CN111577132B - 一种矿井全自动液压钻车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井全自动液压钻车，其特征在于:包括钻车车体和自动钻杆仓，自动钻杆仓，包括固定内筒、旋转外筒、钻杆钩、摆臂、内壁支撑架、外壁行走齿圈、位置传感器、前后钻杆夹、端头旋转轴承、吸附电磁铁、油缸固定架、摆臂油缸、驱动齿轮、驱动机构和驱动杆；本发明的有益效果是:具有旋转内外筒的旋转笼型钻杆仓，并配合独特的液压旋转机构和吸附电磁铁，实现了连续化自动上钻杆或自动拆卸钻杆，马达行走轨道上安装位置传感器进行信号的精确定位，达到轨道哪个位置进行下一步动作，若中间一步未完成或出现故障，自动纠错后方可进行下一步动作，从而能够使类似于左轮手枪式的自动上钻杆和自动拆卸钻杆连续化操作成为可能。
Description
技术领域
本发明属于矿用设备技术领域，更具体地涉及一种矿井全自动液压钻车。
背景技术
冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，是煤矿重大地质灾害之一。我公司属于立井开采矿井，矿井深，巷道岩体承受压力大，弹性变形能相对较大，属于冲击地压重点灾害矿井，矿井冲击地压治理一直是公司面临的巨大困难，随着煤矿开采技术的不断发展，公司引进了微震系统对冲击地压实时监控，对矿井冲击地压实时监控，利用在冲击地压集中区域打设防冲泄压孔的方式对煤层泄压，有效的控制了冲击地压对煤矿开采的制约。
当前冲击地压孔采用专用的煤矿防冲钻机，此钻机体积较小，能够进入皮带顺槽打设泄压孔，操作灵便，控制简单，但是操作此类钻车需要人员进入重点防冲区域操作钻机，具有一定的安全隐患，同时此类钻机需要人工安装和卸载钻杆、清理钻屑，效率低且工人的劳动作业强度大，需要投入大量人员进行防冲作业， 极大制约了煤矿采煤效率。
专利号为201711042444 .1的国家发明专利公开了瓦斯高突巷道无人值守自动掘进系统，包括矿用智能钻车、用于控制矿用智能钻车的远程控制系统，矿用智能钻车包括动力系统和由其驱动的执行系统，执行系统包括履带式旋转底盘、支承板、两个立柱、两个固定板、转角升降油缸、换杆钻进系统，本发明可实现：自动定位打眼、自动上钻、自动接钻、自动钻进、自动监测及智能识别与处理、自动卸钻等功能，掘进打眼实现机械化和智能化，但是上述装置存在弊端：
1. 防冲钻机一般用于轨道巷道、和皮带运输巷道防冲钻孔打设，尤其是在皮带巷内，巷道宽度在5米左右，皮带宽度在2米左右，钻机需要沿着皮带进入后，跨过皮带进行钻孔打设，一般防冲钻孔需要打设40条，直径为60mm、长度1米的钻杆，该装置将钻杆仓放在下部，造成钻杆仓尺寸大，无法跨过皮带对非人行侧巷道打设钻孔、且无法打设垂直顶板空；
2. 所有动作通过编程预先设计好程序方式来实现每个步骤的衔接，若中间一步出现偏差，造成其余动作全部失效，可靠性不高；
3.实现整个步骤需要很多限位和检测，需要各个步骤电机协调，程序复杂，故障点多，仅仅机械手抓取动作需要3个限位，若有一个限位失效，极易造成整套系统失效，且煤矿现场条件负责恶劣，极易造成各部分误动作而造成控制系统失效。
发明内容
为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种能够连续自动上钻杆和自动拆卸钻杆的矿井全自动液压钻车，能够有效的解决上述的问题。
本发明解决上述技术问题的具体技术方案为：矿井全自动液压钻车，其特征在于:包括钻车车体和自动钻杆仓，
