CN116816406A - 一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构及锚杆钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构及锚杆钻机，自动换杆机构包括夹持器、换杆机构、滑移平台、滑移油缸、夹持器油缸，换杆机构包括第一换杆装置、第二换杆装置和底座，底座上对称设有第一换杆装置、第二换杆装置，第一换杆装置和第二换杆装置结构相同，均包括悬杆、U型侧板、支架立板、夹持器和夹持器油缸，U型侧板、支架立板连接在底座上，U型侧板的外侧面固定有悬杆，U型侧板的内侧面连接有夹持器，支架立板的内侧面连接有夹持器油缸，夹持器油缸连接夹持器，滑移油缸端部铰接在滑移平台上，滑移油缸伸缩端连接底座，连接底座滑动连接在滑移平台上。

Description

一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构及锚杆钻机

技术领域

本发明涉及一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构及锚杆钻机，属于煤矿掘进巷道支护施工技术领域。

背景技术

目前，由于煤矿巷道空间限制，公知的煤矿用锚杆钻机尺寸及形成均较小，其施工钻进行程普遍小于2米。当钻孔深度大于钻机钻进行程时，只能采取手动接杆，由于锚杆钻机施工可以在水平和竖直空间内实现180度回转施工，因此在施工过程中手动换杆是一个较为困难和危险的工作，施工强度大。

现有锚杆钻机的结构，如图1所示，包括固定基架，滑架，钻箱，夹持器。锚杆钻机主要实现两级滑移伸缩。一级滑移伸缩包括：夹持器滑移伸缩，由夹持器油缸伸缩驱动；滑架滑移伸缩，由滑架油缸伸缩驱动。二级滑移伸缩包括钻箱滑移伸缩，由钻进油缸加链传动驱动实现二级滑移。二级滑移每级滑移行程在800mm，两级合计可以实现1.6米的钻进深度。两级回缩后可以达到1.2米左右的最小运输尺寸。

施工钻进过程如下：夹持器伸出至钻杆行程位置，安装钻杆使钻杆一端装入钻箱驱动接头内，另一端由夹持器夹钳夹紧。然后由变幅臂架将锚杆钻机伸出至指定孔位，并确保夹持器前端面板顶至巷道壁。松开夹钳，钻箱旋转前移实现钻进动作。回拖钻杆时，由钻箱或者夹持器夹紧或者卡住钻杆进行后退，拔出钻杆。在没有自动换杆机构时，所有辅助动作均由人工完成，人要参与整个钻孔过程，并完成放杆，解锁钻杆，下放钻杆等动作。工作危险繁重。

另外一种常用方法是设计摆动换杆机构通过旋转机构带动钻杆旋转摆动至孔位并配合夹持旋转机构实现多杆的更换。摆动换杆机构只能安装在结构最下端的固定基架上才能保证换杆位置的相对固定，这样其结构的高度尺寸需要较大，为确保结构刚度，其结构质量将非常大，有的摆动换杆机构质量甚至大于锚杆钻机质量。另外由于需要侧摆让出钻箱钻进空间，其需要的侧摆空间也较大。摆动式换杆机构由于结构刚度、旋转精度和重复定位精度都较差，不适合煤矿巷道狭小的空间及轻量化的锚杆钻机灵活施工的需要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构及锚杆钻机，解决了现有技术中钻进过程中换杆不便，换杆机构占用空间大的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，包括夹持器、换杆机构、滑移平台、滑移油缸、夹持器油缸；

滑移平台上设有导向套；

换杆机构包括第一换杆装置、第二换杆装置和底座，底座上对称设有第一换杆装置、第二换杆装置；

第一换杆装置和第二换杆装置结构相同，均包括悬杆、U型侧板、支架立板、夹持器和夹持器油缸，U型侧板、支架立板连接在底座上，U型侧板的外侧面固定有悬杆，U型侧板的内侧面连接有夹持器，支架立板的内侧面连接有夹持器油缸，夹持器油缸连接夹持器；

