CN213144407U - 一种下向安装钻杆的自动钻杆箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，包括箱体和机械手组件，箱体顶部敞口，箱体内并排设有两个相对的钻杆放置区，两个钻杆放置区之间为钻杆取放通道，钻杆取放通道底部开口，作为钻杆进出箱体的进出口；钻杆放置区内设置有多排钻杆隔断，钻杆在每排钻杆隔断内自下而上逐层放置，钻杆的两端通过钻杆隔断端部的隔板限位，钻杆中部从钻杆隔断侧面露出，便于机械手组件的抓取；机械手组件设置在钻杆取放通道内，并和箱体内的升降机构连接，机械手组件还包括旋转油缸、伸缩油缸和机械手爪，伸缩油缸的伸缩方向和旋转油缸的旋转轴线垂直。本实用新型可以提高钻机的集成度，优化钻机底盘上各种设备的布局，有利于在井下有限空间内钻进作业。

Description

一种下向安装钻杆的自动钻杆箱

技术领域

本实用新型属于煤矿井下钻进设备领域，具体涉及一种下向安装钻杆的自动钻杆箱。

背景技术

煤矿井下打钻作业时，一般采用集成钻杆箱的履带式钻机，钻杆箱设置在钻机底盘的一端或者一侧，在钻杆箱一侧设置多自由度的机械手，机械手需要在钻杆箱和钻机前端设置的夹持器之间完成升降、水平旋转、竖直旋转等动作，将钻杆箱内的钻杆取出并送至夹持器，或者将夹持器内需要拆掉的钻杆抓取放回到钻杆箱，整个动作过程需要充足的空间保障，这对于井下有限的空间资源来说，难以为机械手提供足够的活动空间，钻机底盘上其他设备的设置也需要考虑不能对机械手的活动造成干涉，这样会增加钻机的整体结构复杂程度。此外，如果钻杆箱和钻机上的其他设备采用平铺方式设置在钻机底盘上，一方面影响其他设备的集成安装，降低钻机的集成度，另一方面无疑又会增加钻机底盘的尺寸，挤占井下的空间，不利于井下多设备的协同作业。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，该钻杆箱可以设置在钻机底盘的夹持器上方，钻杆箱内的机械手抓取钻杆后向下伸出钻杆箱，将钻杆安装在夹持器上，按照抓取的反向路径可以回收钻杆到钻杆箱内，该实用新型一方面可以节省钻机底盘上的安装空间，提高钻机的集成度，另一方面机械手的活动空间要求降低，可以简化钻机的结构。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，包括箱体和机械手组件，所述箱体顶部敞口，箱体内并排设有两个相对的钻杆放置区，两个钻杆放置区之间为钻杆取放通道，钻杆取放通道底部开口，作为钻杆进出箱体的进出口；所述钻杆放置区内设置有多排钻杆隔断，钻杆在每排钻杆隔断内自下而上逐层放置，并且钻杆的两端通过钻杆隔断端部的隔板限位，钻杆的中部从钻杆隔断侧面露出，以便于机械手组件的抓取，所述两个钻杆放置区内的钻杆放置朝向相同；所述机械手组件设置在所述的钻杆取放通道内，机械手组件和箱体内的升降机构连接，以实现机械手组件在钻杆取放通道内的升降，机械手组件还包括旋转油缸、伸缩油缸和机械手爪，旋转油缸用以控制机械手爪在竖直方向的旋转，其旋转轴线和所述钻杆轴向平行，伸缩油缸用以控制机械手爪的伸出和缩回，伸缩油缸的伸缩方向和所述旋转油缸的旋转轴线垂直。

所述机械手组件的旋转油缸一端安装在升降机构的滑板上，另一端与支架连接，所述伸缩油缸一端与所述支架连接，另一端和安装机械手爪的连接盘连接。

所述支架和所述连接盘之间还设有导向套管，导向套管的外管与所述支架连接，导向套管的内管与所述连接盘连接，导向套管用以支撑连接盘及机械手爪，并为伸缩油缸的伸缩提供导向，所述内管的空腔中安装有控制机械手爪开合的油缸。

所述升降机构还包括滑道、丝杠、丝母和升降电机，所述滑道竖向设置在钻杆取放通道一端的箱体侧板的内侧，所述丝杠、丝母配合设置在滑道的空腔中，所述滑板通过滑道上竖向设置的滑槽和丝母连接，所述升降电机设置在所述滑道的顶部或底部，驱动丝杠的旋转。

