CN210152579U - 用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，该装置包括图像采集模块、与图像采集模块通信连接的控制器以及分别与控制器连接的执行机构和数据库模块；图像采集模块包括固定在待接钻杆夹持器上的第一摄像机、设置在主动钻杆安装座上的第二摄像机以及分别于第一摄像机和第二摄像机通信连接的图像处理单元，第一摄像机迎向主动钻杆设置，第二摄像机迎向待接钻杆设置；图像处理单元用于将获取到的待接钻杆图像和主动钻杆图像进行预处理后发送至控制器。利用该钻杆螺纹对中装置可在钻杆接扣过程中的根据实际偏离情况对中主动钻杆与待接钻杆螺纹，从而达到减轻螺纹接头的磨损，延长钻杆使用寿命的目的。

Description

用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置。

背景技术

煤矿自动控制钻机(井下瓦斯抽采钻机201410618071.8、一种矿用液压钻机的全自动控制方法201410394711.1)是近几年出现的一种新型煤矿安全装备，其自动化程度高、安全性好、减人提效效果显著，是煤矿钻机发展的必然趋势。但是，在施工的钻杆自动接扣环节频繁出现钻杆螺纹接头对不准的问题，导致螺纹磨损严重，钻杆寿命急剧缩短。

自动控制钻机使用的钻杆间的连接以螺纹方式为主，前后钻杆间的接扣(即螺纹公头与母头的连接)是钻孔施工的重要步骤，自动控制钻机的钻杆自动接扣装置如图1和图2所示：其包括用于夹持固定住孔内钻杆的第二夹持器、用于夹持待接钻杆的第一夹持器以及用于固定主动钻杆的主动钻杆安装座，所述主动钻杆安装座、第一夹持器和第二夹持器同轴设置；在第一夹持器和主动钻杆安装座之间还设有输送装置。

步骤如下：

(1)初始状态：主动钻杆安装座1(主动钻杆2与主动钻杆安装座1固连) 位于推进装置3最后端，第一夹持器6松开，第二夹持器7夹紧孔内钻杆8，输送装置4已经将待接钻杆5输送至图示位置。

(2)第一夹持器6夹紧待接钻杆5，输送装置4松开钻杆，主动钻杆安装座1一边缓慢旋转一边缓慢前进(图1示向右)，直到主动钻杆2的螺纹公头完全旋入待接钻杆5的母头，接扣完成。

(3)松开第一夹持器6，第二夹持器7保持夹紧，主动钻杆安装座1驱动待接钻杆5一边缓慢旋转一边缓慢前进，直到待接钻杆5的螺纹公头完全旋入孔内钻杆8的母头，接扣完成。

(4)松开第二夹持器7，钻机即可开始钻进。

钻杆接扣理论上需要前后钻杆的中心完全对齐，但实际操作中无法实现，因此钻杆螺纹一般设计有一定的容错量，允许前后钻杆中心轴线存在一定偏差，但是该范围很小，径向约1mm。由于相关部件的制造与装配误差、钻杆输送定位误差等均难以避免，造成各类误差的累计值数倍于钻杆中心轴线允许的偏差范围，难以保证主动钻杆与待接钻杆的螺纹接头对齐，最终导致钻杆螺纹在接扣过程中严重磨损。

由于主动钻杆1和孔内钻杆8的位置固定，施工过程中不可调整，因此，在接扣过程中调整待接钻杆的位置，使其左端母头与主动钻杆公头对齐的方法较为可行。但是目前尚无有效的调整待接钻杆5螺纹接头位置的控制方法和装置。实践中，只能在待接钻杆的大致中间位置进行简单的固定支撑，从而防止其左端母头与主动钻杆过度偏离，减轻螺纹的磨损。

