一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机及电液控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机及电液控制方法，该钻机包括行走机构、全倾角变幅装置、给进机身、动力头、自动加杆装置和夹持器等，通过采用施工效率较高的中间加杆模式，采用履带自行式，加杆装置具有多项防误操作保护、一键自动加杆与上扣等功能，提高了全断面钻孔施工效率及安全性。提高了全断面钻孔施工效率及安全性。提高了全断面钻孔施工效率及安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机及电液控制方法


[0001]本专利技术属于瓦斯抽采钻孔设备
，具体涉及：一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机及电液控制方法。

技术介绍

[0002]由于煤矿井下坑道钻机在全断面钻孔施工时，要求在狭小的巷道空间内实现单次稳固，在0
°
～360
°
倾角范围内调角变幅，以满足不同的钻孔倾角及高度需求，尤其是底抽巷穿层钻孔施工，其基本均为仰角施工，钻机钻进机构需与地面呈较大倾角状态，在每个钻进回次间隔，采用常规人工辅助安装钻杆，此时如出现机械、液压、电气故障或误操控，引起夹持器呈打开或夹不紧的状态，导致孔内钻杆滑落，必然危及钻杆安装施工人员的生命安全，存在重大安全隐患。
[0003]而现有配备机械化加杆装置的钻机，仅能在一定倾角范围内实现变幅，无法满足井下全断面大倾角的施工需求。机械化辅助加杆动作，本质是从人工加杆动作演变而来，同样需要送杆、装杆、夹紧及松开等多个动作与钻机配合联动，尽管采用全液压坑道钻机常用的液驱方式，操作多联阀顺序动作驱动执行器，也可实现上述动作，但对人员操作水平要求较高，极易出现误操作，引发机械故障，严重影响施工效率，存在诸多安全隐患。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机及电液控制方法，以实现在煤矿井下全断面施工中，任意钻孔倾角状态下的全自动加杆操作，并具备电/液防误操功能，显著提高井下全断面瓦斯抽采钻孔施工的安全性。/>[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机，其特征在于，包括行走机构、设在行走机构上的全倾角变幅装置、设在全倾角变幅装置上的给进机身、设在给进机身上的动力头、自动加杆装置和夹持器；
[0007]所述自动加杆装置包括集成在钻机给进机身上的：钻杆仓总装、机械臂总装、连接板和支撑架；
[0008]所述钻杆仓总装设在钻机给进机身一侧，包括杆仓本体、设在杆仓本体内并能举升钻杆的举升机构、设在杆仓本体上端的钻杆挡板机构以及接近开关传感器；所述钻杆仓总装内的钻杆摆放方向与主动钻杆方向平行，钻杆仓总装与连接板相连，连接板和支撑架搭接，且支撑架下端安装在钻机给进机身上；
[0009]所述机械臂总装设在钻机给进机身上方并位于动力头和夹持器之间，包括手爪机构、与手爪机构相连的伸缩机构以及设在伸缩机构侧壁的旋转机构；所述伸缩机构垂直于钻杆，伸缩机构能带动手爪机构平移至杆仓本体抓取钻杆后复位；所述旋转机构安装在支撑架上，旋转机构能驱动伸缩机构旋转以将手爪机构所抓钻杆送至动力头和夹持器之间并
与主动钻杆同轴对接。
[0010]本专利技术还包括如下技术特征：
[0011]具体的，所述杆仓本体包括：平行相对的壁面I和壁面II、连接壁面I和壁面II下端的底板以及设在壁面I和壁面II两侧的两个可开闭的侧板；所述壁面I比壁面II更靠近机械臂总装，壁面I的顶部高度低于壁面II顶部高度，以便于机械臂总装的伸缩机构带动手爪机构平移抓取钻杆，壁面I和壁面II上端中部设有顶部缺口，该顶部缺口以便于手爪机构从杆仓本体内抓取钻杆；所述侧板与壁面II铰接，侧板与壁面I之间设有闭锁件，该侧板能打开以向杆仓本体内放置钻杆；所述底板设有贯通孔便于举升机构穿过；
[0012]所述举升机构包括两组平行的竖向导向槽、连在两组导向槽之间并与导向槽垂直的升降板组件以及设在升降板组件下端的举升油缸；每组导向槽包括两个开口相对且相互平行的U形导轨，且两个U形导轨分别安装在杆仓本体内的壁面I和壁面II上；升降板组件包括升降板、设在升降板两端的两个短轴以及套在短轴两端的两个轴套；所述轴套限位在U形导轨内，举升油缸能驱动升降板组件沿导向槽竖向移动以举升升降板上的钻杆，举升油缸下端伸出所述底板的贯通孔并固定在钻机给进机身上。