U型侧板上设有U型开口，U型开口朝向换杆机构的对称中心，U型开口中轴线与夹持器中轴线同轴设置、夹持器中轴线与导向套中轴线位于同一平面；

滑移油缸端部铰接在滑移平台上，滑移油缸伸缩端连接底座，连接底座滑动连接在滑移平台上。

进一步地，前述滑移平台包括油缸底板、左侧板、连接板、右侧板和导向套；

连接板两侧分别连接左侧板和右侧板，油缸底板底面连接左侧板顶面，油缸底板侧面连接右侧板侧面，右侧板顶端还设有导向套；

油缸底板上平面设有楔形滑槽。

进一步地，前述滑移平台上设有楔形滑槽，底座底部设有与楔形滑槽相适配的楔形导轨。

进一步地，所述悬杆的悬臂端设有U型导向板，U型导向板上设有U型开口，U型开口朝向换杆机构的对称中心，U型导向板上的U型开口与夹持器中轴线同轴设置。

进一步地，所述U型侧板和U型导向板上还分别连接有橡胶夹紧块，橡胶夹紧块上设有U型开口，橡胶夹紧块上的U型开口与夹持器中轴线同轴设置。

进一步地，所述滑移油缸包括第一行程位置和第二行程位置，

当滑移油缸位于第一行程位置时，换杆机构的对称中心与导向套中轴线位于同一平面；

当滑移油缸位于第二行程位置时，滑移油缸为全伸状态，第二换杆装置上夹持器与导向套同轴；

当滑移油缸在初始位时，滑移油缸为全缩状态，第一换杆装置上夹持器与导向套同轴。

一种锚杆钻机，包括固定基架、钻箱和前述任一项的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构；

钻箱滑动连接在固定基架上，钻箱与导向套同轴；

固定基架上还设有换杆机构导杆、第一导向块和伸缩滑移油缸，伸缩滑移油缸一端固定连接在固定基架上，伸缩滑移油缸的另一端连接换杆机构，第一导向块固定连接在固定基架上，换杆机构导杆设置在导向块中，换杆机构导杆一端连接换杆机构。

进一步地，所述还包括滑架、滑架油缸、第二导向块和滑架导杆，

第二导向块固定连接在固定基架上，滑架导杆设置在第二导向块中，滑架导杆两端分别固定连接滑架的两端，滑架油缸一端连接在滑架上，滑架油缸另一端固定在固定基架。

进一步地，所述还包括链传动机构，链传动机构包括钻箱底座、链轨、钻箱油缸和链轮，滑架上还设有钻箱导杆；

钻箱设置在钻箱底座上，钻箱底座设置在钻箱导杆上，钻箱导杆两端分别连接在滑架的两端上，钻箱油缸的活塞端连接滑架，钻箱油缸的缸体端两侧连接有链轮，链轮与链轨相啮合，链轨固定连接钻箱底座下平面。

本发明所达到的有益效果：

1、依靠换杆机构下侧的滑移油缸实现换杆机构的双位定位，通过滑移油缸的伸缩实现双位滑移，从而实现两根钻杆的自动更换、钻进、退杆，实现简单、可靠、实用的自动换杆及自动钻进；通过滑移油缸的伸缩让出钻箱操作空间，使得机构整体占用空间更小。

2、滑移油缸的最小和最大行程对应全缩和全伸位置，因此定位精确，重复精度高，控制简单可靠。

3、可以实现在多个孔位施工时自动换杆、钻进、退杆，避免了手动接杆的工作，节省了人力资源，降低了施工危险性，提高了施工效率，并且本结构简单可靠，可以实现两根钻杆的循环更换，不占用巷道的有效空间，重量轻。

