CN108104853A - 一种全自动化钻锚作业车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于煤矿井下巷道支护领域，具体为一种集铺锚网、钻锚孔、注锚固剂和安装锚杆工序于一体的全自动化钻锚作业车，解决现有的因巷道支护作业过程复杂、效率低下而造成的掘、支失调问题。其特征在于：由车体、自行走机构、临时支护机构、钻锚自动化装置和锚网存储及输送机构组成。锚网从锚网存储车由锚网输送机构抓取并输送到临时支护架上面，由临时支护架撑起完成锚网铺设工作；钻锚自动化装置通过车体滑槽内双作用液压缸驱动实现左右和上下变位移动，由摆动马达实现钻锚自动化装置的旋转。利用本发明，可以完成巷道顶板锚网的自动化铺设，顶、帮锚杆机械化、自动化支护，并且与掘进装备配套将实现掘支锚并行作业。

Description

一种全自动化钻锚作业车
技术领域
本发明涉及一种矿井巷道支护领域的,特别是涉及一种与掘进机、掘锚机和连续采煤机等掘进设备配套的集铺锚网、钻锚孔、注锚固剂和安装锚杆工序于一体的全自动化钻锚作业车。
背景技术
掘锚不平衡是制约井下掘进机开采效率的主要因素，国内大多矿井掘进巷道仍在采用人工支护锚固作业，采用单体气动或单体液压锚杆钻机与掘进机配套，机械化程度低、劳动强度大、安全性差、速度慢、噪音高、工作环境恶劣，尤其对于硬岩掘进，人工支护强度高，锚杆支护时间占到了巷道掘进时间的2/3以上。
近年来,随着国外锚杆支护理论及技术的不断完善与发展,以美国久益(JOY)、弗莱彻(FLETCHER)、朗艾道(LONG-AIRDOX)、澳大利亚约翰芬雷(JOHNFI NLAY)、海卓莫替克(HYDRAMATIC)等为代表的煤机设备公司陆续研发了新型锚杆钻车,自动化、智能化程度愈来愈高，安全性、可靠性大大增强。但先进的锚杆钻车适用于国外煤矿开采深度小,地质条件简单,操作空间大的巷道，基本无法适应我国煤矿复杂的巷道条件。因此，仅在我国神东公司围岩条件好、巷道断面大的短壁开采与多巷掘进中,取得了良好的应用效果。
锚杆钻车作为我国广泛应用的悬臂式掘进机所要求配套的高效支护设备,煤科总院太原研究院采用对引进机型进行消化、吸收再创新的方法进行研究,研制成功了用于连续采煤机双巷掘进及掘锚机单巷掘进CMM10-30型十臂锚杆钻车其主要特征为通过增加钻锚自动化装置数量提高支护效率，支护速度快,能够满足快速掘进的支护要求。不足之处在于仍然需要人工铺设锚网，装锚固剂，装锚杆，且增加钻锚自动化装置的同时增多了操作人员，仅适用于顶板侧帮稳定的近水平煤层中大断面煤巷掘进，因此仅在神东公司地质条件较好的矿井得到推广。因此，尽快研究一种可适应我国复杂的地质条件，自动化水平较高，操纵人员少的全自动化钻锚作业车意义重大。
发明内容
本发明提供一种全自动化钻锚作业车，其特征在于：由车体、自行走机构、临时支护机构、钻锚自动化装置和锚网存储及输送机构组成，使用此发明可以实现支护作业中铺锚网、钻锚孔、装锚固剂和装锚杆工序连续机械化，自动化操作，解决了实际生产中因支护作业操作繁琐带来的支护效率低下、占用时间长，而引发的掘进支护严重失衡问题。
所述钻锚自动化装置分4个，两个垂直向上布置车体前端，两个水平相对布置在车体后端；前面的两个顶钻锚自动化装置与摆动液压马达连接，摆液压马达与车体水平滑槽内导轨配合，并与双作用液压缸连接；后面的两个帮钻锚自动化装置通过转轴摆动液压马达连接。摆动液压马达与车体后方的竖直滑槽导轨配合滑动，并与升降进给链条连接，在双作用液压缸的作用下上下移动。锚网存储车位于车体后端并与车体之间刚性连接。锚网二级输送机构位于车体方拱形机构上方，通过二级输送导轨与车体配合连接。
所述钻锚自动化装置包括：钻架位姿转换机构、钻架机构、锚杆存储及换装机构、钻杆装卸机构和锚固剂喷注机构。所述钻架位姿转换机构包括：摆动液压马达、双作用液压缸、双作用升降液压缸、升降进给链条和滑动导轨；所述钻架机构包括：钻架、长进给油缸、棱柱滑架、进给链条及连接杆组件、钻箱、钻箱固定座、定位顶板、支撑架、支撑架进给油缸、定位液压夹耳和短进给油缸；所述钻杆装卸机构包括：钻杆装卸机械手和钻杆装卸机械手架；所述锚杆存储及换装机构包括：换装锚杆机械手、锚杆存储仓、步进机构和换装锚杆机械手架；所述锚固剂喷注机构包括：锚固剂注射喷嘴、输送管、锚固剂存储仓和高压气泵；所述钻杆装卸机械手架与钻架刚性连接，两个钻杆机械手同轴连接并可以绕钻杆机械手架关节转动。锚杆换装机械手架与钻架刚性连接，换装锚杆机械手同轴连接并可以绕锚杆换装机械手架关节转动。
