CN205172608U - 一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锚杆支护设备技术领域，为了解决现有锚杆支护方式存在的自动化程度低、锚护效率低、工人劳动强度大、工作环境恶劣、安全性差等问题，本实用新型提供了一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机，包括机架、进给机构、大容量锚杆仓、钻箱切换机构、钻箱精确定位机构、机械手、夹钎机构、钻杆定位机构、钻孔钻箱和锚杆钻箱，所述的钻孔钻箱、锚杆钻箱通过钻箱切换机构分别实现钻孔和安装、紧固锚杆过程，并利用钻箱精确定位机构实现精确定位，大容量锚杆仓顶部设有夹钎机构和钻杆定位机构，保证钻杆能准确进给，钻孔精度更高；所述锚杆钻机可以装备于任何需要锚杆支护的设备上，结构紧凑且不需要额外操作空间及人员防护，对主体设备适用性强。

Description

一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机

技术领域

本实用新型属于锚杆支护设备技术领域，具体涉及一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机。

背景技术

目前井下锚杆支护使用的设备有单体锚杆钻机、机载锚杆钻机等。这些钻机普遍存在自动化水平低、锚护效率低、工人劳动强度大、工作环境恶劣、安全性差等问题，下面分别进行介绍。

单体锚杆钻机没有自动移动装置，一般靠工人搬运到欲锚护位置，工人扶着钻机钻孔，然后人工装入锚杆，并用钻机紧固锚杆。钻机的移动靠人工搬运，钻孔时始终需要工人辅助防止钻机倾斜，工人劳动强度大。钻机一般没有除尘装置，钻孔过程一直需要工人在钻机跟前操作，工作环境差。由于钻机笨重，且需要人工自行移动，一般需要两个工人合作才能操作，锚护效率低。人员需要处于还没有进行锚杆支护的区域进行施工，且没有临时支护和防护顶棚，存在安全隐患。

机载锚杆钻机是将若干台钻机装于一个可自行行走的设备上，典型的机型比如锚杆钻车、掘锚机等。这种钻机具有如下优点：多台钻机可同时工作，锚护效率较高，具有临时防护装置工人处于相对安全的区域，设备自行移动工人劳动强度降低，通常具有除尘系统工作环境较好，每台钻机本身自动化程度有所提高。机载锚杆钻机正逐渐代替落后的单体锚杆钻机，是先进锚护设备的代表，但在实际使用中，这种设备也存在一些问题，下面以目前最先进的机载锚杆钻机进行说明：

这些机载锚杆钻机本身具有一定自动化功能，人工操作钻箱自动旋转和进给油缸自动进给后钻机可自行钻孔，钻孔完成后钻箱能自动回落到起始位置并停止旋转和进给。通过人工将锚杆装入钻箱，操作进给将锚杆推入锚杆孔中，操作钻箱紧固锚杆。可见，该钻机只是实现了钻孔功能的自动化，钻杆装入钻孔、紧固锚杆等功能无法自动实现。

由于没有实现锚钻过程的全自动化，工人需要一直关注锚杆钻机的工作过程，并经常手动完成一些操作：钻孔以前需要手动取钻杆装入钻箱，钻孔完成需要手动将钻杆取出，装锚杆时需要手动取锚杆并装入钻箱，然后一手操作进给一手扶着锚杆进入钻孔，紧锚杆时需要一边操作进给一边操作旋转才能完成。可见，工人劳动强度较大，容易造成疲劳，难以长时间维持高效率工作。

机载锚杆钻机需要人工参与，故需要设置专门的防护装置，通常设置有临时支护和顶棚，临时支护用于支撑顶板防止顶板垮落，顶棚用于防止顶板凋落小碎石块砸伤工人。这些装置在行走时需要收回，频繁收回、伸出降，低了工作效率。

机载锚杆钻机钻孔和紧固锚杆用同一个钻箱，所以这一个钻箱既要与钻杆连接也要与锚杆连接，每次锚杆支护循环都要进行两次更换。钻孔时需要通过钻箱向钻杆中注入压力水，将钻孔产生的灰尘、煤粉等带出去才能继续钻孔，同时这些灰尘、煤粉混合到水中达到除尘的目的。由于需要同时适应钻杆和锚杆，加之需要频繁拆装锚杆、钻杆，只设置了一道比较松简单密封，使用中发现密封效果不好，且损坏频繁。密封不好会导致如下不良后果：1）密封不好导致钻孔底部水压不足，产生的粉尘无法及时排出，降低钻孔效率甚至堵转；2）水压不足还容易导致钻杆堵杆，处理故障费时费力，降低了工作效率；3）钻箱与钻杆连接处漏水，把操作工人淋湿，工作环境恶劣；4）水排到地上后会造成地面泥化，加之后续大型设备碾压容易破坏底板；5）造成水资源浪费。

