CN105239938A - 矿用坑道钻机自动换杆装置 - Google Patents

Abstract

一种矿用坑道钻机自动换杆装置，包括回转式钻杆仓、钻机车体连接装置和机械手装置，所述钻机车体连接装置的两侧分别铰接于大臂的下端，所述回转式钻杆仓包括中心轴、钻杆夹组件和转仓机构，所述中心轴的两侧分别固定有钻杆夹组件，所述转仓机构设置于回转式钻杆仓以实现其有序间隔回转；所述机械手装置包含一级机械臂和二级机械臂，所述一级机械臂为两个且分别铰接串联至两侧大臂的末端，所述二级机械臂位于两一级机械臂的中间位置以实现钻杆的夹持；由此，本发明采用转轮式杆仓，利用机械手抓取钻杆进行换杆作业，钻杆仓的容量大，无需多次替换，工作效率高，换杆装置安装在钻机主机机身上，可以随机身进行变幅调角，运输方便。

Description

矿用坑道钻机自动换杆装置

技术领域

本发明涉及矿用坑道钻机的技术领域，尤其涉及一种矿用坑道钻机自动换杆装置。

背景技术

煤矿坑道钻机工作环境恶劣狭小，在钻进工作中，进行换杆操作时需要人工搬运钻杆，所需人工工作量多，工作强度大，效率低下并且存在很大的安全隐患。井下钻进施工往往需要钻机进行大幅度调角变幅，目前国内虽然存在钻机用换杆装置，但是均不能满足大角度变幅调角施工，给钻进施工造成不便。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种矿用坑道钻机自动换杆装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用坑道钻机自动换杆装置，能针对现有工况及钻机结构特点，够方便集成在钻机机身并能够自动化换杆，达到节约人力，提高效率和安全性的目的。

为实现上述目的，本发明公开了一种矿用坑道钻机自动换杆装置，包括回转式钻杆仓、钻机车体连接装置和机械手装置，其特征在于：

所述钻机车体连接装置的两侧分别铰接于大臂的下端，所述大臂的上端铰接至回转式钻杆仓，所述钻机车体连接装置的两侧还设有大臂油缸，所述大臂油缸的伸缩杆连接于大臂以实现大臂带动回转式钻杆仓的工作展开和运输回收动作；

所述回转式钻杆仓包括中心轴、钻杆夹组件和转仓机构，所述中心轴的两侧分别固定有钻杆夹组件，所述转仓机构设置于回转式钻杆仓以实现其有序间隔回转；

所述机械手装置包含一级机械臂和二级机械臂，所述一级机械臂为两个且分别铰接串联至两侧大臂的末端，两一级机械臂的末端之间设有连接杆，所述二级机械臂位于连接杆的中间位置，所述二级机械臂实现钻杆的夹持。

其中：所述钻杆夹组件包含固定环和多个钻杆夹，所述固定环的周缘等距间隔设有多个凹槽，所述钻杆夹一一对应固定于凹槽内，且两侧的钻杆夹组件相互对应以对待更换的钻杆进行夹持。

其中：在钻杆夹组件外侧还可依次设有扶正盘和限位盘，所述限位盘的外侧还安装有至少一个吊装环，便于杆仓整体吊装更换。

其中：所述钻杆夹由弹簧钢片制成，其包含固定于凹槽内的固定部和从固定部两侧向外延伸的夹持边组成，所述夹持边从内至外设置两层夹持凸缘，从而每个钻杆夹可从内至外夹持两根钻杆的端部。

其中：各大臂上分别设有一级机械臂油缸，所述一级机械臂油缸的伸缩杆连接于一级机械臂，以实现一级机械臂相对大臂的控制转动，各一级机械臂上设有二级机械臂油缸，所述二级机械臂油缸的伸缩杆通过一旋转杆连接至连接杆，从而实现连接杆相对一级机械臂的控制转动，进而实现二级机械臂的位置控制。