所述的锚网存储及输送机构包括：锚网一级输送机构、锚网二级输送机构和锚网存储车。所述锚网一级输送机构包括：一级输送导轨、一级输送小车、锚网抓取爪和升降架；所述锚网二级输送机构包括：二级输送导轨、二级输送小车和单向锚网输送爪。
所述车体的底盘属于龙门结构，可以跨骑在转载机或皮带输送机上，底盘前端布置用于顶钻锚自动化装置水平移动的滑槽和导轨。车体后端属于拱形结构，拱形立柱内两条对称布置用于帮钻锚自动化装置上下移动的滑槽和导轨。
所述自行走机构为履带式结构。
所述的全自动化钻锚作业车，其特征在于，车体底盘内安装有了四个伸缩性平台，前后各两个，作为顶、帮钻锚自动化装置维修工作平台。
所述车体前部属于立柱型结构，通过与临时支护架衬套形成临时支护结构，兼具铺锚网和临时支护功能。
本发明一种全自动化钻锚作业车与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的钻锚自动化装置4采用对称布置，可以减少锚杆存储仓与巷道边界的干涉；本发明的钻锚自动化装置4在一个钻架上集成了钻杆装卸机械手，锚固剂喷注机构，锚杆换装机械手，与双钻架相比更加的紧凑，减少钻锚自动化装置体积，减小部件惯量，降低工作中因振动引起的误差；本发明的钻锚自动换装置上钻架位姿转换机构可以根据工况实时调整钻架位姿；本发明的钻锚自动化装置上的钻杆装卸机械手旋转角度通过机械定位，并且自抓取钻杆的过程中不仅夹取防止钻杆旋转，而且将钻杆抓取撤离工位；本发明的换装锚杆机械手同样起到夹取锚杆和换装锚杆的双重作用；本发明的锚杆存储仓利用在步进机构的带动下旋转，锚杆存储仓内的锚杆已穿插好托盘和安装了预紧状态的螺母，成套的安装简化锚杆安装过程，提高锚杆安装效率；本发明的进给链条及连接杆组件实现钻箱的推进和收回；定位顶板主要对钻孔位置进行定位，头部设置锥头更好的***巷道内壁，减少在工作过程中因振动造成的支撑架的偏移，与此同时定位顶板上的处于闭合状态的定位液压夹耳作为初始钻孔的导向，防止初始钻孔过程中因为钻头在岩体表面打滑和钻杆刚度原因造成的钻孔位置偏移；支撑架进给油缸实现支撑架的伸缩；钻箱的推进分为两级推进，这样既保证了钻锚自动化装置的工作空间也减少钻锚自动化装置的占用空间；进给链条及连接杆组件设计保证了钻箱推进和收回行程；锚固剂注喷机构安装在钻杆装卸机械手上，通过零件结构机械定位保证锚固剂注射喷嘴对准锚杆孔。树脂锚固剂在锚固剂存储仓完成填装，然后在高压气泵空气动力作用下，通过输送管将锚固剂快速，准确，清洁的注入锚杆孔，提高该工序的可靠性及效率。
本发明的锚网输送机构，既可以完成锚网从锚网存储车到临时支护架的输送，还可以完成锚网存储车内锚网的装填；锚网抓取爪设计可以保证在同向堆积的锚网中每次抓取一片锚网，保证工作中的可靠性；锚网存储车一次可存储锚网20块；锚网输送机构整体实现锚网的装填，锚网的机械化抓取，及锚网机械化铺设。
本发明的车体为龙门式结构，消除钻锚作业过程中车体与运输机械的空间上的干涉，同时在锚网存储车和车体周围均留有人员通过空间。
本发明的车体前部属于立柱型结构，通过与临时支护架衬套形成临时支护结构，兼具铺锚网和临时支护功能。
本发明的车体底盘内安装有了四个伸缩性平台，前后各两个。作为顶、帮钻锚自动化装置维修工作平台。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1是本发明全自动化钻锚作业车结构示意图；
图2是本发明全自动化钻锚作业车钻锚自动化装置结构示意图；
图中标记示意为：1-车体；2-自行走机构；4-钻锚自动化装置；6-伸缩性平台；301-临时支护架；50101-一级输送导轨；50104-升降架；50102-一级输送小车；50201-二级输送导轨；50202-二级输送小车；503-锚网存储车；40101-摆动液压马达；40102-双作用液压缸；40201-钻架；40203-棱柱滑架；40205-钻箱；40206-钻箱固定座；40207-定位顶板；40208-支撑架；40210-定位液压夹耳；40301-换装锚杆机械手；40302-锚杆存储仓；40303-步进机构；40304-换装锚杆机械手架；40401-钻杆装卸机械手；40402-钻杆装卸机械手架；40501-锚固剂注射喷嘴；40502-输送管。
