CN115142842B - 一种煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法，包括机械手夹持/平移系统和钻杆推送系统；械手夹持/平移系统包括手动换向阀Ⅰ、与手动换向阀Ⅰ连接的液控换向阀Ⅰ、与液控换向阀Ⅰ连接的机械手夹持油缸、分别与手动换向阀Ⅰ连接的顺序阀Ⅰ和顺序阀Ⅱ、与顺序阀Ⅰ和顺序阀Ⅱ连接的液压锁及与液压锁连接的机械手平移油缸；钻杆推送系统包括单向阀、通过控制油K1依次与单向阀连接的行程控制阀、液控换向阀Ⅱ、与液控换向阀Ⅱ两端分别通过泄压油路K2连接的背压阀、钻杆推送油缸以及与钻杆推送油缸连接的手动换向阀Ⅱ；机械手夹持和平移逻辑顺序联动控制，简化了操作流程，降低了成本，机械手的平移和钻杆的推送通过行程控制，提高工作效率。

Description

一种煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于煤矿钻机设计领域，涉及一种煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法，尤其涉及一种应用于煤矿坑道钻机的机械手控制系统及其控制方法。

背景技术

工业机器人领域机械手技术已非常成熟，机械手采用液压伺服控制系统进行控制，控制精度高，但伺服系统对油液清洁度要求极高，且不满足井下防爆要求，无法用于煤矿钻机。

煤矿领域，为实现煤矿井下“机械化减人、自动化换人、智能化无人”的目标，发展井下智能钻探技术装备是大势所趋。智能钻机上下钻杆通过机械手实现，机械手的动作则通过防爆电磁换向阀进行控制，但高性能防爆元器件、电控系统等价格昂贵。

考虑到煤矿井下复杂的环境，技术成熟、设计紧凑、物美价廉的经济型普通钻机仍将在未来很长时间内占据重要市场，因此需要一种机械手液压控制系统及其控制方法，适于控制针对经济型普通钻机的全液压控制自动加接钻杆机械手，以满足市场对普通钻机的智能化改造需求。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决目前对经济型普通钻机的全液压控制自动加接钻杆机械手控制系统控制阀繁多，操作复杂且工作效率低的问题，提供一种煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿钻机机械手控制系统，包括机械手夹持/平移系统和钻杆推送系统；

械手夹持/平移系统包括手动换向阀Ⅰ、与手动换向阀Ⅰ连接的液控换向阀Ⅰ、与液控换向阀Ⅰ连接的机械手夹持油缸、分别与手动换向阀Ⅰ连接的顺序阀Ⅰ和顺序阀Ⅱ、与顺序阀Ⅰ和顺序阀Ⅱ连接的液压锁及与液压锁连接的机械手平移油缸；

钻杆推送系统包括单向阀、通过控制油K1依次与单向阀连接的行程控制阀、液控换向阀Ⅱ、与液控换向阀Ⅱ两端分别通过泄压油路K2连接的背压阀、钻杆推送油缸以及与钻杆推送油缸连接的手动换向阀Ⅱ。

进一步，一种煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：将钻杆依次装入钻杆箱，操作手动换向阀Ⅱ至左位，钻杆推送油缸伸出将钻杆以系统压力推送至机械手手爪夹持位置；

S2：操作手动换向阀Ⅰ至左位，机械手夹持油缸伸出，机械手手爪夹紧钻杆；同时，控制油K1通过单向阀、行程控制阀推动液控换向阀Ⅱ换向，钻杆推送油缸泄压油路K2通过背压阀回油，保证机械手手爪以较低背压抓取钻杆；

S3：钻机完成拧紧钻杆动作后，操作手动换向阀Ⅰ至右位，机械手夹持油缸缩回，机械手手爪松开钻杆；

S4：钻杆箱内钻杆加接完后，操作手动换向阀Ⅱ至右位，钻杆推送油缸缩回，再次放入钻杆进行下一个工作循环。

进一步，步骤S1中钻杆依次加接过程中手动换向阀Ⅱ始终工作在左位。

进一步，步骤S2中夹紧钻杆压力达到顺序阀Ⅰ设定值时，顺序阀Ⅰ开启，机械手平移油缸伸出，机械手将抓取的钻杆推送至钻机进行拧钻杆操作。

进一步，步骤S2中机械手夹紧钻杆与机械手伸出两个动作的时间间隔通过顺序阀Ⅰ的预设值进行调整。

进一步，步骤S3中松开钻杆压力达到顺序阀Ⅱ设定值时，顺序阀Ⅱ开启，机械手平移油缸缩回。

进一步，机械手平移油缸完全缩回时，行程控制阀在滑块的推动下换向，液控换向阀Ⅱ控制油通过行程控制阀泄压，钻杆推送油缸泄压油路K2断开，钻杆箱内下一根钻杆在推送油缸的作用力下以系统压力推送至机械手手爪夹持位置。

