一种大孔径施工天井钻机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大孔径施工天井钻机，包括推进机构、机械手总成、主机底盘、调节机构、动态插板机构、减速箱总成、顶板和底座，所述减速箱总成与所述推进机构相连接，所述推进机构的两端分别与所述顶板和底座相连接，所述底座分别与所述调节机构、主机底盘和机械手总成相连接，所述底座上设置所述动态插板机构。本发明能在不同地质条件下施工，尤其还适用于硬岩地质条件，能实现硬岩地质的大孔径钻孔，自动化程度高，工作效率高。
【专利说明】
一种大孔径施工天井钻机
技术领域
[0001 ]本发明属于矿山机械技术领域，特别是涉及一种大孔径施工天井钻机，具有能适用各种地质钻孔的能力，尤其是硬岩地质条件，自动化程度高，工作效率高。
【背景技术】
[0002]天井钻机作为矿山机械中一种重要的施工机械，已被广泛应用于矿山建设的各种井巷施工，其主要是通过钻机的电机带动液压油栗，并利用液压动力将扭矩和推力传递给钻具系统，带动钻杆及钻头旋转。导孔钻头或扩孔钻头上的滚刀在推力的作用下，沿井底岩石工作面做滚动切割岩石而逐渐形成井筒。
[0003]在井下施工中，天井钻机由于受作业环境、作业地质的限制，特别在硬岩地质的情况下要实现大孔径钻孔，除了保证钻机的可靠性和精确度，同时扭矩及轴推力也是需要考虑的一个重要因素。目前国内矿山随着逐步转向深部开采，井筒设计大多都向着三米以上直径的大孔径方向发展，但国内目前的天井施工设备在该方面的发展存在明显不足，发展水平也远远落后于国外，大部分硬岩情况下只能使用小孔径。
[0004]另外，天井钻机在施工过程接卸钻杆的辅助时间的长短影响到作业效率的快慢。在接卸钻杆过程中，松扣前需要卡住钻杆，目前国内所采用的卡杆方式主要有两种:(I)人工卡入式:该卡杆方式需要专门辅助人员在旁抱起插板插入，劳动强度大，安全性差，无法实现单人操作作业；(2)液压油缸推动插板静态直接卡入，该卡杆方式由于卡入方向固定，钻杆卡方位置需要和插板对正，一次操作很难调整到位，对操作不熟练的操作人员会出现对不正，插板不能卡进去的现象。以上两种方式严重影响了接卸钻杆速度进而影响到天井施工作业效率。
[0005]专利号201420535798.5公开的一种鼠洞钻具夹持装置，包括液压装置，所述液压装置由液压缸、液压杆和油管组成，还包括套筒、钳头，所述套筒上端设有圆环面，所述套筒下端设有法兰盘，所述法兰盘外径大于所述圆环面外径，所述钳头通过柱形铰链安装在所述圆环面上端，所述柱形铰链内部设有回转弹簧，所述液压装置通过肋板固定在所述套筒一侧，所述液压杆伸出端设有导轮，所述导轮顶靠在所述钳头一端。此专利通过液压装置带动钳头夹紧钻杆，结构复杂，安全系数不高。
[0006]因此大孔径施工天井钻机成为当前天井成孔设备的亟需发展方向。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种扩孔直径可达三米的大孔径施工天井钻机，其能在不同地质条件下施工，尤其还适用于硬岩地质条件，能实现硬岩地质的大孔径钻孔，自动化程度高，工作效率高。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种大孔径施工天井钻机，包括推进机构、机械手总成、主机底盘、调节机构、动态插板机构、减速箱总成、顶板和底座，所述减速箱总成与所述推进机构相连接，所述推进机构的两端分别与所述顶板和底座相连接，所述底座分别与所述调节机构、主机底盘和机械手总成相连接，所述底座上设置所述动态插板机构。
[0009]进一步的，所述推进机构包括推进油缸和立柱，所述立柱的两端分别与所述底座和顶板螺栓连接，所述立柱与所述底座和顶板之间均通过导向杆定位套定位，所述推进油缸一端与所述底座螺栓连接，另一端与所述顶板的轴向位置处于浮动状态，径向位置通过压板定位，所述推进油缸的端部通过锁紧螺母锁定。
[0010]进一步的，所述机械手总成包括起落油缸、起落架、转臂总成、转臂油缸、夹紧油缸和夹紧装置，所述起落油缸与所述起落架相连接，所述起落架与所述转臂总成相连接，所述转臂总成与所述转臂油缸相连接，所述转臂总成与所述夹紧油缸相连接，所述夹紧油缸与所述夹紧装置相连接。
