CN111691823B - 无人采矿钻机 - Google Patents

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CN111691823B CN202010547678.7A CN202010547678A CN111691823B CN 111691823 B CN111691823 B CN 111691823B CN 202010547678 A CN202010547678 A CN 202010547678A CN 111691823 B CN111691823 B CN 111691823B
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    • E21B7/02—Drilling rigs characterized by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting

Abstract

本发明公开一种无人采矿钻机，包括：底盘、主机总成、动力单元总成、伸缩臂、机械手和钻杆库，所述钻杆库设于所述底盘上，所述伸缩臂的一端活动连接于所述底盘上、另一端朝背离所述钻杆库的方向延伸，所述主机总成可活动地安装于所述伸缩臂的背离所述钻杆库的一端，所述机械手设于所述主机总成和所述钻杆库之间。本发明将钻杆库后移布置在了底盘上，在伸缩臂上设置机械手，通过机械手进行钻杆的转移，减轻了主机总成的重量，使得钻杆库的储杆量能够增加，扩大了工作范围，提高了施工效率。

Description

无人采矿钻机
技术领域
本发明属于矿山机械技术领域，具体涉及一种无人采矿钻机。
背景技术
我国矿山目前自动化程度比较低，主要以人工开采为主，效率低下、安全性差。拿采矿钻机来说，目前普遍使用的是人工装卸钻杆，劳动强度，生产效率低下，且存在很大的安全隐患。研发一种无人采矿钻机能有效的解决这些问题，满足市场需求，推动矿山采矿自动化的发展。
钻机的结构主要包括底盘和主机，底盘用于移动，主机包括推进装置、回转头等，用于进行钻进工作，现有的采矿钻机至少存在以下不足：
一，主机和底盘之间的相对位置是固定的，当需要改变钻孔位置时，需要通过移动底盘来实现，即一次底盘的移动只能钻一个距离位置的孔，导致工作效率不高；
二，钻杆库大多布置在主机的推进装置上面，极大地增加了推进装置的重量，主机通过第一俯仰油缸从底盘上下放进行立机，若推进装置的重量过重，则主机下放后与底盘之间的距离受到限制，使钻机的工作范围最大只能到3米左右，同时还限制了钻杆库的储杆量，当需钻深孔时，若储杆量不够，则钻孔过程中需停机添加钻杆，严重影响了工作效率。
申请号为201911185745.9的专利文献公开了一种煤矿钻机及其控制方法，属于煤矿钻机技术领域，钻机包括钻机平台和设置在其上的自动装卸系统和钻孔主机，以及自动控制系统；自动装卸系统包括沿待装夹钻杆的输送方向顺次设置的钻杆箱、送杆机械手、钻杆转运器和主机械手，钻杆箱具有多层、多列容纳钻杆的空间，自动控制系统与自动装卸系统和钻孔主机相连，用于控制钻孔主机自动钻孔。
该煤矿钻机的钻孔主机只能回转，钻孔主机的位置不能调节，行走底盘位置固定时它钻孔的范围即固定；并且，该煤矿钻机虽然将钻杆箱设在了底盘一侧，但是其自动装卸系统需要钻杆转运器和两个机械手配合工作，整体结构复杂，钻杆是采用三级输送，输送效率低，由于钻孔主机只能回转不能调节位置，两个机械手的工作范围是固定死的，对钻杆的输送范围是有限的。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种无人采矿钻机，旨在解决现有的钻机的工作范围有限的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种无人采矿钻机，包括：底盘、主机总成、动力单元总成、伸缩臂、机械手和钻杆库，所述钻杆库设于所述底盘上，所述伸缩臂的一端活动连接于所述底盘上、另一端朝背离所述钻杆库的方向延伸，所述主机总成可活动地安装于所述伸缩臂的背离所述钻杆库的一端，所述机械手设于所述主机总成和所述钻杆库之间。
