一种煤矿井下全断面扇形孔钻机用免拆自动加杆装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿液压钻机技术领域，涉及一种煤矿井下全断面扇形孔钻机用免拆自动加杆装置。


背景技术：

2.煤矿井下一个钻场需要完成众多矩形点阵孔和同一断面内众多扇形孔的钻进，从而达到钻场瓦斯的抽放效果。坑道钻机通常专门用于地下坑道的钻进，可以用于钻进瓦斯抽排放孔、注浆灭火孔、煤层注水孔、地质探查孔等相关工程用孔，广泛地应用于地质勘探、煤矿瓦斯开采、水力发电等行业。目前煤矿井下常规钻机钻杆加接大部分依靠人工，从钻机机架中部或者尾部进行加杆。其存在的问题是：1、需一名工人将钻杆送至机架中部或尾部，再由另外一名操作者操作动力头，将新加钻杆与原有钻杆丝扣拧紧，需多人配合完成，并且存在着危险性；2、操作者在加杆后所处位置离孔口较近，若此时出现返水返渣和喷孔等现象，工人健康受到影响，也易发生安全事故。
3.现有机械化加接或自动化加接钻杆，是采用机械手将钻杆送至相应位置进行加接。目前成功推广应用到钻机上所使用的加杆装置，能够实现0～90
°
的自动加接钻杆，适合巷道上下浜单边施工，并且采用电液比例控制，但是其缺点有以下几个方面：1、底抽巷全断面扇形0～ 360
°
多孔施工，需拆卸机架或加杆装置，工人操作难度和劳动强度大；2、需要精确的电液比例控制系统，对操作者要求高，后期维护困难；3、因结构复杂成本高，与当前主流配置常规钻机不匹配，市场推广阻力大。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型为了解决现有常规钻机钻杆的操作者在加杆时需要多人配合、人身健康和安全风险大，而现有机械式钻机需要电控、结构复杂、制造成本高的问题，提供一种煤矿井下全断面扇形孔钻机用免拆自动加杆装置，能够满足在全方位钻机上实现一次锚固、无需拆卸调整任何装置就能够进行0～360
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全断面扇形孔施工的要求。
5.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种煤矿井下全断面扇形孔钻机用免拆自动加杆装置，安装在钻机的安装座上并与机架位于同一侧，包括钻杆箱、机械臂和l型连接架，l型连接架具有构成l型的两个连接面，其中一个连接面上固定安装钻机的倾角回转转盘，另一个连接面上固定安装机架和钻杆箱；机械臂固定安装在钻杆箱上，钻杆箱底部开设加杆口，顶部开设出杆口，机械臂能够从钻杆箱夹持新加钻杆，并将其送入钻孔中心线上，使新加钻杆位于钻机的动力头处的主动钻杆和夹持器处的已有钻杆之间，且三杆共线；动力头旋转带动主动钻杆与新加钻杆的一端连接，再继续旋转推进使新加钻杆的另一端与夹持器处的已有钻杆连接，实现钻杆加接；倾角回转转盘0～360
°
转动时，机架与钻杆箱不发生相对运动，且钻杆箱底部加杆口始终朝一个方向。
7.进一步，钻杆箱包括钻杆仓、安装在钻杆仓上的钻杆提升机构和挡块机构；钻杆仓
用于存储钻杆，加杆口和出杆口分别设于钻杆仓的底部和顶部，钻杆提升机构将钻杆推入机械臂以便机械臂夹紧钻杆，挡块机构设于出杆口处，对钻杆进行限位，防止自由状态下的钻杆随意滚动。
8.进一步，钻杆仓的底部为开放式结构作为加杆口，主要由上限位垫板、前垫板、侧垫板和后垫板组成仓体，前垫板的顶部与上限位垫板之间存在间隙作为出杆口，后垫板内侧靠近加杆口处设有挡条；钻杆提升机构包括对应挡条设于后垫板上的滑轨、对应滑轨设于后垫板内侧的挡条上方的提升架、设于后垫板外侧且与提升架相连的连接杆、一端与连接杆滑动连接且另一端与后垫板外侧转动连接的支撑杠杆，以及缸体端通过油缸安装座与后垫板外侧相连且活塞端与支撑杠杆相连的提升油缸；提升架能够90
°
翻转，向后垫板翻转以收起提升架供钻杆通过，远离后垫板翻转以展开提升架来支撑钻杆。
9.进一步，挡块机构上设有凹槽，用于对出杆口处钻杆进行限位，限制其在提升油缸泄压时保持现有位置不变。
10.进一步，前垫板、侧垫板和后垫板上均设有可视窗口，前垫板上还设有门洞。
11.进一步，对应设置的挡条、滑轨和提升架设置有两组，两个提升架分别与连接杆的两端相连。
12.进一步，提升架采用扭簧旋控。
13.进一步，机械臂包括用于夹紧钻杆的夹持机构、与夹持机构相连用于将钻杆送入钻孔中心线上的推进机构，以及与推进机构相连用于支撑夹持机构和推进机构的支撑机构。