机载锚杆机虽然具有临时支护和顶棚防护装置保护工人安全，但工人在没有可靠锚杆支护的区域工作，还是存在安全隐患。

工人在机载锚杆机上的工作环境很恶劣，如前所述，钻箱与钻杆连接处密封问题不好解决，工人常被淋湿。由于工人需要在钻机跟前操作，钻孔排出的水与粉尘的混合泥浆也会喷洒到工人身上。

发明内容

本实用新型为了解决现有锚杆支护方式存在的自动化程度低、锚护效率低、工人劳动强度大、工作环境恶劣、安全性差等问题，提供了一种一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机。

本实用新型采用如下技术方案：

一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机，包括机架、大容量锚杆仓和进给机构，大容量锚杆仓的底部设有锚杆仓驱动马达，所述的大容量锚杆仓包括与机架连接的仓体，仓体内设有传送链条，传送链条上安装有弹簧卡子，传送链条由锚杆仓驱动马达驱动，所述的进给机构包括进给油缸、导向轮、进给链条和导向连接板，进给油缸的两端活塞杆固定于机架上，进给油缸的缸筒驱动导向轮，进给链条跨过导向轮后驱动导向连接板；

所述大容量锚杆仓顶部设有夹钎机构，夹钎机构包括夹钎油缸和两个夹钎爪子，两个夹钎爪子之间的环形区域为定位孔，夹钎爪子由夹钎油缸驱动；

所述机架上安装有钻孔钻箱、锚杆钻箱以及两个钻箱的钻箱切换机构，钻孔钻箱和锚杆钻箱分别由钻孔钻箱马达、锚杆钻箱马达驱动，所述钻箱切换机构包括固定于机架上的钻箱切换油缸、两个等待位固定板以及对应设于钻孔钻箱和锚杆钻箱上的两个钻箱连接板，钻箱切换油缸通过两个定位卡与两个钻箱连接板对应连接，两个钻箱连接板顺序与进给机构上的导向连接板连接。

所述的箱切换机构上还设有钻箱精确定位机构，钻箱精确定位机构包括设于钻箱连接板上的四个钻箱定位油缸，四个钻箱定位油缸与导向连接板上的定位孔对应连接，定位孔设于导向连接板上下两端的矩形导向槽上。

所述钻箱定位油缸的活塞杆端头为锥形。

所述钻箱连接板的两端设有矩形导向块，两个矩形导向块之间的宽度小于两个矩形导向槽之间的宽度。

所述大容量锚杆仓顶部还设有钻杆定位机构，包括钻杆定位油缸和钻杆夹持机构，钻杆夹持机构包括弹簧片和两个辊子。

所述的大容量锚杆仓中段设有机械手，机械手包括伸出油缸、抓紧油缸和连杆机构，连杆机构安装于大容量锚杆仓的仓体内。

所示的钻孔钻箱为湿式除尘钻孔钻箱。

所述锚杆钻箱马达为大排量大扭矩马达，马达排量不小于140cm3/rev，紧固力矩不小于400Nm。

所述钻孔钻箱马达为小排量大转速马达，马达转速不低于600rpm，排量为100cm3/rev。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型提供了一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机，能实现钻孔、安装锚杆、储存锚杆、紧固锚杆等锚杆支护过程的全自动化，提高了锚护设备的自动化程度。

2、与传统锚杆支护设备相比，本实用新型从以下方面提高了工作效率：不用人工参与，减小了人为因素造成的停产，提高了开机率；避免工人长期大强度工作造成的工作效率下降；解决了钻杆密封问题，提高了工作钻孔效率；密封解决后，减少了堵杆造成的故障。

3、发明所述的锚杆钻机通过钻箱精确定位机构实现两个钻箱的精确定位，且大容量锚杆仓顶部设有夹钎机构和钻杆定位机构，保证钻杆能准确定位钻孔位置，锚杆能在机械手的带动下精确定位到钻孔，自动化对孔精度高。

4、实现锚护过程的全自动化，工人不用再手动操作，而只需要在驾驶室里操作一些按钮就可以，劳动强度降低。

5、锚护过程不需要工人在钻机前操作，机器可在没有支护的区域进行作业且不用额外的防护设备，需要的空间小，对设备具有很强的适用性，可配备到任何需要锚杆支护的设备上。

6、实现锚护全过程自动化后，工人不需要再在噪声、水、呼吸性粉尘的危害下工作，改善了工人工作环境。

7、工人可在具有可靠防护的驾驶室内操作，工作环境好，安全性高。

8、本实用新型采用湿式除尘钻孔钻箱，钻孔钻箱始终与钻杆连接，不用考虑频繁拆装，可以采取用多道密封、采用其他更有效的密封形式等方法，实现湿式钻箱的可靠密封、防止渗漏，有效保证了钻箱的除尘效果。