附图说明

图1是现有锚杆钻机的结构示意图；

图2是本发明锚杆钻机结构示意图；

图3是本发明自动换杆机构结构示意图；

图4是本发明油缸底板示意图；

图5是本发明底座示意图；

图6是本发明锚杆钻机换杆过程第一工作位示意图；

图7是本发明锚杆钻机换杆过程第二工作位示意图；

图8是本发明锚杆钻机换杆过程第三工作位示意图；

图9是本发明锚杆钻机换杆过程第四工作位示意图；

图10是本发明锚杆钻机换杆过程第五工作位示意图；

图11是本发明锚杆钻机换杆过程第六工作位示意图；

图12是本发明锚杆钻机换杆过程第七工作位示意图；

图13是本发明锚杆钻机换杆过程第八工作位示意图；

图14是本发明锚杆钻机换杆过程第九工作位示意图；

图15是本发明锚杆钻机换杆过程第十工作位示意图；

图16是本发明锚杆钻机换杆过程第十一工作位示意图；

图17是本发明锚杆钻机换杆过程第十二工作位示意图；

图18是本发明锚杆钻机换杆过程第十三工作位示意图；

图19是本发明夹持器安装示意图；

图20是本发明链传动机构示意图；

图21是本发明锚杆钻机结构侧视图。

图中附图标记的含义：1-自动换杆机构；2-固定基架；3-钻箱；4-滑架；8-链传动机构；9-伸缩滑移油缸；10-滑架油缸；11-橡胶夹紧块；12-夹持器；13-换杆机构；14-滑移平台；15-滑移油缸；16-夹持器油缸；17-换杆机构导杆；18-第一导向块；19-第二导向块；131-第一换杆装置；132-第二换杆装置；133-底座；134-U型导向板；135-悬杆；136-U型侧板；137-楔形导轨；138-支架立板；141-油缸底板；142-左侧板；143-连接板；144-右侧板；145-导向套；146-楔形滑槽；147-铰接座；31-钻箱钻套；41-钻箱导杆；42-滑架导杆；81-钻箱底座；82-链轨；83-钻箱油缸；84-链轮。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，如图3所示，包括橡胶夹持器12、换杆机构13、滑移平台14、滑移油缸15、夹持器油缸16。

其中，滑移平台14包括油缸底板141、左侧板142、连接板143、右侧板144、导向套145。连接板143两侧分别连接左侧板142和右侧板144，油缸底板141底面连接左侧板142顶面，油缸底板141侧面连接右侧板144侧面，右侧板144顶端还设有导向套145。

如图2所示，左侧板142的外侧面连接有换杆机构导杆17，换杆机构导杆17布置在固定基架2内。如图4所示，油缸底板141上开有铰接座147和横向的楔形滑槽146，滑移油缸15固定端由销轴铰接连接在油缸底板141的铰接座147上，滑移油缸15伸缩端连接底座133。结合图5，底座133下部开有楔形导轨137，楔形导轨137安装在楔形滑槽146内，底座133可以在楔形滑槽146内滑动。

由图3可知，换杆机构13包括第一换杆装置131、第二换杆装置132和底座133，底座133固定连接滑移油缸15，随滑移油缸15伸缩动作，底座133上对称设有第一换杆装置131、第二换杆装置132，第一换杆装置131和第二换杆装置132结构相同，均包括U型导向板134、悬杆135、U型侧板136、支架立板138、夹持器12和夹持器油缸16，U型侧板136、支架立板138连接在底座133上，U型侧板136的外侧面固定有悬杆135，U型侧板136的内侧面装有夹持器12，如图19所示，夹持器12由安装在下部的夹持器油缸16驱动，夹持器油缸16固定在支架立板138上，夹持器油缸16缸杆用销轴与夹持器12连接，夹持器油缸16伸缩带动夹持器12张开和夹紧。

