一种煤矿用自动化液压钻机技术领域
本发明涉及井下矿用设备领域，具体为一种煤矿用自动化液压钻机。
背景技术
随着煤矿开采力度的加大，煤矿开采的深度逐渐加深，开采的难度变得更大，环境
更加恶劣，工人的劳动强度也更大。最近几年，煤矿安全事故频发，重大及特大安全事故往
往发生突然，难以预防和应对，容易造成伤亡与经济财产的损失。现有的煤矿井下大部分设
备需要操作人员近距离实地进行操作，特别是煤矿用钻机，每次打钻的时候至少需要4名工
人现场进行作业才能确保整个操作过程。整个操作过程完全依靠工人对作业设备进行实地
操作，不但曹成工人的劳动强度很大，而且作业效率较低，特别是在发生安全事故的时候，
根本没有办法保障工人的人身安全。为了保证工人的人身安全，需要尽可能的在钻机作业
的时候确保操作工人远离设备、远离作业现场。
因此，急需一种能够实现远程操控的自动打钻的自动化液压钻机。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿用自动化液压钻机，钻机由液压泵与电机提供动
力，利用PLC可编程控制系统，实现钻机本身钻杆箱的自动上下钻杆功能、钻孔执行机构的，
提高工人的人身安全系数。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种煤矿用自动化液压钻机，包括钻孔执行装置、机械手、自动钻杆箱以及用于支撑和
移动上述三部分的履带行走装置，其中，操控机械手由PLC可编程控制系统控制其从自动钻
杆箱中抽取钻杆并放置在钻孔执行装置上，由钻孔执行装置完成钻孔作业，所述钻孔执行
装置包括架体和设置在架体两侧的滑轨，在架体一端的上表面上间隔设置有两个结构相同
的钻杆固定件，且两个钻杆固定件上设置有限位孔，以使钻杆的一端穿过一个限位孔并固
定在另一限位孔内时限制钻杆的转动，滑轨上与钻杆固定件相对的位置滑动设置有钻杆驱
动架，钻杆驱动架上具有连接钻杆的钻杆接头以及驱动钻杆接头转动的动力系统，以通过
动力系统带动钻杆接头的转动，实现钻杆接头与钻杆的连接和拆卸；架体远离钻杆固定件
的一端底部与一连接座铰接，以通过设置在架体底部的调节油缸带动架体绕连接座翻转，
调节油缸的底座以及连接座均设置在履带行走机构上部面的回转组件上；所述机械手包括
伸缩机构、平移机构、摆动机构和调角机构，其中，伸缩机构的一端设置有抓取机构，另一端
设置有平移机构，通过伸缩机构的伸缩带动抓取机构前后伸缩，且伸缩机构的伸缩方向与
平移机构的平移方向处在同一水平面且相互垂直，所述摆动机构设置在平移机构上远离伸
缩机构的一端，通过摆动机构的摆动牵引抓取机构、伸缩机构、平移机构进行整体翻转，所
述调角机构包括一个旋转臂和一个调角油缸，所述调角油缸的一端与旋转臂铰接，另一端
铰接在一固定点上，所述旋转臂设置在摆动机构的下方且绕一固定轴旋转，通过调角油缸
的伸缩带动旋转臂继而牵引整个机械手绕固定轴旋转。
所述履带行走机构包括一个箱体式的机架，机架两侧固定设置有通过液压马达驱
动的履带，前后设置有八个支撑油缸，所述八个支撑油缸包括包含四个支腿油缸和四个立
柱油缸，通过支腿油缸向下和立柱油缸向上伸缩进而支撑地面和顶板。
所述自动钻杆箱包括放置钻杆的料仓，设置在料仓内的钻杆升降机构、顶柱机构、
顶柱移动机构和顶柱升降机构，所述料仓为上端开口的箱体结构，内部通过不连续的竖向
短板按照同一方向将箱体内腔均匀分割成若干个用于放置钻杆的隔腔，所述钻杆升降机构
包括设置在料仓内腔底部的螺旋升降机和设置在钻杆下方的托板，托板上设置有供竖向短
板穿过的槽，以使螺旋升降机带动托板沿竖向短板升降进而将料仓内的钻杆抬升或放回，
