本發(fā)明涉及一種具有桅桿的設(shè)備，特別是施工設(shè)備，頂部驅(qū)動器可借助調(diào)節(jié)裝置沿著桅桿垂直運動，通過該頂部驅(qū)動器能夠位移地引導(dǎo)伸縮式的鉆桿（kellybar），該鉆桿具有被設(shè)計成位于頂部驅(qū)動器上的至少一個外鉆桿和包括用于繩索的繩索懸掛件的內(nèi)鉆桿，內(nèi)鉆桿可通過該繩索借助主繩索絞盤垂直地運動。

本發(fā)明還涉及一種用于采用一種設(shè)備進行土方加工的方法，所述設(shè)備具有桅桿，頂部驅(qū)動器可借助調(diào)節(jié)裝置沿著桅桿垂直運動，通過該頂部驅(qū)動器能夠位移地引導(dǎo)伸縮式鉆桿，該鉆桿具有被設(shè)計成位于頂部驅(qū)動器上的至少一個外鉆桿，和包括用于繩索的繩索懸掛件的內(nèi)鉆桿，內(nèi)鉆桿可通過繩索借助主繩索絞盤垂直地運動，其中，采用附接到內(nèi)鉆桿的下端的土方加工工具加工土方。

背景技術(shù)：

鉆桿（kellybar）是由多個管狀棒元件構(gòu)成的伸縮式桿工具，并且具有至少一個外鉆桿和一個內(nèi)鉆桿。內(nèi)鉆桿以及因此鉆桿作為整體懸掛在繩索上，其中鉆桿被引導(dǎo)通過環(huán)形旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器（也稱為頂部驅(qū)動器）。借助鉆桿，可將扭矩傳遞到土方加工工具，特別是鉆孔工具，其附接到內(nèi)鉆桿的下端。更大的鉆孔深度也可通過單個的鉆桿元件的相應(yīng)伸縮式延伸部來實現(xiàn)。

對于扭矩傳遞，單個鉆桿元件具有在其外側(cè)和內(nèi)側(cè)上軸向延伸的止擋條，其用于扭矩傳遞。此外，在某些軸向位置處，特別是在起始和完成區(qū)域處，提供鎖緊凹部或鎖緊元件，通過該鎖緊凹部或鎖緊元件可將鉆桿元件相對于彼此軸向固定。以這種方式，還可經(jīng)由鉆孔驅(qū)動器將軸向壓力施加到鉆桿并因此施加到土方加工工具上。外鉆桿也可軸向固定地連接到鉆孔驅(qū)動器。

特別是在非連續(xù)的土方加工期間，例如當利用鉆斗形成孔時，鉆斗必須重復(fù)地運動到鉆孔中并再次移出鉆孔。根據(jù)相應(yīng)的鉆孔深度，鉆桿被相應(yīng)地重復(fù)地伸縮地縮回和延伸。在鉆斗已填充有被移除的土方材料之后，其必須從鉆孔拉出以被排空。為此，需要將單個鉆桿元件再次運動到彼此中并鎖緊它們。在此已經(jīng)運動進入的位置中，然后可將鉆桿與鉆斗一起從鉆孔拉出并樞轉(zhuǎn)到排空位置。然后，為了進一步的鉆孔步驟，將鉆孔工具再次運動到鉆孔中，同時重新伸縮地延伸鉆桿。

鉆桿的縮回和延伸相應(yīng)地需要時間。因此，鉆機駕駛員努力盡可能快地將鉆桿移入和移出，以便實現(xiàn)快速的鉆孔進度。然而，在鉆桿被過快地運動的情況下，存在其可能突然地接觸地面區(qū)域或頂部驅(qū)動器的風(fēng)險，這可能導(dǎo)致可觀的材料應(yīng)力，并且甚至損壞或毀壞頂部驅(qū)動器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供用于土方加工的設(shè)備和方法，其有助于有效地并且同時特別地節(jié)省材料和節(jié)省設(shè)備地工作。

該目的一方面通過具有根據(jù)本發(fā)明的特征的加工設(shè)備實現(xiàn)，和另一方面通過具有根據(jù)本發(fā)明的特征的方法實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在本發(fā)明中指出。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征在于，提供一種自動控制裝置，該自動控制裝置被設(shè)計為自動控制用于鉆桿（kellybar）的主繩索絞盤和/或用于頂部驅(qū)動器運動的調(diào)節(jié)裝置，使得內(nèi)鉆桿能夠相對于頂部驅(qū)動器在一些區(qū)域中以第一速度在快速運行模式中，而在一些區(qū)域中在保守運行模式中運動，在保守運行模式中的速度相比于快速運行模式的第一速度減少。

