一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统

1.本发明涉及钻探装备技术领域，具体涉及一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统。


背景技术：

2.煤矿井下钻探作业时越来越多的采用履带式全自动钻机，通常在履带车上安装钻杆箱，通常在钻杆箱与钻进装置间设置多自由度的机械手，机械手需要在钻杆箱和钻机前端设置的夹持器之间完成升降、水平旋转、竖直旋转等动作，将钻杆箱内的钻杆取出并送至夹持器，或者将夹持器内需要拆掉的钻杆抓取放回到钻杆箱。
3.钻杆箱位于履带车上，用于钻杆的临时存储，需具有便于钻杆的存放和抓取的特点。而现有技术的履带式钻机存在以下缺点：
4.1.对于具有全方位钻孔的钻进装置，通常将钻进装置放置在单独的回转平台上，使得钻杆箱与钻进装置不在统一平台上，采用2-3个机械手才能将钻杆从钻杆箱送入钻进装置，使得机械手抓取钻杆的效率较低。
5.2.钻杆箱的宽度、高度固定不变，无法使得钻杆对中，使得机械手抓取不同的钻杆，不全是钻杆的中心部位；当钻孔深度不大时，机械手全程在高位运行。
6.3.井下工作环境非常恶劣，灰尘、石子较多，回收的钻杆的表面或内部存在灰尘石子清理比较困难，而且钻杆容易被卡住，需要工人不定时对钻杆箱进行清洗。
7.4.井下工作环境非常恶劣，灰尘、石子较容易堆积在卡盘或夹持器的卡瓦间的缝隙中，为了夹紧钻杆，需要人工定期清理、冲洗。
8.针对上述问题，设计了一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，将钻杆箱与钻进装置集成在同一回转平台上，采用单个多自由度机械手，大大提高钻杆抓取效率；同时将钻杆内箱设置成可滑动的两个内箱框，便于钻杆对中，抓取钻杆的中间部位，将半箱框的隔板设计为两段插入式，方便根据钻进深度或钻杆大小，改变隔板的间距，以及是否装入下半部分的隔板或全装；同时在机械手上增加清洗装置，便于在钻杆回收前清洗钻杆的外壁和心部；还具有清洗卡盘或夹持器的功能。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，将钻杆箱与钻进装置集成在同一回转平台上，提高钻杆抓取效率；同时将钻杆内箱设置成可滑动的两个内箱框，便于钻杆对中，抓取钻杆的中间部位，将半箱框的隔板设计为两段插入式，方便根据钻进深度或钻杆大小，改变隔板的间距，以及是否装入下半部分的隔板或全装；同时在机械手上增加清洗装置，便于在钻杆回收前清洗钻杆的外壁和心部；还具有清洗卡盘或夹持器的功能。
10.本发明通过以下技术方案实现：
11.一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，包括钻杆箱、滑动设置在所述钻杆
箱的两侧外壁的可升降的门型框架、设置在所述门型框架中的机械手、设置在所述门型框架前侧的钻杆清洗装置和设置在所述钻杆清洗装置上的钻机清洗装置；
12.所述机械手包括与所述门型框架相连的机械手架、设置在所述机械手架的下端的腕部和设置所述腕部上的夹持机构；
13.所述钻杆箱包括外箱体、滑动设置在外箱体的两侧的内箱框、设置在两个所述内箱框间的用于驱动两个所述内箱框滑动的箱体驱动装置和设置在外箱体与两个内箱框间的多个箱体导轨；
14.所述钻杆清洗装置包括设置在所述门型框架的顶端的清洗座板、设置在所述清洗座板上的第二导轨、滑动设置在所述第二导轨上的第二驱动机构、滑动设置在所述第二导轨上的伸缩纵臂、滑动设置在所述第二导轨的两侧的用于固定所述第二驱动机构及所述伸缩纵臂的第二滑块、设置在所述伸缩纵臂的外端的第一回转机构、设置在所述第一回转机构上的竖臂、设置在所述竖臂下端的第一喷水机构和设置在所述竖臂的侧壁的第二喷水机构；
15.所述钻机清洗装置包括设置所述竖臂上部的第二回转机构、设置在所述第二回转机构上的摆动伸缩臂、设置在所述摆动伸缩臂另一端的第三回转机构、设置在所述第三回转机构上的第三喷水机构。
