CN114635644B - 一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，在钻头和螺旋钻杆之间设置纠偏结构，钻头连接杆穿设电控机中心与螺栓钻杆连接，且钻头连接杆与电控机同轴布设；沿着钻头连接杆的圆周均匀设置若干油泵，每个油泵的顶部均通过进油管和出油管与对应油缸连接，即每个油泵匹配相应油缸独立运行；油缸内连接油缸活塞，其端部固定偏置块，偏置块与煤壁的接触，对‑钻杆钻头施加反向位移和反作用力，根据油缸的不同伸缩量，抵消钻孔机器人钻进过程中的偏斜力和偏斜位移，可实现钻杆机构偏斜和扭转的调整；本发明仅在钻孔机器人自身进行轴向结构改造即可实现钻孔机器人钻孔卸压过程中随钻纠偏的目的。

Description

一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置

技术领域

本发明涉及一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，属于煤矿开采领域。

背景技术

煤矿开采领域中，随钻纠偏机构的应用目前属于空白状态；部分已有技术是针对开放环境中钻采机构的纠偏设计，通过添加辅助机构进行纠偏，如申请号为202021915154.0的实用新型公开了“一种随钻进过程监测钻孔垂直度及纠偏系统”，包括钻孔、钻机主体和计算机终端，所述钻机主体固定设置在钻孔上端的地面上，所述钻机主体的工作端固定设置有钻杆，所述钻杆的下端通至钻孔内端，且所述钻杆的下端设置有钻头，所述钻头的顶端固定设置有液压纠偏装置，所述钻杆的底端固定连接在液压纠偏装置的顶端中心处，所述钻头的内端固定设置有垂直度感应器。由前述可知，目前的现有技术通常都是添加辅助机构进行纠偏，然而针对全封闭煤矿环境中的钻孔作业，由于煤矿低层构造复杂，存在各向异性，使得水平钻进过程中钻头与煤孔壁不可避免出现受力不均匀状态，导致钻进轨迹偏斜，因此亟需一种新型的钻孔结构，可以实现在钻孔卸压过程中随钻纠偏的目的，在保证卸压效果的同时，避免因钻杆缓变卡钻引起的安全事故。

发明内容

本发明提供一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，无需添加横向设计的辅助结构，仅在钻孔机器人自身进行轴向结构改造实现钻孔机器人钻孔卸压过程中随钻纠偏的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，包括钻头、钻头连接杆和螺旋钻杆，钻头连接杆的一端与钻头过盈配合，钻头连接杆的另一端与螺旋钻杆螺纹连接，在钻头和螺旋钻杆之间设置纠偏结构；

所述纠偏结构包括偏置块、油缸、油缸活塞、进油管、出油管、油泵和电控机，钻头连接杆的另一端穿设电控机中心与螺栓钻杆连接，且钻头连接杆与电控机同轴布设；

沿着钻头连接杆的圆周均匀设置若干油泵，定义油泵靠近电控机的端部为油泵的底部，油泵的另一端为顶部，每个油泵的底部均通过电路线与电控机连接，每个油泵的顶部均通过进油管和出油管与对应油缸连接，即每个油泵匹配相应油缸独立运行；

油缸内连接油缸活塞，且油缸活塞的运动方向垂直于钻头连接杆的中轴线，油缸活塞伸出油缸的端部固定偏置块，偏置块与煤壁的接触，当防冲钻孔机器人钻进时，油缸活塞在油缸内的推移控制偏置块力的大小；

作为本发明的进一步优选，沿着钻头连接杆的圆周均匀设置三个油泵；

作为本发明的进一步优选，所述钻头连接杆的一端穿设电控机中心时通过第三轴承连接；

作为本发明的进一步优选，在纠偏结构外部套设顺次连接的第一静置套筒和第二静置套筒，其中第一静置套筒对应油缸部分，第二静置套筒对应油泵及电控机部分；

在第一静置套筒的筒壁上对应偏置块的位置分别开设槽孔，偏置块通过油缸活塞伸出槽孔；

第一静置套筒和第二静置套筒之间焊接固定，形成平滑整体；

作为本发明的进一步优选，第一静置套筒与第二静置套筒形成的平滑整体通过第一轴承与钻头连接杆连接；

所述第一轴承与第三轴承为成对结构，即一个第一轴承匹配一个第三轴承；

作为本发明的进一步优选，油泵底部至油泵顶部之间的钻头连接杆上顺次套设三个第二轴承，即油泵通过第二轴承支撑在钻头连接杆杆壁；

作为本发明的进一步优选，在进油管以及出油管上分别安装阀门。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的纠偏装置基于钻孔机器人钻杆自身结构进行改造，无需添加辅助结构即可确保钻孔机器人的钻进轨迹水平实时处于水平误差范围内，降低了返工率；

2、本发明提供的纠偏装置提高了冲击地压卸压的高效性，同时防止钻杆产生缓变卡钻现象，避免安全事故的产生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的整体主视图；