所述滑道位于所在箱体侧板宽度方向的中心位置。

所述升降机构还可以为螺旋升降机。

所述隔板两个为一组对称设置在箱体相对的两个内壁上，同一组的两个隔板相互独立，相邻的两组隔板构成所述的钻杆隔断，钻杆隔断的宽度能且仅能容纳一根钻杆。

所述隔板的上端低于所述箱体上边沿。

所述箱体底部的四角设有底座，通过底座能够将箱体固定在钻机的底盘上。

本实用新型的机械手组件取放钻杆的过程如下：在从箱体内抓取钻杆时，所述的机械手爪在从钻杆箱内抓取钻杆后，通过升降机构将钻杆升高离开钻杆隔断，接着伸缩油缸回缩，使得位于钻杆放置区的钻杆进入钻杆取放通道，在升降机构带动下，钻杆向下移动从钻杆取放通道底部的开口离开箱体，之后旋转油缸向下旋转90°，使得钻杆与钻杆回转机构的钻杆连接头同轴，然后机械手爪保持夹紧钻杆，钻杆回转机构边旋转、边推进，待钻杆连接头前端丝扣和钻杆尾部丝扣完全连接后，机械手爪松开，由钻杆回转机构带着钻杆继续旋转推进，直到与前方夹持器内的钻杆连接，之后即可通水钻进。

在向钻杆箱内回收钻杆时，机械手爪下降并抓取打钻部分上需要退钻的钻杆，然后旋转油缸向上旋转90°，并通过升降机构提升至滑道顶部，此时，钻杆的最低点高于所述隔板的上沿，然后伸缩油缸再伸出适当的长度，使得钻杆到达待放置的钻杆隔断上方，此时通过升降机构下落钻杆，完成钻杆的回收，最后伸缩油缸回缩，将机械手爪收回到钻杆取放通道内。

为了避免取放钻杆时，其他排的钻杆对机械手组件的动作造成干涉，本实用新型在从箱体内抓取钻杆时，应该由近及远的逐排进行抓取，在回收钻杆时，需要由远及近的逐排放置钻杆。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中钻杆箱的箱体可以架设在钻机底盘上的打钻部分的上方，腾出钻机底盘上其他位置的空间可以设置钻进用的其他设备，提高钻机的集成度。

本实用新型中机械手设置在两个钻杆放置区之间，可以分别从两侧的钻杆放置区取放钻杆，并且钻杆在放置时其朝向和钻机上处于工作状态的钻杆朝向一致，这样机械手抓取钻杆后，无需在水平面进行旋转，因此可以减少机械手活动的自由度，降低对空间的要求。并且，机械手夹持钻杆后，无需进行水平面的旋转，因此，钻杆取放时，其水平方向的活动范围不会超出箱体，这样位于箱体外的其他设备就不会对机械手取放钻杆的过程造成干扰，便于箱体外其他设备的布局优化。

因为，机械手爪在抓取钻杆后，必须要将钻杆升高至隔板上方，才可以进行旋转，因此，本实用新型的隔板上端低于箱体的上边沿，以减少机械手组件的升高行程，节省井下有限的空间。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为安装有本实用新型所述钻杆箱的钻机结构示意图；

图中标记：1、箱体，2、钻杆隔断，3、滑道，4、升降电机，5、钻杆放置区，6、隔板，7、机械手组件，8、钻杆，9、钻杆取放通道，10、底座，11、钻机底盘，12、钻杆回转机构，13、夹持器，14、架体；

101、前侧板，102、左前侧板，103、左后侧板，104、后侧板，105、右前侧板，106、右后侧板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。

参照附图所示，一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，设置在钻机底盘11上，并位于钻机前端的打钻部分的上方，钻杆箱安装后如图2所示，所述打钻部分包括夹持器13、钻杆回转机构12和导轨，钻杆回转机构12可沿所述导轨前后移动，钻机底盘11上设有两个架体14，两个架体14分别位于所述导轨的两侧，钻杆箱的箱体1底部固定在架体14上。钻杆箱内的机械手组件7可以抓取箱体1内的钻杆8，向下穿过箱体1，安装在打钻部分，回收钻杆时，机械手组件7在打钻部分上抓取钻杆8后，上升进入箱体1，再将钻杆8放置在机械手组件7两侧的钻杆放置区5内。为了实现钻杆8从钻杆箱下方进出钻杆箱，需要对现有技术中钻杆箱的结构加以改进，具体可参看图1所示。

