遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機的製作方法

2023-06-22 12:58:01 2

專利名稱：遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種瓦斯抽採鑽機，特別涉及一種遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機。
背景技術：
瓦斯是一項寶貴的資源，埋於煤炭層中，具有無色無味、不能幫助呼吸、達到一定 濃度易發生爆炸等特性，因而對其開採具有一定危險性。煤礦採煤作業時常發生瓦斯爆炸 事故，造成嚴重的生命財產損失。現有技術中，瓦斯抽採主要是操作人員直接操作鑽機在礦 井下進行現場作業，操作者的生命安全無法得到保證。因此需要一種瓦斯抽採鑽機，能夠實現操作者在地面就能控制井下鑽機的抽採作 業，使操作者遠離作業現場，以保證其生命安全。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，通過電控系 統控制鑽機主機實現現場無人化作業，保證操作人員的人身安全以減小礦難損失。本發明遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，包括鑽機主機和控制鑽機主機運行的電控 系統；所述電控系統包括主控站、遠控站和在遠控站與主控站之間傳遞信息的通訊裝置；所述主控站包括a、主控站PLC，用於將鑽機主機傳來信息通過通訊裝置傳給遠控站，並將遠控站通 過通訊裝置發出的控制命令傳給主機，b、視頻採集裝置，用於採集鑽機主機現場信息並將信息通過通訊裝置傳給遠控 站，C、設置在鑽機主機上的傳感器，用於採集鑽機主機運行信息並將信息傳給主控站 PLC ；所述遠控站包括a、遠控站PLC，用於接收主控站PLC傳來信息並向其發出控制指令，b、工控機，用於接收和顯示主控站視頻採集裝置發出信息，C、顯示屏，用於顯示遠控站PLC接收信息，d、操作面板，用於向遠控站PLC輸入控制指令；所述通訊裝置包括主要由交換機組成的通訊環網和在交換機與主控站之間傳遞 信息的無線互聯設備；所述鑽機主機的控制電路接入主控站PLC。進一步，所述鑽機主機包括履帶行走底盤、設置在履帶行走底盤上的推進部、設置 在推進部上的動力頭、設置在履帶行走底盤上的鑽杆裝卸機構和向履帶行走底盤、推進部、 動力頭、鑽杆裝卸機構提供壓力油的液壓泵站；進一步，所述主控站PLC設置有PLC網絡通訊模塊I，用於將傳感器信息轉化為 乙太網信號和將乙太網信號形式的控制指令轉化為主控站PLC可執行的指令，所述遠控站PLC設置有PLC網絡通訊模塊II，用於將控制命令轉化為乙太網信號和將乙太網信號形式 的傳感器信息轉化為遠控站PLC可識別信息；進一步，所述無線互聯設備包括設置在通訊環網一方的無線網絡收發器I和設置 在遠控站一方的無線網絡收發器II ；進一步，所述履帶行走底盤由行走液壓馬達驅動；進一步，所述推進部包括固定設置在履帶行走底盤上的機架、固定設置在機架上 的直線導軌、以可往復滑動的方式設置在直線導軌上用於安裝動力頭的拖板和固定設置在 機架上用於驅動拖板沿直線導軌往復滑動的推進液壓缸組；進一步，所述動力頭包括鑽杆接頭、固定設置在拖板上的旋轉液壓馬達和將旋轉 液壓馬達動力傳輸到鑽杆接頭的減速器，所述鑽杆接頭與減速器動力輸出軸螺紋連接；進一步，所述鑽杆裝卸機構包括由夾持器液壓缸組驅動的鉗式雙夾持器和由傳輸 液壓馬達與頂升油缸組驅動的鑽杆存儲輸送機構；進一步，所述液壓泵站包括油箱、變量柱塞泵、設置在聯通行走液壓馬達和變量柱 塞泵管道中的電磁閥I、設置在聯通推進液壓缸組與變量柱塞泵管道中的電磁閥II、設置 在聯通旋轉液壓馬達與變量柱塞泵管道中的電磁閥III、設置在聯通夾持器液壓缸組與變 量柱塞泵管道中的電磁閥IV、設置在聯通傳輸液壓馬達與變量柱塞泵管道中的電磁閥V、 設置在聯通傳頂升油缸組與變量柱塞泵管道中的電磁閥VI和用於驅動變量柱塞泵轉動的 驅動電機；所述電磁閥I、電磁閥II、電磁閥III、電磁閥IV、電磁閥V、電磁閥VI和驅動電 機的控制電路接入主控站PLC ；所述驅動電機動力輸出軸和變量柱塞泵動力輸入軸通過鼓 形聯軸器連接；進一步，用以檢測油壓壓力的壓力轉感器、用以檢測鑽頭轉速的轉速傳感器、用以 檢測油箱內液壓油油溫和油位的油溫油位傳感器和用以檢測現場瓦斯濃度的瓦斯濃度傳 感器。