Kallionporauslaitteen puomin rakenteen kehittäminen

Abstract

Kallionporauslaitteeseen kuuluvalla hydraulitoimisella porauspuomilla on keskeinen merkitys tunnelintekoprosessissa, esimerkiksi tehtäessä rautatietunnelia. Puomilla on erityisesti vaikutusta siihen, millainen tunneli muodoltaan, kooltaan ja laadultaan voidaan aikaansaada. Puomin ominaisuudet heijastuvat myös tunnelinteosta syntyviin kustannuksiin. Sandvik Tamrockin nykyisin käytössä oleva T13-puomi on ollut markkinoilla 1990luvun puolivälistä. Tämän työn tarkoituksena oli etsiä parannuksia nykyiseen puomiin sekä kehittää kokonaisuudessaan uudenlainen manuaaliporauspuomi, sisältäen mekaniikan, hydrauliikan ja ohjausjärjestelmän. Nykyisen porauspuomin parantamiseksi luotiin kaksi muutosta. Ensimmäisessä ratkaisussa puomin sivulle kääntymistä rajoittava hydraulinen järjestelmä on muutettu sähköhydrauliseksi. Toinen ehdotus muuttaisi puomin syöttölaitteen kallistus- ja kääntötoiminnon säätöjärjestelmäksi. Molemmat ehdotukset yksinkertaistaisivat hydraulijärjestelmää ja jälkimmäinen ratkaisu parantaisi myös poraustarkkuutta. Työn pääpaino oli uuden porauspuomin kehittämisessä. Kehitysvaiheessa muodostettiin useita mekaanisia osaratkaisuja, joita yhdistämällä saatiin kokonaisratkaisuja. Arviointien kautta päädyttiin yhteen kokonaisratkaisuun, johon suunniteltiin hydrauli- ja ohjausjärjestelmä. Uudessa puomissa käytetään nykyistä enemmän pyöriviä toimilaitteita. Hydrauli- ja ohjausjärjestelmäpuolella keskeinen tekijä on osittain hajautettu ohjausjärjestelmä ja erityisesti CAN-väylä, johon anturit, ohjaimet ja hydrauliventtiilit on liitetty. Puomin etupään yhdensuuntaisuustoiminnon toteutumisesta huolehtii säätöjärjestelmä. Sähköinen kuormantunteva hydraulijärjestelmä kehittyneine venttiileineen, on modernin ohjausjärjestelmän luonnollinen jatke. Uuden porauspuomin selkeimpiä etuja ovat parantunut poraustarkkuus ja helpompi ohjattavuus. Hydraulijärjestelmä on yksinkertaistunut ja hydrauliletkujen, kaapelien ja puomivariaatioiden määrä pienentynyt. Uuden ohjausjärjestelmän ansiosta koko porauslaite on mahdollista saada toimimaan yhtenäisemmin ja toisaalta laite pystyy tuottamaan runsaammin hyödyllistä informaatiota sekä kommunikoimaan paremmin ulospäin. /Kir10

There were two goals in this work. The first aim was to find improvements to the current boom of a drilling rig. The second object was to develop a whole new manual boom, which includes mechanics, hydraulics and a control system.The current drilling boom was improved by creating two changes. In the first solution, the hydraulic boom angle restriction function has been modified to electro-hydraulic version. The second suggestion would change the tilt and swing function of the feed device into a feedback control system. Both propositions would simplify the hydraulic system and the last one would improve also drilling accuracy.The main purpose of the work was to develop the new drilling boom. During the development stage, several mechanical subsolutions were found and by combining these, different comprehensive solutions were formed. After evaluation, it was possible to create one total solution to which hydraulic and control systems were engineered.There are tuore rotary actuators in the new boom than the current one. In hydraulic and control system area, the central factor is a partially distributed control system and especially CAN-bus, to which sensors, controllers and hydraulic valves have been connected. The parallelism function of the front end of the boom has been carried out by the feedback control system. Besides, an electronic load sensing hydraulic system with advanced valves is the natural extension of the modern control system.The clearest advantages of the new boom are improved drilling accuracy and easier steerability. The hydraulic system has been simplified, in addition, the amount of hydraulic hoses, cables and boom variations have been reduced. Because of the new control system, the complete drilling rig can operate more uniformly, and on the other hand, the rig can also produce further information and communicate better outwardly.