用于鉆機(jī)空氣壓縮機(jī)的液力耦合傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于鉆機(jī)空氣壓縮機(jī)的液力耦合傳動(dòng)系統(tǒng)
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年8月7日提交的第62/034，623號(hào)美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容被援引并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及鉆機(jī)，更具體地，涉及用于爆孔鉆機(jī)的空氣壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0004]爆孔鉆機(jī)通常用于在采礦工業(yè)中鉆通硬石?？稍谌澜绲睦缑旱V、銅礦以及鉆石礦中發(fā)現(xiàn)爆孔鉆機(jī)。爆孔鉆機(jī)典型地包括基部、從所述基部豎直延伸出來的鉆塔、以及結(jié)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(jìn)入鉆孔。所述爆孔鉆機(jī)也包括由原動(dòng)機(jī)(prime mover)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)引導(dǎo)壓縮空氣(例如，100鎊/平方英寸)進(jìn)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(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)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(jī)中的空氣壓縮機(jī)的首選類型。盡管事實(shí)上這些類型的空氣壓縮機(jī)在待機(jī)操作時(shí)(即，當(dāng)沒有鉆孔時(shí))浪費(fèi)能源和燃料。例如，一些浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)在鉆孔操作的過程中消耗大約60 %或更多的鉆機(jī)運(yùn)行功率，但在待機(jī)運(yùn)作的過程中卻消耗大約95%。
[0006]然而，最近為了滿足對(duì)更大的鉆進(jìn)速度的要求(即，鉆頭破壞巖石的速度)，浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)的尺寸已經(jīng)增大。由于浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)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(jī)上產(chǎn)生壓縮空氣。
[0007]為解決該問題的一個(gè)嘗試是使用機(jī)械濕式離合器系統(tǒng)，在待機(jī)操作的過程中，該系統(tǒng)將浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)與柴油機(jī)斷開。然而，所述機(jī)械濕式離合器系統(tǒng)需要單獨(dú)的摩擦離合器，該摩擦離合器隨時(shí)間推移會(huì)顯著磨損。另外，所述濕式離合器產(chǎn)生的斷開會(huì)導(dǎo)致所述浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)完全停止，這會(huì)導(dǎo)致操作員要花費(fèi)更多的非生產(chǎn)性時(shí)間來重新裝滿空氣儲(chǔ)存槽/空氣分離槽。
[0008]為解決該問題的另一個(gè)嘗試是使用改進(jìn)的空氣控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，所述浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)一直保持全速運(yùn)作(即，滿發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)，但是空氣從所述浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)的排氣孔被抽出，并且同時(shí)空氣被限制進(jìn)入所述浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)，從而在仍然以全速操作所述浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)的同時(shí)，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(jī)空氣閥和油閥、液壓驅(qū)動(dòng)真空栗以及傳感器。此外，由于所述浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)一直保持全速運(yùn)作，所述空氣控制系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)會(huì)遭受顯著的旋轉(zhuǎn)磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)一個(gè)方面，一種鉆機(jī)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(jī)，所述空氣壓縮機(jī)耦合至所述基部；原動(dòng)機(jī)，所述原動(dòng)機(jī)耦合至所述空氣壓縮機(jī)；以及液力偶合器，所述液力耦合器設(shè)置在所述原動(dòng)機(jī)和所述空氣壓縮機(jī)之間，并且耦合至所述原動(dòng)機(jī)和所述空氣壓縮機(jī)。
[0010]根據(jù)另一方面，一種運(yùn)行在鉆機(jī)上的空氣壓縮機(jī)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(dòng)機(jī)和所述空氣壓縮機(jī)；以及在改變所述油量的同時(shí)，保持所述原動(dòng)機(jī)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(xì)說明和附圖，將可進(jìn)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(gè)方面的鉆機(jī)的側(cè)視圖。
[0013]圖2是圖1中所述鉆機(jī)的空氣壓縮機(jī)、原動(dòng)機(jī)以及液力耦合器的示意圖。
[0014]圖3是圖2中的空氣壓縮機(jī)和原動(dòng)機(jī)圖以及根據(jù)另一方面的液力耦合器的示意圖。