本發明的有益效果本發明遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，鑽機主機工作由設置 在地面的遠控站控制，實現了鑽機主機無人化作業，操作者不用進入環境惡劣的現場，保證 了操作者的生命安全；同時遠程控制的鑽機主機，其作業過程為全自動化作業，作業效率 高；設置在鑽機主機上的視頻採集裝置和傳感器所採集的信號能幫助在遠控站的操作者隨 時了解鑽機主機運行情況，可保障鑽機主機可靠運行。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為電控系統原理圖；圖2為鑽機主機主視圖；圖3為圖2的A向視圖；圖4為推進部主視圖；圖5為圖4的B向視圖；圖6動力頭結構示意圖；圖7為液壓泵站動力部件結構示意圖；圖8為液壓系統原理圖。
具體實施例方式圖1為電控系統原理圖；圖2為鑽機主機主視圖；圖3為圖2的A向視圖；圖4為 推進部主視圖；圖5為圖4的B向視圖；圖6動力頭結構示意圖；圖7為液壓泵站動力部件 結構示意圖；圖8為液壓系統原理圖。
如圖所示本發明遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，包括鑽機主機和控制鑽機主機運 行的電控系統；所述電控系統包括主控站、遠控站和在遠控站與主控站之間傳遞信息的通 訊裝置；所述主控站包括a、主控站PLC，用於將鑽機主機傳來信息通過通訊裝置傳給遠控站，並將遠控站通 過通訊裝置發出的控制命令傳給主機，b、視頻採集裝置，本實施例中為本安型攝像儀，用於採集鑽機主機現場信息並將 信息通過通訊裝置將信息傳給遠控站，C、設置在鑽機主機上的傳感器，用於採集鑽機主機運行信息並將信息傳給主控站 PLC ；所述遠控站包括a、遠控站PLC，用於接收主控站PLC傳來信息並向其發出控制指令，b、工控機，用於接收和顯示主控站視頻採集裝置發出信息，操作人員通過觀看視 頻以了解鑽機主機現場作業環境和主機運行情況，C、顯示屏，本實施例中為HMI觸控螢幕，用於顯示遠控站PLC接收的信息，操作人員 通過閱讀遠控站PLC接收的信息，以了解鑽機主機運行情況，並根據遠控站PLC接收的信息 向鑽機主機發出控制指令，d、操作面板，用於操作人員向遠控站PLC輸入控制指令；所述通訊裝置包括主要由交換機組成的通訊環網和在交換機與主控站之間傳遞 信息的無線互聯設備；所述鑽機主機的控制電路接入主控站PLC。本實施例中所述鑽機主機包括履帶行走底盤1、設置在履帶行走底盤上的推進 部2、設置在推進部2上的動力頭3、設置在履帶行走底盤上的鑽杆裝卸機構和向履帶行走 底盤1、推進部2、動力頭3、鑽杆裝卸機構提供壓力油的液壓泵站。本實施例中所述主控站PLC設置有將控制信息轉化為乙太網信號的PLC網絡通 訊模塊I，所述遠控站PLC設置有將控制信息轉化為乙太網信號的PLC網絡通訊模塊II。本實施例中所述主控站PLC設置有PLC網絡通訊模塊I，用於將傳感器信息轉化 為乙太網信號和將乙太網信號形式的控制指令轉化為主控站PLC可執行的指令，所述遠控 站PLC設置有PLC網絡通訊模塊II，用於將控制命令轉化為乙太網信號和將乙太網信號形 式的傳感器信息轉化為遠控站PLC可識別信息。本實施例中所述履帶行走底盤1由行走液壓馬達Ia驅動。本實施例中所述推進部2包括固定設置在履帶行走底盤1上的機架2a、固定設 置在機架上的直線導軌2b、以可往復滑動的方式設置在直線導軌2b上用於安裝動力頭3的 拖板2c和固定設置在機架2a上用於驅動拖板2c沿直線導軌2b往復滑動的推進液壓缸組 2d。本實施例中所述動力頭3包括鑽杆接頭3a、固定設置在拖板2c上的旋轉液壓馬 達3b和將旋轉液壓馬達3b動力傳輸到鑽杆接頭3a的減速器3c，所述鑽杆接頭3a與減速 器3c動力輸出軸螺紋連接；螺紋連接結構簡單，不會出現液壓卡盤經常卡死的現象。