一种锚杆钻车用全自动钻臂
技术领域
本发明涉及矿山开采设备领域,涉及锚杆钻车用钻臂,特别是涉及一种锚杆钻车用全自动钻臂。
背景技术
在矿山的开采过程中,各种支护工序基本实现机械化施工,但支护作业过程中仍然需要大量的体力劳动去完成作业,人员安全系数相对较低,影响施工进度,进而影响施工效率。现有的锚杆钻车用钻臂主要实现的功用是推进钻杆进行钻孔以及推进锚杆进行锚护,但在钻杆和锚杆之间的切换,以及锚杆的装填等方面仍需要人力作业,带来诸多安全和效率问题。
由此可见,上述现有的锚杆钻车用钻臂在结构、方法与使用上,显然仍存在有不便与缺陷,而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的锚杆钻车用全自动钻臂,实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锚杆钻车用全自动钻臂,使其具有自动钻孔和自动锚杆安装功能、大大降低了工作时间,提高了工作效率,从而克服现有的锚杆钻车用钻臂的不足。
为解决上述技术问题,本发明提供一种锚杆钻车用全自动钻臂,包括倍速进给机构、锚杆仓、钻杆钻箱、锚杆安装钻箱和钻箱换位器,其中:
所述锚杆仓内设置若干锚杆,并以链条驱动各锚杆至预定位置后,以机械手抓取锚杆并将锚杆推送至锚杆安装箱;
所述锚杆安装箱和钻杆钻箱通过钻箱换位器交替与倍速进给机构连接,所述倍速进给机构驱动钻杆和锚杆的推动和回退运动。
作为本发明的一种改进,所述锚杆钻车用全自动钻臂还包括顶支撑、顶支撑油缸、机架,其中:
所述机架为倍速进给机构、顶支撑和锚杆仓提供支撑;
所述顶支撑由顶支撑油缸驱动,能够相对于机架滑动运动。
进一步地,所述顶支撑包括顶支撑板、瞄准器、钻杆夹持器、拖动杆、导向杆、固定块,所述顶支撑板位于最上方,由支撑板向下竖直安装有两支导向杆和两支拖动杆,所述导向杆的下端由固定块连接在一起,所述钻杆夹持器安装在导向杆上能够沿导向杆滑动,所述拖动杆穿过钻杆夹持器并在拖动杆的末端设置有限位螺母,用于在钻杆夹持器到达最大位移处后拖动钻杆夹持器随顶支撑板运动,所述瞄准器安装在顶支撑板上,所述瞄准器上具有瞄准孔,允许钻杆或锚杆穿过。
进一步地,所述钻杆夹持器包括横向换位油缸、直线轴承、轴承固定块、座板、摆动油缸、钻杆定位套,所述横向换位油缸和摆动油缸都安装在座板上,所述轴承固定块与横向换位油缸固定连接,在轴承固定块的轴承孔内安装有直线轴承使钻杆夹持器能够沿顶支撑的导向杆滑动,所述钻杆定位套由对称的两个半环体拼合而成,所述钻杆定位套的两端通过转轴与座板转动连接,所述摆动油缸驱动转轴转动,从而带动钻杆定位套开启或闭合,所述横向换位油缸驱动座板动作,从而带动钻杆定位套水平运动。
进一步地,所述倍速进给机构包括连接板、前导向杆、后导向杆、双级双作用油缸、滚子链条、链条上连接块、滑动块、导杆底连接板、链条下连接块,其中:
所述连接板设于上部,导杆底连接板设于下部,所述前导向杆、后导向杆和双级双作用油缸安装在连接板与导杆底连接板之间;
所述双级双作用油缸通过链轮与滚子链条连接,所述滚子链条的一端与链条上连接块连接,滚子链条另一端与链条下连接块连接,链条上连接块与链条下连接块固定在滑动块上,所述滑块安装在前导向杆之上;
所述双级双作用油缸一级伸缩驱动倍速进给机构的整体升降,所述双级双作用油缸二级伸缩驱动滑动沿前导向杆滑动。
进一步地,所述倍速进给机构的滑块上安装有钻箱上限位块和钻箱下限位块以完成对钻箱的限位。
进一步地,所述钻箱换位器上设置有钻箱换位油缸和锁紧拨叉,所述倍速进给机构上设置有钻箱锁紧块,所述锚杆安装钻箱和钻杆钻箱的背部均设有锁紧槽,所述锁紧块能够伸入锁紧槽内以使锚杆安装钻箱或钻杆钻箱处于锁紧状态,所述锁紧拨叉在倍速进给机构回落时能够将锁紧块从锁紧槽内拨出而使锚杆安装钻箱或钻杆钻箱处于非锁紧状态,所述钻箱换位油缸驱动锚杆安装钻箱和钻杆钻箱滑动以实现换向。