9、本实用新型采用大排量大扭矩的锚杆钻箱马达，专门用于锚杆安装与紧固，可有效满足小转速大扭矩的紧固锚杆要求。

附图说明

图1、2为本实用新型的立体结构图；

图3为图1、图2的俯视图；

图4为钻箱切换装置的结构示意图；

图5为锚杆钻箱马达、钻孔钻箱马达与钻箱切换装置的连接示意图；

图6为钻箱精确定位机构的结构示意图；

图中：1–机架，2–锚杆仓驱动马达，3–大容量锚杆仓，4–钻杆定位机构，5–钻杆，6–夹钎机构，7–锚杆，8–机械手，9–进给机构，10–钻孔钻箱，11–锚杆钻箱，12–钻箱精确定位机构，13–钻箱切换机构，14–导向连接板，15–进给链条，16–导向轮，17–进给油缸，18–夹钎油缸，19–夹钎爪子，20–锚杆传送链条，21–弹簧卡子，22–连杆机构，23–抓紧油缸，24–伸出油缸，25–钻杆定位油缸，26–钻杆夹持机构，27–弹簧片，28–辊子，29–钻箱切换油缸，30–等待位固定板，31–锚杆钻箱马达，32–钻孔钻箱马达，33–钻箱连接板，34–定位卡，35–矩形导向槽，36–定位孔，37-钻箱定位油缸，38–矩形导向块，①–钻孔钻箱等待位，②–工作位，③–锚杆钻箱等待位，L–钻杆最大变形量。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1、2所示的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，包括机架1、大容量锚杆仓3和进给机构9，大容量锚杆仓3底部设有锚杆仓驱动马达2，所述的大容量锚杆仓3包括与机架1连接的仓体，仓体内设有传送链条20，传送链条20上安装有弹簧卡子21，传送链条20由锚杆仓驱动马达2驱动。

所述大容量锚杆仓3是全自动锚杆钻机的主要装置，实现了锚杆的储存和运送。人工将锚杆7固定在锚杆传送链条20上的弹簧卡子21中，大容量锚杆仓一次可携带一定数量的锚杆，能满足掘进设备一个班次掘进进尺的要求。

为了实现对锚杆的进给，在大容量锚杆仓3中段设有机械手8，机械手8包括伸出油缸24、抓紧油缸23和连杆机构22，连杆机构22安装于大容量锚杆仓3的仓体内。机械手通过内置抓紧油缸实现机械手的打开和抓紧，在不同阶段具有不同功能：钻孔时，机械手处于半打开状态限制钻杆，防止钻杆甩杆，而传统锚杆机在开始钻孔时，由于钻杆长、旋转速度快，钻杆中间会在离心力的作用下出现大范围摆动，容易伤人。安装锚杆时，机械手将锚杆夹紧从大容量锚杆仓中将锚杆取出，通过大容量锚杆仓中的连杆机构将锚杆送至锚杆钻箱位置，靠进给机构将锚杆送入孔中。

机械手打开并缩回到位，锚杆仓马达驱动锚杆到达工作位置后，机械手夹紧锚杆将其送至锚杆钻箱上，锚杆钻箱进给到位后机械手松开，锚杆钻箱将锚杆装入钻孔。由于机械手还需要在下一次钻孔时辅助钻杆，锚杆被取走后，后续锚杆不会立即到达工作位等待，而是等机械手完成任务缩回锚杆仓后才到达等待位。

锚杆用完后人工进行锚杆续装，需注意由于锚杆仓内部没有操作空间，需要从外侧装锚杆。具体方法为：将机械手收回到大容量锚杆仓内部，从外侧将锚杆装入弹簧卡子中，该侧锚杆安装完成后，操作锚杆仓驱动马达将没有装锚杆的链条驱动到锚杆仓外侧，继续装入，直至装满整个锚杆仓。

所述大容量锚杆仓3顶部设有夹钎机构6，所述的夹钎机构6有两个配套使用的夹钎爪子19，在夹钎油缸18的驱动下形成一个环形，将钻杆、锚杆指引到合适位置，该环形内部为下端大上端小的锥形，可将钻杆、锚杆导入正确位置与钻箱连接，对孔精度高。夹钎机构上端孔为钻杆、锚杆的定位孔，钻孔完成后锚杆要进入钻孔完成锚护，定位孔要定位精确。