本發(fā)明的核心思想是通過控制裝置自動控制鉆桿元件的運動，并且以這樣的方式實現(xiàn)：即，在某些運動區(qū)域中以快速運行模式實現(xiàn)鉆桿元件的快速回縮或延伸，而在某些臨界運動區(qū)域中在保守運行模式中以減小的速度實現(xiàn)運動。運動速度涉及頂部驅(qū)動器，因此涉及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器或桅桿。根據(jù)本發(fā)明，通過頂部驅(qū)動器的調(diào)節(jié)裝置的控制器和/或替代性地通過用于鉆桿的主繩索絞盤的控制器來實現(xiàn)速度。用于頂部驅(qū)動器的調(diào)節(jié)裝置本身可以是供給絞盤，液壓致動器或另一線性驅(qū)動器，例如齒條和小齒輪驅(qū)動器。根據(jù)本發(fā)明的控制器允許鉆桿的非常快速的伸縮式縮回和延伸，其中在非關(guān)鍵區(qū)域，例如在鉆桿元件的中心區(qū)域中實現(xiàn)快速運動。在關(guān)鍵區(qū)域中，例如，如果外鉆桿的上端處的止動環(huán)位于頂部驅(qū)動器上，或者直接在附接到內(nèi)鉆桿的下端的土方加工工具到達地面之前，控制器從具有第一高速的快速運行模式切換到保守運行模式，其中速度降低。在保守運行模式中，速度可以逐漸減小到值0。以這種方式，損壞材料的沖擊可得以避免，該沖擊在土方加工工具突然接觸地面或外鉆桿突然接觸頂部驅(qū)動器時可能會發(fā)生?？偠灾景l(fā)明允許提高工作效率并整體上避免工具、鉆桿和鉆孔單元的損壞風(fēng)險。

在最簡單的情況下，鉆桿僅由兩個桿元件組成，即管狀外鉆桿和能夠位移地布置在其中的內(nèi)鉆桿。為了達到更大的鉆孔深度，根據(jù)本發(fā)明的一個開發(fā)方案，有利的是，鉆桿具有一個或多個中間鉆桿元件，其布置在外鉆桿和內(nèi)鉆桿之間。特別地，具有三個或四個桿元件的鉆桿是優(yōu)選的。

原則上，根據(jù)本發(fā)明的具有鉆桿的設(shè)備可用于廣泛不同的活動。根據(jù)本發(fā)明的一個開發(fā)方案，特別有用的是，鉆孔工具（特別是鉆斗或螺旋鉆）可拆卸地附接到內(nèi)鉆桿的下端。這種鉆孔工具可用于非連續(xù)鉆孔，其中鉆桿必須被重復(fù)地縮回和延伸。通過本發(fā)明實現(xiàn)的工作速度的增加，對于這些重復(fù)的過程是特別有利的。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，提供了至少一個輸入裝置，利用該輸入裝置可輸入鉆桿的類型和/或大小、用于頂部驅(qū)動器的調(diào)節(jié)裝置的位置、繩索的位置、和/或頂部驅(qū)動器的類型和/或大小。在最簡單的情況下，可使用輸入終端進行手動輸入。此外，可以使相應(yīng)的部件進入限定的起始位置并且利用這些部件校準設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的開發(fā)方案，輸入裝置具有用于自動輸入的至少一個傳感器。因此，可通過用于自動檢測的相應(yīng)光學(xué)傳感器或通過主繩索絞盤的繩索上的繩索力測量來獲得鉆桿的類型和/或大小。關(guān)于頂部驅(qū)動器的類型和/或大小，除了頂部驅(qū)動器的輸入之外，還可在布置在頂部驅(qū)動器的上側(cè)上的彈性減振元件上實現(xiàn)彈性測量的范圍。用于頂部驅(qū)動器的調(diào)節(jié)裝置的位置和主繩索絞盤的繩索的位置可借助相應(yīng)的增量編碼器或其它合適的位置傳感器自動確定?？刂蒲b置可以優(yōu)選地保存在數(shù)據(jù)存儲器中確定的輸入值。例如如果鉆桿被延伸并且土方加工工具位于鉆孔中，這是有用的。在桿的縮回和工具的排空之后，鉆桿可再次延伸到與所保存的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的先前位置中。

