CN108252664B - 一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，底座经支撑机构连接滑架，滑架上设置夹持器、主拖板、回转器、主油缸、辅助拖板、旋转器和辅助油缸，主油缸连接主拖板，辅助油缸连接辅助拖板；钻杆箱连接滑架，钻杆箱开设进杆口和出杆口，钻杆箱内底部设置支架，摆动板铰接支架，钻杆箱底部靠近出杆口处设置抬升器，抬升器连接摆动板一端，钻杆箱底部靠近钻杆箱另一侧壁处设置弹簧，摆动板另一端连接弹簧，钻杆箱内滑板和限位板之间留钻杆空腔，钻杆空腔一端连接进杆口，钻杆空腔另一端位于摆动板另一端上方，转臂一端铰接钻杆箱一侧壁，转臂另一端设置夹爪。本发明的有益效果：可以在远程控制下实现自动、高效率安装和拆卸钻杆及水接头。

Description

一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机

技术领域

本发明涉及坑道钻机技术领域，特别是涉及一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机。

背景技术

我国约有53％的煤炭资源埋深超过千米，随着煤炭资源开采向深部转移，冲击地压发生的频率和烈度显著增大，严重制约着深部资源安全高效开采。通过在冲击危险区域打钻孔，能有效降低区域应力集中程度，释放积聚的弹性应变能，从而降低区域的冲击危险程度。目前煤矿现场常用全液压坑道钻机进行钻孔卸压，能够完成基本钻孔任务，该钻机还广泛用于矿井内不同角度的探水、注水、地质勘探及边坡锚固等钻孔施工。

现有的坑道钻机大都不具备自动更换钻杆的功能，而人工更换钻杆以及水接头的过程是一项非常耗时、耗力且危险的工作。人工换一根钻杆一般需要5-10分钟，由2-3人协同完成，钻孔的辅助时间长，钻孔效率低。特别是，在冲击危险区域施工钻孔时，施工扰动等可能诱发冲击地压事故，造成人员伤亡。此外，采用人工更换钻杆的方法，在嘈杂的工作现场易出现失误，对施工人员的安全也构成威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，解决目前坑道钻机在远程控制下实现自动、高效率装卸钻杆及水接头的问题。

本发明提供一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机包括底座、支撑机构、滑架和钻杆传送单元，底座经支撑机构连接滑架，滑架的前端设置有夹持器，滑架的前半部分滑动连接有主拖板，主拖板上设置有回转器，回转器的转子设置有卡盘，滑架的前半部分设置有主油缸，主油缸的活柱端连接主拖板，滑架的后半部分滑动连接有辅助拖板，辅助拖板上设置有旋转器，旋转器的转子设置有夹持部，滑架的后半部分设置有辅助油缸，辅助油缸的活柱端连接辅助拖板，钻杆传送单元包括钻杆箱、摆动板和机械手，钻杆箱经连接杆连接滑架，钻杆箱的顶部开设有进杆口，钻杆箱一侧壁的底部开设有出杆口，钻杆箱内底部的中间位置设置有支架，摆动板的中间位置铰接支架，钻杆箱底部靠近出杆口处设置有抬升器，抬升器的伸缩端连接摆动板的一端，钻杆箱底部靠近钻杆箱另一侧壁处设置有弹簧，摆动板的另一端连接弹簧，钻杆箱内设置有滑板和限位板，限位板在滑板的上方，滑板和限位板之间留有钻杆空腔，钻杆空腔的一端连接进杆口，钻杆空腔的另一端位于摆动板的另一端的上方，机械手包括转臂和夹爪，转臂的一端铰接钻杆箱一侧壁，转臂的另一端设置夹爪。

进一步的，钻杆箱内设置有成对的多块滑板和限位板，多个钻杆空腔在钻杆箱内从上向下呈Z形布置，钻杆空腔与钻杆箱侧壁之间留有钻杆间隙，在每个钻杆空腔的末端设置阻挡器。

进一步的，阻挡器为液压自动升降柱，液压自动升降柱包括支撑座，支撑座上设置有液压控制器、升降油缸和阻挡柱，液压控制器信号连接升降油缸，升降油缸的活柱端连接阻挡柱。

进一步的，所述支撑机构包括立柱、前支撑杆、后支撑杆和支撑油缸，立柱设置于底座的前端，滑架经滑套滑动连接立柱，前支撑杆的一端铰接底座的前端，前支撑杆的另一端铰接滑架的前端，后支撑杆的一端铰接底座的后端，后支撑杆的另一端铰接滑架的后端，支撑油缸的一端铰接底座的前端，支撑油缸的另一端铰接滑架的前端。

