CN212958518U - 一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置，包括行走履带车装置，在行走履带车装置前端设置有主转盘装置，在行走履带车装置的左后端安装有钻机的动力总成，在行走履带车装置的右后端阀组总成和实现远程控制的电控柜，在主转盘装置的前端安装有动力头，在主转盘装置上端安装有用于装卸钻杆的翻转机械手装置，在主转盘装置后端安装有用于将装卸机械手上的钻杆放回钻杆箱的取料机械手装置和储存钻杆的钻杆箱装置，本实用新型设计新颖，不仅可以快速取出或放回标准钻杆，且标准钻杆之间装配精度高，稳定性好，尤其钻杆掘进对水辨组件不会有而且外力，大大延长了水辨组件的寿命，从而降低成本而且，本实用新型适用于各类煤矿钻井场地的应用、普及和推广。

Description

一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置

技术领域

本实用新型属于煤矿钻机技术领域，具体是一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置。

背景技术

现有的钻机需要多人进行操作和协同作业，特别装卸钻杆大多采用人工进行，所需人工工作量大，劳动强度高，效率低，还存在一定的安全隐患。国内也有少部分钻机采用机械手抓取杆，但其精度不高，而且钻杆箱设计结构不合理，很大部分采用分体式，作业前需要人工调整配合位置，误差较大，导致机械手抓取钻杆时误差较大，致使配套使用时效率低。

该自动钻机设备具有以下缺点：

(1)设备采用最新全自动化控制系统，对控制和维护人员需要进行系统培训后才能进行上岗。

(2)设备固有钻杆箱本身容量有限，一次只能装固定量的钻杆，机械手依次抓完箱内钻杆后，需人工向钻杆箱内补充钻杆。

(3)由于钻杆箱与取料机械手距离较近，钻机运行时向钻杆箱内添加钻杆具有安全隐患，因此必须停机添加，而频繁停机又会影响施工效率。

（4）钻杆掘进过程由于与水辫组件扣紧，且通过水辫组件传力让钻杆掘进，即容易造成对水辫组件上转轴的损害，更换麻烦，使用成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为解决煤矿井下操作人员多，操作复杂，劳动强度大，效率低，以及在施工过程中存在的安全隐患问题，提供一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置，运用机械手、钻杆箱、钻机、行走履带车及自动控制系统等集成，实现少人或无人远程操作，降低施工成本，提高施工效率，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：

一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置，包括取料机械手装置和翻转机械手装置，所述取料机械手装置包括与钻杆箱装置平行的机械手水平安装支架，在机械手水平安装支架上安装有机械手水平滑动底板且该机械手水平滑动底板通过位于机械手水平安装支架上的电机控制实现在机械手水平安装支架移动，在机械手水平安装支架上固定设置有油缸支架，在油缸支架上设有上下滑座总成且该上下滑座总成与油缸支架通过滑轨配合，在油缸支架上固定有机械手上升油缸，在上下滑座总成上设置有机械手下降油缸，从而控制上下滑座总成在油缸支架上移动；在上下滑座总成一侧设置有钻杆箱机械手外壳，在钻杆箱机械手外壳内设置有取钻杆夹紧组件，在取钻杆夹紧组件上设置有取钻杆夹紧组件驱动油缸。

作为本实用新型进一步的方案，在上下滑座总成和钻杆箱机械手外壳之间设置有旋转油缸和旋转限位装置，通过旋转油缸实现对钻杆箱机械手外壳的旋转角度控制，通过旋转限位装置实现对钻杆箱机械手外壳旋转限位。

作为本实用新型进一步的方案，所述翻转机械手装置包括设置在主转盘装置的升降滑台，在升降滑台上安装有减速转台，在减速转台上固定设置有上料杆机构立柱总成，在上料杆机构立柱总成上设置有翻转机械手，该翻转机械手与上料杆机构立柱总成之间通过翻转机械手旋转油缸连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型设计新颖，不仅可以快速取出或放回标准钻杆，且标准钻杆之间装配精度高，稳定性好，尤其钻杆掘进对水辨组件不会有而且外力，大大延长了水辨组件的寿命，从而降低成本而且，本实用新型适用于各类煤矿钻井场地的应用、普及和推广。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型中翻转机械手装置的结构示意图；