14.进一步，夹持机构包括后爪、与后爪转动连接的前爪、固定在后爪上的后卡瓦、固定在前爪上的前卡瓦、通过止口连接到后卡瓦上的浮动卡瓦、设于浮动卡瓦与后爪挡板之间的弹簧，以及活塞端通过销轴连接于前爪上、缸体端通过销轴连接于推进机构上的夹持油缸，后爪挡板与推进机构相连。
15.进一步，推进机构包括与夹持机构相连的推进架、固定在推进架上的滑动套、与滑动套滑动配合的圆柱导轨，以及推进油缸；圆柱导轨一端安装在连接架上，另一端安装在后连接板上，连接架固定在钻杆箱上；推进油缸的缸体端固定在后连接板上，活塞端通过销轴连接于后爪上；支撑机构包括与后连接板铰接的前支撑杆、后支撑杆及连接二者并调节支撑机构整体长度的旋转轴。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.1.本实用新型所公开的免拆自动加杆装置，通过机械臂、钻杆箱、l型连接架和动力头的配合，可以完成钻杆自动加杆，仅需一人就能完成钻孔施工。
18.2.本实用新型所公开的免拆自动加杆装置，运用在全方位钻机上时，装置与机架安装在同一安装座上并位于同一侧，因此钻机在施工扇形孔时不会出现干涉，可以实现一次锚固，完成倾角0～360
°
全范围施工。
19.3.本实用新型所公开的免拆自动加杆装置，倾角回转转盘0～360
°
转动时，机架与钻杆箱不发生相对运动，且钻杆箱底部加杆口始终朝一个方向，钻杆从钻杆箱底部加入，加入钻杆后，钻杆都不会滚出，因此可实现倾角0～360
°
添加钻杆。
20.4.本实用新型所公开的免拆自动加杆装置，整个控制系统为全液压控制，无需电控或者其他复杂控制系统。
21.5.本实用新型所公开的免拆自动加杆装置，结构简单，安装方式简单，整套加杆装置可与现有常规钻机集成，无需新增或改变其主体结构，可实现现有常规钻机升级改造为自动钻机。
22.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
23.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
24.图1为本实用新型在钻机上的安装示意图(在水平方位下)；
25.图2为本实用新型在钻机上的安装示意图(在一个大倾角方位下)；
26.图3为本实用新型钻杆箱和机械臂的结构示意图(主要示出前侧)；
27.图4为本实用新型钻杆箱和机械臂的结构示意图(主要示出后侧)；
28.图5为本实用新型提升架的结构示意图；
29.图6为本发明夹持机构的结构示意图；
30.图7为本发明推进机构和支撑机构的结构示意图。
31.附图标记：钻杆箱1、钻杆仓11、上限位垫板111、前垫板112、侧垫板113、后垫板114、挡条115、钻杆提升机构12、滑轨121、提升架122、连接杆123、支撑杠杆124、提升油缸 125、油缸安装座126、扭簧127、档块机构13、机械臂2、夹持机构21、前爪211、前卡瓦 212、后爪213、后卡瓦214、浮动卡瓦215、夹持油缸216、弹簧217、调整垫218、推进机构22、圆柱导轨221、推进油缸222、连接架223、推进架224、滑动套225、调整环226、后连接板227、支撑机构23、前支撑杆231、旋转轴232、后支撑杆233、l型连接架3、倾角回转转盘4、夹持器5、动力头6、钻杆7。
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
34.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
35.请参阅图1～图5，为一种煤矿井下全断面扇形孔钻机用免拆自动加杆装置，安装在钻机的安装座上并与机架位于同一侧，包括钻杆箱1、机械臂2和l型连接架3，l型连接架3具有构成l型的两个连接面，其中一个连接面上通过螺栓固定安装钻机的倾角回转转盘4，另一个连接面上通过螺栓固定安装机架和钻杆箱1。
36.具体来说，钻杆箱1包括钻杆仓11、安装在钻杆仓11上的钻杆提升机构12和挡块机构13。
37.钻杆仓11用于存储钻杆7。钻杆仓11的底部为开放式结构作为加杆口，主要由上限位垫板111、前垫板112、侧垫板113和后垫板114组成仓体，前垫板112的顶部与上限位垫板 111之间存在间隙作为出杆口，后垫板114内侧靠近加杆口处设有挡条115。