现有方法的缺点如下：

1.待接钻杆支撑位置固定，然而实际上每根钻杆的偏离情况都不同，无法根据实际偏离情况调整位置。

2.待接钻杆的夹持机构只在上下方向具有简单的支撑作用，且高度固定，左右、前后无法调整，对中作用十分有限，常常对不准。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，以解决目前的钻杆接扣过程中不能根据实际偏离情况对中主动钻杆与待接钻杆螺纹的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，包括图像采集模块、与所述图像采集模块通信连接的控制器以及分别与所述控制器连接的执行机构和数据库模块；所述图像采集模块包括固定在待接钻杆夹持器上的第一摄像机、设置在主动钻杆安装座上的第二摄像机以及分别于所述第一摄像机和第二摄像机通信连接的图像处理单元，所述第一摄像机迎向主动钻杆设置用于获取主动钻杆的主动钻杆图像，所述第二摄像机迎向待接钻杆设置用于获取待接钻杆的待接钻杆图像；所述图像处理单元用于将获取到的待接钻杆图像和主动钻杆图像进行预处理后发送至控制器。

进一步地，该钻杆螺纹对中装置还包括安装在所述执行机构上的传感器模块，所述传感器模块包括分别于所述控制器通信连接的分别用于采集执行机构的位置参数和速度参数的位置传感器组件和速度传感器组件；所述位置传感器组件和速度传感器组件将采集到的位置参数和速度参数实时传送至控制器，形成控制器的闭环控制。

进一步地，所述执行机构包括通过调节机构固定在钻机架上的夹持器；所述调节机构包括X向调节机构、Y向调节机构、Z向调节机构和角度调节机构；所述X向调节机构包括沿着所述执行机构的延伸方向布置的X向滑轨以及安装在所述X向滑轨上的X向滑动座，所述X向滑动座通过X向驱动器驱动其沿 X向滑轨移动；所述Y向调节机构包括设置在所述X向滑动座顶部的Y向滑轨以及安装在所述Y向滑轨上的Y向滑动座，所述Y向滑动座通过Y向驱动器驱动其沿Y向滑轨移动；所述角度调节机构包括设置在Y向滑动座与夹持器之间的旋转座，所述旋转座的下方设有旋转驱动器，所述旋转驱动器驱动旋转座转动进而调节夹持器的旋转角度；所述Z向调节机构包括垂直安装在X向滑动座与夹持器之间的伸缩机构，通过伸缩机构的伸缩调节X向滑动座与夹持器之间的距离。

进一步地，所述X向滑轨包括与所述钻机机架连接的一侧设有与钻机机架相配合的台阶，所述台阶与钻机机架固定连接，所述X向滑座包括滑座主体以及设置在滑座主体的两侧分别设有一个截面呈L型的固定部，所述固定部的垂直部与所述座主体一体成型，固定部的水平部向X向滑座的中部延伸，所述X 向滑轨镶嵌在所述固定部与滑座主体之间。

进一步地，所述X向滑轨上设有若干沿其延伸方向分布的若干第一定位孔，所述固定部的水平部设有若干与第一定位孔相配合的第二定位孔。

进一步地，所述旋转驱动器设置在Y向滑动座的中部下方，旋转驱动器的驱动轴穿过所述Y向滑动座与所述旋转座固定连接。

进一步地，所述Z向驱动器通过花键或平键与所述旋转座连接。

进一步地，所述Z向调节机构还包括固定板，所述夹持器固定在所述固定板上，该Z向调节机构设有至少两个伸缩机构，且两个所述伸缩机构分别安装在Y向滑轨的两侧。

进一步地，所述伸缩机构包括Z向驱动器，所述Z向驱动器的上端与所述固定板固定连接，下端部向下延伸与所述X向滑动座接触作用。

本实用新型的有益效果为：利用该钻杆螺纹对中装置可根据钻杆接扣过程中的实际偏离情况对中主动钻杆与待接钻杆螺纹，从而达到减轻螺纹接头的磨损，延长钻杆使用寿命的目的；并且，每次调整都是根据拍摄的待接钻杆的实际偏离情况进行，更好的保证了螺纹对中的有效性与成功率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有钻杆自动接扣装置的主视图；