图2为本实用新型中取料机械手装置的结构示意图；

图3为本实用新型应用于智能钻机的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为图3的主视图；

图6为智能钻机中钻杆箱装置的结构示意图；

图7为智能钻机中动力头的结构示意图一；

图8为智能钻机中动力头的结构示意图二；

图9为图8的主视图；

图10为图9中的局部放大示意图。

图中：1、动力头；2、主转盘装置；3、翻转机械手装置；4、取料机械手装置；5、动力总成；6、电控柜；7、阀组总成；8、钻杆箱装置；9、行走履带车装置；10、钻杆箱支架；11、侧板；12、隔板；13、护罩；14、钻杆托板总成；15、上料杆机构立柱总成；16、翻转机械手旋转油缸、17、翻转机械手；18、减速转台；19、升降滑台；20、机械手水平安装支架；21、机械手水平滑动底板；22、取钻杆夹紧组件；23、钻杆箱机械手外壳；24、旋转限位装置；25、旋转油缸；26、上下滑座总成；27、油缸支架；28、推进油缸；29、夹持器；30、水边推进油缸；31、液压卡盘；32、连接盘；33、螺栓；34、液压马达；35、水辫组件；36、回转器箱体组件；37、回转器托板组件；38、上、下锚固油缸；39、缝条；40、动力头滑道；41、减速箱；42、输出轴、43、标准钻杆；44、第一支钻杆、45、公扣、46、母扣。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

另外，本实用新型中的元件被称为“固定于”或“设置于”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，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1～10，本实用新型实施例中，本实施例应用于一种煤矿用履带式智能钻机，包括行走履带车装置9，在行走履带车装置9前端设置有主转盘装置2，在行走履带车装置9的左后端安装有钻机的动力总成5，在行走履带车装置9的右后端阀组总成7和实现远程控制的电控柜6，在主转盘装置2的前端安装有动力头1，在主转盘装置2上端安装有用于装卸钻杆的翻转机械手装置3，在主转盘装置2后端安装有用于将装卸机械手上的钻杆放回钻杆箱的取料机械手装置4和储存钻杆的钻杆箱装置8；在行走履带车装置9四周设置有用于固定钻机的上、下锚固油缸38，通过设置上、下锚固油缸38，待调整行走履带车9至工作位，并升起上、下锚固油缸38，将钻机固定在作业位置，确保煤矿用履带式智能钻机在工作时稳定可靠。

该钻杆箱装置8包括固定在主转盘装置2上钻杆箱支架10，在钻杆箱支架10两侧对称设置有侧板11，在两侧板11的内侧均设置有隔板12，位于侧板11一侧的顶端设置有钻杆托板总成14，该结构扩大了钻机钻杆箱容量，钻杆箱钻杆箱采用多层结构，改变钻杆箱尺寸，可以根据实际需求进行扩容，放置大量钻杆，且在补充钻杆时无需停机添加钻杆，提高了施工效率和生产节拍；所述侧板11上均匀设置有间距相等的缝条39，且两侧板11之间的距离不小于标准钻杆的长度，通过设置缝条39便于对放置在钻杆箱装置(8)内的标准钻杆进行快速通风干燥及散温；所述隔板12为条板结构且与对应侧板11垂直，该隔板12分布在缝条39两侧的侧板11上，相邻隔板12之间构成钻杆卡槽且两侧板11位置对应的钻杆卡槽实现对标准钻杆的限位，通过设置钻杆卡槽，既能保证标准钻杆在钻杆箱装置8放置整齐，使得竖排之间的标准钻杆形成间隙，便于后期机械手对标准钻杆进行抓取或放入，也有利于钻杆箱装置8的散热和干燥；所述钻杆托板总成14为具有弧状的夹爪结构；在钻杆箱装置8外侧设置有护罩13，通过设置护罩13，避免标准钻杆掉落造成安全隐患。

