[发明专利]一种矿用钻机自动化升级装置及工作方法

说明书

本发明公开了一种矿用钻机自动化升级装置及工作方法，属于机械装备领域，该装置包括主支撑架（1）、移动行架结构（2）、钻杆抓手（3）、钻杆夹持器（4）、水辫（5）、电磁开关阀（6）、钻杆库（7）、控制系统（8）、操纵杆执行器（9），主支撑架（1）固定安装在钻机推进器的支撑架上，移动行架结构（2）布置于主支撑架（1）上部具有两个自由度，钻杆抓手（3）置于移动行架结构（2）上，钻杆夹持器（4）与钻机主轴固连，水辫（5）设置在钻机主轴尾端，水辫（5）与水管之间设置电磁开关阀（6），钻杆库（7）置于主支撑架（1）上，用于存储钻杆，操纵杆执行器（9）用于驱动操纵杆动作，该装置实现了钻机的自动化钻进，通过在现有手动钻机上加装这样一套钻机自动化升级装置，即可实现对现有手动钻机进行自动化、智能化改造。

技术领域

本发明公开一种矿用钻机自动化升级装置及工作方法，属于机械装备领域。

背景技术

巷（隧）道掘进以及煤炭开采过程中，因为安全需要，往往要进行探放水以及瓦斯抽放等操作，这些工作都需要进行钻孔作业。我国是煤炭大国，同时也是基建大国，每年仅新掘进隧（巷）道就达数千公里。随着我国机械化进程的不断推进，目前，钻孔作业已经基本普及了机械化。随着人力成本的逐年增加，以及劳动者对减轻劳动量的迫切需求，将机械化进一步升级成自动化、智能化装备是大势所趋。我国目前深孔钻机的现存量达百万台以上，很多钻机是刚刚服役不久的新钻机，如果直接将其替换，将造成重大浪费，并且加重生产企业的运营成本，如果任其老化淘汰，又将拖慢我国深孔钻机自动化、智能化的进程，因此，对现有手动控制的钻机进行自动化、智能化改造将是解决这一问题的有效手段。

目前，现有技术中有几种实现钻机自动化的设计方案，但是，这些方案具有结构复杂，对机械手的工作精度要求高，不适合用于对现有手动深孔钻机进行改造等缺陷。比如，2013年4月11日，中煤科工集团重庆研究院有限公司申请公开了一种煤矿钻机配套用大倾角钻杆输送装置，包括工作平台、设置在工作平台上的抓取装置和输送装置，所述抓取装置包括设置在工作平台上的支撑柱，所述支撑柱上连接有电机底座，所述电机底座设有转向马达，所述转向马达输出端连接有伸缩液压缸，所述伸缩液压缸活塞杆设有抓杆座，所述抓杆座上设有夹持钻杆的卡瓦和驱动卡瓦夹紧的夹持液压缸 ；所述输送装置包括沿垂直于伸缩液压缸方向移动的钻杆箱。本发明通过控制伸缩液压缸和卡瓦，可实现抓取钻杆功能，再结合角度调整液压缸和转向马达，可实现大倾角钻杆的输出和送回。并且， 2014年10 月31日，中煤科工集团重庆研究院有限公司又申请公开了一种井下瓦斯抽采钻机，包括钻机主机及控制钻机主机运行的电控系统；所述钻机主机包括履带行走部、推进部、动力头、大倾角钻杆自动装卸机构及向各组成部分提供动力源的液压泵站；所述电控系统包括设置在地面的远控站及设置在井下的主控站，所述远控站与主控站之间通过光纤以太环网连接；本发明不仅实现了钻机主机无人化全自动钻孔作业，还可以完成多方位角和大倾角自动装卸钻杆作业，进一步降低了工人劳动强度和危险性，提高了瓦斯抽采效率。

从上述两项专利不难发现，第一项专利主要创新在于在钻机平台上加装了一个机械手，通过控制机械手动作来实现钻杆的填装，第二项专利的创新点一方面是第一项专利的整机应用，并且公开了一种整机控制的思路。对于第一项专利，平台上加装机械手在原理上虽然可以实现钻杆的转运装填，但是由于钻机在实际使用过程中，钻机的钻孔方向和钻孔位置会根据现场需要具有不确定性，所以机械手想要适应这一变化控制特别复杂，并且对机械手运动精度要求也非常高。对于第二项专利，根据钻机的具体结构及具体工作过程进行了对应的控制方案的介绍。

本发明为了对现有手动钻机进行自动化、智能化改造而专门设计的，结构布局上可以直接与现有绝大部分的钻机进行安装配合，安装调试方便，工作过程控制上既能满足钻机自动化钻进需要，又考虑了钻机实际工作过程的现实需要。本发明公开一种矿用钻机自动化升级装置及工作方法，具有通用性强，结构简单，改造方便，成本低廉，工作过程可靠性高等优势。

发明内容