CN112709540B - 一种自动换杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种自动换杆装置，属于煤矿钻机领域领域。该装置包括倾角可调式钻杆仓和钻杆抓取机构。本申请可以使得只需一次钻杆仓倾角调节，即可实现多根钻杆找准对中动作，操作简化，可靠性更高。本发明向钻杆仓内加装钻杆时，钻杆仓可调节至水平位置，使人工加装钻杆的工作方便省力。本发明钻杆仓倾角调节由传感器实时监测控制起止位置确保倾角调节与钻进中心线倾角一致。本发明的钻杆仓为俯仰式，由油缸伸缩调节，结构上采用镂空状框架结构，不仅能够方便清理堆积的粉尘与煤渣等，且在前端安装有活动板以封闭仓体开口，能够有效防止钻杆滚出仓体，不影响正常工作。

Description

一种自动换杆装置

技术领域

本发明涉及煤矿钻机领域领域，具体而言，涉及一种自动换杆装置。

背景技术

煤矿钻机工作环境差空间小，在钻进作业过程中，更换钻杆主要有两种方式：一种是人工换杆，另一种是自动换杆。

其中，人工更换钻杆，是完全利用人工操作更换钻杆，需要多人协作完成，存在人工成本高、劳动强度大且操作安全性低的缺点。

而自动换杆，通常包含机械手装置、连接装置、电控系统、液压系统等组成。

然而，目前常用的自动换杆是通过机械手在水平位置抓取钻杆后，通过转动装置，将钻杆转动到钻孔所需倾角位置即进行找准对中，每输送一根钻杆需要往复找准对中一次，则增加钻杆找准对中出错的可能性，可靠性低。

因此，如何克服上述问题是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动换杆装置，其能够改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明提供一种自动换杆装置，其包括：倾角可调式钻杆仓和钻杆抓取机构；

所述倾角可调式钻杆仓包括：倾角调节装置、钻杆仓、钻杆托举装置；所述倾角调节装置安装在机身的后端；其中，所述钻杆仓内可容纳多根钻杆；

所述倾角调节装置由连接臂、倾角马达和倾角减速器组成，所述钻杆仓安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置由托举盘、托举油缸组成；

所述钻杆抓取机构包括：回转装置、机械手装置，所述钻杆抓取机构安装在所述机身的前端；所述回转装置由回转马达、回转臂、固定座组成，所述回转装置通过所述固定座安装在所述机身的前端；

所述机械手装置包括：夹持手爪、固定手爪、伸缩油缸、转动臂组成，所述转动臂与所述回转臂连接，以通过所述回转臂的回转带动所述机械手装置完成翻转动作。

在本发明较佳的实施例中，上述机身的前端设置有安装座；

所述固定座安装在所述安装座上。

在本发明较佳的实施例中，上述钻杆仓以铰接的方式安装在所述连接臂上，所述钻杆仓可根据换杆状态调节成俯仰模式。

在本发明较佳的实施例中，上述钻杆仓由活动前板、钻杆仓体、俯仰油缸组成；

所述活动前板与所述钻杆仓体的前端铰接；

所述托举油缸与所述连接臂固定连接；

所述俯仰油缸的一端与所述连接臂铰接；

所述俯仰油缸的另一端与所述钻杆仓体铰接；

所述钻杆仓体与所述连接臂之间铰接；

其中，所述钻杆仓体用于容纳多根所述钻杆。

在本发明较佳的实施例中，上述钻杆仓体为镂空状框架结构。

在本发明较佳的实施例中，上述钻杆仓的前端设有开口，所述活动前板的一端插入所述开口内与钻杆仓体铰接。

在本发明较佳的实施例中，上述倾角调节装置绕Z轴回转带动钻杆仓调节倾角。

在本发明较佳的实施例中，上述回转臂与所述机身平行。

在本发明较佳的实施例中，上述夹持手爪与所述伸缩油缸的一端铰接；

所述伸缩油缸的另一端与所述转动臂铰接；

所述固定手爪固定在所述转动臂上；

所述固定手爪与所述夹持手爪铰接；

其中，所述伸缩油缸伸出时驱动所述夹持手爪夹紧所述钻杆，所述伸缩油缸缩回时驱动所述夹持手爪松开所述钻杆。

在本发明较佳的实施例中，上述倾角调节装置还包括倾角传感器，所述倾角传感器安装在转动臂的旋转Z轴上；其中，所述倾角传感器用于实时监测调节倾角及限制起止位置，到达指定位置，倾角减速器停止转动，以确保倾角调节与钻进中心线倾角一致。

