外挂式自动换杆钻机技术领域
本发明专利涉及到一种凿岩机部件，特别涉及一种外挂式自动换杆钻机。
背景技术
随着国家对铁道、高速公路等工程项目的规划投入建设，对大型露天矿场开采的
大量铺开，由于此类工程项目的工期短、任务紧急繁重，大量的石方、土方需爆破运送。对工
程爆破提出更高要求。为提高爆破工效，加快工程进度，全液压凿岩钻机及挖掘机等工程机
械越来越多地投入到工地上使用。目前，工地上普便使用的全液压凿岩钻机为进口设备，其
价格昂贵，使用成本高，维护极不方便，在深孔钻探时，加杆换杆时采用的是人工换杆，存在
极大安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种外挂式自动换杆钻机，能通过两个液压油缸分别控制摆
动臂板绕铰接点摆动、活动夹头绕铰接点旋转实现精确的自动夹杆、取杆、放杆动作，降低
劳动强度，提高换杆效率，减少安全隐患。
本发明提出一种外挂式自动换杆钻机，包括导轨、传动机构、夹持装置、储杆器、机
械手、绕管机构、凿岩器；
导轨为设有导槽或导杆的立板；
传动机构包括动力源、提升装置；
夹持装置为安装在导轨上的多个夹持器；
储杆器包括转轴和卡固件；
机械手包括机架板、侧摆部件、夹紧部件，侧摆部件铰接在机架板上，夹紧部件铰
接在侧摆部件上；
绕管机构主要由带有多数条凹槽的滚筒、安装支架组成，滚筒固连在提升轮上，安
装支架与移动导轮固连，移动导轮能在导轨中上下滑动；
凿岩器通过导轨支架安装在导轨上，并由提升装置带动上下滑动。
优选地，所述侧摆部件包括侧摆油缸、摆动臂板；所述夹紧部件包括伸缩油缸、活
动夹头，侧摆油缸、摆动臂板分别铰接在机架板上两个不同的铰接点，侧摆油缸、摆动臂板
两者活动铰接；摆动臂板的活动端设有固定夹头，活动夹头铰接在固定夹头上，伸缩油缸一
端铰接在摆动臂板上，伸缩油缸另一端铰接在活动夹头上；所述储杆器的卡固件包括上端
盖、下端盖、固杆卡盘，上端盖、下端盖分设于转轴上部、下部，固杆卡盘固连在转轴上，固杆
卡盘上沿圆周开有多数个弧形槽。
侧摆油缸的固定端、摆动臂板的固定端分别铰接在机架板上两个不同的铰接点，
侧摆油缸的活动端与摆动臂板中部活动铰接；摆动臂板的活动端设有固定夹头，活动夹头
中部铰接在固定夹头上，伸缩油缸的固定端铰接在摆动臂板固定端或中段，伸缩油缸的活
动端与活动夹头的控制端活动铰接；所述动力源为提升马达、减速机构，提升装置包括链轮
传动装置、提升链条、提升链轮；绕管机构滚筒的筒轴固连在提升轮轮轴上；固定夹头设有
圆弧形的固定夹口，活动夹头设有圆弧形的活动夹口，固定夹口、活动夹口共同组成可调张
度和松紧的钻杆夹口。
所述机械手还包括挡杆，挡杆的一端铰接在机架板上，挡杆中部穿过固连在摆动
臂板的定位板，挡杆另一端伸至活动夹头。
机架板为两块对称且隔开的短条板；两机架板与摆动臂板的铰接点设一铰接轴，
铰接轴两端装设在两短条板上，铰接轴上套装着可旋转的铰接轴套，铰接轴套上固连着安
装板，安装板与调节板可拆卸地连接，调节板与摆动臂板可拆卸地连接；调节板上有多个调
节螺孔，调节板与摆动臂板通过调节螺孔螺纹连接；两机架板之间固连着加固横杆，加固横
杆上固连着可调长度的旋转行程限位杆。
摆动臂板为两块同步运动且隔开设置的长条板，侧摆油缸位于两摆动臂板外部，