原則上，可提供用于自動控制器的固定預(yù)定義的程序。在本發(fā)明的特別有用的變型中，根據(jù)經(jīng)由輸入裝置的輸入，可在調(diào)節(jié)鉆桿時經(jīng)由控制裝置固定以下區(qū)域：在該區(qū)域中提供根據(jù)快速運行模式或保守運行模式的運動?？刂蒲b置可特別地被設(shè)計為適應(yīng)控制器，其適應(yīng)用于每個伸縮過程的快速運行模式和相應(yīng)地保守運行模式的開始和結(jié)束時間點。特別地，頂部驅(qū)動器在桅桿上的相應(yīng)位置以及當前鉆孔深度也可被考慮用于特別快速地延伸和縮回所述鉆桿元件。對于保守運行模式中的鉆桿元件的特別溫和的運動，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個開發(fā)方案，有利的是，繩索可經(jīng)由主繩索絞盤運動，并且頂部驅(qū)動器同時經(jīng)由調(diào)節(jié)裝置在相同的方向上運動，以便在保守運行模式中降低速度。這特別允許特別有效地緩沖或防止外鉆桿上的外止動環(huán)突然撞擊到頂部驅(qū)動器上。

根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，用于頂部驅(qū)動器的調(diào)節(jié)裝置和/或用于鉆桿的主繩索絞盤可借助控制裝置自動控制，其中內(nèi)鉆桿相對于頂部驅(qū)動器在一些區(qū)域中在快速運行模式中以第一速度運動，并且在一些區(qū)域中以保守運行模式運動，在保守運行模式中的速度相對于快速運行模式的第一速度減小。

根據(jù)本發(fā)明的方法可特別地利用如前所述的設(shè)備來執(zhí)行。因此，可以實現(xiàn)前述優(yōu)點。

鉆桿的運動原則上經(jīng)由具有繩索的主繩索絞盤實現(xiàn)，該繩索被緊固到內(nèi)鉆桿的上端。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供的是，內(nèi)鉆桿單獨地或與鉆桿的其他桿元件一起運動。還可以借助具有調(diào)節(jié)裝置的頂部驅(qū)動器使外鉆桿與內(nèi)鉆桿獨立地運動。

在另一優(yōu)選的方法變型中，直接在鉆桿位于頂部驅(qū)動器上使得土方加工工具與地面接觸之前，和/或在鉆桿的兩個桿元件移入彼此或移出彼此的過渡時，以保守運行模式進行運動。在保守運行模式中，鉆桿元件相對于彼此的運動也可在不提供鎖緊的情況下在兩個鎖緊元件運動經(jīng)過彼此的區(qū)域中實現(xiàn)。這樣可避免對被提供用于軸向固定鉆桿的桿元件的鎖緊元件的損壞。

原則上，可在任何期望的位置處提供單個鉆桿元件在保守運行模式中的運動，只要這被鉆機駕駛員認為是關(guān)鍵的。在所有其他位置處，可進行快速運行模式中的快速運動，以便相應(yīng)快速地伸縮地延伸或縮回鉆桿。在快速運行模式和保守運行模式之間切換的區(qū)域和時間在原則上可借助輸入裝置手動輸入到控制裝置中。

在本發(fā)明的特別有利的變型中，控制裝置使用輸入值確定：何時以快速運行模式實現(xiàn)運動或何時以保守運行模式實現(xiàn)運動。特別地，這可根據(jù)鉆孔深度和頂部驅(qū)動器相對于鉆桿的上端的位置來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)適應(yīng)控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個開發(fā)方案，特別有利的是，輸入值至少部分地由控制裝置借助輸入裝置自動檢測。為此，提供相應(yīng)的傳感器或測量值記錄器，以便自動檢測所期望的輸入值并且將它們有線地或無線地轉(zhuǎn)發(fā)到控制裝置。

附圖說明

將通過參考在附圖中示意性示出的優(yōu)選實施例進一步描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意性側(cè)視圖；和

