一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置及加杆方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置及加杆方法，包括给进装置、动力头、夹持器、主动钻杆、钻杆仓和机械臂；机械臂包括机械臂外套、第一驱动单元、机械臂内套、手爪机构和第一伸缩油缸；钻杆仓包括外仓、内仓、升降机构、推出油缸；机械臂能从钻杆仓夹持钻杆，并将其送入钻孔中心线，与动力头主动钻杆配合实现钻杆的加接；手爪机构具备自补偿浮动功能，能补偿人工操作过程中出现的上扣速度与给进速度不匹配的问题。本发明专利技术配套采用卡盘式动力头加单夹持器结构，自动化高、控制系统简单可靠、操作简单、易与现有常规钻机集成，能满足钻机主轴倾角在±90°范围内的钻杆加接。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置及加杆方法
本专利技术属于煤矿钻机装备
，具体涉及一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置及加杆方法。
技术介绍
煤矿井下坑道钻机广泛应用于煤矿井下探放水、瓦斯抽采、顶底板注浆、地质构造勘探、大直径卸压等施工。不同于地面施工，受制于煤矿井下空间狭小、钻探工艺复杂、钻孔倾角范围大及设备功率能力大等复杂条件，能成功推广应用的自动加杆装置甚少，大部分煤矿井下坑道钻机仍然采用人工上装钻杆方式。施工人员需将钻杆人力送至给进装置中部或后部，再由另一操作人员操作动力头，配合完成钻杆丝扣的拧紧，当开孔高度较高或角度较大时，还需要施工人员攀爬至高处，整个过程劳动强度较大，并需要多人配合进行，施工效率低，若出现操作不当，易发生安全事故。现有报道的煤矿井下自动加杆钻机在结构上大多采用无卡盘式动力头加双夹持器结构，这与各大矿区上保有量最大、使用最普遍的卡盘式动力头加单夹持器结构区别明显；在加杆功能方面，大多都是将钻杆放入夹持器中，机械臂本身无法配合动力头完成丝扣拧合。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置及加杆方法，以解决普通人力加杆过程中的劳动强度大、效率低、安全风险大等问题。为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，包括给进装置、动力头和夹持器，所述动力头能沿给进装置的直线滑轨移动且动力头夹持有主动钻杆，主动钻杆与夹持器同轴相对；还包括分别设在所述给进装置两侧且相对的钻杆仓和机械臂；所述机械臂能从钻杆仓夹持钻杆，并将其送入钻孔中心线，与动力头主动钻杆配合实现钻杆的加接；机械臂包括：机械臂外套、与机械臂外套滑动连接且固定在给进装置侧部以驱动机械臂外套沿垂直于给进装置方向伸缩的第一驱动单元、设在机械臂外套内的机械臂内套、设在机械臂内套一端且伸出机械臂外套的靠近给进装置的手爪机构以及连接在机械臂内套和机械臂外套之间的第一伸缩油缸以驱动机械臂内套及手爪机构在垂直于给进装置方向伸缩；所述钻杆仓包括：安装在给进装置一侧且顶部和外侧壁均开口的外仓、设在外仓内且底部贯通的内仓、设在外仓内底部的升降机构；所述外仓两侧分别设有推出油缸且该推出油缸与内仓两侧铰接以推动内仓转动；所述外仓上方两端设有挡板，挡板下端设有第一限位块以限制内仓中位于顶部的钻杆使其与手爪机构保持同轴，在挡板上还设有档杆机构以使内仓中位于顶部的钻杆只在手爪机构抓持时能横移出钻杆仓。本专利技术还包括如下技术特征：具体的，所述第一驱动单元包括固定在给进装置侧部且位于机械臂外套下方的连接底座、设在连接底座上端且与机械臂外套平行的轨座以及安装在连接底座上且与轨座平行的第二伸缩油缸；所述机械部外套下方设有平行的导轨，该导轨与所述轨座配合安装；第二伸缩油缸的活塞杆通过连接件连接机械臂外套，以驱动机械臂沿轨座移动。具体的，所述机械臂外套和机械臂内套均为方形钢管结构且二者之间不接触，在机械臂外套的四个侧壁上均设有矩形通孔；在机械臂外套上设有间隙调整机构以调整机械臂外套和机械臂内套之间的间隙；所述间隙调整机构包括覆盖在所述矩形通孔上且固定在机械臂外套上并与机械臂外套平行的固定板、设在矩形通孔内且位于固定板和机械臂内套外壁之间并与固定板平行的耐磨滑块以及垂直贯通固定板并顶在耐磨滑块上以调节机械臂内套和机械臂外套间隙的调节螺栓。具体的，所述手爪机构包括：后爪、设在后爪内的后爪卡瓦、与后爪上部通过铰接轴铰接的前爪、设在前爪内的前爪卡瓦、固定在后爪上端的抓手油缸且该抓手油缸与前爪的上部铰接以通过抓手油缸的伸缩控制前爪绕后爪和前爪的铰接轴转动从而控制前爪和后爪的开合；所述后爪后侧设有第一安装环。