[0011]进一步的，所述动态插板机构包括插板油缸、下插板和下插板盒，所述下插板盒安装于所述底座上，且所述下插板盒相对于所述底座可转动，所述插板油缸通过销轴与所述下插板相连接，所述下插板与所述下插板盒上的插槽滑动配合，所述下插板盒上的凹槽与固定在所述底座上的挡块相配合，所述下插板盒的底面设置有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与所述下插板盒相连接，另一端与所述底座相连接。
[0012]进一步的，所述底座上固定有限位挡块，所述限位挡块位于所述下插板的侧面，与所述下插板滑动配合。
[0013]进一步的，所述挡块包括右挡块和左挡块，所述下插板盒插槽的两侧分别设置有左凹槽和右凹槽，所述右挡块与所述右凹槽相配合，所述左挡块与所述左凹槽相配合。
[0014]进一步的，所述左凹槽相对于所述左挡块有圆周间隙，所述右凹槽相对于所述右挡块有所述圆周间隙，所述圆周间隙对应的圆周角度为5?10°。
[0015]进一步的，所述下插板盒插槽的两槽边均设置有耐磨板，所述下插板通过所述耐磨板与所述下插板盒的插槽滑动配合，所述耐磨板通过紧固螺钉固定于所述下插板盒插槽的槽边。
[0016]进一步的，所述下插板盒的底面设置有若干复位弹簧。
[0017]进一步的，所述下插板相对于所述下插板盒的插槽前后移动的同时，可跟随所述下插板盒转动。
[0018]本发明的减速箱总成采用双液压马达驱动，拥有大扭矩，液压马达采用前后对称布置，拥有两种钻进模式:高精度钻进模式和快速钻进模式。可根据不同工作工况、精度要求及地质条件选择工作模式，以实现硬岩地质的大孔径钻孔。
[0019]本发明的推进机构采用四柱两缸低矮型结构，推进机构的推进油缸采用二级油缸。减速箱总成与推进油缸和立柱相连接，推进机构推动减速箱总成上下运动，且推进油缸在承担推进的同时，与立柱同时承担减速箱总成上下运动过程中的导向作用以及扭矩传递的作用。推进机构与顶板和底座的连接方式，结构可靠，拆装快捷，维修方便，作业空间要求小。
[0020]本发明通过机械手总成和动态插板机构的配合使用，实现钻杆的装备和拆卸。机械手总成负责钻杆抓起、转送至回转轴线或由回转轴线转送至侧面钻杆摆放位，实现自动化操作，机械手总成能实现快速装备和拆卸钻杆，减少辅助时间，提高工作效率。动态插板机构实现本发明天井钻机的全机械化接卸杆操作，其能快速稳定钻杆，操作简单，降低了操作人员的工作难度和强度，节省了辅助作业时间。
[0021]本发明的调节机构与底座来配合使用。调节机构能调节天井钻机钻孔的角度，能根据地面的平整度来调节钻孔的垂直度，同时也可以实现不同角度的钻孔需求。
[0022]本发明整体的工作过程是由推进机构带动减速箱总成推进，减速箱总成在推进过程中同时产生旋转，由机械手总成和动态插板机构实现钻杆的装卸。调节机构能调节钻机钻孔的角度，且能实现不同角度的钻孔需求。主机底盘实现整机的自主移动功能。
[0023]本发明接杆时机械手总成的工作过程:起落架落下，转臂油缸转动到钻杆位置，用转臂总成前端的机械爪，抓住钻杆。此时在夹紧油缸的作用下夹紧装置夹紧钻杆。夹紧钻杆后起落油缸动作使起落架立起来，然后转臂油缸转动，让钻杆对准减速箱总成的回转头的中心，开始接钻杆。卸杆时机械手总成的工作过程为接杆时的逆过程。
[0024]本发明动态插板机构的下插板盒相对于底座可以自由转动，右挡块和左挡块用于限制下插板盒的旋转角度。插板油缸通过销轴与下插板相连接，并驱动下插板沿着下插板盒的插槽前后移动，并且可以跟随下插板盒转动。限位挡块起下插板插入和插出下插板盒时的导向作用。复位弹簧用于整个动态插板机构的复位。
[0025]本发明动态插板机构的工作过程:在接卸钻杆时，减速箱总成驱动钻杆顺时针旋转，下插板在插板油缸的驱动下以一定推力顶在钻杆表面，下插板未卡入钻杆的卡方位置时，下插板与钻杆的圆形表面的摩擦力不足以克服复位弹簧的拉力，二者发生相对滑动，直到钻杆的卡方位置对正下插板的线性运动方向，下插板在插板油缸的作用下卡入钻杆的卡方位置。下插板卡入钻杆后，由于回转扭矩大于复位弹簧的拉力，下插板和下插板盒随着钻杆的转动一同做顺时针旋转运动，直到下插板盒碰到右挡块停止。在旋转过程中，下插板在沿下插板盒的插槽方向仍然可以自由运动，保证下插板的完全插入。当下插板抽出时，下插板盒和下插板在复位弹簧的作用下自动复位，直至下插板盒碰到左挡块，下插板碰到限位挡块复位运动停止。