所述顶柱移动机构和顶柱升降机构分别牵引顶柱机构进行横向和竖向的移动
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明使用履带行走机构为钻机提供行走能力和稳固支撑，改变传统钻机不能
移动的缺点，使钻机移动更方便，工作效率更高、工人劳动强度更低。
第二、本发明提出的自动钻杆箱自带一定量的钻杆，减少了钻杆运输的劳动力输
出，降低工人的劳动强度，并且自动钻杆箱可以实现自动上钻杆到固定位置，实现钻机自动
上、下钻杆，提高作业效率。
第三、本发明的技术方案中通过机械手与钻孔执行机构的配合，实现自动抓取钻
杆和自动拆卸钻杆功能，避免工人近距离手动装卸钻杆的麻烦，提高了工人作业安全系数，
同时也降低工人的劳动强度，提高打钻作业与退钻的作业效率。
综上所述，本发明所述的一种煤矿用自动化液压钻机，钻机由液压泵与电机提供
动力，利用PLC可编程控制系统，实现钻机本身钻杆箱的自动上下钻杆功能、钻孔执行机构
的自动拆卸钻杆功能以及机械手的自动抓取钻杆功能，可以有效降低工人的劳动强度，提
高作业生产效率，提高工人的人身安全系数。
附图说明
图1是煤矿用自动化液压钻机的结构示意图；
图2是煤矿用自动化液压钻机中履带行走机构的结构示意图；
图3是煤矿用自动化液压钻机中钻孔执行机构的结构示意图；
图4是煤矿用自动化液压钻机中机械手的结构示意图；
图5是煤矿用自动化液压钻机中自动钻杆箱的结构示意图：
图中标记：1、履带行走装置，1.1、履带，1.2、机架，1.3、支撑油缸，1.4、回转组件，2、钻
孔执行装置，2.1、架体，2.2、滑轨，2.3、限位孔，2.4、钻杆固定件，2.5、钻杆，2.6、钻杆驱动
架，2.7、钻杆接头，2.10、连接座，2.11、调节油缸，3、机械手，3.1、抓取机构，3.2、伸缩机构，
3.3、平移机构，3.4、摆动机构，3.5、调角机构，4、自动钻杆箱，4.1、钻杆升降机构，4.2、顶柱
机构，4.3、顶柱移动机构，4.4、顶柱升降机构。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，
给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
如图所示，本发明所述的一种煤矿用自动化液压钻机，包括钻孔执行装置2、机械
手3、自动钻杆箱4以及用于支撑和移动上述三部分的履带行走装置1，其中，操控机械手3由
PLC可编程控制系统控制其从自动钻杆箱4中抽取钻杆并放置在钻孔执行装置2上，由钻孔
执行装置2完成钻孔作业，所述钻孔执行装置2包括架体2.1和设置在架体2.1两侧的滑轨
2.2，在架体2.1一端的上表面上间隔设置有两个结构相同的钻杆固定件2.4，且两个钻杆固
定件2.4上设置有限位孔2.3，以使钻杆2.5的一端穿过一个限位孔2.3并固定在另一限位孔
2.3内时限制钻杆2.5的转动，滑轨2.2上与钻杆固定件2.4相对的位置滑动设置有钻杆驱动
架2.6，钻杆驱动架2.6上具有连接钻杆2.5的钻杆接头2.7以及驱动钻杆接头2.7转动的动
力系统，以通过动力系统带动钻杆接头2.7的转动，实现钻杆接头2.7与钻杆2.5的连接和拆
卸；架体2.1远离钻杆固定件2.4的一端底部与一连接座2.10铰接，以通过设置在架体2.1底
部的调节油缸2.11带动架体2.1绕连接座2.10翻转，调节油缸2.11的底座以及连接座2.10
均设置在履带行走机构1上部面的回转组件1.4上，以通过回转组件1.4调整钻机导轨机构
2.12的朝向；所述机械手3包括伸缩机构3.2、平移机构3.3、摆动机构3.4和调角机构3.5，其
