CN105625941B - 具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机 - Google Patents
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Abstract
一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机，该钻机至少包括主机、机架、防爆控制柜、自动换杆组件、前履带车体和后履带车体，该后履带车体设置在前履带车体的后方，两者之间可拆卸的进行连接，所述机架和防爆控制柜设置于前履带车体上，所述自动换杆组件设置于后履带车体上，所述主机设置于机架中间；所述自动换杆组件包含机械手、钻杆箱和导轨组件，所述钻杆箱和导轨组件设置于后履带车体上，所述机械手设置于导轨组件上，本发明通过前后履带车体布局，解决了煤矿井下一定钻孔深度内自动上卸钻杆的技术难题，满足不同孔深施工需要，扩展了钻机的自动化功能，降低了工人的劳动强度，提高了钻孔施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及钻探装备的技术领域，尤其涉及一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机。
背景技术
目前，煤矿用坑道钻机主要用于瓦斯抽采、探放水以及顶底板注浆等钻孔施工，分为履带自行式和常规分体式等结构类型，均采用全液压动力头驱动形式。钻孔施工过程中需通过频繁上、卸钻杆，完成钻孔施工、处理卡埋钻事故或成孔后提钻等操作，常以夹持器与动力头中间加杆或动力头后方加杆方式为主。此类上、卸钻杆方式均为手动进行，需要配备专人操作，工人劳动强度大，存在一定安全隐患。
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，研究设计出一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机，其结构布局紧凑，功能完善实用，操作方便，提高效率。
为实现上述目的，本发明公开了一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机，该钻机至少包括主机、机架、防爆控制柜、自动换杆组件、前履带车体和后履带车体，其特征在于：
该后履带车体设置在前履带车体的后方，两者之间可拆卸的进行连接，所述机架和防爆控制柜设置于前履带车体上，所述自动换杆组件设置于后履带车体上，所述主机设置于机架中间；
所述自动换杆组件包含机械手、钻杆箱和导轨组件，所述钻杆箱和导轨组件设置于后履带车体上，所述机械手设置于导轨组件上。
其中：该导轨组件至少包含液压马达、回转支承、立柱、导轨连接托板、导轨支撑架和齿条导轨，所述立柱为四个并呈矩形对称布局连接于后履带车体上，四个立柱的顶端两两一组的分别固定在两个导轨支撑架的内侧，所述齿条导轨布置在一侧的导轨支撑架上，所述导轨连接托板可滑动的设置于两个导轨支撑架上，且在齿条导轨的相同侧设置有液压马达和回转支承，所述液压马达的输出轴设有啮合于齿条导轨的驱动齿轮。
其中：所述机械手至少包含钻杆抓手、Ⅰ级伸缩臂、Ⅱ级伸缩臂、伸缩臂外套、支撑大臂和转动油缸，所述钻杆抓手连接于Ⅰ级伸缩臂前端，所述Ⅰ级伸缩臂套装于Ⅱ级伸缩臂内，所述Ⅰ级伸缩臂和Ⅱ级伸缩臂整体套装于伸缩臂外套内，所述转动油缸连接于支撑大臂和伸缩臂外套后端。
其中：所述机械手通过支撑大臂前端的圆形法兰盘连接于导轨组件的回转支承上，回转支承在液压油的驱动下带动机械手在90度范围内转动，实现机械手水平和竖直的两种状态。
其中：所述钻杆抓手包含本体和两个相对设置的夹爪，所述本体固定于Ⅰ级伸缩臂，各夹爪内侧为圆弧状以适应钻杆的圆周面。
其中：所述钻杆箱采用四组前后并排布局，固定在后履带车体上方。
其中：该主机分别通过方位角回转支承和倾角回转支承连接于机架中呈左右对称布局的大立柱中间，从而既可在倾角回转支承的作用下实现主机水平和竖直两种状态调节，同时可在方位角回转支承的作用下实现主机开孔方位角度的调节。
通过上述结构，本发明的钻机通过前后履带车体布局，将自动上卸钻杆所包含的换杆机构和钻杆箱集中布置于后履带车体上，将钻机钻进施工单元集中布置于前履带车体上，为煤矿井下钻探施工逐步实现“机械化减人，自动化少人”的目标，提供一种实用可行的解决方案，解决了煤矿井下一定钻孔深度内自动上卸钻杆的技术难题。后置钻杆箱和导轨组件可根据实际施工需求进行扩展，满足不同孔深施工需要，扩展了钻机的自动化功能，降低了工人的劳动强度，提高了钻孔施工效率，同时，本发明集主机、机架、机械手、钻杆箱、导轨组件、防爆控制柜、前履带车体、后履带车体、电机泵组、油箱、急停开关等于一体，适用于顺煤层瓦斯抽采钻孔和顶底板穿层钻孔施工。其机构紧凑，具有很好的可扩展性，自动化换杆功能可以提升整机的自动化水平，符合煤矿坑道钻探装备整体发展趋势。