所述钻车车体包括抬高油缸、钻机稳定杆、钻机液压马达、履带行走轮、履带、钻机车盘架、泵站和钻机滑道，所述履带行走轮与履带配合，并通过钻机车盘架底部主梁与钻机车盘架连接，履带行走轮与钻机液压马达对轮连接；
所述自动钻杆仓，包括固定内筒、旋转外筒、钻杆钩、摆臂、内壁支撑架、外壁行走齿圈、位置传感器、前后钻杆夹、端头旋转轴承、吸附电磁铁、油缸固定架、摆臂油缸、驱动齿轮、驱动机构和驱动杆。
进一步地，所述自动钻杆仓中：固定内筒通过内壁支撑架固定在钻机滑道外侧，在固定内筒侧面设置有一条用于钻杆由内圈进入外圈的出钻杆孔，旋转外筒通过端头旋转轴承与内筒连接，外壁行走齿圈固定在旋转外筒两端侧，驱动电机固定在固定内筒上，并通过驱动机构和驱动杆与外壁行走齿圈啮合，驱动电机带动驱动机构、驱动杆实现外壁行走齿圈旋转、带动旋转外筒转动；
前后钻杆夹固定在钻机滑道上部，用于上钻杆和退钻杆过程中实现对前后钻杆夹持；位置传感器设置钻机滑道的前后两端，；摆臂油缸通过油缸固定架固定在钻机滑道的下方；钻机滑道的侧面设置摆臂机构，通过铰接杠杆机构与摆臂油缸连接，通过油缸动作实现摆臂动作；在摆臂机构非铰接点端头侧，设置有吸附电磁铁，通过电磁铁的吸附实现钻杆的自动夹持。
进一步地，还设置有电控部分；所述电控部分包括两个位置传感器及连接的控制电缆，通过位置传感器判定钻机液压马达的位置对整个拆装钻杆的控制，通过控制吸附电磁铁电路通断来实现对钻杆抓取动作。
进一步地，还设置有车载液压部分：包括数模转换器、控制电缆、液压电磁阀组、泵站电机和液压油路；数模转换器通过控制电缆与集中电控箱连接，将电控箱传输的动作指令转化成模拟控制信号从而达到控制液压电磁阀组，通过液压电磁阀组的通断控制各部动作协调完成整套流程；
所述液压油路包括行走支路和旋转支路，行走支路由泵站通过液压管路输出液压动力驱动行走轮行走，起到移动钻车的目的；旋转支路由泵站通过液压管路连接设置在钻机车盘架的液压旋转机构，用于车盘架上平面的可旋转，实现对不同角度钻孔的打设；
所述液压旋转机构包括在钻机车盘架上部设置的旋转平台，旋转平台上端面安装有抬高油缸和钻机稳定杆，通过调整抬高油缸的高度，可控制钻孔的不同垂直高度；
所述抬高油缸和钻机稳定杆通过钻机液压马达与钻机滑道连接，钻机滑道内部安装有用于钻杆推进和抽出的双向定杆式油缸；钻机液压马达位于钻机滑道之上，由旋转高速马达组成，用于夹持钻杆并实现钻孔。
进一步地，还设置有负压除尘系统包括收集罩、固定架、漏网、正负压风路、排渣管路组成，收集罩通过固定架与钻机滑道端头连接，收集罩下方设置有排屑孔，并通过排屑孔与排渣管路连接，在排渣管路后端侧设置有正负压风路。
本发明的有益效果是：
创造性地设置具有旋转内外筒的旋转笼型钻杆仓，并配合独特的液压旋转机构和吸附电磁铁，实现了类似于左轮手枪式的连续化自动上钻杆或自动拆卸钻杆，实现了真正意义上的连续自动化操作；
将钻杆仓设置在滑道四周，避免了吊装钻杆跨越高度，极大节省了空间，钻机整体尺寸小，移动灵活,可以满足宽过皮带打设水平钻孔及顶板孔；
马达行走轨道上安装位置传感器进行信号的精确定位，达到轨道哪个位置进行下一步动作，若中间一步未完成或出现故障，自动纠错后方可进行下一步动作，从而能够使类似于左轮手枪式的自动上钻杆和自动拆卸钻杆连续化操作成为可能；
采用一台行走，其余全部利用油缸的极限位置来实现，控制点少，动作简单，抓取动作采用电磁铁吸附方式，整套动作无需限位。
附图说明：
附图1是本发明旋转笼型钻杆仓示意图；
附图2是本发明旋转笼型钻杆仓主视图示意图；
附图3是本发明示意图；附图中：