16.进一步的，所述门型框架包括设置钻杆箱的两侧外壁的第一导轨、一一对应滑动设置所述第一导轨上的可升降的框立柱、滑动设置在所述第一导轨上的用于移动对应的所述框立柱的第一驱动机构、滑动设置在所述第一导轨两侧的用于固定对应的所述框立柱及所述第一驱动机构的第一滑块和设置在两个所述框立柱的顶端的横梁；
17.所述第一驱动机构包括设置在所述第一导轨上的第一齿条、设置在对应的两个所述第一滑块上的第一驱动箱、转动设置在所述第一驱动箱上与所述第一齿条相啮合的第一驱动齿轮和设置在所述第一驱动箱上的用于驱动所述第一驱动齿轮转动的第一驱动马达。
18.进一步的，所述腕部包括与所述机械手架相连的用于带动所述夹持机构在垂直平面转动的第一腕部和设置在所述第一腕部上的用于带动所述夹持机构在水平面内转动的第二腕部；
19.所述第一腕部上设置有转动角度限位机构；所述转动角度限位机构包括设置所述第一腕部的外壳上的弧形挡块和设置在第一腕部的第一碗轴上的限位块。
20.进一步的，所述夹持机构包括与第二腕部相连的夹持连接套、设置在所述夹持连接套上的固定夹持座、可转动设置在所述固定夹持座上动夹持块和设置在所述固定加持座上的用于推动所述动夹持块转动的夹持油缸。
21.进一步的，所述第二驱动机构包括设置在所述第二导轨上的第二齿条、设置在对应的两个所述第二滑块上的第二驱动箱、转动设置在所述第二驱动箱上与所述第二齿条相啮合的第二驱动齿轮和设置在所述第二驱动箱上的用于驱动所述第二驱动齿轮转动的第二驱动马达。
22.进一步的，所述第一喷水机构包括设置在所述竖臂下端第一喷水座和设置在所述第一喷水座上的两个第一喷嘴；
23.所述第二喷水机构包括设置在所述竖臂的侧壁的第二喷水座和设置在所述第一喷水座上的第二喷嘴。
24.进一步的，所述第三喷水机构包括设置在所述第三回转机构的转动部上的喷水架、设置在所述喷水架上的第三喷嘴、设置所述第三回转机构的固定部上配水接头。
25.进一步的，所述内箱框包括内箱框体和插接在所述内箱框体上的多个所述隔板；
26.所述内箱框体包括一体设置框底板、框立板和两个边框板。
27.本发明的有益效果在于：
28.第一、将钻杆内箱设置成可滑动的两个内箱框，便于钻杆对中，在输送钻杆前，通过箱体驱动装置多次向内、向外移动两个内箱框，通过多次抖动，使得钻杆的中间平面位于同一竖直平面内，便于机械手夹取钻杆的中间部位；在存取钻杆时，向外移动两个内箱框一定距离，使得钻杆两端于箱体内壁的距离加大，便于机械手存取钻杆。
29.第二、钻杆箱的布置位置，将钻杆箱与钻进装置集成在同一回转平台上，设置单个多自由度机械手，通过在机械手中设置腕部，使得机械手更加灵活多变，相对其他的钻机(采用双机械手或三机械手)，减少了机械手的数量，并大大提高钻杆抓取效率；
30.第三、通过设置钻杆清洗装置，在钻杆回收过程中，先通过伸缩纵臂移动第一喷水机构对钻杆上方，通过第二驱动机构驱动第一喷水机构沿钻杆轴向方向移动冲洗钻杆；第一回转机构沿钻杆截面来回摆动冲洗；冲洗完成后，通过机械手夹持钻杆，然后将钻杆通过第二腕部转动一定角度，便于第二喷水机构冲洗钻杆的内腔；清理完的钻杆通过机械手回收到钻杆箱中；同时将两个半箱体移动到外侧，便于放入钻杆；
31.第四，钻杆回收完毕后，1)夹持器冲洗：通过第二回转机构将摆动伸缩臂回转到竖直的下方，然后通过第三回转机构调整第三喷水机构到夹持器内孔的上半部位，通过第二驱动机构沿夹持器的轴向冲洗，同时通过伸缩纵臂来回移动完成沿夹持器的截面方向冲洗；完成夹持器的上半部位冲洗后，通过第三回转机构调整第三喷水机构指向夹持器内孔的下半部位，采用上述的冲洗方式完成夹持器的下半部的冲洗；2)卡盘冲洗，通过第三回转机构调整第三喷水机构到卡盘内孔的上半部位，通过第二驱动机构沿卡盘的轴向冲洗，同时通过伸缩纵臂来回移动完成沿卡盘的截面方向冲洗；完成卡盘的上半部位冲洗后，通过第三回转机构调整第三喷水机构指向卡盘内孔的下半部位，采用上述的冲洗方式完成卡盘的下半部的冲洗。
附图说明
32.图1为本发明的总装图；
33.图2为本发明的钻杆箱与门形框架和机械收的组装示意图；
34.图3为本发明的第一驱动机构的立体图；