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是本发明履带式全液压坑道钻机的结构示意；
图2是本发明机械手的结构示意图；
图3是本发明导轨组件的结构示意图；
图4是本发明主机与机械手工作状态示意图。
附图标记：1-防爆控制柜，2-前履带车体，3-主机，4-机架，5-后履带车体，6-机械手，7-导轨组件，8-钻杆箱，9-钻杆抓手，10-Ⅰ级伸缩臂，11-Ⅱ级伸缩臂，12-伸缩臂外套，13-支撑大臂，14-转动油缸，15-液压马达，16-驱动齿轮，17-回转支承，18-立柱，19-导轨连接托板，20-导轨支撑架，21-齿条导轨，22-倾角回转支承，23-方位角回转支承，24-钻杆，25-大立柱。
具体实施方式
参见图1，显示了本发明的一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机，该钻机至少包括主机3、机架4、防爆控制柜1、自动换杆组件、前履带车体2和后履带车体5。
其中，所述前履带车体2和后履带车体5的下方均设置有可供行走的履带底盘，以实现钻机在各种地形下的快速行走和转移，为实现钻机的前后均衡、行走时的稳定和整体功能布局，所述机架4和防爆控制柜1设置于前履带车体2上，所述自动换杆组件设置于后履带车体5上。
该后履带车体5设置在前履带车体2的后方，两者之间可拆卸的进行连接，如可通过一组六角头螺栓进行连接，在搬迁运输时可将六角头螺栓组松开，使后履带车体5与前履带车体2分离，减小钻机的外形尺寸，从而提高钻机搬迁运输的便捷性。
其中，所述自动换杆组件包含机械手6、钻杆箱8和导轨组件7，所述钻杆箱8和导轨组件7设置于后履带车体5上。
为实现快捷的自动换杆，参见图3，该导轨组件7至少包含液压马达15、回转支承17、立柱18、导轨连接托板19、导轨支撑架20和齿条导轨21，所述立柱18为四个并呈矩形(即位于矩形的四个角部)对称布局连接于后履带车体5上，四个立柱18的底端连接于后履带车体5，并从后履带车体5向上延伸后，两两一组的顶端分别固定在两个导轨支撑架20的内侧，所述齿条导轨21布置在一侧的导轨支撑架20上，所述导轨连接托板19可滑动的设置于两个导轨支撑架20上，且在齿条导轨的相同侧设置有液压马达15和回转支承17，所述液压马达15的输出轴设有啮合于齿条导轨21的驱动齿轮，由此，所述导轨连接托板19通过液压马达15带动驱动齿轮16转动，通过驱动齿轮16和齿条导轨21的啮合关系，可以实现导轨连接托板19在齿条导轨21上前后运动，以带动位于导轨组件7上的机械手6前后移动。
参见图2，所述机械手6至少包含钻杆抓手9、Ⅰ级伸缩臂10、Ⅱ级伸缩臂11、伸缩臂外套12、支撑大臂13和转动油缸14，所述钻杆抓手9连接于Ⅰ级伸缩臂10前端，所述Ⅰ级伸缩臂10套装于Ⅱ级伸缩臂11内，所述Ⅰ级伸缩臂10和Ⅱ级伸缩臂11整体套装于伸缩臂外套12内，所述转动油缸14同时连接于支撑大臂13和伸缩臂外套12后端。其中，所述Ⅰ级伸缩臂10和Ⅱ级伸缩臂11分别由液压油缸推动，可以在伸缩臂外套12内向外两级移动，从而使钻杆抓手9沿a-a轴线向外伸出，同时，转动油缸14可以使钻杆抓手9在转动油缸14的驱动下沿a-a轴线转动，由此，通过三个油缸的配合，实现钻杆抓手9的伸出和旋转。
所述机械手6通过支撑大臂13前端的圆形法兰盘连接于导轨组件7的回转支承17上，回转支承17在液压油的驱动下带动机械手绕b-b轴在90度范围内转动，实现机械手水平和竖直两种状态。
其中，所述钻杆抓手9包含本体和两个相对设置的夹爪，所述本体固定于Ⅰ级伸缩臂10的末端，各夹爪内侧为圆弧状以适应钻杆的圆周面，两个夹爪可为一固定夹爪和活动夹爪，也可为两活动夹爪，其中，固定夹爪的一端固定于本体，另一端自由向外延伸，活动夹爪的一端可旋转的连接于本体，另一端向外延伸，且活动夹爪的中部连接于一抓取油缸的伸缩杆，所述抓取油缸固定于Ⅰ级伸缩臂10或本体，以实现钻杆的抓取，其中，所述夹爪的内侧圆弧设有弹性耐磨层，以避免对钻杆的破坏。
