SE531726C2

SE531726C2 - Device and method for automatically replacing a drill bit on a drill rod as well as a computer program product and rock drilling rig provided with the device

Info

Publication number: SE531726C2
Application number: SE0602275A
Authority: SE
Inventors: Mats Andren; Hans Jonsson
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2009-07-21
Also published as: WO2008054302A1; CN101517190A; CA2667876C; CN101517190B; EP2078133A1; SE0602275L; CL2007003139A1; NO20092124L; EP2078133A4; AU2007314668B2; AU2007314668A1; CA2667876A1

Description

20 25 30 35 531 F26 20 25 30 35 531 F26

[0007] Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att visa en lösning på de svårigheter som är redovisade ovan.An object of the present invention is to show a solution to the difficulties described above.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0008] Enligt en aspekt av uppfinningen presenteras en anordning som har kännetecknen enligt patentkravet 1. According to one aspect of the invention, there is provided a device having the features of claim 1.

[0009] En ytterligare aspekt av uppﬁnningen presenteras i det oberoende metodkravet. A further aspect of the invention is presented in the independent method requirement.

[0010] Ytterligare utföranden av uppfinningen uppvisas i de beroende patentkraven. Further embodiments of the invention are set out in the dependent claims.

[0011] Anordningen enligt uppfinningen uppvisar mycket få rörliga delar, varigenom den blir lättanvänd, robust och driftsäker. Den kan tàla kraftiga stötar och slag utan att dess drift- säkerhet äventyras. The device according to the invention has very few moving parts, whereby it becomes easy to use, robust and reliable. It can withstand heavy shocks and blows without compromising its reliability.

[0012] Ytterligare fördelar är naturligtvis att arbetet med att genomföra ett kronbyte blir avsevärt mycket säkrare än tidigare genom att operatören inte behöver förflytta sig fram till platsen för borrkronan. En annan fördel är att begagnade borrkronor automatiskt uppsamlas, varefter de kan sändas vidare för t.ex. slipning.Additional advantages are, of course, that the work of carrying out a crown change becomes considerably safer than before in that the operator does not have to move to the location of the drill bit. Another advantage is that used drill bits are automatically collected, after which they can be sent on for e.g. grinding.

RITNINGSFÖRTECKNING Fig. 1 visar schematiskt en översikt över en borrigg med matare med därpå monterad borr- maskin och antytt med en cirkel läget för den anordning som visas i de följande ﬂgurerna.DRAWING LIST Fig. 1 schematically shows an overview of a drilling rig with feeders with a drilling machine mounted thereon and indicated with a circle the position of the device shown in the following ﬂ gures.

Fig. 2 visari perspektiv en anordning enligt uppﬁnningen monterad vid främre änden av en matare för en borrmaskin, där anordnlngens magasin för borrkronor och en korg för utbytta kronor är visade i nedfällt läge.Fig. 2 shows a perspective view of a device according to the invention mounted at the front end of a feeder for a drilling machine, where the device's magazine for drilling crowns and a basket for exchanged crowns are shown in the lowered position.

Fig. 3a och 3b visar i perspektiv anordningen enligt ﬁgur 1, men med magasinet med till- hörande korg i uppfällt läge.Figs. 3a and 3b show in perspective the device according to ﬁ figure 1, but with the magazine with the associated basket in the raised position.

Fig. 4 visar i perspektiv en klämcylinder tillhörande anordningen enligt ﬁgur 1 separerad från anordningen i övrigt.Fig. 4 shows in perspective a clamping cylinder belonging to the device according to Figure 1 separated from the device in general.

