用于土方加工的设备和方法与流程

本发明涉及一种具有桅杆的设备，特别是施工设备，顶部驱动器可借助调节装置沿着桅杆垂直运动，通过该顶部驱动器能够位移地引导伸缩式的钻杆（kellybar），该钻杆具有被设计成位于顶部驱动器上的至少一个外钻杆和包括用于绳索的绳索悬挂件的内钻杆，内钻杆可通过该绳索借助主绳索绞盘垂直地运动。

本发明还涉及一种用于采用一种设备进行土方加工的方法，所述设备具有桅杆，顶部驱动器可借助调节装置沿着桅杆垂直运动，通过该顶部驱动器能够位移地引导伸缩式钻杆，该钻杆具有被设计成位于顶部驱动器上的至少一个外钻杆，和包括用于绳索的绳索悬挂件的内钻杆，内钻杆可通过绳索借助主绳索绞盘垂直地运动，其中，采用附接到内钻杆的下端的土方加工工具加工土方。

背景技术：

钻杆（kellybar）是由多个管状棒元件构成的伸缩式杆工具，并且具有至少一个外钻杆和一个内钻杆。内钻杆以及因此钻杆作为整体悬挂在绳索上，其中钻杆被引导通过环形旋转驱动器（也称为顶部驱动器）。借助钻杆，可将扭矩传递到土方加工工具，特别是钻孔工具，其附接到内钻杆的下端。更大的钻孔深度也可通过单个的钻杆元件的相应伸缩式延伸部来实现。

对于扭矩传递，单个钻杆元件具有在其外侧和内侧上轴向延伸的止挡条，其用于扭矩传递。此外，在某些轴向位置处，特别是在起始和完成区域处，提供锁紧凹部或锁紧元件，通过该锁紧凹部或锁紧元件可将钻杆元件相对于彼此轴向固定。以这种方式，还可经由钻孔驱动器将轴向压力施加到钻杆并因此施加到土方加工工具上。外钻杆也可轴向固定地连接到钻孔驱动器。

特别是在非连续的土方加工期间，例如当利用钻斗形成孔时，钻斗必须重复地运动到钻孔中并再次移出钻孔。根据相应的钻孔深度，钻杆被相应地重复地伸缩地缩回和延伸。在钻斗已填充有被移除的土方材料之后，其必须从钻孔拉出以被排空。为此，需要将单个钻杆元件再次运动到彼此中并锁紧它们。在此已经运动进入的位置中，然后可将钻杆与钻斗一起从钻孔拉出并枢转到排空位置。然后，为了进一步的钻孔步骤，将钻孔工具再次运动到钻孔中，同时重新伸缩地延伸钻杆。

钻杆的缩回和延伸相应地需要时间。因此，钻机驾驶员努力尽可能快地将钻杆移入和移出，以便实现快速的钻孔进度。然而，在钻杆被过快地运动的情况下，存在其可能突然地接触地面区域或顶部驱动器的风险，这可能导致可观的材料应力，并且甚至损坏或毁坏顶部驱动器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供用于土方加工的设备和方法，其有助于有效地并且同时特别地节省材料和节省设备地工作。

该目的一方面通过具有根据本发明的特征的加工设备实现，和另一方面通过具有根据本发明的特征的方法实现。本发明的优选实施例在本发明中指出。

根据本发明的设备的特征在于，提供一种自动控制装置，该自动控制装置被设计为自动控制用于钻杆（kellybar）的主绳索绞盘和/或用于顶部驱动器运动的调节装置，使得内钻杆能够相对于顶部驱动器在一些区域中以第一速度在快速运行模式中，而在一些区域中在保守运行模式中运动，在保守运行模式中的速度相比于快速运行模式的第一速度减少。

本发明的核心思想是通过控制装置自动控制钻杆元件的运动，并且以这样的方式实现：即，在某些运动区域中以快速运行模式实现钻杆元件的快速回缩或延伸，而在某些临界运动区域中在保守运行模式中以减小的速度实现运动。运动速度涉及顶部驱动器，因此涉及旋转驱动器或桅杆。根据本发明，通过顶部驱动器的调节装置的控制器和/或替代性地通过用于钻杆的主绳索绞盘的控制器来实现速度。用于顶部驱动器的调节装置本身可以是供给绞盘，液压致动器或另一线性驱动器，例如齿条和小齿轮驱动器。根据本发明的控制器允许钻杆的非常快速的伸缩式缩回和延伸，其中在非关键区域，例如在钻杆元件的中心区域中实现快速运动。在关键区域中，例如，如果外钻杆的上端处的止动环位于顶部驱动器上，或者直接在附接到内钻杆的下端的土方加工工具到达地面之前，控制器从具有第一高速的快速运行模式切换到保守运行模式，其中速度降低。在保守运行模式中，速度可以逐渐减小到值0。以这种方式，损坏材料的冲击可得以避免，该冲击在土方加工工具突然接触地面或外钻杆突然接触顶部驱动器时可能会发生。总而言之，本发明允许提高工作效率并整体上避免工具、钻杆和钻孔单元的损坏风险。

