低开孔的自动钻机

权利要求书： 1.一种低开孔的自动钻机，包括钻机底盘和自动钻杆箱，在钻机底盘前端设置导轨组件、动力回转机构和夹持器，所述导轨组件以下沉方式安装在钻机底盘的上表面以下，所述夹持器固定在导轨组件的前端，动力回转机构滑动设置在导轨组件上，动力回转机构用于驱动钻杆旋转打孔，其特征在于：所述自动钻杆箱底部和所述导轨组件的两侧固定连接，以使自动钻杆箱跨设在导轨组件的上方，所述自动钻杆箱内左右两侧为放置钻杆的钻杆放置区，钻杆放置区内钻杆的朝向和动力回转机构上连接的钻杆朝向相同，两个钻杆放置区之间为取放钻杆的钻杆取放通道，在钻杆取放通道内设有抓取钻杆的机械手组件，钻杆取放通道下方开口于自动钻杆箱底部，以形成供钻杆进出自动钻杆箱的进出口，所述自动钻杆箱顶部为敞口结构。

2.根据权利要求1所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述导轨组件包括导轨支架和调角油缸，所述自动钻杆箱底部通过两侧的支撑板和导轨支架连接，所述调角油缸设置在导轨支架的下方，用以控制导轨支架的俯仰角度。

3.根据权利要求2所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述导轨支架后端转动连接在钻机底盘的立柱组件上，前端安装所述的夹持器，所述调角油缸的一端转动连接在钻机底盘上表面，另一端转动连接在导轨支架上。

4.根据权利要求2所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述导轨支架内设有导轨，所述动力回转机构滑动设置在导轨上，导轨支架内还设有平移油缸，平移油缸用于推动动力回转机构沿所述导轨前后移动。

5.根据权利要求1所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述自动钻杆箱内的钻杆放置区设有多个钻杆隔断，每个钻杆隔断的宽度能且仅能容纳一根钻杆，钻杆在钻杆隔断内上下逐层放置，钻杆隔断的侧面留有缺口供机械手从钻杆侧面抓取钻杆并能够上下移动。

6.根据权利要求1所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述自动钻杆箱的前侧板的内侧和后侧板的内侧分别设置对称的隔板，相对称的两个隔板为一组，相邻两组隔板间隔设置组成所述的钻杆隔断，所述隔板的上端低于自动钻杆箱顶部边沿。

7.根据权利要求1所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述自动钻杆箱的前侧板的内侧还设有升降机构，所述机械手组件与升降机构连接，在所述钻杆取放通道内上下活动。

8.根据权利要求7所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述升降机构包括滑道、丝杠、丝母和升降电机，滑道竖向设置在前侧板内侧，丝母和丝杠配合连接并安装在所述滑道的空腔中，所述升降电机和伸出滑道空腔的丝杠连接，用以连接机械手组件的滑板滑动设置在滑道上，并且滑板穿过滑道上的滑槽和丝母固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述机械手组件包括旋转油缸、支架、伸缩油缸、导向套管和机械手爪，所述旋转油缸一端安装在升降机构的滑板上，另一端与所述支架连接，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；所述导向套管包括相对滑动的外管和内管，所述外管与所述支架连接，所述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，所述内管的空腔中还安装有用于控制机械手爪开合的油缸。

10.根据权利要求1所述的一种低开孔的自动钻机，其特征在于：所述钻机底盘上还设有液压操作台、可编程控制箱、液压油箱、立柱组件、斜撑组件、电液控制阀组和动力总成，所述立柱组件中的升降油缸和钻机底盘下部的支腿油缸配合为钻机提供上下支撑，立柱组件中的横梁为导轨组件的后端提供支撑，所述斜撑组件转动设置在钻机底盘的前端，并和所述导轨组件的前端转动连接。

说明书： 一种低开孔的自动钻机技术领域[0001] 本实用新型属于煤矿井下钻进设备领域，具体涉及一种低开孔的自动钻机。背景技术[0002] 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。

