CN119083929A - 一种煤岩探测钻孔取芯装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤岩探测钻孔取芯装置和方法，装置包括：并排连通设置的箱体和储杆室，所述箱体内设置有钻进装置和夹持装置，所述储杆室内设置有取杆装置和储杆装置，所述箱体底部设置有便于钻进装置通过的孔洞；方法包括：根据输入的钻头规格要求，利用取杆装置夹取钻头；将钻头输送到箱体中，利用夹持装置夹紧，并与钻进装置中的第一电机输出轴上的杆套连接；在第一电机作用下钻头进行旋转，通过轨道装置上下移动带动钻头钻进进给；当需要钻深度孔，再次利用取杆装置夹取钻杆，将钻头从杆套中卸下，将钻杆一端连接在杆套上，另一端和钻头连接；钻孔作业结束，取下钻杆和钻头。本发明替代人工更换钻头和钻杆动作，提高了工作效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤岩探测钻孔取芯装置和方法，属于机械技术领域。
背景技术
煤岩钻孔取芯是从煤岩通过钻孔取出岩体试样的设备，通过岩样分析出岩体性质。在实际煤岩钻孔取芯过程中，由于受到煤矿巷道空间局限，钻孔取芯结构庞大，无法实现煤岩工作面的钻孔探测要求，同时岩体试样输送和设备维修也有很大困难。现有技术中钻孔取芯设备通常采用的是人工手动下压钻进取芯操作，下压的力度和钻进速度因操作人员技术水平不同而变化，同时也影响钻进设备对煤岩应力的影响，最终导致对所取的煤岩试样性能变化。所以，传统设备对操作人员要求较高。同时，传统的钻孔取芯设备中，钻头部分采用钻头和钻杆一体式结构，当钻头磨损失效后，连钻杆部分一起失效，造成材料浪费，更换钻头还是采用人工手动操作，存在安全系数低、操作人员技术高、效率低等诸多缺点。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提出了一种煤岩探测钻孔取芯装置和方法，通过利用伺服电机驱动滑块机构实现钻进装置作上下往复直线运动，通过调节钻进装置的旋转和移动速度以满足岩体的硬度、强度的变化，从而避免因载荷不均造成压力陡增导致钻头磨损较快甚至钻杆崩断的情况，提高了工作效率和安全性。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种煤岩探测钻孔取芯装置，包括并排连通设置的箱体1和储杆室6，所述箱体1内设置有钻进装置2和夹持装置3，所述储杆室6内设置有取杆装置4和储杆装置5，所述箱体1底部设置有便于钻进装置2通过的孔洞；所述钻进装置2包括液压杆27和液压缸体28，所述液压缸体28的底端设置有缸座29，所述缸座29的两侧设置有轨道装置，所述轨道装置包括导轨座24，所述导轨座24上安装有导轨26，所述导轨26连接有滑块25，所述液压杆27和滑块25连接，所述滑块25连接有第一连接板211，所述第一连接板211上面设置有第一电机210，所述第一电机210的输出轴穿过第一连接板211，且输出轴上设置有联轴器212，所述联轴器212连接有杆套213，所述第一连接板211下面设置有抓手214；所述夹持装置3包括夹持部32、气缸杆34、气缸套35以及第二电机36，所述夹持部32连接有第二连接板31，所述第二连接板31的底座固定在箱体1上，所述第二连接板31的侧面伸出端与所述导轨座24连接，所述第二电机36连接有支撑板33，所述支撑板33设置在第二连接板31上，所述气缸杆34和气缸套35固定在支撑板33上；所述取杆装置4包括夹爪41，所述夹爪41的一端通过腕部43连接有机械臂，另一端连接有取杆端42，替代人工更换钻头和钻杆动作，提高了工作效率和安全性。
进一步地，所述储杆装置5设置在储杆室6的侧面，包括钻杆夹持套53，所述钻杆夹持套53内分别设置有拆卸连接的钻头51和钻杆52，以提高材料利用率。
进一步地，所述导轨座24上还设置有限位块215，以保证钻进装置2做上下往复直线运动的限位和行程要求。
进一步地，所述导轨座24的上端连接有固定板23，所述固定板23上设置有橡胶套21和缓冲块22，橡胶套21和缓冲块22配合使用，起到防撞以减小钻孔冲击带来的振动。
进一步地，所述橡胶套21、缓冲块22以及限位块215均呈左右对称设置。
