一种自动化钻杆装卸机及电液控制方法与流程

1.本发明属于钻进技术与设备技术领域，具体涉及一种自动化钻杆装卸机及电液控制方法。


背景技术：

2.现有钻进技术与装备进行钻孔施工时大部分仍以手动操作为主，需要依靠人工进行各种钻进参数调节，对司钻人员专业依赖性较强，频繁的装卸钻杆过程导致劳动强度大，存在一定的安全隐患。而部分自动化钻探装备在施工中其装卸钻杆工序虽已实现自动化，但是钻杆仓钻杆容量有限，一个施工周期内无法实现所有钻杆连续自动装卸，煤矿井下钻孔的孔深往往从几十米到几百米深不等，在狭窄巷道空间内、运输吊装不具备条件的情况下，补充后续大量的钻杆受到井下钻场布置及工序流程限制，钻杆从钻场到钻杆仓多采用机械化吊装实现多次转运，尽管实现了部分装卸钻杆工序的自动化，仍然需要人工辅助完成，无法实现一定钻孔深度内的钻杆连续自动化装卸施工需要。
3.现有技术存在的缺点：
4.1、人工频繁的装卸钻杆过程导致劳动强度大，存在一定的安全隐患。
5.2、部分自动化钻探装备在施工中其装卸钻杆工序虽已实现自动化，但是钻杆仓钻杆容量有限，一个施工周期内无法实现所有钻杆连续自动装卸。
6.3、部分装卸钻杆工序的自动化，仍然需要人工辅助完成，无法实现一定钻孔深度内的钻杆连续自动化装卸施工需要。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种自动化钻杆装卸机，可以实现装卸钻杆工序自动化和钻杆连续自动装卸的效果。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
9.一种自动化钻杆装卸机，包括：
10.液压系统、机械臂系统、辅助系统和电源装置；
11.所述液压系统包括供油端和回油端，所述供油端分别与所述机械臂系统、辅助系统连接，所述回油端分别与所述机械臂系统、辅助系统连接；
12.所述机械臂系统包括机械臂组件和第一控制阀，所述第一控制阀设于所述液压系统与所述机械臂组件的连接处；
13.所述辅助系统包括龙门架、机械臂移动旋转组件、钻杆位置移动组件、钻杆位置固定组件和第二控制阀，所述机械臂移动旋转组件与所述机械臂系统连接，所述钻杆位置移动组件、钻杆位置固定组件设于所述龙门架；
14.所述第二控制阀设于所述液压系统与所述机械臂移动旋转组件、钻杆位置移动组件、钻杆位置固定组件的连接处；
15.所述电源装置与所述第一控制阀、第二控制阀电性连接。
16.优选的，所述液压系统还包括液压泵、油箱、供油管路、回油管路和连通管路，所述供油管路、回油管路与所述油箱相通，所述连通管路分别与所述供油管路、回油管路相通，所述液压泵设于所述供油管路，所述供油端设于所述供油管路，所述回油端设于所述回油管路，所述连通管路上设有油路压力控制阀。
17.优选的，所述液压泵的动力输入端设有防爆电机，所述油路压力控制阀包括泄压球阀和溢流阀，所述连通管路的数量为两个，所述泄压球阀和溢流阀分别设于任一所述的连通管路。
18.优选的，所述回油管路上设有油路过滤器，所述油箱是设有空气过滤器、温度计和放油球阀。
19.优选的，所述机械臂组件包括机械臂摆动油缸、机械手爪开合油缸和机械手腕摆动缸和机械手爪转动摆动缸，所述第一控制阀为防爆比例换向阀。
20.优选的，所述机械臂移动旋转组件包括机械臂底座摆动缸，所述钻杆位置移动组件包括钻杆移栽马达、钻杆调整马达和钻杆提升油缸，所述钻杆位置固定组件包括钻杆抱夹油缸和钻杆定位油缸；
21.所述第二控制阀包括防爆比例换向阀和防爆电磁换向阀，所述防爆比例换向阀分别与所述机械臂底座摆动缸、钻杆移栽马达连接，所述防爆电磁换向阀分别与所述钻杆调整马达、钻杆提升油缸、钻杆抱夹油缸和钻杆定位油缸连接。
