CN220929320U - 一种钻杆用单机械手自动装卸系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤矿井下钻探装备技术领域，提出了一种钻杆用单机械手自动装卸系统，包括行进台，行进台上设置有基架，基架的一侧设置有操作台和用于钻探的钻机，还包括，杆库，杆库设置在基架上，杆库用于放置钻杆；装卸机构，装卸机构设置在基架上，装卸机构位于杆库的一侧，装卸机构与操作台电连接；夹爪，夹爪设置在装卸机构上，夹爪用于夹持钻杆；通过上述技术方案，解决了相关技术中的多个机械手及部件协同作用时占用空间大的问题、控制点位多的问题。

Description

一种钻杆用单机械手自动装卸系统

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下钻探装备技术领域，具体的，涉及一种钻杆用单机械手自动装卸系统。

背景技术

随着经济的发展，市场对包括勘探钻机、定向钻机等钻探装备的需求不断上升。目前的典型钻探装备普遍采用人工输送装卸钻杆。为了矿井作业安全，减少人员伤亡，减少作业面人员或实现无人值守作业，节约工时、人力，减轻工人劳动强度，已出现了多种可自动输送装卸钻杆的装备。

现有的可实现自动输送装卸钻杆的装备，普遍结构复杂，过程中需要多个机械手或部件协同完成；常见的是采用两个机械手，即一个副机械手，一个主机械手，副机械手主要是从钻杆箱抓取钻杆送到钻杆托盘，再由钻杆托盘移动到主机械手可以抓取的位置；然后由主机械手抓取钻杆送入钻机钻杆位置，过程中分三个阶段、顺序完成，做工时间长；并且矿井下作业面空间相对狭小，采用两个或多个机械手协同作业时，会占用较大空间，提高装备制造成本；同时，由于涉及较多部件，导致控制点位增加，装备故障率变大等问题，因此需要对现有技术进行优化改进。

实用新型内容

本实用新型提出一种钻杆用单机械手自动装卸系统，解决了相关技术中的多个机械手及部件协同作用时占用空间大的问题、控制点位多的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种钻杆用单机械手自动装卸系统，包括行进台，所述行进台上设置有基架，所述基架的一侧设置有操作台和用于钻探的钻机，还包括，

杆库，所述杆库设置在所述基架上，所述杆库用于放置钻杆；

装卸机构，所述装卸机构设置在所述基架上，所述装卸机构位于所述杆库的一侧，所述装卸机构与所述操作台电连接；

夹爪，所述夹爪设置在所述装卸机构上，所述夹爪用于夹持所述钻杆。

作为进一步的技术方案，所述装卸机构包括，

升降臂，所述升降臂转动设置在所述基架上，所述升降臂内设置有升降油缸；

回转马达A，所述回转马达A设置在所述升降臂的底部，所述回转马达A输出的动力用于驱动所述升降臂转动；

回转臂，所述回转臂转动设置在所述升降臂上，所述回转臂内设置有伸缩内筒A；

回转马达B，所述回转马达B设置在所述回转臂上，所述回转马达B输出的动力用于驱动所述回转臂进行转动，所述回转臂转动的中心线与所述升降臂的中心线重合；

夹爪臂，所述夹爪臂设置在所述伸缩内筒A上，所述夹爪和所述回转臂分别位于所述夹爪臂的两端，所述夹爪臂内设置有伸缩内筒B，所述夹爪设置在所述伸缩内筒B上；

液压站，所述液压站设置在所述基架上，所述液压站与所述操作台电连接，所述液压站输出的动力用于驱动所述回转马达A、所述升降臂、所述回转臂、所述回转马达B、所述夹爪臂和所述夹爪进行动作。

