CN111852332B - 一种自带钻杆箱的自动加杆钻机 - Google Patents

Abstract

一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，包括底盘、可编程控制箱、液压操作台和钻杆箱组件，钻杆箱组件包括钻杆箱和升降机构，钻杆箱用于容纳钻杆，并利用隔断实现对钻杆的定位，升降机构用以抬升或降低钻杆的位置，保证机械手爪可以从钻杆箱内逐根抓取钻杆或逐根将钻杆放回钻杆箱内；在钻杆箱的前方还设有机械手组件，以抓取钻杆；所述底盘上还设有能够调整俯仰角度的导轨组件，导轨组件的前端设有夹持钻杆的夹持器，用于实现钻杆钻进的动力回转机构设置在所述导轨组件的导轨上，并能够沿导轨前后移动。本发明可解决前探钻孔时常规自动钻进设备无法实现快速稳钻，且设备不具有大容量钻杆存储，无法满足一次性钻孔需求、降低工人劳动强度的问题。

Description

一种自带钻杆箱的自动加杆钻机

技术领域

本发明属于煤矿钻机领域，具体涉及一种自带钻杆箱的自动加杆钻机。

背景技术

随着煤矿钻探技术的发展以及工人安全意识的提升，越来越多的自动钻进设备被应用到煤矿井下进行自动钻进作业。目前应用于井下的自动钻进设备主要为垂直设备进行钻进作业的自动化设备，而针对部分前探的抽放孔作业如果通过调整设备摆放角度来调整作业方向，效率较低；并且现有的自动钻机大部分不自带大容量的钻杆框，无法实现一次性长距离钻孔需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，以解决前探钻孔时常规自动钻进设备无法实现快速稳钻，且设备不具有大容量钻杆存储，无法满足一次性钻孔需求、降低工人劳动强度的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，包括底盘、设置在底盘上的可编程控制箱和液压操作台，在底盘上还设有钻杆箱组件，钻杆箱组件包括钻杆箱和升降机构，钻杆箱用于容纳钻杆，并利用隔断实现对钻杆的定位，升降机构用以抬升或降低钻杆的位置，保证机械手爪可以从钻杆箱内逐根抓取钻杆或逐根将钻杆放回钻杆箱内；所述升降机构包括升降平台和升降驱动装置，所述升降平台位于钻杆箱内，用以承载钻杆箱内的钻杆，升降驱动装置位于钻杆箱外侧，并和升降平台相连，带动升降平台的抬升或降低；在钻杆箱的前方还设有机械手组件，机械手组件包括回转支承、摆动支架、多级平移机构、多级升降机构和机械手回转机构，所述回转支承一端固定在底盘上，另一端连接所述摆动支架，以实现摆动支架俯仰角度的调整；所述多级升降机构中的一级升降机构安装在摆动支架上，所述多级平移机构中的一级平移机构滑动设置在所述一级升降机构的上部，所述多级平移机构中的二级平移机构滑动设置在一级平移机构上，作为一级平移机构活动范围的补充，所述多级升降机构中的二级升降机构安装在所述二级平移机构上，作为一级升降机构活动范围的补充；所述机械手回转机构和机械手爪设置在所述二级升降机构上，机械手回转机构用以控制机械手爪进行旋转，旋转轴线和二级升降机构的升降方向平行；所述底盘上还设有能够调整俯仰角度的导轨组件，导轨组件的前端设有夹持钻杆的夹持器，用于实现钻杆钻进的动力回转机构设置在所述导轨组件的导轨上，并能够沿导轨前后移动。

所述钻杆箱内相对的两内壁上分别间隔设置多个隔板，相邻隔板之间的空间用以放置钻杆，且相邻隔板之间的宽度只能容纳一根钻杆。

所述机械手组件中的摆动支架具有一根竖向设置的方管，所述一级升降机构包括一根活动插设在方管内的升降杆和一个伸缩油缸，伸缩油缸的一端连接在所述摆动支架的方管外侧，伸缩油缸另一端连接在所述升降杆的上部。

