，所述控制系統(tǒng)118重新向所述液力耦合器102加入油，然后所述旋轉體66和70快速恢復速度以繼續(xù)全速壓縮空氣。快速將所述旋轉體66和70恢復至全速的能力減小了每次鉆孔作業(yè)發(fā)生時為完全重啟所述空氣壓縮機62典型所需的燃料和能源的量。
[0023]在一些實施例中，在操作過程中所述鉆機10會經(jīng)歷延長的待機期(例如，當長距離運輸所述鉆機10時，在操作員倒班的過程中，或者在極寒的環(huán)境中，所述原動機114由于可能重啟困難而沒有關閉)。在這種情況中，所述控制系統(tǒng)118從所述液力耦合器102移除全部或者基本上全部的所述油，從而在所述輸入栗106和所述輸出渦輪110之間形成斷開。一旦所述油被排干，所述輸出渦輪110和所述旋轉體66和70保持靜止，