具体实施方式
以下结合附图1、2和实施例对本发明做进一步说明。本实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。
根据本发明一个实施方式的全自动化钻锚作业车，其适用于掘进工作面巷道快速支护，如图1所示全自动化钻锚作业车包括：车体1、自行走机构2、临时支护机构3、钻锚自动化装置4、锚网存储及输送机构5。
所述钻锚自动化装置4如图2所示包括：钻架位姿转换机构401、钻架机构402、锚杆存储及换装机构403、钻杆装卸机构404、锚固剂喷注机构405。该装置的主要功能锚孔位置的定位、钻锚孔、加装锚固剂和装锚杆工序的连续化作业。
1.所述顶钻锚自动化装置4钻架位姿转换机构401包括：摆动液压马达40101、双作用液压缸40102和滑动导轨40105。所述摆动液压马达40101的作用是实现钻架40201的旋转变位，根据工况调整钻架40201的姿态，通过液压伺服控制可以精确调整钻架的姿态，提高锚杆角度的施工精度，主要在有角度要求的顶、帮锚杆的锚护工作中起作用；所述双作用液压缸40102的作用是实现钻架40201的平移变位，根据工况调整钻架40201的位置，通过液压伺服控制可以精确调整钻架的位置，提高锚杆位置的施工精度，主要在同一排不同位置顶、帮锚杆的锚护工作中起作用；所述滑动导轨40105的主要作用是钻架的变位提供导向，提高整排锚杆的施工精度。所述帮钻锚自动化装置钻架位姿装换机构401包括：摆动液压马达40101、双作用升降液压缸40103、升降进给链条40104和滑动导轨40105。双作用液压升降缸40103和升降进给链条40104构成行程倍增机构，增大了帮钻锚自动化装置4的作业范围，单侧帮钻锚自动化装置4就可以完成帮顶到帮底的全部锚杆支护工作。
2.所述钻架机构包括：钻架40201、长进给油缸40202、棱柱滑架40203、进给链条及连接杆组件40204、钻箱40205、钻箱固定座40206、定位顶板40207、支撑架40208、支撑架进给油缸40209、定位液压夹耳40210和短进给油缸40211。所述钻架40201为钻锚自动化装置的基体，为钻锚自动化装置其他机构提供支撑；在钻锚作业中，长进给油缸40202推动棱柱滑架40203完成钻箱固定座40206一级推进，短进给油缸40211通过进给链条及连杆组件40204带动钻箱固定座40206完成二级推进。二级推进设计使钻架的整体尺寸减小，钻架位姿的转换空间增大；所述钻箱安装在钻箱固定座上，由液压马达驱动旋转；定位顶板40207主要对锚孔位置进行定位，头部设置锥头更好的***巷道内壁，减少在工作过程中因振动造成的支撑架40208的偏移；处于闭合状态的定位液压夹耳40210作为初始钻孔的导向，防止初始钻孔过程中因为钻头在岩体表面打滑和钻杆刚度原因造成的钻孔位置偏移。
本实施例中，支撑架进给油缸40209带动定位顶板40207及支撑架40208伸出，定位顶板40207***巷道内壁且支撑架进给油缸40209保压；钻箱40205向前推进使钻头接触巷道壁并带动钻具旋转开始钻孔。
3.所述钻杆装卸机构404包括：钻杆装卸机械手40401和钻杆装卸机械手机架40402。所述钻杆装卸机械手架40402安装在钻架40201右边，两个钻杆装卸机械手40401通过转轴与钻杆装卸机械手架40402连接，并可以绕轴关节转动。所述钻杆装卸机械手40401在钻箱40205收回后，夹取钻杆防止钻杆转动，钻箱40205反向旋转并且缓慢后退，液压定位夹耳40210打开，通过钻杆装卸装机械手40401旋转将钻杆压在钻架40201上；在喷注锚固剂后，将钻杆移动到钻架40201右边；在安装好锚杆之后，再通过钻杆装卸机械手40401旋转将钻杆旋转至对准钻箱40205接头，液压定位夹耳40210闭合，钻箱40205推进并正向旋转，钻杆被重新安装到钻箱上。