所述取料机械手装置4包括与钻杆箱装置8平行的机械手水平安装支架20，在机械手水平安装支架20上安装有机械手水平滑动底板21且该机械手水平滑动底板21通过位于机械手水平安装支架20上的电机控制实现在机械手水平安装支架20移动，在机械手水平安装支架20上固定设置有油缸支架27，在油缸支架27上设有上下滑座总成26且该上下滑座总成26与油缸支架27通过滑轨配合，在油缸支架27上固定有机械手上升油缸，在上下滑座总成26上设置有机械手下降油缸，从而控制上下滑座总成26在油缸支架27上移动；在上下滑座总成26一侧设置有钻杆箱机械手外壳23，在钻杆箱机械手外壳23内设置有取钻杆夹紧组件22，在取钻杆夹紧组件22上设置有取钻杆夹紧组件驱动油缸；在上下滑座总成26和钻杆箱机械手外壳23之间设置有旋转油缸25和旋转限位装置24，通过旋转油缸25实现对钻杆箱机械手外壳23的旋转角度控制，通过旋转限位装置24实现对钻杆箱机械手外壳23旋转限位。

所述翻转机械手装置3包括设置在主转盘装置2的升降滑台19，在升降滑台19上安装有减速转台18，在减速转台18上固定设置有上料杆机构立柱总成15，在上料杆机构立柱总成15上设置有翻转机械手17，该翻转机械手17与上料杆机构立柱总成15之间通过翻转机械手旋转油缸16连接。

所述动力头1包括通过连接盘32和螺栓33固定在翻转机械手装置3上减速转台18的动力头滑道40，实现动力头滑道40与翻转机械手装置3在翻转时保持相对位置不变，在动力头滑道40前端固定设置有夹持器29，在动力头滑道40后部设置有回转器托板组件37且该回转器托板组件37可沿着动力头滑道40左右移动，在回转器托板组件37上固定设置有回转器箱体组件36，在回转器箱体组件36的前端设置有液压卡盘31，在回转器箱体组件36尾端设置有水辫组件35；所述回转器箱体组件36包括设置在其内的减速箱41，该减速箱41的输出轴42的中空结构且贯穿减速箱41，该输出轴42左端与液压卡盘31连接固定液压卡盘31通过输出轴42控制其液压卡盘31旋转，该水辫组件35前端的公扣结构插入输出轴42内与液压卡盘31位置对应，在减速箱41的输入端设置有液压马达34；在水辫组件35下方的动力头滑道40上设置有水辫推进油缸30,以控制水辫组件35在回转器托板组件37上移动；在动力头滑道40底侧设置有推进油缸28以控制回转器托板组件37在动力头滑道40上移动。

为实现自动化，在地面远程控制井下一台或多台钻机，特定辅助设计了一套控制系统，该控制系统包括

1、操作门户智能钻机云端控制装置、智能钻机地面控制端操作台、MR增强现实、操纵手柄力度反馈、智能钻机井下控制端含上位机和下位机、智能钻机近端遥控装置；

2数据采集存储基于“云边端”数据中心仓库、数据实时采集处理、数据分布式冗余/冗灾处理、实时历史数据优化处理；

3大数据分析控制系统智能防卡防喷防掉钻分析控制模块、自动工艺钻孔分析控制模块、设备工况适应性分析控制模块、三维钻孔轨迹成图模块、透明工作面煤岩识别分析模块、智能机器视觉分析模块、多钻机群控协同工作控制模块、智能接续生产控制模块、掘进风险点分析模块、机器自学习智能参数仿真模块等。

上述软件的控制系统都是现有技术常规产品，也只是为实现本实施例钻机的自动化，其本身不是本实施例结构设计的关键，也不属于本申请的保护范围。

具体工作原理和过程为：

本实施例包括主机1、主转盘装置2、翻转机械手装置3、钻杆箱取料机械手装置4、动力总成5、电控柜6、阀组总成7、钻杆箱8和行走履带车装置9，其中动力总成5与对应部件连通实现整套整套设备的动力供应，阀组总成7负责对整套钻机进行控制。

