一种全液压煤矿钻机自动上下杆装置及方法与流程

本发明公开了一种矿山机械，特别涉及一种全液压煤矿钻机自动上下杆装置及方法。

背景技术：

在目前国内煤矿建设中，钻机是一种被广泛应用的钻探设备。主要用于矿井内部，钻探各种角度的探放水孔、地质构造孔、防突解压孔、瓦斯抽排放孔及其他各种用途的工程用孔等，钻机拥有许多优点：比如体积小、灵活、运输方便。但是由于目前大多数钻机在给钻机换杆时仍采用人工换杆，一根钻杆有30-40kg，而钻机工作时需要大量水进行冲孔，当两三个工人合作上杆时，由于动作的协调性等问题，经常出现工人从钻机上滑落下来，加之给钻机上杆操作非常频繁，导致钻机换杆成为煤矿井下发生工程事故的主要原因之一。因此，钻机的自动化程度，尤其是在换杆过程中，对于井下安全和煤矿生产效率都有着重要的意义。

通过查阅资料，我们发现许多同行都曾经为实现钻机的自动上下杆做过积极的努力，例如中煤科工集团重庆研究院有限公司就曾经研制过一款钻机，这款钻机的上下杆过程主要由提升旋转机构、机械手、钻杆箱组成。钻杆是放置在钻杆箱中，当需要换钻杆时，提升旋转机构顺时针旋转并下降，机械手张开并夹紧钻杆，提升机构再逆时针旋转并上升，当上升到预定位置时，提升机构再经过一次旋转将钻杆输送到动力头的中轴线处，动力头前进，夹紧钻杆便可以进行打孔。这种带钻杆箱自动换杆装置缺点是，其钻杆箱放置在钻机侧面，而煤矿巷道狭窄，钻杆箱在巷道的宽度方向上占用了较大的空间，不利于钻机在煤矿巷道的行走。还有两项关于钻机自动上下杆的专利，专利号为201310416131.3，此装置在给钻机上下钻杆时，主要利用钻杆箱、顶杆机构、钻杆推送机构来完成，但是其缺点在于钻杆夹手在张紧弹簧的作用下夹紧钻杆，钻杆定尺长度较短，要完成额定孔深的钻孔，上杆操作频繁，张紧弹簧极易失效，且此装置在张紧弹簧失效后无自锁装置，很容易导致钻杆滑落出现事故，故而没有很好的考虑到工人操作的安全性；另外专利号为：201510386834.5，此装置对钻机的钻杆进行装卸时，钻杆架上每次只能放一根钻杆，这样虽然对钻机装卸钻杆时不需要工人直接参与，但是仍需频繁向钻机的钻杆架装杆，虽然解决了工人换杆的安全性，但基本未解决工人工作量大、钻机装卸钻杆的工作效率低的问题。

因此，为提高工人操作的安全性以及钻机的工作效率，极有必要设计一种全液压煤矿钻机自动上下杆装置，提供一种全液压煤矿钻机自动上下杆方法。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种全液压煤矿钻机自动上下杆装置及方法，解决目前钻机上下钻杆不能实现自动化的问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种全液压煤矿钻机自动上下杆的装置，包括下底座、支撑立柱、双耳座、支撑液压缸、调角液压缸、抱箍、上底座、横向支柱、推进油缸、液压马达、弹性柱销联轴器、齿轮减速器、后夹持器、特制钻杆、新钻杆、前置钻杆、托板、新增夹持器、前夹持器、储卸杆单元、两级液压缸、u型支架、夹紧液压缸、机械手、耳座ⅲ、耳座ⅳ、固定板、支撑架、耳座ⅱ；

所述的支撑立柱被螺栓组固定在下底座上；

所述双耳环焊接在底座上，支撑液压缸一端铰接在双耳环上、一端铰接在抱箍上，抱箍通过螺栓组固定在支撑立柱上；

所述上底座在初始状态时与下底座平行，上底座下部通过抱箍固定在横向支柱上，上底座前部由调角液压缸支撑；

所述上底座是由槽钢焊接而成，上底座两侧面有导轨，托板可以在导轨上进行前后移动；

所述托板上固定有回转器装置，回转器装置通过螺栓组固定在托板上，回转器装置由液压马达、齿轮减速器、后夹持器组成、液压马达与齿轮减速器以及齿轮减速器与后夹持器都分别通过弹性柱销联轴器进行连接，在钻机工作的初始状态，由后夹持器夹紧一根特制钻杆；

