SE525430C2 - Nackadapter för bergborrmaskiner - Google Patents

Description

30 .szä m, l l 891SE 2004-02-27 2 Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda nackdel hos tidigare kända nackadaptrar och skapa en förbättrad adapter. Ett huvudsyfte med uppfinningen är sålunda minimera antalet haverier som kan härledas till geometrin hos sidospolhålet. Enligt uppfinningen nås detta syfte medelst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 kännetecknande del.

Fördelaktiga utföranden av uppfinningen är vidare angivna i de osjälvständiga patentkraven.

Kort beskrivning av bifogade ritningar Fig. 1A visar en nackadapter enligt föreliggande uppfinning i sidovy. Fig. 1B visar en del av nackadaptem enligt Fig.1A. Fig. 1C visar schematiskt ett spolhàl. Fig. 2A visar en alternativ utföringsfomi av en nackadapter enligt föreliggande uppfinning i sidovy. Fig. 2B visar en del av nackadaptem enligt F ig.2A. F lg. 2C visar ett axiellt tvärsnitt längs linjen C-C i Fig. 2B. Fig. 3 visar en altemativ utföringsforrn av ett spolhål i en vy motsvarande Fig. 1B.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen Den i Fig. 1A visade nackadaptern 10 utgörs av en làngsmal kropp 11 med huvudsakligen cylindrisk grundform, varvid materialet i kroppen utgörs av en eller flera metaller, såsom stål. Nackadaptem 10 har en centrumlinje CL. Inuti kroppen finns en axiellt sig sträckande spolmedelkanal 12. Denna kanal är lämpligast centralt lokaliserad i kroppen 11 _ Till kanalen kan spolmedel, tex vatten eller luft, matas in via ett radiellt riktat sidospolhàl 14, vilket i praktiken omsluts av ett s.k. spolhuvud (ej visat) vilket spolmedel kan matas via en tillförselanordning (ej visad). Den axiella spolmedelkanalen. 12 är ett bottenhàl, vilket mynnar i en utloppsöppning 16 vid en första ände 17 av kroppen. l anslutning till denna ände finns en gänga 18 för förbindning av nackadaptern med en skarvhylsa till en borrsträng. Gängan 18 är vanligen en trapets- eller repgänga för slående bergborrning. Vid den motsatta andra änden 19 av adapterkroppen finns en plan ändyta 20 mot vilken borrmaskinens slagkolv (ej 30 525 430 ll89lSE 2003-03-03 3 visad). Den axiella spolmedelkanalen 12 är ett bottenhål, vilket mynnar i en utloppsöppning 16 vid en första ände 17 av kroppen. l anslutning till denna ände finns en gänga 18 för förbindning av nackadaptem med en skarvhylsa till en borrsträng. Gängan 18 är vanligen en trapets- eller repgänga för slående bergborrning. Vid den motsatta andra änden 19 av adapterkroppen finns en plan ändyta 20 mot vilken borrrnaskinens slagkolv (ej visad) är avsedd att slå. Utgående från denna plana slagyta 20 finns en sats bommar eller splines 21 med vars hjälp nackadaptem kan kopplas ihop med en i borrmaskinen ingående mekanism för rota- tion av nackadaptem och borrsträngen. W Fig. 1B och 1C visar främst sidospolhålet 14 i nackadaptem 10 enligt föreliggande uppfinning. Sidospolhålet 14 har en modifierad geometn' jämförd med de i konventionella adaptrar. Sidospolhålets 14 radiellt yttre begränsningskant följer en bana som är konvex, företrädesvis oval eller helst i huvudsak elliptisk. Med uttrycket "begränsningskant” menas här skämingslinjen mellan kroppens 11 mantelyta och sidospolhàlet 14. Sidospolhålet 14 har tillverkats till exempel medelst en pinnfräs, vilket innebär att hålets axiella ändar 22, 23 har minsta krökningsradien och ligger således på ellipsens storaxel medan dess làngsidors maxpunkter 24, 25 ligger således pà ellipsens lillaxel L. Ellipsens storaxel S anordnas företrädesvis parallell med nackadaptems centrumlinje. Vid ett hålets 14 mittparti följer begränsningskanten en konvex bana, vilken är identisk på båda sidor om storaxeln S.

Sidospolhålet anordnas vanligen vinkelrätt riktad i förhållande till den centrala spolmedelkanalen och denna tvära övergång har visat sig ge upphov till erosionsliknande skador på hålets vägg. Skadoma beror på kavitation, speciellt vid sidospolhålets axiella ändväggar där erosionskorrosion uppstår på grund av strömningar inåt.

Ett vinklat sidospolhål i en känd nackadapter har skarpa höm vari en extra djup uppkolad zon uppstår. I och med att uppkolningsskiktet är hårt och sprött så blir det ofta skador där. Dessa skador verkari sin tur som initieringspunkter för utmattningssprickor som utbreder sig axiellt för att slutligen leda till brott. Eftersom 20 25 30 l 1891 SE 2004-02-27 ' 4 dessa brott inträffar inne i borrmaskinen kan de orsaka dyrbara maskinskador och för att undvika detta brukar man på de platser där detta problem förekommer ta ut adaptrarna innan dessa är utslitna.

