CN112360363B - 一种架柱式气动钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种架柱式气动钻机，其包括立柱，设于所述立柱上的导轨，设于所述导轨上的气动马达，以及用于所述气动马达和外部供气设备间连接的供气管路，且所述气动马达具有沿所述导轨长度方向的进给，其还包括设于供气管路上的阀体，阀体上设有可通过转动而构成该供气管路的旋转开关，其还包括限位组件，该限位组件包括固设于气动马达上的驱动部，该驱动部可随气动马达移动而驱使旋转开关转动，以使供气管路断开。本发明的架柱式气动钻机通过机械结构实现软限位，避免因气动马达与硬限位碰撞而导致气动马达损坏，延长该架柱式气动钻机的使用寿命。

Description

一种架柱式气动钻机

技术领域

本发明涉及钻机设备技术领域，特别涉及一种架柱式气动钻机。

背景技术

目前，在具有煤与瓦斯突出和爆炸危险性的煤矿，需要进行瓦斯抽放、煤层注水和煤层灭火注浆，因此需要施工几十米以上的钻孔，因这类钻孔的岩石坚固系数f<6，所以一般使用旋转式的岩石钻机。旋转式的岩石钻机有电动式、液压式和气动式。电动式不适宜瓦斯突出和具有爆炸危险性的煤矿，液压式需要液压泵站，移动不便，而煤矿井下一般都有压气管道，所以气动式钻机是煤矿井下的首选。

气动式钻机包括手持式、气腿式以及架柱式；其中，手持式和气腿式气动钻机，需要操作人员手动操作，导致工人劳动强度大；相比于手持式和气腿式气动钻机，架柱式气动钻机在安装好后能够自动钻孔和进给，因而能够大大降低工人的劳动强度；不过，架柱式气动钻机仍需要由工人手动开启或者关闭气阀，以控制架柱式气动钻进的进给距离；目前，架柱式气动组件仅存在硬限位，在钻机的进给过程中，若工人未及时关闭气阀，钻机马达将只能在与硬限位碰撞后停止，而气动马达与硬限位的直接碰撞可能会造成设备损害，或者降低设备的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种架柱式气动钻机，以能够减少气动马达与硬限位结构间的直接碰撞。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种架柱式气动钻机，包括立柱，设于所述立柱上的导轨，设于所述导轨上的气动马达，以及用于所述气动马达和外部供气设备间连接的供气管路，且所述气动马达具有沿所述导轨长度方向的进给，所述架柱式气动钻机还包括：

阀体，设于所述供气管路上，且所述阀体上设有旋转开关，所述旋转开关上设有第一齿轮，所述第一齿轮用于承接外部驱使而带动所述旋转开关转动；且所述旋转开关能够转动至使所述供气管路导通的第一位置，以及转动至使所述供气管路断开的第二位置；

限位组件，包括固设于所述气动马达上的驱动部，转动设于所述导轨上的、能够与所述第一齿轮啮合的扇形齿轮，以及设于所述驱动部和所述扇形齿轮之间的传动部；所述气动马达由初始位置进给至预设的终止位置时，能够带动所述驱动部移动，经所述传动部传动，所述扇形齿轮能够转动，所述第一齿轮能够由所述扇形齿轮的转动驱使而转动，并带动所述旋转开关由所述第一位置转动至所述第二位置。

进一步的，所述驱动部包括固设于所述气动马达上的齿条；所述传动部包括转动设于所述导轨上的、与所述齿条相啮合的第二齿轮。

进一步的，所述传动部还包括设于所述第二齿轮和所述扇形齿轮之间的减速单元。

进一步的，所述减速单元包括与所述第二齿轮同轴固连的第三齿轮，以及与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第四齿轮与所述第三齿轮的传动比小于1，所述扇形齿轮与所述第四齿轮同轴固连。

进一步的，所述导轨上可转动的设有第一转轴，所述第二齿轮固定套设在所述第一转轴的一端上，所述第一转轴的另一端上固定套设有单向轴承，所述第三齿轮固定套设在所述单向轴承上。

进一步的，所述减速单元还包括可相对于所述导轨转动的第二转轴，所述第四齿轮固定套设在所述第二转轴的一端上，所述扇形齿轮固定套设在所述第二转轴的另一端上。

进一步的，所述导轨上固设有支撑板，所述支撑板上开设有转轴孔，所述转轴孔用于供所述第二转轴穿过；且在所述第二转轴的外周上设有标记，环所述转轴孔在所述支撑板上设有若干尺寸刻度线。

