本发明涉及一种钻机钻杆箱，具体涉及一种螺旋式锚固钻机自动钻杆箱及其运行方法。
背景技术：
螺旋式锚固钻机是一种用于滑坡、城市基坑支护及隧道管棚支护的锚固设备。螺旋钻杆在使用时由多节短螺旋钻杆组装而成，在每次下钻、提钻时均需要人工进行组装操作；而在每一次拆卸钻杆时，需要由工人把夹紧支撑座放到固定钻杆芯轴，然后将组装后的螺旋钻杆拆卸为多节短螺旋钻杆，在拆卸完成后，再由人工移走此钻杆。
上述操作过程，主要存在以下不足：螺旋钻杆组装和拆卸过程繁琐，重复工序较多，浪费人力，从而导致施工效率底，且在操作中存在一定安全隐患。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种螺旋式锚固钻机自动钻杆箱及其运行方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种螺旋式锚固钻机自动钻杆箱，包括：钻进系统(1)、抓取机械手(2)和钻杆箱(3)；
所述钻杆箱(3)用于实现螺旋钻杆有序输出，并且回收拧卸下来的螺旋钻杆，包括底座(37)、箱体旋转轴(38)、挡板(39)、箱体(310)、链条(312)、链条驱动机构、v型料槽(313)和挡柱(314)；
所述箱体(310)的前端可拆卸安装所述挡板(39)；所述箱体(310)的下方安装所述底座(37)，并且，所述箱体(310)和所述底座(37)通过所述箱体旋转轴(38)可转动连接；所述箱体(310)的底部设置可沿轴向转动的链条(312)，所述链条(312)通过链条驱动机构旋转；在所述链条(312)上等间距固定布置若干个所述挡柱(314)，在相邻的两个挡柱(314)之间设置螺旋钻杆；在所述箱体(310)的前方下部设置所述v型料槽(313)，当所述挡板(39)打开，所述链条(312)正向转动时，最前面的螺旋钻杆由于脱离了挡柱(314)，会顺着箱体底板滑至所述v型料槽(313)中；所述箱体(310)的上面固定安装钻杆箱支架(311)；
所述抓取机械手(2)用于实现螺旋钻杆的自动上杆和自动下杆的功能，包括支架(21)、旋转电机(22)、减速器(23)、摆动轴(24)、伸缩油缸(25)和机械手(26)；所述支架(21)的布置数量为两个，安装于所述钻杆箱(3)前端的左右两侧，所述摆动轴(24)可转动安装于所述支架(21)上，所述旋转电机(22)通过所述减速器(23)和所述摆动轴(24)连接，所述旋转电机(22)通过所述减速器(23)驱动所述摆动轴(24)进行摆动动作；所述摆动轴(24)的下面通过所述伸缩油缸(25)固定安装所述机械手(26)，通过驱动所述伸缩油缸(25)，调整所述机械手(26)的高度；
所述钻进系统(1)用于完成螺旋钻杆的夹紧和拧卸功能，包括动力头(11)、液压卡盘(12)、冲扣夹持器(13)、夹持器(14)、滑道(15)和冲扣油缸(16)；所述滑道(15)安装于所述抓取机械手(2)的前面，所述滑道(15)的一侧可滑动安装所述动力头(11)，所述动力头(11)的前面安装所述液压卡盘(12)；所述滑道(15)的另一侧可滑动安装所述冲扣夹持器(13)和所述夹持器(14)；所述冲扣夹持器(13)和所述冲扣油缸(16)连接。
优选的，所述链条驱动机构包括电机(31)、下皮带轮(32)、皮带(33)、链轮(34)、驱动轴(35)和支座(36)；所述箱体(310)的底部左右两侧对称安装支座(36)；所述驱动轴(35)可转动安装于所述支座(36)上；所述驱动轴(35)上固定安装链轮(34)和与所述链轮(34)啮合的上皮带轮；所述电机(31)安装于所述底座(37)上，所述电机(31)的输出轴固定安装所述下皮带轮(32)；所述上皮带轮和所述下皮带轮(32)通过所述皮带(33)连接，所述电机(31)转动时，通过所述皮带(33)带动所述驱动轴(35)转动；所述驱动轴(35)上的链轮(34)和从动轴上的链轮通过所述链轮(34)连接，当所述驱动轴(35)转动时，带动所述链轮(34)转动。
优选的，所述机械手(26)包括左右对称布置的左机械爪和右机械爪；所述左机械爪和所述右机械爪均包括：左手指(61)、双边齿(62)、左摆动齿(63)、左小齿轮(64)、左端盖(65)、外壳(66)、油缸(67)、右手指(68)、右摆动齿(69)、右小齿轮(70)和右端盖(71)；
