用于岩钻的旋转单元、岩钻单元和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于岩钻的旋转单元、岩钻单元和方法。所述旋转单元包括主轴（17），该主轴（17）借助于旋转马达（16）绕其纵向轴线旋转。所述主轴在轴向方向上可滑动地被支撑到该旋转装置（7）的本体（23）。当钻进设备（9）和包括在该钻进设备（9）内的钻进部件（10）的连接螺纹被连接时，利用该滑动性质。
【专利说明】用于岩钻的旋转单元、岩钻单元和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于岩钻的旋转单元，该旋转单元不具有冲击装置。旋转单元的目的是产生将被连接到旋转单元的钻进设备所需的旋转，在所述钻进设备的最外端处，存在用于打碎岩石的钻头。
[0002]此外，本发明涉及一种钻进单元和一种用于岩钻的方法。在本申请的独立权利要求的前序部分中更加详细地描述本发明的领域。
【背景技术】
[0003]借助于各种岩钻机，能够在岩石中钻孔。利用结合了冲击和旋转(冲击钻进)的方法可以执行钻进，或钻进可以基于仅旋转而无冲击功能(旋转钻进)。此外，可以根据冲击装置在钻进期间是否在钻孔的外侧或在钻孔中来对冲击钻进归类。当冲击装置在钻孔的外侧时，钻进通常被称为顶锤钻进，并且当冲击装置在钻孔中时，钻进通常被称为潜孔钻进(DTH)。在顶锤钻进机中，冲击装置和旋转装置被结合到一个实体中，而在旋转钻进机和DTH钻进机中，存在完全没有冲击装置的旋转单元。本申请具体地涉及这样的无冲击装置的旋转单元及其使用。
[0004]该旋转单元包括绕其纵向轴线旋转的主轴。旋转力由连接至主轴的旋转马达通过齿轮系产生。随着钻进进行，更多钻进管被连接到钻进设备，并且，相应地，在钻孔已经完成之后并且开始钻进新的钻孔时，所述钻进管被断开连接。钻进管设有连接螺纹，因此它们需要所谓的浮动主轴，该浮动主轴允许螺纹被拧紧和旋松，而无需同时精确控制进给移动。浮动主轴能够实现由于连接螺纹的螺距而产生的所需的轴向移动。如今使用的浮动主轴是独立单元，其在第一钻进管之前连接到旋转单元。然而，这样的独立浮动主轴单元已被证实引起了有关设备的耐久性的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于岩钻的新型且改进的旋转单元、岩钻单元和方法。
[0006]根据本发明的旋转单元的特征在于，主轴在轴向方向上被可滑动地支撑到本体。
[0007]根据本发明的岩钻单元的特征在于，旋转装置的主轴在轴向方向上被可滑动地支撑到本体。
[0008]根据本发明的方法的特征在于，当将钻进设备和钻进设备的部件连接和断开连接时，所述方法允许旋转单元的主轴相对于旋转单元的本体轴向地移动。
[0009]构思是，旋转单元的主轴轴承安装在本体上，使得该主轴能够相对于本体滑动一个所允许的预定的轴向移动长度。
[0010]因此，优点是，主轴的轴向移动允许钻进设备的连接螺纹被旋松和拧紧，而不存在在钻进设备中布置任何独立的浮动主轴单元的需要。在旋转单元中提供滑动性质允许结构比之前更加牢固且持久。
[0011]一个实施例的构思是，主轴在前端的部分中借助于前轴承并且在后端的部分中借助于端部轴承在径向方向上被支撑到本体。例如，两个轴承都是滑动轴承并且可以由适当的滑动轴承金属制成。该结构允许将轴承之间的轴向距离布置成相对长。归因于此点，在钻进期间从钻进设备传递到主轴的横向力能够被很好地接受到旋转单元的牢固的本体。此夕卜，通过将前轴承和端部轴承布置在油润滑空间中的机会提高结构的耐久性。