所述升降杆的上部还设有与升降杆垂直的平移导向槽，在平移导向槽的下部设有齿轮，齿轮由平移马达Ⅰ驱动旋转，所述一级平移机构为一根平移导轨，平移导轨滑动设置在所述平移导向槽内，且平移导轨上设有和所述齿轮啮合的平移齿条；所述平移导轨上设有二级平移机构，二级平移机构包括直线驱动机构和滑板，直线驱动机构用以驱动滑板在平移导轨上直线滑动，且滑板的滑动方向和平移导轨的滑动方向平行；所述直线驱动机构为丝杠丝母机构，其中的丝杠转动设置在平移导轨内，由设置在平移导轨一端的丝杠马达驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹配合的丝母和所述滑板固定连接。

所述的二级升降机构包括连接板、齿轮和平移马达Ⅱ，连接板滑动设置在所述滑板的板面上，连接板的滑动方向和滑板的滑动方向垂直，并平行于所述升降杆的升降方向，连接板的一侧设有由平移马达Ⅱ驱动旋转的齿轮，齿轮和平移马达Ⅱ均安装在滑板上，连接板的侧面设有升降齿条，通过滑板上所安装的齿轮和升降齿条的啮合，带动连接板在滑板上滑动。

所述机械手回转机构通过支架固定在所述连接板上，机械手回转机构的旋转部位和摆角油缸连接，摆角油缸和机械手爪连接，以控制机械手爪的开合。

所述导轨组件包括导轨支架和调角油缸，所述导轨支架一端转动连接在底盘上的立柱组件上，另一端朝钻机前方伸出，并安装有所述的夹持器，所述调角油缸一端转动连接在所述底盘上，另一端和导轨支架转动连接，所述导轨设置在导轨支架内部，导轨支架内部还设有平移油缸，所述平移油缸一端和动力回转机构连接，另一端和导轨支架连接，以带动动力回转机构沿导轨的滑动。

所述立柱组件包括两根固定在所述底盘上的立柱以及两根立柱之间的立柱横梁，立柱横梁的两端分别通过一个升降油缸实现沿立柱的爬升或下降，所述机械手组件中的回转支承固定在所述立柱横梁上，所述立柱内部设有伸缩管和顶升油缸，顶升油缸用以控制伸缩管伸出或缩进立柱。

所述导轨支架的一端铰接在所述的立柱横梁上。

所述底盘为履带底盘，履带底盘设有四个支地油缸，履带底盘上还设有电液控制阀组，所述可编程控制箱通过电缆与电液控制阀组连接，通过电液控制阀组驱动各个液压机构动作。

本发明的有益效果是：本发明可以实现对前探钻孔作业时的快速稳钻作业，同时设备自带的大容量钻杆箱也可满足自动钻进一次成孔的需求，有效降低了现场作业工人的劳动强度。

本发明中钻杆箱外采用侧装方式设置升降装置，可以避免占用钻杆箱的下部空间，提高钻杆箱的实际利用率。

本发明所用的机械手组件可以实现对机械手爪进行水平方向和竖直方向两个自由度的调节，还可以对手爪竖直方向的俯仰角度以及水平面内摆动角度进行调整，满足钻杆抓取及安装的角度、方向等要求。

本发明所用机械手组件多级升降机构和多级平移机构的设置可以拓展机械手爪的作业范围，但又无需占用过多的空间，因此，能够很好的适应井下作业的空间要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中钻杆箱的结构示意图；

图3为本发明中机械手组件的结构示意图；

图中标记：1、履带底盘，2、液压操作台，3、可编程控制箱，4、钻杆箱组件，5、立柱组件，6、机械手组件，7、导轨组件，8、电液控制阀组，9、夹持器，10、斜撑，11、动力回转机构；

401、钻杆箱，402、升降驱动装置，403、升降平台，404、隔板；

601、回转支承，6011、回转马达，602、固定盘，603、摆动支架，604、一级升降机构，6041、伸缩油缸，6042、升降杆，6043、平移导向槽，6044、平移马达Ⅰ，605、平移导轨，6051、丝杠马达，6052、滑板，6053、平移马达Ⅱ，606、连接板，607、机械手回转机构，608、摆角油缸，609、机械手爪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图所示，一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，包含履带底盘1、液压操作台2、可编程控制箱3、钻杆箱组件4、立柱组件5、机械手组件6、导轨组件7和电液控制阀组8。