[0003] 常规的钻机中，钻杆以及控制钻杆旋转打孔的动力回转机构均设置在履带底盘的上表面，且打孔位置明显高于履带底盘的上表面，如果需要在低位进行低开孔时，常规的钻

机就不能使用，就需要采用低开孔钻机，钻杆的位置略高于履带底盘，或者和履带底盘上表

面基本上齐平，这时，对于集成了钻杆箱的钻机来说，机械手需要活动的范围更大，在履带

底盘上设置其他设备时，对空间位置选择的局限性也更大。

实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的是提供一种低开孔的自动钻机，该钻机的导轨组件采用下沉式安装，并将自动钻杆箱架设在导轨组件的上方，自动钻杆箱底部开口，自动钻杆箱内的机械

手爪可以从自动钻杆箱底部的开口进行钻杆的安装和回收，这样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，满足低开孔对钻机的要求。

[0005] 为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种低开孔的自动钻机，包括钻机底盘和自动钻杆箱，在钻机底盘前端设置导轨组件、动力回转机构和夹持器，所述导

轨组件以下沉方式安装在钻机底盘的上表面以下，所述夹持器固定在导轨组件的前端，动

力回转机构滑动设置在导轨组件上，动力回转机构用于驱动钻杆旋转打孔；所述自动钻杆

箱底部和所述导轨组件的两侧固定连接，以使自动钻杆箱跨设在导轨组件的上方，所述自

动钻杆箱内左右两侧为放置钻杆的钻杆放置区，钻杆放置区内钻杆的朝向和动力回转机构

上连接的钻杆朝向相同，两个钻杆放置区之间为取放钻杆的钻杆取放通道，在钻杆取放通

道内设有抓取钻杆的机械手组件，钻杆取放通道下方开口于自动钻杆箱底部，以形成供钻

杆进出自动钻杆箱的进出口，所述自动钻杆箱顶部为敞口结构。

[0006] 所述导轨组件包括导轨支架和调角油缸，所述自动钻杆箱底部通过两侧的支撑板和导轨支架连接，所述调角油缸设置在导轨支架的下方，用以控制导轨支架的俯仰角度。

[0007] 所述导轨支架后端转动连接在钻机底盘的立柱组件上，前端安装所述的夹持器，所述调角油缸的一端转动连接在钻机底盘上表面，另一端转动连接在导轨支架上。

[0008] 所述导轨支架内设有导轨，所述动力回转机构滑动设置在导轨上，导轨支架内还设有平移油缸，平移油缸用于推动动力回转机构沿所述导轨前后移动。

[0009] 所述自动钻杆箱内的钻杆放置区设有多个钻杆隔断，每个钻杆隔断的宽度能且仅能容纳一根钻杆，钻杆在钻杆隔断内上下逐层放置，钻杆隔断的侧面留有缺口供机械手从

钻杆侧面抓取钻杆并能够上下移动。

[0010] 所述自动钻杆箱的前侧板的内侧和后侧板的内侧分别设置对称的隔板，相对称的两个隔板为一组，相邻两组隔板间隔设置组成所述的钻杆隔断，所述隔板的上端低于钻杆

箱顶部边沿。

[0011] 所述自动钻杆箱的前侧板的内侧还设有升降机构，所述机械手组件与升降机构连接，在所述钻杆取放通道内上下活动。

[0012] 所述升降机构包括滑道、丝杠、丝母和升降电机，滑道竖向设置在前侧板内侧，丝母和丝杠配合连接并安装在所述滑道的空腔中，所述升降电机和伸出滑道空腔的丝杠连

接，用以连接机械手组件的滑板滑动设置在滑道上，并且滑板穿过滑道上的滑槽和丝母固

定连接。

[0013] 所述机械手组件包括旋转油缸、支架、伸缩油缸、导向套管和机械手爪，所述旋转油缸一端安装在升降机构的滑板上，另一端与所述支架连接，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；所述导向套管包括相对滑动的外管和内管，

所述外管与所述支架连接，所述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，所述内管的空腔中还安装有用于控制机械手爪开合