BESKRIVNING AV UTFÖRANDEN DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0013] l det följande beskrivs att antal utföranden av uppfinningen med stöd av de bilagda ritningarna. 10 15 20 25 30 35 531 725 In the following it is described that number of embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. 10 15 20 25 30 35 531 725

[0014] En kronbytare 1 av det uppfinningsenliga slaget för automatiskt byte av en borr- krona 2 på en borrstång visas i perspektiv iﬁgur 2. Kronbytaren 1 är monterad vid den främre änden av en matare 3 som uppbär en bergborrrnaskin 4, till vilken en borrstäng 5 är ansluten, så som framgår av ﬁgur 2. Mataren 3 kan i sin tur vara ledat upphängd vid en bom 101 inrättad íen borrigg 100, som i sin helhet är illustrerad i ﬁg. 1. Kronbytaren 1 är upp- byggd kring ett stativ 6 inrättat att vara hopkopplingsbar med matarens 3 främre ände. A crown changer 1 of the type according to the invention for automatic replacement of a drill bit 2 on a drill rod is shown in perspective in Figure 2. The crown changer 1 is mounted at the front end of a feeder 3 which carries a rock drilling machine 4, to which a drill rod 5 is connected, as shown in Figure 2. The feeder 3 may in turn be hinged to a boom 101 arranged in a drilling rig 100, which is illustrated in its entirety in Figure. 1. The crown changer 1 is built around a stand 6 arranged to be connectable to the front end of the feeder 3.

[0015] Stativet 6 uppbär i sin nedre del en axel 7 lagrad transversellt i förhållande till borr- stångens 5 riktning. Roterbart anordnade till nämnda axel 7 är två armar 8 inrättade på respektive sida om stativets 6 sidor. Dessa två armar 8 är var och en angjorda vid diametralt motsatta sidor av en, enligt exemplet, cylindriskt utformad korg 9. Korgens 9 funktion är att, som beskrivs nedan, uppfånga och tillfälligt lagra slitna och utbytta borrkronor 2. Den från mataren 3 vända yttre (dvs. i borriktningen) basytan hos korgen, när kronbytaren befinner sig i uppfällt läge, är enligt exemplet plan och utgör stöd för ett magasin 10 för borrkronor 2.The frame 6 carries in its lower part a shaft 7 mounted transversely in relation to the direction of the drill rod 5. Rotatably arranged to said shaft 7, two arms 8 are arranged on each side of the sides 6 of the frame. These two arms 8 are each arranged at diametrically opposite sides of a, according to the example, cylindrically shaped basket 9. The function of the basket 9 is, as described below, to catch and temporarily store worn and replaced drill bits 2. The outer face facing away from the feeder 3 (ie in the drilling direction) the base surface of the basket, when the crown changer is in the raised position, is according to the example flat and constitutes support for a magazine 10 for drill crowns 2.

Korgens väggar kan i övrigt som visas på figurema vara perforerad. Korgen 9 är sålunda separerad fràn magasinet och innehåller inga rörliga delar. The walls of the basket can otherwise be perforated, as shown in the figures. The basket 9 is thus separated from the magazine and contains no moving parts.

[0016] Nya eller omslipade borrkronor 2 är i magasinet 10 avsedda att lagras i en rak kolonn, dvs. i rad, vilket innebär att själva magasinets 10 struktur närmast kan liknas vid ett rätblock, där borrkronorna 2 är inspända medelst en fjäder som pressar borrkronorna 2 mot ena änden av magasinet 10, vilket medför att magasinet 10 närmast kan liknas vid ett rakt magasin av den typ som förekommer vid maskingevär. Härigenom kommer en borrkrona 2 av ett eventuellt ﬂertal av borrkronor som är kvar i magasinet 10 att ständigt ﬁnnas tillgängligt för utmatning vid magasinets ena kortände. När en borrkrona 2 dras ut ur magasinet vid kronbyte fyller genast en ny borrkrona 2, om sådan finns, den tomma platsen genom att tjädem pressar samtliga i magasinet 10 kvarvarande borrkronor 2 mot sagda kortände. Detta kan ses i ﬁg. 3a. New or reground drill bits 2 are in the magazine 10 intended to be stored in a straight column, i.e. in a row, which means that the structure of the magazine 10 itself can most closely resemble a straight block, where the drill bits 2 are clamped by means of a spring which presses the drill bits 2 against one end of the magazine 10, which means that the magazine 10 can most closely resemble a straight magazine of the type that occurs with machine guns. As a result, a drill bit 2 of any number of drill bits remaining in the magazine 10 will be constantly available for discharge at one short end of the magazine. When a drill bit 2 is pulled out of the magazine when the crown is changed, a new drill bit 2, if any, immediately fills the empty space by the cape pressing all the remaining drill bits 2 remaining in the magazine 10 against said short end. This can be seen in ﬁ g. 3a.