进一步的，所述传动部包括可转动的设于所述导轨上的两个同步轮，以及设于两个所述同步轮上的同步带，所述气动马达与所述同步带固连，所述扇形齿轮可由两所述同步轮之一驱使而转动。

进一步的，所述传动部包括可转动的设于所述导轨上的两个链轮，以及设于两个所述链轮上的链条，所述气动马达与所述链条固连，所述扇形齿轮可由两所述链轮之一驱使而转动。

进一步的，所述导轨的中部与所述立柱铰接，以使所述导轨具有在竖向平面内转动的自由度，且所述导轨和所述立柱之间设有气动伸缩杆，所述气动伸缩杆的两端分别与所述导轨和所述立柱铰接。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明所述的架柱式气动钻机，通过在导轨上设置可由气动马达的直线进给驱使而转动的扇形齿轮，并在为气动马达供气的供气管路上设置阀体，在阀体的开关单元上设置能够与扇形齿轮啮合的第一齿轮；气动马达在直线进给过程中，能够带动扇形齿轮转动，扇形齿轮在空转一定角度后，将带动第一齿轮转动，第一齿轮的转动可使供气管路断开，使气动马达停止进给，从而可避免因工人未及时关闭气动马达的进给而导致气动马达与导轨上的硬限位结构碰撞，避免设备损坏。

(2)通过设置减速单元，可在使第二齿轮和扇形齿轮之间具有合适的传动比的情况下，使第二齿轮和扇形齿轮具有合理的尺寸，方便第二齿轮和扇形齿轮的布置。

(3)通过设置单向轴承，使得气动马达可仅在正向进给时驱使阀体断开供气管路，而在气动马达复位时，将不能构带动扇形齿轮转动，也就不会影响气动马达的复位。

(4)通过在第二转轴上设置标记，并在支撑板上设置尺寸刻度线，使得通过调整第二转轴的初始位置，而可控制气动马达正向进给的距离。

(5)采用同步轮驱使扇形齿轮转动，可使该钻机具有更小的空间占用。

附图说明

构成本发明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为本发明实施例一所述的架柱式气动钻机的轴测图；

图2为本发明实施例一所述的架柱式气动钻机的俯视图；

图3为图2中A-A处的剖视图；

图4为图2中B-B处的剖视图；

图5为图2中C-C处的剖视图；

图6为本实施例所述的阀体的结构爆炸图；

图7为图4中A处的局部放大图；

图8为本发明实施例一所述的标记与尺寸刻度线的配合示意图；

图9为本发明实施例二所述的驱动部与传动部的配合示意图；

图10为本发明实施例四所述的架柱式气动钻机的结构示意图。

附图标记说明：

1-立柱，2-导轨，21-安装块，201-凹槽，3-气动马达，4-阀体，41-阀座，42-旋转开关，43-第一齿轮，401-通孔，402-安装盲孔，403-连通孔，5-限位组件，51-驱动部，52-扇形齿轮，53-传动部，531-第二齿轮，532-第一转轴，533-减速单元，5331-第三齿轮，5332-第二转轴，53321-标记，5333-第四齿轮，534-单向轴承，535-同步轮，6-支撑板，61-尺寸刻度线，7-气动伸缩杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

本实施例涉及一种架柱式气动钻机，参考图1至图6所示，其包括立柱1，设于立柱1上的导轨2，设于导轨2上的气动马达3，以及用于气动马达3和外部供气设备间连接的供气管路，且气动马达3具有沿导轨2长度方向的进给；该架柱式气动钻机还包括设于供气管路上的阀体4，且阀体4上设有旋转开关42，旋转开关42上设有第一齿轮43，第一齿轮43用于承接外部驱使而带动旋转开关42转动；且旋转开关42能够转动至使供气管路导通的第一位置，以及转动至使供气管路断开的第二位置。

此外，该架柱式气动钻机还包括限位组件5，该限位组件5包括固设于气动马达3上的驱动部51，转动设于导轨2上的、能够与第一齿轮43啮合的扇形齿轮52，以及设于驱动部51和扇形齿轮52之间的传动部53；气动马达3由初始位置进给至预设的终止位置的过程中，能够带动驱动部51移动，经传动部53传动，扇形齿轮52能够转动；第一齿轮43能够由扇形齿轮52的转动驱使而转动，并带动旋转开关42由第一位置转动至第二位置。

本实施例中，参考图1所示，上述的立柱1用于将该架柱式气动钻机支撑固定在地面上，上述的导轨2设置在立柱1上，上述的气动马达3设置在导轨2上，外部供气设备向该气动马达3供气后，该气动马达3能够驱使安装在该气动马达3上的钻杆转动，并能够自动的在导轨2上沿导轨2的长度方向进给；需要说明的是，本实施例的立柱1、导轨2、气动马达3的结构，以及气动马达3在导轨2上的安装结构均可参考现有成熟技术，在此不再详述。