22.优选的，所述防爆比例换向阀与所述钻杆移栽马达的连接处设有缓冲阀，所述防爆电磁换向阀与所述钻杆调整马达的连接处设有缓冲阀和调速阀，所述防爆电磁换向阀与所述钻杆提升油缸的连接处设有平衡阀和调速阀，所述防爆电磁换向阀与所述钻杆抱夹油缸的连接处设有液控单向阀和调速阀，所述防爆电磁换向阀与所述钻杆定位油缸的连接处设有液控单向阀和调速阀。
23.优选的，所述第二控制阀还包括防爆电磁球阀，所述防爆电磁球阀与所述钻杆移栽马达连接。
24.优选的，所述钻杆移栽马达与所述钻杆调整马达之间设有相连通的油路管。
25.本技术还包括一种自动化钻杆装卸机的电液控制方法，基于上述的自动化钻杆装卸机，包括以下步骤：
26.s1、龙门架移至料仓区，通过液压系统控制钻杆位置固定组件夹持钻杆件并移至中转平台；
27.s2、机械臂组件移至中转平台抓取钻杆件并移至钻杆料框；
28.s3、将钻杆件设为姿态推合并打开状态；
29.s4、龙门架通过钻杆移栽马达移至钻杆料框区，钻杆位置移动组件和钻杆位置固定组件夹持预安装钻杆件至安装位安装；
30.s5、机械臂组件移至预取出钻杆件区域，抓取预取出钻杆件，并移至钻杆料框。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果包括有：
32.本方案针对现有的部分自动化钻探装备在施工中无法实现多个钻杆连续自动装卸，以及仍然需要人工辅助完成问题，从设计上采用电液传动的结构，满足在空间狭窄的条件下对执行机构紧凑的要求，同时可以连续实现钻杆的安装和拆卸的自动化的需求。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明的液压系统的示意图。
35.图2为本发明的机械臂系统的示意图。
36.图3为本发明的辅助系统的示意图。
37.图4为本发明的电液控制方法的示意图。
38.其中：
39.1-液压泵，2-油箱，3-供油管路，4-回油管路，5-连通管路，6-泄压球阀，7-溢流阀，8-油路过滤器，9-空气过滤器，10-温度计，11-放油球阀，12-防爆电机，13-机械臂摆动油缸，14-机械手爪开合油缸，15-机械手腕摆动缸，16-机械手爪转动摆动缸,17-第一控制阀，18-机械臂底座摆动缸，19-钻杆移栽马达，20-钻杆调整马达，21-钻杆提升油缸，22-钻杆抱夹油缸，23-钻杆定位油缸，24-防爆比例换向阀,25-防爆电磁换向阀,26-缓冲阀,27-调速阀,28-平衡阀,29-液控单向阀,30-防爆电磁球阀。
具体实施方式
40.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
41.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
42.实施例：
43.如图1-3所示，本实施例中提供一种自动化钻杆装卸机，包括：
44.液压系统、机械臂系统、辅助系统和电源装置；
45.液压系统包括供油端和回油端，供油端分别与机械臂系统、辅助系统连接，回油端分别与机械臂系统、辅助系统连接；
46.机械臂系统包括机械臂组件和第一控制阀17，第一控制阀17设于液压系统与机械臂组件的连接处；
47.辅助系统包括龙门架、机械臂移动旋转组件、钻杆位置移动组件、钻杆位置固定组件和第二控制阀，机械臂移动旋转组件与机械臂系统连接，钻杆位置移动组件、钻杆位置固定组件设于龙门架；
48.第二控制阀设于液压系统与机械臂移动旋转组件、钻杆位置移动组件、钻杆位置固定组件的连接处；
49.电源装置与第一控制阀17、第二控制阀电性连接。
