本發(fā)明涉及一種井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)，屬于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤層氣屬于自生自儲(chǔ)式的非常規(guī)天然氣，開發(fā)煤層氣對(duì)緩解能源的供需矛盾、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的意義。煤層氣的大規(guī)模開發(fā)帶動(dòng)了煤層氣開采設(shè)備需求量的增加，作為煤層氣開采的關(guān)鍵裝備——瓦斯鉆機(jī)，我國(guó)的研制還比較落后，自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)作為井下瓦斯鉆機(jī)的配套裝置，其鉆桿存放容量和自動(dòng)化程度從一定程度上限制了鉆機(jī)的鉆孔深度和工作效率?；谖覈?guó)勞動(dòng)力較為廉價(jià)的現(xiàn)狀，井下設(shè)備自動(dòng)化程度發(fā)展緩慢，鉆桿的存取很大程度上依賴于人力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，危險(xiǎn)系數(shù)高，特別是在高位鉆孔和向上傾斜鉆孔過(guò)程中，人工裝卸鉆桿特別困難，工人在操作過(guò)程中可能因?yàn)橐粫r(shí)的疏忽釀成重大施工傷亡事故。因此，設(shè)計(jì)出一種效率高、安全性好的自動(dòng)裝卸鉆桿裝置就顯得尤為重要。尤其是在一些惡劣的工作環(huán)境下的鉆進(jìn)更需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)鉆桿自動(dòng)裝卸存取的裝置，以實(shí)現(xiàn)鉆探的自動(dòng)化及遠(yuǎn)程控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、鉆桿容量大、實(shí)用方便、可實(shí)現(xiàn)鉆桿自動(dòng)存取的井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)。

本發(fā)明提供了一種井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)，包括機(jī)架、鉆桿存放機(jī)構(gòu)、抓取機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和裝卸機(jī)構(gòu)，所述機(jī)架包括支撐橫梁，鉆桿存放機(jī)構(gòu)放置在機(jī)架上，在鉆桿存放機(jī)放機(jī)構(gòu)一側(cè)設(shè)有水平支撐臂和豎直支撐臂，二者通過(guò)豎直支撐臂內(nèi)部的滾珠絲杠副和燕尾形導(dǎo)軌連接，并垂直設(shè)置；

所述鉆桿存放機(jī)構(gòu)為方形箱體，鉆桿平行排列在箱體中；

所述抓取機(jī)構(gòu)包括滾珠絲杠、絲杠螺母、步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、三爪卡盤、v型塊、螺栓；所述滾珠絲杠和絲杠螺母設(shè)在水平支撐臂上，所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器和滾珠絲杠連接，絲杠螺母上焊接有三爪卡盤，三爪卡盤沿水平支撐臂移動(dòng)來(lái)運(yùn)送鉆桿，三爪卡盤通過(guò)水平支撐臂上的絲杠螺母帶動(dòng)其移動(dòng)；所述v型塊通過(guò)螺栓固定在水平支撐臂前端，v型塊支撐三爪卡盤抓取鉆桿；所述抓取機(jī)構(gòu)設(shè)在箱體中鉆桿的平行側(cè)；

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)在抓取機(jī)構(gòu)的下方，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制抓取機(jī)構(gòu)移動(dòng)或定位；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括防爆步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、帶輪a、帶輪b、同步帶、齒輪、窄平軌道、v型滑道、行走齒條、圓柱滾子軸承、v型槽輪、側(cè)板和蓋板，所述側(cè)板由螺釘連接在四根圓柱橫梁的兩端；所述圓柱滾子軸承和v型槽輪通過(guò)軸固定在側(cè)板上，分別在窄平軌道和v型滑道上滑動(dòng)；v型滑道的另一面加工有行走齒條；所述步進(jìn)電機(jī)固定于兩側(cè)板中間的支撐板上，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與帶輪a相連，帶輪a通過(guò)同步帶帶動(dòng)由軸固定在側(cè)板上的帶輪b運(yùn)動(dòng)，與帶輪b同軸的齒輪在行走齒條上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒輪與行走齒條相互嚙合實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)和裝卸機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置；