[0012]实施例的构思是，主轴借助于前轴承和端部轴承轴承安装在本体上，这些轴承之间的轴向距离相对于主轴的直径是大的。轴承具有轴向支承距离，并且主轴在轴承的位置处具有支承直径。根据观察结果，当支承距离与支承直径中的最大的一个支承直径的比率是至少3:1时，主轴的支承是特别牢固的。在前轴承和端部轴承处的支承直径可以是相等的或不相等的。支承距离是前轴承和端部轴承的功能性中点之间的尺寸。
[0013]实施例的构思是，在齿轮系与主轴之间的传递构件包括滑动构件，该滑动构件允许主轴的轴向移动，且无任何轴向力被传递至齿轮系。当不存在从主轴到齿轮系或旋转马达定向的轴向载荷时，旋转单元的耐久性是良好的。
[0014]实施例的构思是，旋转力被从主轴的后端的部分传递至主轴。在主轴的后端处存在用于传递构件的更多空间，因而传递构件的尺寸和定位与旋转力被从主轴的前端的部分传递的解决方案相比更加自由。
[0015]实施例的构思是，旋转马达和齿轮系作为主轴的后端的延伸部被定位。然后，将旋转马达、齿轮系和主轴依次定位在相同的轴向线上。因此，在横向方向上看到的旋转单元可以相当窄。虽然在旋转单元的后端的一侧上的长度增加，但是，这并不表明对结构或操作的任何损害。此外，旋转马达和齿轮系可以是能够被容易且迅速地拆离并且用新的模块取代而无需拆卸旋转单元结构的其余部分的模块。在旋转单元的后端处，存在用于处理模块的许多空间。如果期望影响旋转单元的性能，则在旋转单元的后端处设置具有不同功率和其它性能的模块也是可行的。
[0016]实施例的构思是，主轴的外周具有至少一个进给凸缘，该进给凸缘被布置用以在本体与主轴之间传递轴向进给力。进给凸缘具有参与传递轴向力的轴向支撑表面。此外，本体在进给凸缘的位置处具有滑动空间。该滑动空间是围绕主轴的伸长的环形空间，具有在轴向方向上限定滑动空间的端部。前端和后端包括可以参与传递轴向力的支撑表面。
[0017]实施例的构思是，进给凸缘和在进给凸缘的位置处的滑动空间被定位在主轴的前端的部分中。然后，轴向力尽可能靠近旋转单元和钻进设备的前端地在主轴与本体之间被传递。轴向力因此不对主轴的后部或旋转单元的定位在后部中的部件施加应力。这些方面就旋转单元的耐久性而言也是优选的。
[0018]实施例的构思是，进给凸缘被定位在支撑主轴的前轴承的前侧上的滑动空间中。因此，当进给朝钻进方向时，前轴承传递进给凸缘与滑动空间的后端之间的轴向力。前轴承用作主轴的径向轴承并且用作轴向轴承。前轴承是在钻进期间能够接受极大的轴向力的滑动轴承。前轴承可以在轴向方向上可滑动地布置在滑动空间中，因而它可以被布置成随同主轴移动。此外，滑动空间可以是油润滑的，这甚至更大地提高前轴承的耐久性。
[0019]实施例的构思是，旋转单元的结构包括轴向阻尼器。轴向阻尼器因此被整合为形成旋转单元的一部分。轴向阻尼器可以用于减弱影响主轴的并且从钻进设备被传递至主轴的振动、冲击、震动波和其它轴向应力。这样的轴向阻尼器显著减少从钻进设备通过主轴被引导至本体和本体部分的振动和应力波，因而较小的应力被引导至轴向阻尼器后方的部件。此外，轴向阻尼器至少在某种程度上也可以减小被引导至阻尼器的前侧上即在钻进设备的一侧上的部件的应力。
[0020]实施例的构思是，轴向阻尼器包括布置在滑动空间的端部处的至少一个端部阻尼器。轴向阻尼器可以包括在钻进方向上进行阻尼的后端部阻尼器和在返回方向上进行阻尼的前端部阻尼器。在一些情况下，阻尼器可以仅包括后端部阻尼器。端部阻尼器的优点是，其结构是简单的并且成本低且需要少量维修。
[0021]实施例的构思是，端部阻尼器是由压缩弹性材料构成的环状件。端部阻尼器可以由诸如适当的聚氨酯的聚合物材料制成。这样的阻尼器已被证实极度耐磨。