作为进一步的技术方案，所述夹爪臂与所述回转臂转动连接，所述装卸机构还包括，

回转马达C，所述回转马达C设置在所述回转臂上，所述回转马达C输出的动力用于驱动所述夹爪臂进行转动，所述夹爪臂转动中心线与所述基架的上表面垂直。

作为进一步的技术方案，所述杆库上间隔分布有若干个隔板，所述隔板将所述杆库分隔成若干个缓存区，所述缓存区用于放置所述钻杆。

作为进一步的技术方案所述钻机上设置有两个夹持器，所述夹持器用于夹持所述钻杆。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，提供了一种钻杆用单机械手自动装卸系统，具体的包括行进台、基架、操作台和钻机，还包括杆库、装卸机构和夹爪；其中装卸机构包括升降臂、回转马达A、回转臂、回转马达B、夹爪臂和液压站。

液压站上连通设置有第一液压管、第二液压管、第三液压管、第四液压管、第五液压管、和第六液压管，其中，

第一液压管与夹爪内的夹紧油缸连通；

第二液压管与升降油缸连通；

第三液压管与回转马达A连通；

第四液压管与回转臂内的多节伸缩油缸A|连通；

第五液压管与回转马达B连通；

第六液压管与夹爪臂内的多节伸缩油缸B连通；

液压站通过第一液压管、第二液压管、第三液压管、第四液压管、第五液压管、和第六液压管分别输出第一液压动力、第二液压动力、第三液压动力、第四液压动力、第五液压动力和第六液压动力。

工作时，按下操作台上的启停按钮，启停按钮按下后，根据已设定的PLC控制程序启动液压站；当需要装载钻杆时，先将备用的多个钻杆放置到杆库内，如图所示，此时钻杆与操作台处于垂直状态；根据杆库中钻杆的位置，通过操作台启动液压站输出第二液压动力，升降臂向下移动到相应高度后，借助预先设置的位移传感器、限位组件、接近传感器确定升降臂停止的位置，停止第二液压动力的输出，保持升降臂的位置不变；

然后，液压站输出第六液压动力，第六液压动力推动伸缩内筒B和夹爪下降，待夹爪下降到抓取位置后，停止伸缩内筒B的移动，借助预先设置的接近传感器确认夹爪下是否有钻杆；

然后，液压站输出第一液压动力，第一液压动力驱动夹爪夹紧钻杆，借助预先设置的液压压力传感器确认夹爪是否夹紧钻杆；夹爪抓取钻杆后，液压站输出第六液压动力，第六液压动力驱动伸缩内筒B、夹爪和钻杆一起向上移动一段距离，借助预先设置的位移传感器定位伸缩内筒B上升的距离；

然后，液压站输出第二液压动力，第二液压动力驱动升降臂抬升一段距离，当钻杆与钻机上用于固定钻杆的部位等高时，停止升降臂的移动，过程中借助预先设置的位移传感器定位钻杆高度；

然后，液压站输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A收回到回转臂内；

然后，液压站输出第三液压动力，第三液压动力驱动回转马达A运行，回转马达A带动升降臂在基架上整体转动，转动角度为九十度，此时钻杆正对着钻机上用于固定钻杆的部位，过程中预先设置的限位组件憋压，并与预先设置的液压压力传感器相互配合一起控制精度；

然后，液压站输出第五液压动力，第五液压动力驱动回转马达B，回转马达B驱动回转臂进行自转，最终调整钻杆的倾斜角度，使夹爪上钻杆倾角与钻机上的当前倾角保持一致，过程中借助预先设置的角度编码器确定倾角的大小；

然后，液压站输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A水平伸出，将钻杆送入到钻机内，过程中借助设置在回转臂上的位移传感器定位钻杆的固定位置；钻机上设置的接近开关确认钻杆是否放入到位，钻机上预先设置的液压压力传感器确认钻杆是否夹紧；

然后，液压站输出第一液压动力，第一液压动力驱动夹爪松开钻杆，夹紧油缸上的位移传感器确认夹爪是否完全张开；

然后，液压站输出第六液压动力，第六液压动力驱动伸缩内筒B收回；

然后，液压站输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A收回；

最后装卸机构各组成部分复位，等待下一次的作业。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型整体的（不带液压管）结构示意图；