35.图4为本发明的夹持机构与腕部的组装示意图；
36.图5为本发明的钻杆清洗装置与钻机清洗装置的组装示意图；
37.图6为本发明的钻杆清洗装置的主要结构示意图；
38.图7为本发明的钻机清洗装置的主要结构示意图；
39.图8为本发明的第二驱动机构的立体图；
40.图9为本发明的钻杆箱装入一半隔板的结构示意图；
41.图10为本发明的与钻进装置在履带车上的布置结构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
47.如图1-10所示，一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，包括钻杆箱1、滑动设置在钻杆箱1的两侧外壁的可升降的门型框架2、设置在门型框架2中的机械手3、设置在门型框架2前侧的钻杆清洗装置4和设置在钻杆清洗装置4上的钻机清洗装置5；实施时，钻杆存取系统100与钻进装置300固定安装在与履带车400转动连接的回转平台200上；
48.机械手3包括与门型框架2相连的机械手架31、设置在机械手架31的下端的腕部32和设置腕部32上的夹持机构33；
49.钻杆箱1包括外箱体11、滑动设置在外箱体11的两侧的内箱框12、设置在两个内箱框12间的用于驱动两个内箱框12滑动的箱体驱动装置13和设置在外箱体11与两个内箱框12间的多个箱体导轨14；实施时，箱体驱动装置采用双伸缩油缸，箱体导轨为两个对称分布在箱体驱动装置的两侧；将钻杆内箱设置成可滑动的两个内箱框，便于钻杆对中，在输送钻杆前，通过箱体驱动装置多次向内、向外移动两个内箱框，通过多次抖动，使得钻杆的中间平面位于同一竖直平面内，便于机械手夹取钻杆的中间部位；在存取钻杆时，向外移动两个内箱框一定距离，使得钻杆两端于箱体内壁的距离加大，便于机械手存取钻杆；
50.钻杆清洗装置4包括设置在门型框架2的顶端的清洗座板41、设置在清洗座板上的第二导轨42、滑动设置在第二导轨42上的第二驱动机构43、滑动设置在第二导轨42上的伸缩纵臂44、滑动设置在第二导轨42的两侧的用于固定第二驱动机构43及伸缩纵臂44的第二滑块45、设置在伸缩纵臂44的外端的第一回转机构46、设置在第一回转机构46上的竖臂47、设置在竖臂下端的第一喷水机构48和设置在竖臂的侧壁的第二喷水机构49；实施时，伸缩纵臂包括伸缩外臂、伸缩内臂和伸缩纵臂油缸；通过设置钻杆清洗装置，在钻杆回收过程中，先通过伸缩纵臂移动第一喷水机构对钻杆上方，通过第二驱动机构驱动第一喷水机构
沿钻杆轴向方向移动冲洗钻杆；第一回转机构沿钻杆截面来回摆动冲洗；冲洗完成后，通过机械手夹持钻杆，然后将钻杆通过第二腕部转动一定角度，便于第二喷水机构冲洗钻杆的内腔；清理完的钻杆通过机械手回收到钻杆箱中；同时将两个半箱体移动到外侧，便于放入钻杆；
51.钻机清洗装置5包括设置竖臂47上部的第二回转机构51、设置在第二回转机构51上的摆动伸缩臂52、设置在摆动伸缩臂另一端的第三回转机构53、设置在第三回转机构53上的第三喷水机构54；实施时，第一/二/三回转机构均为蜗轮蜗杆减速机的传动结构；钻杆回收完毕后，1)夹持器冲洗：通过第二回转机构将摆动伸缩臂回转到竖直的下方，然后通过第三回转机构调整第三喷水机构到夹持器内孔的上半部位，通过第二驱动机构沿夹持器的轴向冲洗，同时通过伸缩纵臂来回移动完成沿夹持器的截面方向冲洗；完成夹持器的上半部位冲洗后，通过第三回转机构调整第三喷水机构指向夹持器内孔的下半部位，采用上述的冲洗方式完成夹持器的下半部的冲洗；2)卡盘冲洗，通过第三回转机构调整第三喷水机构到卡盘内孔的上半部位，通过第二驱动机构沿卡盘的轴向冲洗，同时通过伸缩纵臂来回移动完成沿卡盘的截面方向冲洗；完成卡盘的上半部位冲洗后，通过第三回转机构调整第三喷水机构指向卡盘内孔的下半部位，采用上述的冲洗方式完成卡盘的下半部的冲洗。
52.本实施例中，门型框架2包括设置钻杆箱1的两侧外壁的第一导轨21、一一对应滑动设置第一导轨21上的可升降的框立柱22、滑动设置在第一导轨21上的用于移动对应的框立柱22的第一驱动机构23、滑动设置在第一导轨21两侧的用于固定对应的框立柱22及第一驱动机构23的第一滑块24和设置在两个框立柱22的顶端的横梁25；