如图1所示，钻杆箱包括箱体1和设置在箱体1内的机械手组件7，所述箱体1由侧板和底座10围成，左右两侧分别是左前侧板102、左后侧板103、右前侧板105和右后侧板106，箱体1前后分别是前侧板101和后侧板104；所述左前侧板102和右前侧板105尺寸相同，并分别垂直固定在所述前侧板101的内侧，所述底座10的上表面为矩形，一共设置四个底座10，其中的两个底座10的上表面分别固定在左前侧板102和前侧板101的下端以及右前侧板105和前侧板101的下端；所述左后侧板103和右后侧板106的尺寸相同，并分别垂直固定在所述后侧板104的内侧，另两个底座10上表面分别固定在左后侧板103和后侧板104的下端以及右后侧板106和后侧板104的下端。从以上结构可以看出，箱体1是由前后两个单元组成，这两个单元的距离由钻机上的安装空间以及钻杆的长度决定，当底座10固定在钻机底盘11的架体14上后，钻杆箱的长宽尺寸就固定了。

继续参照图1，所述箱体1顶部敞口，箱体1内设有两个相对的钻杆放置区5，两个钻杆放置区5之间为钻杆取放通道9，钻杆取放通道9底部开口，作为钻杆8进出箱体1的进出口，所述后侧板104的中下部设有开口，开口宽度和所述钻杆取放通道9宽度相一致；所述钻杆放置区5内设置有多排钻杆隔断2，钻杆8在每排钻杆隔断2内自下而上逐层放置，由所述底座10的上表面为钻杆8提供支撑；钻杆8的两端由钻杆隔断2端部的隔板6限位，钻杆8的中部从钻杆隔断2侧面露出，以便于机械手组件7的抓取，所述两个钻杆放置区5内的钻杆8朝向相同；所述隔板6两个为一组对称设置在箱体1的前侧板101和后侧板104的内壁上，位于前侧板101上的隔板6的宽度小于左前侧板102的宽度，位于后侧板104上的隔板6的宽度小于左后侧板103的宽度，使得同一组的两个隔板6相互独立，便于机械手组件7从两个隔板6之间抓取钻杆8，相邻的两组隔板6构成所述的钻杆隔断2，钻杆隔断的宽度仅能容纳一根钻杆8。

所述隔板6的上端低于所述箱体1上边沿，便于机械手组件7对钻杆8进行翻转。

所述机械手组件7设置在所述的钻杆取放通道9内，机械手组件7和箱体1内的升降机构连接，以实现机械手组件7在钻杆取放通道9内的升降，机械手组件7还包括旋转油缸701、伸缩油缸704和机械手爪702，旋转油缸701用以控制机械手爪702的旋转，其旋转轴线和所述钻杆8轴向平行，伸缩油缸704用以控制机械手爪702的伸出和缩回，实现对钻杆8的取放，伸缩油缸704的伸缩方向和所述旋转油缸701的旋转轴线垂直。

所述升降机构包括滑道3、滑板、丝杠、丝母和升降电机4，所述滑道3竖向设置在钻杆取放通道9前端前侧板101的内壁上，所述丝杠、丝母配合设置在滑道3的空腔中，所述滑板通过滑道3上竖向设置的滑槽和丝母连接，所述升降电机4设置在所述滑道3的顶部或底部，驱动丝杠在滑道3内旋转，考虑到机械手组件7能够尽量的下降到箱体1下方，且避免升降电机4对钻杆8的安装造成干涉，升降电机4安装在滑道3的顶部为宜。

所述的升降机构还可以是其他结构，如螺旋升降机等。

所述机械手组件7中旋转油缸701的一端固定在所述滑板上，旋转油缸701的另一端和一个L型支架705上一个面板的外侧面连接，L型支架705另一面板的内侧面和一个导向套管703的外管连接，导向套管703的内管和一个安装机械手爪702的连接盘连接，在L型支架705和连接盘之间设置所述的伸缩油缸704，伸缩油缸704的两端和L型支架705、连接盘均为铰接。用于控制机械手爪702开合的手爪油缸设置在所述内管的空腔中，并穿过所述连接盘和机械手爪702连接，利用油缸控制机械手爪702的开合属于本领域的常规技术。

