远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机

227 编辑：中冶有色技术网来源：山东科技大学

2024-01-12 14:04:33

权利要求书： 1.一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机包括底座、支撑机构、滑架和钻杆传送单元，底座经支撑机构连接滑架，滑架的前端设置有夹持器，滑架的前半部分滑动连接有上拖板，上拖板上设置有上回转器，上回转器的转子设置有上卡盘，滑架的前半部分设置有上油缸，上油缸的活柱端连接上拖板，滑架的后半部分滑动连接有下拖板，下拖板上设置有下回转器，下回转器的转子设置有下卡盘，滑架的后半部分设置有下油缸，下油缸的活柱端连接下拖板，钻杆传送单元包括钻杆箱、传送器、托举器和抓取器，钻杆箱的底部一侧开设有出杆口，传送器的一端位于出杆口的位置，传送器的另一端设置托举器，托举器包括凸轮、连杆和机械手，凸轮铰接于传送器的另一端，凸轮经连杆连接机械手，抓取器包括转臂、套筒和机械手，转臂的一端铰接滑架，转臂的另一端滑动连接机械手；

所述支撑机构包括立柱、前支撑杆、后支撑杆和前支撑油缸，立柱设置于底座的前端，滑架经滑套滑动连接立柱，前支撑杆的一端铰接底座的前端，前支撑杆的另一端铰接滑架的前端，后支撑杆的一端铰接底座的后端，后支撑杆的另一端铰接滑架的后端，前支撑油缸的一端铰接底座的前端，前支撑油缸的另一端铰接滑架的前端。

2.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：上回转器包括上马达和上减速机，上马达经上减速机驱动上回转器的转子转动；下回转器包括下马达和下减速机，下马达经下减速机驱动下回转器的转子转动。

3.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：上卡盘和下卡盘均为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式液压卡盘。

4.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：还包括后次支撑杆和后支撑油缸，后次支撑杆的一端铰接钻杆箱的前端，后次支撑杆的另一端铰接底座，后次支撑杆的一端铰接传送器的前端，后支撑油缸的一端铰接钻杆箱的后端，后支撑油缸的另一端铰接底座，后支撑油缸的一端铰接传送器的后端。

5.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：所述传送器包括支撑架和多根托辊，托辊铰接于支撑架上且多根托辊平行布置。

6.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：所述托举器为两个，两个托举器分别设置于传送器另一端的前、后侧，两个托举器同步动作；所述抓取器为两个，两个抓取器分别设置于滑架后半部分的前、后侧，两个抓取器同步动作。

7.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：转臂的另一端设置有套筒，机械手滑动连接于套筒内。

8.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：钻杆箱出杆口处铰接有可开、关出杆口的挡板，钻杆箱内的底部设置有底板，底板靠近出杆口的一侧铰接钻杆箱，底板的另一侧经弹簧连接钻杆箱的底部。

9.根据权利要求1所述的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其特征在于：钻杆箱内沿纵向设置有多块隔板，多块隔板平行布置，隔板之间以及隔板与钻杆箱内壁形成钻杆放置腔。