[0017] Korgen 9 och magasinet 10 är sålunda förenade och bildar genom armarna 8 ett roterbart element, här kallat svängbart element. l figur 3a och 3b är det svängbara elementet uppfällt och anligger mot stativets 6 front. l ﬁgur 2 däremot är det svängbara elementet ned- fällt för att inte vara i vägen vid borrning och dessutom vara bättre skyddat mot skador. När det svängbara elementet fälls upp kommer en inre basyta av korgen 9 att anligga mot ett anhâll 11 inrättat på stativets front och företrädesvis utfört av gummi, men kan naturligtvis utföras i annat material, t.ex. stål. Korgen 9 är vid både den yttre och inre basytan utförd med ett centralt hål av större diameter än borrkronan 2 för att en borrkrona skall kunna föras från magasinet 10 in genom den yttre basytan och vidare genom den inre basytan. Mot hàleti 10 15 20 25 30 35 531 726 den inre basytan ansluter en hylsa 13 som sträcker sig utàt från korgen 9. När det svängbara elementet fälls upp mot stativet 6 kommer korgen 9 att centreras i borrstångens 5 axiella led genom att en ursparing 12 i anhållet 11 anpassad till hylsans 13 dimensioner tar emot och lagrar hylsan 13 i ursparlngen 12. The basket 9 and the magazine 10 are thus joined and form through the arms 8 a rotatable element, here called pivotable element. In Figures 3a and 3b, the pivotable element is folded up and abuts against the front of the frame 6. layer 2, on the other hand, the pivoting element is lowered so as not to be in the way when drilling and also to be better protected against damage. When the pivotable element is folded up, an inner base surface of the basket 9 will abut against a stop 11 arranged on the front of the frame and preferably made of rubber, but can of course be made of other material, e.g. steel. The basket 9 is made at both the outer and inner base surface with a central hole of larger diameter than the drill bit 2 so that a drill bit can be inserted from the magazine 10 in through the outer base surface and further through the inner base surface. Against the holder 10 15 20 25 30 35 531 726 the inner base surface connects a sleeve 13 which extends outwards from the basket 9. When the pivotable element is folded up against the frame 6, the basket 9 will be centered in the axial joint of the drill rod 5 by a recess 12 in the stop 11 adapted to the dimensions of the sleeve 13 receives and stores the sleeve 13 in the recess 12.

[0018] Ett klämorgan 14 är monterat på statlvets insida. Klämorganet 14 är avsett för att klämma fast borrstång 5 respektive borrkrona 2 vid arbetet med utbyte av borrkronor. Kläm- organet 14 visas separat i ﬁgur 4. A clamping member 14 is mounted on the inside of the statilvet. The clamping means 14 is intended for clamping drill rod 5 and drill bit 2, respectively, during the work of replacing drill bits. The clamping member 14 is shown separately in Figure 4.