38.钻杆提升机构12将钻杆7推入机械臂2以便机械臂2夹紧钻杆7。钻杆提升机构12包括对应挡条115设于后垫板114上的滑轨121、对应滑轨121设于后垫板114内侧的挡条115 上方的提升架122、设于后垫板114外侧且与提升架122相连的连接杆123、一端与连接杆 123滑动连接且另一端与后垫板114外侧转动连接的支撑杠杆124，以及缸体端通过油缸安装座126与后垫板114外侧相连且活塞端与支撑杠杆124相连的提升油缸125；提升架122采用扭簧127旋控，能够90
°
翻转，向后垫板114翻转以收起提升架122供钻杆7通过，远离后垫板114翻转以展开提升架122来支撑钻杆7。采用杠杆原理，增加了提升油缸125有效推进行程，起到将钻杆7推入机械臂2夹持机构21中心的作用。
39.对应设置的挡条115、滑轨121和提升架122设置有两组，两个提升架122分别与连接杆123的两端相连。双滑轨121设计确保钻杆7平稳移动。
40.前垫板112、侧垫板113和后垫板114上均设有可视窗口，前垫板112上还设有门洞，便于操作者观察钻杆7情况。
41.挡块机构13有两组，设于出杆口处，固定在上限位垫板111上。挡块机构13上设有凹槽，用于对出杆口处钻杆7进行限位，限制其在提升油缸125泄压时保持现有位置不变，防止自由状态下的钻杆7随意滚动。
42.机械臂2包括用于夹紧钻杆7的夹持机构21、与夹持机构21相连用于将钻杆7送入钻孔中心线上的推进机构22，以及与推进机构22相连用于支撑夹持机构21和推进机构22的支撑机构23。
43.夹持机构21包括后爪213、通过销轴与后爪213转动连接的前爪211、通过螺栓安装在后爪213上的后卡瓦214、通过螺栓安装在前爪211上的前卡瓦212、通过止口连接到后卡瓦 214上的浮动卡瓦215、设于浮动卡瓦215与后爪挡板之间并设置调整垫218的三组弹簧217，以及夹持油缸216；前爪211和推进机构22的推进架224上安装有销轴安装座，分别通过销轴连接夹持油缸216的活塞端和缸体端。后爪挡板与推进架224相连。
44.夹持油缸216伸出带动前爪211转动，卡瓦夹紧；夹持油缸216缩回，卡瓦松开。通过更换不同规格的卡瓦，可以实现不同规格钻杆7的夹持。
45.推进机构22包括推进架224、固定在推进架224上的两组平行的滑动套225(每组滑
动套225有两个)、与每组滑动套225滑动配合的圆柱导轨221，以及推进油缸222；圆柱导轨 221一端安装在连接架223上，另一端安装在后连接板227上(该端的圆柱导轨221上设置有调整环226)，连接架223固定在钻杆仓11上；推进油缸222位于两圆柱导轨221之间，其缸体端通过螺栓安装在后连接板227上，活塞端通过销轴连接于后爪213上部。
46.卡瓦夹持钻杆7后，推进油缸222伸出，带动推进架224及卡瓦平移，推进油缸222完全伸出时，即钻杆7中心与钻孔中心线重合，其中心线位置可以通过圆柱导轨221与后连接板227之间的调整环226进行微调。
47.支撑机构23包括与后连接板227铰接的后支撑杆233、与钻杆仓11铰接的前支撑杆231，以及前支撑杆231与后支撑杆233之间螺纹连接的旋转轴232。旋转轴232采用正反丝连接，可以通过旋转旋转轴232来调节支撑机构23整体长度。
48.该装置的加杆原理：提升架122采用扭簧127旋控，提升油缸125收回时，提升架122 移至仓体底部，与钻杆仓11挡条115接触，扭簧127旋转，收起提升架122，此时钻杆7可从底部加杆口加入。提升油缸125伸出时，提升架122弹出，可推进钻杆7进入夹持机构21。接着，推进机构22将钻杆7送入钻孔中心线上，使新加钻杆7位于钻机的动力头6处的主动钻杆7和夹持器5处的已有钻杆7之间，且三杆共线；动力头6旋转带动主动钻杆7与新加钻杆7的一端连接，再继续旋转推进使新加钻杆7的另一端与夹持器5处的已有钻杆7连接，实现钻杆7加接。
49.倾角回转转盘4在0～360
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转动时，机架与钻杆箱1不发生相对运动，且钻杆仓11底部加杆口始终朝一个方向，钻杆仓11在任何方位下，加入钻杆7后，钻杆7都不会滚出。
50.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。