所述钻杆箱8采用四组前后并排布局，固定在后履带车体5上方，可以同时容纳200根钻杆，钻杆箱8为可扩充的钻机部件，根据不同孔深需要可在现有四组钻杆箱8的基础上进行扩展布局，满足不同孔深钻杆容杆量的需要。
参见图4，该主机3分别通过方位角回转支承23和倾角回转支承22连接于机架4中呈左右对称布局的大立柱25中间，从而既可在倾角回转支承22的作用下实现主机3水平和竖直两种状态调节，同时可在方位角回转支承23的作用下实现主机3开孔方位角度的调节。
该钻机的机械手6抓取钻杆24之前处于竖直状态，通过Ⅰ级伸缩臂10和Ⅱ级伸缩臂11的配合动作，实现钻杆箱8内所储备钻杆不同排位的寻杆，通过齿轮16和齿条导轨21的啮合关系，实现四个钻杆8内所储备钻杆不同列位的寻杆，所述的钻杆抓手9抓取钻杆后，机械手6在回转支承17的作用下呈水平状态，钻杆抓手9通过Ⅰ级伸缩臂10和Ⅱ级伸缩臂11的共同作用向外伸出，同时钻杆抓手9通过转动油缸14的作用，将所抓取的钻杆24的中心移动到主机3的c-c主轴中心上(参见图4)，通过主机3相关部件的配合动作实现钻机的自动换杆，其中c-c主轴中心方位可在方位角回转支承23的作用下灵活调节，满足不同角度钻孔施工需要。
由此可见，本发明的优点在于：
1、前后履带车体布局，将自动上卸钻杆所包含的换杆机构和钻杆箱集中布置于后履带车体上，将钻机钻进施工单元集中布置于前履带车体上，实现“机械化减人，自动化少人”的目标；
2、提供一种实用可行的解决方案，解决了煤矿井下一定钻孔深度内自动上卸钻杆的技术难题；
3、后置钻杆箱和导轨组件可根据实际施工需求进行扩展，满足不同孔深施工需要，扩展了钻机的自动化功能，降低了工人的劳动强度，提高了钻孔施工效率；
4、集主机、机架、机械手、钻杆箱、导轨组件、防爆控制柜、前履带车体、后履带车体、电机泵组、油箱、急停开关等于一体，适用于顺煤层瓦斯抽采钻孔和顶底板穿层钻孔施工；
5、机构紧凑，具有很好的可扩展性，自动化换杆功能可以提升整机的自动化水平，符合煤矿坑道钻探装备整体发展趋势。
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 (4)
1.一种具有自动换杆功能的履带式全液压坑道钻机，该钻机至少包括主机、机架、防爆控制柜、自动换杆组件、前履带车体和后履带车体，其特征在于：
该后履带车体设置在前履带车体的后方，两者之间可拆卸的进行连接，所述机架和防爆控制柜设置于前履带车体上，所述自动换杆组件设置于后履带车体上，所述主机设置于机架中间；
所述自动换杆组件包含机械手、钻杆箱和导轨组件，所述钻杆箱和导轨组件设置于后履带车体上，所述机械手设置于导轨组件上；
该导轨组件至少包含液压马达、回转支承、立柱、导轨连接托板、导轨支撑架和齿条导轨，所述立柱为四个并呈矩形对称布局连接于后履带车体上，四个立柱的顶端两两一组的分别固定在两个导轨支撑架的内侧，所述齿条导轨布置在一侧的导轨支撑架上，所述导轨连接托板可滑动的设置于两个导轨支撑架上，且在齿条导轨的相同侧设置有液压马达和回转支承，所述液压马达的输出轴设有啮合于齿条导轨的驱动齿轮；
所述机械手至少包含钻杆抓手、Ⅰ级伸缩臂、Ⅱ级伸缩臂、伸缩臂外套、支撑大臂和转动油缸，所述钻杆抓手连接于Ⅰ级伸缩臂前端，所述Ⅰ级伸缩臂套装于Ⅱ级伸缩臂内，所述Ⅰ级伸缩臂和Ⅱ级伸缩臂整体套装于伸缩臂外套内，所述转动油缸连接于支撑大臂和伸缩臂外套后端；
所述钻杆抓手包含本体和两个相对设置的夹爪，所述本体固定于Ⅰ级伸缩臂的末端，各夹爪内侧为圆弧状以适应钻杆的圆周面，两个夹爪为一固定夹爪和活动夹爪，固定夹爪的一端固定于本体，另一端自由向外延伸，活动夹爪的一端可旋转的连接于本体，另一端向外延伸，且活动夹爪的中部连接于一抓取油缸的伸缩杆，所述抓取油缸固定于Ⅰ级伸缩臂或本体以实现钻杆的抓取，其中，所述夹爪的内侧圆弧设有弹性耐磨层以避免对钻杆的破坏。
2.如权利要求1所述的履带式全液压坑道钻机，其特征在于：所述机械手通过支撑大臂前端的圆形法兰盘连接于导轨组件的回转支承上，回转支承在液压油的驱动下带动机械手在90度范围内转动，实现机械手水平和竖直的两种状态。
3.如权利要求1所述的履带式全液压坑道钻机，其特征在于：所述钻杆箱采用四组前后并排布局，固定在后履带车体上方。
4.如权利要求1所述的履带式全液压坑道钻机，其特征在于：该主机分别通过方位角回转支承和倾角回转支承连接于机架中呈左右对称布局的大立柱中间，从而既可在倾角回转支承的作用下实现主机水平和竖直两种状态调节，同时可在方位角回转支承的作用下实现主机开孔方位角度的调节。
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