[0019] Förloppet vid utbyte av en borrkrona beskrivs i det följande: 1) När en borrkrona 2 är sliten och operatören avser att byta ut borrkronan, så slås den loss, när den beﬁnner sig i botten av ett borrhàl. Om slagverket slår på borren utan rotation och borren med borrkronan trycks mot berget kommer gängorna mellan borrkrona och borr att lossna. 2) Borrmaskinen 4 dras tillbaka på mataren 3, så att borrkronan 2 åtminstone inte nämnvärt sticker ut utanför stativet 6. Borrstången 5 nyps fast medelst klämorga- net 14, Genom rotation vid borrrnasklnen 4 dras borrstången 5 fast mot borr- maskinen. 3) Det svängbara elementet innefattande korg och magasin fälls upp mot anhållet 11, så att hylsan 13 och en i utmatningsläge beﬁntlig borrkrona 2 i magasinet 10 är linjerade axiellt med borrstången 5. 4) Bornnaskinen 4 dras tillbaks ytterligare pà mataren 3, så att den slitna borrkro- nan 2 hamnar i linje med klämorganet 14, varefter borrkronan 2 kläms fast av detta klämorgan. Genom rotation av borrstången 5 medelst borrmaskinen 4, nu i motsatt riktning jämfört med steg 2), gängas bonkronan loss. 5) Borrstången 5 matas framåt och knutfar därigenom ned den slitna borrkronan 2, så att denna ramlar ned i korgen 9. En nedfallen sliten borrkrona 2 är illustrerad inuti korgen 9 i ﬁgur 3b. 6) Borrstången 5 fortsätter framåt, där den möter en väntande ny borrkrona 2, som i magasinet 10 pà utmatningsbar plats är axiellt linjerad med borrstången 5. Borr- stången 5 roteras så att den nya borrkronan i magasinet 10 gängas på borr- stången. 7) Borrstången 5 med den nya borrkronan 2 dras tillbaka till dess att borrkronan 2 befinner sig innanför kronbytaren 1. 8) Det svängbara elementet innefattande korg 9 och magasin 10 fälls ned till sitt nedfällda läge. 9) Borrmaskinen 4 är klar för borrning med den nya borrkronan 2. 10 53'l TQE The process for replacing a drill bit is described in the following: 1) When a drill bit 2 is worn and the operator intends to replace the drill bit, it loosens when it settles to the bottom of a borehole. If the percussion instrument strikes the drill without rotation and the drill with the drill bit is pressed against the rock, the threads between the drill bit and the drill will come loose. 2) The drilling machine 4 is pulled back on the feeder 3, so that the drill bit 2 at least does not appreciably protrude outside the frame 6. The drilling rod 5 is pinched by means of the clamping member 14. By rotation at the drilling pin 4, the drilling rod 5 is pulled towards the drilling machine. 3) The pivoting element comprising basket and magazine is folded up against the stop 11, so that the sleeve 13 and a drill bit 2 in the magazine 10 which is insensitive in the discharge position are aligned axially with the drill rod 5. 4) The drilling machine 4 is pulled back further on the feeder 3, so that worn drill bit 2 ends up in line with the clamping member 14, after which the drill bit 2 is clamped by this clamping member. By rotating the drill rod 5 by means of the drilling machine 4, now in the opposite direction compared to step 2), the bone crown is threaded loose. 5) The drill rod 5 is fed forward and thereby knots down the worn drill bit 2, so that it falls into the basket 9. A fallen worn drill bit 2 is illustrated inside the basket 9 in Figure 3b. 6) The drill rod 5 continues forward, where it meets a waiting new drill bit 2, which in the magazine 10 at a discharge point is axially aligned with the drill rod 5. The drill rod 5 is rotated so that the new drill bit in the magazine 10 is threaded on the drill rod. 7) The drill rod 5 with the new drill bit 2 is retracted until the drill bit 2 is inside the crown changer 1. 8) The pivotable element comprising basket 9 and magazine 10 is folded down to its lowered position. 9) The drilling machine 4 is ready for drilling with the new drill bit 2. 10 53'l TQE

