一種液壓鑽機用全自動儲杆箱及控制方法與流程
2023-11-09 19:11:03
本發明涉及煤礦設備領域，具體涉及一種液壓鑽機用全自動儲杆箱及控制方法。
背景技術：
隨著煤礦開採向著更深、更惡劣的煤層進發，對瓦斯排放的安全性、可靠性等要求隨之提高。作為瓦斯排放、煤、煤巖鑽孔的重要設備——液壓鑽機，其性能的要求也得到了進一步提高。
傳統鑽機多採用人工的方式進行加接和拆卸鑽杆。此種方式通常需要2～3人同時工作，其勞動強度大、耗費時間長、安全性低。
具有自動續杆功能的液壓鑽機是一種新型鑽機，其克服了傳統鑽機的缺點，與傳統鑽機先比，具有工作勞動量低、安全性好、工作效率高等優點。自動續杆機構是該新型液壓鑽機的關鍵機構，目前正在使用的一種自動換杆機構，能夠將鑽杆按照給定軌跡運送，實現自動換杆。此種換杆機構在一定程度上提高了鑽機的工作效率，降低了工人的作業強度，各大礦區正在進行推廣應用。
但是，該新型液壓鑽機自動續杆機構也存在如下問題：
1)儲杆箱存放鑽杆數目少：現有儲杆箱多為傾斜平面結構，位於鑽機側面，受限於空間體積，一般只能儲存4～5根鑽杆，在鑽機工作過程中，當需要較多鑽杆時，需要工人多次添加鑽杆，耗時費力。
2)儲杆機構複雜：另外一種類似於子彈殼式的儲杆箱，儲杆數目較多，通過彈簧力將鑽杆彈出，其缺陷是與之配套的機構比較複雜，儲杆箱笨重不易移動，彈簧久用易產生疲勞損壞。
3)進出杆過程複雜：現有的儲杆箱多採用液壓控制等方式控制進出杆，需要較多的步驟才能完成出杆或儲杆過程，單個過程需要較多時間，且穩定性不高，容易損壞。
4)適應複雜工況能力差：現有儲杆箱多與機械手形成固定搭配，機械手只能從固軌道或方向運送鑽杆，難以適應井下更惡劣、更複雜的工況。
因此，有必要研發一種簡單易用、自動化程度高、儲杆數量多、易於移動、控制過程簡單、適應性強等特點的液壓鑽機用新型儲杆箱。
技術實現要素：
為了解決現有技術中的問題，本發明的目的是提供一種液壓鑽機用全自動儲杆箱，其結構簡單，易於移動，箱體內可儲存鑽杆數量多，控制過程簡單，適應複雜工況能力強。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：
一種液壓鑽機用全自動儲杆箱，包括箱體、連接在箱體入口處的卸杆器、設置在箱體出口處的出杆槽和出杆開關、用於抓取鑽杆且可帶動鑽杆上下運動的機械手，所述箱體內設有傾斜且迂迴的鑽杆軌道。箱體內設置的鑽杆軌道為迂迴的，且軌道呈傾斜狀態，使得箱體內能夠儲存更多的鑽杆，也易於鑽杆的運動，便於出杆。
優選的方案，所述卸杆器通過上銷軸轉動連接在箱體入口處的下部，且所述卸杆器與所述箱體之間連接有卸杆彈簧；自然狀態時，所述卸杆器在所述卸杆彈簧作用下，與所述箱體相抵；在外力作用下，所述卸杆器可繞上銷軸順時針轉動。本卸杆器可在鑽杆機械手的作用下，自動實現卸杆，在不需要額外動力的情況下，就可以實現卸杆，方便鑽杆進入箱體。
優選的方案，所述出杆開關包括上擋板和下擋板，所述上擋板和下擋板固定連接，上擋板和下擋板在所述鑽杆軌道方向上錯位設置，且錯位距離與鑽杆外徑相匹配；下擋板端部通過下銷軸與箱體轉動連接，且所述下擋板與箱體之間連接有出杆彈簧；自然狀態時，在所述出杆彈簧作用下，所述下擋板與箱體內的鑽杆相抵阻止鑽杆向出杆槽滾動；在外力作用下，所述下擋板和上擋板均向下運動，僅讓最前端的鑽杆滾入出杆槽，上擋板與箱體內其它鑽杆相抵阻止其它鑽杆滾入出杆槽，外力作用消失時，在所述出杆彈簧作用下，所述下擋板和上擋板均向上回位，上擋板不再與鑽杆相抵，下擋板與箱體的鑽杆軌道內鑽杆相抵。出杆開關採用整體式，上擋板、下擋板可以聯動，且上擋板和下擋板之間間距約為一個鑽杆的外徑，能夠讓鑽杆從箱體內的鑽杆軌道逐個且有序的進入出杆槽內。整個出杆開關簡單、可靠、且製造成本低。
優選的方案，所述機械手由機械手液壓缸驅動，機械手包括上卡爪和下卡爪，所述上卡爪和下卡爪由卡爪液壓缸驅動張開或閉合。採用液壓驅動，整個系統更平穩。