的油缸。

[0014] 所述钻机底盘上还设有液压操作台、可编程控制箱、液压油箱、立柱组件、斜撑组件、电液控制阀组和动力总成，所述立柱组件中的升降油缸和钻机底盘下部的支腿油缸配

合为钻机提供上下支撑，立柱组件中的横梁为导轨组件的后端提供支撑，所述斜撑组件转

动设置在钻机底盘的前端，并和所述导轨组件的前端转动连接。

[0015] 本实用新型的有益效果是：本实用新型将导轨组件以下沉方式安装在钻机底盘的上表面以下，以实现低位钻孔作业。自动钻杆箱架设在导轨组件的上方，这样可以腾出钻机

底盘上其他位置的空间，用以设置钻进用的其他设备，提高钻机的集成度。

[0016] 本实用新型中导轨组件可以通过调角油缸进行导轨支架俯仰角度的调整，夹持器和动力回转机构均设置在导轨支架上，因此导轨支架俯仰角度的调整就可以实现钻孔方向

角的调整，而且所述的自动钻杆箱通过支撑板组和导轨支架连接，因此，无论导轨支架如何

调整，钻杆箱内钻杆始终能够和钻进中的钻杆保持方向一致，这样，机械手在安装钻杆时就

可以直接下降到安装位置完成对接即可，从而简化机械手的结构，同样的，在回收钻杆时，

机械手抓取钻杆后上升到钻杆箱即可。

[0017] 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。

[0018] 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[0019] 图1为本实用新型的结构示意图；[0020] 图2为本实用新型中钻杆箱的结构示意图；[0021] 图中标记：1、钻机底盘，2、支撑板组，3、斜撑，4、夹持器，5、自动钻杆箱，6、钻杆，7、动力回转机构，8、立柱组件，9、液压油箱，10、动力总成，11、可编程控制箱，12、液压操作台；

[0022] 501、箱体，502、钻杆隔断，503、滑道，504、升降电机，505、钻杆放置区，506、隔板，507、机械手组件，508、钻杆取放通道，509、底座；

[0023] 501?1、前侧板，501?2、左前侧板，501?3、左后侧板，501?4、后侧板，501?5、右前侧板，501?6、右后侧板。

具体实施方式[0024] 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。

[0025] 参照附图所示，一种低开孔的自动钻机，包括钻机底盘1，钻机底盘1上设有液压操作台12、可编程控制箱11、液压油箱9、立柱组件8、导轨组件、斜撑3、动力总成10和自动钻杆

箱5等。动力总成10负责从液压油箱9中吸入液压油做功后输出高压油，向电液控制阀组13

提供能量，液压操作台12及电液控制阀组13通过换向将高压油切换给执行机构，执行机构

动作，执行机构为钻机上的各种油缸；液压操作台12为手动操作，由人工手动控制其方向和

快慢，电液控制阀组13为电气控制，由人工通过遥控器或者自动控制程序通过可编程控制

箱11控制电液控制阀组13的方向和快慢；立柱组件8固定在钻机底盘1上，配合钻机底盘1四

个角的四条支腿油缸实现设备的上下支撑，同时立柱组件8中的立柱横梁还为导轨组件提

供支撑；导轨组件包括导轨支架、动力回转机构7及夹持器4，在程序控制下和机械手组件配

合可实现设备的自动打钻与自动退钻的功能；自动钻杆箱5通过导轨支架两侧的支撑板组2

与导轨支架相连，在导轨支架进行俯仰角度调整时，自动钻杆箱5将随导轨一起调整，即自

动钻杆箱5相对于导轨的位置永远是固定位置；自动钻杆箱5中包含布置的钻杆6及自动抓

取钻杆6与回收钻杆6用的机械手组件507，机械手组件507可将钻杆6从钻杆箱5中送到导轨

组件的打钻部分，也可将钻杆6从导轨组件的打钻部分取出，放回至自动钻杆箱5内部；斜撑

3与导轨组件前端连接，在导轨调角完成后依靠斜撑3的锁紧实现导轨的稳固。

[0026] 如图1所示，以钻机钻进方向为前方，上述各设备在钻机底盘1上如下分布：所述钻机底盘1前端设有下沉的安装槽，所述导轨组件中的导轨支架设置在该安装槽内，且导轨组