图2是本发明提供的整体左视图；

图3是本发明提供的整体轴测图；

图4是本发明提供的优选实施例关于纠偏装置的主视图；

图5是本发明提供的优选实施例关于纠偏装置的左视图；

图6是本发明提供的优选实施例关于纠偏装置的轴测图；

图7是本发明提供的优选实施例关于纠偏装置的内部结构图；

图8是本发明提供的优选实施例中油缸与油泵连接处的结构示意图；

图9是本发明提供的优选实施例中油泵与电控机连接处的结构示意图；

图10是本发明提供的优选实施例关于纠偏装置中偏置块结构示意图；

图11是本发明提供的第一静置套筒结构示意图。

图中：1为偏置块，2为钻头连接杆，3为第一静置套筒，4为第二静置套筒，5为油缸活塞，6为油缸，7为第一轴承，8为进油管，9为阀门，10为出油管，11为油泵，12为电路线，13为第二轴承，14为第三轴承，15为电控机。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

在煤矿开采领域，防冲钻孔机器人是主力的钻进结构，包括钻头、钻头连接杆2和螺旋钻杆，钻头连接杆的一端与钻头（这里钻头通常为塔式钻头）过盈配合，钻头连接杆的另一端与螺旋钻杆螺纹连接，螺旋钻杆旋转带动钻头旋转进行钻孔作业，其工作原理具体为，螺旋钻杆由钻进系统中推进液压马达和回转马达进行钻进工艺控制，其中推进液压马达控制螺旋钻杆轴向进给，回转马达控制螺旋钻杆正反转速。

然而由于煤矿地层构造的复杂，存在各向异性，使得在水平钻进过程中钻头与煤孔壁不可避免的会出现受力不均匀状态，导致钻进轨迹偏斜，降低卸压效果，同时由于钻杆缓变卡钻现象，容易引起安全事故。

因此本申请提出了一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏机构，其主要是基于钻杆自身结构进行轴向改造，如图1所示，是在钻头和螺旋钻杆之间设置纠偏结构，图2-图3从不同视角给出了纠偏结构在整个钻孔机器人内的位置示意。

如图4-图6所示，是纠偏结构在不同视角的结构示意图，接着对纠偏结构做一个具体阐述，如图7所示，纠偏结构包括偏置块1、油缸6、油缸活塞5、进油管8、出油管10、油泵11和电控机15，钻头连接杆的另一端穿设电控机中心与螺栓钻杆连接，且钻头连接杆与电控机同轴布设；沿着钻头连接杆的圆周均匀设置若干油泵，定义油泵靠近电控机的端部为油泵的底部，油泵的另一端为顶部，每个油泵的底部均通过电路线12与电控机连接，每个油泵的顶部均通过进油管和出油管与对应油缸连接，即每个油泵匹配相应油缸独立运行；油缸内连接油缸活塞，图5-图6可以看出，油缸活塞的运动方向垂直于钻头连接杆的中轴线，油缸活塞伸出油缸的端部固定偏置块，当防冲钻孔机器人钻进时，油缸活塞在油缸内的推移控制偏置块力的大小，实现偏置块与煤壁的接触。这里如图10所示，是偏置块的结构，其实际由两部分组成，一个表面呈弧形弯曲状的贴片结构，一个为用于将贴片结构固定在油缸活塞端部的固定座，贴片结构设置成弧形弯曲状，是为了贴合煤孔壁，使其更好的实现钻头偏斜力的平衡，进而对钻进轨迹进行实时纠偏控制。

从图5-图6还可以看出，本申请中，沿着钻头连接杆的圆周均匀设置三个油泵，此种设置是经过多次试验后得出的，平衡了在满足钻进轨迹允许的误差范围前提下，钻进效率与卸压效果的最优选择。

图9所示，所述钻头连接杆的一端穿设电控机中心时通过第三轴承14连接，图4可以看出，在纠偏结构外部套设顺次连接的第一静置套筒3和第二静置套筒4，其中第一静置套筒对应油缸部分，第二静置套筒对应油泵及电控机部分；第一静置套筒和第二静置套筒之间焊接固定，形成平滑整体。由于第一静置套筒是匹配油缸部分，因此如图11所示，在第一静置套筒的筒壁上对应偏置块的位置分别开设槽孔，偏置块通过油缸活塞伸出槽孔；

图8所示，第一静置套筒与第二静置套筒形成的平滑整体通过第一轴承7与钻头连接杆连接；这里需要强调的是，为了保证整个钻孔结构与纠偏结构的完美贴合设置，所述第一轴承与第三轴承为成对结构，即一个第一轴承匹配一个第三轴承。图8中还可以看出，在进油管以及出油管上分别安装阀门9，以实现油缸与油泵之间进出油的控制。