所述新增夹持器通过螺栓组固定在上底座前部；

所述前夹持器通过螺栓组固定在上底座最前部，而且在夹持器底板与上底座的前端面之间设有加强筋；

所述储卸杆单元通过固定板对称的固定在上底座的下方；

所述前夹持器、新增夹持器、后夹持器的轴心线共线；

所述特制钻杆、新钻杆、前置钻杆中空，特制钻杆前部加工有外螺纹，新钻杆一端加工有外螺纹，一端有内螺纹，前置钻杆无钻头端加工有内螺纹；

所述支撑架通过螺栓组固定在上底座下方前部；

所述两级液压缸的外缸体底部焊接在支撑架上，两级液压缸与u型支架进行铰接，u型支架上两端设有耳座ⅲ，u型支架中部设有耳座ⅳ，机械手下部与耳座ⅳ铰接，夹紧液压缸一端与耳座ⅲ进行铰接，一端与机械手侧面的耳座进行连接；

上底座及与上底座连接成一体的连部件可绕横向支柱旋转，钻机进行下倾、上仰钻孔作业。

所述储卸杆单元包括库门开关、合页、库门、储杆库、双向液压缸、上卡爪、下卡爪、横杆、横挡、卡槽、圆挡、卸杆库、卸杆液压缸、耳座ⅰ；

所述储杆库与库门之间通过合页进行连接，库门两侧设有库门开关、库门焊接有库门把手，方便手打开库门，储杆库两侧设置有双向液压缸，双向液压缸活塞杆的两端各连接一根横杆，横杆分别置于储杆库的上方与下方，横挡焊接在储杆库上，上下卡爪有圆孔的一端穿过横杆的圆柱部，无孔端卡在卡槽中；

所述卸杆库下部设有耳座ⅰ，卸杆液压缸一端与卸杆库下部的耳座ⅰ铰接，一端与支撑架上的耳座ⅱ进行铰接，卸杆库可旋转；

所述储卸杆单元中的储杆库与卸杆库为分体式设计。

一种全液压煤矿钻机自动上下杆的方法，其上杆过程特征包括以下步骤：

s1：此时前置钻杆大部分已经被钻进岩层，尾部留在前夹持器中，后夹持器上夹持有一根特制钻杆，并已退回至钻机的后部，机械手张开，此状态为初始状态。钻杆库侧面的双向液压缸动作，上卡爪、下卡爪、横杆同时上升，让一根新钻杆滚入左右横挡处、新钻杆有钻头端与无钻头端有圆挡；

s2：控制机械手的夹紧液压缸动作，机械手夹紧新钻杆，两级液压缸动作，新钻杆连同机械手一起被运送到新钻杆轴线与前夹持器轴线重合的位置，新钻杆就位，新增夹持器夹紧，机械手张开；