具体的，所述手爪机构还连接有轴向自补偿浮动机构，轴向自补偿浮动机构包括：固定在机械臂内套前端且与后爪后侧壁平行相对的安装座、位于安装座上且设在第一安装环两侧的第二安装环、水平贯穿第一安装环和第二安装环且与动力头中心线平行的滑动轴；在滑动轴上依次套设螺母、所述第二安装环、弹簧上顶柱、调整垫环、弹簧、弹簧下顶柱、所述第一安装环、弹簧下顶柱、弹簧、调整垫环、弹簧上顶柱、所述第二安装环和螺母；后爪的第一安装环与滑动轴的间隙内设有耐磨自润滑轴套。具体的，所述机械臂外套和手爪机构之间连接有扶正机构，扶正机构包括：平行固定在机械臂外套侧壁上的扶正架和固定在扶正架端部的扶正块；所述扶正块为U形结构，扶正块的开口水平朝向钻杆仓，当第二伸缩油缸完全缩回时，扶正块开口的中心线与动力头的中心线重合；所述扶正块与扶正架之间设有调整垫以调整扶正机构的中心轴线的偏移量。具体的，所述外仓与给进装置一侧螺接固定，安装面设有调整垫片以调整钻杆距动力头中心轴线的距离；外仓和内仓通过一组销轴和一组推出油缸相连，推出油缸伸出或缩回时，内仓沿销轴转动；所述外仓的紧贴给进装置的侧壁上设有第二限位块以使内仓在收回状态下保持竖直；所述内仓前壁内和后壁内均设有两个燕尾槽轨道，燕尾槽轨道插有滑条I并通过固定块固定在燕尾槽轨道上；内仓前壁上的滑条I与后壁上的滑条I两两相对；内仓左右两个侧壁内均设有滑条II，两个滑条II相对应且在滑条II上设有竖向弧形凸起；所述升降机构为剪叉升降装置，其采用剪叉式原理，其平台长度在两侧滑条I之间，宽度小于内仓宽度，通过螺栓连接于外仓内部下端，当内仓完全收回竖直时，剪叉升降装置竖直向上推送钻杆直至顶部使第一根钻杆接触外仓顶部的第一限位块；第一限位块为可调限位块以保证手爪机构与待加钻杆轴线重合；具体的，所述档杆机构包括挡片、设在挡片上端的套环、设在套环上端的横板、穿过套环的销轴、套在销轴两端的轴套、设在轴套和套环之间的扭簧以及设在销轴两端的两个卡键；两个卡键之间的距离小于横板的宽度以能对横板的转动进行限位；所述套环的中轴线与挡片平行。本专利技术还给出一种所述的煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置的加杆方法，包括以下步骤：步骤1，将钻机动力头退回至给进装置后端；步骤2，保持钻杆仓推出油缸完全收回；步骤3，操作升降机构将待加钻杆举升至钻杆仓顶部；步骤4，完全缩回第二伸缩油缸并完全伸出第一伸缩油缸，将手爪机构送至钻杆仓，并与待加钻杆轴线重合；步骤5，伸出抓手油缸使前爪和后爪加紧待加钻杆；步骤6，完全缩回第一伸缩油缸使手爪机构带着待加钻杆移至与钻机动力头轴线重合；步骤7，动力头小转矩、慢速回转，并使给进装置中的给进油缸向前运动，此时动力头主动钻杆与待加钻杆进行丝扣拧合，轴向自补偿浮动机构运行；步骤8，当待加钻杆与动力头主动钻杆丝扣完全对合后，主动钻杆带动待加钻杆与前爪卡瓦和后爪卡瓦产生相对滑动，然后停止回转、给进；步骤9，缩回抓手油缸，前爪和后爪即松开待加钻杆；步骤10，伸出第二伸缩油缸，使机械臂让出给进装置外侧；步骤11，打开夹持器，操作动力头回转和给进进行钻进。本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：1、本专利技术通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，包括给进装置(1)、动力头(2)和夹持器(3)，所述动力头(2)能沿给进装置(1)的直线滑轨移动且动力头(2)夹持有主动钻杆(4)，主动钻杆(4)与夹持器(3)同轴相对；其特征在于，还包括分别设在所述给进装置(1)两侧且相对的钻杆仓(7)和机械臂(8)；/n所述机械臂(8)能从钻杆仓(7)夹持钻杆，并将其送入钻孔中心线，与动力头(2)主动钻杆(4)配合实现钻杆的加接；机械臂(8)包括：机械臂外套(81)、与机械臂外套(81)滑动连接且固定在给进装置(1)侧部以驱动机械臂外套(81)沿垂直于给进装置(1)方向伸缩的第一驱动单元(82)、设在机械臂外套(81)内的机械臂内套(83)、设在机械臂内套(83)一端且伸出机械臂外套(81)的靠近给进装置(1)的手爪机构(84)以及连接在机械臂内套(83)和机械臂外套(81)之间的第一伸缩油缸(85)以驱动机械臂内套(83)及手爪机构(84)在垂直于给进装置(1)方向伸缩；/n所述钻杆仓(7)包括：安装在给进装置(1)一侧且顶部和外侧壁均开口的外仓(71)、设在外仓(71)内且底部贯通的内仓(72)、设在外仓(71)内底部的升降机构(73)；所述外仓(71)两侧分别设有推出油缸(74)且该推出油缸(74)与内仓(72)两侧铰接以推动内仓(72)转动；所述外仓(71)上方两端设有挡板(711)，挡板(711)下端设有第一限位块(712)以限制内仓(72)中位于顶部的钻杆使其与手爪机构(84)保持同轴，在挡板(711)上还设有档杆机构(713)以使内仓(72)中位于顶部的钻杆只在手爪机构(84)抓持时能横移出钻杆仓(7)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，包括给进装置(1)、动力头(2)和夹持器(3)，所述动力头(2)能沿给进装置(1)的直线滑轨移动且动力头(2)夹持有主动钻杆(4)，主动钻杆(4)与夹持器(3)同轴相对；其特征在于，还包括分别设在所述给进装置(1)两侧且相对的钻杆仓(7)和机械臂(8)；