1. 抬高油缸、2. 钻机稳定杆、3. 钻机液压马达、4. 液压管路、5. 数模转换器、6. 控制电缆、7. 液压电磁阀组、8. 泵站电机、9. 履带行走轮、10. 履带、11. 钻机车盘架、12. 前后钻杆夹、13. 旋转外筒、14. 钻杆钩、15. 摆臂、16. 内壁支撑架、17. 外壁行走齿圈、18. 位置传感器、19. 钻机滑道、20. 集中电控箱、21. 端头旋转轴承、22. 吸附电磁铁、23. 钻杆、24. 油缸固定架、25. 摆臂油缸、26. 驱动齿轮、27. 驱动机构、28. 驱动杆、29. 收集罩、30. 排渣管路、31. 正负压风路、32. 固定内筒。
具体实施方式：
在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的具体实施方式：矿井全自动液压钻车，其特征在于:包括钻车车体和自动钻杆仓，
所述钻车车体包括抬高油缸1、钻机稳定杆2、钻机液压马达3、履带行走轮9、履带10、钻机车盘架11、泵站和钻机滑道19，所述履带行走轮9与履带10配合，并通过钻机车盘11架底部主梁与钻机车盘架11连接，履带行走轮9与钻机液压马达3对轮连接；
所述自动钻杆仓，包括固定内筒32、旋转外筒13、钻杆钩14、摆臂15、内壁支撑架16、外壁行走齿圈17、位置传感器18、前后钻杆夹12、端头旋转轴承21、吸附电磁铁22、油缸固定架24、摆臂油缸25、驱动齿轮26、驱动机构27和驱动杆28。
进一步地，所述自动钻杆仓中：
固定内筒32通过内壁支撑架16固定在钻机滑道19外侧，在固定内筒32侧面设置有一条用于钻杆23由内圈进入外圈的出钻杆孔，旋转外筒13通过端头旋转轴承21与内筒连接，外壁行走齿圈17固定在旋转外筒两端侧，驱动电机固定在固定内筒32上，并通过驱动机构27和驱动杆28与外壁行走齿圈17啮合，驱动电机带动驱动机构27、驱动杆28实现外壁行走齿圈17旋转、带动旋转外筒13转动；
所述前后钻杆夹12固定在钻机滑道19上部，用于上钻杆和退钻杆过程中实现对前后钻杆23夹持；位置传感器18设置钻机滑道19的前后两端；摆臂油缸25通过油缸固定架24固定在钻机滑道19的下方；钻机滑道19的侧面设置摆臂机构，通过铰接杠杆机构与摆臂油缸25连接，通过油缸动作实现摆臂动作；在摆臂机构非铰接点端头侧，设置有吸附电磁铁22，通过电磁铁的吸附实现钻杆23的自动夹持。
进一步地，还设置有电控部分；
所述电控部分包括两个位置传感器18及连接的控制电缆6，通过位置传感器18判定钻机液压马达3的位置对整个拆装钻杆23的控制，通过控制吸附电磁铁22电路通断来实现对钻杆23抓取动作。
进一步地，还设置有车载液压部分：包括数模转换器5、控制电缆6、液压电磁阀组7、泵站电机8和液压油路；数模转换器5通过控制电缆6与集中电控箱20连接，将电控箱传输的动作指令转化成模拟控制信号从而达到控制液压电磁阀组7，通过液压电磁阀组7的通断控制各部动作协调完成整套流程；
所述液压油路包括行走支路和旋转支路，行走支路由泵站通过液压管路4输出液压动力驱动行走轮行走，起到移动钻车的目的；旋转支路由泵站通过液压管路4连接设置在钻机车盘架11的液压旋转机构，用于车盘架上平面的可旋转，实现对不同角度钻孔的打设；
所述液压旋转机构包括在钻机车盘架11上部设置的旋转平台，旋转平台上端面安装有抬高油缸1和钻机稳定杆2，通过调整抬高油缸1的高度，可控制钻孔的不同垂直高度；
所述抬高油缸1和钻机稳定杆2通过钻机液压马达3与钻机滑道19连接，钻机滑道19内部安装有用于钻杆23推进和抽出的双向定杆式油缸；钻机液压马达3位于钻机滑道19之上，由旋转高速马达组成，用于夹持钻杆23并实现钻孔。