[0013]具体的，所述钻杆挡板机构有两个，两个挡板机构均固定安装在所述壁面II上端；钻杆挡板机构包括水平的固定挡板、竖向的钻杆挡片以及连在固定挡板和钻杆挡片之间的双扭簧铰接件；固定挡板垂直安装在壁面II上端且位于杆仓本体内钻杆正上方，钻杆挡片能在双扭簧铰接件作用下挡在固定挡板和壁面I上端之间，以防止杆仓本体内的钻杆掉落，当机械臂总装水平抓取钻杆时，钻杆对钻杆挡片施加水平力能使钻杆挡片沿双扭簧铰接件旋转至打开以从杆仓本体内取出钻杆；
[0014]所述接近开关传感器安装在固定挡板上且贯穿固定挡板，以感应钻杆是否被举升至待抓取点位。
[0015]具体的，所述手爪机构包括上爪挡板及其内壁的上卡瓦、下爪挡板及其内壁的下卡瓦、设在上爪挡板上的手爪油缸以及设在上爪挡板外侧壁的手爪耳座；所述上爪挡板和下爪挡板之间铰接，手爪油缸的伸缩杆端部连接下爪挡板，以控制下爪挡板及下卡瓦抓取钻杆；
[0016]所述手爪机构和伸缩机构之间通过弹性浮动连接组件相连，弹性浮动连接组件包括连接板、设在连接板两侧的滑动轴耳座和连接耳座、装在滑动轴耳座上的滑动轴以及套在滑动轴上的压缩弹簧；所述滑动轴与动力头上主动钻杆相互平行；
[0017]所述手爪耳座套装在滑动轴上，且手爪耳座和压缩弹簧沿轴向依次设在滑动轴上；当动力头和主动钻杆回转前进上扣时，手爪机构夹紧钻杆防止回转，同时能在弹性浮动连接组件的压缩弹簧作用下缓冲使待加钻杆丝扣螺距自适应回转速度与钻进速度，保护钻杆丝扣；
[0018]具体的，所述伸缩机构包括伸缩外套、设在伸缩外套内的伸缩内套以及伸缩油缸；伸缩内套两端分别连接所述连接耳座和伸缩油缸，伸缩油缸位于伸缩外套内并连在伸缩内套和伸缩外套之间；伸缩内套能在伸缩油缸作用下伸出或收回至伸缩外套内。
[0019]具体的，所述旋转机构包括外壳体、设在外壳体内的摆动油缸、设在外壳体外部并与摆动油缸相连的旋转盘以及与旋转盘相连的连接架；所述连接架与伸缩机构的伸缩外套侧壁固连，连接架与伸缩外套之间通过螺栓连接，该螺栓所在螺栓孔为腰型孔，该腰型孔的
长轴方向与伸缩机构伸缩方向相同，以能对伸缩机构及手爪机构的水平位置进行微调；摆动油缸能带动旋转盘、连接架及其所连伸缩机构旋转；在旋转盘上设有限位块以控制伸缩机构只能沿水平方向向下旋转90度；
[0020]所述外壳体安装在支撑架上，在外壳体和支撑架之间设有调整垫片，以能对机械臂总装的高度位置进行微调。
[0021]具体的，所述连接板包括连接板横板、垂直连接在连接板横板一端的连接板竖板I、垂直连接在连接板横板另一端的连接板竖板II以及垂直连接在连接板竖板II下端的机械臂总装安装板；
[0022]所述连接板竖板I和连接板竖板II平行相对，连接板横板、连接板竖板I和连接板竖板II组成开口朝下的U形结构并罩在钻杆仓总装上方；连接板竖板I与杆仓本体壁面II平行紧贴并固连；
[0023]所述连接板横板与连接板竖板I之间、连接板横板与连接板竖板II之间以及连接板竖板II与机械臂总装安装板之间均设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用井下全断面钻进的自动加杆钻机，其特征在于，包括行走机构(100)、设在行走机构(100)上的全倾角变幅装置(200)、设在全倾角变幅装置(200)上的给进机身(5)、设在给进机身(5)上的动力头(6)、自动加杆装置(300)和夹持器(7)；所述自动加杆装置(300)包括集成在钻机给进机身(5)上的：钻杆仓总装(1)、机械臂总装(2)、连接板(3)和支撑架(4)；所述钻杆仓总装(1)设在钻机给进机身(5)一侧，包括杆仓本体(11)、设在杆仓本体(11)内并能举升钻杆的举升机构(12)、设在杆仓本体(11)上端的钻杆挡板机构(13)以及接近开关传感器(14)；所述钻杆仓总装(1)内的钻杆摆放方向与主动钻杆(8)方向平行，钻杆仓总装(1)与连接板(3)相连，连接板(3)和支撑架(4)搭接，且支撑架(4)下端安装在钻机给进机身(5)上；所述机械臂总装(2)设在钻机给进机身(5)上方并位于动力头(6)和夹持器(7)之间，包括手爪机构(21)、与手爪机构(21)相连的伸缩机构(22)以及设在伸缩机构(22)侧壁的旋转机构(23)；所述伸缩机构(22)垂直于钻杆，伸缩机构(22)能带动手爪机构(21)平移至杆仓本体(11)抓取钻杆后复位；所述旋转机构(23)安装在支撑架(4)上，旋转机构(23)能驱动伸缩机构(22)旋转以将手爪机构(21)所抓钻杆送至动力头(6)和夹持器(7)之间并与主动钻杆(8)同轴对接。