悬杆135的悬臂端设有U型导向板134，U型侧板136和U型导向板134上还分别连接有橡胶夹紧块11，U型侧板136、U型导向板134和橡胶夹紧块11上均设有U型开口，且U型开口朝向一致，均指向朝向钻机钻孔中心位置，这样能保证换杆后换杆机构13可以顺利回归中位而不干涉。工作时，钻杆从U型开口侧卡进U型侧板136、U型导向板134和橡胶夹紧块11，夹持器12在夹持器油缸16驱动下夹紧钻杆，由于钻机可以工作的角度较多，在换杆过程中夹持器12可能会松开，因此设计橡胶夹紧块11进行辅助夹紧，利用橡胶夹紧块11自身的夹紧力防止钻杆掉落。由于U型开口方向朝向钻机钻孔中心位置，因此换杆机构在将钻杆送至中心位置时，可以退回中位，不会卡滞或干涉。

滑移油缸15有两个行程位置，当滑移油缸15位于第一行程位置时，换杆机构13处于中位，既换杆机构13的中轴线与导向套145中轴线位于同一平面，此时可以进行钻箱的钻进，由于第一换杆装置131、第二换杆装置132均不与导向套145对中，钻箱可以从第一换杆装置131、第二换杆装置132的中间穿过，整个行程而不与换杆机构13干涉，另外还可以进行换杆机构13的回缩以便整机运输或转移；当滑移油缸15位于第二行程位置时，滑移油缸15为全伸状态，此时第二换杆装置132与导向套145对中，用于第二换杆装置132进行钻杆的安装、拆除；当滑移油缸15在初始位时，滑移油缸15为全缩状态，此时第一换杆装置131与导向套145对中，用于第一换杆装置131进行钻杆的安装、拆除。由于第二换杆装置132、第一换杆装置131工作位置分别对应滑移油缸15全伸和全缩位置，因此定位精确，重复精度高，控制简单可靠。

实施例二

本实施例公开了一种锚杆钻机，如图2所示，包括固定基架2、钻箱3、滑架4和实施例一中的自动换杆机构。

如图2所示，自动换杆机构1通过换杆机构导杆17连接至固定基架2上，第一导向块18固定连接在固定基架2上，换杆机构导杆17设置在第一导向块18中，换杆机构导杆17一端连接左侧板142。如图21所示，伸缩滑移油缸9一端固定连接在固定基架2上，伸缩滑移油缸9的另一端连接自动换杆机构1，伸缩滑移油缸9可带动自动换杆机构1沿换杆机构导杆17移动。

滑架4通过滑架导杆42与固定基架2连接，第二导向块19固定连接在固定基架2上，滑架导杆42设置在第二导向块19中，滑架导杆42两端分别固定连接滑架4两端，如图2所示，滑架4的伸缩由滑架油缸10驱动，滑架油缸10一端连接在滑架4面板上，另一端固定在固定基架2上。

如图20所示，钻箱3的伸缩由链传动机构8实现，链传动机构8包括钻箱底座81、链轨82和钻箱油缸83，钻箱3设置在钻箱底座81上，钻箱底座81设置在滑架4的钻箱导杆41上，钻箱底座81可沿钻箱导杆41前后滑动，钻箱导杆41两端分别连接在滑架4的两端侧板上。钻箱油缸83为双级油缸，其活塞端连接滑架4，其缸体端两侧连接有链轮84，链轮84与链轨82相啮合，链轨82固定在钻箱底座81上，钻箱油缸83伸缩时，由链轮84带动链轨82滑移，再由链轨82带动钻箱底座81移动。由于夹持器重量较重，自动换杆机构1具有夹持功能，通过将锚杆钻机夹持器更换为双工位的换杆机构13，这样的布置可以减轻整机质量，减少冗余动作，便于简化控制。

本实施例以行程1.6米的锚杆钻机，需装夹2根1.2米钻杆为例进行说明其工作过程和换杆方法。在锚杆钻机工作时：

一、工作前装杆：自动换杆机构1在伸缩滑移油缸9的驱动下前伸400mm，滑移油缸15位于第一行程位置，换杆机构13位于中位，分别在第二换杆装置132、第一换杆装置131上安装钻杆，使钻杆前端伸出夹持器42mm，夹持器12夹紧。如图6所示。