优选地，所述机械手设于所述伸缩臂上。
优选地，伸缩臂包括：第一臂和插嵌于所述第一臂一端的可伸缩的第二臂，所述第一臂与所述底盘连接，所述机械手设于所述第一臂上，所述主机总成与所述第二臂连接，所述第一臂内设有与所述第二臂驱动连接的伸缩驱动装置。
优选地，所述无人采矿钻机还包括：第一俯仰油缸，所述伸缩臂的一端设有第三连接座，所述伸缩臂通过第三连接座与所述底盘铰接，所述伸缩臂上还设有第四连接座，所述第四连接座位于所述第三连接座和所述主机总成之间，所述第一俯仰油缸的一端与所述底盘可活动连接、另一端与所述第四连接座可活动连接且对所述伸缩臂进行支承。
优选地，所述底盘上设有分别位于上、下位置的第一支座和第二支座，所述第一支座上通过第一销轴连接有第一连接座，所述第二支座上通过第二销轴连接有第二连接座，所述第一销轴和第二销轴的轴线竖向设置，所述第三连接座与所述第一连接座通过第三销轴连接，所述第一俯仰油缸与所述第二连接座通过第四销轴连接，所述第三销轴和第四销轴的轴线横向设置。
优选地，所述第二支座、第二连接座包括两组，两组所述第二支座和第二连接座关于所述第一销轴轴线对称设置，所述第一俯仰油缸包括两个，两个所述第一俯仰油缸分别与两所述第二连接座连接；所述第一俯仰油缸的背离所述第二连接座的一端通过关节轴承连接于所述第四连接座的第四销轴上。
优选地，所述主机总成的一侧设有第三支座，所述第三支座上设有第一螺旋油缸，所述伸缩臂的背离所述底盘的一端设有第二螺旋油缸，所述第二螺旋油缸与所述第一螺旋油缸的一侧连接。
优选地，所述伸缩臂上设有机械手安装座，所述机械手通过螺栓固定在所述机械手安装座上。
优选地，所述机械手为六轴机械手。
优选地，所述机械手包括：回转减速器、基座、大臂、第二俯仰油缸、连杆、转臂油缸、第三螺旋油缸、小臂、第四螺旋油缸、第五螺旋油缸、夹爪总成，所述基座设于所述回转减速器上，所述大臂与所述基座铰接，所述大臂上设有第二俯仰油缸，所述小臂与所述大臂铰接，所述小臂的靠近所述大臂的一侧连接有连杆，所述连杆连接有转臂油缸，所述小臂上设有第三螺旋油缸，所述小臂的背离所述大臂的一端设有第四螺旋油缸，所述第五螺旋油缸与所述第五螺旋油的一侧连接，所述夹爪总成安装在所述第五螺旋油缸上。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
本发明通过伸缩臂两端的连接驱动，使得主机总成的钻进角度和钻进位置都可调节，当底盘带动主机总成移动至一作业位置时，通过伸缩臂的调节能够实现主机总成上推进装置的伸出范围变大，扩大了工作范围，实现了一次底盘的位置移动能够进行多排多列钻孔，提高了工作效率。并且，本发明将钻杆库后移布置在了底盘上，在伸缩臂上设置机械手，通过机械手进行钻杆的转移，机械手动作灵活又能够保证将钻杆转移至工作范围内的任一位置，将钻杆库设在底盘上，减轻了主机总成的重量，使得钻杆库的储杆量能够增加，解决了将钻杆库设在主机总成上时由于不能过重而限制储杆量的问题，使得不再需要停机添加向钻杆库内添加钻杆，进一步提高了施工效率。
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，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提出的无人采矿钻机的结构图；
图2为图1的Ⅰ处放大图；
图3为图1提出的无人采矿钻机中第一俯仰油缸与伸缩臂的连接结构图；
图4为图1提出的无人采矿钻机中的第一俯仰油缸与第四连接座连接处的内部结构剖视图；
图5为图1中机械手的结构图。