由于三个油泵环设在钻头连接杆的周围，而油泵作为在长度方向较长的结构，很容易发生结构变形，因此如图7所示，油泵底部至油泵顶部之间的钻头连接杆上顺次套设三个第二轴承13，即油泵通过第二轴承支撑在钻头连接杆杆壁，这里三个第二轴承中，位于中间位置的第二轴承受到的承载力较多。

最后本申请还给出了所述面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置的实施方法，具体的，防冲钻孔机器人在进入煤矿工作时，电控机通过油泵控制油缸活塞的运行，当油缸活塞向油缸外部推移时，带动偏置块与煤壁接触，通过偏置块与煤壁相抵对防冲钻孔机器人施加方向位移和反作用力，油缸活塞相对油缸的不同伸缩量，抵消防冲钻孔机器人在钻进过程中的偏斜力和偏斜位移，实现防冲钻孔机器人偏斜和扭转的调整。

由于油缸、油缸活塞以及偏置块作为一组整体，共包含三组，且每组均为独立控制，因此围绕钻头连接杆圆周分布的三个偏置块根据偏斜力和偏斜位移的实际情况，调控不同位置处的偏置块即可实现防冲钻孔机器人偏斜和扭转的调整。

综上可知，本申请提供的面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，确保钻进轨迹水平实时处于水平误差范围内，一方面提高冲击地压卸压的高效性与机器人工作效率，另一方面防止钻杆产生缓变卡钻现象，避免安全事故产生，并降低返工率，提高防冲钻孔机器人的自动化水平。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，包括钻头、钻头连接杆（2）和螺旋钻杆，钻头连接杆（2）的一端与钻头过盈配合，钻头连接杆（2）的另一端与螺旋钻杆螺纹连接，其特征在于：在钻头和螺旋钻杆之间设置纠偏结构；

所述纠偏结构包括偏置块（1）、油缸（6）、油缸（6）活塞（5）、进油管（8）、出油管（10）、油泵（11）和电控机（15），钻头连接杆（2）的另一端穿设电控机（15）中心与螺栓钻杆连接，且钻头连接杆（2）与电控机（15）同轴布设；

沿着钻头连接杆（2）的圆周均匀设置若干油泵（11），定义油泵（11）靠近电控机（15）的端部为油泵（11）的底部，油泵（11）的另一端为顶部，每个油泵（11）的底部均通过电路线（12）与电控机（15）连接，每个油泵（11）的顶部均通过进油管（8）和出油管（10）与对应油缸（6）连接，即每个油泵（11）匹配相应油缸（6）独立运行；

油缸（6）内连接油缸（6）活塞（5），且油缸（6）活塞（5）的运动方向垂直于钻头连接杆（2）的中轴线，油缸（6）活塞（5）伸出油缸（6）的端部固定偏置块（1），偏置块（1）与煤壁的接触，当防冲钻孔机器人钻进时，油缸（6）活塞（5）在油缸（6）内的推移控制偏置块（1）力的大小；

在纠偏结构外部套设顺次连接的第一静置套筒（3）和第二静置套筒（4），其中第一静置套筒（3）对应油缸（6）部分，第二静置套筒（4）对应油泵（11）及电控机（15）部分；

在第一静置套筒（3）的筒壁上对应偏置块（1）的位置分别开设槽孔，偏置块（1）通过油缸（6）油缸活塞（5）伸出槽孔；

第一静置套筒（3）和第二静置套筒（4）之间焊接固定，形成平滑整体；

防冲钻孔机器人在进入煤矿工作时，电控机通过油泵控制油缸活塞的运行，当油缸活塞向油缸外部推移时，带动偏置块与煤壁接触，通过偏置块与煤壁相抵对防冲钻孔机器人施加方向位移和反作用力，油缸活塞相对油缸的不同伸缩量，抵消防冲钻孔机器人在钻进过程中的偏斜力和偏斜位移，实现防冲钻孔机器人偏斜和扭转的调整。

2.根据权利要求1所述的面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，其特征在于：沿着钻头连接杆（2）的圆周均匀设置三个油泵（11）。

3.根据权利要求2所述的面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，其特征在于：所述钻头连接杆（2）的一端穿设电控机（15）中心时通过第三轴承（14）连接。

4.根据权利要求3所述的面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，其特征在于：第一静置套筒（3）与第二静置套筒（4）形成的平滑整体通过第一轴承（7）与钻头连接杆（2）连接；

所述第一轴承（7）与第三轴承（14）为成对结构，即一个第一轴承（7）匹配一个第三轴承（14）。

5.根据权利要求4所述的面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，其特征在于：油泵（11）底部至油泵（11）顶部之间的钻头连接杆（2）上顺次套设三个第二轴承（13），即油泵（11）通过第二轴承（13）支撑在钻头连接杆（2）杆壁。

6.根据权利要求5所述的面向冲击地压的防冲钻孔机器人随钻纠偏装置，其特征在于：在进油管（8）以及出油管（10）上分别安装阀门（9）。

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