二、对中第一根钻杆：滑移油缸15回缩至初始位置，第一换杆装置131正好位于对中位置，使得第一换杆装置131上的第一根钻杆、钻箱钻套31、导向套145同轴。如图7所示。

三、认杆：钻箱3缓慢前移旋转，使钻杆驱动方头穿入钻箱钻套31，松开夹持器12，钻箱3继续前移，将钻杆驱动至前端导向套145内。如图8所示。

四、钻进第一根钻杆：滑移油缸15伸出至第一行程位置，换杆机构13位于中位，钻箱3正向旋转钻进至第一根钻杆后端距夹持器61mm。如图9所示。

五、加装第二根钻杆：钻箱3后退至初始位置，滑移油缸15伸出至第二行程位置(全伸状态)，第二换杆装置132上钻杆正好位于钻机孔中位，使得第二换杆装置132上的第二根钻杆、钻箱钻套31、导向套145同轴。稍微松开换杆机构夹持器12。钻箱3缓慢正转前移，直至两节杆连接好，通过钻箱旋转使两节钻杆之间完成螺纹连接。如图10所示。

六、钻进第二根钻杆：换杆机构夹持器12完全张开，滑移油缸15收缩至第一行程位置，换杆机构13位于中位。钻箱3钻进至第二根钻杆后端距夹持器61mm。如图11所示。

七、退杆：钻箱反转30度，锁紧钻杆轴向位移、后退，拉动第二根钻杆，带动第一根钻杆后端距离夹持器61mm。如图12所示。

八、卸第二根钻杆：换杆机构13移动至第一换杆装置131正好位于对中位置，换杆机构夹持器12夹紧。如图13所示。

九、移动第二根钻杆至中位：钻箱3反转解锁螺纹扣，钻箱3后退移动解扣后的第二根钻杆至第二根钻杆前端距换杆机构夹持器23mm。换杆机构夹持器12夹紧。钻箱正转30度，钻箱后退至初始位置。换杆机构13滑移至中位。如图14所示。

十、钻箱前进至前端，钻箱3正转对孔。如图15所示。

十一、退第一根钻杆：钻箱3反转锁死，钻箱3后退拔出第一根钻杆至第一根钻杆前端距夹持器42mm。换杆机构13移动至第二换杆装置132正好位于对中位置，夹持器12夹紧，钻箱3后退至初始位置。如图16所示。

十二、换杆机构13滑移至中位，钻机移动至下一孔位进行钻进。如图17所示。

十三、完成所有钻进，换杆机构13位于中间位，自动换杆机构1伸缩油缸缩回至运输位置，如图18所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，其特征在于，包括夹持器(12)、换杆机构(13)、滑移平台(14)、滑移油缸(15)和夹持器油缸(16)；

所述滑移平台(14)上设有导向套(145)；

所述换杆机构(13)包括第一换杆装置(131)、第二换杆装置(132)和底座(133)，所述底座(133)上对称设有第一换杆装置(131)、第二换杆装置(132)；

所述第一换杆装置(131)和第二换杆装置(132)结构相同，均包括悬杆(135)、U型侧板(136)、支架立板(138)、夹持器(12)和夹持器油缸(16)，所述U型侧板(136)、支架立板(138)连接在底座(133)上，所述U型侧板(136)的外侧面固定有悬杆(135)，所述U型侧板(136)的内侧面连接有夹持器(12)，所述支架立板(138)的内侧面连接有夹持器油缸(16)，所述夹持器油缸(16)连接夹持器(12)；

所述U型侧板(136)上设有U型开口，所述U型开口朝向换杆机构(13)的对称中心，所述U型开口中轴线与夹持器(12)中轴线同轴设置、所述夹持器(12)中轴线与导向套(145)中轴线位于同一平面；

