一种井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库技术领域
本发明涉及一种井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库，属于机械领域。
背景技术
煤层气属于自生自储式的非常规天然气，开发煤层气对缓解能源的供需矛盾、实
施可持续发展战略具有十分重要的意义。煤层气的大规模开发带动了煤层气开采设备需求
量的增加，作为煤层气开采的关键装备——瓦斯钻机，我国的研制还比较落后，自动装卸钻
杆库作为井下瓦斯钻机的配套装置，其钻杆存放容量和自动化程度从一定程度上限制了钻
机的钻孔深度和工作效率。基于我国劳动力较为廉价的现状，井下设备自动化程度发展缓
慢，钻杆的存取很大程度上依赖于人力，劳动强度大，工作效率低，危险系数高，特别是在高
位钻孔和向上倾斜钻孔过程中，人工装卸钻杆特别困难，工人在操作过程中可能因为一时
的疏忽酿成重大施工伤亡事故。因此，设计出一种效率高、安全性好的自动装卸钻杆装置就
显得尤为重要。尤其是在一些恶劣的工作环境下的钻进更需要一种能够实现钻杆自动装卸
存取的装置，以实现钻探的自动化及远程控制。
发明内容
本发明旨在提供一种结构简单、钻杆容量大、实用方便、可实现钻杆自动存取的井
下瓦斯钻机自动装卸钻杆库。
本发明提供了一种井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库，包括机架、钻杆存放机构、抓取
机构、驱动机构和装卸机构，所述机架包括支撑横梁，钻杆存放机构放置在机架上，在钻杆
存放机放机构一侧设有水平支撑臂和竖直支撑臂，二者通过竖直支撑臂内部的滚珠丝杠副
和燕尾形导轨连接，并垂直设置；
所述钻杆存放机构为方形箱体，钻杆平行排列在箱体中；
所述抓取机构包括滚珠丝杠、丝杠螺母、步进电机、联轴器、三爪卡盘、V型块、螺栓；所
述滚珠丝杠和丝杠螺母设在水平支撑臂上，所述步进电机通过联轴器和滚珠丝杠连接，丝
杠螺母上焊接有三爪卡盘，三爪卡盘沿水平支撑臂移动来运送钻杆，三爪卡盘通过水平支
撑臂上的丝杠螺母带动其移动；所述V型块通过螺栓固定在水平支撑臂前端，V型块支撑三
爪卡盘抓取钻杆；所述抓取机构设在箱体中钻杆的平行侧；
所述驱动机构设在抓取机构的下方，通过驱动机构控制抓取机构移动或定位；驱动机
构包括防爆步进电机、联轴器、带轮A、带轮B、同步带、齿轮、窄平轨道、V型滑道、行走齿条、
圆柱滚子轴承、V型槽轮、侧板和盖板，所述侧板由螺钉连接在四根圆柱横梁的两端；所述圆
柱滚子轴承和V型槽轮通过轴固定在侧板上，分别在窄平轨道和V型滑道上滑动；V型滑道的
另一面加工有行走齿条；所述步进电机固定于两侧板中间的支撑板上，步进电机通过联轴
器与带轮A相连，带轮A通过同步带带动由轴固定在侧板上的带轮B运动，与带轮B同轴的齿
轮在行走齿条上旋转运动，齿轮与行走齿条相互啮合实现同步传动，驱动机构驱动抓取机
构和装卸机构准确运动到预定位置；
竖直支撑臂通过螺栓固定在驱动机构的盖板上，竖直支撑臂由步进电机控制，带动水
平支撑臂升降动作；
所述装卸机构安装在驱动机构上方，位于抓取机构与存放机构之间；装卸机构包括丝
杠、手爪、基座、圆锥滚子轴承、推力球轴承、丝杠螺母副、液压缸A、液压缸B、螺钉、凸缘联轴
器、丝杠螺母定位套、螺栓、手臂底板A、手臂底板B、手臂侧板、液压缸连接板、直线导向单元
和步进电机；所述丝杠两端通过圆锥滚子轴承和推力球轴承固定，所述基座固定在驱动机
构上方，步进电机通过螺栓固定在基座上并通过凸缘联轴器和滚珠丝杠连接，丝杠螺母副
外部连接有丝杠螺母定位套；所述手臂底板A、手臂底板B与丝杠垂直设置，手臂底板A和手
臂侧板焊接在一起，手臂底板B通过螺栓和手臂侧板固定，所述液压缸A的后部法兰通过螺
栓连接固定在手臂侧板上，前部通过螺钉与直线导向单元连接；所述直线导向单元包括导
向块、导向杆和活塞杆连接板，导向块通过螺钉固定在液压缸A的前缸盖上，导向块两侧边