圖2示出當鉆桿元件降低時的速度模式的圖。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計為鉆孔單元的設(shè)備10根據(jù)圖1具有運載車輛12，該運載車輛12具有履帶式底盤和可旋轉(zhuǎn)的上部結(jié)構(gòu)。以已知的方式，垂直桅桿14可樞轉(zhuǎn)地附接到承載單元12，沿著該桅桿安裝具有頂部驅(qū)動器20的支架18，使得支架18可運動。為了移動所述支架18，在桅桿14的后側(cè)處布置有作為調(diào)節(jié)裝置22的供給絞盤。調(diào)節(jié)裝置22經(jīng)由供給繩索24連接到支架18，供給繩索24經(jīng)由桅桿14的桅桿頭16被引導(dǎo)。

通過環(huán)形頂部驅(qū)動器20引導(dǎo)鉆桿（kellybar）40，該鉆桿經(jīng)由繩索懸掛件49懸掛在繩索50上。繩索50經(jīng)由桅桿頭16被引導(dǎo)到后面的主繩索絞盤30。

鉆桿40具有帶有上管套環(huán)44的外鉆桿42，該上管套環(huán)被設(shè)計為具有較大的直徑，以用于位于頂部驅(qū)動器20上。借助夾帶條（未詳細示出），頂部驅(qū)動器20的扭矩可被傳遞到外鉆桿42并且因此傳遞到鉆桿40。內(nèi)鉆桿46能夠位移地安裝在管狀外鉆桿42內(nèi)，在該內(nèi)鉆桿46的上端附接有繩索懸掛件49。在內(nèi)鉆桿46的下端布置有阻尼罐48，設(shè)計為鉆斗的土方加工工具60以防止旋轉(zhuǎn)的方式附接到該阻尼罐48。

根據(jù)圖1的圖示，鉆桿40可伸縮地縮回，其中內(nèi)鉆桿46已運動到管狀外鉆桿42的內(nèi)部空間中。鉆桿40的伸縮式縮回和延伸通過示意性示出的控制裝置70自動實現(xiàn)?？刂蒲b置70可由設(shè)備驅(qū)動器借助致動器74（例如腳控制器，操縱桿或gui）來操作。為了產(chǎn)生鉆孔，首先經(jīng)由主繩索絞盤30降低繩索50，直到外鉆桿42上的管套環(huán)44位于頂部驅(qū)動器20的上側(cè)。

鉆桿40的進一步降低可借助調(diào)節(jié)裝置22通過頂部驅(qū)動器20的運動來實現(xiàn)，其中頂部驅(qū)動器20借助支架18沿著桅桿14向下運動。外鉆桿42和內(nèi)鉆桿46同時運動。外鉆桿42可鎖緊到頂部驅(qū)動器20并因此軸向固定。替代地或隨后，在固定的頂部驅(qū)動器20的情況下，繩索50可經(jīng)由主繩索絞盤30進一步降低，其中內(nèi)鉆桿46被移出外鉆桿42。借助相應(yīng)的增量編碼器和傳感器，控制裝置70接收關(guān)于頂部驅(qū)動器20、外鉆桿42和內(nèi)??鉆桿46的位置的值。此外，控制裝置70可從數(shù)據(jù)存儲器72請求數(shù)據(jù)，例如鉆桿40的大小和長度、土方加工工具60或頂部驅(qū)動器20的尺寸。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，自動控制鉆桿40的運動，并特別是內(nèi)鉆桿46的運動。原則上，在快速運行模式中以高的第一速度提供鉆桿元件的運動。在某些運動區(qū)域中，例如直接在管套環(huán)44位于頂部驅(qū)動器20上或者土方加工工具60與地面接觸之前，或者在兩個鉆桿元件的過渡處，控制裝置70從快速運行模式切換到保守運行模式，其中速度降低。速度降低可突然地執(zhí)行到低的第二速度值，或者優(yōu)選地逐漸地降低到經(jīng)降低的速度或者直到0。

在圖2中示意性地示出繩索50相對于鉆孔深度的可能的速度模式。從快速運行模式中的最大繩索速度，在臨界運動區(qū)域之前，例如在鉆桿過渡時，通過控制裝置70在制動點1處開始切換到保守運行模式。在保守運行模式中，繩索速度從第一最大值逐漸減小到第二最小值。如果通過臨界區(qū)域，例如通過沿著鉆桿元件（并且特別是在其開始和結(jié)束處）布置的鎖緊凹部，則可通過控制裝置70切換回到快速運行模式。繩索50的繩索速度在快速運行模式中再次增加到第一速度值。

控制裝置70可適應(yīng)地設(shè)計為學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其中例如制動點從第一制動點1改變到稍后的第二制動點2，以便保持運動時間較短。