旋转单元、岩石凿钻单元和用于岩石凿钻的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于岩石凿钻的旋转单元，该旋转单元没有冲击装置。旋转单元的目的是为将要与之连接的凿钻设备产生所需的旋转，在该设备的最外端处具有用于破碎岩石的钻头。而且，通过旋转单元传递轴向力。
[0002]进一步地，本发明涉及一种岩石凿钻单元和用于岩石凿钻的方法。在本申请的独立权利要求的前序部分中更详细地描述了本发明的领域。
【背景技术】
[0003]可以通过多种岩石凿钻机器在岩石中凿钻。凿钻可用组合冲击和旋转的方法进行(冲击凿钻)，或凿钻可以在没有冲击作用的情况下仅仅基于旋转(旋转凿钻)。进一步地，冲击凿钻可以根据冲击装置在凿钻期间是在钻孔外或是在钻孔内来分类。当冲击装置是在钻孔外时，凿钻通常称为顶锤凿钻，并且当冲击装置是在钻孔内时，凿钻通常被称为潜孔凿钻(DTH)。在顶锤凿钻机中，冲击装置和旋转装置被组合成一体，而在旋转凿钻机和DTH凿钻机中，存在完全没有冲击装置的旋转单元。本申请特别涉及这种没有冲击装置的旋转单元及其使用。
[0004]旋转单元包括绕其纵向轴线旋转的主轴。旋转和扭矩由通过齿轮系统连接至主轴的旋转马达产生。在凿钻期间通过进给装置在凿钻方向和返回方向上轴向进给旋转单元。因此，旋转单元的主轴经受旋转和轴向力。在现有的解决方案中，主轴和旋转单元的耐久性造成问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种新颖和改进的旋转单元、岩石凿钻单元和用于岩石凿钻的方法。
[0006]根据本发明的旋转单元的特征在于，主轴包括管状外轴和设置在外轴内的内轴；外轴的外表面设置有轴向支撑表面，用于传递轴向力；并且内轴在后端设置有第一传动构件，用于从旋转马达接收扭矩，并且内轴的前端设置有第二传动构件，用于将扭矩传递至凿钻设备。
[0007]根据本发明的岩石凿钻单元，其特征在于旋转单元是根据独立权利要求1的旋转单元。
[0008]根据本发明的方法，其特征在于在凿钻中使用旋转单元，其主轴设置有管状外轴，并且其中在管状外轴内设置有内轴；仅通过内轴传递扭矩；并仅通过外轴传递轴向力。
[0009]所公开的解决方案的构思是，旋转单元的主轴由两个轴件组成。因此，主轴包括外轴和内轴。外轴具有管状构造并且内轴位于管状外轴的内部。外轴设置有合适的轴向支承表面或元件，用于在旋转单元本体和凿钻设备之间传递轴向力。内轴包括在后端和前端的传动构件，用于接收和传递扭矩。
[0010]所公开的解决方案的优点是:主轴由用于两个不同目的的两个专用的分开的轴件组成，即用于传递轴向力和扭矩。外轴可被设计、设定尺寸和支撑，使得能够很好地承受轴向载荷。另一方面，内轴可被设计和构造使得可以在没有问题的情况下传递期望的旋转和扭矩。因此，所公开的解决方案提高了旋转单元的耐用性和可靠性。使用专用的轴件消除了在主轴结构中作出妥协的需要。
[0011]根据实施例，内轴的前端和后端部包括纵向花键或一组凹槽，用于在其外表面上传递扭矩。花键传递扭矩，并允许轴向运动。由于内轴的安装和拆卸不需要特别的工具和技巧，旋转单元的维修由于花键而更容易。
[0012]根据实施例，内轴的相对的端部包括花键，用于传递旋转和扭矩。内轴的花键及其配合表面在旋转单元使用期间不经受相对的轴向运动，从而使花键的耐久性提高。外轴被构造用以支撑主轴的结构，使得内轴不经受轴向运动。
[0013]根据实施例，可在不拆解外轴的情况下从旋转单元移除内轴。可在首先移除位于旋转单元的前端处的旋转毂、前部盖或任何其它结构之后，从旋转单元的前侧端移除内轴。内轴可包括用作传动构件的花键，其中花键促进拆卸。内轴可不具有任何轴承，这也使得内轴的移除快并且容易。