[0020] Vid de förskjutningar i axiell led av borrstàngen 5 som erfordras enligt schemat ovan måste borrstângens läge i axiell led kunna styras. Detta utförs genom att en längd- lägesgivare som mäter borrstângens läge i axiell riktning i i förhållande till en ﬁx punkt på mataren 3 finns anordnad, varmed en operatör kan styra den axiella matningen av borr- stângen. Naturligtvis är det möjligt vid en borrigg som har ett styrprogram att såväl de olika stegen som beskrivs ovan vid ett byte av borrkrona, som detektering och styrning av borr- stângens längdförskjutning är programmerade som ett program för byte av borrkrona, varvid detta program kan initieras av en operatör, varefter programmet automatiskt utför de olika sekvensema av kronbytet. In the axial displacements of the drill rod 5 required according to the diagram above, it must be possible to control the position of the drill rod in the axial direction. This is done by arranging a longitudinal position sensor which measures the position of the drill rod in the axial direction in relation to a ﬁ x point on the feeder 3, with which an operator can control the axial feed of the drill rod. Of course, in a drilling rig having a control program, it is possible that both the various steps described above in the case of changing the drill bit, as well as detecting and controlling the longitudinal displacement of the drill rod, are programmed as a program for changing the drill bit, this program being initiated by an operator, after which the program automatically performs the various sequences of the crown change.

[0021] Kronbytaren 1 enligt beskrivningen kan utföras som en separat enhet som kan monteras på beﬁntliga matare vid borriggar på marknaden eller integreras med mataren och vara tillgänglig vid en borrigg redan vid leverans.The crown changer 1 as described can be designed as a separate unit that can be mounted on non-durable feeders at drilling rigs on the market or integrated with the feeder and be available at a drilling rig already on delivery.

Claims

A device for automatic replacement of a drill bit (2) on a drill rod (5) to a drilling machine (4) supported by a feeder (3), characterized in that it comprises: - a frame (6) for attachment to a front part of the feeder (3), - a magazine (10) for drill bits (2) and a separate basket (9) for collecting replaced drill bits (2) attached to the frame, - a clamping means ( 14) for clamping the drill rod (5) or the drill bit (2) when replacing the drill bit (2). The device according to claim 1, wherein the magazine (10) and the basket (9) are connected to an integrated element which is pivotally arranged at the frame (6), so that this element can assume a raised and a lowered position, respectively, the pivotable element in the the lowered position is folded away from the front of the feeder (3). The device according to claim 1, wherein said magazine is a magazine for a row of unused drill bits (2) which are fed one at a time to a discharge position by means of a spring force acting on the row of drill bits. The device according to claim 3, wherein a drill bit (2) which settles in the discharge position is aligned with the drill rod (5), when the pivotable element settles in the raised position. Method for automatically replacing a worn drill bit (2) on a drill rod (5) belonging to a drilling machine (4) arranged on a feeder (3) equipped with the device according to claim 2, comprising the steps: - the drill rod (5) is retracted by the feeder (3), so that the worn drill bit (2) is located in the clamping member (14), - the pivotable element is folded up against the front part of the feeder (3), - the worn drill bit (2) is pinched by the clamping member (14), - the drilling machine (4) rotates the drill rod (5) so that the worn drill bit (2) is threaded loose, - the drill rod (5) is fed forward by the feeder (3) so that the worn drill bit (2) falls into the basket (9), - the drill rod ( 5) is advanced further until it abuts and is lined with a drill bit (2) in a discharge position in the magazine (10), - the drill rod (5) is rotated so that the new drill bit (2) is threaded onto the drill rod (5). 10 15 20 25 10. 531 726 - the pivotable element folds away from the feeder (3). The method according to claim 5, further comprising the steps: - before the worn drill bit (2) is clamped in the clamping member (14), the drill rod (5) is retracted only so far that the worn drill bit is located at the stabbing rope (6), after which the drill rod (5) pinched by means of a clamping means (14) located inside the frame (6), - the drill rod (5) is rotated by the drilling machine (4) so that the drilling machine and the drilling rod are threaded against each other. The method according to claim 5 or 6, comprising the step: - before the drill rod (2) is pulled out of a borehole to replace a worn drill bit (2), the drill bit is detached from the drill rod (5) when it settles inside the borehole. The method according to claim 5, further comprising the step of: - the position of the drill rod (5) relative to the feeder (3) is detected by a longitudinal feed sensor. Computer program product, characterized in that the different steps according to claim 5 are listed in a computer program which controls a replacement of the drill bit (2) according to said computer program. Rock drilling rig equipped with a feeder (3) provided with the device according to the claim

1.