在最简单的情况下，钻杆仅由两个杆元件组成，即管状外钻杆和能够位移地布置在其中的内钻杆。为了达到更大的钻孔深度，根据本发明的一个开发方案，有利的是，钻杆具有一个或多个中间钻杆元件，其布置在外钻杆和内钻杆之间。特别地，具有三个或四个杆元件的钻杆是优选的。

原则上，根据本发明的具有钻杆的设备可用于广泛不同的活动。根据本发明的一个开发方案，特别有用的是，钻孔工具（特别是钻斗或螺旋钻）可拆卸地附接到内钻杆的下端。这种钻孔工具可用于非连续钻孔，其中钻杆必须被重复地缩回和延伸。通过本发明实现的工作速度的增加，对于这些重复的过程是特别有利的。

根据本发明的另一优选实施例，提供了至少一个输入装置，利用该输入装置可输入钻杆的类型和/或大小、用于顶部驱动器的调节装置的位置、绳索的位置、和/或顶部驱动器的类型和/或大小。在最简单的情况下，可使用输入终端进行手动输入。此外，可以使相应的部件进入限定的起始位置并且利用这些部件校准设备。

根据本发明的一个优选的开发方案，输入装置具有用于自动输入的至少一个传感器。因此，可通过用于自动检测的相应光学传感器或通过主绳索绞盘的绳索上的绳索力测量来获得钻杆的类型和/或大小。关于顶部驱动器的类型和/或大小，除了顶部驱动器的输入之外，还可在布置在顶部驱动器的上侧上的弹性减振元件上实现弹性测量的范围。用于顶部驱动器的调节装置的位置和主绳索绞盘的绳索的位置可借助相应的增量编码器或其它合适的位置传感器自动确定。控制装置可以优选地保存在数据存储器中确定的输入值。例如如果钻杆被延伸并且土方加工工具位于钻孔中，这是有用的。在杆的缩回和工具的排空之后，钻杆可再次延伸到与所保存的数据相对应的先前位置中。

原则上，可提供用于自动控制器的固定预定义的程序。在本发明的特别有用的变型中，根据经由输入装置的输入，可在调节钻杆时经由控制装置固定以下区域：在该区域中提供根据快速运行模式或保守运行模式的运动。控制装置可特别地被设计为适应控制器，其适应用于每个伸缩过程的快速运行模式和相应地保守运行模式的开始和结束时间点。特别地，顶部驱动器在桅杆上的相应位置以及当前钻孔深度也可被考虑用于特别快速地延伸和缩回所述钻杆元件。对于保守运行模式中的钻杆元件的特别温和的运动，根据本发明的设备的一个开发方案，有利的是，绳索可经由主绳索绞盘运动，并且顶部驱动器同时经由调节装置在相同的方向上运动，以便在保守运行模式中降低速度。这特别允许特别有效地缓冲或防止外钻杆上的外止动环突然撞击到顶部驱动器上。

根据本发明的方法的特征在于，用于顶部驱动器的调节装置和/或用于钻杆的主绳索绞盘可借助控制装置自动控制，其中内钻杆相对于顶部驱动器在一些区域中在快速运行模式中以第一速度运动，并且在一些区域中以保守运行模式运动，在保守运行模式中的速度相对于快速运行模式的第一速度减小。

根据本发明的方法可特别地利用如前所述的设备来执行。因此，可以实现前述优点。

钻杆的运动原则上经由具有绳索的主绳索绞盘实现，该绳索被紧固到内钻杆的上端。根据本发明的一个实施例，提供的是，内钻杆单独地或与钻杆的其他杆元件一起运动。还可以借助具有调节装置的顶部驱动器使外钻杆与内钻杆独立地运动。

在另一优选的方法变型中，直接在钻杆位于顶部驱动器上使得土方加工工具与地面接触之前，和/或在钻杆的两个杆元件移入彼此或移出彼此的过渡时，以保守运行模式进行运动。在保守运行模式中，钻杆元件相对于彼此的运动也可在不提供锁紧的情况下在两个锁紧元件运动经过彼此的区域中实现。这样可避免对被提供用于轴向固定钻杆的杆元件的锁紧元件的损坏。