[0022]实施例的构思是，轴向阻尼器包括至少一个压力介质操作的阻尼器元件。这样的轴向阻尼器可以具有工作压力空间，影响在工作压力空间中的工作压力表面的诸如液压流体的压力介质可以被引导至该工作压力空间中。对于轴向阻尼器而言，包括一个或更多个被布置用以直接或借肋于适当的中间件在轴向上影响主轴的阻尼活塞是进一步可行的。压力介质的压力可以被引导至阻尼活塞，用以生成在主轴的滑动移动的极限位置中的期望的阻尼。
[0023]实施例的构思是，在旋转单元的主轴的前端处存在连接构件，用于刚性安装在轴向方向上。因此，钻进设备被安装在主轴上，而无任何轴向指向的滑动连接。连接构件可以包括连接螺纹，钻进管、适配器件等部件能够被附接到所述连接螺纹。该实施例减小被引导至主轴与钻进设备之间的连接的载荷。
[0024]实施例的构思是，主轴的后端的外周包括用于传递旋转力的一组轴向凹槽。此外，围绕主轴的后端，存在旋转套筒，该旋转套筒的内周包括对应的一组轴向凹槽。因此，在主轴的后端的外表面与旋转套筒的内表面之间，存在允许主轴的轴向移动的传递连接。旋转套筒利用轴向轴承而轴承安装在本体上，因而没有轴向力通过传递构件从主轴传递至齿轮系。这些特征就结构的耐久性而言是优选的。
[0025]实施例的构思是，齿轮系是行星齿轮。该行星齿轮可以是物理上相当小的并且在轴向方向上也是短的，因而容易布置在主轴的后端处。
[0026]实施例的构思是，主轴包括布置在相同的轴向线上并且连接到彼此的第一主轴部分和第二主轴部分。主轴部分之间的连接是轴向刚性的。在第一主轴部分的后端的外周上，存在一组凹槽，借助于所述一组凹槽，旋转力能够被传递至主轴。第二主轴部分的前端进而包括用于附接到钻进设备的连接螺纹。主轴借助于仅第一主轴部分的前轴承和端部轴承而轴承安装在本体上。轴承被以距离彼此尽可能大的轴向距离布置，因而它们很好地接受横向载荷。此外，进给凸缘可以被布置作为第二主轴部分的固定部分。替代地，进给凸缘可以是布置在主轴部分之间的独立件，例如环状凸缘。
[0027]实施例的构思是，在前轴承与端部轴承之间的部分包括围绕主轴并且与压缩空气等的压力介质的进给通道相连的压力介质空间。主轴具有一个或更多个通道，所述通道用于将压力介质从压力空间引导到主轴中的中心通道中并且进一步沿着主轴引导至将被连接至主轴的钻进设备。通过轴封将围绕主轴的压力空间与轴承空间隔离。于是，压力介质保持与轴承空间的润滑油分离。
[0028]实施例的构思是，岩钻单元包括滑架，该滑架借助于进给装置在进给梁上移动。旋转单元的本体被固定地附接到滑架。因此，旋转单元及其本体总是随着滑架移动，同时在旋转单元中不存在可滑动地布置的本体部分。
[0029]实施例的构思是，旋转单元旨在用于旋转钻进，在旋转钻进中，钻进仅通过旋转和进给力的作用发生而无任何冲击装置。
[0030]实施例的构思是，旋转单元旨在用于DTH钻进，在DTH钻进中，旋转单元和冲击装置处在钻进设备的相对的端部部分中。因此，在旋转单元中不存在冲击装置，但是，冲击装置与钻进设备相连。钻头通常直接附接到冲击装置。
[0031]实施例的构思是，监测主轴的轴向位置，并且该信息可以被传输至控制单元，该控制单元控制在岩钻单元中的钻进管的操作装置。此外，在控制螺纹的拧紧和旋松中，可以利用关于主轴的位置的信息。借助于一个或更多个传感器或测量装置，可以监测主轴的位置。
[0032]实施例的构思是，监测主轴的轴向位置，并且该信息在控制在钻进期间的进给力中被用作辅助信息。
