一種井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫的製作方法

2023-09-20 09:33:25 1

本發明涉及一種井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫，屬於機械領域。

背景技術：

煤層氣屬於自生自儲式的非常規天然氣，開發煤層氣對緩解能源的供需矛盾、實施可持續發展戰略具有十分重要的意義。煤層氣的大規模開發帶動了煤層氣開採設備需求量的增加，作為煤層氣開採的關鍵裝備——瓦斯鑽機，我國的研製還比較落後，自動裝卸鑽杆庫作為井下瓦斯鑽機的配套裝置，其鑽杆存放容量和自動化程度從一定程度上限制了鑽機的鑽孔深度和工作效率。基於我國勞動力較為廉價的現狀，井下設備自動化程度發展緩慢，鑽杆的存取很大程度上依賴於人力，勞動強度大，工作效率低，危險係數高，特別是在高位鑽孔和向上傾斜鑽孔過程中，人工裝卸鑽杆特別困難，工人在操作過程中可能因為一時的疏忽釀成重大施工傷亡事故。因此，設計出一種效率高、安全性好的自動裝卸鑽杆裝置就顯得尤為重要。尤其是在一些惡劣的工作環境下的鑽進更需要一種能夠實現鑽杆自動裝卸存取的裝置，以實現鑽探的自動化及遠程控制。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種結構簡單、鑽杆容量大、實用方便、可實現鑽杆自動存取的井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫。

本發明提供了一種井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫，包括機架、鑽杆存放機構、抓取機構、驅動機構和裝卸機構，所述機架包括支撐橫梁，鑽杆存放機構放置在機架上，在鑽杆存放機放機構一側設有水平支撐臂和豎直支撐臂，二者通過豎直支撐臂內部的滾珠絲槓副和燕尾形導軌連接，並垂直設置；

所述鑽杆存放機構為方形箱體，鑽杆平行排列在箱體中；

所述抓取機構包括滾珠絲槓、絲槓螺母、步進電機、聯軸器、三爪卡盤、v型塊、螺栓；所述滾珠絲槓和絲槓螺母設在水平支撐臂上，所述步進電機通過聯軸器和滾珠絲槓連接，絲槓螺母上焊接有三爪卡盤，三爪卡盤沿水平支撐臂移動來運送鑽杆，三爪卡盤通過水平支撐臂上的絲槓螺母帶動其移動；所述v型塊通過螺栓固定在水平支撐臂前端，v型塊支撐三爪卡盤抓取鑽杆；所述抓取機構設在箱體中鑽杆的平行側；

所述驅動機構設在抓取機構的下方，通過驅動機構控制抓取機構移動或定位；驅動機構包括防爆步進電機、聯軸器、帶輪a、帶輪b、同步帶、齒輪、窄平軌道、v型滑道、行走齒條、圓柱滾子軸承、v型槽輪、側板和蓋板，所述側板由螺釘連接在四根圓柱橫梁的兩端；所述圓柱滾子軸承和v型槽輪通過軸固定在側板上，分別在窄平軌道和v型滑道上滑動；v型滑道的另一面加工有行走齒條；所述步進電機固定於兩側板中間的支撐板上，步進電機通過聯軸器與帶輪a相連，帶輪a通過同步帶帶動由軸固定在側板上的帶輪b運動，與帶輪b同軸的齒輪在行走齒條上旋轉運動，齒輪與行走齒條相互嚙合實現同步傳動，驅動機構驅動抓取機構和裝卸機構準確運動到預定位置；

豎直支撐臂通過螺栓固定在驅動機構的蓋板上，豎直支撐臂由步進電機控制，帶動水平支撐臂升降動作；

所述裝卸機構安裝在驅動機構上方，位於抓取機構與存放機構之間；裝卸機構包括絲槓、手爪、基座、圓錐滾子軸承、推力球軸承、絲槓螺母副、液壓缸a、液壓缸b、螺釘、凸緣聯軸器、絲槓螺母定位套、螺栓、手臂底板a、手臂底板b、手臂側板、液壓缸連接板、直線導向單元和步進電機；所述絲槓兩端通過圓錐滾子軸承和推力球軸承固定，所述基座固定在驅動機構上方，步進電機通過螺栓固定在基座上並通過凸緣聯軸器和滾珠絲槓連接，絲槓螺母副外部連接有絲槓螺母定位套；所述手臂底板a、手臂底板b與絲槓垂直設置，手臂底板a和手臂側板焊接在一起，手臂底板b通過螺栓和手臂側板固定，所述液壓缸a的後部法蘭通過螺栓連接固定在手臂側板上，前部通過螺釘與直線導向單元連接；所述直線導向單元包括導向塊、導向杆和活塞杆連接板，導向塊通過螺釘固定在液壓缸a的前缸蓋上，導向塊兩側邊分別固定在手臂底板a和手臂底板b上，導向杆位於導向塊兩側的通孔內，一端通過螺釘固定在活塞杆連接板上；所述絲槓螺母副通過螺栓分別固定手臂底板a和手臂底板b；所述液壓缸b與手爪鉸接，並通過螺栓固定在液壓缸a活塞杆一端的液壓缸連接板上；