图2为本实用新型整体的（不带液压管）俯视图；

图3为本实用新型整体的（带液压管）结构示意图；

图4为本实用新型整体的（杆库处于另一种状态）结构示意图；

图5为本实用新型装卸机构处的结构示意图；

图6为本实用新型装卸机构处的正视图；

图7为本实用新型钻机处的结构示意图；

图8为本实用新型钻机处的右视图；

图中：1、行进台，2、基架，3、操作台，4、钻机，5、杆库，6、装卸机构，7、夹爪，8、升降臂，9、回转马达A，10、回转臂，11、伸缩内筒A，12、回转马达B，13、夹爪臂，14、伸缩内筒B，15、液压站，16、回转马达C，17、隔板，18、夹持器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

如图1~图8所示，本实施例提出了一种钻杆用单机械手自动装卸系统。

一种钻杆用单机械手自动装卸系统，包括行进台1，行进台1上设置有基架2，基架2的一侧设置有操作台3和用于钻探的钻机4，还包括，

杆库5，杆库5设置在基架2上，杆库5用于放置钻杆；

装卸机构6，装卸机构6设置在基架2上，装卸机构6位于杆库5的一侧，装卸机构6与操作台3电连接；

夹爪7，夹爪7设置在装卸机构6上，夹爪7用于夹持钻杆。

进一步，装卸机构6包括，

升降臂8，升降臂8转动设置在基架2上，升降臂8内设置有升降油缸；

回转马达A9，回转马达A9设置在升降臂8的底部，回转马达A9输出的动力用于驱动升降臂8转动；

回转臂10，回转臂10转动设置在升降臂8上，回转臂10内设置有伸缩内筒A11；

回转马达B12，回转马达B12设置在回转臂10上，回转马达B12输出的动力用于驱动回转臂10进行转动，回转臂10转动的中心线与升降臂8的中心线重合；

夹爪臂13，夹爪臂13设置在伸缩内筒A11上，夹爪7和回转臂10分别位于夹爪臂13的两端，夹爪臂13内设置有伸缩内筒B14，夹爪7设置在伸缩内筒B14上；

液压站15，液压站15设置在基架2上，液压站15与操作台3电连接，液压站15输出的动力用于驱动回转马达A9、升降臂8、回转臂10、回转马达B12、夹爪臂13和夹爪7进行动作。

本实施例中，如图1~图8所示，提供了一种钻杆用单机械手自动装卸系统，具体的包括行进台1、基架2、操作台3和钻机4，还包括杆库5、装卸机构6和夹爪7；其中装卸机构6包括升降臂8、回转马达A9、回转臂10、回转马达B12、夹爪7臂和液压站15。

液压站15上连通设置有第一液压管、第二液压管、第三液压管、第四液压管、第五液压管、和第六液压管，其中，

第一液压管与夹爪7内的夹紧油缸连通；

第二液压管与升降油缸连通；

第三液压管与回转马达A9连通；

第四液压管与回转臂10内的多节伸缩油缸A|连通；

第五液压管与回转马达B12连通；

第六液压管与夹爪7臂内的多节伸缩油缸B连通；

液压站15通过第一液压管、第二液压管、第三液压管、第四液压管、第五液压管、和第六液压管分别输出第一液压动力、第二液压动力、第三液压动力、第四液压动力、第五液压动力和第六液压动力。

工作时，按下操作台3上的启停按钮，启停按钮按下后，根据已设定的PLC控制程序启动液压站15；当需要装载钻杆时，先将备用的多个钻杆放置到杆库5内，如图所示，此时钻杆与操作台3处于垂直状态；根据杆库5中钻杆的位置，通过操作台3启动液压站15输出第二液压动力，升降臂8向下移动到相应高度后，借助预先设置的位移传感器、限位组件、接近传感器确定升降臂8停止的位置，停止第二液压动力的输出，保持升降臂8的位置不变；