4.所述锚杆存储及换装机构403包括：换装锚杆机械手40301、锚杆存储仓40302、步进机构40303和换装锚杆机械手架40304。所述换装锚杆机械手架40304安装在钻架40201左边，两个换装锚杆机械手40301通过转轴与换装锚杆机械手架40304连接，并且可以绕连轴关节转动。所述换装锚杆机械手40301的功能是在钻杆移动到钻架40201右边之后从锚杆存储仓40302抓取锚杆旋转将锚杆对准钻箱40205接头，液压定位夹耳40210闭合，换装锚杆机械手40301退回原位，步进机构40303带动锚杆存储仓40302旋转一个锚杆工步；所述锚杆存储仓40302可以存储已经将托盘和锚杆端头螺母装好的多种型号的树脂锚杆；所述步进机构40303功能为在换装锚杆机械手40301复位后，带动锚杆存储仓40302内部结构步进旋转。
5.所述锚固剂喷注机构405包括：锚固剂注射喷嘴40501、输送管40502、锚固剂
存储仓40503和高压气泵40504。所述锚固剂注射喷嘴40501是在钻杆装卸机械手40401
旋转将钻杆压在钻架上时对准锚孔；所述输送管40502为橡胶软管，主要作为高压空气
和封装锚固剂的运输通道；所述锚固剂存储仓40503功能为封装锚固剂存储及填装；高
压气泵40504主要作为高压气体和锚固剂输送的的动力源。在作业的过程中，锚固剂注
射嘴40501对准锚孔，锚固剂从锚固剂存储仓40503填装，在高压气泵40504的作用下
通过输送管40502喷注到锚孔底端。
所述的锚网存储及输送机构5包括：锚网一级输送机构501、锚网二级输送机构502和锚网存储车503。所述的锚网输送机构5功能为完成锚网的机械化填装及铺设。
1.所述锚网一级输送机构501包括：一级输送导轨50101、一级输送小车50102、锚网抓取爪50103和升降架50104。在向锚网存储车503装填锚网的时候，所述一级输送导轨50101将收缩于升降架50104后端，升降架50104将下降到最低点，这样设计将方便多块锚网的整体装填；在锚网输送的时候，升降架50104将伸出并支撑顶板，一级输送导轨50101将伸出在升降架50104最前端。所述一级输送小车50102可以在一级输送导轨50101上伸出和收回；所述一级输送小车50102上安装有锚网抓取爪50103；所述锚网抓取爪50103功能为从同向排列的锚网堆中抓取一片锚网。具体工作流程为升降架50104下降，一级输送小车50102将接触锚网，升降架50104停止下降，锚网抓取爪50103撑开，抓取锚网，升降架50104上升撑顶，一级锚网输送小车50102伸出，锚网抓取爪50103收回，锚网被放置于锚网二级输送小车50202上，然后锚网一级输送小车50102缩回。
2.所述锚网二级输送机构502包括：二级输送导轨50201、二级输送小车50202和单向锚网输送爪50203。所述二级输送导轨50201安装在车体1拱形结构的顶端；所述二级输送小车50202可以在二级输送导轨50201前后滑移；所述单向锚网输送爪50203功能为将锚网逐步向前推进。具体工作流程为当锚网被放置于锚网二级输送小车50201上，单向锚网输送爪50203撑起，在二级输送小车50201的带动下将锚网向前输送至临时支护架7上面。
所述车体1底盘属于龙门结构，可以跨骑在转载机或皮带输送机上，底盘前端的滑槽内布置有用于顶钻锚自动化装置4水平移动的导轨40105。车体后端属于拱形结构，拱形立柱内两条对称布置有用于帮钻锚自动化装置4上下移动的滑槽和导轨40105。所述车体底盘内安装有了四个伸缩性平台6，前后各两个，作为顶、帮钻锚自动化装置4维修工作平台，保证维修工作的方便与安全。
所述临时支护机构3包括车体1前部立柱型机构及临时支护架301。所述临时支护架301升起并保压支撑顶板，兼具铺锚网和临时支护功能。
所述自行走机构2为钢制履带式机构，承载能力强，具有前进、后退转弯行走功能，且适应井下各种恶劣工况。
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揭露如上，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，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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。