进一步地,所述锚杆仓顶部设置有驱动链轮和上从动链轮,锚杆仓下部设置末端链轮和下从动链轮,驱动链轮与末端链轮在竖直方向对齐,上从动链轮与下从动链轮竖直方向对齐并以同步轴连接,上输送链安装在驱动链轮和上从动链轮上,下输送链安装在下从动链轮和末端链轮上,使得驱动链轮能够驱动上输送链和下输送链同步运转,数个锚杆安装在上输送链和下输送链之间,所述锚杆仓设有锚杆扶持机械手和锚杆抓取机械手,抓取锚杆送入锚杆安装钻箱的上方。
进一步地,所述锚杆仓设有锚杆入位传感器监测锚杆位置。
进一步地,所述上输送链和下输送链之上均设置有橡胶弹簧,所述橡胶弹簧以两个为一组安装在橡胶弹簧固定座的一凹槽两侧,水平推动锚杆能够挤压两橡胶弹簧而变形使锚杆嵌入凹槽内,锚杆进入凹槽后两橡胶弹簧复位卡住锚杆。
采用这样的设计后,本发明至少具有以下优点:
1、锚杆安装钻箱和钻杆钻箱实现了自动切换,使得钻臂能够自动完成钻杆推进钻孔和锚杆推进锚护的操作。
2、锚杆仓通过电机驱动上输送链和下输送链进而带动锚杆运动入位,再通过锚杆扶持机械手和锚杆抓取机械手抓取锚杆推送至锚杆安装钻箱的上方,实现锚杆的自动装填。
附图说明
上述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,以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明提供的锚杆钻车用全自动钻臂的第一方向的三维视图。
图2是本发明提供的锚杆钻车用全自动钻臂的第二方向的三维视图。
图3是本发明提供的锚杆钻车用全自动钻臂的正视图。
图4是顶支撑的三维视图。
图5是钻杆夹持器的三维视图。
图6是倍速进给机构的三维视图。
图7是钻箱锁紧块的剖面视图。
图8是机架的三维视图。
图9是钻箱换位架的三维视图。
图10是锚杆仓的三维视图。
图11是上输送链的三维视图。
图12是下输送链的三维视图。
具体实施方式
请参阅图1至图3,本发明提供一种锚杆钻车用全自动钻臂结构,包括顶支撑1、电液控制箱2、机架3、倍速进给机构4、钻杆5、钻杆夹持器6、锚杆仓7、钻杆钻箱8、锚杆安装钻箱9、后机架10、锚杆11,钻箱换位器12,和顶支撑油缸。所述顶支撑1、电液控制箱2和倍速进给机构安装在机架3上,顶支撑1由顶支撑油缸驱动能够相对机架3进行滑动,所述钻杆夹持器6安装在顶支撑1上,与顶支撑1一起为钻杆5和锚杆11提供稳固支撑。所述钻杆钻箱8和锚杆安装钻箱9安装在倍速紧急机构4上,倍速进给机构4带动钻杆钻箱8或锚杆安装箱9运动,从而推动钻杆5进行钻孔操作以及推动锚杆11进行锚护操作,钻箱换位器12用于切换钻杆钻箱8或锚杆安装钻箱9与倍速紧急机构4之间的连接。所述锚杆仓7用于储存多个锚杆11,并将锚杆11装填至锚杆安装箱9的上方,后机架10为锚杆仓7提供支撑。
请参阅图4,所述顶支撑1包括顶支撑板101、销轴102、瞄准器103、拖动杆105、限位螺母106、导向杆107、固定块108。导向杆107安装在顶支撑板101上,钻杆夹持器6在导向杆107上自由滑动,拖动杆105限制钻杆夹持器6的最大位移,同时拖动杆105的限位螺母106带动钻杆夹持器6达到最大位移后随顶支撑1同步运动,固定块108将两根导向杆107固定在一起,保证导向杆的整体刚性,瞄准器103通过销轴102铰接在顶支撑板101上。顶支撑1为自动钻臂的钻进稳定机构,保证钻机工作时钻臂的稳定,同时顶支撑1顶部装有瞄准器103,保证钻孔过程或锚杆入孔过程精确稳定。请结合参阅图4和图8,所述机架3上设有两个后导向块,所述顶支撑1的导向杆107分别安装在第一后导向块401和第二后导向块402中,顶支撑油缸能够驱动顶支撑1相对于机架3上下滑动。