分别固定在手臂底板A和手臂底板B上，导向杆位于导向块两侧的通孔内，一端通过螺钉固
定在活塞杆连接板上；所述丝杠螺母副通过螺栓分别固定手臂底板A和手臂底板B；所述液
压缸B与手爪铰接，并通过螺栓固定在液压缸A活塞杆一端的液压缸连接板上；
装卸机构跟随抓取机构一起运动，通过液压机械手爪实现钻杆在抓取机构和钻机的旋
转单元之间移动。
上述的井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库中，所述箱体内钻杆平行放置，一排存放10
根钻杆，共10排，容量为100根钻杆；所述钻杆放置在V型支撑架上。
进一步地，所述抓取机构的滚珠丝杠通过深沟球轴承固定在水平支撑梁上。
进一步地，所述驱动机构的两侧板中间的支撑板上设有防爆步进电机作为动力，
采用齿轮和行走齿条进行传动，齿条通过螺栓固定在机架上作为驱动机构的导轨，承载力
大，传动精度高，安全性高。
本发明的有益效果：
（1）所述井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库的钻杆存放机构参照立体仓库采用箱体式结构
设计，钻杆水平放置，具有容量较大，占用空间小等优点，适合巷道狭窄的工作环境。
（2）所述井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库的钻杆存放机构和驱动机构通过螺栓固定
在底座的螺孔调节板上，抓取机构和装卸机构通过螺栓连接固定在驱动机构上，具有拆装
方便，便于运输和安装调整。
（3）所述井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库的钻杆抓取机构的水平支撑梁上固定有V
型块作为钻杆在水平支撑梁上的支撑，通过调节V型块开合实现水平支撑梁钻杆支撑与钻
杆存放机构的对中，操作简单，从而适应不同尺寸的钻杆。
（4）所述井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库的抓取机构和装卸机构的机械手臂自由度
少，控制系统简单，制造成本低。
（5）所述井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库实现了钻杆的自动取出与自动存入，不仅
减轻工人的劳动强度，大大提高钻探作业的效率，而且使工人远离危险作业区，确保工人的
人身安全，提高井下钻机的使用性能和工作效率。
附图说明
图1为本发明井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库的结构示意图；
图2为图1中沿A-A线的剖视图；
图3为图1中存放机构的B向示意图；
图4为图1的抓取机构的C向示意图；
图5为本发明的驱动机构的结构示意图；
图6为图5的左视图；
图7为图5的俯视图；
图8为本发明的装卸机构的结构示意图（图1中的右视）；
图9为直线导向单元结构图。
图10为图9的右视图。
图中，1为箱体，2为V型支撑架，3为丝杠A，4为手爪，5为三爪卡盘，6为滚珠丝杠副，
7为水平支撑臂，8为竖直支撑臂，9为V型块，10为圆锥滚子轴承，11为普通平键，12为GYS型
联轴器，13为步进电机A，14为圆柱滚子轴承，15为圆柱横梁，16为V型槽轮，17为V型滑道，18
为侧板，19为齿轮，20为方形横梁，21为窄平轨道，22为带轮A，23为带轮B，24为步进电机B，
25为同步带，26为支承板，27为基座，28为丝杠螺母，29为凸缘联轴器A，30为步进电机C，31
为步进电机D，32为凸缘联轴器B，33为推力球轴承，34为丝杠螺母定位套，35为手臂底板A，
36为手臂侧板，37为液压缸A，38为手臂底板B，39为丝杠螺母副，40为直线导向单元，401为