中，伸缩机构3.2的一端设置有抓取机构3.1，另一端设置有平移机构3.3，通过伸缩机构3.2
的伸缩带动抓取机构3.1前后伸缩，且伸缩机构3.2的伸缩方向与平移机构3.3的平移方向
处在同一水平面且相互垂直，所述摆动机构3.4设置在平移机构3.3上远离伸缩机构3.2的
一端，通过摆动机构3.4的摆动牵引抓取机构3.1、伸缩机构3.2、平移机构3.3进行整体翻
转，所述调角机构3.5包括一个旋转臂和一个调角油缸，所述调角油缸的一端与旋转臂铰
接，另一端铰接在一固定点上，所述旋转臂设置在摆动机构的下方且绕一固定轴旋转，通过
调角油缸的伸缩带动旋转臂继而牵引整个机械手3绕固定轴旋转。
所述履带行走机构1包括一个箱体式的机架1.2，机架1.2两侧固定设置有通过液
压马达驱动的履带1.1，前后设置有八个支撑油缸1.3，所述八个支撑油缸1.3包括包含四个
支腿油缸和四个立柱油缸，通过支腿油缸向下和立柱油缸向上伸缩进而支撑地面和顶板。
所述自动钻杆箱4包括放置钻杆的料仓，设置在料仓内的钻杆升降机构4.1、顶柱
机构4.2、顶柱移动机构4.3和顶柱升降机构4.4，所述料仓为上端开口的箱体结构，内部通
过不连续的竖向短板按照同一方向将箱体内腔均匀分割成若干个用于放置钻杆的隔腔，所
述钻杆升降机构4.1包括设置在料仓内腔底部的螺旋升降机和设置在钻杆下方的托板，托
板上设置有供竖向短板穿过的槽，以使螺旋升降机带动托板沿竖向短板升降进而将料仓内
的钻杆抬升或放回，所述顶柱移动机构4.3和顶柱升降机构4.4分别牵引顶柱机构4.2进行
横向和竖向的移动
在具体的实施过程中，在4自动钻杆箱中，通过利用4.1钻杆升降机构，将顶层钻杆保持
在固定高度，通过4.3顶柱移动机构与4.4顶柱升降机构的移动，将4.2顶柱机构移动到钻杆
的中心位置。4.2顶柱机构伸出，两顶柱穿过钻杆箱两侧的凹槽进入钻杆内部，通过4.4顶柱
升降机构，将4.2顶柱机构与钻杆一起提升到钻杆箱以上的位置，通过4.3顶柱移动机构将
钻杆移动到钻杆箱的最前端，放到固定位置后，4.2顶柱机构从钻杆中缩回到钻杆箱外侧。
这样可以高效准确的将钻杆搬运到固定位置，并且可以从固定位置搬运钻杆至钻杆箱内。
其中，钻杆到固定位置后，3机械手调整位置，张开3.1抓取机构，3.2伸缩机构伸
出，闭合3.1抓取机构，抓住钻杆。通过3.4摆动机构摆动3.1抓取机构，将钻杆带出钻杆箱固
定位置。通过3.5调角机构将机械手调整到与导轨平行的角度，再通过3.3平移机构将3.1抓
取机构移动到固定位置后摆动3.1抓取机构，伸出3.2伸缩机构，将钻杆送入前端夹持器内
部。待前端夹持器夹紧钻杆后，3.1抓取机构张开，3.2伸缩机构缩回，3.4摆动机构摆动将3
机械手摆出2钻孔执行机构。通过，3机械手可以将钻杆从2钻孔执行机构中取出，送回到4自
动钻杆箱的前端固定位置。
在1履带行走机构中，1.2机架为焊接式箱体，通过螺栓连接的形式将1.1履带、1.3
支撑油缸与1.4大盘回转连接起来。1.1履带为钻机提供行走的能力，使钻机移动过程中更
方便，降低工人劳动强度，提高作业效率。1.3支撑油缸分别支撑地面与顶板，实现钻机的稳
固支撑，提高钻机打钻稳定性。1.4大盘回转支撑整个2钻孔执行机构与3机械手，并带动2钻
孔执行机构与3机械手旋转。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽
然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰
均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。