本发明的附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 底盘 1-1 第一支座
1-2 第二支座 1-3 第一连接座
1-4 第二连接座 2 主机总成
2-1 第三支座 2-2 第一螺旋油缸
3 动力单元总成 4 伸缩臂
4-1 第一臂 4-2 第二臂
4-3 第三连接座 4-4 第二螺旋油缸
4-5 机械手安装座 4-6 第四连接座
5 机械手 5-1 回转减速器
5-2 基座 5-3 大臂
5-4 第二俯仰油缸 5-5 连杆
5-6 转臂油缸 5-7 第三螺旋油缸
5-8 小臂 5-9 第四螺旋油缸
5-10 第五螺旋油缸 5-10 第五螺旋油缸
5-11 夹爪总成 6 钻杆库
7 第一俯仰油缸 8 关节轴承
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种无人采矿钻机。
请参照图1至图5，无人采矿钻机，包括：底盘1、主机总成2、动力单元总成3、伸缩臂4、机械手5和钻杆库6，所述钻杆库6设于所述底盘1上，所述伸缩臂4的一端活动连接于所述底盘1上、另一端朝背离所述钻杆库6的方向延伸，所述主机总成2可活动地安装于所述伸缩臂4的背离所述钻杆库6的一端，所述机械手5安装在所述伸缩臂4上，且机械手5位于所述主机总成2和所述钻杆库6之间。
由此使得，
一，本发明伸缩臂4的一端与底盘1可活动连接，使得伸缩臂4相对底盘1的角度方位可调节；伸缩臂4的另一端与主机总成2可活动连接，使得安装在主机总成2上的钻杆的钻进角度可调节；伸缩臂4的长度可伸缩，使得，当将伸缩臂4的长度改变时，能够调节钻杆的钻进位置，当底盘1带动主机总成2移动至一作业位置时，通过伸缩臂4的调节能够实现主机总成2上推进装置的伸出范围变大，扩大了工作范围，实现了一次底盘1的位置移动能够进行多排钻孔。举例来说，传统的钻机的工作范围(主机总成至底盘的距离)仅有3米左右，通过伸缩臂的设置，工作范围能够增加至6米左右。
二，本发明将钻杆库6后移布置在了底盘1上，减轻了主机总成2的重量，使得钻杆库6 的储杆量能够增加，解决了将钻杆库设在主机总成上时由于不能过重而限制储杆量的问题，使得不再需要停机添加向钻杆库内添加钻杆，从而保证了施工效率。本发明在伸缩臂4上设置机械手5，钻杆总成2上设有动力头、钻杆举升机构和钻杆拧卸机构，钻杆库6通过内部的钻杆转移机构能够将钻杆自动推出或收回，机械手5用于将从钻杆库6推出的钻杆抓取转移到钻杆举升机构处，通过钻杆举升机构将当前的钻杆安装到动力头处的上一根钻杆上，或者，当通过钻杆拧卸机构将钻杆从动力头下方卸下后，通过机械手5将卸下的钻杆放回钻杆库。
机械手5为六轴机械手，具有6个自由度，能够抓取空间中任一位置和方位的物体，因此，当主机总成2与底盘1的相对位置改变时，通过六轴机械手能够实现当主机总成2处于各位置时都能进行钻杆的抓取转移。
进一步地，伸缩臂4包括第一臂4-1和第二臂4-2，第一臂4-1与底盘1连接，第二臂4-2 可伸缩地插嵌在第一臂4-1的一端，主机总成2与第二臂4-2连接，第一臂4-1内设有与第二臂4-2驱动连接的伸缩驱动装置，伸缩驱动装置包括液压驱动机构，通过液压驱动伸缩臂4 进行伸缩。机械手5安装在第一臂4-1的背离底盘1的一侧，使得机械手5的固定端位于底盘1 和主机总成2的居中位置，便于进行钻杆的转移。
伸缩臂4具有相对的里端和外端，伸缩臂4的里端的连接结构为：
在底盘1上设有第一支座1-1和第二支座1-2，第一支座1-1上设有第一连接座1-3，第一连接座1-3通过第一销轴可活动地连接在第一支座1-1上，第二支座1-2位于第一支座1-1下方，第二支座1-2上设有第二连接座1-4，第二连接座1-4通过第二销轴可活动地连接在第二支座1-2上，第一销轴和第二销轴的轴线竖向设置，使得，第一连接座1-3和第二连接座1-4 能够相对底盘1左右摆动。