[0033]实施例的构思是，旋转单元包括至少一个轴向阻尼器以及用于监测主轴的轴向位置的装置。关于主轴的位置信息可以被用于监测轴向阻尼器的状态。控制单元可以包括用于状态监视的控制策略。轴向阻尼器可以包括由可压缩的材料制成并且具有例如10%的功能性压缩面积的一个或更多个阻尼器元件。借助于位置信息，例如，在阻尼器元件已经永久性地失去其弹性和回弹性或已经以另一种方式受损的情况下，能够观察到所计划的压缩是否被超过。归因于该实施例，能够及时观察轴向阻尼器的损害。
[0034]实施例的构思是，主轴是一个整合轴件。进给凸缘可以是主轴的整合的不可拆卸的部分。替代地，进给凸缘可以是独立地形成的部件，例如法兰盘，其可以被固定地附接到轴件。
[0035]实施例的构思是，旋转马达是液压马达。
[0036]实施例的构思是，旋转马达是电动机。
[0037]实施例的构思是，旋转单元根本不包括齿轮系，而是旋转力借助于其它传递构件被传递至主轴。能够以通用且精确的方式控制旋转马达的转速和扭矩。旋转马达是被称为直接驱动马达的类型。该类型的马达作为液压操作马达和电动马达存在。由于能够从旋转单元省去齿轮系，所以存在将被维修和遭受损害的较少的部件。此外，能够将旋转单元造得更小。
[0038]实施例的构思是，传递构件设有用于促进润滑油在润滑空间中的流动的构件。因此，旋转毂或旋转套筒例如可以设有螺杆状构件，该螺杆状构件通过旋转移动的作用产生润滑油的流动。以这种方式，能够提高传递表面、传递部件和轴承的耐久性。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]在附图中，将更详细地描述本发明的一些实施例，其中
[0040]图1示意性地示出设有旋转单元的钻岩机，该旋转单元用于使钻进设备绕其纵向轴线旋转；
[0041]图2示意性示出在钻岩机中的旋转单元的DTH钻进和操作的原理；
[0042]图3示意性地且极大简化地示出根据本发明的旋转单元的原理；
[0043]图4和图5示意性地示出根据本发明的第二旋转单元在主轴的两个不同的轴向极限位置中的局部截面顶视图。[0044]图6示意性示出另一个旋转单元的顶视图，在该旋转单元中，主轴是整合件并且通过直接驱动马达而旋转。
[0045]在附图中，为了清晰起见，简化地示出本发明的一些实施例。在附图中，类似的附图标记表示类似的部分。
【具体实施方式】
[0046]图1示出钻岩机1，该钻岩机I包括设有钻杆3的可移动载架2。吊杆3设有钻岩单元4，该钻岩单元4包括进给梁5、进给装置6和旋转单元7。旋转单元7可以被支撑到滑架8，或替代地，旋转单元可以包括滑动部分或类似的支撑构件，借助于所述支撑构件，旋转单元被可移动地支撑到进给梁5。旋转单元7可以设有钻进设备9，该钻进设备9可以包括相互连接的一个或更多个钻进管10和在钻进设备的最外端处的钻头11。图1的钻进单元4旨在用于旋转钻进，在旋转钻进中，旋转单元7用于使钻进设备9绕其纵轴向线在方向R上旋转，同时，旋转单元7和连接到旋转单元7的钻进设备9借助于进给装置6在钻进方向A上通过进给力F进给。因此，钻头由于旋转R和进给力F的作用打碎岩石，并且钻孔12形成。当钻孔12已经被钻进至期望的深度时，借助于进给装置6，能够在返回方向B上将钻进设备9从钻孔12拉出，并且通过借助于旋转单元7旋松钻进管10之间的连接螺纹能够拆卸钻进设备。旋转单元7的主轴设有用于拧紧和旋松钻进设备的连接螺纹的滑动功能。
[0047]图2示出第二钻进单元4，该第二钻进单元与图1中的钻进单元的不同之处在于，钻进设备9设有冲击装置13。冲击装置13因此相对于旋转单元7在钻进设备9的相对的端部处。在钻进期间，冲击装置13在钻孔中，并且钻头11可以被直接连接到冲击装置13。旋转单元7可以由模块组成，因而它可以具有基本模块14、以及齿轮系模块15和旋转马达模块16，该基本模块14具有主轴及其滑动支座。模块可以依次被布置在相同的轴向线上。