裝卸機構跟隨抓取機構一起運動，通過液壓機械手爪實現鑽杆在抓取機構和鑽機的旋轉單元之間移動。

上述的井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫中，所述箱體內鑽杆平行放置，一排存放10根鑽杆，共10排，容量為100根鑽杆；所述鑽杆放置在v型支撐架上。

進一步地，所述抓取機構的滾珠絲槓通過深溝球軸承固定在水平支撐梁上。

進一步地，所述驅動機構的兩側板中間的支撐板上設有防爆步進電機作為動力，採用齒輪和行走齒條進行傳動，齒條通過螺栓固定在機架上作為驅動機構的導軌，承載力大，傳動精度高，安全性高。

本發明的有益效果：

（1）所述井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫的鑽杆存放機構參照立體倉庫採用箱體式結構設計，鑽杆水平放置，具有容量較大，佔用空間小等優點，適合巷道狹窄的工作環境。

（2）所述井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫的鑽杆存放機構和驅動機構通過螺栓固定在底座的螺孔調節板上，抓取機構和裝卸機構通過螺栓連接固定在驅動機構上，具有拆裝方便，便於運輸和安裝調整。

（3）所述井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫的鑽杆抓取機構的水平支撐梁上固定有v型塊作為鑽杆在水平支撐梁上的支撐，通過調節v型塊開合實現水平支撐梁鑽杆支撐與鑽杆存放機構的對中，操作簡單，從而適應不同尺寸的鑽杆。

（4）所述井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫的抓取機構和裝卸機構的機械手臂自由度少，控制系統簡單，製造成本低。

（5）所述井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫實現了鑽杆的自動取出與自動存入，不僅減輕工人的勞動強度，大大提高鑽探作業的效率，而且使工人遠離危險作業區，確保工人的人身安全，提高井下鑽機的使用性能和工作效率。

附圖說明

圖1為本發明井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫的結構示意圖；

圖2為圖1中沿a-a線的剖視圖；

圖3為圖1中存放機構的b向示意圖；

圖4為圖1的抓取機構的c向示意圖；

圖5為本發明的驅動機構的結構示意圖；

圖6為圖5的左視圖；

圖7為圖5的俯視圖；

圖8為本發明的裝卸機構的結構示意圖（圖1中的右視）；

圖9為直線導向單元結構圖。

圖10為圖9的右視圖。

圖中，1為箱體，2為v型支撐架，3為絲槓a，4為手爪，5為三爪卡盤，6為滾珠絲槓副，7為水平支撐臂，8為豎直支撐臂，9為v型塊，10為圓錐滾子軸承，11為普通平鍵，12為gys型聯軸器，13為步進電機a，14為圓柱滾子軸承，15為圓柱橫梁，16為v型槽輪，17為v型滑道，18為側板，19為齒輪，20為方形橫梁，21為窄平軌道，22為帶輪a，23為帶輪b，24為步進電機b，25為同步帶，26為支承板，27為基座，28為絲槓螺母，29為凸緣聯軸器a，30為步進電機c，31為步進電機d，32為凸緣聯軸器b，33為推力球軸承，34為絲槓螺母定位套，35為手臂底板a，36為手臂側板，37為液壓缸a，38為手臂底板b，39為絲槓螺母副，40為直線導向單元，401為導向杆，402為導向塊，403為活塞杆連接板，41為液壓缸連接板，42為液壓缸b。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限於以下實施例。

實施例1：

如圖1~10所示，一種井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫，包括機架、鑽杆存放機構、抓取機構、驅動機構和裝卸機構，所述機架包括支撐橫梁，鑽杆存放機構放置在機架上，在鑽杆存放機構一側設有水平支撐臂7和豎直支撐臂8，二者通過豎直支撐臂8內部的滾珠絲槓副6和燕尾形導軌連接，並垂直設置；