导向杆，402为导向块，403为活塞杆连接板，41为液压缸连接板，42为液压缸B。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1~10所示，一种井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库，包括机架、钻杆存放机构、抓取机
构、驱动机构和装卸机构，所述机架包括支撑横梁，钻杆存放机构放置在机架上，在钻杆存
放机构一侧设有水平支撑臂7和竖直支撑臂8，二者通过竖直支撑臂8内部的滚珠丝杠副6和
燕尾形导轨连接，并垂直设置；
所述钻杆存放机构为方形箱体1，钻杆平行排列在箱体1中，钻杆整齐放置在V型支撑架
2上；
所述抓取机构包括滚珠丝杠、丝杠螺母28、步进电机C30、联轴器、三爪卡盘5、V型块9、
螺栓；所述滚珠丝杠和丝杠螺母28设在水平支撑臂7上，所述步进电机C30通过凸缘联轴器
A29和滚珠丝杠连接，丝杠螺母28上焊接有三爪卡盘5，三爪卡盘5沿水平支撑臂7移动来运
送钻杆，三爪卡盘5通过水平支撑臂7上的丝杠螺母28带动其移动；所述V型块9通过螺栓固
定在水平支撑臂7前端，V型块9支撑三爪卡盘抓取钻杆；所述抓取机构设在箱体中钻杆的平
行侧；
所述驱动机构设在抓取机构的下方，通过驱动机构控制抓取机构移动或定位；驱动机
构包括防爆步进电机、联轴器、带轮A、带轮B、同步带、齿轮、窄平轨道、V型滑道、圆柱滚子轴
承、V型槽轮、侧板和盖板，所述侧板18由螺钉连接在四根圆柱横梁15的两端；所述圆柱滚子
轴承14和V型槽轮16通过轴固定在侧板18上，分别在窄平轨道21和V型滑道17上滑动；步进
电机B24固定于两侧板中间的支撑板上，步进电机B24通过联轴器与带轮A22相连，带轮A22
通过同步带25带动由轴固定在侧板上的带轮B23运动，与带轮B23同轴的齿轮19在行走齿条
上旋转运动，齿轮19与行走齿条相互啮合实现同步传动，驱动机构驱动抓取机构和装卸机
构准确运动到预定位置；
竖直支撑臂8通过螺栓固定在驱动机构的盖板上，竖直支撑臂8由步进电机控制，带动
水平支撑臂7升降动作；
所述装卸机构安装在驱动机构上方，位于抓取机构与存放机构之间；装卸机构包括丝
杠、手爪、基座、圆锥滚子轴承、推力球轴承、丝杠螺母副、液压缸A、液压缸B、螺钉、凸缘联轴
器、丝杠螺母定位套、螺栓、手臂底板A、手臂底板B、手臂侧板、液压缸连接板、直线导向单元
和步进电机；所述丝杠A3两端通过圆锥滚子轴承10和推力球轴承33固定，所述基座27固定
在驱动机构上方，步进电机D31通过螺栓固定在基座上并通过凸缘联轴器B32和滚珠丝杠连
接，丝杠螺母副39外部连接有丝杠螺母定位套34；所述手臂底板A35、手臂底板B38与丝杠螺
母副39垂直固定，手臂底板A35和手臂侧板36焊接在一起，手臂底板B38通过螺栓和手臂侧
板36固定，所述液压缸A37的后部法兰通过螺栓连接固定在手臂侧板36上，前部通过螺钉与
直线导向单元40连接；所述直线导向单元40包括导向杆401、导向块402和活塞杆连接板
403，导向杆401通过螺钉固定在液压缸A37的前缸盖上，导向块402两侧边分别固定在手臂
底板A35和手臂底板B38上，导向杆401位于导向块402两侧的通孔内，一端通过螺钉固定在
活塞杆连接板403上；所述丝杠螺母副39通过螺栓分别固定手臂底板A35和手臂底板B38；所
述液压缸B42与手爪4铰接，并通过螺栓固定在液压缸A37活塞杆一端的液压缸连接板上；
装卸机构跟随抓取机构一起运动，通过液压机械手爪实现钻杆在抓取机构和钻机的旋
转单元之间移动。
上述的井下瓦斯钻机自动装卸钻杆库中，所述箱体内钻杆平行放置，一排存放10
根钻杆，共10排，容量为100根钻杆；所述钻杆放置在V型支撑架上。
进一步地，所述抓取机构的滚珠丝杠通过深沟球轴承固定在水平支撑梁上。
进一步地，所述驱动机构的两侧板中间的支撑板上设有防爆步进电机作为动力，
采用齿轮和行走齿条进行传动，齿条通过螺栓固定在机架上作为驱动机构的导轨，承载力
大，传动精度高，安全性高。
本发明中所述的装卸机构，也可以安装在钻机中的基座上进行钻杆的装卸。这属
于本发明的近似技术方案。