参考图1和图6所示，本实施例的阀体4包括固定设置在导轨2上的阀座41，在该阀座41上开设有通孔401，该通孔401沿阀座41的长度方向贯穿阀座41设置，该通孔401的一端用于与外部供气设备连通，另一端用于与气动马达3的进气端连通，由于不影响理解，本实施例的附图中未示出气体管路；在该阀座41上还开设有与该通孔401正交且相连通的安装盲孔402，该安装盲孔402将通孔401分成了两段；上述的旋转开关42呈圆柱状，并可转动的设置在安装盲孔402内，上述的第一齿轮43固定套设在该旋转开关42的、位于阀座41外部的一段上；在该旋转开关42的、伸入于阀体4内的一段上设有沿旋转开关42的径向贯穿该旋转开关42的连通孔403。

当该旋转开关42转动至使连通孔403与两段的通孔401相对时，两段的通孔401连通，使得外部供气设备可向气动马达3供气，气动马达3可带动钻杆转动，并具有沿导轨2长度方向的进给，此时，旋转开关42处于上述的第一位置；当该旋转开关42转动至使连通孔403与两段的通孔401正交，两段的通孔401被截断，外部供气设备将停止向气动马达3供气，气动马达3将停止带动钻杆转动，并停止沿导轨2长度方向的进给，此时旋转开关42也即是处于上述的第二位置。需要说明的是，阀体4的结构显然也不仅限于此，只需其开关能够通过转动的方式来控制该阀体4的通、断即可。

本实施例中，上述的驱动部51包括与气动马达3固定连接的齿条，上述的传动部53包括转动设于导轨2上的、与齿条相啮合的第二齿轮531。具体结构上，参考图1至图3所示，在导轨2的一侧上固设有安装块21，在该安装块21的上侧面上开设有条状的凹槽201，该凹槽201的长度方向与导轨2的长度方向平行，上述的齿条具体可导向滑动的设置在凹槽201内，且该齿条的齿部朝向下设置，该齿条的上侧面经由连接件与气动马达3的壳体固定连接，也即是说，该连接件的两端分别与气动马达3的壳体以及齿条固连，以此使得气动马达3沿导轨2长度方向上的进给可带动齿条在凹槽201内沿导轨2的长度方向移动。

参考图2和图3所示，在该安装块21上可转动的设置有转轴，为了与下述其它的转轴进行区分，本实施例中将其称为第一转轴532；上述的第二齿轮531具体固定套设在该第一转轴532上；基于上述的结构，气动马达3的进给将带动齿条移动，而齿条的移动将带动第二齿轮531及第一转轴532转动。

本实施例中，在第二齿轮531和上述的扇形齿轮52之间设有减速单元533，用于在使第二齿轮531和扇形齿轮52具有较为合适的尺寸的情况下，增加第二齿轮531和扇形齿轮52之间的传动比，以方便第二齿轮531和扇形齿轮52的布置。

参考图2和图4所示，本实施例的减速单元533具体包括固定套设在上述第一转轴532上的第三齿轮5331，该减速单元533还包括第二转轴5332，该第二转轴5332与上述的第一转轴532平行、间隔布置，并同样可转动的设置在安装块21上；该减速单元533还包括固定套设在第二转轴5332上的第四齿轮5333，该第四齿轮5333与上述的第三齿轮5331啮合，且第三齿轮5331与第四齿轮5333的传动比大于1；上述的扇形齿轮52具体与该第四齿轮5333同轴固连。需要说明的是，第二齿轮531与该扇形齿轮52之间的传动比可按照实际需要设置，在此对其具体传动比例不再详述。

为了避免气动马达3复位时带动扇形齿轮52反向转动，并方便对气动马达3的进给距离进行调整；本实施例中，在上述的第一转轴532上固定套设有单向轴承534；本实施例中为顺时针单向轴承，当单向轴承534的内圈相对于其外圈顺时针转动时将带动外圈同步转动，当单向轴承534的内圈相对于其外圈逆时针转动时将不能够带动外圈转动，上述的第三齿轮5331固定套设在该单向轴承534的外周上；气动马达3正向进给时，将带动第二齿轮531转动，第二齿轮531转动将带动第一转轴532转动；此时，单向轴承534将能够传动力矩，第一转轴532的转动可带动第三齿轮5331转动，并依次带动第四齿轮5333和扇形齿轮52转动；而当气动马达3复位时，齿条将带动第二齿轮531反向转动，第二齿轮531反向转动将带动第一转轴532反向转动，此时，单向轴承534将不能传动力矩，也即不能够带动第三齿轮5331转动，扇形齿轮52也将保持不动。而且，通过设置该单向轴承534，第二转轴5332能够在不带动齿条移动的情况下转动，从而可通过转动第二转轴5332而方便的调整扇形齿轮52的初始位置，而通过调整扇形齿轮52的初始位置，将使气动马达3具有不同的进给距离。