所述进给机构9的作用是实现钻箱的进给，使钻杆5进给实现钻孔，使锚杆7进给实现将锚杆装入钻孔。所述的进给机构9包括进给油缸17、导向轮16、进给链条15和导向连接板14，进给油缸17两端活塞杆固定于机架1上，缸筒运动时驱动布置于其上的导向轮16，进给链条15跨过导向轮16后驱动导向连接板14，两个钻箱通过钻箱切换机构13依次与导向连接板14连接，进而实现两个钻箱的顺序进给。

所述机架1上安装有钻孔钻箱10、锚杆钻箱11以及两个钻箱的钻箱切换机构13，钻孔钻箱10用于钻孔，由钻孔钻箱马达32驱动，具有大转速和一定扭矩，具有湿式除尘功能，始终与钻杆连接。锚杆钻箱11由锚杆钻箱马达31驱动，用于将锚杆推入钻孔并紧固，旋转速度慢，但扭矩大。所述钻箱切换机构13是只用一个进给机构实现双钻箱顺序进给的关键装置之一，如图4、5所示，包括固定于机架1上的钻箱切换油缸29、两个等待位固定板30和两个钻箱连接板33，两个钻箱连接板33分别与钻孔钻箱10和锚杆钻箱11连接，钻箱切换油缸29通过其上的两个定位卡34与两个钻箱连接板33对应连接，两个钻箱连接板33顺序交替与进给机构9上的导向连接板14连接，进而带动锚杆钻箱11与钻孔钻箱10一起动作实现切换。

如图3所示，钻孔钻箱10、锚杆钻箱11共有①、②、③三个位置，其中，钻箱只有处于位置②时才能与导向连接板14连接上实现进给，其他两个位置是钻箱的等待位置。钻箱处于工作位置②时，钻箱连接板33与导向连接板14的连接实现进给，一旦进给钻箱连接板33与切换油缸的定位卡34将脱开，钻箱左右滑动的自由度被放开，这时钻箱精确定位机构12作用实现钻箱的定位。处于等待位置①或③的钻箱仍有钻箱切换油缸上的定位卡34固定，但也要精确定位机构12将钻箱精确定位于等待位固定板30上，以防止钻箱切换油缸出现渗漏或误动作等情况出现左右方向的滑动，确保完成进给的钻箱回来后能与钻箱切换油缸的卡子对准位置。

钻箱精确定位机构12是只用一个进给机构实现双钻箱顺序进给的另一个关键装置。如图6所示，钻箱精确定位机构12包括设于各钻箱连接板33上的四个钻箱定位油缸37，四个钻箱定位油缸37与导向连接板14上的定位孔36对应连接。

如前所述，钻箱切换装置将钻箱置于相应位置后，两个钻箱都需要进行精确定位。钻箱精确定位机构由导向连接板和钻箱连接板组成，钻箱连接板内置四个钻箱定位油缸。钻箱连接板与导向连接板或者等待位固定板之间靠矩形槽槽导向，两个矩形导向槽之间的宽度大于钻箱连接板两端的两个矩形导向块之间的宽度，即两个矩形导向槽形成滑槽，通过矩形导向使块钻箱连接板沿滑槽滑动实现两个钻箱的切换。为了便于运动导向需要一定的导向间隙，但钻箱定位油缸的活塞杆可能因为这些导向间隙而无法精确定位于定位孔，因此，钻箱定位油缸活塞杆端部采用锥形，保证活塞杆能导入定位孔实现定位。四个定位油缸一起定位，定位精度高，保证了钻箱的空间姿态；同时，四个定位油缸一起定位，能承受钻箱的工作载荷。需要调整钻箱位置时，四个定位油缸收回活塞杆，钻箱连接板的滑块（矩形导向块）在导向连接板或等待位固定板的滑槽（矩形导向槽）间滑动，可实现钻箱位置的任意切换。

所述大容量锚杆仓3顶部还设有如图3所示的钻杆定位机构4，包括钻杆定位油缸25和钻杆夹持机构26，钻杆夹持机构26包括弹簧片27和两个辊子28。该钻杆定位机构4在夹钎机构6附近将钻杆的顶部夹住精确定位，保证钻杆顶部穿过夹钎机构6的定位孔。

钻孔时钻杆精确定位机构放开钻杆，钻孔完成后钻杆定位机构夹持钻杆到达等待位置，钻箱切换机构的切换油缸与钻杆定位机构的钻杆定位油缸分别控制，很难实现同时动作，如图3所示，这种不同步可能导致钻杆侧向变形，变形量为L，但这种变形在钻杆的弹性范围以内。