優選的方案，所述下卡爪上設有觸動出杆開關的觸手，機械手在所述機械手液壓缸的帶動下下降至出杆槽位置時，觸手可擠壓出杆開關的下擋板，使出杆開關向下運動，讓下擋板與鑽杆不再相抵，最前端的鑽杆滾入出杆槽，上擋板與箱體內其它鑽杆相抵阻止其它鑽杆滾入出杆槽。設置的觸手，能夠更有效的對出杆開關進行觸動，且觸手單獨設置，易於維護更換，設備使用維護成本低廉。
優選的方案，所述機械手為兩個或兩個以上且互相鉸接保證同步或採用單個機械手且設置加寬內外導向套，且對稱設置。
優選的方案，所述迂迴的鑽杆軌道為橫置的「W」形。採用此種形狀的鑽杆軌道，能夠實現多層傾斜軌道內腔，且充分利用鑽機側部空間，在相同的空間體積下，不但存儲更多的鑽杆，且出杆速度也快，提高了工作效率。
本發明還提供了一種液壓鑽機用全自動儲杆箱的控制方法，其包括以下步驟：
鑽機鑽孔，出杆作業時：
S1、機械手張開，機械手液壓缸帶動其下移至出杆槽位置，出杆開關打開，最前端的鑽杆滾至出杆槽內；
S2、機械手閉合抓住出杆槽內的鑽杆，機械手上移，出杆開關關閉；
S3、被機械手抓住的鑽杆向上移動並擠壓卸杆器，使卸杆器順時針旋轉；
S4、機械手離開卸杆器並將鑽杆輸送至指定位置，卸杆器復位；
S5、重複步驟S1至步驟S4直至鑽孔完成；
鑽孔完成後，鑽機卸杆、收杆作業時：
S6、機械手移動至待卸鑽杆部位並接住帶卸鑽杆，機械手閉合，抓緊鑽杆；
S7、機械手在機械手液壓缸帶動下，下降至卸杆器位置，機械手張開，卸杆器取下機械手上的鑽杆並將鑽杆由箱體入口存儲至箱體內；
S8、重複步驟S6至步驟S7直至收杆作業完成，機械手繼續下移停止在卸杆器與出杆槽之間的位置。
本發明的控制方法使得進/出杆過程的步驟少，工作效率大大提高；且整個系統的動力源少，一套液壓驅動系統即可完成整個聯動驅動，系統更加穩定可靠。
通過採用以上技術方案，本發明一種液壓鑽機用全自動儲杆箱及控制方法與現有技術相比，其有益效果為：
1)本發明可採用多層傾斜軌道內腔存儲鑽杆，充分利用了鑽機側部空間，從而在相同的空間體積下存儲更多的鑽杆，提高了工作效率。
2)本發明利用卸杆器、出杆開關等純機械結構取代現有技術中由液壓驅動雙液壓杆控制出杆結構，一方面純機械結構提高了進出杆的可靠性，另一方面由於本發明的卸杆器、出杆開關均由送杆機構(機械手)聯動，簡化了結構，無須額外液壓驅動。
3)本發明採取新型的控制方法控制進出杆過程，步驟較少，有效地提高了工作效率和系統的穩定性。
4)本發明採用機械手搭配儲杆箱，機械手可滿足從底部運杆和上部運杆兩種工況，可以更加靈活的適用於井下複雜的工況。
5)本發明採用鉸接兩個或多個液壓缸機械手或單液壓缸配加寬導向套機械手，可以保證運送鑽杆時更加穩定。
附圖說明
圖1為本發明實施例一的一種液壓鑽機用全自動儲杆箱的立體結構示意圖。
圖2為圖1的剖視結構示意圖。
圖3為圖1的俯視示意圖。
圖4為本發明實施例二的一種液壓鑽機用全自動儲杆箱的立體結構示意圖。
圖5為圖4的剖視結構示意圖。
圖6為圖4的俯視示意圖。
圖7為液壓缸的局部剖視圖。
圖中標記為：
1箱體，2卸杆器，3上銷軸，4卸杆彈簧，5上擋板，6鑽杆，7機械手，8機械手液壓缸，8a導向套，9出杆槽，10觸手，11出杆彈簧，12下擋板，13出杆開關，14下銷軸。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實例，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本發明的範圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
實施例一：
當機械手7從下部運杆情況，參看圖1、圖2、圖3，一種液壓鑽機用全自動儲杆箱及控制方法，包括：箱體1、卸杆器2、上銷軸3、卸杆彈簧4、上擋板5、鑽杆6、機械手7、機械手液壓缸8、導向套8a、出杆槽9、觸手10、出杆彈簧11、下擋板12、出杆開關13、下銷軸14。
當鑽機進行鑽孔工作時：