件的前端伸出钻机底盘1；所述自动钻杆箱5则跨设在导轨支架上；所述立柱组件8设置在钻

机底盘1的中部，并位于导轨支架的后方，导轨支架转动连接在立柱组件8中的横梁上；所述

电液控制阀组13布置在钻机底盘1中部的左侧；所述动力总成10和液压油箱9并排设置在所

述立柱组件8的后方，所述液压操作台12、可编程控制箱11并排设置在钻机底盘1的后端。

[0027] 所述导轨组件包括导轨支架和调角油缸，所述自动钻杆箱5底部通过两侧的支撑板2和导轨支架连接，所述调角油缸设置在导轨支架的下方，用以控制导轨支架的俯仰角

度。所述导轨支架内设有导轨，所述动力回转机构7滑动设置在导轨上，导轨支架内还设有

平移油缸，平移油缸用于推动动力回转机构沿所述导轨前后移动。

[0028] 所述导轨支架后端转动连接在钻机底盘1的立柱组件8上，前端安装所述的夹持器4，所述调角油缸的一端转动连接在钻机底盘1上表面，另一端转动连接在导轨支架上。

[0029] 下面结合图2，对自动钻杆箱5的结构加以说明。[0030] 如图2所示，所述自动钻杆箱5包括箱体501和设置在箱体501内的机械手组件507，所述箱体501由侧板和底座509围成，左右两侧分别是左前侧板501?2、左后侧板501?3、右前

侧板501?5和右后侧板501?6，箱体501前后分别是前侧板501?1和后侧板501?4；所述左前侧

板501?2和右前侧板501?5尺寸相同，并分别垂直固定在所述前侧板501?1的内侧，所述底座

509的上表面为矩形，一共设置四个底座，其中的两个底座509的上表面分别固定在左前侧

板501?2和前侧板501?1的下端以及右前侧板501?5和前侧板501?1的下端；所述左后侧板

501?3和右后侧板501?6的尺寸相同，并分别垂直固定在所述后侧板501?4的内侧，另两个底

座509上表面分别固定在左后侧板501?3和后侧板501?4的下端以及右后侧板501?6和后侧

板501?4的下端。从以上结构可以看出，箱体501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6的长度决定，当底座509固定在所述支撑板组2上后，钻杆箱

5的长宽尺寸就固定了。

[0031] 所述自动钻杆箱5的箱体501顶部敞口，箱体501内设有两个相对的钻杆放置区505，两个钻杆放置区505之间为钻杆取放通道508，钻杆取放通道508底部开口，作为钻杆6

进出箱体501的进出口，所述后侧板501?4的中下部设有开口，开口宽度和所述钻杆取放通

道508宽度相一致；所述钻杆放置区505内设置有多排钻杆隔断502，钻杆6在每排钻杆隔断

502内自下而上逐层放置，由所述底座509的上表面为钻杆6提供支撑；钻杆6的两端由钻杆

隔断502端部的隔板506限位，钻杆6的中部从钻杆隔断502侧面露出，以便于机械手组件507

的抓取，所述两个钻杆放置区505内的钻杆6朝向相同；所述隔板506两个为一组对称设置在

箱体501的前侧板501?1和后侧板501?4的内壁上，位于前侧板501?1上的隔板506的宽度小

于左前侧板501?2的宽度，位于后侧板501?4上的隔板506的宽度小于左后侧板501?3的宽

度，使得同一组的两个隔板506相互独立，便于机械手组件507从两个隔板506之间抓取钻杆

6，相邻的两组隔板506构成所述的钻杆隔断502，钻杆隔断502的宽度仅能容纳一根钻杆6。

[0032] 所述隔板506的上端低于所述箱体501上边沿，便于机械手组件507对钻杆6进行翻转。

[0033] 所述机械手组件507设置在所述的钻杆取放通道508内，机械手组件507和箱体501内的升降机构连接，以实现机械手组件507在钻杆取放通道508内的升降，机械手组件507还