[0048]图3以非常简要的方式示出旋转单元7的一个可能的实施例。旋转单元7包括主轴17，该主轴17的前端包括用于附接钻进设备9的连接螺纹18。在主轴17的相对端的部分中，可以存在一组轴向凹槽19，旋转力通过旋转套筒20被传递到所述一组轴向凹槽19。旋转套筒20具有对应的一组轴向凹槽，因而主轴17能够相对于旋转套筒20在轴向方向上滑动。旋转套筒20可以被轴承安装成在轴向方向上是固定的。旋转力能够从连接到旋转马达16的一个或更多个齿轮系15被传递至旋转套筒20。如图中所示，可以将旋转力从多个齿轮系15传递至主轴。然后，可以将齿轮系15布置在主轴17的相对侧上，用以消除横向加载。
[0049]在图3中看到的是，能够利用端部轴承21和前轴承22轴承安装主轴17。轴承21、22是滑动轴承，因而它们允许主轴17的轴向运动S。轴承21、22以距离彼此一个大的轴向支承距离L地布置，因而轴承21、22能够很好地接受被引导至主轴的横向截荷。定位成彼此远离的轴承21、22为主轴提供良好的支撑。在轴承的位置处，主轴具有直径Dl和D2，取决于实施例，直径Dl和D2可以是相等的或略不相等的。在轴承的位置之间的支承距离L与直径D1、D2中的较大的一个直径的比率是至少3:1。轴承的位置表示的是轴承的功能中点。
[0050]图3进一步示出支撑表面，在所述支撑表面上，进给力F从旋转装置7的本体23被传递至主轴17。主轴17可以包括具有用于在钻进方向A上传递进给力的支撑面24a和用于在返回方向B上传递进给力的支撑面24b的一个或更多个肩部、凸缘或类似形式的表面。本体23具有对应的支撑表面25a和25b。围绕主轴17，在所述支撑表面的点处可以存在滑动空间26。滑动空间26的轴向端部表面可以用作支撑表面25a和25b。
[0051]诸如压缩空气的压力介质可以沿着压力通道27被进给至主轴17并且进一步被进给至钻进设备。
[0052]图4示出第二旋转装置17，其中的一些特征对应于图3所示的特征。在图4所示出的方案中，主轴17包括在后端侧上的第一主轴部分17a和在前端侧上的第二主轴部分17b，第一主轴部分17a和第二主轴部分17b通过例如带有连接螺纹的轴向刚性连接28连接到彼此。第二主轴部分17b可以包括进给凸缘29，该进给凸缘29的轴向表面形成支撑表面24a、24b。围绕进给凸缘29，存在滑动表面26，该滑动表面26为由还用作本体23中的支撑表面25a、25b的端部25a和25b在轴向方向上限定出来的环形空间。前轴承22是滑动轴承，并且它被布置在进给凸缘29的后表面侧上的滑动表面26中。前轴承22可以连同主轴17在滑动空间26中滑动。当在钻进方向A上发生进给，进给力从本体23通过端部25a和前轴承22被传递至进给凸缘29并且进一步被传递至主轴17。当在返回方B上发生进给时，进给力从本体23通过端部25b和进给凸缘29被传递至主轴17。滑动空间26在一端或两端处可以包括端部阻尼器30、31。端部阻尼器30、31可以是包括弹性可压缩材料的环状件。端部阻尼器能够减弱从钻进设备9传递至主轴17并且进一步被传递至结构的其余部分的冲击和应力。在一些情况下，不存在端部阻尼器30和31，或替代地，仅使用后端部阻尼器30。可以向滑动空间26提供来自通道32的润滑油，因而前轴承22、端部阻尼器和支撑表面是油润滑的。
[0053]围绕主轴17，可以存在压力介质空间33，压缩空气等能够从通道27被供给至压力介质空间33。主轴17包括用于将压力介质引导至其前端并且进一步引导至钻进设备9的通道。压力介质空间33可以通过轴封35和36而与滑动空间26分离以及与在端部轴承21处的润滑空间37分离。可以向空间37提供来自通道38的润滑剂，因而，端部轴承21也是油润滑的。