然后，液压站15输出第六液压动力，第六液压动力推动伸缩内筒B14和夹爪7下降，待夹爪7下降到抓取位置后，停止伸缩内筒B14的移动，借助预先设置的接近传感器确认夹爪7下是否有钻杆；

然后，液压站15输出第一液压动力，第一液压动力驱动夹爪7夹紧钻杆，借助预先设置的液压压力传感器确认夹爪7是否夹紧钻杆；夹爪7抓取钻杆后，液压站15输出第六液压动力，第六液压动力驱动伸缩内筒B14、夹爪7和钻杆一起向上移动一段距离，借助预先设置的位移传感器定位伸缩内筒B14上升的距离；

然后，液压站15输出第二液压动力，第二液压动力驱动升降臂8抬升一段距离，当钻杆与钻机4上用于固定钻杆的部位等高时，停止升降臂8的移动，过程中借助预先设置的位移传感器定位钻杆高度；

然后，液压站15输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A11收回到回转臂10内；

然后，液压站15输出第三液压动力，第三液压动力驱动回转马达A9运行，回转马达A9带动升降臂8在基架2上整体转动，转动角度为九十度，此时钻杆正对着钻机4上用于固定钻杆的部位，过程中预先设置的限位组件憋压，并与预先设置的液压压力传感器相互配合一起控制精度；

然后，液压站15输出第五液压动力，第五液压动力驱动回转马达B12，回转马达B12驱动回转臂10进行自转，最终调整钻杆的倾斜角度，使夹爪7上钻杆倾角与钻机4上的当前倾角保持一致，过程中借助预先设置的角度编码器确定倾角的大小；

然后，液压站15输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A11水平伸出，将钻杆送入到钻机4内，过程中借助设置在回转臂10上的位移传感器定位钻杆的固定位置；钻机4上设置的接近开关确认钻杆是否放入到位，钻机4上预先设置的液压压力传感器确认钻杆是否夹紧；

然后，液压站15输出第一液压动力，第一液压动力驱动夹爪7松开钻杆，夹紧油缸上的位移传感器确认夹爪7是否完全张开；

然后，液压站15输出第六液压动力，第六液压动力驱动伸缩内筒B14收回；

然后，液压站15输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A11收回；

最后装卸机构6各组成部分复位，等待下一次的作业。

反之，当需要卸载钻杆时，液压站15输出液压动力，反向操作即可完成钻杆的卸载，并将钻杆放置到杆库5内，具体操作过程如下：

首先，液压站15输出第三液压动力，第三液压动力驱动回转马达A9，回转马达A9驱动升降臂8进行转动，转动角度为九十度，升降臂8转动时会带动回转臂10、夹爪7臂和夹爪7同步向靠近钻机4的方向转动，过程中预先设置的限位组件憋压，并与预先设置的液压压力传感器相互配合一起控制精度；

然后，液压站15输出第二液压动力，第二液压动力驱动升降臂8抬升一段距离，然后停止升降臂8的移动，过程中借助预先设置的位移传感器定位升降臂8抬升高度；

然后，液压站15输出第五液压动力，第五液压动力驱动回转马达B12，回转马达B12驱动回转臂10进行自转，最终调整夹爪7臂和夹爪7的倾斜角度，保证夹爪7夹持的中心线与钻机4上钻杆的中心线倾角相同，过程中借助预先设置的角度编码器确定倾角的大小；

然后，液压站15输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A11水平伸出，直到夹爪7运行到钻机4上钻杆的上方，借助预先设置在伸缩内筒A11上的位移传感器确定伸缩内筒A11伸出的距离；

然后，液压站15输出第六液压动力，第六液压动力驱动伸缩内筒B14和夹爪7一起向下移动一段距离，直到夹爪7接触到钻杆，过程中借助预先设置的位移传感器定位伸缩内筒B14下降的距离；