进一步地，所述夹持部32包括固定架328以及左右对称设置的中间板321、夹持板322、夹持轮323、第一杆件324、U型板325、夹持座326、第二杆件327，所述夹持轮323设置在夹持板322内，所述夹持板322通过第一杆件324和中间板321、U型板325连接，所述中间板321通过第二杆件327与夹持座326连接，所述U型板325与夹持座326连接，所述固定架328固定在夹持座326上。
进一步地，所述夹持部32的数量设置有两组，且上下平行设置，抓取钻杆更加牢固。
进一步地，所述钻头51和钻杆52均采用不锈钢材料，能够延长使用寿命。
本发明还提出了一种应用于煤岩探测钻孔取芯装置的使用方法，所述该方法包括如下步骤：
步骤1：根据输入的钻头51规格要求，利用取杆装置4夹取钻头51；
步骤2：将钻头51输送到箱体1中，利用夹持装置3夹紧，并与钻进装置2中的第一电机210输出轴上的杆套213连接；
步骤3：在第一电机210作用下钻头51进行旋转，利用轨道装置上下移动带动钻头51钻进进给，进行钻孔作业；
步骤4：当需要钻深度孔，再次利用取杆装置4夹取钻杆52，将钻头51从杆套213中卸下，将钻杆52一端连接在杆套213上，另一端和钻头51连接，进行深孔钻；
步骤5：钻孔作业结束，取下钻杆52和钻头51。
有益效果：
1、本发明通过利用伺服电机驱动滑块机构实现钻进装置作上下往复直线运动。通过调节钻进装置的旋转和移动速度以满足岩体的硬度、强度的变化，从而避免因载荷不均造成压力陡增导致钻头磨损较快甚至钻杆崩断的情况。
2、本发明中钻头和钻杆采用分体式结构，钻头一端设计成螺旋状形式，便于在钻进过程中，利用钻头的正反转实现取芯设备的钻进和取芯过程，钻头另一端设计成螺纹状，钻杆两端设计成螺纹状，一端与钻头连接，一端与钻进装置中电机输出位置上的套筒连接，便于更换。
3、本发明通过在储杆室内，安装一个小型的机械臂，利用机械臂的旋转、夹紧、输送等一系列动作完成钻头和钻杆的安装和更换等，替代人工更换钻头和钻杆动作，提高了工作效率和安全性。
附图说明
图1为本发明一种煤岩探测钻孔取芯装置整体结构示意图。
标识说明：1-箱体；2-钻进装置；3-夹持装置；4-取杆装置；5-储杆装置；6-储杆室。
图2为本发明钻进装置结构示意图。
标识说明：21-橡胶套；22-缓冲块；23-固定板；24-导轨座；25-滑块；26-导轨；27-液压杆；28-液压缸体；29-缸座；210-第一电机；211-第一连接板；212-联轴器；213-杆套；214-抓手；215-限位块。
图3为本发明钻进装置局部结构放大图。
标识说明：216-连接件。
图4为本发明夹持装置结构示意图。
标识说明：31-第二连接板；32-夹持部；33-支撑板；34-气缸杆；35-气缸套；36-第二电机。
图5为本发明夹持部结构示意图。
标识说明：321-中间板；322-夹持板；323-夹持轮；324-第一杆件；325-U型板；326-夹持座；327-第二杆件；328-固定架。
图6为本发明取杆装置结构示意图。
标识说明：41-夹爪；42-取杆端；43-腕部；44-上臂；45-下臂；46-旋转座；47-固定座。
图7为本发明储杆室结构示意图。
标识说明：51-钻头；52-钻杆；53-钻杆夹持套。
图8为本发明一种煤岩探测钻孔取芯装置工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造做进一步地详细说明。
如图1所示，本发明提出了一种煤岩探测钻孔取芯装置，该装置包括箱体1和储杆室6，箱体1和储杆室6并排连通设置，其中，箱体1内设置有钻进装置2和夹持装置3，储杆室6内设置有取杆装置4和储杆装置5，箱体1底部设置有便于钻进装置2通过的孔洞。
如图2所示，钻进装置2包括液压杆27和液压缸体28，液压缸体28的底端设置有缸座29，缸座29的两侧设置有轨道装置，轨道装置包括导轨座24，导轨座24的上下两端分别与固定板23和箱体1连接，导轨座24上安装有导轨26，导轨26连接有滑块25，如图3所示，滑块25中间设置有连接件216，连接件216底部与液压杆27连接，滑块25连接有第一连接板211，第一连接板211上面设置有第一电机210，第一电机210的输出轴穿过第一连接板211，且输出轴上设置有联轴器212，联轴器212连接有杆套213，第一连接板211下面设置有抓手214，实际操作时，抓手214用于夹紧钻杆和钻头，钻头上设置有切割齿，在第一电机210的驱动下，当钻进装置2向下运动时，完成钻孔动作，向上运动时，完成取芯工作，导轨座24上还设置有限位块215，固定板23上设置有橡胶套21和缓冲块22，橡胶套21和缓冲块22配合使用，起到防撞以减小钻孔冲击带来的振动，其中，橡胶套21、缓冲块22以及限位块215均呈左右对称设置，以保证钻进装置2做上下往复直线运动的限位和行程要求。