所述的履带底盘1包含履带行走机构及支地油缸，通过履带行走机构实现设备的自由移动，同时通过布置在履带底盘四个角的支地油缸实现设备的向上支撑功能。

所述的液压操作台2对外来动力源输入的高压油进行换向、调节流量、调节压力等操作使液压油进入执行机构中，驱动执行机构动作，所述的执行机构是指钻机中各个组件中的液压油缸及马达。

所述可编程控制箱3固定在履带底盘1上，通过电缆与电液控制阀组8连接，利用内部电信号驱动电液控制阀组8各个阀片按照指令进行切换，驱动各机构动作。可编程控制箱3还可以通过钻机上所设置的传感器收集各机构动作位置及动作压力等信息，经逻辑运算后发出信号指令，驱动各机构执行动作，实现设备钻进过程、回退过程的自动运行，对于该部分控制原理、传感器的设置与连接均属于机械控制领域常规技术手段，因此不展开详细说明。

所述钻杆箱组件4包含钻杆箱401及升降平台403，钻杆箱401内相对的两个内壁上间隔设置多个隔板404，利用隔板404实现对钻杆列与列之间的定位；所述升降平台403位于钻杆箱401内，钻杆按层放置在升降平台403上，升降平台403由设置在钻杆箱401外的升降驱动装置402驱动实现升降，升降驱动装置402位于钻杆箱401外的一侧。从钻杆箱401内抓取钻杆时，当顶层钻杆抓取完成后，升降机构402提升升降平台403，使得下一层钻杆到达钻杆箱401的顶层，直到作业完成；在回收钻杆时，当顶层钻杆放满后，升降机构402带动升降平台403自动下落一层，机械手爪609继续将钻杆放置到顶层，直到作业完成。

所述立柱组件5固定在履带底盘1上，包括两根立柱以及两根立柱之间连接的立柱横梁，立柱横梁两端分别由一个升降油缸驱动，以实现立柱横梁沿两根立柱爬升或下降，两根立柱内部均含有伸缩管及顶升油缸，伸缩管在顶升油缸的作业下实现升降，伸出以支撑巷道顶板，配合底盘上的支地油缸实现设备的稳定支撑。

所述机械手组件6包括回转支承601、固定盘602、摆动支架603、多级平移机构、多级升降机构和机械手回转机构607，所述回转支承601一端通过固定盘602固定在所述的立柱横梁上，另一端连接所述摆动支架603，通过回转支承601上的回转马达6011带动摆动支架603俯仰角度的调整；所述多级升降机构中的一级升降机构604安装在摆动支架603上，所述多级平移机构中的一级平移机构滑动设置在所述一级升降机构604的上部，所述多级平移机构中的二级平移机构滑动设置在一级平移机构上，作为一级平移机构活动范围的补充，所述多级升降机构中的二级升降机构安装在所述二级平移机构上，作为一级升降机构604活动范围的补充。

进一步的，所述机械手组件6中的摆动支架603具有一根竖向设置的方管，所述一级升降机构604包括一根活动插设在方管内的升降杆6042和一个伸缩油缸6041，伸缩油缸6041的一端连接在所述摆动支架603的方管外侧，伸缩油缸6041另一端连接在所述升降杆6042的上部。

再进一步的，所述升降杆6042的上部还设有与升降杆6042垂直的平移导向槽6043，在平移导向槽6043的下部设有齿轮，齿轮由设置在升降杆6042上部的平移马达Ⅰ6044驱动旋转；所述一级平移机构为一根平移导轨605，平移导轨605滑动设置在所述平移导向槽603内，且平移导轨605上设有和所述齿轮啮合的平移齿条；所述平移导轨605上设有二级平移机构，二级平移机构包括直线驱动机构和滑板6052，直线驱动机构用以驱动滑板6052在平移导轨605上直线滑动，且滑板6052的滑动方向和平移导轨605的滑动方向平行；所述直线驱动机构为丝杠丝母机构，其中的丝杠转动设置在平移导轨605内，由设置在平移导轨605一端的丝杠马达6051驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹配合的丝母和所述滑板6052固定连接。