Vid slående bergborrning alstras en stötvåg som propagerar via adapter och övriga ingående komponenter innan den slutligen når berget. För att erhålla en effektiv borrning är det bl.a. önskvärt att upprätta en god interaktion mellan borrkrona och berg, vilket sker med en matningskraft, samt att vrida borrkronan till en ny position innan efterföljande stötvåg närmar sig. Genom att bergets styvhet vanligtvis varierar måste stötvàg, matningskraft och vridmoment kontinuerligt anpassas till rådande förhållande vilket resulterar i ett varierande spänningstillstånd i ingående komponenter.

En spänningsanalys av området kring spolhål har genomförts med hjälp av FEM, Finite Element Method. Bakgrunden är att hos den befintliga utformningen har sprickor initierats och tillväxt, i huvudsak i tvâ riktningar, vilket sedermera resulterat i ett brott som förorsakat stillestånd. F E-analysen syftade till att undersöka möjligheterna att via en altemativ utformning av spolhålet sänka spänningsnivån i området kring spolhålet och därmed bidra till en ökad livslängd.

Utgångspunkten för analysen har varit att jämföra spänningsniván för spolhåli en känd nackadapter enligt SE 7909103-9 och ett spolhål i en nackadapter enligt föreliggande uppfinning. Det har visat sig möjligt att sänka nivån på spänningstopparna kring hålperiferin med upp till 52 % därmed bidra till en ökad livslängd för en nackadapter.

Den ellips som visas i Fig. 1B och 1C följer i huvudsak formeln x2/a2 + yZ/bz = 1 där 2a .är längden av storaxeln S och 2b är längden av lillaxeln L samt x och y är värden relativt ett origo centralt i ellipsen. Varje ände 22, 23 kan eventuellt anordnas krökt med en radie R såsom visas i Fig. 1B.

Den alternativa utföringsformen av en nackadapter 10' enligt föreliggande uppfinning visad i Fig. 2A, 2B och 2C innefattar samma delar som den tidigare beskrivna nackadaptem förutom de skillnader som föreligger kring hålet 14”.

.O 'QIO O. OI I O I 0 I I I C O Û IC OQO' I I I I I O O O I ICO ÛÛÛ I 0 I I 0 0 I I OI OI OO III o I l I 0 I O Q I Q OO c I i o 525 450 11891 SE 2003-03-03 5 Hålets 14' radiellt yttre begränsningskant består av två projicerade ellipser 34',44', vilka exempelvis frästs med pinnfräs i 30°:s vinke| relativt en normal N till centrumlinjen CL. De två projicerade ellipsema överlappar varandra. Hàlets 14' axiella ändar 22', 23' definieras av någon radie i intervallet 2-5 mm.

Genom att fasa av en radiellt yttre del 114 av sidospolhàlet 14 såsom antyds i Fig. 3 så undviks kritiska skarpa övergångar ytterligare. Hålet 14 fasas till exempel med samma pinnfräs som använts för att tillverka hålet. Detta innebär att pinnfräsen under bearbetning flyttas axiellt samt vinklas relativt en normal till nackadaptems centrumlinje CL. _ Uppfinningen är ej begränsad blott till det beskrivna och på ritningama visade utförandet. Sålunda är det tänkbart att sammansätta nackadaptem av fler än två delkroppar gäma av olika material, till exempel medelst friktionssvetsning.

Claims (7)

20 25 30 .525 , 4st» 11891SE 2004-02-27 6 Patentkrav

1. En nackadapter för bergborrmaskiner, innefattande en lângsmal, lämpligen cylindrisk kropp (11;11') vilken inbegriper två ändpartier (17,19; 17',19') av vilka ett första ändparti:,(17;17') uppvisar en gänga (18;18') för förbindning av nackadaptem med en borrsträng, och ett andra ändparti (19;19') uppvisar medel (21 ;21') för överföring av vridmoment till nackadaptem och borrsträngen, och inuti vilken kropp finns en axiellt sig sträckande spolmedelkanal (12;12'), vilken mynnar i en utloppsöppning (16:16') i sagda första ändparti (17;17') av kroppen och i vilken spolmedel är införbart via åtminstone ett i huvudsak radiellt riktat sidospolhål (14;14'), varvid hålet har ändar (22,23;22',23'), k ä n n et e c k n a d av att sidospolhålets (14;14') radiellt yttre begränsningskant följer en bana som i huvudsak är konvex och av att varje ände (22,23;22',23') hos hålet (14;14') är mer krökt än andra delar av begränsningskanten.

2. Nackadaptern enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att sidospolhålets (14;14') radiellt yttre begränsningskant följer en bana som i huvudsak är elliptisk.

3. Nackadaptem enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje ände (22,23;22',23') hos hålet (14;14') är anordnad med en radie (R).

4. Nackadaptern enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att hälets (14') radiellt yttre begränsningskant består av två ellipser (34',44') anordnade överlappande varandra.

5. Nackadaptern enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att hàlets 14' axiella ändar (22',23') definieras av någon radie i intervallet 2-5 mm.

6. Nackadaptem enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att ellipserna (34',44') bildar en vinkel relativt en normal (N) till centmmllnjen (CL). l 189185 2004-02-27 7

7. Nackadaptern enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att vid ett hålets (14;14') mittparti följer begränsningskanten en konvex bana, vilken är identisk på båda sidor om en storaxel (S). '