与第一支座1-1对应的，伸缩臂4的靠近底盘1的一端设有第三连接座4-3，第三连接座 4-3与第一连接座1-3的一侧通过第三销轴连接。与第二支座1-2对应的，伸缩臂4的一侧设有两个第一俯仰油缸7，两个第一俯仰油缸7的缸筒端与第二连接座1-4通过第四销轴连接，第三销轴和第四销轴的轴线横向设置，使得，伸缩臂4及第一俯仰油缸7能够上下摆动。
伸缩臂4上还设有第四连接座4-6，第四连接座4-6上设有可活动的第五销轴，第一俯仰油缸7的活塞杆端安装有关节轴承8，关节轴承8的外圈与活塞杆端连接，关节轴承8的内圈安装在第五销轴上，使得，伸缩臂4及第一俯仰油缸7能分别在第一连接座1-3和第二连接座 1-4的带动下在任何角度灵活地旋转摆动。
伸缩臂4的外端的连接结构为：
在主机总成2的一侧设有第三支座2-1，第三支座2-1上设有第一螺旋油缸2-2。伸缩臂4 的外端连接有第二螺旋油缸4-4，第二螺旋油缸4-4与第一螺旋油缸2-2的一侧连接。
由此使得，
两个第一俯仰油缸7的行程规格相同，当两个第一俯仰油缸7同时伸缩时，第一俯仰油缸7能够带动伸缩臂4上下运动，从而能够对主机总成2的高度位置进行调整。当一个第一俯仰油缸7伸长、另一个第一俯仰油缸7缩短时，两个第一俯仰油缸7一起带动伸缩臂4左右运动，从而能够对主机总成2的左右位置进行调整。
使得，通过两个第一俯仰油缸7的动作能够改变主机总成2的方位，从而改变钻进位置，实现了在底盘1不移动的情况下能够钻多排多列孔。而当第一螺旋油缸2-2和第二螺旋油缸 4-4工作时，能够使主机总成2相对伸缩臂4运动，从而对主机总成2的钻进角度进行调节。
具体在本实施方式中，伸缩臂4的左右摆动是通过两个第一俯仰油缸7来驱动实现的，在其他一些实施方式中，伸缩臂4也可通过在第三连接座4-3处设置旋转摆缸来驱动实现，只要能实现伸缩臂4的灵活运动即可，在此不作限定。
进一步地，伸缩臂4上设有机械手安装座4-5，机械手5包括：回转减速器5-1、基座5-2、大臂5-3、第二俯仰油缸5-4、连杆5-5、转臂油缸5-6、第三螺旋油缸5-7、小臂5-8、第四螺旋油缸5-9、第五螺旋油缸5-10、夹爪总成5-11。
该六轴机械手的六自由度动作分别为：
1、本体旋转：回转减速器5-1安装于机械手安装座4-5上，基座5-2设于回转减速器5-1 上，通过回转减速器5-2能够使基座5-2绕回转减速器5-2轴线进行360°回转。
2、大臂运动：大臂5-3的一端与基座5-2铰接，大臂5-3的背离基座5-2的一侧设有第二俯仰油缸5-4，通过第二俯仰油缸5-4能够使大臂5-3进行俯仰摆动，可以实现1070的俯仰动作。
3、小臂运动：大臂5-3的背离基座5-2的一端连接小臂5-8，小臂5-8的靠近大臂5-3的一侧设有占比油缸5-6，通过转臂油缸5-6的动作能够实现小臂5-9的转臂动作。
4、手腕旋转运动、手腕上下摆动和手腕圆周运动：第五螺旋油缸5-10相当于手腕，第五螺旋油缸5-10与第四螺旋油缸5-9的一侧连接，第四螺旋油缸5-9连接小臂5-8，小臂5-8上安装有第三螺旋油缸5-7，通过第三螺旋油缸5-7能够使第五螺旋油缸5-10进行3600旋转，通过第四螺旋油缸5-9能够使第五螺旋油缸5-10上下摆动，夹爪总成5-13连接第五螺旋油缸 5-12，通过第五螺旋油缸5-12能够带动夹爪总成5-13进行圆周运动。
在上述六轴机械手的每个轴关节位置都设有角度传感器，可以实时监控每个回转动作的角度，机械手5安装在伸缩臂4上面，可以实现机械手5从钻杆库6夹取钻杆，并通过设定的路径运送到主机总成2的推进装置位置进行加杆，及反向实现卸杆。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种无人采矿钻机，其特征在于，包括：底盘(1)、主机总成(2)、动力单元总成(3)、伸缩臂(4)、机械手(5)和钻杆库(6)，所述钻杆库(6)设于所述底盘(1)上，所述伸缩臂(4)的一端活动连接于所述底盘(1)上、另一端朝背离所述钻杆库(6)的方向延伸，所述主机总成(2)可活动地安装于所述伸缩臂(4)的背离所述钻杆库(6)的一端，所述机械手(5)设于所述主机总成(2)和所述钻杆库(6)之间，所述机械手(5)设于所述伸缩臂(4)上；