更进一步的，所述的二级升降机构包括连接板606、齿轮和平移马达Ⅱ6053，连接板606滑动设置在所述滑板6052的板面上，连接板606的滑动方向和滑板6052的滑动方向垂直，并平行于所述升降杆6042的升降方向，连接板606的一侧设有由平移马达Ⅱ6053驱动旋转的齿轮，齿轮和平移马达Ⅱ6053均安装在滑板6052上，连接板606的侧面设有升降齿条，通过滑板6052上所安装的齿轮和升降齿条的啮合，带动连接板606在滑板6052上滑动。所述机械手回转机构607通过支架固定在所述连接板606上，机械手回转机构607的旋转部位和摆角油缸608连接，摆角油缸608和机械手爪609连接，以控制机械手爪609的开合。机械手回转机构607可以采用具有回转功能的液压马达。

通过可编程控制箱3发出的信号驱动电液控制阀组8实现机械手组件6中各机构的动作，使机械手爪609可从钻杆箱401中抓取钻杆放到打钻部分，也可以从打钻部分抓取钻杆放回至钻杆箱401内。

所述导轨组件7包括导轨支架和调角油缸，导轨支架上滑动设置动力回转机构11，动力回转机构11用以驱动钻杆旋转钻进，导轨支架的一端铰接在所述立柱横梁上，另一端和调角油缸的活塞铰接，调角油缸的缸体铰接在履带底盘上，通过调角油缸的伸缩，实现动力回转机构11打孔倾角的俯仰调整，并且俯仰角度信息由相应的角度传感器采集反馈给可编程控制箱，通过可编程控制箱3控制机械手组件6进行机械手爪609倾角调整。

所述动力回转机构11滑动设置在导轨支架内的导轨上，导轨支架内部还设有平移油缸，所述平移油缸一端和动力回转机构11连接，另一端和导轨支架连接，以带动动力回转机构11沿导轨的滑动。

电液控制阀组8固定在履带底盘1上，与液压操作台2及可编程控制箱3沟通，通过液压操作台2将高压油输入给电液控制阀组8，再由可编程控制箱3驱动电液控制阀组8各阀片动作，由此来驱动各机构动作。

为了进一步提高钻机作业过程的稳定性，在履带底盘1前方还设有斜撑10，斜撑10一端铰接在履带底盘1的前端面，斜撑10中部套设在一个轴套内，轴套转动连接在所述导轨支架的前端，所述斜撑10设置成两个，分别位于导轨支架的两侧。

施工时通过履带底盘1将设备移动到施工位置，通过液压操作台2和电液控制阀组8控制支地油缸与立柱组件5的伸缩管伸出，实现设备的稳钻支撑，并通过调角油缸调整导轨支架的角度，实现对开孔倾角的调整；设备准备完毕，由可编程控制箱3控制机械手组件6中机械手爪609移动，机械手爪609移动至钻杆层上方，机械手爪609旋转、下落，抓取钻杆，机械手爪609提升，旋转机械手爪609使钻杆与导轨支架具有同样的水平方向；移动机械手爪609至导轨支架正上方，机械手组件6根据导轨支架已有角度调整自身倾角至与导轨支架平行，机械手爪609下落至钻杆进入夹持器9，待夹持器9夹紧钻杆后，机械手爪609松开，复位；夹持器609夹紧钻杆后，导轨组件7中动力回转机构11向前旋转推进，与钻杆连接后开始正常打钻；动力回转机构11在可编程控制箱3的程序控制下进行自动钻进作业，待当前钻进作业完成后，由可编程控制箱3继续控制机械手组件和导轨组件的动力回转机构11配合将钻杆从孔内拔出、拆卸下来并放回钻杆箱401内部。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，包括底盘、设置在底盘上的可编程控制箱和液压操作台，其特征在于：在底盘上还设有钻杆箱组件，钻杆箱组件包括钻杆箱和升降机构，钻杆箱用于容纳钻杆，并利用隔断实现对钻杆的定位，升降机构用以抬升或降低钻杆的位置，保证机械手爪能够从钻杆箱内逐根抓取钻杆或逐根将钻杆放回钻杆箱内；所述升降机构包括升降平台和升降驱动装置，所述升降平台位于钻杆箱内，用以承载钻杆箱内的钻杆，升降驱动装置位于钻杆箱外侧，并和升降平台相连，带动升降平台的抬升或降低；在钻杆箱的前方还设有机械手组件，机械手组件包括回转支承、摆动支架、多级平移机构、多级升降机构和机械手回转机构，所述回转支承一端固定在底盘上，另一端连接所述摆动支架，以实现摆动支架俯仰角度的调整；所述多级升降机构中的一级升降机构安装在摆动支架上，所述多级平移机构中的一级平移机构滑动设置在所述一级升降机构的上部，所述多级平移机构中的二级平移机构滑动设置在一级平移机构上，作为一级平移机构活动范围的补充，所述多级升降机构中的二级升降机构安装在所述二级平移机构上，作为一级升降机构活动范围的补充；所述机械手回转机构和机械手爪设置在所述二级升降机构上，机械手回转机构用以控制机械手爪进行旋转，旋转轴线和二级升降机构的升降方向平行；所述底盘上还设有能够调整俯仰角度的导轨组件，导轨组件的前端设有夹持钻杆的夹持器，用于实现钻杆钻进的动力回转机构设置在所述导轨组件的导轨上，并能够沿导轨前后移动；