说明书：远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机技术领域[0001] 本发明涉及坑道钻机技术领域，特别是涉及一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机。背景技术[0002] 我国约有53％的煤炭资源埋深超过千米，随着煤炭资源开采向深部转移，冲击地压发生的频率和烈度显著增大，严重制约着深部资源安全高效开采。通过在冲击危险区域打钻孔，能有效降低区域应力集中程度，释放积聚的弹性应变能，从而降低区域的冲击危险程度。目前煤矿现场常用全液压坑道钻机进行钻孔卸压，能够完成基本钻孔任务，该钻机还广泛用于矿井内不同角度的探水、注水、地质勘探及边坡锚固等钻孔施工。[0003] 现有的坑道钻机大都不具备自动更换钻杆的功能，而人工更换钻杆以及水接头的过程是一项非常耗时、耗力且危险的工作。人工换一根钻杆一般需要5?10分钟，由2?3人协同完成，钻孔的辅助时间长，钻孔效率低。特别是，在冲击危险区域施工钻孔时，施工扰动等可能诱发冲击地压事故，造成人员伤亡。此外，采用人工更换钻杆的方法，在嘈杂的工作现场易出现失误，对施工人员的安全也构成威胁。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，解决目前坑道钻机在远程控制下实现自动、高效率装卸钻杆及水接头的问题。[0005] 本发明提供一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机包括底座、支撑机构、滑架和钻杆传送单元，底座经支撑机构连接滑架，滑架的前端设置有夹持器，滑架的前半部分滑动连接有上拖板，上拖板上设置有上回转器，上回转器的转子设置有上卡盘，滑架的前半部分设置有上油缸，上油缸的活柱端连接上拖板，滑架的后半部分滑动连接有下拖板，下拖板上设置有下回转器，下回转器的转子设置有下卡盘，滑架的后半部分设置有下油缸，下油缸的活柱端连接下拖板，钻杆传送单元包括钻杆箱、传送器、托举器和抓取器，钻杆箱的底部一侧开设有出杆口，传送器的一端位于出杆口的位置，传送器的另一端设置托举器，托举器包括凸轮、连杆和机械手，凸轮铰接于传送器的另一端，凸轮经连杆连接机械手，抓取器包括转臂、套筒和机械手，转臂的一端铰接滑架，转臂的另一端滑动连接机械手。[0006] 进一步的，上回转器包括上马达和上减速机，上马达经上减速机驱动上回转器的转子转动；下回转器包括下马达和下减速机，下马达经下减速机驱动下回转器的转子转动。[0007] 进一步的，上卡盘和下卡盘均为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式液压卡盘。[0008] 进一步的，还包括后次支撑杆和后支撑油缸，后次支撑杆的一端铰接钻杆箱的前端，后次支撑杆的另一端铰接底座，后次支撑杆的一端铰接传送器的前端，后支撑油缸的一端铰接钻杆箱的后端，后支撑油缸的另一端铰接底座，后支撑油缸的一端铰接传送器的后端。[0009] 进一步的，所述传送器包括支撑架和多根托辊，托辊铰接于支撑架上且多根托辊平行布置。[0010] 进一步的，所述托举器为两个，两个托举器分别设置于传送器另一端的前、后侧，两个托举器同步动作；所述抓取器为两个，两个抓取器分别设置于滑架后半部分的前、后侧，两个抓取器同步动作。[0011] 进一步的，转臂的另一端设置有套筒，机械手滑动连接于套筒内。[0012] 进一步的，钻杆箱出杆口处铰接有可开、关出杆口的挡板，钻杆箱内的底部设置有底板，底板靠近出杆口的一侧铰接钻杆箱，底板的另一侧经弹簧连接钻杆箱的底部。[0013] 进一步的，钻杆箱内沿纵向设置有多块隔板，多块隔板平行布置，隔板之间以及隔板与钻杆箱内壁形成钻杆放置腔。[0014] 进一步的，所述支撑机构包括立柱、前支撑杆、后支撑杆和前支撑油缸，立柱设置于底座的前端，滑架经滑套滑动连接立柱，前支撑杆的一端铰接底座的前端，前支撑杆的另一端铰接滑架的前端，后支撑杆的一端铰接底座的后端，后支撑杆的另一端铰接滑架的后端，前支撑油缸的一端铰接底座的前端，前支撑油缸的另一端铰接滑架的前端。[0015] 与现有技术相比，本发明的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机具有以下特点和优点：[0016] 本发明的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，可以在远程控制下实现钻机倾斜角度设定、自动安装和拆卸钻杆及水接头，自动化程度高，替代人工安装和拆卸钻杆，安装、拆卸效率高，钻杆的储存、运送、打钻、卸钻衔接精确，避免钻杆滑落。[0017] 结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。附图说明[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0019] 图1为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机的主视图；[0020] 图2为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机的俯视图；[0021] 图3为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中钻杆传送单元的工作状态图一；[0022] 图4为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中钻杆传送单元的工作状态图二；[0023] 图5为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中托举器、抓取器配合工作的状态图；[0024] 图6为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中托举器的结构示意图；[0025] 图7为本发明实施例中远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机中抓取器的部分结构示意图；[0026] 其中，1、夹持器，2、上回转器，3、上卡盘，4、滑架，5、底座，6、钻杆箱，7、托举器，8、传送器，9、转臂，10、机械手，11、下卡盘，12、下回转器，131、前支撑杆，132、后支撑杆，133、后次支撑杆，141、前支撑油缸，142、后支撑油缸，15、立柱，16、下拖板，17、上拖板，18、弹簧，19、挡板，20、钻杆，21、隔板，22、套筒，23、凸轮，24、上油缸，25、下油缸。