[0054]在第一主轴部分17a的后端的外周上，存在一组凹槽19，具有对应的一组凹槽的旋转套筒20连接至所述一组凹槽19。所述一组凹槽允许主轴17在轴向方向上的移动。旋转套筒20通过轴承39和40被支撑到本体23，使得它在轴向方向上是固定的。旋转力能够借助于连接到齿轮系15的轴42等的旋转毂41被传递至旋转套筒20。当然，将旋转套筒20和旋转毂41的结构合并到一个实体中可以是可行的。齿轮系15和旋转马达16可以是模块化结构，并且它们可以被布置在主轴17的轴向延伸部上。
[0055]图5示出主轴17已经移动到其在轴向方向上的最前位置中的情形。该滑动移动可以例如在连接螺纹被连接时发生。
[0056]图6所示的实施例与图4和图5所示的实施例的不同在于，主轴17并未由两个部件形成，而它是一个整合轴件。进给凸缘29可以是主轴17的整合部分，或它可以是被独立地制造并且附接到主轴的轴部分的部件。例如，在图6中，虚线指示进给凸缘与轴部分之间的连接，该连接可以是焊接接头。此外，图6的旋转单元7的不同在于它不具有齿轮系，而是旋转马达16借助于轴42或另一个传递部件连接到旋转毂41。旋转马达可以是直接驱动马达，其尺寸被形成为使得不需要独立的齿轮系。[0057]在图6中看到的是，可以借助于一个或更多个传感器50监测主轴17的轴向位置。传感器50可以被布置在旋转单元7的结构中的适当的位置处。代替传感器50，能够使用适当的测量装置。识别信息可以借助于无线或有线数据传输连接51被传输至控制单元52，在控制包含在岩钻单元内的致动器时，该控制单元52可以将识别信息考虑进去。此外，位置信息可以用于控制钻进的进给力以及监测轴向阻尼器的状态。
[0058]图6进一步示出流动构件49，该流动构件的目的是在润滑空间中生成润滑油流并且因此提高在润滑空间中的部件的润滑。例如，旋转毂41的外周上的螺纹、螺旋线或突起可以用作流动构件49。
[0059]图6示出主轴17被由虚线示出并且大大简化的径向轴承53支撑到本体23或在本体23的相当前部中的本体部分的又一个替代实施例。因此，能够使轴承21与53之间的支承距离L很大。此外，在该实施例中，轴承22可以是根本不参与主轴17的径向支撑的轴向轴承。在轴承22与主轴17之间以及在轴承22与滑动空间26之间存在间隙，使得轴承22容易地轴向移动。该性质就使轴向应力波减弱而言可以是优选的。更一般而言，还可以在设有整合的轴向阻尼器的旋转单元7中利用该实施例。因此，方案不限制于图6的确切实施例。
[0060]应注意的是，在以上实施例上，旋转马达可以是液压马达或电动机。此外，直接驱动马达也可以在图3至图5所示的旋转单元7中使用，在这种情况下，偏离附图的方案，它们不具有齿轮系。
[0061]在一些情况下，在本申请中所公开的特征可以照此使用，而不管其它特征。另一方面，当必要时，可以合并在本申请中公开的特征以便提供各种组合。
[0062]附图和相关的描述仅仅旨在阐明本发明的构思。本发明的细节可以在权利要求书的范围内变化。
【权利要求】
1.一种用于岩钻的旋转单元，所述旋转单元(7)没有冲击装置并且包括: 本体(23)； 主轴(17)，所述主轴(17)是包括前端和相对的后端的伸长件，所述前端具有用于附接钻进设备(9)的连接装置(18)，并且所述主轴(17)利用至少两个轴承(21、22)被相对于其纵向轴线可旋转(R)地支撑到所述本体(23)； 旋转马达(16)； 传递构件，所述传递构件用于将来自所述旋转马达(16)的旋转力传递至所述主轴(17)； 轴向支撑表面，所述轴向支撑表面用于将在所述本体(23)与所述主轴(17)之间的轴向力在钻进方向(A)和返回方向(B)上传递；和 通道(27)，所述通道用于将压力介质引导至所述主轴并且进一步引导至所述钻进设备(9)， 其特征在于， 所述主轴(17 )在轴向方向上被可滑动地支撑到所述本体(23 )。