53.第一驱动机构23包括设置在第一导轨21上的第一齿条231、设置在对应的两个第一滑块24上的第一驱动箱232、转动设置在第一驱动箱232上与第一齿条231相啮合的第一驱动齿轮233和设置在第一驱动箱232上的用于驱动第一驱动齿轮232转动的第一驱动马达234。
54.本实施例中，腕部32包括与机械手架相连的用于带动夹持机构在垂直平面转动的第一腕部321和设置在第一腕部上的用于带动夹持机构在水平面内转动的第二腕部322；
55.第一腕部上设置有转动角度限位机构；转动角度限位机构包括设置第一腕部的外壳上的弧形挡块323和设置在第一腕部的第一碗轴上的限位块324；第一/二腕部的结构为蜗轮蜗杆减速机的传动结构。
56.本实施例中，夹持机构33包括与第二腕部322相连的夹持连接套331、设置在夹持连接套331上的固定夹持座332、可转动设置在固定夹持座332上动夹持块333和设置在固定加持座332上的用于推动动夹持块333转动的夹持油缸334；
57.实施时，夹持连接套中设置有用于测量固定夹持座转动角度的绝对值编码器335，绝对值编码器的外壳与连接套相连、转轴通过连轴器与第二腕部相连；固定夹持座的一侧设置有压力传感器336，用于检测钻杆是否夹紧。
58.本实施例中，第二驱动机构43包括设置在第二导轨42上的第二齿条431、设置在对应的两个第二滑块45上的第二驱动箱432、转动设置在第二驱动箱432上与第二齿条431相啮合的第二驱动齿轮433和设置在第二驱动箱432上的用于驱动第二驱动齿轮433转动的第二驱动马达434。
59.本实施例中，第一喷水机构48包括设置在竖臂47下端第一喷水座481和设置在第
一喷水座481上的两个第一喷嘴482；用于冲洗钻杆外壁；
60.第二喷水机构49包括设置在竖臂47的侧壁的第二喷水座491和设置在第一喷水座491上的第二喷嘴492，用于冲洗钻杆的内孔。
61.本实施例中，第三喷水机构54包括设置在第三回转机构53的转动部上的喷水架541、设置在喷水架541上的第三喷嘴542、设置第三回转机构53的固定部上配水接头543；用于冲洗夹持器和动力头；实施时，配水接头为一体设置连接盘、设置在连接盘一侧的水管接头和设置在配水盘的另一侧的配水管，配水管插入配水架端设置有配水密封圈。
62.本实施例中，内箱框12包括内箱框体和插接在内箱框体上的多个所述隔板121；
63.所述内箱框体1包括一体设置框底板122、框立板123和两个边框板124；
64.实施时，框立板上设置有便于隔板插入的卡槽，插入隔板，并通过多个螺栓固定；将钻杆内箱的隔板设置成可拆卸的方式，便于根据钻杆大小，加装隔板；同时将隔板设置为上下两块，便于根据不同的钻进深度，加装隔板，在钻孔深度不深的情况下，可降低机械手的举升高度。
65.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：包括钻杆箱、滑动设置在所述钻杆箱的两侧外壁的可升降的门型框架、设置在所述门型框架中的机械手、设置在所述门型框架前侧的钻杆清洗装置和设置在所述钻杆清洗装置上的钻机清洗装置；所述机械手包括与所述门型框架相连的机械手架、设置在所述机械手架的下端的腕部和设置所述腕部上的夹持机构；所述钻杆箱包括外箱体、滑动设置在外箱体的两侧的内箱框、设置在两个所述内箱框间的用于驱动两个所述内箱框滑动的箱体驱动装置和设置在外箱体与两个内箱框间的多个箱体导轨；所述钻杆清洗装置包括设置在所述门型框架的顶端的清洗座板、设置在所述清洗座板上的第二导轨、滑动设置在所述第二导轨上的第二驱动机构、滑动设置在所述第二导轨上的伸缩纵臂、滑动设置在所述第二导轨的两侧的用于固定所述第二驱动机构及所述伸缩纵臂的第二滑块、设置在所述伸缩纵臂的外端的第一回转机构、设置在所述第一回转机构上的竖臂、设置在所述竖臂下端的第一喷水机构和设置在所述竖臂的侧壁的第二喷水机构；所述钻机清洗装置包括设置所述竖臂上部的第二回转机构、设置在所述第二回转机构上的摆动伸缩臂、设置在所述摆动伸缩臂另一端的第三回转机构、设置在所述第三回转机构上的第三喷水机构。