钻杆夹持机构的弹簧片保证钻杆可以进出两个辊子形成的空间并可产生一定的夹持力，辊子可转动使得进出更为方便。同时这种结构形式也允许钻杆有一定量的轴向窜动和旋转，钻杆进入夹钎机构定位孔并进行钻孔，再将钻杆精确定位机构移开。

传统锚杆钻机用一个钻箱同时满足打孔和锚杆安装，钻杆与钻箱间难以实现可靠密封，会导致诸如钻孔效率低、引起堵杆故障、污染工作环境、浪费水资源等不良后果；因为钻孔时需要大转速和一定力矩，锚杆紧固时需要小转速和大紧固力矩，但传统锚杆钻机的钻箱马达选择范围小，难以兼顾两种工况，常常需要再辅助增扭器。而本实用新型中的钻孔钻箱和锚杆钻箱分别实现钻孔和安装、紧固锚杆，两个钻箱的马达可分别选取，充分发挥各马达的特点，钻孔钻箱始终与钻杆连接，不用考虑频繁拆装，可以采取用多道密封、用其他更有效的密封形式等方法，实现湿式钻箱的可靠密封。

Claims (9)

1.一种双钻箱切换式全自动锚杆钻机，包括机架（1）、大容量锚杆仓（3）和进给机构（9），大容量锚杆仓（3）的底部设有锚杆仓驱动马达（2），所述的大容量锚杆仓（3）包括与机架（1）连接的仓体，仓体内设有传送链条（20），传送链条（20）上安装有弹簧卡子（21），传送链条（20）由锚杆仓驱动马达（2）驱动，其特征在于：

所述的进给机构（9）包括进给油缸（17）、导向轮（16）、进给链条（15）和导向连接板（14），进给油缸（17）的两端活塞杆固定于机架（1）上，进给油缸（17）的缸筒驱动导向轮（16），进给链条（15）跨过导向轮（16）后驱动导向连接板（14）；

所述大容量锚杆仓（3）顶部设有夹钎机构（6），夹钎机构（6）包括夹钎油缸（18）和两个夹钎爪子（19），两个夹钎爪子（19）之间的环形区域为定位孔，夹钎爪子（19）由夹钎油缸（18）驱动；

所述机架（1）上安装有钻孔钻箱（10）、锚杆钻箱（11）以及两个钻箱的钻箱切换机构（13），钻孔钻箱（10）和锚杆钻箱（11）分别由钻孔钻箱马达（32）、锚杆钻箱马达（31）驱动，所述钻箱切换机构（13）包括固定于机架（1）上的钻箱切换油缸（29）、两个等待位固定板（30）以及对应设于钻孔钻箱（10）和锚杆钻箱（11）上的两个钻箱连接板（33），钻箱切换油缸（29）通过两个定位卡（34）与两个钻箱连接板（33）对应连接，两个钻箱连接板（33）顺序与进给机构（9）上的导向连接板（14）连接。

2.根据权利要求1所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述的钻箱切换机构（13）上还设有钻箱精确定位机构（12），钻箱精确定位机构（12）包括设于钻箱连接板（33）上的四个钻箱定位油缸（37），四个钻箱定位油缸（37）与导向连接板（14）上的定位孔（36）对应连接，定位孔（36）设于导向连接板（14）上下两端的矩形导向槽（35）上。

3.根据权利要求2所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述钻箱定位油缸（37）的活塞杆端头为锥形。

4.根据权利要求2所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述钻箱连接板（33）的两端设有矩形导向块（38），两个矩形导向块（38）之间的宽度小于两个矩形导向槽（35）之间的宽度。

5.根据权利要求1所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述大容量锚杆仓（3）顶部还设有钻杆定位机构（4），包括钻杆定位油缸（25）和钻杆夹持机构（26），钻杆夹持机构（26）包括弹簧片（27）和两个辊子（28）。

6.根据权利要求1所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述的大容量锚杆仓（3）中段设有机械手（8），机械手（8）包括伸出油缸（24）、抓紧油缸（23）和连杆机构（22），连杆机构（22）安装于大容量锚杆仓（3）的仓体内。

7.根据权利要求1所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所示的钻孔钻箱（10）为湿式除尘钻孔钻箱。

8.根据权利要求1所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述锚杆钻箱马达（31）为大排量大扭矩马达，马达排量不小于140cm3/rev，紧固力矩不小于400Nm。

9.根据权利要求1所述的双钻箱切换式全自动锚杆钻机，其特征在于：所述钻孔钻箱马达（32）为小排量大转速马达，马达转速不低于600rpm，排量为100cm3/rev。