本實施例中所述鑽杆裝卸機構包括由夾持器液壓缸組4al驅動的鉗式雙夾持器4a和由傳輸液壓馬達4bl與頂升油缸組4b2驅動的鑽杆存儲輸送機構4b，鑽杆裝卸方便快 捷。本實施例中所述液壓泵站包括油箱5a、變量柱塞泵5b、設置在聯通行走液壓馬 達Ia和變量柱塞泵5b管道中的電磁閥I5c、設置在聯通推進液壓缸組2d與變量柱塞泵 5b管道中的電磁閥II5d、設置在聯通旋轉液壓馬達3b與變量柱塞泵5b管道中的電磁閥 II15e、設置在聯通夾持器液壓缸組4al與變量柱塞泵5b管道中的電磁閥IV5f、設置在聯通 傳輸液壓馬達4bl與變量柱塞泵5b管道中的電磁閥V5g、設置在聯通傳頂升油缸組4b2與 變量柱塞泵5b管道中的電磁閥VI5h和用於驅動變量柱塞泵5b轉動的驅動電機5i ；所述 電磁閥I5c、電磁閥II5d、電磁閥III5e、電磁閥IV5f、電磁閥V5g、電磁閥VI5h和驅動電機 5i的控制電路接入主控站PLC，遠控站PLC通過向主控站PLC發出控制電磁閥動作的指令 以控制鑽機主機各執行機構的動作；所述驅動電機5i動力輸出軸和變量柱塞泵5b動力輸 入軸通過鼓形聯軸器5j連接。本實施例中所述傳感器包括用以檢測油壓壓力的壓力轉感器、用以檢測鑽頭轉 速的轉速傳感器、用以檢測油箱內液壓油油溫和油位的油溫油位傳感器和用以檢測現場瓦 斯濃度的瓦斯濃度傳感器，傳感器將所檢測信號傳給主控站PLC，主控站PLC通過通訊裝置 將檢測信息傳給遠控站PLC，操作人員通過HMI觸控螢幕顯示出的傳感器傳來的信息即可了 解鑽機主機各執行機構的工作情況，並可根據傳感器傳來的信息向主控站PLC發出控制鑽 機主機執行機構的命令。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求範圍當中。
權利要求
一種遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於包括鑽機主機和控制鑽機主機運行的電控系統；所述電控系統包括主控站、遠控站和在遠控站與主控站之間傳遞信息的通訊裝置；所述主控站包括a、主控站PLC，用於將鑽機主機傳來信息通過通訊裝置傳給遠控站，並將遠控站通過通訊裝置發出的控制命令傳給主機，b、視頻採集裝置，用於採集鑽機主機現場信息並將信息通過通訊裝置傳給遠控站，c、設置在鑽機主機上的傳感器，用於採集鑽機主機運行信息並將信息傳給主控站PLC；所述遠控站包括a、遠控站PLC，用於接收主控站PLC傳來信息並向其發出控制指令，b、工控機，用於接收和顯示主控站視頻採集裝置發出信息，c、顯示屏，用於顯示遠控站PLC所接收的信息，d、操作面板，用於向遠控站PLC輸入控制指令；所述通訊裝置包括主要由交換機組成的通訊環網和在交換機與主控站之間傳遞信息的無線互聯設備；所述鑽機主機的控制電路接入主控站PLC。
2.根據權利要求1所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述鑽機主機 包括履帶行走底盤(1)、設置在履帶行走底盤上的推進部(2)、設置在推進部(2)上的動力 頭(3)、設置在履帶行走底盤上的鑽杆裝卸機構和向履帶行走底盤(1)、推進部(2)、動力頭 (3)、鑽杆裝卸機構提供壓力油的液壓泵站。
3.根據權利要求2所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述主控站PLC 設置有PLC網絡通訊模塊I，用於將傳感器信息轉化為乙太網信號和將乙太網信號形式的 控制指令轉化為主控站PLC可執行的指令，所述遠控站PLC設置有PLC網絡通訊模塊II，用 於將控制命令轉化為乙太網信號和將乙太網信號形式的傳感器信息轉化為遠控站PLC可 識別信息。
4.根據權利要求3所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述無線互聯 設備包括設置在通訊環網-方的無線網絡收發器I和設置在遠控站一方的無線網絡收發器 II。