上述本发明提供的一种自动换杆装置，通过设置倾角可调式钻杆仓和钻杆抓取机构，所述倾角可调式钻杆仓包括：倾角调节装置、钻杆仓、钻杆托举装置；所述倾角调节装置安装在机身的后端；其中，所述钻杆仓内可容纳多根钻杆；所述倾角调节装置由连接臂、倾角马达和倾角减速器组成，所述钻杆仓安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置由托举盘、托举油缸组成；所述钻杆抓取机构包括：回转装置、机械手装置，所述钻杆抓取机构安装在所述机身的前端；所述回转装置由回转马达、回转臂、固定座组成，所述回转装置通过所述固定座安装在所述机身的前端；所述机械手装置包括：夹持手爪、固定手爪、伸缩油缸、转动臂组成，所述转动臂与所述回转臂连接，以通过所述回转臂的回转带动所述机械手装置完成翻转动作。从而使得本申请只需一次钻杆仓倾角调节，即可实现多根钻杆找准对中动作，操作简化，可靠性更高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明实施例提供的一种自动换杆装置的结构示意图；

图2为图1所示的一种自动换杆装置中的倾角可调式钻杆仓A向的结构示意图；

图3为图1所示的一种自动换杆装置中的钻杆托举装置与钻杆仓的结构示意图；

图4为图1所示的一种自动换杆装置中的钻杆抓取机构的结构示意图。

附图标记：

1-连接臂；2-倾角马达；3-倾角减速器；4-倾角传感器；5-机身；6-活动前板；7-钻杆仓体；8-俯仰油缸；9-托举盘；10-托举油缸；11-回转臂；12-回转限位器；13-安装座；14-固定座；15-回转马达；16-钻杆；17-夹持手爪；18-固定手爪；19-伸缩油缸；20-转动臂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

请参照图1至图4，本实施例提供一种自动换杆装置，其包括包括倾角可调式钻杆仓、钻杆抓取机构，安装在主机机身5同一侧，与机身5为一体，随机身5一起移动，能够实现任意状态下的自动换杆。

其中，倾角可调式钻杆仓包括：倾角调节装置、钻杆仓、钻杆托举装置；其中倾角调节装置安装在机身5后端。

可选地，所述倾角调节装置由连接臂1、倾角马达2和倾角减速器3组成。

其中，倾角减速器3安装在机身5后端，连接臂1安装在倾角减速器3上。

在一可能的实施例中，倾角调节装置还包括倾角传感器4，此时，倾角调节装置由连接臂1、倾角马达2、倾角减速器3、倾角传感器4组成，绕Z轴回转带动钻杆仓调节倾角。

其中，所述倾角传感器4安装在转动臂的旋转Z轴上；

其中，所述倾角传感器4用于实时监测调节倾角及限制起止位置，到达指定位置，所述倾角减速器4停止转动，以确保倾角调节与钻进中心线倾角一致。

需要说明的是，指定位置即为预设位置，本申请中的预设位置可以根据实际需求进行调节，在此，不作具体限定。而对于预设位置的设定方式可以是在自动换杆装置运行时进行输入设置，也可以是在初始化时进行设置，在此，不作具体限定。

其中，所述钻杆仓内可容纳多根钻杆16。

钻杆仓以铰接的方式安装在连接臂1上，钻杆仓可根据换杆状态调节成俯仰模式，钻杆仓由活动前板6、钻杆仓体7、俯仰油缸8组成。

可选地，所述活动前板6与所述钻杆仓体7的一端连接；所述钻杆仓体7的另一端与所述连接臂1铰接；所述俯仰油缸8的一端与所述连接臂1铰接；所述俯仰油缸8的另一端与所述钻杆仓体7铰接，其中，所述钻杆仓体7用于容纳多根所述钻杆16。

其中，钻杆仓体7为镂空状框架结构，且端部开口处活动前板6与钻杆仓体7铰接，在工作状态时封闭钻杆仓体7发前端开口，不仅能够方便清理堆积的粉尘与煤渣等，且能够有效防止钻杆滚出仓体，不影响正常工作。