进一步，步骤S3中机械手松开钻杆与机械手缩回两个动作的时间间隔通过顺序阀Ⅱ的预设值进行调整。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法，机械手夹持和平移动作通过手动换向阀Ⅰ逻辑顺序联动控制，减少了控制阀，简化了操作流程，降低了成本。

2、本发明所公开的煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法，机械手的平移和钻杆的推送通过行程控制阀和液控换向阀Ⅱ的行程控制，提高工作效率。

3、本发明所公开的煤矿钻机机械手控制系统及其控制方法，采用的阀门均为普通工业阀，工作性能稳定、可靠，抗污染能力强，且无需防爆，通用性强，经济性好，降低了成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明煤矿钻机机械手控制系统的原理示意图；

图2为本发明煤矿钻机机械手控制系统中机械手的结构示意图。

附图标记：手动换向阀Ⅰ1、液控换向阀Ⅰ2、机械手夹持油缸3、顺序阀Ⅰ4.1、顺序阀Ⅱ4.2、液压锁5、机械手平移油缸6、单向阀7、行程控制阀8、液控换向阀Ⅱ9、背压阀10、钻杆推送油缸11、手动换向阀Ⅱ12、机械手手爪13、钻杆箱14。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示的一种煤矿钻机机械手控制系统，包括机械手夹持/平移系统和钻杆推送系统；械手夹持/平移系统包括控制机械手夹持油缸3和机械手平移油缸6的动作的手动换向阀Ⅰ1、与手动换向阀Ⅰ1连接保证机械手手爪13可靠夹紧钻杆的液控换向阀Ⅰ2、与液控换向阀Ⅰ2连接控制机械手手爪13的夹紧和松开的机械手夹持油缸3、分别与手动换向阀Ⅰ1连接控制机械手平移油缸6的先后动作顺序的顺序阀Ⅰ4.1和顺序阀Ⅱ4.2、与顺序阀Ⅰ4.1和顺序阀Ⅱ4.2连接保证机械手平移油缸6可以可靠停留在行程范围内任意位置的液压锁5及与液压锁5连接控制机械手的伸出和缩回的机械手平移油缸6。

钻杆推送系统包括防止机械手夹持油缸3控制油回流的单向阀7、通过控制油K1依次与单向阀7连接切换机械手夹持油缸3控制油路的行程控制阀8、切换钻杆推送泄压油路的液控换向阀Ⅱ9、与液控换向阀Ⅱ9两端分别通过泄压油路K2连接限定预抓取钻杆的背压，减小抓取钻杆冲击，保护钻杆箱14的背压阀10、控制钻杆箱14内钻杆的推送动作的钻杆推送油缸11以及与钻杆推送油缸11连接控制钻杆推送油缸11伸出和缩回的手动换向阀Ⅱ12。

该煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：如图2所示的机械手结构示意图，将钻杆依次装入钻杆箱14，操作手动换向阀Ⅱ12至左位，钻杆推送油缸11伸出将钻杆以系统压力推送至机械手手爪13夹持位置，钻杆依次加接过程中手动换向阀Ⅱ12始终工作在左位。

S2：操作手动换向阀Ⅰ1至左位，机械手夹持油缸3伸出，机械手手爪13夹紧钻杆；同时，控制油K1通过单向阀7、行程控制阀8推动液控换向阀Ⅱ9换向，钻杆推送油缸泄压油路K2通过背压阀10回油，保证机械手手爪13可以以较低背压抓取钻杆。