豎直支撐臂通過(guò)螺栓固定在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的蓋板上，豎直支撐臂由步進(jìn)電機(jī)控制，帶動(dòng)水平支撐臂升降動(dòng)作；

所述裝卸機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上方，位于抓取機(jī)構(gòu)與存放機(jī)構(gòu)之間；裝卸機(jī)構(gòu)包括絲杠、手爪、基座、圓錐滾子軸承、推力球軸承、絲杠螺母副、液壓缸a、液壓缸b、螺釘、凸緣聯(lián)軸器、絲杠螺母定位套、螺栓、手臂底板a、手臂底板b、手臂側(cè)板、液壓缸連接板、直線導(dǎo)向單元和步進(jìn)電機(jī)；所述絲杠兩端通過(guò)圓錐滾子軸承和推力球軸承固定，所述基座固定在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上方，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)螺栓固定在基座上并通過(guò)凸緣聯(lián)軸器和滾珠絲杠連接，絲杠螺母副外部連接有絲杠螺母定位套；所述手臂底板a、手臂底板b與絲杠垂直設(shè)置，手臂底板a和手臂側(cè)板焊接在一起，手臂底板b通過(guò)螺栓和手臂側(cè)板固定，所述液壓缸a的后部法蘭通過(guò)螺栓連接固定在手臂側(cè)板上，前部通過(guò)螺釘與直線導(dǎo)向單元連接；所述直線導(dǎo)向單元包括導(dǎo)向塊、導(dǎo)向桿和活塞桿連接板，導(dǎo)向塊通過(guò)螺釘固定在液壓缸a的前缸蓋上，導(dǎo)向塊兩側(cè)邊分別固定在手臂底板a和手臂底板b上，導(dǎo)向桿位于導(dǎo)向塊兩側(cè)的通孔內(nèi)，一端通過(guò)螺釘固定在活塞桿連接板上；所述絲杠螺母副通過(guò)螺栓分別固定手臂底板a和手臂底板b；所述液壓缸b與手爪鉸接，并通過(guò)螺栓固定在液壓缸a活塞桿一端的液壓缸連接板上；

裝卸機(jī)構(gòu)跟隨抓取機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)液壓機(jī)械手爪實(shí)現(xiàn)鉆桿在抓取機(jī)構(gòu)和鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)單元之間移動(dòng)。

上述的井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)中，所述箱體內(nèi)鉆桿平行放置，一排存放10根鉆桿，共10排，容量為100根鉆桿；所述鉆桿放置在v型支撐架上。

進(jìn)一步地，所述抓取機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠通過(guò)深溝球軸承固定在水平支撐梁上。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩側(cè)板中間的支撐板上設(shè)有防爆步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，采用齒輪和行走齒條進(jìn)行傳動(dòng)，齒條通過(guò)螺栓固定在機(jī)架上作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌，承載力大，傳動(dòng)精度高，安全性高。

本發(fā)明的有益效果：

（1）所述井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)的鉆桿存放機(jī)構(gòu)參照立體倉(cāng)庫(kù)采用箱體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鉆桿水平放置，具有容量較大，占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，適合巷道狹窄的工作環(huán)境。

（2）所述井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)的鉆桿存放機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓固定在底座的螺孔調(diào)節(jié)板上，抓取機(jī)構(gòu)和裝卸機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓連接固定在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，具有拆裝方便，便于運(yùn)輸和安裝調(diào)整。

（3）所述井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)的鉆桿抓取機(jī)構(gòu)的水平支撐梁上固定有v型塊作為鉆桿在水平支撐梁上的支撐，通過(guò)調(diào)節(jié)v型塊開合實(shí)現(xiàn)水平支撐梁鉆桿支撐與鉆桿存放機(jī)構(gòu)的對(duì)中，操作簡(jiǎn)單，從而適應(yīng)不同尺寸的鉆桿。