然后，借助夹爪7上设置的接近开关确认夹爪7下方是否有钻杆；确认有钻杆后进行下一步的作业；

然后，液压站15输出第一液压动力，第一液压动力驱动夹爪7夹紧钻杆，借助预先设置的液压压力传感器确认夹爪7是否夹紧钻杆；夹爪7抓取钻杆后，钻机4松开作用在钻杆上的作用力；

然后，液压站15输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A11完全收回；

然后，液压站15输出第五液压动力，第五液压动力驱动回转马达B12，回转马达B12驱动回转臂10进行自转，回转臂10回转到水平倾角，过程中借助预先设置的角度编码器确定转动倾角的大小；

然后，液压站15输出第三液压动力，第三液压动力驱动回转马达A9，回转马达A9驱动升降臂8进行转动，转动角度为九十度，升降臂8转动时会带动回转臂10、夹爪7臂、夹爪7和钻杆同步向靠近杆库5的方向转动，过程中预先设置的限位组件憋压，并与预先设置的液压压力传感器相互配合一起控制精度；

然后，液压站15输出第二液压动力，第二液压动力驱动升降臂8下降一段距离，直到钻杆到达可以操作的高度，然后停止升降臂8的移动，过程中借助预先设置的位移传感器定位升降臂8下降高度；

然后，操作台3根据钻杆目标位置与杆库5中的位置做分析，确认伸缩内筒A11伸出行程；

然后，液压站15输出第四液压动力，第四液压动力驱动伸缩内筒A11伸出一段距离，使夹爪7和钻杆位于杆库5中相对应的位置处；

然后，液压站15输出第二液压动力，第二液压动力驱动升降臂8下降一段距离，过程中借助预先设置的位移传感器定位升降臂8下降高度；

然后，液压站15输出第六液压动力，第六液压动力驱动伸缩内筒B14和夹爪7一起向下移动一段距离，直到钻杆到达释放高度，过程中借助预先设置的位移传感器定位伸缩内筒B14下降的距离；

然后，液压站15输出第一液压动力，第一液压动力驱动夹爪7释放钻杆，借助预先设置的位移传感器确认夹爪7是否完全张开；

然后，装卸机构6的各组成部分恢复到初始位置，等待下一次的作业。

进一步，夹爪臂13与回转臂10转动连接，装卸机构6还包括，

回转马达C16，回转马达C16设置在回转臂10上，回转马达C16输出的动力用于驱动夹爪臂13进行转动，夹爪臂13转动中心线与基架2的上表面垂直。

本实施例中，如图1~图6所示，增加了回转马达C16，液压站15通过第七液压管与回转马达C16连通，液压站15通过第七液压管输出第七液压动力；工作时，当杆库5内钻杆的放置方向发生变化时，如图4所示，通过液压站15输出第七液压动力，第七液压动力驱动回转马达C16，回转马达C16驱动夹爪臂13进行转动，直到夹爪7的抓取角度与钻杆的放置方向保持一致；然后液压站15输出液压动力，重复前面叙述的动作，完成钻杆的抓取、装载或者钻杆的卸载、放置，提高装卸机构6的使用范围。

进一步，杆库5上间隔分布有若干个隔板17，隔板17将杆库5分隔成若干个缓存区，缓存区用于放置钻杆。

本实施例中，如图1~图4所示，对杆库5进行了改进，在杆库5的空腔位置处增加了若干个间隔分布的隔板17，通过隔板17将杆库5分隔成若干个缓存区；当需要进行钻杆上杆作业时，缓冲区用于预存待上杆的钻杆，当需要卸载钻杆时，缓冲区用于承接卸载下来的钻杆；通过隔板17的分隔，保证了钻杆在杆库5内摆放的整齐度，同时也使操作台3更方便的捕捉到钻杆的位置，提高钻杆装卸的准确度。