原则上，可在任何期望的位置处提供单个钻杆元件在保守运行模式中的运动，只要这被钻机驾驶员认为是关键的。在所有其他位置处，可进行快速运行模式中的快速运动，以便相应快速地伸缩地延伸或缩回钻杆。在快速运行模式和保守运行模式之间切换的区域和时间在原则上可借助输入装置手动输入到控制装置中。

在本发明的特别有利的变型中，控制装置使用输入值确定：何时以快速运行模式实现运动或何时以保守运行模式实现运动。特别地，这可根据钻孔深度和顶部驱动器相对于钻杆的上端的位置来实现，从而实现适应控制。

根据本发明的一个开发方案，特别有利的是，输入值至少部分地由控制装置借助输入装置自动检测。为此，提供相应的传感器或测量值记录器，以便自动检测所期望的输入值并且将它们有线地或无线地转发到控制装置。

附图说明

将通过参考在附图中示意性示出的优选实施例进一步描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的设备的示意性侧视图；和

图2示出当钻杆元件降低时的速度模式的图。

具体实施方式

根据本发明的设计为钻孔单元的设备10根据图1具有运载车辆12，该运载车辆12具有履带式底盘和可旋转的上部结构。以已知的方式，垂直桅杆14可枢转地附接到承载单元12，沿着该桅杆安装具有顶部驱动器20的支架18，使得支架18可运动。为了移动所述支架18，在桅杆14的后侧处布置有作为调节装置22的供给绞盘。调节装置22经由供给绳索24连接到支架18，供给绳索24经由桅杆14的桅杆头16被引导。

通过环形顶部驱动器20引导钻杆（kellybar）40，该钻杆经由绳索悬挂件49悬挂在绳索50上。绳索50经由桅杆头16被引导到后面的主绳索绞盘30。

钻杆40具有带有上管套环44的外钻杆42，该上管套环被设计为具有较大的直径，以用于位于顶部驱动器20上。借助夹带条（未详细示出），顶部驱动器20的扭矩可被传递到外钻杆42并且因此传递到钻杆40。内钻杆46能够位移地安装在管状外钻杆42内，在该内钻杆46的上端附接有绳索悬挂件49。在内钻杆46的下端布置有阻尼罐48，设计为钻斗的土方加工工具60以防止旋转的方式附接到该阻尼罐48。

根据图1的图示，钻杆40可伸缩地缩回，其中内钻杆46已运动到管状外钻杆42的内部空间中。钻杆40的伸缩式缩回和延伸通过示意性示出的控制装置70自动实现。控制装置70可由设备驱动器借助致动器74（例如脚控制器，操纵杆或gui）来操作。为了产生钻孔，首先经由主绳索绞盘30降低绳索50，直到外钻杆42上的管套环44位于顶部驱动器20的上侧。

钻杆40的进一步降低可借助调节装置22通过顶部驱动器20的运动来实现，其中顶部驱动器20借助支架18沿着桅杆14向下运动。外钻杆42和内钻杆46同时运动。外钻杆42可锁紧到顶部驱动器20并因此轴向固定。替代地或随后，在固定的顶部驱动器20的情况下，绳索50可经由主绳索绞盘30进一步降低，其中内钻杆46被移出外钻杆42。借助相应的增量编码器和传感器，控制装置70接收关于顶部驱动器20、外钻杆42和内​​钻杆46的位置的值。此外，控制装置70可从数据存储器72请求数据，例如钻杆40的大小和长度、土方加工工具60或顶部驱动器20的尺寸。根据这些数据，自动控制钻杆40的运动，并特别是内钻杆46的运动。原则上，在快速运行模式中以高的第一速度提供钻杆元件的运动。在某些运动区域中，例如直接在管套环44位于顶部驱动器20上或者土方加工工具60与地面接触之前，或者在两个钻杆元件的过渡处，控制装置70从快速运行模式切换到保守运行模式，其中速度降低。速度降低可突然地执行到低的第二速度值，或者优选地逐渐地降低到经降低的速度或者直到0。

在图2中示意性地示出绳索50相对于钻孔深度的可能的速度模式。从快速运行模式中的最大绳索速度，在临界运动区域之前，例如在钻杆过渡时，通过控制装置70在制动点1处开始切换到保守运行模式。在保守运行模式中，绳索速度从第一最大值逐渐减小到第二最小值。如果通过临界区域，例如通过沿着钻杆元件（并且特别是在其开始和结束处）布置的锁紧凹部，则可通过控制装置70切换回到快速运行模式。绳索50的绳索速度在快速运行模式中再次增加到第一速度值。

控制装置70可适应地设计为学习系统，其中例如制动点从第一制动点1改变到稍后的第二制动点2，以便保持运动时间较短。