[0026]本发明的动态插板机构，实现了自动化的下插板卡杆操作，操作者无需进入钻机内部空间操作，提高了安全性，降低了人工劳动强度，无需对正方位，降低了对操作者的操作要求，方便、高效，并且实现了真正意义上的单人单机操作，大大缩短了接卸钻杆的辅助时间，提高了天井钻机的作业效率及天井设备的自动化水平。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果:本发明的减速箱总成采用双液压马达驱动，拥有大扭矩，液压马达采用前后对称布置，拥有两种钻进模式，可根据不同工作工况、精度要求及地质条件选择工作模式，以实现硬岩地质的大孔径钻孔。推进机构采用四柱两缸低矮型结构，其推进油缸在承担推进的同时，与立柱同时承担减速箱总成上下运动过程中的导向还有扭矩传递的作用，另外推进机构与顶板和底座的连接方式，结构可靠，拆装快捷，维修方便，作业空间要求小。机械手总成和动态插板机构的配合使用，实现钻杆的装备和拆卸。调节机构调节钻机钻孔的角度，且能实现不同角度的钻孔需求。因此本发明满足了不同地质工况条件的不同工作强度，特别是能实现在硬岩地质下的大孔径施工，且自动化程度高，工作效率高。
【附图说明】
[0028]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，下面描述中的附图仅仅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。
[0029]图1为本发明实施例的三维结构示意图。
[0030]图2为本发明实施例中推进机构的三维结构示意图。
[0031]图3为本发明实施例中机械手总成的三维结构示意图。
[0032I图4本发明实施例中动态插板机构的三维结构示意图O
[0033]图5为图4旋转180°的三维结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。
[0035]实施例
[0036]如图1所示，本发明提供的一种大孔径施工天井钻机，包括推进机构2、机械手总成
4、主机底盘3、调节机构5、动态插板机构6、减速箱总成8、顶板I和底座7，所述减速箱总成8与所述推进机构2相连接，所述推进机构2的两端分别与所述顶板I和底座7相连接，所述底座7分别与所述调节机构5、主机底盘3和机械手总成4相连接，所述底座7上设置所述动态插板机构6。
[0037]如图2所示，所述推进机构2包括推进油缸2-1和立柱2-2，所述立柱2-2的两端分别与所述底座7和顶板I螺栓连接，所述立柱2-2与所述底座7和顶板I之间均通过导向杆定位套定位，所述推进油缸2-1—端与所述底座7螺栓连接，另一端与所述顶板I的轴向位置处于浮动状态，径向位置通过压板定位，所述推进油缸2-1的端部通过锁紧螺母锁定。
[0038]如图3所示，所述机械手总成4包括起落油缸4-1、起落架4-2、转臂总成4-3、转臂油缸4-4、夹紧油缸4-5和夹紧装置4-6，所述起落油缸4-1与所述起落架4-2相连接，所述起落架4-2与所述转臂总成4-3相连接，所述转臂总成4-3与所述转臂油缸4-4相连接，所述转臂总成4-3与所述夹紧油缸4-5相连接，所述夹紧油缸4-5与所述夹紧装置4-6相连接。
[0039]本发明的减速箱总成8采用双液压马达驱动，拥有大扭矩，液压马达采用前后对称布置，拥有两种钻进模式:高精度钻进模式和快速钻进模式。可根据不同工作工况、精度要求及地质条件选择工作模式，以实现硬岩地质的大孔径钻孔。
[0040]本发明的推进机构2采用四柱两缸低矮型结构，推进机构2的推进油缸2-1采用二级油缸。减速箱总成8与推进油缸2-1和立柱2-2相连接，推进机构2推动减速箱总成8上下运动，且推进油缸2-1在承担推进的同时，与立柱2-2同时承担减速箱总成8上下运动过程中的导向作用以及扭矩传递的作用。推进机构2与顶板I和底座7的连接方式，结构可靠，拆装快捷，维修方便，作业空间要求小。
[0041]本发明通过机械手总成4和动态插板机构6的配合使用，实现钻杆的装备和拆卸。机械手总成4负责钻杆抓起、转送至回转轴线或由回转轴线转送至侧面钻杆摆放位，实现自动化操作，机械手总成4能实现快速装备和拆卸钻杆，减少辅助时间，提高工作效率。动态插板机构6实现本发明天井钻机的全机械化接卸杆操作，其能快速稳定钻杆，操作简单，降低了操作人员的工作难度和强度，节省了辅助作业时间。