[0015]在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的應(yīng)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(guān)于眾多部件的構(gòu)造和排布的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它的實(shí)施例，并能夠以各種不同的方式來實(shí)踐或?qū)嵤?。另外，?yīng)當(dāng)明白，本文使用的措辭和術(shù)語是用于說明目的，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參照?qǐng)D1，爆孔鉆機(jī)10包括:鉆塔14 ;基部18 ( S卩，機(jī)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(dòng)器30被驅(qū)動(dòng)，所述履帶牽引裝置26沿地面34驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)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(jìn)入鉆孔中。在一些實(shí)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(jī)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(jī)42支撐在地面34上；撐桿46，所述撐桿46同時(shí)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(jī)械室18上。所述鉆塔14包括鉆機(jī)頭部馬達(dá)50，所述鉆機(jī)頭部馬達(dá)50驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)頭部54 ;以及聯(lián)軸器58，所述聯(lián)軸器58將所述鉆機(jī)頭部與所述鉆桿38的上端結(jié)合在一起。
[0018]參考圖1和圖2，所述鉆機(jī)10進(jìn)一步包括空氣壓縮機(jī)62，所述空氣壓縮機(jī)耦合至所述基部18并且設(shè)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(shí)施例中，所述空氣壓縮機(jī)62為浸油旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)，然而其他實(shí)施例可以包括不同類型的空氣壓縮機(jī)。
[0019]如圖2所示，所述空氣壓縮機(jī)62為注入潤滑劑的旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)62包括:主旋轉(zhuǎn)體66，所述主旋轉(zhuǎn)體66繞軸68旋轉(zhuǎn)；以及第二旋轉(zhuǎn)體70，所述第二旋轉(zhuǎn)體70繞軸72旋轉(zhuǎn)，所述主旋轉(zhuǎn)體66和第二旋轉(zhuǎn)體70都設(shè)置在固定殼體74內(nèi)。所述固定殼體74包括進(jìn)氣口 78和出氣口 82。所述主旋轉(zhuǎn)體66沿其長度具有螺旋形凸角86以及螺旋形凹槽90，同時(shí)所述第二旋轉(zhuǎn)體70沿其長度具有對(duì)應(yīng)的螺旋形凸角94和螺旋形凹槽98。穿過所述進(jìn)氣口 78進(jìn)入的空氣填充位于每個(gè)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)體66和70的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)繼續(xù)，位于所述主旋轉(zhuǎn)體66上的所述螺旋形凸角86滾入位于所述第二旋轉(zhuǎn)體70上的所述螺旋形凹槽98，并且位于所述第二旋轉(zhuǎn)體70上的所述螺旋形凸角94滾入位于所述主旋轉(zhuǎn)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(dǎo)致壓強(qiáng)增大。壓縮持續(xù)進(jìn)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(duì)所述相互嚙合的旋轉(zhuǎn)體66和70以及關(guān)聯(lián)的軸承(未顯示)進(jìn)行潤滑。
[0020]繼續(xù)參照?qǐng)D1和圖2，所述空氣壓縮機(jī)62由液力耦合器102驅(qū)動(dòng)。所述液力耦合器102包括輸入栗106和單獨(dú)隔開的輸出渦輪110，該兩者都繞軸108旋轉(zhuǎn)，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(jī)62的所述主旋轉(zhuǎn)體66，并且所述輸入栗106耦合至原動(dòng)機(jī)114(例如，位于所述鉆機(jī)10內(nèi)的柴油機(jī)的飛輪)。在所示實(shí)施例中，所述液力耦合器102為流體動(dòng)力裝置，所述裝置使用所述間隙112內(nèi)的油將動(dòng)量(momentum)從所述輸入栗106轉(zhuǎn)移到所述輸出渦輪110。例如，當(dāng)啟動(dòng)所述原動(dòng)機(jī)114時(shí)，所述原動(dòng)機(jī)114致使所述輸入栗106旋轉(zhuǎn)，致使靠近所述輸入栗106的位于所述間隙112中的油旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。所述輸出渦輪110的旋轉(zhuǎn)致使位于所述空氣壓縮機(jī)62內(nèi)的所述主旋轉(zhuǎn)體66旋轉(zhuǎn)。
[0021]繼續(xù)參照?qǐng)D1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(dòng)機(jī)114以恒速運(yùn)行的同時(shí)，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(huì)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(jī)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(dòng)機(jī)114的燃料和能源。例如，當(dāng)待機(jī)階段發(fā)生時(shí)(即，當(dāng)沒有鉆孔時(shí))，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(jié)合的主旋轉(zhuǎn)體66和70)減速。當(dāng)所述待機(jī)階段結(jié)束時(shí)(即，當(dāng)恢復(fù)鉆孔時(shí))，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(zhuǎn)體66和70快速恢復(fù)速度以繼續(xù)全速壓縮空氣。快速將所述旋轉(zhuǎn)體66和70恢復(fù)至全速的能力減小了每次鉆孔作業(yè)發(fā)生時(shí)為完全重啟所述空氣壓縮機(jī)62典型所需的燃料和能源的量。
[0023]在一些實(shí)施例中，在操作過程中所述鉆機(jī)10會(huì)經(jīng)歷延長的待機(jī)期(例如，當(dāng)長距離運(yùn)輸所述鉆機(jī)10時(shí)，在操作員倒班的過程中，或者在極寒的環(huán)境中，所述原動(dòng)機(jī)114由于可能重啟困難而沒有關(guān)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(zhuǎn)體66和70保持靜止，