远距离控制防突钻机自动装卸钻杆机构的设计.pdf

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1、万方数据2008年10月矿业安全与环保第35卷第5期远距离控制防突钻机自动装卸钻杆机构的设计王清峰(煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆400037)摘要：自动装卸钻杆机构是远控钻机的关键部分，由钻杆举升机构、钻杆抓取机构及钻杆箱等组成。介绍了自动装卸钻杆机构的设计方案，重点介绍了钻杆举升、钻杆抓取等动作过程及工作原理。关键词：远控钻机；自动装卸钻杆；机构设计中图分类号：TD421．2+5文献标识码：A文章编号：1008—4495(2008)05—0012—03在突出煤层中施工钻孔，用以对突出煤层进行瓦斯抽放、排

2、放或卸压，这些措施目前几乎是在无保护层开采条件下消除煤层突出危险性的唯一办法。远距离控制防突钻机(简称远控钻机)的研制，其目的是在钻机远距离控制技术上实现突破，以保障在突出煤层钻孔中施工人员的安全。通过利用现代信息技术和自动控制技术，研究出基于PIE控制的自动装卸钻杆的远距离控制钻机，实现孔口无人化操作，操作人员可远在200m以外控制钻机。因而大大提高了钻孔作业人员的防护能力，对改善矿井安全状况具有重要的意义。1钻杆自动装卸机构方案设计自动装卸钻杆机构是远控钻机的关键部分。钻杆自动装卸机构由钻杆举升、钻杆抓取

3、机构及钻杆箱等组成。在向动力头装入钻杆时，钻杆举升机构将钻杆箱内的钻杆下放至钻杆抓取机构内；而从动力头拆下钻杆时，钻杆举升机构将钻杆抓取机构内的钻杆抬升至钻杆箱内。钻杆抓取机构的作用：在向动力头装入钻杆时，抓取钻杆箱内的钻杆送至接钻位置，而在拆卸钻杆时，将拆下的钻杆从接钻位置拖回钻杆箱¨。2J。1．1钻杆箱结构远控钻机的钻杆箱采用竖列的方式排列钻杆，收稿日期：20啤一cr7—21；2008—08—08修回基金项目：国家发改委重点产业化项目(2006ZY02)作者简介：王清峰(1968一)，男。山东郯城人，高级

4、工程师，1990年毕业于山东矿业学院机械工程系，现从事煤矿安全装备研发工作。电话：023—65239396，E—mail．_w哂18@yahoo．C0111．Clio·12·装入钻杆时钻杆靠自重落人抓取机构内。钻杆箱内置6列钻杆，每列12根，以每根钻杆有效长度1．5m计算，则钻杆箱内钻杆总长为109．5m，可以满足钻机使用要求。且钻杆箱采用开放式结构，必要时可从上部加入钻杆。钻杆箱的结构见图1。l一钻杆箱体；2-钻杆；3一钻杆槽。图1钻杆箱结构示意图1．2钻杆举升机构钻杆举升机构原理见图2。l一顶升油缸；2一

5、摆杆；3-项杆；4_连杆；卜钻杆；卜钻杆箱。图2钻杆举升机构原理图钻杆举升机构由顶升油缸1、摆杆2组成的曲柄摇杆机构，以及摆杆2、连杆4组成的平行四边形机构组合而成，以实现钻杆顶升与下降的平移运动。当向动力头装人钻杆时，摆杆逆时针摆动，钻杆依靠重力作用下滑至钻杆抓取机构内；当从动力头拆下钻杆放回钻杆箱内时，摆杆顺时针摆动，将钻杆抓取机构内的钻杆顶人钻杆箱内。1．3钻杆抓取机构钻杆抓取机构原理见图3。型争万方数据2008年10月矿业安全与环保第35卷第5期1110987l一动力头回转中心；2一钻杆；3一钻杆箱；

6、卜齿轮齿条机构；卜液压马达；卜滑臂；7一滑臂后限位挡块；8一钻杆选择油缸；卜滑臂前限位挡块；l卜钻杆钩复位弹簧；ll一钻杆钩。图3钻杆抓取机构示意图液压马达5通过齿轮齿条机构4带动滑臂6前进与后退，实现钻杆装入与拆卸；通过钻杆选择油缸8及滑臂前限位挡块9实现钻杆箱内钻杆的选择，而滑臂伸出时则通过滑臂后限位挡块7定位。1．4钻杆拧卸机构钻杆拧卸机构原理见图4。仕必l一摆动油缸；卜夹紧油缸；卜摆臂；4一钻杆(前)；卜前夹持嚣体；卜机架；卜后夹持器体；8-钻杆(后)；卜下错臂；l卜上钳臂。图4钻杆拧卸机构示意图图4

7、中，前夹持器体由夹紧油缸2、上钳臂10、下钳臂9、摆动油缸1及摆臂3组成，实现对钻杆的夹紧及旋转。而后夹持器体由夹紧油缸2、上钳臂10、下钳臂9组成，实现对钻杆的夹紧固定。在钻杆拧卸时，前后夹持器分别夹住钻杆接头两端的前后钻杆，后夹持器固定不动，前夹持器摆动一定的角度，拧松螺纹接头。2自动装卸钻杆动作过程及说明2．1钻杆装入动力头的过程第l步：钻杆待装入状态，见图5。邑萨图5第2步：钻杆举升机构下降，被选中的钻杆落人钻杆钩内，见图6。彘串图6第3步：滑臂前伸，将钻杆送进到位，动力头旋转并前进，被选中的钻杆接人

8、前一根钻杆，见图7。蝗醇图7第4步：钻杆举升机构上升，将所有未选中的钻杆顶回钻杆箱内，见图8。营醇图8第5步：滑臂缩回，见图9。鑫毋图9如此循环，可装入所有钻杆。2．2钻杆拆卸过程第l步：动力头回拖钻杆到位，前后夹持器分别夹住位置1处钻杆接头两端的前后钻杆，见图10。图10第2步：后夹持器固定不动，前夹持器正向旋转，拧松螺纹接头；后夹持器松开，动力头反向旋转并后退将位置1处的螺纹接头完全脱开，见图1