侧摆油缸的活动端与靠近的一块摆动臂板铰接；伸缩油缸位于两摆动臂板之间，活动夹头
的控制端设有敞口槽，伸缩油缸的活动端伸入敞口槽内与活动夹头铰接。
储杆器上端盖为开口向下的圆筒，所述下端盖为开口向上的圆筒，上端盖、下端盖
的筒壁上分别开有朝向机械手方向的取杆口；所述多个弧形槽均匀地分布在固杆卡盘的圆
周上；转轴与旋转油缸或液压马达相连。
导轨固连着安装耳座，安装耳座上设有上、下两铰接点，上铰接点与摆动油缸铰
接、下铰接点与铰接安装座铰接，摆动油缸与铰接安装座相互铰接；本钻机还包括绕管机
构，绕管机构主要由带有多数条凹槽的滚筒、安装支架组成，滚筒固连在提升轮上，安装支
架与移动导轮固连，移动导轮能在导轨中上下滑动。
能上下运动的绕管机构起到定位油管的作用，能避免复杂的油路油管缠绕，保证
油管通畅送油，既能随同作业器件运动保证供油，又不妨碍作业器件的作业动作，让液压系
统正常工作。
铰接安装座上装有侧支撑架，储杆器上装有侧支撑架；所述铰接安装座上设有两
安装孔，该两安装孔与挖掘机挖斗的两安装孔尺寸及中心距一致。
夹持装置包括上、下两夹持器，下夹持器可升降地装在导轨下部，下夹持器上装有
集尘罩，集尘罩连接着连接管一端，连接管另一端连接着一级过滤筒，一级过滤筒下部连接
着漏斗，一级过滤筒上部连接着集尘管，集尘管连接着带负压的集尘器；一级过滤筒与漏斗
连接处设有防吸网栏。
本发明的有益效果是：机械手的机架板、侧摆油缸、摆动臂板相互铰接，组成一个
稳固的铰接三角架结构，通过侧摆油缸活塞杆的伸缩，带动摆动臂板的来回摆动，可使固定
夹头摆动精确地移至储杆器中的上面钻杆位置，取了钻杆后又精确地送至凿岩机上的钻杆
安装装置；伸缩油缸、摆动臂板、活动夹头相互铰接，组成一个稳固的铰接三角架结构，通过
伸缩油缸活塞杆的伸缩，带动活动夹头绕铰接旋转，使活动夹头与固定夹头的相对位置改
变以实现对钻杆的夹紧、放开；两块机架板、两块摆动臂板都采用平行且形状相同的两对称
板结构，稳固性更好，且伸缩油缸位于两摆动臂板之间的内空，节约空间；活动夹头为有厚
度的夹块，其控制端设有敞口槽，伸缩油缸的活动端伸入敞口槽内与槽两侧板铰接，铰接稳
固性好，运动可靠；安装板与调节板可拆卸地连接，能过调节孔可调节安装板与调节板的相
对位置，就能调整机械手摆动臂板的延伸长度及钻杆夹口的旋转半径，以适应储杆器、凿岩
机钻机中心的位置；旋转行程限位杆用来限位的，当摆动臂板转位时，不能超过其设定位
置；挡杆伸至钻杆夹口，在活动夹头与固定夹头将钻杆送回时储杆器时，活动夹头松开时，
可抵住钻杆，避免钻杆在因重力下落。
储杆器结构简单、轻构，能方便地装在凿岩机导轨或机架上，通过用PLC集成等控
制，使转轴能与液压驱动的机械手配合做协调的步进动作，将钻杆即时转位送到待取杆位
置，一次储存多根钻杆，便于凿岩机连续生产，提高劳动生产率；上端盖、下端盖不随转轴转
动，上端盖、下端盖起着承托钻杆、限定钻杆运动轨迹的作用，随着转轴旋转的固杆卡盘起
着送杆和精确定位作用；上端盖、下端盖的取杆口便于机械手取杆；侧支撑架用于运输时平
放整个储杆器，避免运输中对固杆卡盘等部件的碰撞和损伤。
设有集尘系统，一级过滤筒是一个封闭筒结构，其直径大于连接管，负压吸风从连
接管进入时因大空间减压，大的石块、泥团落下穿过防吸网栏，落入其下方的漏斗暂存，过