2.根据权利要求1所述的旋转单元，其特征在于， 所述主轴(17)借助于处在所述前端的部分中的前轴承(22)并且借助于处在所述后端的部分中的端部轴承(2 1)在径向方向上被支撑到所述本体(23);并且所述前轴承(22)和所述端部轴承(21)是滑动轴承。
3.根据权利要求1或2所述的旋转单元，其特征在于， 所述传递构件包括滑动构件，所述滑动构件在不传递轴向力的情况下允许所述主轴(17)的轴向移动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转单元，其特征在于， 旋转力从所述主轴的所述后端的部分被传递至所述主轴(17)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转单元，其特征在于， 所述旋转马达(16)被定位在所述主轴(17)的后端侧上；并且 所述旋转马达(16)和所述主轴(17)布置在相同的轴向线上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转单元，其特征在于， 所述主轴(17)的外周包括具有轴向支撑表面(24a、24b)的至少一个进给凸缘(29)；所述本体(23)在所述进给凸缘(29)的位置处包括围绕所述主轴(17)并且具有轴向长度的环状滑动空间(26)； 所述滑动空间(26)由轴向前端(25a)和轴向后端(25b)与支撑表面限定；并且所述滑动空间(26)和所述进给凸缘(29)的支撑表面被布置用以在所述本体(23)与所述主轴(17)之间传递轴向力。
7.根据权利要求6所述的旋转单元，其特征在于， 所述进给凸缘(29)和所述滑动空间(26)被定位在所述主轴(17)的所述前端处； 在所述滑动空间(26)中，存在围绕所述主轴(17)的所述前端的前轴承(22)； 所述前轴承(22)被定位在所述进给凸缘(29)与所述滑动空间的所述后端(25a)之间的部分中；并且 所述前轴承(22)是滑动轴承并且在轴向方向上可滑动地布置在所述滑动空间(26)中。
8.根据权利要求6或7所述的旋转单元，其特征在于， 轴向阻尼器被整合到所述旋转单元(7)的结构中，用以使影响所述主轴的轴向应力减弱；并且 所述轴向阻尼器包括至少一个端部阻尼器(30、31)，所述端部阻尼器(30、31)布置在所述滑动空间(26)的轴向端部(25a、25b)处。
9.根据权利要求8所述的旋转单元，其特征在于， 所述端部阻尼器(30、31)是环状件；并且 所述端部阻尼器(30、31)由压缩弹性材料制成。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转单元，其特征在于，在所述主轴(17)的所述前端处的所述连接构件(18)是连接螺纹，因而在所述旋转单元(7)与所述钻进设备(9)之间的连接在轴向方向上是刚性的。