[0042]本发明的调节机构5与底座7来配合使用。调节机构5能调节天井钻机钻孔的角度，能根据地面的平整度来调节钻孔的垂直度，同时也可以实现不同角度的钻孔需求。
[0043]本发明整体的工作过程是由推进机构2带动减速箱总8成推进，减速箱总成8在推进过程中同时产生旋转，由机械手总成4和动态插板机构6实现钻杆的装卸。调节机构5能调节钻机钻孔的角度，且能实现不同角度的钻孔需求。主机底盘3实现整机的自主移动功能。
[0044]本发明接杆时机械手总成4的工作过程:起落架4-2落下，转臂油缸4-4转动到钻杆位置，用转臂总成4-3前端的机械爪，抓住钻杆。此时在夹紧油缸4-5的作用下夹紧装置4-6夹紧钻杆。夹紧钻杆后起落油缸4-1动作使起落架4-2立起来，然后转臂油缸4-4转动，让钻杆对准减速箱总成8的回转头的中心，开始接钻杆。卸杆时机械手总成4的工作过程为接杆时的逆过程。
[0045]如图4和5所示，所述动态插板机构6包括插板油缸6-1、下插板6-2和下插板盒6-3，所述下插板盒6-3安装于所述底座7上，且所述下插板盒6-3相对于所述底座7可转动，所述插板油缸6-1通过销轴与所述下插板6-2相连接，所述下插板6-2与所述下插板盒6-3上的插槽滑动配合，所述下插板盒6-3上的凹槽与固定在所述底座7上的挡块相配合，所述下插板盒6-3的底面设置有复位弹簧6-7，所述复位弹簧6-7的一端与所述下插板盒6-3相连接，另一端与所述底座7相连接。
[0046]本发明的所述底座7上固定有限位挡块6-6，所述限位挡块6-6位于所述下插板6-2的侧面，与所述下插板6-2滑动配合。限位挡块6-6起下插板6-2插入和插出下插板盒6-3时的导向作用，同时起下插板6-2的极限限位作用。
[0047]本发明的所述挡块包括右挡块6-4和左挡块6-5，所述下插板盒6-3插槽的两侧分别设置有左凹槽和右凹槽，所述右挡块6-4与所述右凹槽相配合，所述左挡块6-5与所述左凹槽相配合。本发明的所述左凹槽相对于所述左挡块6-5有圆周间隙，所述右凹槽相对于所述右挡块6-4有所述圆周间隙，所述圆周间隙对应的圆周角度为5?10°。优选的，圆周间隙对应的圆周角度为7°。左挡块6-5对于左凹槽的圆周间隙，以及右挡块6-4相对于右凹槽的圆周间隙，起下插板6-2插入钻杆卡方位置后的缓冲作用，同时保证下插板6-2能够完全卡入钻杆的卡方位置，以及下插板6-2抽出时，下插板盒6-3在复位弹簧6-7复位作用下的极限限位。
[0048]本发明的所述下插板盒6-3插槽的两槽边均设置有耐磨板，所述下插板6-2通过所述耐磨板与所述下插板盒6-3的插槽滑动配合，所述耐磨板通过紧固螺钉固定于所述下插板盒6-3插槽的槽边。耐磨板减少下插板6-2相对于下插板盒6-3前后移动时的滑动摩擦，保证下插板6-2表面不被磨损，保证下插板6-2与下插板盒6-3的滑动配合间隙。
[0049]本发明的所述下插板盒6-3的底面设置有若干复位弹簧6-7。图5中，底座7沿圆周设置有四个复位弹簧6-7的安装位置，根据复位弹簧6-7的安装数量调整回转扭矩的大小。在此实施例中，两复位弹簧6-7设置在下插板盒6-3底面，复位弹簧6-7的一端连接在底座7的侧板上，另一端连接在下插板盒6-3上。复位弹簧6-7用于整个动态插板机构6的复位。
[0050]本发明的下插板盒6-3相对于底座7可以自由转动，右挡块6-4和左挡块6-5用于限制下插板盒6-2的旋转角度。插板油缸6-1通过销轴与下插板6-2相连接，并驱动下插板6-2沿着下插板盒6-3的插槽前后移动，并且可以跟随下插板盒6-3转动。限位挡块6-6起下插板6-2插入和插出下插板盒6-3时的导向作用。复位弹簧6-7用于整个动态插板机构6的复位。
[0051]本发明动态插板机构6的工作过程::在接卸钻杆时，减速箱总成8驱动钻杆顺时针旋转，下插板6-2在插板油缸6-1的驱动下以一定推力顶在钻杆表面，下插板6-2未卡入钻杆的卡方位置时，下插板6-2与钻杆的圆形表面的摩擦力不足以克服复位弹簧6-7的拉力，二者发生相对滑动，直到钻杆的卡方位置对正下插板6-2的线性运动方向，下插板6-2在插板油缸6-1的作用下卡入钻杆的卡方位置。下插板6-2卡入钻杆后，由于回转扭矩大于复位弹簧6-7的拉力，下插板6-2和下插板盒6-3随着钻杆的转动一同做顺时针旋转运动，直到下插板盒6-3碰到右挡块6-4停止。在旋转过程中，下插板6-2在沿下插板盒6-3的插槽方向仍然可以自由运动，保证下插板6-2的完全插入。当下插板6-2抽出时，下插板盒6-3和下插板6-2在复位弹簧6-7的作用下自动复位，直至下插板盒6-3碰到左挡块6-5，下插板6-2碰到限位挡块6-6复位运动停止。
