[发明专利]液动式煤矿钻车钻杆自动转移、装卸系统及工作方法

权利要求书

1.液动式煤矿钻车钻杆自动转移、装卸系统，包括钻杆库、钻杆转移机构、钻杆装卸机构、液压控制阀和控制器；所述钻杆装卸机构包括动力头、导轨、机架、夹持器，所述动力头包括卡盘、液压马达及减速器，卡盘用于夹紧钻杆；其特征在于：

所述的钻杆库为存放钻杆的立体钻杆库，立体钻杆库安装于钻车车盘一侧后部，待抓取钻杆的放置方向与钻车行走方向相一致；所述立体钻杆库构造是，在箱体中固定有V形的钻杆放置架，简称V形架，V形架两翼用于放置钻杆，每个翼的底部两端分别设置有上挡块和下挡块，上挡块和下挡块下面分别设有驱动液压缸；在V形架正下方两端分别设有钻杆顶出缸，钻杆顶出缸的活塞杆顶端设有瓦套；

所述钻杆转移机构安装于钻车车盘的立体钻杆库前面，用于从钻杆库中抓取钻杆并转移至钻车导轨末端，并在动力头的移动下与工作钻杆旋合安装；钻杆转移机构由机座、腰座、大臂、小臂、手腕、末端执行器和它们之间的各个驱动关节顺序连接组成，所述的驱动关节为液压马达，由控制器控制各液压马达的液压控制阀进而驱动各关节的运动；

所述末端执行器包括连接梁、滚轴、手爪驱动液压缸、手爪驱动液压缸活塞杆、手爪及传动轴；手腕与传动轴采用一对锥齿轮啮合传动连接，其中，小锥齿轮安装在连接梁回转马达的输出轴上，大锥齿轮的轴通过键与传动轴连接；连接梁上固定有两个手爪驱动液压缸，手爪侧端开有弧形滑槽，滚轴穿过弧形滑槽，使得两侧的手爪分别通过滚轴与对应的手爪驱动液压缸活塞杆连接；通过两个手爪驱动液压缸分别驱动两侧手爪运动，使得滚轴带动手爪沿着滑槽轨迹运动，以此来实现手爪的闭合和松开和调节手爪的开合角度，完成待抓取钻杆的抓取；手爪为弧形，适应待抓取钻杆形状；上述手爪的中心位于手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小；

所述控制器是采用“示教法”控制钻杆转移机构各传动关节、根据状态信号与指令控制液压缸从钻杆库顶出钻杆的控制部件；通过控制腰座转动、大臂摆动、小臂摆动、手腕摆动、连接梁转动及手爪抓取动作，实现从立体钻杆库中取出钻杆，然后转移到钻杆待装卸位置，最后完成钻杆装卸的全部工作流程。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的钻杆转移机构各部件的连接关系是：所述机座在机座板上固定有腰座回转马达，腰座回转马达输出轴与腰座通过齿轮进行连接，从而使得腰座回转马达驱动腰座回转；大臂摆动马达输出轴与大臂通过键连接；小臂摆动马达输出轴与小臂通过键连接；手腕摆动马达输出轴与手腕通过键连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手爪采用平行式三爪结构，即两侧分别布置单片和双片手爪，并且单片侧滚轴长度小于双片侧滚轴长度。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述手爪表面设有防滑胶垫。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的瓦套表面设有缓冲橡胶垫。

6.一种如权利要求1所述系统的工作方法如下：

第一步、系统上电，控制器控制整个系统复位，使手爪处于钻杆库等待工作区；

第二步、控制器控制V形架一翼的驱动液压缸，驱动下挡块缩回，最底部钻杆释放至瓦套中，驱动下挡块伸出并驱动上挡块缩回，第二根钻杆落至最底部，其余钻杆随其下落，上挡块伸出将钻杆定位；

第三步、 控制器控制钻杆顶出缸伸出，举起钻杆；

第四步、控制器控制手爪抓住钻杆，然后控制钻杆转移机构的姿态，以将钻杆转移至待安装位置；转移时，控制器控制大臂与小臂的摆动运动，使得手爪移至与待装卸钻杆原点Y坐标同轴位置；然后，控制连接梁做旋转运动，使得手爪移动至导轨末端位置，最终使夹取的钻杆处于导轨末端方向，满足钻杆装卸姿态的要求；

第五步、控制器控制动力头回退至导轨末端，卡盘夹紧钻杆，手爪松开钻杆，动力头带动钻杆正向旋转并进行给进运动，使钻杆旋合，完成钻杆安装；

第六步、拆卸钻杆时，与第五步动作相反，直至卡盘松开钻杆，待手爪抓住钻杆后再采用与第四步相反动作，将钻杆转移至钻杆库并放回V形架最上一根钻杆位置。