2.如权利要求1所述的适用井下全断面钻进的自动加杆钻机，其特征在于，所述杆仓本体(11)包括：平行相对的壁面I(111)和壁面II(112)、连接壁面I(111)和壁面II(112)下端的底板以及设在壁面I(111)和壁面II(112)两侧的两个可开闭的侧板(113)；所述壁面I(111)比壁面II(112)更靠近机械臂总装(2)，壁面I(111)的顶部高度低于壁面II(112)顶部高度，以便于机械臂总装(2)的伸缩机构(22)带动手爪机构(21)平移抓取钻杆，壁面I(111)和壁面II(112)上端中部设有顶部缺口，该顶部缺口以便于手爪机构(21)从杆仓本体(11)内抓取钻杆；所述侧板(113)与壁面II(112)铰接，侧板(113)与壁面I(111)之间设有闭锁件(114)，该侧板(113)能打开以向杆仓本体(11)内放置钻杆；所述底板设有贯通孔便于举升机构(12)穿过；所述举升机构(12)包括两组平行的竖向导向槽(121)、连在两组导向槽(121)之间并与导向槽(121)垂直的升降板组件(122)以及设在升降板组件(122)下端的举升油缸(123)；每组导向槽(121)包括两个开口相对且相互平行的U形导轨，且两个U形导轨分别安装在杆仓本体(11)内的壁面I(111)和壁面II(112)上；升降板组件(122)包括升降板、设在升降板两端的两个短轴以及套在短轴两端的两个轴套；所述轴套限位在U形导轨内，举升油缸(123)能驱动升降板组件(122)沿导向槽(121)竖向移动以举升升降板上的钻杆，举升油缸(123)下端伸出所述底板的贯通孔并固定在钻机给进机身(5)上。3.如权利要求2所述的适用井下全断面钻进的自动加杆钻机，其特征在于，所述钻杆挡板机构(13)有两个，两个钻杆挡板机构(13)均固定安装在所述壁面II(112)上端；钻杆挡板机构(13)包括水平的固定挡板(131)、竖向的钻杆挡片(132)以及连在固定挡板(131)和钻杆挡片(132)之间的双扭簧铰接件(133)；固定挡板(131)垂直安装在壁面II(112)上端且位于杆仓本体(11)内钻杆正上方，钻杆挡片(132)能在双扭簧铰接件(133)作用下挡在固定挡板(131)和壁面I(111)上端之间，以防止杆仓本体(11)内的钻杆掉落，当机械臂总装(2)水平抓取钻杆时，钻杆对钻杆挡片(132)施加水平力能使钻杆挡片(132)沿双扭簧铰接件
(133)旋转至打开以从杆仓本体(11)内取出钻杆；所述接近开关传感器(14)安装在固定挡板(131)上且贯穿固定挡板(131)，以感应钻杆是否被举升至待抓取点位。4.如权利要求2所述的适用井下全断面钻进的自动加杆钻机，其特征在于，所述手爪机构(21)包括上爪挡板(211)及其内壁的上卡瓦(212)、下爪挡板(213)及其内壁的下卡瓦(214)、设在上爪挡板(211)上的手爪油缸(215)以及设在上爪挡板(211)外侧壁的手爪耳座；所述上爪挡板(211)和下爪挡板(213)之间铰接，手爪油缸(215)的伸缩杆端部连接下爪挡板(213)，以控制下爪挡板(213)及下卡瓦(214)抓取钻杆；所述手爪机构(21)和伸缩机构(22)之间通过弹性浮动连接组件(24)相连，弹性浮动连接组件(24)包括连接板(241)、设在连接板两侧的滑动轴耳座(242)和连接耳座、装在滑动轴耳座(242)上的滑动轴以及套在滑动轴上的压缩弹簧(243)；所述滑动轴与动力头(6)上主动钻杆(8)相互平行；所述手爪耳座套装在滑动轴上，且手爪耳座和压缩弹簧(243)沿轴向依次设在滑动轴上；当动力头(6)和主动钻杆(8)回转前进上扣时，手爪机构(21)夹紧钻杆防止回转，同时能在弹性浮动连接组件(24)的压缩弹簧(243)作用下缓冲使待加钻杆丝扣螺距自适应回转速度与钻进速度，保护钻杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，姚宁平，姚亚峰，高鑫，田宏亮，梁春苗，韩健，范强，
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：