作为优选，所述滑道3位于所述前侧板101宽度方向的中心位置，且滑道3和所述夹持器13上的夹持位置前后对应，使得钻杆8无需进行过多的定位，就可以被夹持器13所夹持。

本实用新型的机械手组件7在从箱体1内抓取钻杆8时，所述的机械手爪702在从钻杆箱内抓取钻杆后，通过升降机构将钻杆8升高离开钻杆隔断2，接着伸缩油缸704回缩，使得原本位于钻杆放置区5的钻杆8进入钻杆取放通道9，在升降机构带动下，钻杆8向下移动从钻杆取放通道9底部的开口离开箱体1，之后旋转油缸向下旋转90°，使得钻杆8与钻杆回转机构12的钻杆连接头同轴，然后机械手爪702保持夹紧钻杆8，钻杆回转机构12边旋转、边推进，待钻杆连接头前端丝扣和钻杆8尾部丝扣完全连接后，机械手爪702松开，由钻杆回转机构12带着钻杆8继续旋转推进，直到与前方夹持器13内的钻杆连接，之后即可通水钻进。

在向钻杆箱内回收钻杆时，机械手爪702下降并抓取打钻部分上等待退钻的钻杆8，然后旋转油缸701向上旋转90°，并通过升降机构提升至滑道3顶部，此时，钻杆8的最低点高于所述隔板6的上沿，因此，可以控制伸缩油缸704伸出适当的长度，使得钻杆8到达待放置的钻杆隔断2上方，此时通过升降机构下落，完成钻杆8的回收，最后伸缩油缸704回缩，将机械手爪702收回到钻杆取放通道9内。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，包括箱体和机械手组件，其特征在于：所述箱体顶部敞口，箱体内并排设有两个相对的钻杆放置区，两个钻杆放置区之间为钻杆取放通道，钻杆取放通道底部开口，作为钻杆进出箱体的进出口；所述钻杆放置区内设置有多排钻杆隔断，钻杆在每排钻杆隔断内自下而上逐层放置，并且钻杆的两端通过钻杆隔断端部的隔板限位，钻杆的中部从钻杆隔断侧面露出，以便于机械手组件的抓取，所述两个钻杆放置区内的钻杆放置朝向相同；所述机械手组件设置在所述的钻杆取放通道内，机械手组件和箱体内的升降机构连接，以实现机械手组件在钻杆取放通道内的升降，机械手组件还包括旋转油缸、伸缩油缸和机械手爪，旋转油缸用以控制机械手爪在竖直方向的旋转，其旋转轴线和所述钻杆轴向平行，伸缩油缸用以控制机械手爪的伸出和缩回，伸缩油缸的伸缩方向和所述旋转油缸的旋转轴线垂直。

2.根据权利要求1所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述机械手组件的旋转油缸一端安装在升降机构的滑板上，另一端与支架连接，所述伸缩油缸一端与所述支架连接，另一端和安装机械手爪的连接盘连接。

3.根据权利要求2所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述支架和所述连接盘之间还设有导向套管，导向套管的外管与所述支架连接，导向套管的内管与所述连接盘连接，导向套管用以支撑连接盘及机械手爪，并为伸缩油缸的伸缩提供导向，所述内管的空腔中安装有控制机械手爪开合的油缸。

4.根据权利要求2所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述升降机构还包括滑道、丝杠、丝母和升降电机，所述滑道竖向设置在钻杆取放通道一端的箱体侧板的内侧，所述丝杠、丝母配合设置在滑道的空腔中，所述滑板通过滑道上竖向设置的滑槽和丝母连接，所述升降电机设置在所述滑道的顶部或底部，驱动丝杠的旋转。

5.根据权利要求4所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述滑道位于所在箱体侧板宽度方向的中心位置。

6.根据权利要求2所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述升降机构为螺旋升降机。

7.根据权利要求1所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述隔板两个为一组对称设置在箱体相对的两个内壁上，同一组的两个隔板相互独立，相邻的两组隔板构成所述的钻杆隔断，钻杆隔断的宽度能且仅能容纳一根钻杆。

8.根据权利要求7所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述隔板的上端低于所述箱体上边沿。

9.根据权利要求1所述的一种下向安装钻杆的自动钻杆箱，其特征在于：所述箱体底部的四角设有底座，通过底座能够将箱体固定在钻机的底盘上。

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