进一步地，还设置有负压除尘系统包括收集罩29、固定架、漏网、正负压风路31、排渣管路30组成，收集罩29通过固定架与钻机滑道19端头连接，收集罩29下方设置有排屑孔，并通过排屑孔与排渣管路30连接，在排渣管路30后端侧设置有正负压风路31。
使用时，具体操作如下：
1.自动上钻杆钻孔
工作前将钻杆23放入旋转外筒内侧的钻杆钩内，通过远程控制装置操作钻车移动到钻孔点，操作抬高油缸1调整钻孔高度后，通过远程控制手柄控制钻机钻机车盘架11上的旋转平台旋转，调整钻机角度，使钻头中心线对准预定钻孔点后，控制钻机稳定杆2升高顶住巷道顶板，
启动钻孔作业，首先钻机液压马达3后移，当触碰到后端位置位置传感器18后，摆臂油缸25缩回到极限位置，带动摆臂15转动到固定内筒32内壁钻杆槽位置，吸附电磁铁22送电产生磁力，将钻杆23从外壁上的钻杆钩14上吸附，摆臂油缸25伸出到极限位置，带动钻杆23沿着固定内筒32槽内进入钻机液压马达3轴芯处，后端钻杆夹12持住钻杆，马达正转引入钻杆丝后，后端钻杆夹12松开，吸附电磁铁22断电后摆臂油缸25回缩到极限位置，
钻机液压马达3在双向推移油缸作用下，边旋转边进行钻孔作业，当行进到前端位置传感器18后，马达停止，前端钻杆夹12锁紧钻杆，钻机液压马达3反转拆卸钻杆，钻机液压马达3在双向推移油缸作用下后移，旋转外筒13在驱动伺服电机作用下旋转一定角度，将第二条钻杆23旋转到内壁槽处，开始第二个流程。
2.自动拆卸钻杆
首先钻机液压马达3旋转过程中双向伸缩油缸回缩，当触碰到后端位置传感器18后，发出信号给集中电控箱20，通过液压电磁阀组7控制前端钻杆夹12夹持住钻杆，钻机液压马达3反转将钻杆拆除，摆臂油缸25同时动作，带动摆臂15转到马达中心线处，吸附电磁铁22带电实现钻杆23夹持，后端钻杆夹12钻机液压马达3反转，实现二节油缸的拆卸，摆臂油缸25回缩到极限位置后，带动钻杆23进入固定内筒32的槽内，外部旋转外筒13旋转，将钻杆钩14入钻杆钩14内，完成一个循环。
3.自动排渣
在钻机钻孔过程中，会产生大量钻渣沿着钻杆23的螺旋排出，在钻机端头侧安装有喇叭口式收集罩29，钻渣和水的混合物进入收集罩29内部后，沿着排渣管路30下落到底部，在排渣管路30底部安装有过漏网和正负压风路31，水沿着过漏网排出，剩余的大块渣料在间歇式通风的作用下，沿着排渣管路30流动到排屑点，实现自动排渣的目的。
综上所述：本发明创造性地设置具有旋转内外筒的旋转笼型钻杆仓，并配合相适配的独特的液压旋转机构和吸附电磁铁，实现了类似于左轮手枪式的连续自动上钻杆和自动拆卸钻杆，实现了真正意义上的连续自动化操作；
将钻杆仓设置在滑道四周，配合旋转笼型钻杆仓，在实现连续自动上钻杆和自动拆卸钻杆的同时，避免了吊装钻杆跨越高度，极大节省了空间，钻机整体尺寸小，移动灵活,可以满足宽过皮带打设水平钻孔及顶板孔；
马达行走轨道上安装位置传感器进行信号的精确定位，达到轨道哪个位置进行下一步动作，若中间一步未完成或出现故障，自动纠错后方可进行下一步动作，从而能够使类似于左轮手枪式的自动上钻杆和自动拆卸钻杆连续化操作成为可能；
采用一台行走，其余全部利用油缸的极限位置来实现，控制点少，动作简单，抓取动作采用电磁铁吸附方式，整套动作无需限位。
Claims (4)
1.一种矿井全自动液压钻车，其特征在于:包括钻车车体和自动钻杆仓，
所述钻车车体包括抬高油缸（1）、钻机稳定杆（2）、钻机液压马达（3）、履带行走轮（9）、履带（10）、钻机车盘架（11）、泵站和钻机滑道（19），所述履带行走轮（9）与履带（10）配合，并通过钻机车盘架（11）底部主梁与钻机车盘架（11）连接，履带行走轮（9）与钻机液压马达（3）对轮连接；