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转单元，其特征在于， 所述主轴(17)包括布置在相同的轴向线上并且利用轴向刚性连接(28)而连接到彼此的第一主轴部分(17a)和 第二主轴部分(17b)； 所述第一主轴部分(17a)的后端的外周包括用于传递旋转力的一组凹槽(19)； 所述第一主轴部分(17a)借助于前轴承(22)和端部轴承(21)在所述本体(23)的端部的部分中轴承安装在所述本体(23)上；并且 所述第二主轴部分(17b)的前端包括用于附接所述钻进设备(9)的连接螺纹(18)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的旋转单元，其特征在于， 所述主轴(17)借助于具有轴向支承距离(L)的前轴承(22)和端部轴承(21)轴承安装在所述本体(23)上，并且在所述轴承(21、22)的位置处，所述主轴(17)具有直径(Dl、D2);并且 所述支承距离(L)与所述直径(D1、D2)中的最大的一个直径的比率是至少3:1。
13.—种岩钻单兀,包括: 旋转单元(7)，所述旋转单元包括:用于生成旋转力的旋转马达(16);主轴(17),旋转力借助于传递构件被传递到所述主轴(17);以及用于将钻进设备(9)附接到所述主轴(17)的连接构件(18)； 进给梁(5 )，通过所述进给梁(5 )的支撑，所述旋转单元(7 )能够在钻进方向(A)和返回方向(B)上移动； 用于产生进给力(F)的进给装置(6);以及 钻进设备(9 )，所述钻进设备包括至少一个钻进管(10 )，并且所述钻进设备(9 )的第一端连接到所述旋转单元(7 )，用于将进给力(F)和旋转力(R)传递至所述钻进设备(9 )，并且所述钻进设备(9 )的自由端包括用于打碎岩石的钻头(11)， 其特征在于， 所述旋转装置(7 )的所述主轴(17 )在轴向方向上可滑动地支撑到所述本体(23 )。
14.根据权利要求13所述的岩钻单元，其特征在于， 所述岩钻单元(4)包括布置在所述钻进设备(9)的所述自由端的部分中的冲击装置(13);并且所述钻头(11)连接到所述冲击装置(13)。
15.根据权利要求13或14所述的岩钻单元，其特征在于， 所述岩钻单元(4 )包括滑架(8 )，所述滑架能够在所述进给梁(5 )上移动；并且 所述旋转单元(7)的所述本体(23)固定地附接到所述滑架(8)。
16.根据前述权利要求13至15中的任一项的所述的岩钻单元，其特征在于， 所述岩钻单元(4)包括用于判定所述旋转单元(7)的所述主轴(17)的轴向位置的至少一个传感器(50)。
17.—种用于钻岩的方法,包括: 利用岩钻单元(4)钻岩，所述岩钻单元(4)至少包括旋转单元(7)、进给梁(5)、进给装置(6)和钻进设备(9); 使所述旋转单元(7)的主轴(17)围绕其纵向轴线旋转并且将旋转运动(R)传递至连接到所述主轴(17)的钻进设备(9)，所述钻进设备的最外端包括用于打碎岩石的钻头(11)；借助于由所述进给梁(5)支撑的所述进给装置(6)，在钻进方向(A)和返回方向(B)上使所述旋转装置(7)进给；以及 借助于连接螺纹(18)，将所述钻进设备(9)连接至所述主轴(17)，并且将包括在所述钻进设备(9)内的钻进部件(10)利用在所述钻进部件之间的连接螺纹相互连接； 其特征在于， 当将所述钻进设备(9)和所述钻进设备的钻进部件(10)连接和断开连接时，允许所述旋转单元(7)的所述主轴(17)相对于所述旋转单元的所述本体(23)轴向地移动。
【文档编号】E21B3/02GK103477014SQ201280018641
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】塔皮奥·武科尼亚埃尔维, 波利·莱梅蒂, 尤哈·赫德隆, 约尔马·马基 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司