其中：所述二级机械臂包括二级机械臂转柄、二级机械臂结构板、保护板、机械手油缸、滑块、长指连杆、长指、短指连杆和短指，所述二级机械臂结构板固定在二级机械臂转柄上并随之摆动，所述机械手油缸固定于二级机械臂结构板，其伸缩杆与滑块相连，所述滑块在二级机械臂结构板的滑动槽中按照预定轨迹运动，所述滑块的另一端同时连接长指连杆和短指连杆的一端，所述长指连杆和短指连杆的另一端分别与长指和短指相连，所述长指较短指长且位于外侧，同时长指和短指的中间旋转轴固定在二级机械臂结构板上。

通过上述结构可知，本发明的矿用坑道钻机自动换杆装置具有如下效果：

1、采用转轮式杆仓，利用机械手抓取钻杆进行换杆作业，钻杆的容量大，无需多次替换；

2、整个换杆装置安装在钻机主机机身上，可以随机身进行变幅调角，提高了更换效率；

3、采用了钻杆夹等特别的设置，既节约成本，又确保夹持稳定钻机换杆装置；

4、自动化程度高，适应范围更广。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的矿用坑道钻机自动换杆装置的结构示意图。

图2显示了本发明的安装示意图。

图3显示了本发明的杆仓结构图。

图4显示了本发明的机械手结构图。

图5显示了本发明的机械手装置的工作位置示意图。

附图标记：

11、回转式钻杆仓；12、转仓机构；13、钻机车体连接装置；14、大臂；15、一级机械臂；16、二级机械臂；17、大臂油缸；18、一级机械臂油缸；19、二级机械臂油缸；110、第一接近开关；21、主机机身；22、自动换杆装置；23、变幅机构；24、第二接近开关；25、第三接近开关；31、钻杆夹；32、扶正盘；33、限位盘；34、中心轴；35、吊装环；36、整体吊装导向块；37、离合器；38、限位油缸；39、转仓油缸；41、二级机械臂转柄；42、二级机械臂结构板；43、保护板；44、机械手油缸；45、滑块；46、长指连杆；47、长指；48、短指连杆；49、短指；51、机械手待机位置；52、机械手过渡位置；53、钻进中心位置；54、外层钻杆位置；55、内层钻杆位置。

具体实施方式

参见图1和2，显示了本发明的矿用坑道钻机自动换杆装置。

所述矿用坑道钻机自动换杆装置包括回转式钻杆仓11、钻机车体连接装置13和机械手装置，所述回转式钻杆仓11通过钻机车体连接装置13连接至钻机的主机机身21上，且矿用坑道钻机自动换杆装置可随主机机身21下面的变幅机构22进行调角变幅，从而实现任意施工状态下的自动换杆。

其中，所述钻机车体连接装置13的两侧分别铰接于大臂14的下端，所述大臂14的上端铰接至回转式钻杆仓11，所述钻机车体连接装置13的两侧还设有大臂油缸17，所述大臂油缸17的伸缩杆连接于大臂，以实现大臂14带动回转式钻杆仓11的工作展开和运输回收动作。

参见图3，所述回转式钻杆仓11包括中心轴34和钻杆夹组件，所述中心轴34的两侧分别固定有钻杆夹组件，所述钻杆夹组件包含固定环和多个钻杆夹31，所述固定环的周缘等距间隔设有多个凹槽，所述钻杆夹31一一对应固定于凹槽内，且两侧的钻杆夹组件相互对应以对待更换的钻杆进行夹持，在钻杆夹组件外侧还可依次设有扶正盘32和限位盘33，所述限位盘33的外侧还可安装有至少一个吊装环35，便于杆仓整体吊装更换。所述中心轴34的两端还可固定有整体吊装导向块36，以便于安装杆仓。钻杆仓可以整体拆卸，当现有钻杆仓内没有钻杆时，可以整体替换一套新的钻杆仓。另外，在钻杆仓外端，操作人员也可以手动进行钻杆补充，从而保证钻杆仓保持钻杆充足。

其中，所述钻杆夹31可由弹簧钢片制成，其包含固定于凹槽内的固定部和从固定部两侧向外延伸的夹持边组成，所述夹持边从内至外设置两层夹持凸缘，从而每个钻杆夹可从内至外夹持两根钻杆的端部，因此，这种夹持片不仅结构简单，制作方便，还利用本身的弹性更好的进行卡合固定，有效提高了夹持效果和夹持容量。