50.本方案针对现有的部分自动化钻探装备在施工中无法实现多个钻杆连续自动装卸，以及仍然需要人工辅助完成问题，从设计上采用电液传动的结构，满足在空间狭窄的条件下对执行机构紧凑的要求，同时可以连续实现钻杆的安装和拆卸的自动化的需求。
51.在本实施例中，液压系统的具体结构如下：
52.液压系统还包括液压泵1、油箱2、供油管路3、回油管路4和连通管路5，供油管路3、回油管路4与油箱2相通，连通管路5分别与供油管路3、回油管路4相通，液压泵1设于供油管路3，供油端设于供油管路3，回油端设于回油管路4，连通管路5上设有油路压力控制阀。
53.具体的，液压泵1的动力输入端设有防爆电机12，油路压力控制阀包括泄压球阀6和溢流阀7，连通管路5的数量为两个，泄压球阀6和溢流阀7分别设于任一的连通管路5。
54.具体的，回油管路4上设有油路过滤器8，油箱2是设有空气过滤器9、温度计10和放油球阀11。
55.液压系统为整个实施例提供油液，防爆电机12带动液压泵1转动从油箱2向液压系统的供油管路3的p1、p2油口供油，泄压球阀6为系统卸荷，溢流阀7为限制系统最高压力，油液从回油管路4的t1、t2口回油箱2经过过滤器过滤后留回油箱2。温度计10用于监控回油箱2内的温度，放油球阀11用于调整油箱2内的油量。
56.在本实施例中，机械臂组件具有摆动、机械手爪开合、机械手腕摆动以及机械手爪转动的效果，为了实现上述效果，具体的，机械臂组件包括机械臂摆动油缸13、机械手爪开合油缸14和机械手腕摆动缸15和机械手爪转动摆动缸16，第一控制阀17为防爆比例换向阀24，机械臂摆动油缸13分为机械臂大臂摆动油缸和机械臂小臂摆动油缸。
57.液压油主要从p1口进入，采用防爆比例换向阀24作为第一控制阀17，输入相对应比例信号控制阀芯开度来控制通过的液压油流量进而控制机械臂大臂摆动油缸、机械臂小臂摆动油缸、机械手爪开合油缸14的活塞杆行程以及机械手腕摆动缸15、机械手爪转动摆动缸16的转动角度，实现机械臂组件在指定地点精准抓取放置钻杆件。
58.在本实施例中，机械臂移动旋转组件包括机械臂底座摆动缸18，钻杆位置移动组件包括钻杆移栽马达19、钻杆调整马达20和钻杆提升油缸21，钻杆位置固定组件包括钻杆抱夹油缸22和钻杆定位油缸23；
59.第二控制阀包括防爆比例换向阀24和防爆电磁换向阀25，防爆比例换向阀24分别与机械臂底座摆动缸18、钻杆移栽马达19连接，防爆电磁换向阀25分别与钻杆调整马达20、钻杆提升油缸21、钻杆抱夹油缸22和钻杆定位油缸23连接。
60.具体的，防爆比例换向阀24与钻杆移栽马达19的连接处设有缓冲阀26，防爆电磁换向阀25与钻杆调整马达20的连接处设有缓冲阀26和调速阀27，防爆电磁换向阀25与钻杆提升油缸21的连接处设有平衡阀28和调速阀27，防爆电磁换向阀25与钻杆抱夹油缸22的连接处设有液控单向阀29和调速阀27，防爆电磁换向阀25与钻杆定位油缸23的连接处设有液控单向阀29和调速阀27。
61.具体的，第二控制阀还包括防爆电磁球阀30，防爆电磁球阀30与钻杆移栽马达19连接。
62.具体的，钻杆移栽马达19与钻杆调整马达20之间设有相连通的油路管。
63.以上的辅助系统的工作原理如下：
64.液压油主要从p2口进入，从t2口流出。机械臂底座摆动缸18控制机械臂组件的整
体旋转，完成机械臂组件旋转取钻杆件和放钻杆件的过程。其旋转角度主要由第二控制阀的防爆比例换向阀24的阀芯位移实现控制。