（4）所述井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)的抓取機(jī)構(gòu)和裝卸機(jī)構(gòu)的機(jī)械手臂自由度少，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，制造成本低。

（5）所述井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)實(shí)現(xiàn)了鉆桿的自動(dòng)取出與自動(dòng)存入，不僅減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高鉆探作業(yè)的效率，而且使工人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，確保工人的人身安全，提高井下鉆機(jī)的使用性能和工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中沿a-a線的剖視圖；

圖3為圖1中存放機(jī)構(gòu)的b向示意圖；

圖4為圖1的抓取機(jī)構(gòu)的c向示意圖；

圖5為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5的左視圖；

圖7為圖5的俯視圖；

圖8為本發(fā)明的裝卸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖（圖1中的右視）；

圖9為直線導(dǎo)向單元結(jié)構(gòu)圖。

圖10為圖9的右視圖。

圖中，1為箱體，2為v型支撐架，3為絲杠a，4為手爪，5為三爪卡盤，6為滾珠絲杠副，7為水平支撐臂，8為豎直支撐臂，9為v型塊，10為圓錐滾子軸承，11為普通平鍵，12為gys型聯(lián)軸器，13為步進(jìn)電機(jī)a，14為圓柱滾子軸承，15為圓柱橫梁，16為v型槽輪，17為v型滑道，18為側(cè)板，19為齒輪，20為方形橫梁，21為窄平軌道，22為帶輪a，23為帶輪b，24為步進(jìn)電機(jī)b，25為同步帶，26為支承板，27為基座，28為絲杠螺母，29為凸緣聯(lián)軸器a，30為步進(jìn)電機(jī)c，31為步進(jìn)電機(jī)d，32為凸緣聯(lián)軸器b，33為推力球軸承，34為絲杠螺母定位套，35為手臂底板a，36為手臂側(cè)板，37為液壓缸a，38為手臂底板b，39為絲杠螺母副，40為直線導(dǎo)向單元，401為導(dǎo)向桿，402為導(dǎo)向塊，403為活塞桿連接板，41為液壓缸連接板，42為液壓缸b。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：

如圖1~10所示，一種井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)，包括機(jī)架、鉆桿存放機(jī)構(gòu)、抓取機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和裝卸機(jī)構(gòu)，所述機(jī)架包括支撐橫梁，鉆桿存放機(jī)構(gòu)放置在機(jī)架上，在鉆桿存放機(jī)構(gòu)一側(cè)設(shè)有水平支撐臂7和豎直支撐臂8，二者通過(guò)豎直支撐臂8內(nèi)部的滾珠絲杠副6和燕尾形導(dǎo)軌連接，并垂直設(shè)置；

所述鉆桿存放機(jī)構(gòu)為方形箱體1，鉆桿平行排列在箱體1中，鉆桿整齊放置在v型支撐架2上；

所述抓取機(jī)構(gòu)包括滾珠絲杠、絲杠螺母28、步進(jìn)電機(jī)c30、聯(lián)軸器、三爪卡盤5、v型塊9、螺栓；所述滾珠絲杠和絲杠螺母28設(shè)在水平支撐臂7上，所述步進(jìn)電機(jī)c30通過(guò)凸緣聯(lián)軸器a29和滾珠絲杠連接，絲杠螺母28上焊接有三爪卡盤5，三爪卡盤5沿水平支撐臂7移動(dòng)來(lái)運(yùn)送鉆桿，三爪卡盤5通過(guò)水平支撐臂7上的絲杠螺母28帶動(dòng)其移動(dòng)；所述v型塊9通過(guò)螺栓固定在水平支撐臂7前端，v型塊9支撐三爪卡盤抓取鉆桿；所述抓取機(jī)構(gòu)設(shè)在箱體中鉆桿的平行側(cè)；