滤筒与漏斗连接处设有防吸网栏，防止吸尘时下部柔性材料制的漏斗不被吸入过滤筒内，
泥尘被集尘管吸走，避免进入集尘管里堵塞集尘器；集尘器由空压机提供负的高压空气，集
尘器通过集尘管将钻孔产生的细小泥尘吸收到其出料口，利于环保生产。
铰接安装座上装有侧支撑架，储杆器上装有侧支撑架，在运输与拆装本机时，侧支
撑架共同起支承作用。该铰接安装座上设有两安装孔，该两安装孔为连接销孔，与挖掘机挖
斗的两安装孔尺寸及中心距一致，通过两安装孔可将本发明外挂式地加装在挖机的机架
上，以共用挖机的行走系统、机架，节省设备投资。
总之，机械手与储杆器协调配合动作，通过机械手的侧摆油缸控制摆动臂板绕铰
接点摆动，通过机械手的伸缩油缸控制活动夹头绕铰接点旋转实现精确的自动夹杆、取杆、
放杆动作，储杆器配合机械手的动作，其转轴精确地旋转，将待换的新钻杆送至取杆口位
置，实现远距离换杆自动控制，降低劳动强度，提高换杆停机时间，满足连续生产需要，减少
安全隐患。
附图说明
图1为本发明的机械手处于常态位置时的结构示意图；
图2为图1中的B-B向剖视图；
图3为图2的H向视图；
图4为图1的左视图；
图5为图4的C-C向剖视图；
图6为本发明的机械手处于送杆位置时的结构示意图；
图7为图6的A-A向剖视图。
附图标记：导轨1、储杆器2、机械手3、凿岩器4、提升轮5、滚筒6、安装支架7、移动导
轮8、夹持器9、上端盖10、下端盖11、转轴12、固杆卡盘13、机架板14、侧摆油缸15、摆动臂板
16、伸缩油缸17、固定夹头18、活动夹头19、挡杆20、铰接轴21、铰接轴套22、安装板23、调节
板24、旋转行程限位杆25、敞口槽26、取杆口27、安装耳座28、摆动油缸29、铰接安装座30、侧
支撑架31a.31b、上铰接点32、下铰接点33、上夹持器34、下夹持器35、集尘罩36、连接管37、
一级过滤筒38、漏斗39、集尘管40、提升马达41、减速机构42、加固横杆43、底部钻杆头部44、
旋转油缸45、新钻杆46、提升油缸47、提升链条48。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
实施例一
参照图1、图2，本实施例包括导轨1、传动机构、绕管机构、夹持装置、储杆器2、机械
手3、凿岩器4；导轨1为设有导槽或导杆的立板；传动机构包括动力源、传动装置、可沿导轨
上下滚动的提升轮5；绕管机构包括带有多数条凹槽的滚筒6、安装支架7，滚筒固连在提升
轮5上，安装支架7与移动导轮8固连，移动导轮8能在导轨中上下滑动；夹持装置为安装在导
轨上的多个夹持器9；储杆器包括上端盖10、下端盖11、转轴12、固杆卡盘13，上端盖10、下端
盖11分设于转轴12上部、下部，固杆卡盘13固连在转轴上，固杆卡盘13上沿圆周开有多数个
弧形槽；机械手包括机架板14、侧摆油缸15、摆动臂板16、伸缩油缸17、固定夹头18、活动夹
头19，侧摆油缸15、摆动臂板16分别铰接在机架板14上两个不同的铰接点，侧摆油缸15、摆
动臂板16两者活动铰接；摆动臂板的活动端设有固定夹头18，活动夹头19铰接在固定夹头
18上，伸缩油缸17一端铰接在摆动臂板15上，伸缩油缸17另一端铰接在活动夹头19上；凿岩
器4通过导轨支架安装在导轨1上，并由提升轮5带动上下滑动。