还包括：第一俯仰油缸(7)，所述伸缩臂(4)的一端设有第三连接座(4-3)，所述伸缩臂(4)通过第三连接座(4-3)与所述底盘(1)铰接，所述伸缩臂(4)上还设有第四连接座(4-6)，所述第四连接座(4-6)位于所述第三连接座(4-3)和所述主机总成(2)之间，所述第一俯仰油缸(7)的一端与所述底盘(1)可活动连接、另一端与所述第四连接座(4-6)可活动连接且对所述伸缩臂(4)进行支承；所述底盘(1)上设有第二支座(1-2)，所述第二支座(1-2)上通过第二销轴连接有第二连接座(1-4)，所述第二支座(1-2)和第二连接座(1-4)包括两组，所述第一俯仰油缸(7)包括两个，两个所述第一俯仰油缸(7)分别与两所述第二连接座(1-4)连接。
2.如权利要求1所述的无人采矿钻机，其特征在于，伸缩臂(4)包括：第一臂(4-1)和插嵌于所述第一臂(4-1)一端的可伸缩的第二臂(4-2)，所述第一臂(4-1)与所述底盘(1)连接，所述机械手(5)设于所述第一臂(4-1)上，所述主机总成(2)与所述第二臂(4-2)连接，所述第一臂(4-1)内设有与所述第二臂(4-2)驱动连接的伸缩驱动装置。
3.如权利要求2所述的无人采矿钻机，其特征在于，所述底盘(1)上设有分别位于上、下位置的第一支座(1-1)和第二支座(1-2)，所述第一支座(1-1)上通过第一销轴连接有第一连接座(1-3)，所述第一销轴和第二销轴的轴线竖向设置；
所述第三连接座(4-3)与所述第一连接座(1-3)通过第三销轴连接，所述第一俯仰油缸(7)与所述第二连接座(1-4)通过第四销轴连接，所述第三销轴和第四销轴的轴线横向设置。
4.如权利要求3所述的无人采矿钻机，其特征在于，两组所述第二支座(1-2)和第二连接座(1-4)关于所述第一销轴轴线对称设置；
所述第四连接座(4-6)上安装有第五销轴，所述第一俯仰油缸(7)的背离所述第二连接座(1-4)的一端通过关节轴承(8)安装于所述第五销轴上。
5.如权利要求4所述的无人采矿钻机，其特征在于，所述主机总成(2)的一侧设有第三支座(2-1)，所述第三支座(2-1)上设有第一螺旋油缸(2-2)，所述伸缩臂(4)的背离所述底盘(1)的一端设有第二螺旋油缸(4-4)，所述第二螺旋油缸(4-4)与所述第一螺旋油缸(2-2)的一侧连接。
6.如权利要求1所述的无人采矿钻机，其特征在于，所述伸缩臂(4)上设有机械手安装座(4-5)，所述机械手(5)通过螺栓固定在所述机械手安装座(4-5)上。
7.如权利要求1所述的无人采矿钻机，其特征在于，所述机械手(5)为六轴机械手。
8.如权利要求7所述的无人采矿钻机，其特征在于，所述机械手(5)包括：回转减速器(5-1)、基座(5-2)、大臂(5-3)、第二俯仰油缸(5-4)、连杆(5-5)、转臂油缸(5-6)、第三螺旋油缸(5-7)、小臂(5-8)、第四螺旋油缸(5-9)、第五螺旋油缸(5-10)、夹爪总成(5-11)，所述基座(5-2)设于所述回转减速器(5-1)上，所述大臂(5-3)与所述基座(5-2)铰接，所述大臂(5-3)上设有第二俯仰油缸(5-4)，所述小臂(5-8)与所述大臂(5-3)铰接，所述小臂(5-8)的靠近所述大臂(5-3)的一侧连接有连杆(5-5)，所述连杆(5-5)连接有转臂油缸(5-6)，所述小臂(5-8)上设有第三螺旋油缸(5-7)，所述小臂(5-8)的背离所述大臂(5-3)的一端设有第四螺旋油缸(5-9)，所述第五螺旋油缸(5-10)与所述第四螺旋油缸(5-9)的一侧连接，所述夹爪总成(5-11)安装在所述第五螺旋油缸(5-10)上。
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