[发明专利]钻孔装置

说明书

本发明涉及一种钻孔装置，尤其用于为开采岩石或矿物而钻孔的用途，在这种钻孔装置中，钻具被推动作旋转运动，整个装置安装于一个推进装置上，后者在钻孔时可向钻具施加推力。

众所周知，由钻具或钻头与地层产生的转矩随着所施加的推力而增加。

因此有必要提供调节装置，使得可调节施加于钻具上的推力，使之与驱动装置所允许的最大力矩相适应，以防止所使用的钻具被卡到被钻地层中。

图1和图2简要地示出一种已知类型的旋转撞击式钻孔装置，分别处于两种工作状态。这两幅图示出了一个钻岩机1，其上装有一个钻具2，后者一方面与一捶击装置3相连，另一方面与一旋转驱动装置4相连。该钻岩机相对于地层5可移动地安装，其中，钻孔借助于一个安装在一个导轨7上的推进系统6而实现。所述推进系统包括一个液压作动筒8，后者的筒体与装置6相连，其推杆9则支承在一个固定点上。不同形式的运动系通过一液压泵10来实现，该液压泵通过三个分配器12、13和14向捶击装置3、液压马达1 5和作动筒8供给动力。所述连接是通过一系列软管16、17和18实现的。钻具的旋转驱动液压马达的供给管路由液压泵10与分配器13间的软管，分配器13、软管17a、旋转马达15、软管17b，以及分配器13和通向外部的回路之间的软管构成。在分配器14和钻岩装置的推进作动筒8之间的管路中，设置有管路换向器装置19。换向器系统19由确保钻岩机的旋转驱动的马达15的旋转压力进行控制。换向器系统与之相互作用的旋转压力所能容许的最大值是可调的。然而，由于装置体积的原因，该系统的信息的获取过分远离马达15的入口，这导致软管的长度太大。

在最大容许旋转压力下，向各驱动部件的液压供给是如图1所示沿着以粗实线示出的软管进行的。换向器系统19处于断开位置，未作用于推进管路。在钻具2被卡到地层中的情况下，就增加旋转压力。当压力超过在换向器系统19上调节的某一预定值时，换向器系统就反转作动筒8的供给方向，如图2所示，从而使钻具后退。

在这样的情况下，马达的旋转液压不是直接测量的，并且钻岩机离控制系统太远。测得的压力是马达旋转压力和由软管17构成的管路内部的管路压力损耗的总和。然而，管路压力损耗随着温度会变化很大，这影响液压流的粘度和流量。

为了在任何条件下都能工作，应当将换向器装置调节到这样的值，使最大容许旋转压力等于旋转压力加上最大压力损耗。

由机械力矩产生的旋转压力是恒定的，压力损耗则随着温度而变。因此，测得的压力就是随着温度而变的。这种类型的装置不能进行换向器系统的细调。

为了弥补上述缺陷，申请人使用了一种钻孔机，其中，马达的出口流量流向确保捶击部分的入口。一相同的流量也流向确保捶击的部分，并与确保钻具旋转的马达的出口流量相合并。转矩的测量通过差动式测量旋转马达入口出口间的压力而实现。在此情况下，测得的旋转压力等于马达端子的旋转压力减去旋转管路的压力损耗。

这种方案可以正确地驱动换向器系统。但由于旋转管路与钻孔机捶击管路的相关性，其合并使得其它液压功能的实现复杂化了。

本发明的目的是提供一种钻孔装置，可以根据压力损耗的随温度和液压流量而变的参数，补偿供给钻具旋转驱动马达的液压管路中的压力损耗，在装置的整个工作范围内保持对容许转矩最大值的最佳控制，而并不导致复杂的技术方案，尤其是从应用流体力学的角度来看。

为此，本发明所涉及的钻孔装置包括一个钻孔单元，其钻具由一液压马达旋转驱动，该液压马达与一推进装置相连，后者可以对钻孔单元产生抵向地层的力，各驱动机构由至少一个液压泵通过一组液压分配器和一组管道、比如软管驱动，钻孔系统的推进装置的两供给管线装有一个换向器，用来使推进装置中的液流循环方向反向，其特征在于，在钻具的旋转驱动液压马达的一支供给管线上安装有一个液流参数测量装置，以持续提供信息，使得一补偿装置可以将计算而得的由位于马达两侧的管线上的两已知点间的所有管线部件产生的压力损耗，从在相同的两点间测得的压力差中减去，该操作的结果是，如果所得值超过一预定值，就启动推进液流的循环方向的换向器装置。

这样的装置可以自动反转钻孔机在其导轨上的位移方向，以在旋转压力超过最大容许旋转压力时避免钻具被卡在地层中。

测量装置向补偿装置发送压力损耗的测量值，该值与旋转管线的压力损耗成正比。

如果旋转压力的增加是因为机械力矩的增加，补偿装置就利用所述信息启动换向器系统。

如果旋转压力的增加是因为旋转管线中的压力损耗的变化，换向器系统就不被启动。