步驟一：機械手7張開，機械手液壓缸8收縮，出杆開關13打開，鑽杆6滾至出杆槽9；
機械手7張開，機械手液壓缸8帶動機械手7往下移動，當機械手7移動至出杆槽9位置時，觸手10擠壓出杆開關13，出杆開關13繞下銷軸14旋轉。此時，出杆彈簧11被拉伸，下擋板12被旋出出口處軌道，上擋板5旋進，出口處第一根鑽杆6滾至出杆槽9內，後面的鑽杆6被上擋板5擋住。
步驟二：機械手7閉合，機械手液壓缸8伸長，出杆開關13關閉；
機械手7閉合夾緊鑽杆6，機械手液壓缸8上移，則帶動鑽杆6往上運動，出杆彈簧11將拉動出杆開關13旋轉，出杆開關13復位，下擋板12旋進，上擋板5旋出，後面的鑽杆6同時往前滾動一根鑽杆6直徑的距離。
步驟三：鑽杆6擠壓卸杆器2，卸杆器2順時針旋轉；
當鑽杆6移動至卸杆器2位置時，由於卸杆器2可繞上銷軸3順時針旋轉，鑽杆6將推開卸杆器2。
步驟四：卸杆器2復位，機械手7將鑽杆6送至指定位置；
機械手7繼續往上運動至指定位置，由於卸杆彈簧4的拉力作用，卸杆器2被推開後將立即復位。
重複上述步驟直至鑽孔工作完成，鑽孔工作完成後：
步驟五：機械手液壓缸8伸長至待卸鑽杆6位置，機械手7接住鑽杆6並閉合；
機械手液壓缸8帶動機械手7到指定位置接住待卸鑽杆6並夾緊。
步驟六：機械手7下降至卸杆器2位置，機械手7張開；
當機械手7運動到卸杆器2位置時停止，機械手7張開。
步驟七：機械手7繼續下降一定距離後停止，卸杆器2取下機械手7上的鑽杆6並將鑽杆6存儲至儲杆箱內；
機械手7繼續下降一段距離但在出杆槽9位置上方停止，確保鑽杆6能從箱體1入口處滑進且不會使觸手10觸發出杆開關13，由於卸杆器2不能逆時針旋轉，卸杆器2將接住鑽杆6並將鑽杆6存儲至儲杆箱內。
重複步驟五到步驟七直至卸杆工作完成。
實施例二：
當機械手7從上部運杆情況，參看圖4、圖5、圖6。
當鑽機進行鑽孔工作時：
步驟一：機械手7張開，機械手液壓缸8伸長，出杆開關13打開，鑽杆6滾至出杆槽9；
機械手7張開，機械手液壓缸8帶動機械手7往下移動，當機械手7移動至出杆槽9位置時，觸手10擠壓出杆開關13，出杆開關13繞下銷軸14旋轉。此時，出杆彈簧11被拉伸，下擋板12被旋出出口處軌道，上擋板5旋進，出口處第一根鑽杆6滾至出杆槽9內，後面的鑽杆6被上擋板5擋住。
步驟二：機械手7閉合，機械手液壓缸8收縮，出杆開關13關閉；
機械手7閉合夾緊鑽杆6，機械手液壓缸8上移，則帶動鑽杆6往上運動，出杆彈簧11將拉動出杆開關13旋轉，出杆開關13復位，下擋板12旋進，上擋板5旋出，後面的鑽杆6同時往前滾動一根鑽杆6直徑的距離。
步驟三：鑽杆6擠壓卸杆器2，卸杆器2順時針旋轉；
當鑽杆6移動至卸杆器2位置時，由於卸杆器2可繞上銷軸3順時針旋轉，鑽杆6將推開卸杆器2。
步驟四：卸杆器2復位，機械手7將鑽杆6送至指定位置；
機械手7繼續往上運動至指定位置，由於卸杆彈簧4的拉力作用，卸杆器2被推開後將立即復位。
重複上述步驟直至鑽孔工作完成，鑽孔工作完成後：
步驟五：機械手液壓缸8收縮至待卸鑽杆6位置，機械手7接住鑽杆6並閉合；
機械手液壓缸8帶動機械手7到指定位置接住待卸鑽杆6並夾緊。
步驟六：機械手7下降至卸杆器2位置，機械手7張開；
當機械手7運動到卸杆器2位置時停止，機械手7張開。
步驟七：機械手7繼續下降一定距離後停止，卸杆器2取下機械手7上的鑽杆6並將鑽杆6存儲至儲杆箱內；
機械手7繼續下降一段距離但在出杆槽9位置上方停止，確保鑽杆6能從箱體1入口處滑進且不會使觸手10觸發出杆開關13，由於卸杆器2不能逆時針旋轉，卸杆器2將接住鑽杆6並將鑽杆6存儲至儲杆箱內。
重複步驟五至步驟七直至卸杆工作完成。
上述的具體實施方式只是示例性的，是為了更好地使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括範圍的限制；只要是根據本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的範圍。