所述滑移油缸(15)端部铰接在滑移平台(14)上，所述滑移油缸(15)伸缩端连接底座(133)，所述连接底座(133)滑动连接在滑移平台(14)上。

2.根据权利要求1所述的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，其特征在于，所述滑移平台(14)包括油缸底板(141)、左侧板(142)、连接板(143)、右侧板(144)和导向套(145)；

所述连接板(143)两侧分别连接左侧板(142)和右侧板(144)，所述油缸底板(141)底面连接左侧板(142)顶面，所述油缸底板(141)侧面连接右侧板(144)侧面，所述右侧板(144)顶端还设有导向套(145)；

所述油缸底板(141)上平面设有楔形滑槽(146)。

3.根据权利要求1所述的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，其特征在于，所述滑移平台(14)上设有楔形滑槽(146)，所述底座(133)底部设有与楔形滑槽(146)相适配的楔形导轨(137)。

4.根据权利要求1所述的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，其特征在于，所述悬杆(135)的悬臂端设有U型导向板(134)，所述U型导向板(134)上设有U型开口，所述U型开口朝向换杆机构(13)的对称中心，所述U型导向板(134)上的U型开口与夹持器(12)中轴线同轴设置。

5.根据权利要求4所述的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，其特征在于，所述U型侧板(136)和U型导向板(134)上还分别连接有橡胶夹紧块(11)，所述橡胶夹紧块(11)上设有U型开口，所述橡胶夹紧块(11)上的U型开口与夹持器(12)中轴线同轴设置。

6.根据权利要求1所述的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构，其特征在于，所述滑移油缸(15)包括第一行程位置和第二行程位置，

当滑移油缸(15)位于第一行程位置时，所述换杆机构(13)的对称中心与导向套(145)中轴线位于同一平面；

当滑移油缸(15)位于第二行程位置时，所述滑移油缸(15)为全伸状态，所述第二换杆装置(132)上夹持器(12)与导向套(145)同轴；

当滑移油缸(15)在初始位时，所述滑移油缸(15)为全缩状态，所述第一换杆装置(131)上夹持器(12)与导向套(145)同轴。

7.一种锚杆钻机，其特征在于，包括固定基架(2)、钻箱(3)和如权利要求1-6任一项所述的可变行程煤矿用双位滑移式自动换杆机构；

所述钻箱(3)滑动连接在固定基架(2)上，所述钻箱(3)与导向套(145)同轴；

所述固定基架(2)上还设有换杆机构导杆(17)、第一导向块(18)和伸缩滑移油缸(9)，所述伸缩滑移油缸(9)一端固定连接在固定基架(2)上，所述伸缩滑移油缸(9)的另一端连接换杆机构(13)，所述第一导向块(18)固定连接在固定基架(2)上，所述换杆机构导杆(17)设置在导向块(18)中，所述换杆机构导杆(17)一端连接换杆机构(13)。

8.根据权利要求7所述的锚杆钻机，其特征在于，还包括滑架(4)、滑架油缸(10)、第二导向块(19)和滑架导杆(42)，

所述第二导向块(19)固定连接在固定基架(2)上，所述滑架导杆(42)设置在第二导向块(19)中，所述滑架导杆(42)两端分别固定连接滑架(4)的两端，所述滑架油缸(10)一端连接在滑架(4)上，所述滑架油缸(10)另一端固定在固定基架(2)。

9.根据权利要求7所述的锚杆钻机，其特征在于，还包括链传动机构(8)，所述链传动机构(8)包括钻箱底座(81)、链轨(82)、钻箱油缸(83)和链轮(84)，所述滑架(4)上还设有钻箱导杆(41)；

所述钻箱(3)设置在钻箱底座(81)上，所述钻箱底座(81)设置在钻箱导杆(41)上，所述钻箱导杆(41)两端分别连接在滑架(4)的两端上，所述钻箱油缸(83)的活塞端连接滑架(4)，所述钻箱油缸(83)的缸体端两侧连接有链轮(84)，所述链轮(84)与链轨(82)相啮合，所述链轨(82)固定连接钻箱底座(81)下平面。