图2为现有钻杆自动接扣装置的俯视图；

图3为本实用新型一个实施例的原理框图；

图4为本实用新型一个实施例的钻杆螺纹对中装置的安装示意图；

图5为本实用新型一个实施例的执行机构运动示意图；

图6为本实用新型一个实施例的执行机构的主视图；

图7为本实用新型一个实施例的执行机构的左视图；

图8为图7的B-B剖视图；

图9为图8的C-C剖视图；

图10为本实用新型一个实施例的执行机构的仰视图；

图11为本实用新型一个实施例的X向滑轨的机构示意图。

具体实施方式

如图3所示的一种用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，包括图像采集模块、与所述图像采集模块通信连接的控制器以及分别与所述控制器连接的执行机构 11和数据库模块；下面分别对各个组成模块进行详细描述：

如图4和图5所示，所述图像采集模块包括固定在待接钻杆夹持器上的第一摄像机10、设置在主动钻杆安装座上的第二摄像机12以及分别于所述第一摄像机10和第二摄像机12通信连接的图像处理单元，所述第一摄像机10迎向主动钻杆1设置用于获取主动钻杆1的主动钻杆图像，所述第二摄像机12迎向待接钻杆5设置用于获取待接钻杆5的待接钻杆图像；所述图像处理单元用于将获取到的待接钻杆图像和主动钻杆图像进行预处理后发送至控制器。

两个摄像仪分别从前后方向拍摄待接钻杆后端螺纹与主动钻杆螺纹的实时位置图像，然后将图像传输给图像处理模块，图像处理模块首先进行图像简化，将简化的图像处理成仅保留待接钻杆和主动钻杆端面和轴向轮廓线的简单图像，同时按照钻机控制系统要求进行图像尺寸、文件大小以及色彩等处理；然后将多幅图像进行合成，形成具有深度信息(即沿钻杆长度方向距离)的一幅图像。

所述数据库模块用于存储预先拍摄的偏差图像及对应的调整参数，同时还用于存储调整过程中产生的新图像及最优调整参数作为参考数据；首先通过预先拍摄的大量偏差图像并计算出其对应的调整参数，然后将偏差图像及其对应的调整参数保存在数据库模块中，同时能将调整过程中产生的新图像及最优调整参数作为经验数据对数据库模块进行更新补充，后续遇到类似偏差情况便可直接调用，提高了调整效率。

所述控制器用于获取经预处理后的待接钻杆图像和主动钻杆图像，并将经预处理后的待接钻杆图像和主动钻杆图像与数据库模块中的偏差图像进行对比，查找与待接钻杆图像和主动钻杆图像最接近的偏差图像，并按照最接近的偏差图像所对应的调整参数控制执行机构11带动待接钻杆5运动，直至待接钻杆5的中心轴线与主动钻杆2的中心轴线的偏差处于误差范围内，完成对中调节。

根据本申请的一个实施例，该钻杆螺纹对中装置还包括安装在所述执行机构11上的传感器模块，所述传感器模块包括分别于所述控制器通信连接的分别用于采集执行机构11的位置参数和速度参数的位置传感器组件和速度传感器组件；所述位置传感器组件和速度传感器组件将采集到的位置参数和速度参数实时传送至控制器，形成控制器的闭环控制。

该对中装置具有循环修正及反馈功能，可对每次调整后的螺纹位置进行再次评估和调整，有效避免了因执行机构11运动误差和传感器测量误差带来的对中不到位，大幅减少了单次对中不到位对螺纹的损害。

需要说明的是，本实用新型只保护第一摄像机10、第二摄像机12、数据库模块、控制器和传感器模块之间的连接关系和相互配合关系，其本身结构以及其所配置的现有软件并不在本申请的保护之内。并且，上述文件中记载了一些方法及原理性的内容，这些内容仅仅是便于本领域技术人员对本申请的技术方案的理解，并非是对方法和原理本身的改进。