如图4所示，夹持装置3包括夹持部32、气缸杆34、气缸套35以及第二电机36，夹持部32连接有第二连接板31，第二连接板31的底座固定在箱体1上，用于支撑整个夹持装置3，第二连接板31的侧面伸出端与导轨座24连接，第二电机36连接有支撑板33，支撑板33设置在第二连接板31上，气缸杆34和气缸套35固定在支撑板33上，通过产生向前推力，将前方夹持部32推出，便于更换钻杆52，本实施例中，夹持部32的数量设置有两组，且上下平行设置，夹持部32在第二电机36的驱动下，实现夹紧和松开动作，完成钻头51和钻杆52的更换，如图5所示，夹持部32包括固定架328以及左右对称设置的中间板321、夹持板322、夹持轮323、第一杆件324、U型板325、夹持座326、第二杆件327，夹持轮323设置在夹持板322内，夹持板322通过第一杆件324和中间板321、U型板325连接，中间板321通过第二杆件327与夹持座326连接，U型板325与夹持座326连接，固定架328固定在夹持座326上，用于固定连接左右两块夹持座326，以形成一个完整的夹持部32。
如图6所示，取杆装置4包括机械臂、夹爪41以及取杆端42，机械臂包括固定座47，固定座47的底端固定在储杆室6底部上，固定座47的上端固定有旋转座46，旋转座46连接有下臂45，下臂45连接有上臂44，上臂44通过腕部43与夹爪41末端连接，夹爪41另一端连接有取杆端42，取杆端42用于完成钻头51和钻杆52的夹持动作，腕部43用于调节钻头和钻杆更换时的摆正，便于安装；上臂44和下臂45用于完成钻头51和钻杆52的输送，利用机械臂的旋转、夹紧、输送等一系列动作完成钻头51和钻杆52的安装和更换等，替代人工更换钻头51和钻杆52动作，提高工作效率和安全性。
如图7所示，储杆装置5设置在储杆室6的侧面，包括钻杆夹持套53，钻杆夹持套53内分别设置有拆卸连接的钻头51和钻杆52，钻头51一端设置成锯齿形，便于在钻进过程中，利用钻头的正反转实现取芯设备的钻进和取芯过程，另一端设置有旋转螺纹，便于更换，钻杆52的两端均设置有旋转螺纹，一端与钻头连接，一端与钻进装置2中电机输出轴上的杆套213连接，以提高材料利用率，钻头51和钻杆52均采用不锈钢材料制成，能够延长使用寿命。
如图8所示，本发明还提出了一种应用于煤岩探测钻孔取芯装置的使用方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：根据输入的钻头51规格要求，利用取杆装置4夹取钻头51；
步骤2：将钻头51输送到箱体1中，利用夹持装置3夹紧，并与钻进装置2中的第一电机210输出轴上的杆套213连接；
步骤3：在第一电机210作用下钻头51进行旋转，利用轨道装置上下移动带动钻头51钻进进给，进行钻孔作业；
步骤4：当需要钻深度孔，再次利用取杆装置4夹取钻杆52，将钻头51从杆套213中卸下，将钻杆52一端连接在杆套213上，另一端和钻头51连接，进行深孔钻；
步骤5：钻孔作业结束，取下钻杆52和钻头51。
以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，包括并排连通设置的箱体(1)和储杆室(6)，所述箱体(1)内设置有钻进装置(2)和夹持装置(3)，所述储杆室(6)内设置有取杆装置(4)和储杆装置(5)，所述箱体(1)底部设置有便于钻进装置(2)通过的孔洞；
所述钻进装置(2)包括液压杆(27)和液压缸体(28)，所述液压缸体(28)的底端设置有缸座(29)，所述缸座(29)的两侧设置有轨道装置，所述轨道装置包括导轨座(24)，所述导轨座(24)上安装有导轨(26)，所述导轨(26)连接有滑块(25)，所述液压杆(27)和滑块(25)连接，所述滑块(25)连接有第一连接板(211)，所述第一连接板(211)上面设置有第一电机(210)，所述第一电机(210)的输出轴穿过第一连接板(211)，且输出轴上设置有联轴器(212)，所述联轴器(212)连接有杆套(213)，所述第一连接板(211)下面设置有抓手(214)；