所述机械臂(8)能从钻杆仓(7)夹持钻杆，并将其送入钻孔中心线，与动力头(2)主动钻杆(4)配合实现钻杆的加接；机械臂(8)包括：机械臂外套(81)、与机械臂外套(81)滑动连接且固定在给进装置(1)侧部以驱动机械臂外套(81)沿垂直于给进装置(1)方向伸缩的第一驱动单元(82)、设在机械臂外套(81)内的机械臂内套(83)、设在机械臂内套(83)一端且伸出机械臂外套(81)的靠近给进装置(1)的手爪机构(84)以及连接在机械臂内套(83)和机械臂外套(81)之间的第一伸缩油缸(85)以驱动机械臂内套(83)及手爪机构(84)在垂直于给进装置(1)方向伸缩；
所述钻杆仓(7)包括：安装在给进装置(1)一侧且顶部和外侧壁均开口的外仓(71)、设在外仓(71)内且底部贯通的内仓(72)、设在外仓(71)内底部的升降机构(73)；所述外仓(71)两侧分别设有推出油缸(74)且该推出油缸(74)与内仓(72)两侧铰接以推动内仓(72)转动；所述外仓(71)上方两端设有挡板(711)，挡板(711)下端设有第一限位块(712)以限制内仓(72)中位于顶部的钻杆使其与手爪机构(84)保持同轴，在挡板(711)上还设有档杆机构(713)以使内仓(72)中位于顶部的钻杆只在手爪机构(84)抓持时能横移出钻杆仓(7)。


2.如权利要求1所述的煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，其特征在于，所述第一驱动单元(82)包括固定在给进装置(1)侧部且位于机械臂外套(81)下方的连接底座(821)、设在连接底座(821)上端且与机械臂外套(81)平行的轨座(822)以及安装在连接底座(821)上且与轨座(822)平行的第二伸缩油缸(823)；
所述机械部外套(81)下方设有平行的导轨(811)，该导轨(811)与所述轨座(822)配合安装；第二伸缩油缸(823)的活塞杆通过连接件连接机械臂外套(81)，以驱动机械臂(8)沿轨座(822)移动。


3.如权利要求1所述的煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，其特征在于，所述机械臂外套(81)和机械臂内套(83)均为方形钢管结构且二者之间不接触，在机械臂外套(81)的四个侧壁上均设有矩形通孔；在机械臂外套(81)上设有间隙调整机构(812)以调整机械臂外套(81)和机械臂内套(83)之间的间隙；
所述间隙调整机构(812)包括覆盖在所述矩形通孔上且固定在机械臂外套(81)上并与机械臂外套(81)平行的固定板(8121)、设在矩形通孔内且位于固定板(8121)和机械臂内套(83)外壁之间并与固定板(8121)平行的耐磨滑块(8122)以及垂直贯通固定板(8121)并顶在耐磨滑块(8122)上以调节机械臂内套(83)和机械臂外套(81)间隙的调节螺栓(8123)。


4.如权利要求1所述的煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，其特征在于，所述手爪机构(84)包括：后爪(841)、设在后爪内的后爪卡瓦、与后爪(841)上部通过铰接轴铰接的前爪(842)、设在前爪内的前爪卡瓦、固定在后爪上端的抓手油缸(843)且该抓手油缸(843)与前爪(842)的上部铰接以通过抓手油缸(843)的伸缩控制前爪(842)绕后爪(841)和前爪(842)的铰接轴转动从而控制前爪(842)和后爪(841)的开合；所述后爪(841)后侧设有第一安装环。


5.如权利要求4所述的煤矿井下坑道钻机用自动加杆装置，其特征在于，所述手爪机构(84)还连接有轴向自补偿浮动机构(86)，轴向自补偿浮动机构(86)包括：固定在机械臂内套(83)前端且与后爪(841)后侧壁平行相对的安装座(861)、位于安装座(861)上且设在第一安装环两侧的第二安装环(862)、水平贯穿第一安装环和第二安装环(86...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩健，宋海涛，彭涛，梁春苗，姚亚峰，李坤，赵雪锋，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61