具体实施方式[0027] 如图1至图7所示，本实施例提供一种远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，其包括底座5、支撑机构、滑架4和钻杆传送单元等部分。底座5经支撑机构连接滑架4，其中，支撑机构包括立柱15、前支撑杆131、后支撑杆132和前支撑油缸141，立柱15设置于底座5的前端，滑架4经滑套滑动连接立柱15，前支撑杆131的一端铰接底座5的前端，前支撑杆131的另一端铰接滑架4的前端，后支撑杆132的一端铰接底座5的后端，后支撑杆132的另一端铰接滑架4的后端，前支撑油缸141的一端铰接底座5的前端，前支撑油缸141的另一端铰接滑架4的前端。底座5、前支撑杆131、后支撑杆132及滑架4构成四连杆机构，配合前支撑油缸141的支撑，以对滑架4及其上部件稳定支撑，通过调节前支撑油缸141的伸缩，滑架4相对于立柱15上下移动，以便于调节钻机适应不同角度钻孔的需要。

[0028] 滑架4的前端设置有夹持器1，用于夹持孔内钻具及与回转器配合进行机械拧卸钻杆20。滑架4的前半部分滑动连接有上拖板17，上拖板17上设置有上回转器2，上回转器2用于钻具的给进或起拔。上回转器2的转子设置有上卡盘3，滑架4的前半部分设置有上油缸24，上油缸24的活柱端连接上拖板17，上油缸24的活柱端的往复运动带动上拖板17沿着滑架4的前半部分移动。滑架4的后半部分滑动连接有下拖板16，下拖板16上设置有下回转器

12，下回转器12用于钻杆20和水接头的装卸。下回转器12的转子设置有下卡盘11，滑架4的后半部分设置有下油缸25，下油缸25的活柱端连接下拖板16，下油缸25的活柱端的往复运动带动下拖板16沿着滑架4的后半部分移动。上回转器2包括上马达和上减速机，上马达经上减速机驱动上回转器2的转子转动,下回转器12包括下马达和下减速机，下马达经下减速机驱动下回转器12的转子转动。上马达、下马达为斜轴式变量柱塞马达，上卡盘3和下卡盘

11均为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式液压卡盘。

[0029] 钻杆传送单元包括钻杆箱6、传送器8、托举器7和抓取器。[0030] 钻杆箱6的底部一侧开设有出杆口，钻杆箱6出杆口处铰接有可开、关出杆口的挡板19，钻杆箱6内的底部设置有底板，底板靠近出杆口的一侧铰接钻杆箱6，底板的另一侧经弹簧18连接钻杆箱6的底部。钻杆箱6内沿纵向设置有多块隔板21，多块隔板21平行布置，隔板21之间以及隔板21与钻杆箱6内壁形成钻杆放置腔，钻杆放置腔内沿纵向排布钻杆20。本实施例中为四个钻杆放置腔，四个钻杆放置腔内沿纵向均排布有钻杆20，在钻杆20的重力及弹簧18弹力的作用下，钻杆20紧贴在底板上，钻杆20沿底板倾斜排布。在需要从钻杆箱6取钻杆20时，打开挡板19，钻杆20便顺着底板从钻杆箱6的出杆口滚落而出，且在取钻杆20的过程中，可以避免钻杆20与钻杆箱6的刚性冲击，以进而避免损坏钻杆20或钻杆箱6。[0031] 传送器8的一端位于出杆口的位置，传送器8的另一端设置托举器7。传送器8包括支撑架和多根托辊，托辊铰接于支撑架上且多根托辊平行布置。钻杆20从钻杆箱6的出杆口滚落而出后，钻杆20经传送器8从其一端传送至另一端。后次支撑杆133的一端铰接钻杆箱6的前端，后次支撑杆133的另一端铰接底座5，后次支撑杆133的一端铰接传送器8的前端，后次支撑杆133的另一端铰接底座5。后支撑油缸142的一端铰接钻杆箱6的后端，后支撑油缸142的另一端铰接底座5，后支撑油缸142的一端铰接传送器8的后端，后支撑油缸142的另一端铰接底座5。通过调节后支撑油缸142的伸缩以调节钻杆箱6、传送器8的升降，进而使钻杆箱6、传送器8匹配滑架4的升降高度。