s3：推进油缸前进，液压马达正转，特制钻杆与新钻杆一级旋紧，机械手退回；

s4：新增夹持器松开，前夹持器夹紧，推进油缸前进，液压马达正转，新钻杆与前置钻杆二级旋紧；

s5：前夹持器松开，推进油缸前进，液压马达正转，钻机开始钻孔；

s6：前夹持器夹紧新钻杆，马达反转同时推进油缸后退，后夹持器退回至初始状态；

s7：新上杆就位，重复上述步骤便可继续给钻机上钻杆。

一种全液压煤矿钻机自动上下杆的方法，其下杆过程特征包括以下步骤：

s1：前夹持器、新增夹持器松开，推进油缸后退，抽出钻杆；

s2：前夹持器夹紧，后夹持器前进夹紧新钻杆；

s3：液压马达反转将前置钻杆与新钻杆二级旋开；

s4：新增夹持器夹紧新钻杆，后夹持器松开，推进油缸后退，后夹持器夹紧特制钻杆；

s5：液压马达反转，特制钻杆与新钻杆一级旋开，二级液压缸动作，机械手上行并夹紧钻杆；

s6：新增夹持器松开，二级液压缸动作，机械手下行，新钻杆落入横挡处；

s7：卸杆液压缸动作，卸杆库旋转，新钻杆从卸杆库中滑落；

s8：后夹持器前进，特制钻杆与前置钻杆旋紧；

s9：前夹持器松开，推进油缸后退，钻杆被抽出；继续上述步骤可继续下杆。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：提出一种全液压煤矿钻机自动上下杆装置及方法，相比于其他钻机的自动上下杆装置。存在以下四点优势：一是储卸杆单元设置在煤矿钻机的上底座的下方，使全液压煤矿钻机自动上下杆装置结构紧凑；二是整个储卸杆单元为模块化设计，易于装拆，便于新老钻机的更新换代；三是采用了以液压缸作为动力的机械手结构实现机械手高效率自动换杆的功能，机械手下部设有两级液压缸，可以更远距离地将钻杆运送到指定位置；四是采用储杆库双向液压缸带动上、下卡爪向上运动，使最前面的钻杆释放，同时阻止后续钻杆的继续下落，从而有效的控制每次下落一根钻杆的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的储杆库的装配体结构示意图。

图3为本发明的卸杆库的零件示意图。

图4为本发明的钻杆的上下钻杆部分的装配体示意图。

图5为本发明的横向支柱的零件示意图。

图6为本发明的储杆库的零件示意图。

图7为本发明的整体结构另一轴测视图。

图8为本发明的整体结构的俯视图。

图9为本发明的卸杆库进行旋转动作的示意图。

图10为本发明的下倾钻孔的示意图。

图11为本发明的上仰钻孔的示意图。

图12为本发明的自动上杆的流程图。

图13为本发明的自动下杆的流程图。

图中101.下底座、102.支撑立柱、103.支撑液压缸、104.双耳环、105.调角液压缸、106.抱箍、201.上底座、202.横向支柱、203.推进油缸、301.液压马达、302.弹性柱销联轴器、303.齿轮减速器、304.后夹持器、305.特制钻杆、306.新钻杆、307.前置钻杆、308.托板、401.新增夹持器、501.前夹持器、6.储卸杆单元、601.库门开关、602.合页、603.库门、604.储杆库、605.双向液压缸、606.上卡爪、607.下卡爪、608.横杆、609.横挡、610.卡槽、611.圆挡、612.卸杆库、613.卸杆液压缸、614.耳座ⅰ、701.两级液压缸、702.u形支架、703.夹紧液压缸、704.机械手、705.耳座ⅲ、706.耳座ⅳ、801.固定板、802.支撑架、803.耳座ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图进一步对本发明进行详细说明：

一种全液压煤矿钻机自动上下杆装置整体结构示意图如图1所示，包括下底座101、支撑立柱102、支撑液压缸103、双耳环104、调角液压缸105、抱箍106、上底座201、横向支柱202、推进油缸203、液压马达301、弹性柱销联轴器302、齿轮减速器303、后夹持器304、特制钻杆305、新钻杆306、前置钻杆307、托板308、新增夹持器401、前夹持器501、储卸杆单元6、耳座ⅰ614、两级液压缸701、u型支架702、夹紧液压缸703、机械手704、耳座ⅲ705、耳座ⅳ706、固定板801、支撑架802、耳座ⅱ803；

所述的支撑立柱102被螺栓组固定在下底座101上；

所述双耳环103焊接在下底座101上，支撑液压缸104一端铰接在双耳环103上、一端铰接在抱箍106上，抱箍106通过螺栓组固定在支撑立柱102上；

如图5所示，所述上底座201在初始状态时与下底座101平行，上底座101下部通过抱箍106固定在横向支柱202上，上底座201前部由调角液压缸105支撑；

所述上底座201是由槽钢焊接而成，上底座201两侧面有导轨，托板308可以在槽钢的导轨上进行前后移动；

所述托板308上固定有回转器装置，回转器装置通过螺栓组固定在托板308上，回转器装置由液压马达301、齿轮减速器303、后夹持器304组成、液压马达301与齿轮减速器303以及齿轮减速器303与后夹持器304都分别通过弹性柱销联轴器302进行连接，在钻机工作的初始状态，由后夹持器304夹紧一根特制钻杆305；

所述新增夹持器401通过螺栓组固定在上底座201前部；

所述前夹持器501通过螺栓组固定在上底座201最前部，而且在前夹持器501底板与上底座201的前端面之间设有加强筋；

如图1、图8所示，所述储卸杆单元6通过固定板801对称的固定在上底座201的下方；

所述前夹持器501、新增夹持器401、后夹持器304的轴心线共线。

所述特制钻杆305、新钻杆306、前置钻杆307中空，特制钻杆305前部加工有外螺纹，新钻杆306一端加工有外螺纹，一端有内螺纹，前置钻杆307无钻头端加工有内螺纹；