进一步的，抬升器包括抬升底座，抬升底座上铰接有伸缩支架，抬升底座上设置有液压泵和抬升油缸，液压泵液压连接抬升油缸，抬升油缸的活柱端连接伸缩支架，伸缩支架的顶端连接摆动板的一端。

进一步的，所述卡盘为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式液压卡盘。

进一步的，所述机械手为两个。

进一步的，转臂的另一端设置有套筒，夹爪滑动连接于套筒内。

进一步的，钻杆箱经固定杆连接滑板。

进一步的，钻杆箱出杆口的外侧设置有挡块。

与现有技术相比，本发明的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机具有以下特点和优点：

本发明的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，可以在远程控制下实现钻机倾斜角度设定、自动安装和拆卸钻杆及水接头，自动化程度高，替代人工安装和拆卸钻杆，安装、拆卸效率高，钻杆的储存、运送、打钻、卸钻衔接精确，避免钻杆滑落。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机的主视图；

图2为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机的俯视图；

图3为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中钻杆传送单元的工作状态图一；

图4为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中钻杆传送单元的工作状态图二；

图5为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中抬升器的结构示意图；

图6为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中阻挡器的结构示意图；

图7为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中机械手的结构示意图；

其中，1、夹持器，2、钻杆箱，3、回转器，4、卡盘，5、旋转器，6、水接头，7、主拖板，8、辅助拖板，9、机械手，91、转臂，92、套筒，93、夹爪，10、底座，111、前支撑杆，112、后支撑杆，12、滑架，13、支撑油缸，14、立柱，15、连接杆，16、钻杆，17、抬升器，171、抬升底座，172、伸缩支架，173、抬升油缸，18、支架，19、阻挡器，191、支撑座，192、液压控制器，193、升降油缸，194、阻挡柱，20、弹簧，21、限位板，22、滑板，23、主油缸，24、辅助油缸，25、摆动板，26、固定杆，27、挡块。

具体实施方式

如图1至图7所示，本实施例提供一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，包括底座10、支撑机构、滑架12和钻杆传送单元等部件。底座10经支撑机构连接滑架12，支撑机构包括立柱14、前支撑杆111、后支撑杆112和支撑油缸13，立柱14设置于底座10的前端，滑架12经滑套滑动连接立柱14，前支撑杆111的一端铰接底座10的前端，前支撑杆111的另一端铰接滑架12的前端，后支撑杆112的一端铰接底座10的后端，后支撑杆112的另一端铰接滑架12的后端，支撑油缸13的一端铰接底座10的前端，支撑油缸13的另一端铰接滑架12的前端。底座10、前支撑杆111、后支撑杆112及滑架12构成四连杆机构，配合支撑油缸13的支撑，以对滑架12及其上部件稳定支撑，通过调节支撑油缸13的伸缩，滑架12相对于立柱14上下移动，以便于调节钻机适应不同角度钻孔的需要。

滑架12的前端设置有夹持器1，用于夹持孔内钻具及与回转器3配合进行机械拧卸钻杆16。滑架12的前半部分滑动连接有主拖板7，主拖板7上设置有回转器3，回转器3的转子设置有卡盘4，回转器3用于钻具的给进或起拔。滑架12的前半部分设置有主油缸23，主油缸23的活柱端连接主拖板7。主油缸23的活柱端的往复运动带动主拖板7沿着滑架12的前半部分移动。滑架12的后半部分滑动连接有辅助拖板8，辅助拖板8上设置有旋转器5，旋转器5的转子设置有夹持部，夹持部用于夹持水接头6以装卸水接头6。滑架12的后半部分设置有辅助油缸24，辅助油缸24的活柱端连接辅助拖板8。辅助油缸24的活柱端的往复运动带动辅助拖板8沿着滑架12的后半部分移动。回转器3包括马达和减速机，马达经减速机驱动回转器3的转子转动。旋转器5包括马达和减速机，马达经减速机驱动旋转器5的转子转动。本实施例中，马达为斜轴式变量柱塞马达，卡盘4为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式液压卡盘。