当夹紧钻杆压力达到顺序阀Ⅰ4.1设定值时，顺序阀Ⅰ4.1开启，机械手平移油缸6伸出，机械手将抓取的钻杆推送至钻机进行拧钻杆操作。

液控换向阀Ⅰ2保证整个过程中，机械手始终可靠夹紧钻杆。机械手夹紧钻杆与机械手伸出两个动作的时间间隔通过顺序阀Ⅰ4.1的预设值进行调整。

S3：钻机完成拧紧钻杆动作后，操作手动换向阀Ⅰ1至右位，机械手夹持油缸3缩回，机械手手爪13松开钻杆。

当松开钻杆压力达到顺序阀Ⅱ4.2设定值时，顺序阀Ⅱ4.2开启，机械手平移油缸6缩回；当机械手平移油缸6完全缩回时，行程控制阀8在滑块的推动下换向，液控换向阀Ⅱ9控制油通过行程控制阀8泄压，钻杆推送油缸泄压油路K2断开，钻杆箱14内下一根钻杆在钻杆推送油缸11的作用力下以系统压力推送至机械手手爪13夹持位置。

机械手松开钻杆与机械手缩回两个动作的时间间隔通过顺序阀Ⅱ4.2的预设值进行调整。

往复循环，直至将钻杆箱14内钻杆加接完毕。

S4：钻杆箱14内钻杆加接完后，操作手动换向阀Ⅱ12至右位，钻杆推送油缸11缩回，再次放入钻杆进行下一个工作循环。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，其特征在于，该煤矿钻机机械手控制系统包括机械手夹持/平移系统和钻杆推送系统；所述械手夹持/平移系统包括手动换向阀Ⅰ、与所述手动换向阀Ⅰ连接的液控换向阀Ⅰ、与所述液控换向阀Ⅰ连接的机械手夹持油缸、分别与所述手动换向阀Ⅰ连接的顺序阀Ⅰ和顺序阀Ⅱ、与所述顺序阀Ⅰ和顺序阀Ⅱ连接的液压锁及与液压锁连接的机械手平移油缸；所述钻杆推送系统包括单向阀、通过控制油路K1依次与所述单向阀连接的行程控制阀、液控换向阀Ⅱ、与所述液控换向阀Ⅱ两端分别通过泄压油路K2连接的背压阀、钻杆推送油缸以及与钻杆推送油缸连接的手动换向阀Ⅱ；

该煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：将钻杆依次装入钻杆箱，操作所述手动换向阀Ⅱ至左位，所述钻杆推送油缸伸出将钻杆以系统压力推送至机械手手爪夹持位置；

S2：操作所述手动换向阀Ⅰ至左位，机械手夹持油缸伸出，机械手手爪夹紧钻杆；同时，所述控制油路K1通过单向阀、行程控制阀推动液控换向阀Ⅱ换向，钻杆推送油缸泄压油路K2通过背压阀回油，保证机械手手爪以较低背压抓取钻杆；

S3：钻机完成拧紧钻杆动作后，操作所述手动换向阀Ⅰ至右位，机械手夹持油缸缩回，机械手手爪松开钻杆；松开钻杆压力达到顺序阀Ⅱ设定值时，顺序阀Ⅱ开启，机械手平移油缸缩回；当机械手平移油缸缩回时，行程控制阀在滑块的推动下换向，液控换向阀Ⅱ的控制油通过行程控制阀泄压，钻杆推送油缸泄压油路K2断开，钻杆箱内下一根钻杆在推送油缸的作用力下以系统压力推送至机械手手爪夹持位置；

S4：钻杆箱内钻杆加接完后，操作所述手动换向阀Ⅱ至右位，钻杆推送油缸缩回，再次放入钻杆进行下一个工作循环。

2.如权利要求1所述的煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中钻杆依次加接过程中手动换向阀Ⅱ始终工作在左位。

3.如权利要求1所述的煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中夹紧钻杆压力达到顺序阀Ⅰ设定值时，顺序阀Ⅰ开启，机械手平移油缸伸出，机械手将抓取的钻杆推送至钻机进行拧钻杆操作。

4.如权利要求1所述的煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中机械手夹紧钻杆与机械手伸出两个动作的时间间隔通过顺序阀Ⅰ的预设值进行调整。

5.如权利要求1所述的煤矿钻机机械手控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中机械手松开钻杆与机械手缩回两个动作的时间间隔通过顺序阀Ⅱ的预设值进行调整。