[发明专利]一种煤矿钻杆自动连接装置和自动连接方法

权利要求书

1.一种煤矿钻杆自动连接装置，其特征在于：包括设置在支架上的导料槽，导料槽的后端设有能够推动位于导料槽内的待装钻杆沿导料槽移动的推料机构，导料槽的前端设有紧扣系统，紧扣系统包括沿导料槽长度方向设置的滑轨，滑轨上滑动连接有托板，托板连接有可使其沿滑轨运动的托板驱动装置；托板驱动装置为由丝杆驱动装置驱动的丝杆螺母副，包括平行于导轨设置且转动连接在支架上的丝杆，丝杆的一端连接有丝杆驱动装置，托板螺纹连接在丝杆上以与其形成丝杆螺母副；托板上设有其夹持中心与位于导料槽内的待装钻杆同轴的卡盘，卡盘连接有能够使其绕其夹持中心旋转的旋转驱动装置；卡盘远离导料槽的一侧设有其夹持中心与卡盘夹持中心同轴的夹持器，夹持器设置在支架上；还包括能够自动向导料槽内添加钻杆的自动上料机构，自动上料机构包括斜式运输梯，斜式运输梯包括设置在导料槽一侧的运输梯本体，运输梯本体的顶端具有倾斜面，且靠近导料槽的一侧低于远离导料槽的一侧以使其与导料槽的外侧面形成V型结构，V型结构仅能容纳一根钻杆；运输梯本体连接有能够使其沿竖直方向运动的举升装置，以使位于V型结构内的钻杆在重力作用下能够落入导料槽；运输梯本体远离导料槽的一侧设有钻杆箱，钻杆箱朝向运输梯本体的一侧敞开，其底部呈倾斜设置且靠近运输梯本体的一侧低于远离运输梯本体的一侧，以使其内的钻杆可在重力的作用下自动落至V型结构内。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿钻杆自动连接装置，其特征在于：还包括与丝杆和丝杆驱动装置相连的扭矩限制器。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿钻杆自动连接装置，其特征在于：所述旋转驱动装置为液压马达，液压马达连接有溢流阀。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿钻杆自动连接装置，其特征在于：所述紧扣系统还包括与卡盘连接的用于测试卡盘转速的测速装置，测速装置为盘齿测速。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿钻杆自动连接装置，其特征在于：还包括与推料机构和紧扣系统相连的控制系统。

6.一种煤矿钻杆自动连接方法，其特征在于，提供如权利要求1～5任一所述的煤矿钻杆自动连接装置，将待装钻杆沿其轴向运动的行程顺次分为夹持行程L1、快速行程L2和上扣行程L3，L1为待装钻杆由导料槽进入设置在托板上的卡盘内的轴向行程，L2为待装钻杆随托板开始一起运动至与前端钻杆接触的轴向行程，L3为待装钻杆随卡盘开始一起旋转至与前端钻杆完成螺纹连接的轴向行程；L1和L2为快速行程，L3为慢速行程；待装钻杆随托板进入L3阶段，当出现包括丝杆旋转的阻力增大至预设值或触发极端条件下的保护开关时，卡盘和丝杆驱动装置快速反转以使待装钻杆与前端钻杆脱开，直到托板完全退出行程L3，然后卡盘和丝杆驱动装置再次正转以实现待装钻杆与前端钻杆的螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿钻杆自动连接方法，其特征在于，L3阶段包括

调速：调节卡盘和丝杆驱动装置的速度，使其按丝杆转速与卡盘转速比的速度正转，其中，P₁为钻杆螺纹螺距，P₂为丝杆螺距；

连接：调速完成后丝杆与卡盘按转速比k运动，直至待装钻杆的转矩达到预紧值时，待装钻杆与前端钻杆螺纹连接到位，卡盘和丝杆驱动装置停止转动；

复位：待装钻杆与前端钻杆螺纹连接到位后，卡盘停止转动后松开钻杆，卡盘随托板快速退到L1。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿钻杆自动连接方法，其特征在于，调速包括以下步骤：

S1托板进入L3阶段，卡盘开始正转，测出卡盘的转角θ₁，托板以固定比值k的相应速度向前推进，其中P₁为钻杆螺纹螺距，P₂为丝杆螺距；

S2判断卡盘的转角θ₁和对应时间内用于驱动丝杆螺母副运动的丝杆驱动装置的转角θ₂是否满足公式：

θ₂＝kθ₁

式中：θ₁为卡盘转角，θ₂为丝杆驱动装置转角，P₁为钻杆螺纹螺距，P₂为丝杆螺距；

若满足公式θ₂＝kθ₁，托板保持对应关系前进，直到卡盘停止转动；反之，卡盘和丝杆驱动装置快速反转，直到托板完全退出行程L3，然后顺次执行S1、S2直至待装钻杆与前端钻杆完成螺纹连接，卡盘停止转动。