所述油缸(67)和所述双边齿(62)的一端联动，用于驱动所述双边齿(62)进行上升或下降运动；所述双边齿(62)的左侧齿与安装有左端盖(65)的所述左小齿轮(64)啮合，所述左小齿轮(64)与所述左摆动齿(63)啮合，所述左摆动齿(63)与所述左手指(61)的一端啮合；所述双边齿(62)的右侧齿与安装有右端盖(71)的所述右小齿轮(70)啮合，所述右小齿轮(70)与所述右摆动齿(69)啮合，所述右摆动齿(69)与所述右手指(68)的一端啮合，当所述油缸(67)驱动所述双边齿(62)向下运动时，带动所述左手指(61)和所述右手指(68)相向运动，进而夹紧物体；当所述油缸(67)驱动所述双边齿(62)向上运动时，带动所述左手指(61)和所述右手指(68)相背运动，进而松开物体。
本发明还提供一种基于螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的运行方法，包括以下步骤：
步骤1，钻杆箱自动送出钻杆，过程为：
打开挡板(39)，链条驱动机构驱动链条(312)旋转，链条(312)上均布着若干相同间距的挡柱(314)，相邻挡柱(314)之间设置螺旋钻杆，因此，链条(312)带动挡柱(314)运动，在挡柱(314)的带动下，钻杆箱里面的螺旋钻杆均前移一定间距，但处在最前面的螺旋钻杆由于脱离了挡柱，会顺着箱体底板滑至v型料槽(313)中，等待机械手的抓取；
步骤2，机械手自动上钻杆，过程为：
初始时，机械手(26)处在竖直位置，手指打开，机械手(26)在伸缩油缸(25)的驱动下移动到位，手指收缩夹紧螺旋钻杆；接着旋转电机(22)带动摆动轴(24)旋转，进而带动已夹紧螺旋钻杆的机械手旋转至与井口相对的位置，此时，动力头(11)沿滑道(15)前移，使动力头(11)前端的液压卡盘(12)夹紧螺旋钻杆，动力头(11)再前移，使螺旋钻杆前端伸入冲扣夹持器(13)中；然后手指打开，机械手(26)在伸缩油缸(25)的驱动下回收到位，接着旋转电机(22)带动摆动轴(24)旋转，整个机械手(26)旋转至最开始的位置，准备抓取下一根螺旋钻杆；
步骤3，钻进过程，过程为：
动力头(11)带着第一根螺旋钻杆持续钻进，直到第一根螺旋钻杆完全进入，此时，冲扣夹持器(13)夹紧第一根螺旋钻杆末端，液压卡盘(12)松开螺旋钻杆，动力头(11)回到原位；
重复步骤2的机械手自动上钻杆的过程，动力头(11)带着第二根螺旋钻杆旋转前移，与第一根螺旋钻杆末端螺纹连接上，冲扣夹持器(13)松开第一根螺旋钻杆末端，动力头(11)带着两根螺旋钻杆持续钻进，直到螺旋钻杆完全进入；
重复步骤1、步骤2和步骤3，实现多跟螺旋钻杆钻进；
步骤4，卸杆过程，过程为：
动力头(11)反向旋转带动螺旋钻杆旋出井口，后移到特定位置时，冲扣夹持器(13)夹紧出来螺旋钻杆的尾部，夹持器(14)夹紧与出来螺旋钻杆相连螺旋钻杆的头部；冲扣油缸(16)动作，将两根螺旋钻杆的螺纹冲开，然后冲扣夹持器(13)松开螺旋钻杆，动力头(11)继续反向旋转，将两根螺旋钻杆分离；
接着机械手(26)动作，旋转电机(22)带动摆动轴(24)旋转，整个机械手(26)旋转至与井口相对的位置，手指打开，机械手(26)在伸缩油缸(25)的驱动下移动到位，手指收缩夹紧螺旋钻杆；动力头(11)上的液压卡盘(12)松开螺旋钻杆并沿滑道(15)后移至最开始的位置；旋转电机(22)反向旋转带动摆动轴(24)旋转，整个机械手(26)旋转至钻杆箱上部，机械手(26)在伸缩油缸(25)的驱动下移动到位，手指松开，螺旋钻杆落到钻杆箱支架(311)上，并滑落至钻杆箱支架(311)尾部；机械手在伸缩油缸(25)的驱动下回收到位，旋转电机(22)带动摆动轴(24)旋转，整个机械手旋转到最开始竖直的位置，准备接下一根钻杆；
步骤5，连续卸杆过程，过程为：
动力头(11)沿滑道(15)前移，动力头(11)前端的液压卡盘(12)夹紧下一根螺旋钻杆，夹持器(14)松开螺旋钻杆，动力头(11)反向旋转带动螺旋钻杆旋出井口，重复步骤4的卸杆过程，即可完成连续卸杆的功能。