钻杆托举装置固定安装在连接臂1上，钻杆托举装置由托举盘9、托举油缸10组成，以实现将钻杆16托举出钻杆仓体7，便于机械手装置抓取。

也就是说，托举盘9与托举油缸10固定连接，托举油缸10固定安装在连接臂1上，以通过托举油缸10的伸缩运动来使得托举盘9运动。

钻杆抓取机构由回转装置与机械手装置组成，回转装置由回转马达15、回转臂11、固定座14组成，通过固定座14安装在机身5前端的安装座13上，回转臂11与机身5平行，即始终与钻进方向中心线保持倾角一致。

机械手装置由夹持手爪17、固定手爪18、伸缩油缸19、转动臂20组成，通过转动臂20安装在回转臂11上，并由回转臂11的回转带动所述机械手装置完成翻转动作；夹持手爪17通过铰接与伸缩油缸19连接，所述伸缩油缸19伸出时驱动夹持手爪17夹紧钻杆16，所述伸缩油缸19缩回时驱动夹持手爪17松开钻杆16。具体的，所述夹持手爪17与所述伸缩油缸19的一端铰接；所述伸缩油缸19的另一端与所述转动臂20铰接；所述固定手爪18固定在所述转动臂20上；所述固定手爪18与所述夹持手爪17铰接；其中，所述伸缩油缸19伸出时驱动所述夹持手爪17夹紧所述钻杆16，所述伸缩油缸19缩回时驱动所述夹持手爪17松开所述钻杆16。

其中，钻杆抓取结构在结构设计上，要确保回转臂回转轴到钻进中心线的距离与其到夹持手爪中心轴的距离相等。

工作原理：

钻杆仓倾角调节过程：

倾角马达2驱动倾角减速器3，带动连接臂1及钻杆仓体7绕Z轴旋转至与钻进中心线水平倾角一致的状态，此时即完成了钻杆仓倾角的调节过程。

上钻杆过程：

其中，如图1所示为装置在钻杆仓倾角调节后的初始状态，钻杆仓的钻杆仓体7在俯仰油缸8的动作下，保持前端向上的仰角，同时活动前板6与钻杆仓体7保持闭合状态，保护钻杆16不会滚出钻杆仓体7；托举油缸10伸出，带动托举盘9将钻杆16从钻杆仓体7内举出至夹持手爪17处，此时，机械手装置的夹持手爪17处于张开状态，在伸缩油缸19的驱动下夹持手爪17将钻杆16夹紧，托举盘9下方靠近钻杆仓体7内侧安装有挡板，托举盘9在托举上升过程中挡住钻杆仓体7内相邻钻杆，以确保相邻钻杆的位置不会移动；接着，回转马达15驱动回转臂11带动机械手装置旋转270°，即由机身5的外侧向内侧翻转，在伸缩油缸19的驱动下夹持手爪17张开，此时钻杆16中心线与主机的机身5钻进方向中心线重合；然后回转马达15驱动回转臂11带动机械手装置回转270度，即由主机的机身5内侧向外侧翻转，装置恢复到初始状态，完成整个上钻杆过程。

下钻杆过程：

与上钻杆过程相反，机械手装置通过回转装置动作翻转至夹持手爪17中心线与主机上钻杆中心线重合的位置，此时的夹持手爪17处于张开状态，在伸缩油缸19的驱动下夹持手爪17夹紧钻杆，然后回转马达15驱动回转臂11带动机械手装置回转270°即由主机的机身5内侧向外侧翻转至钻杆仓上方；托举油缸10伸出，带动托举盘9至钻杆16下方，夹持手爪17在伸缩油缸19的驱动下张开，钻杆16落在托举盘9上，然后托举油缸10缩回，将钻杆16放回钻杆仓体7内，活动前板6打开，钻杆16在重力作用下从钻杆仓体7前端开口处滚出，以完成下钻杆过程。

在一可能的实施例中，所述自动换杆装置含有控制系统，所述控制系统包括控制器、无线遥控器、防爆电磁阀、接近传感器，倾角传感器、阻尼器，能够按照预设程序控制防爆电磁阀动作，控制器采集传感器信息，实现闭环控制和自锁保护；无线遥控器为无线通讯控制，无线遥控器与控制器间进行双向通信，共享控制信息和状态信息。无线遥控器上安装有显示屏，可以显示换杆装置的工作状态及故障报警信息。