如图1所示，本实施例钻机在打钻之前，通过远程信息交互系统，对钻机打孔点位进行传输（即实现对打孔点的坐标信息进行输入控制系统），并调整行走履带车9至工作位，并升起上、下锚固油缸38，将钻机固定在作业位置；通过旋转主转盘装置2（主转盘装置2包括水平旋转部分，垂直旋转部分，水平旋转部分实现动力头1的水平旋转，垂直旋转部分实现动力头1的仰角变化，由于主转盘装置2都是现有常规技术方案，本实施例就不在累述其内部具体结构和工作原理）调整钻机，使得动力头1对准打孔点位，同时将第一支钻杆44固定在夹持器29上并使得第一支钻杆44对准打孔点位，标准钻杆43堆放在钻杆箱装置8中；

如图6所示，取料机械手装置4水平移动（水平移动时通过位于机械手水平安装支架20上的电机控制实现在机械手水平安装支架20移动）至抓取钻杆的列位，随后由机械手油缸（油缸支架27上的机械手上升油缸或上下滑座总成26上的机械手下降油缸）将升降将钻杆箱机械手外壳23移动至标准钻杆44所在行位（标准钻杆44位于钻杆箱装置8的位置）；取钻杆夹紧组件驱动油缸（位于升降将钻杆箱机械手外壳23内并控制取钻杆夹紧组件22开闭）伸出，控制取钻杆夹紧组件22夹紧钻杆，机械手升降油缸（油缸支架27上的机械手上升油缸或上下滑座总成26上的机械手下降油缸）伸出，竖直移动至固定高度，随后取料机械手装置4水平移动至指定点位，旋转油缸25旋转（通过旋转限位装置24旋转限位），将标准钻杆44送至钻杆托板总成14位置；

如图5所示，翻转机械手旋转油缸16驱动翻转机械手17转动到钻杆托板总成14位置，然后翻转机械手17的驱动油缸伸长，控制装卸机械手17爪夹紧位于钻杆托板总成14上标准钻杆44，钻杆夹紧组件驱动油缸（位于升降将钻杆箱机械手外壳23内并控制取钻杆夹紧组件22开闭）退回，取钻杆夹紧组件22手爪张开，放开标准钻杆44，机械手油缸（油缸支架27上的机械手上升油缸或上下滑座总成26上的机械手下降油缸）伸出，升高至指定限位，随后取料机械手装置4水平移动至下一次取钻杆列位，并重复取料机械手装置4的工作步骤，准备下一次取料；待取料机械手装置4水平移动至不干涉位置后，翻转机械手装置（3）上的减速转台18旋转，控制翻转机械手17夹持标准钻杆44与主钻头1的钻孔中心平行，随后翻转杆机械手旋转油缸16旋转，控制翻转机械手17移动至指定位置，确保翻转机械手17夹紧的标准钻杆44的中心线与钻机打钻钻孔中心同轴线；升降滑台19主要目的是实现对翻转机械手装置3在主转盘装置2上位置调整，使得翻转机械手装置3能与取料机械手装置4和动力头1相互配合；

如图7所示，水辫推进油缸30退回同时水辫组件35上的水辫马达旋转，推进回转器箱体组件36向左移动，进行扣水辫（即标准钻杆44上的母扣46与水辫组件35上的公扣45通过螺纹旋紧），待水辫扣紧后，液压卡盘31在液压马达34作用下夹紧标准钻杆44，随后翻转机械手装置3的控制油缸退回，放松标准钻杆44，在通过旋转油缸16旋转到初始取料点，随后重复翻转机械手装置3和取料机械手装置4 运作步骤，进行上标准钻杆44；