钻杆传送单元包括钻杆箱2、摆动板25和机械手9。钻杆箱2经连接杆15连接滑架12，钻杆箱2的顶部开设有进杆口，钻杆箱2一侧壁的底部开设有出杆口。钻杆箱2出杆口的外侧设置有挡块27，钻杆16从出杆口滚出时，挡块27将钻杆16阻挡在出杆口处，以便于机械手9的夹取。钻杆箱2内底部的中间位置设置有支架18，摆动板25的中间位置铰接支架18。钻杆箱2底部靠近出杆口处设置有抬升器17，抬升器17的伸缩端连接摆动板25的一端。具体的，抬升器17包括抬升底座171，抬升底座171上铰接有伸缩支架172，抬升底座171上设置有液压泵和抬升油缸173，液压泵液压连接抬升油缸173，抬升油缸173的活柱端连接伸缩支架172，伸缩支架172的顶端连接摆动板25的一端。钻杆箱2底部靠近钻杆箱2另一侧壁处设置有弹簧20，摆动板25的另一端连接弹簧20。

钻杆箱2内设置有滑板22和限位板21，滑板22在下，限位板21在上，钻杆箱2经固定杆26连接滑板22。滑板22和限位板21之间留有钻杆空腔，钻杆空腔用于储存钻杆16。钻杆空腔的一端连接进杆口，钻杆空腔的另一端位于摆动板25的另一端的上方。本实施例中，钻杆箱2内设置有成对的多块滑板22和限位板21，多个钻杆空腔在钻杆箱2内从上向下呈Z形布置，钻杆空腔与钻杆箱2侧壁之间留有钻杆间隙，在每个钻杆空腔的末端设置阻挡器19。阻挡器19为液压自动升降柱，液压自动升降柱中，支撑座191上设置有液压控制器192、升降油缸193和阻挡柱194，液压控制器192信号连接升降油缸193，升降油缸193的活柱端连接阻挡柱194。阻挡器19的液压控制器192控制升降油缸193活柱端的伸缩，升降油缸193活柱端带动阻挡柱194的伸缩阻挡钻杆16，以控制钻杆16滚动进入钻杆间隙的数量，避免钻杆16在滚动过程中多根钻杆16卡在钻杆间隙中。在取钻杆16时，摆动板25的一端被抬升器17抬升，则摆动板25的另一端下移，弹簧20被压缩，钻杆16从钻杆空腔内滑落至摆动板25上，并沿着摆动板25滚落从出杆口滚出；在不需要取钻杆16时，抬升器17回落，摆动板25的一端下移，弹簧20回弹，摆动板25的另一端抬升，摆动板25的另一端顶在最后一个钻杆空腔的末端，钻杆16被封存在钻杆空腔内。

机械手9为两个，两个机械手9协同夹持钻杆16。机械手9包括转臂91和夹爪93，转臂91的一端铰接钻杆箱2一侧壁，转臂91的另一端设置有套筒92，夹爪93滑动连接于套筒92内。一方面，机械手9可以通过夹爪93抓取位于钻杆箱2出杆口处的钻杆16，通过转臂91顺时针旋转90°，用于将钻杆16装配在钻机上；另一方面，在拆卸钻杆16后，通过夹爪93抓取钻杆16，通过转臂91从水平位置顺时针旋转90°，将钻杆16经进杆口放入钻杆箱2内的钻杆空腔中。

本实施例的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，采用DSC系统控制，其使用过程如下。

钻进过程：首先输入设定钻进的角度，各支撑油缸会进行自动调整并实现自稳。人工装上第一根钻杆16和钻头后，控制钻机开始工作，此时回转器3回位至初始位置。然后启动钻机工作，辅助拖板8带动旋转器5移至预定位置，开动旋转器5，使其带动水接头6连接构件旋转，辅助拖板8带动旋转器5上移，使钻杆16与水接头6连接。通过DSC系统的在线监控功能打开进水阀门，监测到水到达钻头位置时，卡盘4卡紧，夹持器1打开，回转器3回转钻进，钻进至极限位置后，停止钻进。夹持器1关闭，进水阀门关闭，旋转器5反向旋转，使水接头6卸下，通过辅助拖板8使旋转器5及水接头6回位至最下位置，此时松开卡盘4，主拖板7带动回转器3回至初始位置。启动钻杆16装配，钻杆箱2内的抬升器17动作，使钻杆16从钻杆箱2内到达出杆口外侧，此时控制机械手9抓取待安装的钻杆16并顺时针转动90°至安装位置，保持稳定。DSC系统自动控制主拖板7带动回转器3上移，卡紧卡盘4并开动回转器3旋转使待安装钻杆16与前一根钻杆16连接，之后控制机械手9松开待安装钻杆16并逆时针转动回到初始位置。不断重复上述步骤完成钻进过程。如发现异常情况，该系统可以实现自动报警并显示错误类型。

拆卸过程：DSC系统依次控制卡紧卡盘4，关闭夹持器1和进水阀门，反向转动旋转器5，使水接头6卸下，通过辅助拖板8使旋转器5及水接头6回位至最下位置。当DSC系统检测到旋转器5移动至最下位置时夹持器1打开，主拖板7带动回转器3回至初始位置，带动钻杆16下移，之后关闭夹持器1，卡盘4松开，回转器3上移至极限位置，卡紧卡盘4，打开夹持器1，回转器3回位至初始位置，重复操作直至下移一根钻杆的距离。关闭夹持器1，反向旋转回转器3将待卸钻杆16卸下，机械手9顺时针转动90°到达预定位置(水平位置)抓取待卸钻杆16，此时卡盘4松开，回转器3后移，机械手9顺时针转动90°并松开将钻杆16放入钻杆箱2内的钻杆空腔，完成钻杆16的卸载。卸载完成后机械手9逆时针转动90°回至水平位置，不断重复上述过程，完成所有钻杆16的拆卸。如发现异常情况，该系统可以实现自动报警并显示错误类型。

本实施例的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，可以在远程控制下实现钻机倾斜角度设定、自动安装和拆卸钻杆16及水接头6，自动化程度高，替代人工安装和拆卸钻杆16，安装、拆卸效率高，钻杆16的储存、运送、打钻、卸钻衔接精确，避免钻杆16滑落。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机包括底座、支撑机构、滑架和钻杆传送单元，底座经支撑机构连接滑架，滑架的前端设置有夹持器，滑架的前半部分滑动连接有主拖板，主拖板上设置有回转器，回转器的转子设置有卡盘，滑架的前半部分设置有主油缸，主油缸的活柱端连接主拖板，滑架的后半部分滑动连接有辅助拖板，辅助拖板上设置有旋转器，旋转器的转子设置有夹持部，滑架的后半部分设置有辅助油缸，辅助油缸的活柱端连接辅助拖板，钻杆传送单元包括钻杆箱、摆动板和机械手，钻杆箱经连接杆连接滑架，钻杆箱的顶部开设有进杆口，钻杆箱一侧壁的底部开设有出杆口，钻杆箱内底部的中间位置设置有支架，摆动板的中间位置铰接支架，钻杆箱底部靠近出杆口处设置有抬升器，抬升器的伸缩端连接摆动板的一端，抬升器包括抬升底座，抬升底座上铰接有伸缩支架，抬升底座上设置有液压泵和抬升油缸，液压泵液压连接抬升油缸，抬升油缸的活柱端连接伸缩支架，伸缩支架的顶端连接摆动板的一端，钻杆箱底部靠近钻杆箱另一侧壁处设置有弹簧，摆动板的另一端连接弹簧，钻杆箱内设置有滑板和限位板，限位板在滑板的上方，滑板和限位板之间留有钻杆空腔，钻杆空腔的一端连接进杆口，钻杆空腔的另一端位于摆动板的另一端的上方，机械为两个，两个机械手协同夹持钻杆，机械手包括转臂和夹爪，转臂的一端铰接钻杆箱一侧壁，转臂的另一端设置有套筒，夹爪滑动连接于套筒内，钻杆箱内设置有成对的多块滑板和限位板，多个钻杆空腔在钻杆箱内从上向下呈Z形布置，钻杆空腔与钻杆箱侧壁之间留有钻杆间隙，在每个钻杆空腔的末端设置阻挡器，阻挡器为液压自动升降柱，液压自动升降柱包括支撑座，支撑座上设置有液压控制器、升降油缸和阻挡柱，液压控制器信号连接升降油缸，升降油缸的活柱端连接阻挡柱。

2.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：所述支撑机构包括立柱、前支撑杆、后支撑杆和支撑油缸，立柱设置于底座的前端，滑架经滑套滑动连接立柱，前支撑杆的一端铰接底座的前端，前支撑杆的另一端铰接滑架的前端，后支撑杆的一端铰接底座的后端，后支撑杆的另一端铰接滑架的后端，支撑油缸的一端铰接底座的前端，支撑油缸的另一端铰接滑架的前端。

3.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：所述卡盘为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式液压卡盘。

4.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：钻杆箱经固定杆连接滑板。

5.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：钻杆箱出杆口的外侧设置有挡块。