为实现回转式钻杆仓11的有序间隔回转，还包含有转仓机构12，所述转仓机构12包括超越离合器37，限位油缸38和转仓油缸39，所述超越离合器37连接在中心轴34上，转仓油缸39通过伸缩带动超越离合器37转动，实现回转式钻杆仓11绕自身中心轴34旋转至下一个杆位，准备下一次换杆，限位油缸39同时顶出，插入限位盘33的限位孔中，实现回转闭锁。在其中一实施例中，所述转仓油缸带动超越离合器转动，中心轴与超越离合器连接，同步进行转动，到达一定角度后，超越离合器内部的棘轮棘爪机构实现自身限位，从而带动中心轴也停止转动，同时限位油缸插入限位盘的限位孔内，将整个钻杆仓闭锁。

除此之外，所述转仓机构12还可为旋转电机及传动机构的组合，只要能实现回转式钻杆仓11的间隔转动即可。

所述机械手装置包含一级机械臂15和二级机械臂16，所述一级机械臂15为两个且分别铰接串联至两侧大臂14的末端，两一级机械臂15的末端之间设有连接杆，所述二级机械臂16位于连接杆的中间位置，各大臂14上分别设有一级机械臂油缸18，所述一级机械臂油缸18的伸缩杆连接于一级机械臂15，以实现一级机械臂15相对大臂14的控制转动，各一级机械臂15上设有二级机械臂油缸19，所述二级机械臂油缸19的伸缩杆通过一旋转杆连接至连接杆，从而实现连接杆相对一级机械臂15的控制转动，进而实现二级机械臂16的位置控制，所述二级机械臂16实现钻杆的夹持，以从回转式钻杆仓11或从主机机身内夹出钻杆。

参见图4，显示了所述二级机械臂16的其中一个实施例，其包括二级机械臂转柄41、二级机械臂结构板42、保护板43、机械手油缸44、滑块45、长指连杆46、长指47、短指连杆48和短指49，所述二级机械臂转柄41套接于所述连接杆，两者也可一体设置，所述二级机械臂结构板42固定在二级机械臂转柄41上并随之摆动，所述机械手油缸44固定于二级机械臂结构板42，其伸缩杆与滑块45相连，所述滑块45在二级机械臂结构板42的滑动槽中按照预定轨迹运动，所述滑块45的另一端同时连接长指连杆46和短指连杆48的一端，所述长指连杆46和短指连杆48的另一端分别与长指47和短指49相连，所述长指47较短指49长且位于外侧，同时长指47和短指49的中间旋转轴固定在二级机械臂结构板42上。机械手油缸44的伸缩带动滑块45与连杆46、48运动，从而实现长指47和短指49的夹紧与松开，这种长短指的设置，既实现了钻杆的有效夹持，还实现同步操作，避免钻杆的脱落。所述保护板43安装在二级机械臂结构板42上部，可实现保护二级机械臂16的功能。

参见图5，机械手的工作位置有如下几个位置：机械手待机位置51、机械手过渡位置52、钻进中心位置53、外层钻杆位置54、内层钻杆位置55。

其中，所述回转式钻杆仓11内还设有第一接近开关110，所述第一接近开关110的位置靠近于钻杆夹31的外层夹持钻杆的位置，从而对钻杆夹31的外层是否具有钻杆进行检测。

所述的矿用坑道钻机自动换杆装置在进行上杆作业时，机械手指从回转式钻杆仓内将钻杆夹出，在进行夹持时，通过第一接近开关110可以识别回转式钻杆仓外层杆位是否有钻杆，如果有钻杆，则机械手夹持外层钻杆，反之机械手直接深入回转式钻杆仓内层夹持内层钻杆。同理，进行卸杆作业时，机械手也通过第一接近开关110识别结果来判断钻杆应该放在钻杆仓内层还是外层。钻机在进行工作过程中，通过第二接近开关24和第三接近开关25可以检测主机机身上动力头的位置，当动力头与机械手的位置发生冲突时，遥控器显示屏会提示“换杆机构未准备好”，此时机械手油路闭锁，不能进行操作，防止碰撞事故发生。当动力头运动到合适位置时，遥控器显示屏会提示“换杆机构已准备好”，此时机械手可以进行正常操作。