如图8-10所示，待翻转机械手装置3旋转至中位后，水辫推进油缸30继续退回（即推进回转器箱体组件36继续向左移动），动力头马达34再次控制液压卡盘31旋转，进行钻杆上扣（即标准钻杆44与第一支钻杆43的螺纹配合），待完全上扣后，夹持器29放松，推进油缸28退回，推动回转器组件37在动力头滑道40上向左移动，进行打钻作业，待推进到指定位置后（需要再加标准钻杆44），夹持器29夹紧已扣上的标准钻杆44，液压卡盘31松开，随后水辫组件35上的水辫马达反转同时水辫推进油缸30伸出，进行脱水辫扣（即已安装好的标准钻杆44与水辫组件35实现公、母扣松开），待完全脱扣后，推进油缸28同时伸出推动回转器组件37在动力头滑道40上向右移动，回转器箱体组件36回到初始位置，重复上述步骤进行填充标准钻杆44，直至完成打孔作业；在此工序中水辫组件35仅仅与标准钻杆44之间只有螺纹的配合连接以实现对钻杆供水，在钻机掘进过程中，水辫组件35不会受到任何外力以及力的传递，使得水辫组件35及其上的公扣45结构的使用寿命大大提高，本实施例时通过液压马达34控制液压卡盘31夹紧标准钻杆41，在钻机掘进过程中，通过液压卡盘31作用在标准钻杆44上，即作用力是通过液压卡盘31和标准钻杆44静摩擦力来推动掘进，即在钻机转动掘进过程中，静摩擦力分布在标准钻杆44上以实现掘进；而现有技术都没有液压卡盘，只是通过水辨组件35与标准钻杆44配合和后，水辨组件35与标准钻杆44之间既有扭矩（钻机需旋转），又有轴向作用力（需要掘进），同时水辨组件35与标准钻杆44又是水路通道，若遇到特殊地质或者受力不均匀，极容易造成水辨组件35与标准钻杆44之间连接处（公扣45和母扣46）造成损坏，若损害则水辨组件35全部报废，需要重新更换水辨组件，而本实施例时通过液压卡盘31与标准钻杆44（其作用力和扭力都为静摩擦力，扭矩和轴向作用力的面积都大），则对液压卡盘31损害较小，就算液压卡盘31损害后后期更新也快，只需要将液压卡盘31与减速箱41上的输出轴42拆开重新装上一个液压卡盘31即可，与现有技术相比，不管是使用寿命，更换时间、成本考虑都是不可比拟的优势。

退杆，待钻杆作业完成后需要退杆，将上述步骤逆向操作，用翻转机械手和钻杆箱机械手将钻杆放置钻杆箱中，一个循环结束，实现了自动抓取换杆作业

以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。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。

Claims (2)

1.一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置，包括翻转机械手装置（3）和取料机械手装置(4)，其特征在于：所述取料机械手装置(4)包括机械手水平安装支架(20)，在机械手水平安装支架(20)上安装有机械手水平滑动底板（21）且该机械手水平滑动底板（21）通过位于机械手水平安装支架(20)上的电机控制实现在机械手水平安装支架(20)移动，在机械手水平安装支架(20)上固定设置有油缸支架（27），在油缸支架（27）上设有上下滑座总成(26)且该上下滑座总成(26)与油缸支架（27）通过滑轨配合，在油缸支架（27）上固定有机械手上升油缸，在上下滑座总成(26)上设置有机械手下降油缸，从而控制上下滑座总成(26)在油缸支架（27）上移动；在上下滑座总成(26)一侧设置有钻杆箱机械手外壳（23），在钻杆箱机械手外壳（23）内设置有取钻杆夹紧组件（22），在取钻杆夹紧组件（22）上设置有取钻杆夹紧组件驱动油缸；所述翻转机械手装置（3）包括设置在主转盘装置（2）的升降滑台（19），在升降滑台（19）上安装有减速转台（18），在减速转台（18）上固定设置有上料杆机构立柱总成（15），在上料杆机构立柱总成（15）上设置有翻转机械手（17），该翻转机械手（17）与上料杆机构立柱总成（15）之间通过翻转机械手旋转油缸（16）连接，该翻转机械手（17）与取钻杆夹紧组件（22）位置对应。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿用履带式智能钻机的机械手装置，其特征在于：在上下滑座总成(26)和钻杆箱机械手外壳（23）之间设置有旋转油缸（25）和旋转限位装置(24)，通过旋转油缸（25）实现对钻杆箱机械手外壳（23）的旋转角度控制，通过旋转限位装置(24)实现对钻杆箱机械手外壳（23）旋转限位。

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