侧摆油缸15的固定端、摆动臂板16的固定端分别铰接在机架板14上两个不同的铰
接点，侧摆油缸15的活动端与摆动臂板16中部活动铰接；摆动臂板16的活动端设有固定夹
头18，活动夹头19中部铰接在固定夹头上，伸缩油缸17的固定端铰接在摆动臂板16固定端
或中段，伸缩油缸17的活动端与活动夹头19的控制端活动铰接；所述动力源为提升马达41、
减速机构42，传动装置为链轮传动装置，提升轮5为被提升链条48带动的提升链轮；绕管机
构滚筒6的筒轴固连在提升轮5轮轴上。
固定夹头18设有圆弧形的固定夹口，活动夹头19设有圆弧形的活动夹口，固定夹
口、活动夹口共同组成可调张度和松紧的钻杆夹口。
所述机械手3还包括挡杆20，挡杆20的一端铰接在机架板14上，挡杆20中部穿过固
连在摆动臂板的定位板15，挡杆另一端伸至活动夹头19。
机架板14为两块对称且隔开的短条板；两机架板与摆动臂板16的铰接点设一铰接
轴，铰接轴21两端装设在两短条板上，铰接轴上套装着可旋转的铰接轴套22，铰接轴套22上
固连着安装板23，安装板与调节板24可拆卸地连接，调节板24与摆动臂板16可拆卸地连接；
调节板24上有多个调节螺孔，调节板24与摆动臂板16通过调节螺孔螺纹连接；两机架板之
间固连着加固横杆43，加固横杆上固连着可调长度的旋转行程限位杆25。
摆动臂板16为两块同步运动且隔开设置的长条板，侧摆油缸15位于两摆动臂板外
部，侧摆油缸15的活动端与靠近的一块摆动臂板16铰接；伸缩油缸17位于两摆动臂板之间，
活动夹头19的控制端设有敞口槽26，伸缩油缸17的活动端伸入敞口槽26内与活动夹头铰
接。
储杆器2上端盖10为开口向下的圆筒，所述下端盖11为开口向上的圆筒，上端盖、
下端盖的筒壁上分别开有朝向机械手方向的取杆口27；所述多个弧形槽均匀地分布在固杆
卡盘13的圆周上；转轴12与旋转油缸45相连。
导轨1固连着安装耳座28，安装耳座28上设有上、下两铰接点，上铰接点32与摆动
油缸29铰接、下铰接点33与铰接安装座30铰接，摆动油缸29与铰接安装座30相互铰接。
铰接安装座30上装有侧支撑架31a，储杆器上装有侧支撑架31b；所述铰接安装座
上设有两安装孔，该两安装孔为连接销孔，与挖掘机挖斗的两安装孔尺寸及中心距一致，通
过两安装孔可将本发明外挂加装在挖机的机架上。
夹持装置包括上夹持器34、下夹持器35，下夹持器35可升降地装在导轨下部，下夹
持器上装有集尘罩36，集尘罩36连接着连接管37一端，连接管37另一端连接着一级过滤筒
38，一级过滤筒38下部连接着漏斗39，一级过滤筒上部连接着集尘管40，集尘管40连接着带
负压的集尘器；一级过滤筒38与漏斗39连接处设有防吸网栏。
本发明技术的工作过程为：将挖掘机的挖斗拆下来，把本发明安装到挖斗位置。先
开动挖掘机，将其移动到钻孔位置。开启挖掘机液压站及空压机，操作挖掘机原有的多路阀
手柄，将挖掘机的小机械臂升起到合适位置，配合操作其摆动油缸，保证钻杆与钻孔面保证
垂直。操作控制盒，起动全液压凿岩机，使其旋转，并启动提升马达，提升马达驱动提升链
条，使凿岩机、钻杆及其绕管机构向下移动来实现钻孔工作。钻孔出来的泥石屑通过集尘管
运送至集尘器的出料口而运走。当钻孔至一定深度时就需要换杆，即加装新钻杆。停止全液