所述鑽杆存放機構為方形箱體1，鑽杆平行排列在箱體1中，鑽杆整齊放置在v型支撐架2上；

所述抓取機構包括滾珠絲槓、絲槓螺母28、步進電機c30、聯軸器、三爪卡盤5、v型塊9、螺栓；所述滾珠絲槓和絲槓螺母28設在水平支撐臂7上，所述步進電機c30通過凸緣聯軸器a29和滾珠絲槓連接，絲槓螺母28上焊接有三爪卡盤5，三爪卡盤5沿水平支撐臂7移動來運送鑽杆，三爪卡盤5通過水平支撐臂7上的絲槓螺母28帶動其移動；所述v型塊9通過螺栓固定在水平支撐臂7前端，v型塊9支撐三爪卡盤抓取鑽杆；所述抓取機構設在箱體中鑽杆的平行側；

所述驅動機構設在抓取機構的下方，通過驅動機構控制抓取機構移動或定位；驅動機構包括防爆步進電機、聯軸器、帶輪a、帶輪b、同步帶、齒輪、窄平軌道、v型滑道、圓柱滾子軸承、v型槽輪、側板和蓋板，所述側板18由螺釘連接在四根圓柱橫梁15的兩端；所述圓柱滾子軸承14和v型槽輪16通過軸固定在側板18上，分別在窄平軌道21和v型滑道17上滑動；步進電機b24固定於兩側板中間的支撐板上，步進電機b24通過聯軸器與帶輪a22相連，帶輪a22通過同步帶25帶動由軸固定在側板上的帶輪b23運動，與帶輪b23同軸的齒輪19在行走齒條上旋轉運動，齒輪19與行走齒條相互嚙合實現同步傳動，驅動機構驅動抓取機構和裝卸機構準確運動到預定位置；

豎直支撐臂8通過螺栓固定在驅動機構的蓋板上，豎直支撐臂8由步進電機控制，帶動水平支撐臂7升降動作；

所述裝卸機構安裝在驅動機構上方，位於抓取機構與存放機構之間；裝卸機構包括絲槓、手爪、基座、圓錐滾子軸承、推力球軸承、絲槓螺母副、液壓缸a、液壓缸b、螺釘、凸緣聯軸器、絲槓螺母定位套、螺栓、手臂底板a、手臂底板b、手臂側板、液壓缸連接板、直線導向單元和步進電機；所述絲槓a3兩端通過圓錐滾子軸承10和推力球軸承33固定，所述基座27固定在驅動機構上方，步進電機d31通過螺栓固定在基座上並通過凸緣聯軸器b32和滾珠絲槓連接，絲槓螺母副39外部連接有絲槓螺母定位套34；所述手臂底板a35、手臂底板b38與絲槓螺母副39垂直固定，手臂底板a35和手臂側板36焊接在一起，手臂底板b38通過螺栓和手臂側板36固定，所述液壓缸a37的後部法蘭通過螺栓連接固定在手臂側板36上，前部通過螺釘與直線導向單元40連接；所述直線導向單元40包括導向杆401、導向塊402和活塞杆連接板403，導向杆401通過螺釘固定在液壓缸a37的前缸蓋上，導向塊402兩側邊分別固定在手臂底板a35和手臂底板b38上，導向杆401位於導向塊402兩側的通孔內，一端通過螺釘固定在活塞杆連接板403上；所述絲槓螺母副39通過螺栓分別固定手臂底板a35和手臂底板b38；所述液壓缸b42與手爪4鉸接，並通過螺栓固定在液壓缸a37活塞杆一端的液壓缸連接板上；

裝卸機構跟隨抓取機構一起運動，通過液壓機械手爪實現鑽杆在抓取機構和鑽機的旋轉單元之間移動。

上述的井下瓦斯鑽機自動裝卸鑽杆庫中，所述箱體內鑽杆平行放置，一排存放10根鑽杆，共10排，容量為100根鑽杆；所述鑽杆放置在v型支撐架上。

進一步地，所述抓取機構的滾珠絲槓通過深溝球軸承固定在水平支撐梁上。

進一步地，所述驅動機構的兩側板中間的支撐板上設有防爆步進電機作為動力，採用齒輪和行走齒條進行傳動，齒條通過螺栓固定在機架上作為驅動機構的導軌，承載力大，傳動精度高，安全性高。

本發明中所述的裝卸機構，也可以安裝在鑽機中的基座上進行鑽杆的裝卸。這屬於本發明的近似技術方案。