Claims (4)

1.一种全自动化钻锚作业车，其特征在于：由车体(1)、自行走机构(2)、临时支护机构(3)、钻锚自动化装置(4)、锚网存储及输送机构(5)组成，使用此发明可以实现支护作业中铺锚网、钻锚孔、装锚固剂和装锚杆工序连续机械化，自动化操作，解决了实际生产中因支护作业操作繁琐带来的支护效率低下，占用时间长，并由此引发的掘进支护严重失衡问题；
所述钻锚自动化装置(4)分4个，两个垂直向上布置车体(1)前端，两个水平相对布置在车体(1)后端；前面的两个顶钻锚自动化装置(4与摆动液压马达(40101连接，摆液压马达(40101)与车体(1)水平滑槽内导轨(40105)配合，并与双作用液压缸(40102)连接；后面的两个帮钻锚自动化装置(4)通过转轴摆动液压马达40101连接。摆动液压马达(40101与车体(1)后方的竖直滑槽导轨(40105)配合滑动，并与升降进给链条连接(40104，在双作用液压缸(40102)的作用下上下移动。锚网存储车(503)位于车体(1)后端并与车体(1)之间刚性连接。锚网二级输送机构(502)位于车体(1)方拱形机构上方，通过二级输送导轨(50201)与车体(1)配合连接；
所述钻锚自动化装置(4)包括：钻架位姿转换机构(401)、钻架机构(402)、锚杆存储及换装机构(403)、钻杆卸装机构(404)和锚固剂喷注机构(405)。所述钻架位姿转换机构(401)包括：摆动液压马达(40101)、双作用液压缸(40102)、双作用升降液压缸(40103)、升降进给链条(40104)和滑动导轨(40105)；所述钻架机构(402)包括：钻架(40201)、长进给油缸(40202)、棱柱滑架(40203)、进给链条及连接杆组件(40204)、钻箱(40205)、钻箱固定座(40206)、定位顶板(40207)、支撑架(40208)、支撑架进给油缸(40209)、定位液压夹耳(40210)和短进给油缸(40211)；所述钻杆卸装机构(404)包括：钻杆装卸机械手(40401)和钻杆装卸机械手架(40402)；所述锚杆存储及换装机构(403)包括：换装锚杆机械手(40301)、锚杆存储仓(40302)、步进机构(40303)和换装锚杆机械手架(40304)；所述锚固剂喷注机构(405)包括：锚固剂注射喷嘴(40501)、输送管(40502)、锚固剂存储仓(40503)和高压气泵(40504)；所述钻杆装卸机械手架(40402)与钻架(40201)刚性连接，两个钻杆装卸机械手(40401同轴连接并可以绕钻杆装卸机械手架(40402)关节转动。锚杆换装机械手架(40304)与钻架(40201)刚性连接，换装锚杆机械手(40301)同轴连接并可以绕锚杆换装机械手架(40304)关节转动；
所述的锚网存储及输送机构(5)包括：锚网一级输送机构(501)、锚网二级输送机构(502)和锚网存储车(503)。所述锚网一级输送机构(501)包括：一级输送导轨(50101)、一级输送小车(50102)、锚网抓取爪(50103)和升降架(50104)；所述锚网二级输送机构(502)包括：二级输送导轨(50201)、二级输送小车(50202)和单向锚网输送爪(50203)；
所述车体(1)的底盘属于龙门结构，可以跨骑在转载机或皮带输送机上，底盘前端布置用于顶钻锚自动化装置(4)水平移动的滑槽和导轨(40105)。车体(1)后端属于拱形结构，拱形立柱内两条对称布置用于帮钻锚自动化装置(4)上下移动的滑槽和导轨(40105)。
2.根据权利要求(1)所述的全自动化钻锚作业车，其特征在于，所述自行走机构(2)为履带式结构。
3.根据权利要求(1)所述的全自动化钻锚作业车，其特征在于，车体(1)底盘内安装有了四个伸缩性平台(40302)，前后各两个，作为顶、帮钻锚自动化装置(4)维修工作平台。
4.根据权利要求(1)所述的全自动化钻锚作业车，其特征在于，车体(1)前部属于立柱型结构，通过与临时支护架(301)衬套形成临时支护结构(3)，兼具铺锚网和临时支护功能。
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