本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱及其运行方法具有以下优点：
螺旋式锚固钻机自动钻杆箱在动作时不需要人工干预，自动化程度高，大大解决了现场工人劳动强度大、钻进效率低以及施工危险性高的问题。
附图说明
图1为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的整体结构示意图。
图2为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的钻进系统结构示意图。
图3为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的抓取机械手结构示意图。
图4为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的机械手结构示意图。
图5为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的钻杆箱一种角度的结构示意图。
图6为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的钻杆箱另一种角度的结构示意图。
图7为本发明提供的螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的机械手抓取原理图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，本发明提供一种螺旋式锚固钻机自动钻杆箱，包括：钻进系统1、抓取机械手2和钻杆箱3。下面对这三个部分详细介绍：
(一)钻杆箱
钻杆箱3用于实现螺旋钻杆有序输出，并且回收拧卸下来的螺旋钻杆，包括底座37、箱体旋转轴38、挡板39、箱体310、链条312、链条驱动机构、v型料槽313和挡柱314；
箱体310的前端可拆卸安装挡板39；箱体310的下方安装底座37，并且，箱体310和底座37通过箱体旋转轴38可转动连接；箱体310的底部设置可沿轴向转动的链条312，链条312通过链条驱动机构旋转；在链条312上等间距固定布置若干个挡柱314，在相邻的两个挡柱314之间设置螺旋钻杆；在箱体310的前方下部设置v型料槽313，当挡板39打开，链条312正向转动时，最前面的螺旋钻杆由于脱离了挡柱314，会顺着箱体底板滑至v型料槽313中；箱体310的上面固定安装钻杆箱支架311；
其中，链条驱动机构包括电机31、下皮带轮32、皮带33、链轮34、驱动轴35和支座36；箱体310的底部左右两侧对称安装支座36；驱动轴35可转动安装于支座36上；驱动轴35上固定安装链轮34和与链轮34啮合的上皮带轮；电机31安装于底座37上，电机31的输出轴固定安装下皮带轮32；上皮带轮和下皮带轮32通过皮带33连接，电机31转动时，通过皮带33带动驱动轴35转动；驱动轴35上的链轮34和从动轴上的链轮通过链轮34连接，当驱动轴35转动时，带动链轮34转动。
(二)抓取机械手
抓取机械手2用于实现螺旋钻杆的自动上杆和自动下杆的功能，包括支架21、旋转电机22、减速器23、摆动轴24、伸缩油缸25和机械手26；支架21的布置数量为两个，安装于钻杆箱3前端的左右两侧，摆动轴24可转动安装于支架21上，旋转电机22通过减速器23和摆动轴24连接，旋转电机22通过减速器23驱动摆动轴24进行摆动动作；摆动轴24的下面通过伸缩油缸25固定安装机械手26，通过驱动伸缩油缸25，调整机械手26的高度；
其中，机械手26包括左右对称布置的左机械爪和右机械爪；左机械爪和右机械爪均包括：左手指61、双边齿62、左摆动齿63、左小齿轮64、左端盖65、外壳66、油缸67、右手指68、右摆动齿69、右小齿轮70和右端盖71；
油缸67和双边齿62的一端联动，用于驱动双边齿62进行上升或下降运动；双边齿62的左侧齿与安装有左端盖65的左小齿轮64啮合，左小齿轮64与左摆动齿63啮合，左摆动齿63与左手指61的一端啮合；双边齿62的右侧齿与安装有右端盖71的右小齿轮70啮合，右小齿轮70与右摆动齿69啮合，右摆动齿69与右手指68的一端啮合，当油缸67驱动双边齿62向下运动时，带动左手指61和右手指68相向运动，进而夹紧物体；当油缸67驱动双边齿62向上运动时，带动左手指61和右手指68相背运动，进而松开物体。