所述机械手组件中的摆动支架具有一根竖向设置的方管，所述一级升降机构包括一根活动插设在方管内的升降杆和一个伸缩油缸，伸缩油缸的一端连接在所述摆动支架的方管外侧，伸缩油缸另一端连接在所述升降杆的上部；

所述升降杆的上部还设有与升降杆垂直的平移导向槽，在平移导向槽的下部设有齿轮，齿轮由平移马达Ⅰ驱动旋转，所述一级平移机构为一根平移导轨，平移导轨滑动设置在所述平移导向槽内，且平移导轨上设有和所述齿轮啮合的平移齿条；所述平移导轨上设有二级平移机构，二级平移机构包括直线驱动机构和滑板，直线驱动机构用以驱动滑板在平移导轨上直线滑动，且滑板的滑动方向和平移导轨的滑动方向平行；所述直线驱动机构为丝杠丝母机构，其中的丝杠转动设置在平移导轨内，由设置在平移导轨一端的丝杠马达驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹配合的丝母和所述滑板固定连接；

所述的二级升降机构包括连接板、齿轮和平移马达Ⅱ，连接板滑动设置在所述滑板的板面上，连接板的滑动方向和滑板的滑动方向垂直，并平行于所述升降杆的升降方向，连接板的一侧设有由平移马达Ⅱ驱动旋转的齿轮，齿轮和平移马达Ⅱ均安装在滑板上，连接板的侧面设有升降齿条，通过滑板上所安装的齿轮和升降齿条的啮合，带动连接板在滑板上滑动；

所述导轨组件包括导轨支架和调角油缸，所述导轨支架一端转动连接在底盘上的立柱组件上，另一端朝钻机前方伸出，并安装有所述的夹持器，所述调角油缸一端转动连接在所述底盘上，另一端和导轨支架转动连接，所述导轨设置在导轨支架内部，导轨支架内部还设有平移油缸，所述平移油缸一端和动力回转机构连接，另一端和导轨支架连接，以带动动力回转机构沿导轨的滑动；

所述立柱组件包括两根固定在所述底盘上的立柱以及两根立柱之间的立柱横梁，立柱横梁的两端分别通过一个升降油缸实现沿立柱的爬升或下降，所述机械手组件中的回转支承固定在所述立柱横梁上，所述立柱内部设有伸缩管和顶升油缸，顶升油缸用以控制伸缩管伸出或缩进立柱。

2.根据权利要求1所述的一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，其特征在于：所述钻杆箱内相对的两内壁上分别间隔设置多个隔板，相邻隔板之间的空间用以放置钻杆，且相邻隔板之间的宽度只能容纳一根钻杆。

3.根据权利要求1所述的一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，其特征在于：所述机械手回转机构通过支架固定在所述连接板上，机械手回转机构的旋转部位和摆角油缸连接，摆角油缸和机械手爪连接，以控制机械手爪的开合。

4.根据权利要求1所述的一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，其特征在于：所述导轨支架的一端铰接在所述的立柱横梁上。

5.根据权利要求1所述的一种自带钻杆箱的自动加杆钻机，其特征在于：所述底盘为履带底盘，履带底盘设有四个支地油缸，履带底盘上还设有电液控制阀组，所述可编程控制箱通过电缆与电液控制阀组连接，通过电液控制阀组驱动各个液压机构动作。