根据本申请的一个实施例，如图6至图10所示，所述执行机构11为四自由度调节结构，其具有3个平移和1个转动共计4个自由度，可在多个方向对螺纹位置进行调整，提高了执行机构11定位和螺纹对中的便捷性与灵活性。机电领域中的液压缸、齿轮、滚珠丝杠、直线电机等多种机构均可实现这四个运动，不在此详述。

根据本申请的一个实施例，所述执行机构11包括通过调节机构固定在钻机架上的夹持器13；所述调节机构包括X向调节机构、Y向调节机构、Z向调节机构和角度调节机构。其中，夹持器13可以是各种形式的现有夹持装置，本申请中所述X向是指与钻杆延伸方向同向的方向，Y向指的是在水平面的投影与钻杆延伸方向相垂直的方向，Z向是指与上述X向和Y向正交的方向，角度调节机构的旋转调节方向为以Z向为旋转轴进行旋转。本夹持装置可实现三个平移、一个转动共计四个自由度的运动，在进行钻杆接扣时时，可对中调整钻杆夹持位置，以提高了螺纹对中的准确性。并且，本申请将X向调节机构、Y向调节机构、Z向调节机构和角度调节机构集成在一起，整个夹持装置集成度高，且结构稳定。

所述X向调节机构包括沿着所述执行机构的延伸方向布置的X向滑轨15 以及安装在所述X向滑轨15上的X向滑动座14，所述X向滑动座14通过X 向驱动器16驱动其沿X向滑轨15移动；所述X向滑轨15包括与所述钻机机架19连接的一侧设有与钻机机架19相配合的台阶151，所述台阶151与钻机机架19固定连接，所述X向滑座包括滑座主体以及设置在滑座主体的两侧分别设有一个截面呈L型的固定部，所述固定部的垂直部与所述座主体一体成型，固定部的水平部向X向滑座的中部延伸，所述X向滑轨15镶嵌在所述固定部与滑座主体之间。X向滑轨15沿钻机给进方向(即待接钻杆轴线)设置在钻机机架19上。X向滑座套在X向滑轨15上，通过安装在钻机机架19上的X向驱动器16的驱动可沿滑轨移动。

如图11所示，所述X向滑轨15上设有若干沿其延伸方向分布的若干第一定位孔152，所述固定部的水平部设有若干与第一定位孔152相配合的第二定位孔，当调节到固定位置后，可通过定位器24对X向滑动座14进行固定。

所述Y向调节机构包括设置在所述X向滑动座14顶部的Y向滑轨17以及安装在所述Y向滑轨17上的Y向滑动座18，所述Y向滑动座18通过Y向驱动器25驱动其沿Y向滑轨17移动；Y向滑轨17安装在X向滑动座14顶部，与X向滑轨15垂直设置。Y向滑动座18嵌套在Y向滑轨17中，通过安装在 X向滑动座14上的Y向驱动器25的驱动可沿滑轨移动。

所述角度调节机构包括设置在Y向滑动座18与夹持器13之间的旋转座，所述旋转座的下方设有旋转驱动器23，所述旋转驱动器23驱动旋转座转动进而调节夹持器13的旋转角度；所述旋转驱动器23设置在Y向滑动座18的中部下方，旋转驱动器23的驱动轴穿过所述Y向滑动座18与所述旋转座固定连接。转动座22安装在夹持器13的底部并与夹持器13固连，以轴-孔配合的方式与Y向滑动座18连接，并通过安装在Y向滑动座18下方的旋转驱动器23的驱动实现绕轴Z的转动。旋转驱动器可通过花键、平键等轴传动方式与转动座22连接。