(三)钻进系统
钻进系统1用于完成螺旋钻杆的夹紧和拧卸功能，包括动力头11、液压卡盘12、冲扣夹持器13、夹持器14、滑道15和冲扣油缸16；滑道15安装于抓取机械手2的前面，滑道15的一侧可滑动安装动力头11，动力头11的前面安装液压卡盘12；滑道15的另一侧可滑动安装冲扣夹持器13和夹持器14；冲扣夹持器13和冲扣油缸16连接。
本发明还提供一种基于螺旋式锚固钻机自动钻杆箱的运行方法，包括以下步骤：
步骤1，钻杆箱自动送出钻杆，过程为：
打开挡板39，链条驱动机构驱动链条312旋转，链条312上均布着若干相同间距的挡柱314，相邻挡柱314之间设置螺旋钻杆，因此，链条312带动挡柱314运动，在挡柱314的带动下，钻杆箱里面的螺旋钻杆均前移一定间距，但处在最前面的螺旋钻杆由于脱离了挡柱，会顺着箱体底板滑至v型料槽313中，等待机械手的抓取；
步骤2，机械手自动上钻杆，过程为：
初始时，机械手26处在竖直位置，手指打开，机械手26在伸缩油缸25的驱动下移动到位，手指收缩夹紧螺旋钻杆；接着旋转电机22带动摆动轴24旋转，进而带动已夹紧螺旋钻杆的机械手旋转至与井口相对的位置，此时，动力头11沿滑道15前移，使动力头11前端的液压卡盘12夹紧螺旋钻杆，动力头11再前移，使螺旋钻杆前端伸入冲扣夹持器13中；然后手指打开，机械手26在伸缩油缸25的驱动下回收到位，接着旋转电机22带动摆动轴24旋转，整个机械手26旋转至最开始的位置，准备抓取下一根螺旋钻杆；
步骤3，钻进过程，过程为：
动力头11带着第一根螺旋钻杆持续钻进，直到第一根螺旋钻杆完全进入，此时，冲扣夹持器13夹紧第一根螺旋钻杆末端，液压卡盘12松开螺旋钻杆，动力头11回到原位；
重复步骤2的机械手自动上钻杆的过程，动力头11带着第二根螺旋钻杆旋转前移，与第一根螺旋钻杆末端螺纹连接上，冲扣夹持器13松开第一根螺旋钻杆末端，动力头11带着两根螺旋钻杆持续钻进，直到螺旋钻杆完全进入；
重复步骤1、步骤2和步骤3，实现多跟螺旋钻杆钻进；
步骤4，卸杆过程，过程为：
动力头11反向旋转带动螺旋钻杆旋出井口，后移到特定位置时，冲扣夹持器13夹紧出来螺旋钻杆的尾部，夹持器14夹紧与出来螺旋钻杆相连螺旋钻杆的头部；冲扣油缸16动作，将两根螺旋钻杆的螺纹冲开，然后冲扣夹持器13松开螺旋钻杆，动力头11继续反向旋转，将两根螺旋钻杆分离；
接着机械手26动作，旋转电机22带动摆动轴24旋转，整个机械手26旋转至与井口相对的位置，手指打开，机械手26在伸缩油缸25的驱动下移动到位，手指收缩夹紧螺旋钻杆；动力头11上的液压卡盘12松开螺旋钻杆并沿滑道15后移至最开始的位置；旋转电机22反向旋转带动摆动轴24旋转，整个机械手26旋转至钻杆箱上部，机械手26在伸缩油缸25的驱动下移动到位，手指松开，螺旋钻杆落到钻杆箱支架311上，并滑落至钻杆箱支架311尾部；机械手在伸缩油缸25的驱动下回收到位，旋转电机22带动摆动轴24旋转，整个机械手旋转到最开始竖直的位置，准备接下一根钻杆；
步骤5，连续卸杆过程，过程为：
动力头11沿滑道15前移，动力头11前端的液压卡盘12夹紧下一根螺旋钻杆，夹持器14松开螺旋钻杆，动力头11反向旋转带动螺旋钻杆旋出井口，重复步骤4的卸杆过程，即可完成连续卸杆的功能。
本发明具有以下几个方面的优点：
1、钻杆箱两侧的侧板可以沿着钻杆摆放的方向进行前后调整，确保不同长度钻杆都可以被自动上料；自动上料采用链条输送，不存在钻杆卡死的情况。
2、动力头与钻杆链接的位置改为液压卡盘的形式，大大简化了操作流程，缩短了操作时间，提高了工作效率。
3、钻杆箱自动上料、机械手抓取钻杆与动力头钻进的动作可以同时进行，这样在连续钻进时，可以减少钻杆安装的等待时间，也能节约部分操作时间。
4、整套装置运行不需要人工干预，自动化程度高，大大解决了现场工人劳动强度大、钻进效率低的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。