所述夹持装置(3)包括夹持部(32)、气缸杆(34)、气缸套(35)以及第二电机(36)，所述夹持部(32)连接有第二连接板(31)，所述第二连接板(31)的底座固定在箱体(1)上，所述第二连接板(31)的侧面伸出端与所述导轨座(24)连接，所述第二电机(36)连接有支撑板(33)，所述支撑板(33)设置在第二连接板(31)上，所述气缸杆(34)和气缸套(35)固定在支撑板(33)上；
所述取杆装置(4)包括夹爪(41)，所述夹爪(41)的一端通过腕部(43)连接有机械臂，另一端连接有取杆端(42)。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述储杆装置(5)设置在储杆室(6)的侧面，包括钻杆夹持套(53)，所述钻杆夹持套(53)内分别设置有拆卸连接的钻头(51)和钻杆(52)。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述导轨座(24)上还设置有限位块(215)。
4.根据权利要求3所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述导轨座(24)的上端连接有固定板(23)，所述固定板(23)上设置有橡胶套(21)和缓冲块(22)。
5.根据权利要求4所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述橡胶套(21)、缓冲块(22)以及限位块(215)均呈左右对称设置。
6.根据权利要求1所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述夹持部(32)包括固定架(328)以及左右对称设置的中间板(321)、夹持板(322)、夹持轮(323)、第一杆件(324)、U型板(325)、夹持座(326)、第二杆件(327)，所述夹持轮(323)设置在夹持板(322)内，所述夹持板(322)通过第一杆件(324)和中间板(321)、U型板(325)连接，所述中间板(321)通过第二杆件(327)与夹持座(326)连接，所述U型板(325)与夹持座(326)连接，所述固定架(328)固定在夹持座(326)上。
7.根据权利要求1所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述夹持部(32)的数量设置有两组，且上下平行设置。
8.根据权利要求2所述的一种煤岩探测钻孔取芯装置，其特征在于，所述钻头(51)和钻杆(52)均采用不锈钢材料。
9.一种应用于煤岩探测钻孔取芯装置的使用方法，其特征在于，所述该方法包括如下步骤：
步骤1：根据输入的钻头(51)规格要求，利用取杆装置(4)夹取钻头(51)；
步骤2：将钻头(51)输送到箱体(1)中，利用夹持装置(3)夹紧，并与钻进装置(2)中的第一电机(210)输出轴上的杆套(213)连接；
步骤3：在第一电机(210)作用下钻头(51)进行旋转，通过轨道装置上下移动带动钻头(51)钻进进给，进行钻孔作业；
步骤4：当需要钻深度孔，再次利用取杆装置(4)夹取钻杆(52)，将钻头(51)从杆套(213)中卸下，将钻杆(52)一端连接在杆套(213)上，另一端和钻头(51)连接，进行深孔钻；
步骤5：钻孔作业结束，取下钻杆(52)和钻头(51)。
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2024
- 2024-08-02 CN CN202411054462.1A patent/CN119083929A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119466612A (zh) * | 2025-01-16 | 2025-02-18 | 国家深海基地管理中心 | 深海载人潜水器电磁锁紧钻头更换机构、钻机及作业方法 |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |