CN109281626B - 一种岩心取样钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种岩心取样钻机，包括主机架、行走机构、动力头、自动送杆机构和自动取杆机构；自动送杆机构包括储存机构、运送机构和支撑机构；自动取杆机构包括提升机构、抓取主轴姿态变换机构和机械手抓取机构。应用本发明的技术方案，效果是：自动送杆机构结构设计独特，能够实现自动化输送两种及以上尺寸的杆件；自动取杆机构结构设计独特，能够实现两种及以上不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取，并将杆件自动加装到倾斜或垂直动力头处，或将动力头处的杆件顺次拆卸进行回收，简单改变末端钻具即可用于岩心取样钻探、旋挖钻探、钻井或钻深孔等多种钻进功能；整机自动化程度高，实现岩心取样或外套管装卸的自动化，以避免人工操作的繁琐。

Description

一种岩心取样钻机
技术领域
本发明涉及地质工程勘探设备领域，特别地，涉及一种岩心取样钻机。
背景技术
随着地质工程勘探设备的不断发展，全液压岩心取样钻机已经成为勘探设备的主力军，为地质勘探的发展做出了巨大贡献。但是，目前市面上使用的全液压岩心取样钻机存在自动化、智能化程度低的缺陷，在倾斜或垂直钻进过程中不能自动交替加装或拆卸两种及以上不同尺寸的钻杆或套管，需要依靠人工逐次加装或拆卸。而且，岩心取样钻机未完全集成实时监控全局及取芯过程、实时监测钻探参数、自动调节桅杆倾角、远程精确定位钻机位置信息等功能。此外，扩展能力差，不能直接进行功能扩展，无法应用钻机实现岩土层的在线原位检测。
原位检测是岩心取样钻探过程中十分重要的过程，然而市面上的岩心钻机都没有配备系统的原位检测装置，需要依靠人工辅助检测，进行动力触探试验或标准贯入试验，消耗了大量人力，工作环境恶劣，而且存在安全隐患。
因此，设计一种自动化、智能化程度高且在倾斜或垂直钻探过程中能够自动输送、自动交替加装或拆卸两种及以上不同尺寸的杆件的岩心取样钻机具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化、智能化程度高且在倾斜或垂直钻探过程中能够自动输送、自动交替加装或拆卸两种及以上不同尺寸的杆件的岩心取样钻机，具体技术方案如下：
一种岩心取样钻机，包括主机架、行走机构、动力头、自动送杆机构以及自动取杆机构，所述动力头、自动送杆机构以及自动取杆机构均设置在所述主机架，所述行走机构设置在所述主机架上用于带动整个岩心取样钻机移动；
所述自动送杆机构用于自动化输送两种及以上尺寸的杆件，所述自动送杆机构包括储存机构、运送机构和支撑机构；所述储存机构用于辅助储存杆件，其包括容纳腔组和顶升组件，所述容纳腔组包括至少一个容纳腔，所述容纳腔包括物料能够通过的物料出口；所述顶升组件包括至少一个顶升单件，所述顶升单件设置在所述容纳腔的下方且用于在自动运送杆件时支撑起容纳腔中的杆件(一般包括此容纳腔的所有杆件)；所述运送机构用于辅助自动交替输送两种及以上不同尺寸杆件，其包括运送动力源、杆件选择支架以及支撑导轨，所述杆件选择支架与所述顶升组件错位设置，所述杆件选择支架上设有用于卡持物料的卡槽组以及与所述支撑导轨相匹配的滑行部位，所述卡槽组位于所述容纳腔的下方，使得所述容纳腔中的物料能落入所述卡槽组中的卡槽内；所述运送动力源与所述杆件选择支架连接，用于带动所述杆件选择支架在所述支撑导轨上进行往返运动实现杆件的输送；所述支撑机构用于辅助在输送某一种杆件时支撑起容纳腔中的其他杆件，防止其他类型的杆件干扰此种杆件的自动化输送，所述支撑机构包括至少一组支撑单件，所述支撑单件设置在所述物料出口处用于控制所述物料出口的关闭和打开；
所述自动取杆机构用于两种及以上不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取，并将杆件自动加装到倾斜或垂直动力头处，或将动力头处的杆件顺次拆卸进行回收，所述自动取杆机构包括提升机构、抓取主轴姿态变换机构以及机械手抓取机构，所述提升机构用于辅助提升或下放导轨上的移动滑块，其包括导轨安装座、桅杆连接副、第一动力源、导轨、移动滑块以及传动件，桅杆连接副、第一动力源以及传动件均设置在导轨安装座上；桅杆连接副用于将取杆机构安装在岩心取样钻机上；移动滑块设置在导轨上且与所述传动件连接，通过第一动力源为所述传动件提供动力带动移动滑块沿导轨的长度方向进行往返运动；所述抓取主轴姿态变换机构用于辅助改变转角连接块与抓取主轴的作业角度，其包括第二动力源、转角连接块、抓取主轴以及第三动力源，转角连接块通过第三动力源设置在所述移动滑块上，且所述第三动力源能带动所述转角连接块绕所述移动滑块表面逆时针转动0°-90°；所述第二动力源与所述抓取主轴连接能带动所述抓取主轴绕所述转角连接块旋转0°-360°；所述机械手抓取机构用于辅助抓取机械手从自动送杆机构输送的固定位置处自动交替抓取两种及以上不同尺寸的杆件，其包括第四动力源、机械手选择转盘以及抓取机械手组，所述机械手选择转盘通过机械手柄设置在所述抓取主轴上且与所述第四动力源连接，所述抓取机械手组包括至少两种抓取尺寸不同的抓取机械手，多个抓取机械手设置在所述机械手选择转盘上，通过所述第四动力源驱动所述机械手选择转盘旋转选取所需抓取机械手实现不同杆件的抓取。
以上技术方案中优选的，所述支撑单件包括齿条支撑板以及动力组，所述动力组与所述齿条支撑板连接，动力组用于提供动力使得齿条支撑板能够控制所述物料出口的关闭和打开；
所述动力组包括齿轮轴和液压马达，所述齿条支撑板的下底面上设有齿条且所述齿条与所述齿轮轴相啮合，所述齿条同长度方向设置在所述齿条支撑板上，所述齿轮轴与所述液压马达的输出轴连接；所述液压马达为能够实现正反转的马达；
或是，所述动力组包括一根伸缩件或者至少两根并列设置的伸缩件，所述伸缩件的两端分别连接所述储存机构和所述杆件支撑板；所述伸缩件为伸缩油缸。
以上技术方案中优选的，所述移动滑块为带有空腔的中空结构，所述第三动力源和所述转角连接块均设置在所述空腔内；所述抓取主轴的连接端插入所述空腔内通过第二动力源带动所述抓取主轴绕所述转角连接块进行旋转，所述抓取主轴的自由端通过机械手柄设有一个或并列设置的至少两个所述机械手抓取机构；所述第二动力源、第三动力源以及第四动力源均为液压马达。
以上技术方案中优选的，抓取机械手包括机械手固定板、夹紧缸、液压杆、连杆以及手抓，所述机械手固定板设置在所述机械手选择转盘上，所述夹紧缸设在所述机械手固定板上，所述液压杆连接所述夹紧缸和所述连杆，所述手抓设置在所述连杆的自由端。
以上技术方案中优选的，所述导轨安装座包括上导轨盖和下导轨盖，上导轨盖和下导轨盖内部均设有滚子链轮；所述传动件为链条，所述链条套设在两个所述滚子链轮上；第一动力源为液压马达，其通过圆头平键与传动轴传动连接，传动轴通过圆头平键与上导轨盖内的滚子链轮传动连接；
所述行走机构包括履带底盘和支撑腿组，所述履带底盘设置在所述主机架底部中间部位，所述支撑腿组中的支撑腿均布在所述主机架底部的四周。
以上技术方案中优选的，还包括卷扬机组件、定滑轮鹅头、桅杆以及泥浆泵组件，所述卷扬机组件安装在主机架尾部用于起吊辅助部件；所述泥浆泵组件安装在主机架上，用于精确控制泥浆泵向钻孔内注入泥浆；所述桅杆与桅杆起降油缸，通过桅杆起降油缸控制桅杆进行动作；定滑轮鹅头设置在桅杆的顶部，用于其他附件的安装。
以上技术方案中优选的，还包括原位检测装置，所述原位检测装置包括穿心落锤、刚性垫片、原位检测钻杆以及高度测量装置，穿心落锤设置在卷扬机组件的吊绳上，刚性垫片安装在原位检测钻杆上；高度测量装置用于检测原位检测时杆件下落的高度，其安装在桅杆与原位检测钻杆上；通过卷扬机组件将穿心落锤提升至一定高度，使穿心落锤向下自由落体砸击刚性垫片，通过高度测量装置检测原位检测钻杆的下移高度。
以上技术方案中优选的，所述高度测量装置为光栅尺组件或高度测量传感器，所述光栅尺组件包括直线光栅尺安装套筒架、直线光栅尺、光栅读数头安装架以及光栅读数头，直线光栅尺通过直线光栅尺安装套筒架设置在原位检测钻杆上，光栅读数头通过所述光栅读数头安装架设置在主机架上且所述光栅读数头与所述直线光栅尺相对应设置。
以上技术方案中优选的，还包括标准贯入器或动力触探头，所述标准贯入器或动力触探头设置在所述原位检测钻杆的下端，所述标准贯入器用于标准贯入实验，所述动力触探头用于进行动力触探试验。
以上技术方案中优选的，还包括实时监测装置，能实现实时监控全局及取芯过程、实时监测钻探参数、自动调节桅杆倾角、远程精确定位钻机位置信息的功能，所述实时监测装置包括双天线定位装置、二维倾角传感器、旋转编码器、压力传感器、扭矩传感器、全局摄像头以及孔位摄像头，所述双天线定位装置设置在主机架的尾部，所述二维倾角传感器同时设置在主机架和桅杆的背面，所述旋转编码器设置在所述定滑轮鹅头上，所述压力传感器和扭矩传感器均设置在动力头上，所述全局摄像头设置在桅杆的顶部且所述桅杆的下端设有孔位摄像头。
应用本发明的技术方案，效果是：
1、本发明的岩心取样钻机包括主机架、行走机构、动力头、自动送杆机构以及自动取杆机构，行走机构设置在所述主机架上用于带动整个岩心取样钻机移动，方便施工；自动送杆机构包括储存机构、运送机构和支撑机构，结构设计独特，能够实现自动化输送两种及以上尺寸的杆件；自动取杆机构包括提升机构、抓取主轴姿态变换机构以及机械手抓取机构，结构设计独特，能够实现两种及以上不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取，并将杆件自动加装到倾斜或垂直动力头处，或将动力头处的杆件顺次拆卸进行回收。整个岩心取样钻机自动化程度高，实现岩心取样或外套管装卸的自动化，以避免人工操作的繁琐；简单改变末端钻具即可用于岩心取样钻探、旋挖钻探、钻井或钻深孔等多种钻进功能。
2、本发明的岩心取样钻机中支撑单件包括齿条支撑板以及动力组，动力组包括齿轮轴和液压马达，通过液压马达驱动，结合齿条支撑板上的齿条和齿轮轴的啮合，实现齿条支撑板按需对储存箱中的部分杆件进行阻挡，避免影响其他杆件自动化输送。
3、本发明的岩心取样钻机通过所述第三动力源带动所述转角连接块绕所述移动滑块表面逆时针转动结合所述第二动力源带动所述抓取主轴绕转角连接块旋转实现杆件由水平位置至竖直位置或倾斜位置的变换，结构设计独特，便于杆件在岩心取样钻机的动力头上进行安装和拆卸；杆件能实现的摆动范围幅度大，适用性强。
4、本发明的岩心取样钻机中抓取机械手包括机械手固定板、夹紧缸、液压杆、连杆以及手抓，抓取机械手结构精简，且能够自动化控制手抓抓取和放下杆件，动作灵敏性好。
5、本发明的岩心取样钻机中提升机构为链条链轮提升机构，便于组装和控制移动滑块的运动。
6、本发明的岩心取样钻机还设有实时监控装置，使得本发明的岩心取样钻机同时集成有实时监控全局及取芯过程、实时监测钻探参数、自动调节桅杆倾角、远程精确定位钻机位置信息的功能，便于施工。
7、本发明的岩心取样钻机配备有原位检测装置，能够自动进行在线动力触探试验或标准贯入试验，适应多种钻探或检测功能的扩展。
8、本发明的岩心取样钻机自动化、智能化程度高，降低了工人劳动强度，大大提高了施工效率和施工安全。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例1中岩心取样钻机的整体结构示意图；
图2是图1的左前视图；
图3是图2中自动送杆机构的结构示意图；
图4是图2中自动取杆机构的结构示意图；
图5是图1的前视图；
其中：1-主机架；2-桅杆起降油缸；3-履带底盘；4-操控室；5-控制柜；6-支撑腿；7-卷扬机组件；8-双天线定位装置；9-二维倾角传感器；10-旋转编码器；11-定滑轮鹅头；12-动力头；13-桅杆；14-双排链；15-链轮；16-夹持机械手组件；17-金刚石钻头；18-岩心管；19-岩心管转接头；20-钻杆；21-压力传感器；22-扭矩传感器；23-全局摄像头；24-取杆机构用动力源；25-泥浆泵组件；26-自动送杆机构，26.1-套管容纳腔，26.2-钻杆容纳腔，26.3-储杆箱，26.4-液压马达，26.5-传动联轴器，26.6-齿轮轴，26.7-齿条支撑板；26.8-杆件选择支架，26.9-支撑导轨，26.10-钻杆顶升油缸，26.11-套管顶升油缸，26.12-齿条，26.13-齿轮，26.14-运送动力源，26.15-联轴器，26.16-传动轴；27-自动取杆机构，27.1-上导轨盖，27.2-桅杆连接副，27.3-第一动力源，27.4-导轨，27.5-移动滑块，27.6-转角连接块，27.7-第二动力源，27.8-下导轨盖，27.9-滚子链轮；27.10-传动件，27.11-抓取主轴，27.12-机械手柄，27.13-抓取机械手，27.14-杆件，27.15-安装法兰盘，27.16-第三动力源；27.17-机械手固定板，27.18-夹紧缸，27.19-液压杆，27.20-连杆，27.21-手抓，27.22-第四动力源，27.23-机械手选择转盘，27.24-钻杆抓取机械手，27.25-套管抓取机械手；28-孔位摄像头；29-穿心落锤；30-刚性垫片；31-原位检测钻杆；32-光栅尺组件，32.1-直线光栅尺安装套筒架，32.2-直线光栅尺，32.3-光栅读数头安装架，32.4-光栅读数头；33-标准贯入器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种岩心取样钻机，尤其是一种自动化全液压岩心钻机，包括主机架1、桅杆起降油缸2、履带底盘3、操控室4、控制柜5、支撑腿6、卷扬机组件7、定滑轮鹅头11、动力头12、桅杆13、夹持机械手组件16、金刚石钻头17、岩心管18、钻杆20、泥浆泵组件25、自动送杆机构26以及自动取杆机构27，金刚石钻头17通过岩心管18以及岩心管转接头19设置在钻杆20上，钻杆20设置在动力头12上，详见图1-图5。
履带底盘3和包含支撑腿6(液压支腿)的支撑腿组构成行走机构，行走机构设置在所述主机架1上用于带动整个岩心取样钻机移动。
所述自动送杆机构26详见图2和图3，具体由储存机构、运送机构和支撑机构三部分组成，具备实现两种及以上不同尺寸钻杆或套管的交替自动化输送的功能。所述储存机构主要用于辅助存储杆件，储存机构包括容纳腔组和顶升组件，容纳腔组设置的储杆箱26.3中，容纳腔组包括多个容纳腔，所述容纳腔包括物料能够通过的物料出口，此处包含套管容纳腔26.1(包括套管出口，未图示)和钻杆容纳腔26.2(包括钻杆出口，未图示)；顶升组件包括至少一个顶升单件，此处：各钻杆容纳腔26.2下对称安装有一组钻杆顶升油缸26.10，各套管容纳腔26.1下对称安装有一组套管顶升油缸26.11，用于在自动运送杆件时支撑起储杆箱26.3中的所有杆件。所述运送机构主要用于辅助自动交替输送两种及以上不同尺寸钻杆或套管，由运送动力源26.14(此处为液压马达)、联轴器26.15、传动轴26.16、齿轮26.13、齿条26.12、杆件选择支架26.8以及支撑导轨26.9组成，对称安装在储杆箱26.3下部。所述杆件选择支架26.8与所述顶升组件错位设置，所述杆件选择支架上设有用于卡持物料的卡槽组以及与所述支撑导轨相匹配的滑行部位，所述卡槽组位于所述容纳腔的下方，使得所述容纳腔中的物料能落入所述卡槽组中的卡槽内。所述杆件选择支架26.8下焊接有齿条26.12，齿轮26.13套设在传动轴26.16上，所述传动轴26.16通过联轴器26.15与运送动力源26.14的输出轴连接，齿轮26.13和齿条26.12相啮合，从而可通过齿轮齿条机构驱动杆件选择支架26.8在支撑导轨26.9上滑动，进行钻杆和套管的选择输送。所述支撑机构用于辅助在输送某一种杆件时支撑起容纳腔中的其他杆件，防止其他杆件干扰此种杆件的自动化输送，此处主要用于辅助在输送套管时支撑起钻杆容纳腔中的钻杆，避免钻杆自动落入杆件选择支架中，干扰套管的自动化输送，所述支撑机构包括至少一组支撑单件，所述支撑单件设置在所述物料出口处用于控制所述物料出口的关闭和打开，所述支撑单件由液压马达26.4、传动联轴器26.5、齿轮轴26.6和齿条支撑板26.7组成，所述齿轮轴26.6与齿条支撑板26.7组成齿轮齿条机构，直接由液压马达26.4通过传动联轴器26.5驱动齿条支撑板26.7在输送套管时插入到钻杆容纳腔26.2中，挡住钻杆；所述液压马达26.4为能够实现正反转的马达。
在初始状态时，自动送杆机构26通过储存机构中的各顶升油缸支撑起各容纳腔中的杆件。在需要输送钻杆时，运送机构将杆件选择支架26.8的钻杆口输送到第一排钻杆容纳腔26.2处，对应的钻杆顶升油缸26.10下降，使得钻杆落到杆件选择支架26.8的钻杆口中，并将其输送到固定位置。在需要输送套管时，支撑机构先将齿条支撑板26.7插入到钻杆容纳腔26.2中，支撑起钻杆容纳腔26.2中的钻杆，同时钻杆容纳腔26.2下对应的钻杆顶升油缸26.10下降，然后运送机构将杆件选择支架26.8的套管口输送到第一排套管容纳腔26.1处，对应的套管顶升油缸26.11下降，使得套管落到杆件选择支架26.8的卡槽(与套管匹配的卡槽)中，并将其输送到固定位置。在自动交替输送钻杆和套管过程中，需要按照各容纳腔顺序依次取杆，直到知道容纳腔中杆件取完后，再取下一排容纳腔中的杆件。自动送杆机构的逆向过程可实现将固定位置的杆件安放到储杆箱26.3中，从而辅助岩心钻机自动拆卸杆件。
所述自动取杆机构27由提升机构、抓取主轴姿态变换机构、机械手抓取机构三部分组成，具备实现两种及以上不同尺寸的钻杆或套管的交替自动化抓取，并将水平储杆箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头桅杆处，或将动力头桅杆处的杆件拆卸到储杆箱中的功能。所述提升机构主要用于辅助提升或下放导轨上的移动滑块，由第一动力源27.3(液压马达)、滚子链轮27.9、传动件27.10(此处为链条)、上导轨盖27.1、导轨27.4、下导轨盖27.8以及移动滑块27.5组成，所述链条套设在两个所述滚子链轮27.9上，第一动力源27.3通过圆头平键与传动轴传动连接，传动轴通过圆头平键与上导轨盖27.1内的滚子链轮27.9传动连接。移动滑块27.5设置在传动件27.10上，通过第一动力源27.3和链轮链条机构(相匹配的滚子链轮27.9和链条)带动移动滑块27.5在导轨27.4表面上下滑动。所述抓取主轴姿态变换机构主要用于辅助改变转角连接块与抓取主轴的作业角度，由安装法兰盘27.15、移动滑块27.5、转角连接块27.6、第二动力源27.7(液压马达)、抓取主轴27.11、机械手柄27.12以及第三动力源27.16(液压马达)组成，通过两个液压马达分别驱动转角连接块27.6和抓取主轴27.11，使得转角连接块27.6可绕移动滑块27.5表面逆时针转动，最大转角为90度，抓取主轴27.11可绕转角连接块27.6转动，其转角可达360度，具体是：所述移动滑块27.5为带有空腔的中空结构，所述第三动力源27.16和所述转角连接块27.6均设置在所述空腔内(第三动力源27.16通过安装法兰盘27.15设置在转角连接块上)；所述抓取主轴27.11的连接端插入所述空腔内通过第二动力源27.7带动所述抓取主轴27.11绕所述转角连接块27.6进行旋转，所述抓取主轴27.11的自由端通过机械手柄设有一个或并列设置的至少两个所述机械手抓取机构。所述机械手抓取机构主要用于辅助抓取机械手从自动送杆机构输送的固定位置处自动交替抓取两种及以上不同尺寸的钻杆或套管，由第四动力源27.22(液压马达)、机械手选择转盘27.23以及抓取机械手组，抓取机械手组包括多个抓取机械手27.13(此处包括套管抓取机械手27.25和钻杆抓取机械手27.24)组成，抓取机械手组通过螺栓安装在机械手柄27.12上，套管抓取机械手27.25和钻杆抓取机械手27.24的结构相同，抓取机械手包括机械手固定板27.17、夹紧缸27.18、液压杆27.19、连杆27.20和手抓27.21，所述机械手固定板27.17设置在所述机械手选择转盘27.23上，所述夹紧缸27.18设在所述机械手固定板27.17上，所述液压杆27.19连接所述夹紧缸27.18和所述连杆27.20，所述手抓27.21设置在所述连杆27.20的自由端。机械手选择转盘27.23根据需要呈圆周状安装(如通过螺栓可拆卸式安装)两套或以上的不同尺寸的套管抓取机械手27.25和钻杆抓取机械手27.24，第四动力源27.22控制机械手选择转盘27.23在水平面内进行旋转，以实现对两种及以上不同尺寸杆件27.14(钻杆和套管)的交替自动化抓取的功能。
自动取杆机构27可通过机械手抓取机构选择与杆件27.14尺寸配套的抓取机械手，并抓取自动送杆机构26输送到固定位置的杆件27.14，通过抓取主轴姿态变换机构调节转角连接块27.6与抓取主轴27.11的作业角度，同时通过提升机构提升或下放导轨27.4上的移动滑块27.5，将杆件27.14自动加装到倾斜或垂直动力头的桅杆13处，实现自动交替加装两种及以上不同尺寸的钻杆或套管的功能。自动取杆机构27的逆向过程可实现将动力头的桅杆13处的杆件拆卸到自动送杆机构26的固定位置，然后通过自动送杆机构26安放到储杆箱26.3中，从而实现自动交替拆卸两种及以上不同尺寸的钻杆或套管的功能。自动取杆机构27需通过桅杆连接副27.2安装在桅杆13一侧，并由取杆机构用动力源24(液压马达)驱动，从而实现与桅杆的相对转动功能。
所述动力头12(液压动力头)在钻探过程中由桅杆13内的链条倍速给进机构驱动，并通过链轮15和双排链14带动提升或下降，同时通过液压伺服控制系统实现动力头12的正反转和给进的闭环反馈控制。
夹持机械手组件16安装在桅杆13中间槽口内，采用液压油缸驱动方式，在钻探过程中可伸出夹持杆件，辅助岩心取样钻机自动加装或拆卸杆件。定滑轮鹅头11设置在桅杆13的顶部，用于其他附件的安装。
所述桅杆起降油缸2与液压支腿6都采用伺服液压油缸，能够通过伺服控制器精确微调。
所述卷扬机组件7主要包括液压马达、减速器、卷扬机等，安装在主机架1尾部，用于原位检测过程中吊起穿心落锤29。
所述泥浆泵组件25主要包括液压马达、联轴器、泥浆泵等，安装在主机架1上，可通过控制系统精确控制泥浆泵向钻孔内注入泥浆。
为了适应全液压钻机的驱动方式，所述动力头给进、夹持机械手组件、泥浆泵组件、卷扬机组件、自动送杆机构、自动取杆机构等都采用液压油缸或液压马达驱动。操控室4和控制柜5的设计可参照现有技术。
如图5所示，钻机配备的原位检测装置由穿心落锤29、刚性垫片30、原位检测钻杆31、高度测量装置以及标准贯入器33组成，具体是：穿心落锤29设置在卷扬机组件7的吊绳上，刚性垫片30安装在原位检测钻杆31上；高度测量装置用于检测原位检测时杆件下落的高度，其安装在桅杆13与原位检测钻杆31上。此处的高度测量装置优选光栅尺组件32，光栅尺组件32包括直线光栅尺安装套筒架32.1、直线光栅尺32.2、光栅读数头安装架32.3和光栅读数头32.4，直线光栅尺32.2通过直线光栅尺安装套筒架32.1设置在原位检测钻杆31上，光栅读数头32.4通过所述光栅读数头安装架32.3设置在主机架1上且所述光栅读数头32.4与所述直线光栅尺32.2相对应设置，所述光栅尺组件32是为了检测原位检测时钻杆下落的高度，可根据需要更换成其它的高度测量传感器。所述标准贯入器33只适用于标准贯入实验，可根据需要更换成动力触探头，进行动力触探试验。
在原位检测过程中，岩心取样钻机先将动力头12摆向桅杆13一侧，用卷扬机组件7吊起穿心落锤29到一定的测试高度，然后通过穿心落锤29自由落体砸击原位检测钻杆上的刚性垫片30，并利用光栅尺组件32检测原位检测钻杆31下落的高度，从而判定岩土层的性能。
如图1和图2所示，本实施例的岩心取样钻机上还集成有实时监测装置，能实时监控全局及取芯过程、实时监测钻探参数、自动调节桅杆倾角、远程精确定位钻机位置信息的功能，具体是：所述实时监测装置包括双天线定位装置8、二维倾角传感器9、旋转编码器10、压力传感器21、扭矩传感器22、全局摄像头23以及孔位摄像头28，所述桅杆13顶部通过面板安装有全局摄像头23，所述桅杆13下端安装有孔位摄像头28，能够在钻探过程中实时监控全局及取芯过程；所述定滑轮鹅头11上安装有旋转编码器10，所述动力头12上安装有扭矩传感器22与压力传感器21，能够实时监测钻深、扭矩、钻压等参数信息；所述主机架1与桅杆13背面安装有二维倾角传感器9，配合液压支腿6能够精确调节桅杆倾角；所述主机架1尾部安装有双天线定位装置8，能够辅助远程精确定位钻机位置信息，便于钻机按照规划孔位序号依次进行钻探作业。
本实施例的岩心钻机的工作原理如下：岩心取样钻机进入工地指定位置后，先展开并放下支撑腿6，并通过桅杆起降油缸2与二维倾角传感器9将桅杆13调节到所需钻探倾角；然后，工人将岩心管转接头19安装到动力头12上，将岩心管18安装在夹持机械手组件16上，将金刚石钻头17安装在岩心管18下，并通过桅杆13上的链条倍速给进机构精确控制动力头12向下旋转扭进连接岩心管18，完成钻探初始配置。
在需要加装钻杆或套管时，钻机先通过自动送杆机构26将钻杆或套管输送到固定位置，然后通过自动取杆机构27选择合适的抓取机械手，并将固定位置的钻杆或套管加装到动力头的桅杆13处，便于动力头直接旋转扭进连接钻杆或套管。在需要拆卸钻杆或套管时，以上逆向过程即可将动力头桅杆处的钻杆或套管拆卸到储杆箱26.3中。
进行在线原位检测时，钻机先将动力头12摆到桅杆13一侧，将穿心落锤29安装在卷扬机组件7的吊绳上，将刚性垫片30安装在原位检测钻杆31上，将光栅尺组件32安装在桅杆13与原位检测钻杆31上，将标准贯入器33安装在原位检测钻杆31下。然后，通过卷扬机组件7与旋转编码器10将穿心落锤29提升到76cm的高度，使其向下自由落体砸击刚性垫片30。最后，通过光栅尺组件32中的光栅读数头32.4检测原位检测钻杆31的下移高度，从而根据标准贯入器33的入土深度判定岩土层的性能。
应用本实施例的岩心钻机，效果是：在倾斜或垂直钻探过程中能够自动交替加装或拆卸两种及以上不同尺寸的钻杆或套管，简单改变末端钻具即可用于岩心取样钻探、旋挖钻探、钻井或钻深孔等多种钻进功能；与卷扬系统相配合可用于原位检测，能够自动进行在线动力触探试验或标准贯入试验，适应多种钻探或检测功能的扩展；钻机同时集成有实时监控全局及取芯过程、实时监测钻探参数、自动调节桅杆倾角、远程精确定位钻机位置信息的功能；整机自动化、智能化程度高，降低了工人劳动强度，大大提高了施工效率和施工安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种岩心取样钻机，其特征在于：包括主机架(1)、行走机构、动力头(12)、自动送杆机构(26)以及自动取杆机构(27)，所述动力头(12)、自动送杆机构(26)以及自动取杆机构(27)均设置在所述主机架(1)，所述行走机构设置在所述主机架(1)上用于带动整个岩心取样钻机移动；
所述自动送杆机构(26)用于自动化输送两种及以上尺寸的杆件，所述自动送杆机构(26)包括储存机构、运送机构和支撑机构；所述储存机构用于辅助储存杆件，其包括容纳腔组和顶升组件，所述容纳腔组包括至少一个容纳腔，所述容纳腔包括物料能够通过的物料出口；所述顶升组件包括至少一个顶升单件，所述顶升单件设置在所述容纳腔的下方且用于在自动运送杆件时支撑起容纳腔中的杆件；所述运送机构用于辅助自动交替输送两种及以上不同尺寸杆件，其包括运送动力源(26.14)、杆件选择支架(26.8)以及支撑导轨(26.9)，所述杆件选择支架(26.8)与所述顶升组件错位设置，所述杆件选择支架上设有用于卡持物料的卡槽组以及与所述支撑导轨相匹配的滑行部位，所述卡槽组位于所述容纳腔的下方，使得所述容纳腔中的物料能落入所述卡槽组中的卡槽内；所述运送动力源(26.14)与所述杆件选择支架(26.8)连接，用于带动所述杆件选择支架(26.8)在所述支撑导轨(26.9)上进行往返运动实现杆件的输送；所述支撑机构用于辅助在输送某一种杆件时支撑起容纳腔中的其他杆件，防止干扰杆件的自动化输送，所述支撑机构包括至少一组支撑单件，所述支撑单件设置在所述物料出口处，所述支撑单件包括齿条支撑板(26.7)以及动力组，所述动力组与所述齿条支撑板(26.7)连接，动力组用于提供动力使得齿条支撑板(26.7)能够控制所述物料出口的关闭和打开；所述动力组包括齿轮轴(26.6)和液压马达(26.4)，所述齿条支撑板(26.7)的下底面上设有齿条且所述齿条与所述齿轮轴相啮合，所述齿条同长度方向设置在所述齿条支撑板(26.7)上，所述齿轮轴与所述液压马达的输出轴连接；所述液压马达(26.4)为能够实现正反转的马达；或是，所述动力组包括一根伸缩件或者至少两根并列设置的伸缩件，所述伸缩件的两端分别连接所述储存机构和所述杆件支撑板；所述伸缩件为伸缩油缸；
所述自动取杆机构(27)用于两种及以上不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取，并将杆件自动加装到倾斜或垂直动力头处，或将动力头处的杆件顺次拆卸进行回收，所述自动取杆机构(27)包括提升机构、抓取主轴姿态变换机构以及机械手抓取机构，所述提升机构用于辅助提升或下放导轨上的移动滑块，其包括导轨安装座、桅杆连接副(27.2)、第一动力源(27.3)、导轨(27.4)、移动滑块(27.5)以及传动件(27.10)，桅杆连接副(27.2)、第一动力源(27.3)以及传动件(27.10)均设置在导轨安装座上；桅杆连接副(27.2)用于将取杆机构安装在岩心取样钻机上；移动滑块(27.5)设置在导轨(27.4)上且与所述传动件(27.10)连接，通过第一动力源(27.3)为所述传动件(27.10)提供动力带动移动滑块(27.5)沿导轨(27.4)的长度方向进行往返运动；所述抓取主轴姿态变换机构用于辅助改变转角连接块与抓取主轴的作业角度，其包括第二动力源(27.7)、转角连接块(27.6)、抓取主轴(27.11)以及第三动力源(27.16)，转角连接块(27.6)通过第三动力源(27.16)设置在所述移动滑块(27.5)上，且所述第三动力源(27.16)能带动所述转角连接块(27.6)绕所述移动滑块表面逆时针转动0°-90°；所述第二动力源(27.7)与所述抓取主轴(27.11)连接能带动所述抓取主轴绕所述转角连接块旋转0°-360°；所述机械手抓取机构用于辅助抓取机械手从自动送杆机构输送的固定位置处自动交替抓取两种及以上不同尺寸的杆件，其包括第四动力源(27.22)、机械手选择转盘(27.23)以及抓取机械手组，所述机械手选择转盘(27.23)通过机械手柄(27.12)设置在所述抓取主轴(27.11)上且与所述第四动力源(27.22)连接，所述抓取机械手组包括至少两种抓取尺寸不同的抓取机械手(27.13)，多个抓取机械手设置在所述机械手选择转盘(27.23)上，通过所述第四动力源驱动所述机械手选择转盘旋转选取所需抓取机械手实现不同杆件的抓取。
2.根据权利要求1所述的岩心取样钻机，其特征在于：所述移动滑块(27.5)为带有空腔的中空结构，所述第三动力源(27.16)和所述转角连接块(27.6)均设置在所述空腔内；所述抓取主轴(27.11)的连接端插入所述空腔内通过第二动力源(27.7)带动所述抓取主轴(27.11)绕所述转角连接块(27.6)进行旋转，所述抓取主轴(27.11)的自由端通过机械手柄设有一个或并列设置的至少两个所述机械手抓取机构；所述第二动力源、第三动力源以及第四动力源均为液压马达。
3.根据权利要求1所述的岩心取样钻机，其特征在于：抓取机械手(27.13)包括机械手固定板(27.17)、夹紧缸(27.18)、液压杆(27.19)、连杆(27.20)以及手抓(27.21)，所述机械手固定板(27.17)设置在所述机械手选择转盘(27.23)上，所述夹紧缸(27.18)设在所述机械手固定板(27.17)上，所述液压杆(27.19)连接所述夹紧缸(27.18)和所述连杆(27.20)，所述手抓(27.21)设置在所述连杆(27.20)的自由端。
4.根据权利要求1所述的岩心取样钻机，其特征在于：所述导轨安装座包括上导轨盖(27.1)和下导轨盖(27.8)，上导轨盖(27.1)和下导轨盖(27.8)内部均设有滚子链轮(27.9)；所述传动件(27.10)为链条，所述链条套设在两个所述滚子链轮(27.9)上；第一动力源(27.3)为液压马达，其通过圆头平键与传动轴传动连接，传动轴通过圆头平键与上导轨盖(27.1)内的滚子链轮(27.9)传动连接；
所述行走机构包括履带底盘(3)和支撑腿组，所述履带底盘(3)设置在所述主机架(1)底部中间部位，所述支撑腿组中的支撑腿(6)均布在所述主机架(1)底部的四周。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的岩心取样钻机，其特征在于：还包括卷扬机组件(7)、定滑轮鹅头(11)、桅杆(13)以及泥浆泵组件(25)，所述卷扬机组件(7)安装在主机架(1)尾部用于起吊辅助部件；所述泥浆泵组件(25)安装在主机架(1)上，用于精确控制泥浆泵向钻孔内注入泥浆；所述桅杆(13)与桅杆起降油缸(2)，通过桅杆起降油缸(2)控制桅杆(13)进行动作；定滑轮鹅头(11)设置在桅杆(13)的顶部，用于其他附件的安装。
6.根据权利要求5所述的岩心取样钻机，其特征在于：还包括原位检测装置，所述原位检测装置包括穿心落锤(29)、刚性垫片(30)、原位检测钻杆(31)以及高度测量装置，穿心落锤(29)设置在卷扬机组件(7)的吊绳上，刚性垫片(30)安装在原位检测钻杆(31)上；高度测量装置用于检测原位检测时杆件下落的高度，其安装在桅杆(13)与原位检测钻杆(31)上；通过卷扬机组件(7)将穿心落锤(29)提升至一定高度，使穿心落锤(29)向下自由落体砸击刚性垫片(30)，通过高度测量装置检测原位检测钻杆(31)的下移高度。
7.根据权利要求6所述的岩心取样钻机，其特征在于：所述高度测量装置为光栅尺组件(32)或高度测量传感器，所述光栅尺组件(32)包括直线光栅尺安装套筒架(32.1)、直线光栅尺(32.2)、光栅读数头安装架(32.3)以及光栅读数头(32.4)，直线光栅尺(32.2)通过直线光栅尺安装套筒架(32.1)设置在原位检测钻杆(31)上，光栅读数头(32.4)通过所述光栅读数头安装架(32.3)设置在主机架(1)上且所述光栅读数头(32.4)与所述直线光栅尺(32.2)相对应设置。
8.根据权利要求6所述的岩心取样钻机，其特征在于：还包括标准贯入器(33)或动力触探头，所述标准贯入器(33)或动力触探头设置在所述原位检测钻杆(31)的下端，所述标准贯入器(33)用于标准贯入实验，所述动力触探头用于进行动力触探试验。
9.根据权利要求5所述的岩心取样钻机，其特征在于：还包括实时监测装置，能实现实时监控全局及取芯过程、实时监测钻探参数、自动调节桅杆倾角、远程精确定位钻机位置信息的功能，所述实时监测装置包括双天线定位装置(8)、二维倾角传感器(9)、旋转编码器(10)、压力传感器(21)、扭矩传感器(22)、全局摄像头(23)以及孔位摄像头(28)，所述双天线定位装置(8)设置在主机架(1)的尾部，所述二维倾角传感器(9)同时设置在主机架(1)和桅杆(13)的背面，所述旋转编码器(10)设置在所述定滑轮鹅头(11)上，所述压力传感器(21)和扭矩传感器(22)均设置在动力头(12)上，所述全局摄像头(23)设置在桅杆(13)的顶部且所述桅杆(13)的下端设有孔位摄像头(28)。
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