5.根據權利要求4所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述履帶行走 底盤(1)由行走液壓馬達(Ia)驅動。
6.根據權利要求5所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述推進部(2) 包括固定設置在履帶行走底盤(1)上的機架(2a)、固定設置在機架上的直線導軌(2b)、以 可往復滑動的方式設置在直線導軌(2b)上用於安裝動力頭(3)的拖板(2c)和固定設置在 機架(2a)上用於驅動拖板(2c)沿直線導軌(2b)往復滑動的推進液壓缸組(2d)。
7.根據權利要求6所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述動力頭(3) 包括鑽杆接頭(3a)、固定設置在拖板(2c)上的旋轉液壓馬達(3b)和將旋轉液壓馬達(3b) 動力傳輸到鑽杆接頭(3a)的減速器(3c)，所述鑽杆接頭(3a)與減速器(3c)動力輸出軸螺 紋連接。
8.根據權利要求7所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述鑽杆裝卸 機構包括由夾持器液壓缸組(4al)驅動的鉗式雙夾持器(4a)和由傳輸液壓馬達(4bl)與 頂升油缸組(4b2)驅動的鑽杆存儲輸送機構(4b)。
9.根據權利要求8所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於所述液壓泵站 包括油箱(5a)、變量柱塞泵(5b)、設置在聯通行走液壓馬達(Ia)和變量柱塞泵(5b)管 道中的電磁閥I (5c)、設置在聯通推進液壓缸組(2d)與變量柱塞泵(5b)管道中的電磁閥 II (5d)、設置在聯通旋轉液壓馬達(3b)與變量柱塞泵(5b)管道中的電磁閥III(5e)、設置 在聯通夾持器液壓缸組(4al)與變量柱塞泵(5b)管道中的電磁閥IV(5f)、設置在聯通傳輸 液壓馬達(4bl)與變量柱塞泵(5b)管道中的電磁閥V(5g)、設置在聯通頂升油缸組(4b2) 與變量柱塞泵(5b)管道中的電磁閥VI (5h)和用於驅動變量柱塞泵(5b)轉動的驅動電機 (5i)；所述電磁閥I (5c)、電磁閥II(5d)、電磁閥III (5e)、電磁閥IV(5f)、電磁閥V(5g)、電 磁閥VI(5h)和驅動電機(5i)的控制電路接入主控站PLC ；所述驅動電機(5i)動力輸出軸 和變量柱塞泵(5b)動力輸入軸通過鼓形聯軸器(5j)連接。
10.根據權利要求9所述的遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，其特徵在於用以檢測油壓 壓力的壓力轉感器、用以檢測鑽頭轉速的轉速傳感器、用以檢測油箱內液壓油油溫和油位 的油溫油位傳感器和用以檢測現場瓦斯濃度的瓦斯濃度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，包括鑽機主機和控制鑽機主機運行的電控系統；所述電控系統包括主控站、遠控站和在遠控站與主控站之間傳遞信息的通訊裝置；本發明遠程控制的井下瓦斯抽採鑽機，鑽機主機工作由設置在地面的遠控站控制，實現了鑽機主機無人化作業，操作者不用進入環境惡劣的現場，保證了操作者的生命安全；同時遠程控制的鑽機主機，其作業過程為全自動化作業，作業效率高；設置在鑽機主機上的視頻採集裝置和傳感器所採集的信號能幫助在遠控站的操作人員隨時了解鑽機主機運行情況，可保障鑽機主機可靠運行。
文檔編號E21B7/02GK101906988SQ201010234399
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者萬軍, 刁文慶, 李文樹, 楊燕鴿, 王宇, 王清峰, 羅明華, 肖玉清, 蒲劍, 薛彥波, 辛德忠, 陳久福, 陳小平, 陳松林, 陶勇, 魯遠祥, 黃昌文 申請人:煤炭科學研究總院重慶研究院