本实施例中，在导轨2上固设有支撑板6，支撑板6上开设有转轴孔，转轴孔用于供第二转轴5332穿过；且在第二转轴5332的外周上设有标记53321，并环转轴孔在支撑板6上设有若干尺寸刻度线61，第二转轴5332转动至使标记53321与各尺寸刻度线61之一相对时，气动马达3具有该尺寸刻度线61所显示的位移。

具体结构上，参考图1和图2所示，与导轨2固连设置有箱体，上述的第三齿轮5331、第三齿轮5331具体设置在该箱体内，以避免粉尘、颗粒等影响齿轮间的传动效果；该箱体外侧的侧板构成了上述的支撑板6，也即是说在该侧板上开设有转轴孔，用于供上述的第二转轴5332穿过。

参考图8所示，上述的标记53321具体为刻设在第二转轴5332外周上的、沿该第二转轴5332的轴向延伸的直线；上述的各尺寸刻度线61位于侧板的外侧，并由转轴孔的侧边沿着转轴孔的径向向外侧延伸；且在该侧板上还设有与各尺寸刻度线61一一对应的位移数值；当气动马达3处于初始位置时，将第二转轴5332上的标记53321转动至与各尺寸刻度线61之一相对，则表明气动马达3进给至与该标记53321相对的尺寸刻度线61所显示的位移后停止。

具体原理是，调整第二转轴5332的初始位置，也即是调整扇形齿轮52的初始位置；对应于扇形齿轮52不同的初始位置，扇形齿轮52将需要转过不等的角度后才能够驱使旋转开关42转动至第二位置，而扇形齿轮52转动的角度不等，显然，气动马达3也将具有不同的进给距离。需要说明的是，气动马达3的进给距离与各尺寸刻度线61的一一对应关系可通过计算或实验得出，在此不再详述。

本实施例的架柱式气动钻机的具体工作过程中为：首先，手动转动第二转轴5332，调整扇形齿轮52的初始位置，也即调整气动马达3的进给距离；其次，将气动马达3上的开关拨动至正向移动的档位，气动马达3将开使驱使钻头转动，并在导轨2上移动；气动马达3的移动将带动齿条移动，齿条的移动将带动第二齿轮531转动，并带动扇形齿轮52转动，在扇形齿轮52与第一齿轮43啮合前，气动马达3将不受影响的在导轨2上移动；扇形齿轮52开始与第一齿轮43啮合后，气动马达3的继续移动将带动第一齿轮43转动，第一齿轮43的转动将使旋转开关42转动，直至通过供气管路的气量难以驱使气动马达3移动，此时，气动马达3的进给将停止；以此可避免因工人疏忽而导致气动马达3撞击硬限位。需要复位时，由工人打开旋转开关42，再将气动马达3上的开关拨动至反向移动的档位即可使气动马达3复位。

综上所述，本实施例所述的架柱式气动钻机，通过在导轨2上设置可由气动马达3的直线进给驱使而转动的扇形齿轮52，并在为气动马达3供气的供气管路上设置阀体4，在阀体4的开关单元上设置能够与扇形齿轮52啮合的第一齿轮43；也即是说，气动马达3在直线进给过程中，能够带动扇形齿轮52转动，扇形齿轮52在空转一定角度后，将带动第一齿轮43转动，第一齿轮43的转动可使供气管路断开，使气动马达3停止进给，从而可避免因工人未及时关闭气动马达3的进给而导致气动马达3与导轨2上的硬限位碰撞，避免设备损坏。

实施例二

本实施例涉及一种架柱式气动钻机，其与实施例一所述的架柱式气动钻机具有大致相同的结构，不同的地方在于：参考图9所示，本实施例的驱动部51包括与气动马达3固连的同步带，本实施例的传动部53包括可转动的设于导轨2上的两个同步轮535，上述的同步带设置在两个同步轮535之间。

本实施例的架柱式气动钻机的工作原理为：气动马达3的移动将带动同步带移动，同步带的移动将带动同步轮535转动。而由同步轮535的转动带动扇形齿轮52转动的原理则与实施例一种第二齿轮531带动扇形齿轮52转动的原理相同，在此不再赘述。