所述无线遥控器具有手动和自动两种操作模式，手动操作为人工拨动按钮单独控制装置某一个单项动作；自动操作为一键启动即实现装置全自动控制换杆作业。

有益效果：

1、本发明向钻杆仓内加装钻杆时，钻杆仓可调节至水平位置，使人工加装钻杆的工作方便省力；

2、本发明钻杆仓内可容纳多根钻杆，一次倾角调节即可完成多根钻杆的找准对中工作，减少了钻杆找准对中次数，可靠性更高；

3、本发明钻杆仓倾角调节由传感器实时监测控制起止位置确保倾角调节与钻进中心线倾角一致，使得操作方便，可靠性更高；

4、本发明的钻杆仓为俯仰式，由油缸伸缩调节，结构上采用镂空状框架结构，不仅能够方便清理堆积的粉尘与煤渣等，且在前端安装有活动板以封闭仓体开口，能够有效防止钻杆滚出仓体，不影响正常工作；

因此，本发明具有可靠性高、操作方便、抗污染能力强等有益效果。

综上所述，本发明提供的一种自动换杆装置，通过设置倾角可调式钻杆仓和钻杆抓取机构，所述倾角可调式钻杆仓包括：倾角调节装置、钻杆仓、钻杆托举装置；所述倾角调节装置安装在机身的后端；其中，所述钻杆仓内可容纳多根钻杆；所述倾角调节装置由连接臂、倾角马达和倾角减速器组成，所述钻杆仓安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置由托举盘、托举油缸组成；所述钻杆抓取机构包括：回转装置、机械手装置，所述钻杆抓取机构安装在所述机身的前端；所述回转装置由回转马达、回转臂、固定座组成，所述回转装置通过所述固定座安装在所述机身的前端；所述机械手装置包括：夹持手爪、固定手爪、伸缩油缸、转动臂组成，所述转动臂与所述回转臂连接，以通过所述回转臂的回转带动所述机械手装置完成翻转动作。从而使得本申请只需一次钻杆仓倾角调节，即可实现多根钻杆找准对中动作，操作简化，可靠性更高。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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 (3)

1.一种自动换杆装置，其特征在于，包括：倾角可调式钻杆仓和钻杆抓取机构；

所述倾角可调式钻杆仓包括：倾角调节装置、钻杆仓、钻杆托举装置；所述倾角调节装置安装在机身的后端；其中，所述钻杆仓内可容纳多根钻杆；

所述倾角调节装置由连接臂、倾角马达和倾角减速器组成，所述钻杆仓安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置安装在所述连接臂上，所述钻杆托举装置由托举盘、托举油缸组成；

所述钻杆抓取机构包括：回转装置、机械手装置，所述钻杆抓取机构安装在所述机身的前端；所述回转装置由回转马达、回转臂、固定座组成，所述回转装置通过所述固定座安装在所述机身的前端；

所述机械手装置包括：夹持手爪、固定手爪、伸缩油缸、转动臂组成，所述转动臂与所述回转臂连接，以通过所述回转臂的回转带动所述机械手装置完成翻转动作；

所述机身的前端设置有安装座；

所述固定座安装在所述安装座上；所述钻杆仓以铰接的方式安装在所述连接臂上，所述钻杆仓可根据换杆状态调节成俯仰模式；所述钻杆仓由活动前板、钻杆仓体、俯仰油缸组成；

所述活动前板与所述钻杆仓体的前端铰接；

所述托举油缸与所述连接臂固定连接；

所述俯仰油缸的一端与所述连接臂铰接；

所述俯仰油缸的另一端与所述钻杆仓体铰接；

所述钻杆仓体与所述连接臂之间铰接；

其中，所述钻杆仓体用于容纳多根所述钻杆；所述钻杆仓体为镂空状框架结构；

所述钻杆仓的前端设有开口，所述活动前板的一端插入所述开口内与钻杆仓体铰接；所述倾角调节装置绕Z轴回转带动钻杆仓调节倾角；

所述倾角调节装置还包括倾角传感器，所述倾角传感器安装在转动臂的旋转Z轴上；

其中，所述倾角传感器用于实时监测调节倾角及限制起止位置，到达指定位置，所述倾角减速器停止转动，以确保倾角调节与钻进中心线倾角一致。

2.根据权利要求1所述的自动换杆装置，其特征在于，所述回转臂与所述机身平行。

3.根据权利要求1所述的自动换杆装置，其特征在于，所述夹持手爪与所述伸缩油缸的一端铰接；

所述伸缩油缸的另一端与所述转动臂铰接；

所述固定手爪固定在所述转动臂上；

所述固定手爪与所述夹持手爪铰接；

其中，所述伸缩油缸伸出时驱动所述夹持手爪夹紧所述钻杆，所述伸缩油缸缩回时驱动所述夹持手爪松开所述钻杆。