所述自动钻杆仓，包括固定内筒（32）、旋转外筒（13）、钻杆钩（14）、摆臂（15）、内壁支撑架（16）、外壁行走齿圈（17）、位置传感器（18）、前后钻杆夹（12）、端头旋转轴承（21）、吸附电磁铁（22）、油缸固定架（24）、摆臂油缸（25）、驱动齿轮（26）、驱动机构（27）和驱动杆（28）；
所述固定内筒（32）通过内壁支撑架（16）固定在钻机滑道（19）外侧，在固定内筒（32）侧面设置有一条用于钻杆（23）由内圈进入外圈的出钻杆孔，旋转外筒（13）通过端头旋转轴承（21）与内筒连接，外壁行走齿圈（17）固定在旋转外筒两端侧，驱动电机固定在固定内筒（32）上，并通过驱动机构（27）和驱动杆（28）与外壁行走齿圈（17）啮合，驱动电机带动驱动机构（27）、驱动杆（28）实现外壁行走齿圈（17）旋转、带动旋转外筒（13）转动；
所述前后钻杆夹（12）固定在钻机滑道（19）上部，用于上钻杆和退钻杆过程中实现对前后钻杆（23）夹持；位置传感器（18）设置钻机滑道（19）的前后两端；摆臂油缸（25）通过油缸固定架（24）固定在钻机滑道（19）的下方；钻机滑道（19）的侧面设置摆臂机构，通过铰接杠杆机构与摆臂油缸（25）连接，通过油缸动作实现摆臂动作；在摆臂机构非铰接点端头侧，设置有吸附电磁铁（22），通过电磁铁的吸附实现钻杆（23）的自动夹持。
2.根据权利要求1所述的矿井全自动液压钻车，其特征在于还设置有电控部分；
所述电控部分包括两个位置传感器（18）及连接的控制电缆（6），通过位置传感器（18）判定钻机液压马达（3）的位置对整个拆装钻杆（23）的控制，通过控制吸附电磁铁（22）电路通断来实现对钻杆（23）抓取动作。
3.根据权利要求1或2所述的矿井全自动液压钻车，其特征在于还设置有车载液压部分：包括数模转换器（5）、控制电缆（6）、液压电磁阀组（7）、泵站电机（8）和液压油路；数模转换器（5）通过控制电缆（6）设置有将电控箱传输的动作指令转化成模拟控制信号从而达到控制液压电磁阀组（7），通过液压电磁阀组（7）的通断控制各部动作协调完成整套流程的集中电控箱（20）；
所述液压油路包括行走支路和旋转支路，行走支路由泵站通过液压管路（4）输出液压动力驱动行走轮行走，起到移动钻车的目的；旋转支路由泵站通过液压管路（4）连接设置在钻机车盘架（11）的液压旋转机构，用于车盘架上平面的可旋转，实现对不同角度钻孔的打设；
所述液压旋转机构包括在钻机车盘架（11）上部设置的旋转平台，旋转平台上端面安装有抬高油缸（1）和钻机稳定杆（2），通过调整抬高油缸（1）的高度，可控制钻孔的不同垂直高度；
所述抬高油缸（1）和钻机稳定杆（2）通过钻机液压马达（3）与钻机滑道（19）连接，钻机滑道（19）内部安装有用于钻杆（23）推进和抽出的双向定杆式油缸；钻机液压马达（3）位于钻机滑道（19）之上，由旋转高速马达组成，用于夹持钻杆（23）并实现钻孔。
4.根据权利要求3所述的矿井全自动液压钻车，其特征在于还设置有负压除尘系统包括收集罩（29）、固定架、漏网、正负压风路（31）、排渣管路（30）组成，收集罩（29）通过固定架与钻机滑道（19）端头连接，收集罩（29）下方设置有排屑孔，并通过排屑孔与排渣管路（30）连接，在排渣管路（30）后端侧设置有正负压风路（31）。
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