[0052]本发明的动态插板机构6，实现了自动化的下插板6-2卡杆操作，操作者无需进入钻机内部空间操作，提高了安全性，降低了人工劳动强度，无需对正方位，降低了对操作者的操作要求，方便、高效，并且实现了真正意义上的单人单机操作，大大缩短了接卸钻杆的辅助时间，提高了天井钻机的作业效率及天井设备的自动化水平。
[0053]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种大孔径施工天井钻机，其特征在于:包括推进机构、机械手总成、主机底盘、调节机构、动态插板机构、减速箱总成、顶板和底座，所述减速箱总成与所述推进机构相连接，所述推进机构的两端分别与所述顶板和底座相连接，所述底座分别与所述调节机构、主机底盘和机械手总成相连接，所述底座上设置所述动态插板机构。2.根据权利要求1所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述推进机构包括推进油缸和立柱，所述立柱的两端分别与所述底座和顶板螺栓连接，所述立柱与所述底座和顶板之间均通过导向杆定位套定位，所述推进油缸一端与所述底座螺栓连接，另一端与所述顶板的轴向位置处于浮动状态，径向位置通过压板定位，所述推进油缸的端部通过锁紧螺母锁定。3.根据权利要求1所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述机械手总成包括起落油缸、起落架、转臂总成、转臂油缸、夹紧油缸和夹紧装置，所述起落油缸与所述起落架相连接，所述起落架与所述转臂总成相连接，所述转臂总成与所述转臂油缸相连接，所述转臂总成与所述夹紧油缸相连接，所述夹紧油缸与所述夹紧装置相连接。4.根据权利要求1所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述动态插板机构包括插板油缸、下插板和下插板盒，所述下插板盒安装于所述底座上，且所述下插板盒相对于所述底座可转动，所述插板油缸通过销轴与所述下插板相连接，所述下插板与所述下插板盒上的插槽滑动配合，所述下插板盒上的凹槽与固定在所述底座上的挡块相配合，所述下插板盒的底面设置有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与所述下插板盒相连接，另一端与所述底座相连接。5.根据权利要求4所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述底座上固定有限位挡块，所述限位挡块位于所述下插板的侧面，与所述下插板滑动配合。6.根据权利要求4所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述挡块包括右挡块和左挡块，所述下插板盒插槽的两侧分别设置有左凹槽和右凹槽，所述右挡块与所述右凹槽相配合，所述左挡块与所述左凹槽相配合。7.根据权利要求6所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述左凹槽相对于所述左挡块有圆周间隙，所述右凹槽相对于所述右挡块有所述圆周间隙，所述圆周间隙对应的圆周角度为5?10°。8.根据权利要求4所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述下插板盒插槽的两槽边均设置有耐磨板，所述下插板通过所述耐磨板与所述下插板盒的插槽滑动配合，所述耐磨板通过紧固螺钉固定于所述下插板盒插槽的槽边。9.根据权利要求4所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述下插板盒的底面设置有若干复位弹簧。10.根据权利要求4所述的一种大孔径施工天井钻机，其特征在于，所述下插板相对于所述下插板盒的插槽前后移动的同时，可跟随所述下插板盒转动。
【文档编号】E21B19/18GK105888547SQ201610479431
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】王毅, 唐安平, 代建龙, 尹千才, 梁宁宁
【申请人】湖南创远高新机械有限责任公司