所述的矿用坑道钻机自动换杆装置还包含控制系统，所述控制系统可包括控制器、防爆电控液压阀、遥控器、磁致位置传感器及接近开关，所述控制器可以按照嵌入式程序控制防爆电控液压阀进行动作，同时也要采集磁致传感器和位置传感器信息，并进行信息融合，实现闭环控制和自锁保护。遥控器为主要操作部件，以有线方式控制，遥控器的控制信息通过CAN总线与控制器进行双向通信，相互交换控制信息和状态信息。遥控器可以显示换杆装置的工作状态、加杆数量以及故障报警信息。

所述遥控器上具有手动和自动两种操作方法，自动操作可以一键控制上杆或卸杆工序；手动操作可以单独控制装置中的某一个单独油缸动作，从而使相应的部件单独运动。

由此可见，本发明的优点在于：

1、采用转轮式杆仓，利用机械手抓取钻杆进行换杆作业，钻杆的容量大，无需多次替换；

2、整个换杆装置安装在钻机主机机身上，可以随机身进行变幅调角，提高了更换效率；

3、采用了钻杆夹等特别的设置，既节约成本，又确保夹持稳定钻机换杆装置；

4、自动化程度高，适应范围更广。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种矿用坑道钻机自动换杆装置，包括回转式钻杆仓、钻机车体连接装置和机械手装置，其特征在于：

所述钻机车体连接装置的两侧分别铰接于大臂的下端，所述大臂的上端铰接至回转式钻杆仓，所述钻机车体连接装置的两侧还设有大臂油缸，所述大臂油缸的伸缩杆连接于大臂以实现大臂带动回转式钻杆仓的工作展开和运输回收动作；

所述回转式钻杆仓包括中心轴、钻杆夹组件和转仓机构，所述中心轴的两侧分别固定有钻杆夹组件，所述转仓机构设置于回转式钻杆仓以实现其有序间隔回转；

所述机械手装置包含一级机械臂和二级机械臂，所述一级机械臂为两个且分别铰接串联至两侧大臂的末端，两一级机械臂的末端之间设有连接杆，所述二级机械臂位于连接杆的中间位置，所述二级机械臂实现钻杆的夹持。

2.如权利要求1所述的矿用坑道钻机自动换杆装置，其特征在于：所述钻杆夹组件包含固定环和多个钻杆夹，所述固定环的周缘等距间隔设有多个凹槽，所述钻杆夹一一对应固定于凹槽内，且两侧的钻杆夹组件相互对应以对待更换的钻杆进行夹持。

3.如权利要求2所述的矿用坑道钻机自动换杆装置，其特征在于：在钻杆夹组件外侧还可依次设有扶正盘和限位盘，所述限位盘的外侧还安装有至少两个吊装环，便于杆仓整体吊装更换。

4.如权利要求2所述的矿用坑道钻机自动换杆装置，其特征在于：所述钻杆夹由弹簧钢片制成，其包含固定于凹槽内的固定部和从固定部两侧向外延伸的夹持边组成，所述夹持边从内至外设置两层夹持凸缘，从而每个钻杆夹可从内至外夹持两根钻杆的端部。

5.如权利要求1所述的矿用坑道钻机自动换杆装置，其特征在于：各大臂上分别设有一级机械臂油缸，所述一级机械臂油缸的伸缩杆连接于一级机械臂，以实现一级机械臂相对大臂的控制转动，各一级机械臂上设有二级机械臂油缸，所述二级机械臂油缸的伸缩杆通过一旋转杆连接至连接杆，从而实现连接杆相对一级机械臂的控制转动，进而实现二级机械臂的位置控制。

6.如权利要求1所述的矿用坑道钻机自动换杆装置，其特征在于：所述二级机械臂包括二级机械臂转柄、二级机械臂结构板、保护板、机械手油缸、滑块、长指连杆、长指、短指连杆和短指，所述二级机械臂结构板固定在二级机械臂转柄上并随之摆动，所述机械手油缸固定于二级机械臂结构板，其伸缩杆与滑块相连，所述滑块在二级机械臂结构板的滑动槽中按照预定轨迹运动，所述滑块的另一端同时连接长指连杆和短指连杆的一端，所述长指连杆和短指连杆的另一端分别与长指和短指相连，所述长指较短指长且位于外侧，同时长指和短指的中间旋转轴固定在二级机械臂结构板上。