65.龙门架的移动通过钻杆移栽马达19以旋转的方式实现，龙门架带动钻杆件移动的位置要求准确且惯性大，为了防止钻杆移栽马达19的内部的内泄情况，为了使龙门架能移动到指定位置，钻杆移栽马达19具有刹车结构，由第二控制阀的防爆电磁球阀30的得失电实现刹车的启闭，且在钻杆移栽马达19的油路回路中配置缓冲阀26，防止急刹造成钻杆移栽马达19进油出油端压差过大的问题。为增加钻杆移栽马达19启动和停止的流畅性，其第二控制阀采用防爆比例换向阀24，在到达位置之前通过控制防爆比例换向阀24的阀芯位移实现提前减速。
66.钻杆调整马达20将钻杆件移动到机械臂组件适合抓取的位置，其控制主要由防爆电磁换向阀25实现。
67.龙门架内的钻杆件的提升靠钻杆提升缸油缸带动上升，其主要依靠防爆电磁换向阀25得失电控制钻杆提升缸油缸的上升和下降，平衡阀28为保护钻杆提升缸油缸在防爆电磁换向阀25不得电时保证油缸不快速下坠，起安全作用。
68.调速阀27通过控制开度用于控制钻杆提升缸油缸提升及下降的速度快慢。对于钻杆抱夹油缸22、钻杆定位油缸23主要作用为龙门架夹紧钻杆件和钻杆件放置位置调整。其主要依靠防爆电磁换向阀25得失电控制钻杆抱夹油缸22的伸出或缩回，调速阀27负责控制钻杆抱夹油缸22的伸缩速度，液控单向阀29负责锁定钻杆定位油缸23的位置，当防爆电磁换向阀25不得电，则钻杆定位油缸23锁定不动作。
69.综上所述，本实施例对传统的钻杆装卸机进行改进与发明，由于该自动化钻杆装卸机需要在煤矿井下使用，需要较高的防爆等级；具备大料仓，重载龙门架和机械臂，传功功率高，而动力系统传动功率高；煤矿井下空间狭窄，传动机构体积需要较小。为了解决上述问题，采用电液传动的控制方式，利用油缸与马达的结构作为各运动机构执行元件，液压系统作为动力源。所有涉及电液控制液压阀皆采用煤安认证防爆阀。采用防爆比例换向阀24控制自动化钻杆装卸机的机械臂组件，提升控制精度。搭配平衡阀28保护钻杆提升油缸21，防止钻杆件下坠。钻杆移栽马达19带有刹车且为防爆比例换向阀24控制，实现平稳定点移动。
70.本技术还包括一种自动化钻杆装卸机的电液控制方法，基于上述的自动化钻杆装卸机，如图4所示，包括以下步骤：
71.s1、龙门架移至料仓区，通过液压系统控制钻杆位置固定组件夹持钻杆件并移至中转平台，具体的钻杆抱夹油缸22作用用于夹持钻杆件的钻杆抱夹组件下降并夹持后再上升，在中转平台初，钻杆抱夹组件下降后张开解除抱夹状态，再上升；
72.s2、中转平台旋转，机械臂组件移至中转平台抓取钻杆件并移至钻杆料框；
73.s3、将钻杆件设为姿态推合并打开状态；
74.s4、防爆电磁球阀30通电后，龙门架通过钻杆移栽马达19正向运动，移至钻杆料框区，钻杆位置移动组件和钻杆位置固定组件夹持预安装钻杆件至安装位安装，具体的：调速阀27和防爆电磁换向阀25得电，钻杆提升缸油缸缩回，钻杆抱夹油缸22伸出进行抱夹，钻杆提升缸油缸再伸出，此时钻杆移栽马达19反向运动，钻杆提升缸油缸缩回，钻杆抱夹油缸22缩回，钻杆提升缸油缸伸出，此时钻杆移栽马达19正向运动，钻杆调整马达20正向转动输送
钻杆件至预取出钻杆件区域；
75.s5、机械臂组件移至预取出钻杆件区域，抓取预取出钻杆件，并移至钻杆料框，具体的，机械手爪开合油缸14伸出抓取钻杆件，在钻杆料框后，机械手爪开合油缸14释放钻杆件，钻杆定位油缸23作用钻杆件至钻杆料框并对位置进行调整，等待钻杆件取出。
76.与现有技术相比，本发明的有益效果包括有：
77.本方案针对现有的部分自动化钻探装备在施工中无法实现多个钻杆连续自动装卸，以及仍然需要人工辅助完成问题，从设计上采用电液传动的结构，满足在空间狭窄的条件下对执行机构紧凑的要求，同时可以连续实现钻杆的安装和拆卸的自动化的需求。
78.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。