[0032] 托举器7包括凸轮23、连杆和机械手10，凸轮23铰接于传送器8的另一端，凸轮23经连杆连接机械手10。托举器7为两个，两个托举器7分别设置于传送器8另一端的前、后侧，两个托举器7同步动作。在两机械手10夹持钻杆20后，马达驱动两凸轮23同步转动，实现对钻杆20的托举动作。[0033] 抓取器包括转臂9、套筒22和机械手10，转臂9的一端铰接滑架4，转臂9的另一端设置有套筒22，机械手10滑动连接于套筒22内。抓取器为两个，两个抓取器分别设置于滑架4后半部分的前、后侧，两个抓取器同步动作。马达驱动两转臂9转动180°，机械手10相对于套筒22伸缩以抓取钻杆20,在抓取钻杆20后，转臂9再转动180°。[0034] 本实施例的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，采用PLC系统控制，其使用过程如下。[0035] 钻进过程：首先输入设定钻进的角度，各支撑油缸会进行自动调整并实现自稳。人工装上第一根钻杆20和钻头后，控制钻机开始工作，此时上回转器2回位至初始位置。之后控制钻杆箱6出杆，钻杆箱6的挡板19、传送器8、托举器7依次动作，使钻杆20从钻杆箱6内到达预定位置。此时控制抓取器动作，转臂9逆时针转动至最下侧，抓取器的机械手10抓取在托举器7的机械手10中的钻杆20，通过PLC系统的在线监控功能，转臂9顺时针转动至最上侧并保持稳定。然后控制钻机工作，下拖板16带动下回转器12移动至预定位置。开动下回转器12，使其带动水接头连接构件旋转，下拖板16带动下回转器12上移，使待安装钻杆20与水接头连接。下回转器12继续上移，从而将待安装钻杆20与前一根钻杆20连接，此时机械手10自动松开待安装钻杆20随转臂9逆时针转动至最下侧。进水阀门打开，待PLC系统监测到水到达钻头位置时，系统自动依次控制上卡盘3卡紧，夹持器1打开，此时上拖板17带动上回转器

2回转钻进。当PLC系统监测到钻进至极限位置后，停止钻进，夹持器1关闭，上卡盘3松开，上拖板17带动上回转器2回到初始位置，之后卡紧上卡盘3并打开夹持器1，上回转器2继续回转钻进，重复操作。当监测到钻进一个钻杆20长度时，即刻停止钻进。依次关闭夹持器1，松开上卡盘3，控制上回转器2回位，卡紧上卡盘3和下卡盘11，反向旋转下回转器12使水接头卸下，并使下回转器12回位至最下位置，进行下一根钻杆20安装。不断重复上述过程，完成钻进过程。如发现异常情况，该系统可以随时实现启动与暂停。

[0036] 拆卸过程：PLC系统依次控制进水阀门关闭，下卡盘11卡紧，下回转器12反向旋转使水接头卸下，下拖板16带动下回转器12及水接头回位至最下位置。当PLC系统监测到下回转器12移动至最下位置时，夹持器1打开，上卡盘3卡紧，待上拖板17运动使上回转器2回位至初始位置后，夹持器1关闭，上卡盘3松开，上拖板17带动上回转2器前进至极限位置，随后夹持器1打开，上卡盘3卡紧，使上拖板17带动上回转器2后退从而使钻杆20回位至初始位置，设置PLC系统为后退至一个钻杆20长度时为止。之后控制下回转器12上移，卡紧待卸钻杆20，反向回转使钻杆20卸下，控制转臂9顺时针转动至最上侧后，机械手10自动对已卸下钻杆20进行抓取，待系统检测到机械手10抓取稳定后，控制机械手10伸长至钻杆箱6上方将钻杆20放至钻杆箱6中，随后机械手10归位，控制转臂9逆时针旋转至最下侧。不断重复上述过程，完成所有钻杆20拆卸。如发现异常情况，该系统可以随时实现启动与暂停。[0037] 本实施例的远程控制用自动装卸钻杆的坑道钻机，可以在远程控制下实现钻机倾斜角度设定、自动安装和拆卸钻杆20及水接头，自动化程度高，替代人工安装和拆卸钻杆20，安装、拆卸效率高，钻杆20的储存、运送、打钻、卸钻衔接精确，避免钻杆20滑落。

[0038] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。