压凿岩机，开启上、下夹持器，夹紧钻杆。先开凿岩机空击两下，将钻杆震松，反向旋转凿岩
机，并同时起动提升马达将凿岩机上外螺纹头从钻杆头部的内螺纹中旋松并完全退出，脱
离钻杆。通过提升马达的反向旋转带动减速机构、链轮传动装置，来带动绕管机构及凿岩机
部件沿导轨向上升起。当升高到适当位置时，启动旋转油缸，将储杆器上的待加的新钻杆转
至换杆位置。启动液压机械手的侧摆油缸，侧摆油缸由液压油驱动，将固定夹头摆动向储杆
器中的上面新钻杆46位置，然后驱动伸缩油缸，推动活动夹头夹紧钻杆。然后操作侧摆油
缸，使摆动臂板回收，使被夹紧的新钻杆移到凿岩机的钻头位置。点动启动全液压凿岩机及
提升马达，将凿岩机头部外螺纹与新钻杆头部的内螺纹旋合好。停止凿岩机，操作机械手上
伸缩油缸将活动夹头收回，从而松开新钻杆，再操作侧摆油缸将其收回，使之离开新钻杆
46，将整个液压机械手收回到初始位置。而装有新钻杆的凿岩机由提升马达及链轮传动装
置带动继续下行，这时自动润滑装置自动对刚换新钻杆进行加脂润滑，自动润滑装置是由
贮油筒及高压油枪、雾化器，压力表等组成。当换上的新钻杆下行至与底部钻杆头部44相平
时，点动启动凿岩机，将刚换上的新钻杆外螺纹与底部钻杆头部的内螺纹旋合好后，松开
上、下夹执器，正常启动凿岩机及提升马达，继续实现钻孔工作，由此完成一个自动换杆工
作。
当钻孔完成后，反向启动提升马达，带动减速机构、链轮传动装置，来带动绕管机
构及凿岩机部件沿导轨向上升起。当升高到适当位置时，停止全液压凿岩机，开启夹持器，
夹紧底部钻杆。启动全液压凿岩机冲击，将上面钻杆与底部钻杆震松，反向启动全液压凿岩
机，并同时起动提升马达将与凿岩机连接的钻杆的外螺纹头从与其连接的钻杆头部的内螺
纹中旋松并完全脱离。停止全液压凿岩机，启动液压机械手的侧摆油缸，侧摆油缸由液压油
驱动移动，将固定夹头摆动向凿岩机的钻杆位置，然后驱动液压机械手的伸缩油缸，推动活
动夹头夹紧钻杆。再反向启动全液压凿岩机，并同时起动提升马达将凿岩机上外螺纹头从
钻杆头部的内螺纹中旋松并完全退出，脱离钻杆。停止凿岩机，操作液压机械手上的侧摆油
缸将其收回，使夹有钻杆的液压机械手收回到储杆器放杆位置。此时，挡杆伸至钻杆夹口，
在活动夹头与固定夹头将钻杆输送到位后，活动夹头松开时，可抵住钻杆，避免钻杆在因重
力下落。操作液压机械手上的伸缩油缸活塞杆收回，从而使活动夹头松开钻杆，挡杆抵住钻
杆，再操作液压机械手上的侧摆油缸将其收回，使之离开钻杆，在机械手收回过程时，因挡
杆的角度和长度设计，使挡杆能将钻杆继续抵送至固杆卡盘的弧形槽中心位置，整个液压
机械手收回到初始位置。并将凿岩机停止在合适位置，完成一次自动回收杆工作。
下夹持器35由提升油缸47带动提升，当升降油缸45向上提升下夹执器35时，集尘
罩36脱离地面，以此可以观察到底部钻孔的实际状况。当升降油缸45向下降低下夹执器35
时，集尘罩36紧贴地面，从而保证集尘器能将钻孔产生的泥石块全部吸走。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用
本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均
包括在本发明的专利保护范围内。