实施例一所述的方案中，由于齿条的长度较长，当气动马达3处于初始位置时，实施例一的架柱式气动钻机的长度基本等于导轨2的长度与齿条的长度之和；而本实施例的方案，将不会导致架柱式气动钻机的总长度增加，不影响该架柱式气动钻机的使用。

实施例三

本实施例涉及一种架柱式气动钻机，其与实施例二所述的架柱式气动钻机具有大致相同的结构，不同的地方在于：本实施例的驱动部51包括与气动马达3固连的链条，本实施例的传动部53包括可转动的设于导轨2上的两个链轮，上述的链条设置在两个链轮之间。

本实施例的架柱式气动钻机与实施例二所述的架柱式气动钻机具有相同的工作原理和有益效果，在此不再赘述。

实施例四

本实施例涉及一种架柱式气动钻机，其与实施例一至实施例三所述的架柱式气动钻机具有大致相同的结构，不同的地方在于：参考图10所示，本实施例中，导轨2的中部与立柱1铰接，以使导轨2具有在竖向平面内转动的自由度，且导轨2和立柱1之间设有气动伸缩杆7，气动伸缩杆7的两端分别与导轨2和立柱1铰接，以使得气动伸缩杆7的伸缩可带动导轨2转动，从而使气动马达3具有不同的钻孔角度。需要说明的是，导轨2与立柱1间的铰接结构，以及气动伸缩杆7在导轨2和立柱1之间的设置结构也可参考现有的架柱式气动钻机，在此不再详述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种架柱式气动钻机，包括立柱，设于所述立柱上的导轨，设于所述导轨上的气动马达，以及用于所述气动马达和外部供气设备间连接的供气管路，且所述气动马达具有沿所述导轨长度方向的进给，其特征在于，所述架柱式气动钻机还包括：

阀体，设于所述供气管路上，且所述阀体上设有旋转开关，所述旋转开关上设有第一齿轮，所述第一齿轮用于承接外部驱使而带动所述旋转开关转动；且所述旋转开关能够转动至使所述供气管路导通的第一位置，以及转动至使所述供气管路断开的第二位置；

限位组件，包括固设于所述气动马达上的驱动部，转动设于所述导轨上的、能够与所述第一齿轮啮合的扇形齿轮，以及设于所述驱动部和所述扇形齿轮之间的传动部；所述气动马达由初始位置进给至预设的终止位置时，能够带动所述驱动部移动，经所述传动部传动，所述扇形齿轮能够转动，所述第一齿轮能够由所述扇形齿轮的转动驱使而转动，并带动所述旋转开关由所述第一位置转动至所述第二位置。

2.根据权利要求1所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述驱动部包括固设于所述气动马达上的齿条；所述传动部包括转动设于所述导轨上的、与所述齿条相啮合的第二齿轮。

3.根据权利要求2所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述传动部还包括设于所述第二齿轮和所述扇形齿轮之间的减速单元。

4.根据权利要求3所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述减速单元包括与所述第二齿轮同轴固连的第三齿轮，以及与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第四齿轮与所述第三齿轮的传动比小于1，所述扇形齿轮与所述第四齿轮同轴固连。

5.根据权利要求4所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述导轨上可转动的设有第一转轴，所述第二齿轮固定套设在所述第一转轴的一端上，所述第一转轴的另一端上固定套设有单向轴承，所述第三齿轮固定套设在所述单向轴承上。

6.根据权利要求5所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述减速单元还包括可相对于所述导轨转动的第二转轴，所述第四齿轮固定套设在所述第二转轴的一端上，所述扇形齿轮固定套设在所述第二转轴的另一端上。

7.根据权利要求6所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述导轨上固设有支撑板，所述支撑板上开设有转轴孔，所述转轴孔用于供所述第二转轴穿过；且在所述第二转轴的外周上设有标记，环绕所述转轴孔在所述支撑板上设有若干尺寸刻度线。

8.根据权利要求1所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述传动部包括可转动的设于所述导轨上的两个同步轮，以及设于两个所述同步轮上的同步带，所述气动马达与所述同步带固连，所述扇形齿轮能够由两所述同步轮之一驱使而转动。

9.根据权利要求1所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述传动部包括可转动的设于所述导轨上的两个链轮，以及设于两个所述链轮上的链条，所述气动马达与所述链条固连，所述扇形齿轮能够由两所述链轮之一驱使而转动。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的架柱式气动钻机，其特征在于：所述导轨的中部与所述立柱铰接，以使所述导轨具有在竖向平面内转动的自由度，且所述导轨和所述立柱之间设有气动伸缩杆，所述气动伸缩杆的两端分别与所述导轨和所述立柱铰接。

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