所述支撑架802通过螺栓组固定在上底座201下方前部；

如图4所示，所述两级液压缸701的外缸体底部焊接在支撑架802上，两级液压缸701与u型支架702进行铰接，u型支架702上两端设有耳座ⅲ705，u型支架中部设有耳座ⅳ706，机械手704下部与耳座ⅳ706铰接，夹紧液压缸703一端与耳座ⅲ705进行铰接，一端与机械手704侧面的耳座进行连接；

如图10、图11所示，上底座201及与上底座201连接成一体的连部件可绕横向支柱202旋转，钻机进行下倾、上仰钻孔作业。

如图2、图3、图6所示，一种全液压煤矿钻机自动上下杆的装置的储卸杆单元6包括库门开关601、合页602、库门603、储杆库604、双向液压缸605、上卡爪606、下卡爪607、横杆608、横挡609、卡槽610、圆挡611、卸杆库612、卸杆液压缸613、耳座ⅰ614、两级液压缸701、夹紧液压缸703、机械手704、耳座ⅲ705、耳座ⅳ706、固定板801、支撑架802、耳座ⅱ803；

如图2所示，所述储杆库604与库门603之间通过合页602进行连接，库门603两侧设有库门开关601、库门603焊接有库门把手，方便工人用手打开库门603，储杆库604两侧设置有双向液压缸605，双向液压缸605活塞杆的两端各连接一根横杆608，横杆608分别置于储杆库604的上方与下方，横挡609焊接在储杆库604上，上卡爪606、下卡爪607有圆孔的一端穿过横杆608的圆柱部，无孔端卡在卡槽610中；

如图3、图9所示，所述卸杆库612下部设有耳座ⅰ614，卸杆液压缸613一端与卸杆库612下部的耳座ⅰ614铰接，一端与支撑架802上的耳座ⅱ803进行铰接，卸杆库612可旋转；

所述储卸杆单元6中的储杆库604与卸杆库612为分体式设计。

如图12所示一种全液压煤矿钻机自动上下杆的方法，其上杆过程包括以下步骤：

s1：此时前置钻杆307大部分已经被钻进岩层，尾部留在前夹持器501中，后夹持器304上夹持有一根特制钻杆305，并已退回至钻机的后部，机械手704张开，此状态为初始状态。储杆库604侧面的双向液压缸605动作，上卡爪606、下卡爪607、横杆608同时上升，让一根新钻杆306滚入左右横挡609处、新钻杆306有钻头端与无钻头端有圆挡611；

s2：控制机械手704的夹紧液压缸703动作，机械手704夹紧新钻杆306，两级液压缸701动作，新钻杆306连同机械手704一起被运送到新钻杆306轴线与前夹持器501轴线重合的位置，新钻杆306就位，新增夹持器401夹紧，机械手704张开；

s3：推进油缸203前进，液压马达301正转，特制钻杆305与新钻杆306一级旋紧，机械手704退回；

s4：新增夹持器401松开，前夹持器501夹紧，推进油缸203前进，液压马达301正转，特制钻杆305与新钻杆306二级旋紧；

s5：前夹持器501松开，推进油缸203前进，液压马达301正转，钻机开始钻孔；

s6：前夹持器501夹紧新钻杆306，液压马达301反转同时推进油缸302后退，后夹持器304退回至初始状态；

s7：新钻杆306就位，重复上述步骤便可继续给钻机上钻杆。

如图13，一种全液压煤矿钻机自动上下杆的方法，其下杆过程包括以下步骤：

s1：前夹持器501、新增夹持器401松开，推进油缸203后退，抽出钻杆；

s2：前夹持器501夹紧，后夹持器304前进夹紧新钻杆306；

s3：液压马达301反转将前置钻杆307与新钻杆306二级旋开；

s4：新增夹持器401夹紧新钻杆306，后夹持器304松开，推进油缸203后退，后夹持器304夹紧特制钻杆305；

s5：液压马达301反转，特制钻杆305与新钻杆306一级旋开，两级液压缸701动作，机械手704上行并夹紧钻杆；

s6：新增夹持器401松开，两级液压缸701动作，机械手704下行，新钻杆306落入横挡609处；

s7：卸杆液压缸613动作，卸杆库612旋转，新钻杆306从卸杆库612中滑落；

s8：后夹持器304前进，特制钻杆305与前置钻杆307旋紧；

s9：前夹持器501松开，推进油缸203后退，钻杆被抽出；继续上述步骤可继续下杆。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。