[0014]根据实施例，内轴具有细长结构。根据实际测试，当轴经受包括冲击或脉动的旋转分力的旋转运动时，细长内轴已经示出在耐久性上是有利的。例如，这种脉动旋转分力的形成通常用于DTH凿钻。
[0015]根据实施例，外轴具有第一最大直径且内轴具有第二最大直径。外轴的第一最大直径至少是相对于内轴的第二最大直径的两倍。具有细长的结构的内轴很好地承受脉动扭矩。关于传递轴向力的能力，外轴具有与旋转单元的基本结构所允许的一样大的外径是有利的。
[0016]根据实施例，外轴的前端设置有凸缘或相应的元件，该凸缘或相应的元件包括面对凿钻方向的轴向紧固表面。轴向紧固表面可传递轴向力并且允许旋转毂或凿钻设备被连接到外轴。紧固表面可包括连接螺纹、快速连接元件或任何其它连接装置或元件，用于安装前部元件。
[0017]根据实施例，在内轴和随后的前部元件(诸如毂或凿钻设备)之间的连接点位于外轴内。因此，内轴的前端位于外轴内，距外轴的前端一定距离。另一方面，内轴的后端可以设置为从外轴的后端突出。在本实施例中，可连接的前部元件的连接元件位于外轴的内表面和内轴的外表面之间，并且因此可以被很好地支撑。
[0018]根据实施例，外轴相对于旋转单元的本体的轴向运动被阻止。外轴在外表面上设置有轴承，该轴承可以用作轴向支承元件，从而传递本体和外轴之间的轴向力。外轴的轴承可以设置用以在基本上没有轴向运动或间隙的情况下将外轴支撑到本体。当阻止了外轴的轴向运动时，旋转单元的部件的磨损可以被消除。因此，例如，可以减少内轴的旋转传动构件和配合部件之间的相对运动。
[0019]根据实施例，仅通过滚动轴承将外轴轴承安装到本体上。外轴可通过两个滚动轴承支撑到本体，其中轴承在径向和轴向方向上支撑外轴。外轴可被支承，使得外轴基本上无轴向运动或间隙。
[0020]根据实施例，外轴内的内轴不是直接连接到外轴的。内轴可仅仅穿过管状外轴的基本结构。
[0021]根据实施例，外轴在外表面上设置有轴承且内轴没有任何轴承。由于内轴没有轴承，该结构的拆解和安装快速且容易。
[0022]根据实施例，内轴在旋转单元使用期间仅经受扭矩。由于该特征，内轴的尺寸可为细长的，并且仍然的是，内轴的耐久性良好。外轴接收并传递轴向力。
[0023]根据实施例，在旋转单元的前端的是旋转毂，它是与主轴的前部紧固装置能够连接的单独件。旋转毂的前端部包括紧固装置，用于紧固凿钻设备例如凿钻管。旋转毂的后端部包括后套筒部，其设置在外轴的前部内并在后套筒部的内表面上包括纵向花键或相应的元件。旋转毂的花键与内轴的花键接触。对于连接到外轴，旋转毂的后端部包括允许连接到外轴的第一紧固表面的第二紧固表面。毂的第二紧固表面可以是面向外轴的轴向表面，并且例如可以形成在凸缘中。因此，旋转毂的花键传递扭矩并且第二紧固表面传递轴向力。
[0024]根据实施例，旋转单元的前端设置有旋转毂，其用作轴和可连接的凿钻设备之间的适配器或联接元件。旋转毂包括至少一个通道，用于将压力介质传导至凿钻设备。围绕旋转毂的可以是前部壳体，通过前部壳体可供给压力介质。压力介质可以被供给到前部壳体的内部压力介质空间，且旋转毂可以包括一个或多个横向通道，其与内部空间产生压力介质接触。因此，旋转毂具有一个或多个通道，用于将压力介质从压力空间传导到旋转毂中的中央通道中，并进一步沿着中央通道传导到与旋转毂连接的凿钻设备。压力介质可以是例如加压的空气。
[0025]根据实施例，内轴设置有至少一个用于将压力介质传导到凿钻设备的轴向通道。如果旋转单元包括连接到旋转单元的前端的旋转毂，那么旋转毂也设置有允许压力介质被供给到凿钻设备的轴向通道，。
[0026]根据实施例，在外轴和内轴之间的