进一步，钻机4上设置有两个夹持器18，夹持器18用于夹持钻杆。

本实施例中，如图1~图4和图7~图8所示，在钻机4上增加了两个夹持器18，钻机4的前、后两处位置分别设置有一个夹持器18；液压站15通过第八液压管与夹持器18连通，液压站15通过第八液压管输出底板液压动力；工作时，当夹爪7带着钻杆移动到与夹持器18等高的位置时，通过液压站15输出第八液压动力，第八液压动力驱动夹持器18的上、下两个夹持部分别向相互远离的方向移动，移动一段距离后夹持部停止移动，然后，液压站15输出第四液压动力，在第四液压动力的驱动下将钻杆放入到上、下两个夹持部的中间位置；过程中借助夹持器上预先设置的接近开关确定钻杆是否放入到位；然后，液压站15输出第八液压动力，第八液压动力驱动上、下两个夹持部相互靠近，直到钻杆与夹持部发生挤压接触，完成夹持器18和钻杆的夹持作业。通过从夹持器18侧方装卸钻杆，简化钻杆的位移路径，提高液压站15工作荷载的稳定性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钻杆用单机械手自动装卸系统，包括行进台（1），所述行进台（1）上设置有基架（2），所述基架（2）的一侧设置有操作台（3）和用于钻探的钻机（4），其特征在于，还包括，

杆库（5），所述杆库（5）设置在所述基架（2）上，所述杆库（5）用于放置钻杆；

装卸机构（6），所述装卸机构（6）设置在所述基架（2）上，所述装卸机构（6）位于所述杆库（5）的一侧，所述装卸机构（6）与所述操作台（3）电连接；

夹爪（7），所述夹爪（7）设置在所述装卸机构（6）上，所述夹爪（7）用于夹持所述钻杆。

2.根据权利要求1所述的一种钻杆用单机械手自动装卸系统，其特征在于，所述装卸机构（6）包括，

升降臂（8），所述升降臂（8）转动设置在所述基架（2）上，所述升降臂（8）内设置有升降油缸；

回转马达A（9），所述回转马达A（9）设置在所述升降臂（8）的底部，所述回转马达A（9）输出的动力用于驱动所述升降臂（8）转动；

回转臂（10），所述回转臂（10）转动设置在所述升降臂（8）上，所述回转臂（10）内设置有伸缩内筒A（11）；

回转马达B（12），所述回转马达B（12）设置在所述回转臂（10）上，所述回转马达B（12）输出的动力用于驱动所述回转臂（10）进行转动，所述回转臂（10）转动的中心线与所述升降臂（8）的中心线重合；

夹爪臂（13），所述夹爪臂（13）设置在所述伸缩内筒A（11）上，所述夹爪（7）和所述回转臂（10）分别位于所述夹爪臂（13）的两端，所述夹爪臂（13）内设置有伸缩内筒B（14），所述夹爪（7）设置在所述伸缩内筒B（14）上；

液压站（15），所述液压站（15）设置在所述基架（2）上，所述液压站（15）与所述操作台（3）电连接，所述液压站（15）输出的动力用于驱动所述回转马达A（9）、所述升降臂（8）、所述回转臂（10）、所述回转马达B（12）、所述夹爪臂（13）和所述夹爪（7）进行动作。

3.根据权利要求2所述的一种钻杆用单机械手自动装卸系统，其特征在于，所述夹爪臂（13）与所述回转臂（10）转动连接，所述装卸机构（6）还包括，

回转马达C（16），所述回转马达C（16）设置在所述回转臂（10）上，所述回转马达C（16）输出的动力用于驱动所述夹爪臂（13）进行转动，所述夹爪臂（13）转动中心线与所述基架（2）的上表面垂直。

4.根据权利要求1所述的一种钻杆用单机械手自动装卸系统，其特征在于，所述杆库（5）上间隔分布有若干个隔板（17），所述隔板（17）将所述杆库（5）分隔成若干个缓存区，所述缓存区用于放置所述钻杆。

5.根据权利要求1所述的一种钻杆用单机械手自动装卸系统，其特征在于，所述钻机（4）上设置有两个夹持器（18），所述夹持器（18）用于夹持所述钻杆。