2.根据权利要求1所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述门型框架包括设置钻杆箱的两侧外壁的第一导轨、一一对应滑动设置所述第一导轨上的可升降的框立柱、滑动设置在所述第一导轨上的用于移动对应的所述框立柱的第一驱动机构、滑动设置在所述第一导轨两侧的用于固定对应的所述框立柱及所述第一驱动机构的第一滑块和设置在两个所述框立柱的顶端的横梁；所述第一驱动机构包括设置在所述第一导轨上的第一齿条、设置在对应的两个所述第一滑块上的第一驱动箱、转动设置在所述第一驱动箱上与所述第一齿条相啮合的第一驱动齿轮和设置在所述第一驱动箱上的用于驱动所述第一驱动齿轮转动的第一驱动马达。3.根据权利要求1所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述腕部包括与所述机械手架相连的用于带动所述夹持机构在垂直平面转动的第一腕部和设置在所述第一腕部上的用于带动所述夹持机构在水平面内转动的第二腕部；所述第一腕部上设置有转动角度限位机构；所述转动角度限位机构包括设置所述第一腕部的外壳上的弧形挡块和设置在第一腕部的第一碗轴上的限位块。4.根据权利要求3所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述夹持机构包括与第二腕部相连的夹持连接套、设置在所述夹持连接套上的固定夹持座、可转动设置在所述固定夹持座上动夹持块和设置在所述固定加持座上的用于推动所述动夹持块转动的夹持油缸。5.根据权利要求1所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述第二驱动机构包括设置在所述第二导轨上的第二齿条、设置在对应的两个所述第二滑块上的第二驱动箱、转动设置在所述第二驱动箱上与所述第二齿条相啮合的第二驱动齿轮和设置在所述第二驱动箱上的用于驱动所述第二驱动齿轮转动的第二驱动马达。6.根据权利要求1所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述第一喷水机构包括设置在所述竖臂下端第一喷水座和设置在所述第一喷水座上的两个
第一喷嘴；所述第二喷水机构包括设置在所述竖臂的侧壁的第二喷水座和设置在所述第一喷水座上的第二喷嘴。7.根据权利要求1所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述第三喷水机构包括设置在所述第三回转机构的转动部上的喷水架、设置在所述喷水架上的第三喷嘴、设置所述第三回转机构的固定部上配水接头。8.根据权利要求1所述的一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，其特征在于：所述内箱框包括内箱框体和插接在所述内箱框体上的多个所述隔板；所述内箱框体包括一体设置框底板、框立板和两个边框板。

技术总结
本发明公开了一种具有清洗功能的自动钻机钻杆存取系统，包括钻杆箱、门型框架、机械手、钻杆清洗装置和钻机清洗装置；钻杆箱包括外箱体、两侧的内箱框、箱体驱动装置和多个箱体导轨；钻杆清洗装置包括清洗座板、第二导轨、第二驱动机构、伸缩纵臂、第二滑块、第一回转机构、竖臂、第一喷水机构和第二喷水机构；钻机清洗装置包括第二回转机构、摆动伸缩臂、第三回转机构、第三喷水机构。本发明将钻杆箱与钻进装置集成在同一回转平台上，采用单个多自由度机械手，大大提高钻杆抓取效率；同时将钻杆内箱设置成可滑动的两个半内箱，便于钻杆对中，抓取钻杆的中间部位；同时在机械手上增加清洗装置，便于在钻杆回收前清洗钻杆的外壁和心部。部。部。


技术研发人员：陶勇 李晶晶
受保护的技术使用者：重庆电子工程职业学院
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/1