包括旋转油缸507?1、伸缩油缸507?4和机械手爪507?2，旋转油缸507?1用以控制机械手爪

507?2的旋转，其旋转轴线和所述钻杆6轴向平行，伸缩油缸507?4用以控制机械手爪507?2

的伸出和缩回，实现对钻杆6的取放，伸缩油缸507?4的伸缩方向和所述旋转油缸507?1的旋

转轴线垂直。

[0034] 所述升降机构包括滑道503、滑板、丝杠、丝母和升降电机504，所述滑道503竖向设置在前侧板501?1的内壁上，所述丝杠、丝母配合设置在滑道503的空腔中，所述滑板通过滑

道503上竖向设置的滑槽和丝母连接，所述升降电机504设置在所述滑道503的顶部或底部，

驱动丝杠在滑道503内旋转，考虑到机械手组件507能够尽量的下降到箱体501下方，且避免

升降电机504对钻杆6的安装造成干涉，升降电机504安装在滑道503的顶部为宜。

[0035] 所述机械手组件507中旋转油缸507?1的一端固定在所述滑板上，旋转油缸507?1的另一端和一个L型支架507?5上一个面板的外侧面连接，L型支架507?5另一面板的内侧面

和一个导向套管507?3的外管连接，导向套管507?3的内管和一个安装机械手爪507?2的连

接盘连接，在L型支架507?5和连接盘之间设置所述的伸缩油缸507?4，伸缩油缸507?4的两

端和L型支架507?5、连接盘均为铰接。用于控制机械手爪507?2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507?2连接，利用油缸控制机械手爪507?2的

开合属于本领域的常规技术。所述L型支架507?5也可以采用其它形状的支架，只要能够从

两个方向分别支撑旋转油缸507?1和伸缩油缸507?4及导向套管507?3即可。

[0036] 作为优选，所述滑道503位于所述前侧板501?1宽度方向的中心位置，且滑道503和所述夹持器4上的夹持位置前后对应，使得钻杆6无需进行过多的定位，就可以被夹持器4所

夹持。

[0037] 本实用新型在使用时，由于导轨组件采用了下沉式安装，因此打钻用的钻杆位置也相应较低，有利于低位的打钻，而且所用的下开口的自动钻杆箱5又可以配合低开孔钻

进，下面对自动钻杆箱5的工作过程加以说明。

[0038] 钻杆的安装过程：所述的机械手爪507?2在从自动钻杆箱5内抓取钻杆后，通过升降机构将抓取的钻杆6升高离开钻杆隔断502，接着伸缩油缸507?4回缩，使得原本位于钻杆

放置区505的钻杆6进入钻杆取放通道508，在升降机构带动下，钻杆6向下移动从钻杆取放

通道508底部的开口离开箱体501，之后旋转油缸507?1向下旋转90°，使得钻杆6与钻杆回转

机构7的钻杆连接头同轴，然后机械手爪507?2保持夹紧钻杆6，钻杆回转机构7边旋转、边推

进，待钻杆连接头前端丝扣和钻杆6尾部丝扣完全连接后，机械手爪507?2松开，由钻杆回转

机构7带着钻杆6继续旋转推进，直到与前方夹持器4内的工作钻杆连接，之后即可通水钻

进。

[0039] 钻杆的回收过程：在向钻杆箱5内回收钻杆6时，机械手爪507?2下降并抓取动力回转机构7上等待退钻的钻杆6，然后旋转油缸507?1向上旋转90°，并通过升降机构提升至滑

道503顶部，此时，钻杆6的最低点高于所述隔板506的上沿，因此，可以控制伸缩油缸507?4

伸出适当的长度，使得钻杆6到达待放置的钻杆隔断507?2上方，此时通过升降机构下落，完

成钻杆6的回收，最后伸缩油缸507?4回缩，将机械手爪507?2收回到钻杆取放通道508内。

[0040] 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。