所述Z向调节机构包括垂直安装在X向滑动座14与夹持器13之间的伸缩机构，通过伸缩机构的伸缩调节X向滑动座14与夹持器13之间的距离；所述 Z向调节机构还包括固定板20，所述夹持器13固定在所述固定板20上，该Z 向调节机构设有至少两个伸缩机构，且两个所述伸缩机构分别安装在Y向滑轨 17的两侧；所述伸缩机构包括Z向驱动器21，所述Z向驱动器21的上端与所述固定板20固定连接，下端部向下延伸与所述X向滑动座14接触作用。固定板20安装在转动座22的上方并与夹持器13固连，Z向驱动器21上端与固定板20固连，下端伸出后与X向滑动座14作用，通过该作用力实现夹持器13 的Z向移动。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，包括图像采集模块、与所述图像采集模块通信连接的控制器以及分别与所述控制器连接的执行机构和数据库模块；所述图像采集模块包括固定在待接钻杆夹持器上的第一摄像机、设置在主动钻杆安装座上的第二摄像机以及分别于所述第一摄像机和第二摄像机通信连接的图像处理单元，所述第一摄像机迎向主动钻杆设置用于获取主动钻杆的主动钻杆图像，所述第二摄像机迎向待接钻杆设置用于获取待接钻杆的待接钻杆图像；所述图像处理单元用于将获取到的待接钻杆图像和主动钻杆图像进行预处理后发送至控制器。

2.根据权利要求1所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，该钻杆螺纹对中装置还包括安装在所述执行机构上的传感器模块，所述传感器模块包括分别于所述控制器通信连接的分别用于采集执行机构的位置参数和速度参数的位置传感器组件和速度传感器组件；所述位置传感器组件和速度传感器组件将采集到的位置参数和速度参数实时传送至控制器，形成控制器的闭环控制。

3.根据权利要求1所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述执行机构包括通过调节机构固定在钻机架上的夹持器；所述调节机构包括X向调节机构、Y向调节机构、Z向调节机构和角度调节机构；

所述X向调节机构包括沿着所述执行机构的延伸方向布置的X向滑轨以及安装在所述X向滑轨上的X向滑动座，所述X向滑动座通过X向驱动器驱动其沿X向滑轨移动；

所述Y向调节机构包括设置在所述X向滑动座顶部的Y向滑轨以及安装在所述Y向滑轨上的Y向滑动座，所述Y向滑动座通过Y向驱动器驱动其沿Y向滑轨移动；

所述角度调节机构包括设置在Y向滑动座与夹持器之间的旋转座，所述旋转座的下方设有旋转驱动器，所述旋转驱动器驱动旋转座转动进而调节夹持器的旋转角度；

所述Z向调节机构包括垂直安装在X向滑动座与夹持器之间的伸缩机构，通过伸缩机构的伸缩调节X向滑动座与夹持器之间的距离。

4.根据权利要求3所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述X向滑轨包括钻机机架、所述钻机机架的一侧设有与钻机机架相配合的台阶，所述台阶与钻机机架固定连接，所述X向滑座包括滑座主体以及设置在滑座主体的两侧分别设有一个截面呈L型的固定部，所述固定部的垂直部与所述座主体一体成型，固定部的水平部向X向滑座的中部延伸，所述X向滑轨镶嵌在所述固定部与滑座主体之间。

5.根据权利要求4所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述X向滑轨上设有若干沿其延伸方向分布的若干第一定位孔，所述固定部的水平部设有若干与第一定位孔相配合的第二定位孔。

6.根据权利要求3所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述旋转驱动器设置在Y向滑动座的中部下方，旋转驱动器的驱动轴穿过所述Y向滑动座与所述旋转座固定连接。

7.根据权利要求6所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述Z向驱动器通过花键或平键与所述旋转座连接。

8.根据权利要求3所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述Z向调节机构还包括固定板，所述夹持器固定在所述固定板上，该Z向调节机构设有至少两个伸缩机构，且两个所述伸缩机构分别安装在Y向滑轨的两侧。

9.根据权利要求8所述的用于自动钻机的钻杆螺纹对中装置，其特征在于，所述伸缩机构包括Z向驱动器，所述Z向驱动器的上端与所述固定板固定连接，下端部向下延伸与所述X向滑动座接触作用。

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