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)在抓取機(jī)構(gòu)的下方，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制抓取機(jī)構(gòu)移動(dòng)或定位；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括防爆步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、帶輪a、帶輪b、同步帶、齒輪、窄平軌道、v型滑道、圓柱滾子軸承、v型槽輪、側(cè)板和蓋板，所述側(cè)板18由螺釘連接在四根圓柱橫梁15的兩端；所述圓柱滾子軸承14和v型槽輪16通過(guò)軸固定在側(cè)板18上，分別在窄平軌道21和v型滑道17上滑動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)b24固定于兩側(cè)板中間的支撐板上，步進(jìn)電機(jī)b24通過(guò)聯(lián)軸器與帶輪a22相連，帶輪a22通過(guò)同步帶25帶動(dòng)由軸固定在側(cè)板上的帶輪b23運(yùn)動(dòng)，與帶輪b23同軸的齒輪19在行走齒條上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒輪19與行走齒條相互嚙合實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)和裝卸機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置；

豎直支撐臂8通過(guò)螺栓固定在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的蓋板上，豎直支撐臂8由步進(jìn)電機(jī)控制，帶動(dòng)水平支撐臂7升降動(dòng)作；

所述裝卸機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上方，位于抓取機(jī)構(gòu)與存放機(jī)構(gòu)之間；裝卸機(jī)構(gòu)包括絲杠、手爪、基座、圓錐滾子軸承、推力球軸承、絲杠螺母副、液壓缸a、液壓缸b、螺釘、凸緣聯(lián)軸器、絲杠螺母定位套、螺栓、手臂底板a、手臂底板b、手臂側(cè)板、液壓缸連接板、直線導(dǎo)向單元和步進(jìn)電機(jī)；所述絲杠a3兩端通過(guò)圓錐滾子軸承10和推力球軸承33固定，所述基座27固定在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上方，步進(jìn)電機(jī)d31通過(guò)螺栓固定在基座上并通過(guò)凸緣聯(lián)軸器b32和滾珠絲杠連接，絲杠螺母副39外部連接有絲杠螺母定位套34；所述手臂底板a35、手臂底板b38與絲杠螺母副39垂直固定，手臂底板a35和手臂側(cè)板36焊接在一起，手臂底板b38通過(guò)螺栓和手臂側(cè)板36固定，所述液壓缸a37的后部法蘭通過(guò)螺栓連接固定在手臂側(cè)板36上，前部通過(guò)螺釘與直線導(dǎo)向單元40連接；所述直線導(dǎo)向單元40包括導(dǎo)向桿401、導(dǎo)向塊402和活塞桿連接板403，導(dǎo)向桿401通過(guò)螺釘固定在液壓缸a37的前缸蓋上，導(dǎo)向塊402兩側(cè)邊分別固定在手臂底板a35和手臂底板b38上，導(dǎo)向桿401位于導(dǎo)向塊402兩側(cè)的通孔內(nèi)，一端通過(guò)螺釘固定在活塞桿連接板403上；所述絲杠螺母副39通過(guò)螺栓分別固定手臂底板a35和手臂底板b38；所述液壓缸b42與手爪4鉸接，并通過(guò)螺栓固定在液壓缸a37活塞桿一端的液壓缸連接板上；

裝卸機(jī)構(gòu)跟隨抓取機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)液壓機(jī)械手爪實(shí)現(xiàn)鉆桿在抓取機(jī)構(gòu)和鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)單元之間移動(dòng)。

上述的井下瓦斯鉆機(jī)自動(dòng)裝卸鉆桿庫(kù)中，所述箱體內(nèi)鉆桿平行放置，一排存放10根鉆桿，共10排，容量為100根鉆桿；所述鉆桿放置在v型支撐架上。

進(jìn)一步地，所述抓取機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠通過(guò)深溝球軸承固定在水平支撐梁上。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩側(cè)板中間的支撐板上設(shè)有防爆步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，采用齒輪和行走齒條進(jìn)行傳動(dòng)，齒條通過(guò)螺栓固定在機(jī)架上作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌，承載力大，傳動(dòng)精度高，安全性高。

本發(fā)明中所述的裝卸機(jī)構(gòu)，也可以安裝在鉆機(jī)中的基座上進(jìn)行鉆桿的裝卸。這屬于本發(fā)明的近似技術(shù)方案。