请参阅图5,所述钻杆夹持器6包括第一横向换位油缸201、直线轴承202、第二横向换位油缸203、轴承固定块204、座板205、螺柱207、摆动油缸206、销轴209、摆动块208、键210、连杆211、被动块212、转轴213和钻杆定位套214。
所述第一横向换位油缸201和第二横向换位油缸203与轴承固定块204安装在一起,轴承固定块204内装有直线轴承202,第一横向换位油缸201和第二横向换位油缸203的活塞杆通过螺栓与座板205连接,摆动油缸206通过螺柱207铰接与座板205上,摆动油缸206与摆动块208、连杆211以及被动块212之间依次通过销轴209铰接,转轴213通过键210与摆动块208及被动块212连接,钻杆定位套214与转轴213通过螺栓连接。所述钻杆夹持器6通过直线轴承202在顶支撑1的导向杆107上自由滑动,顶支撑1的拖动杆105拖动钻杆夹持器6的运动,所述第一横向换位油缸201和第二横向换位油缸203共同作用带动钻杆定位套214的水平移动,摆动油缸206带动钻杆定位套214的开闭。需要说明的是,所述钻杆定位套214为两个半环结构拼合而成,两个转轴213带动两个半环形的钻杆定位套214转动,为了在开启和闭合时不与钻杆发生干涉,钻杆定位套214的下端开有退位槽。
请参阅图6,所述倍速进给机构包括:连接板301、前导向杆302、后导向杆303、双级双作用油缸304、滚子链条305、链条上连接块306、钻箱连接座307、滑动块308、导杆底连接板309、链条下连接块310、钻箱下限位块311、钻箱锁紧块312、钻机固定架313和钻箱上限位块314。
所述前导向杆302、后导向杆303和双级双作用油缸304安装于连接板301及导杆底连接板309之间,所述双级双作用油缸304设有相互套装的第一活塞杆和第二活塞杆,所述第二活塞杆上固定连接有一链轮,滚子链条305安装在链轮上,所述滚子链条305一端与链条上连接块306连接,滚子链条305另一端与链条下连接块310连接,链条上连接块306与链条下连接块310均固定在滑动块308上。所述双级双作用油缸304的压力油源入口位于导杆连接板309之下,当压力油源注入双级双作用油缸304时能够实现两级伸缩运动。请结合参阅图6和图8,在所述机架3上设有两个前导向块,所述倍速进给机构4的两个后导向杆303分别安装在第一前导向块403和第二前导向块404中,当双级双作用油缸304实现一级伸缩动作时,双级双作用油缸304的第一活塞杆和第二活塞杆之间不发生滑动,两者共同运动带动倍速进给机构4整体相对于机架3上下滑动。当双级双作用油缸304实现二级伸缩动作时,所述第一活塞杆和第二活塞杆之间相对滑动,以上升运动为例,第二活塞杆的上升带动链轮转动,从而通过滚子链条305使滑块308沿前导向杆302上升。需要说明的是,由于双级双作用油缸304本身结构决定了二级伸缩动作的行程最大只能达到前导向杆302总长度的一半,为了增加滑块308的行程,使其能够到达到前导向杆302总长度的全程,设计了链轮和滚子链条305构成的倍速机构,在滑块308位于导杆302最底端时,滚子链条305的中部与链轮配合,而当双级双作用油缸304实现二级伸缩动作时,链轮上升并转动,驱动滚子链条305以两倍速抬升滑块308,从而使得滑块308的总行程加倍。
所述钻箱下限位块311、钻箱上限位块314和钻箱锁紧块312通过钻箱连接座307安装在滑动块308上,所述钻箱下限位块311和钻箱上限位块314均呈L形,使得钻箱下限位块311和钻箱上限位块314之间形成第一滑动槽,所述钻箱固定架313一端与钻机钻箱8和锚杆安装钻箱9连接,另一端嵌置于第一滑动槽内,所述钻箱固定架313能够在第一滑动槽内水平滑动。
请参阅图7,所述钻箱锁紧块312受到弹簧片315的压力而能够向外伸出,所述钻箱固定架313的背部具有一锁紧槽,所述钻箱锁紧块312伸出锁紧槽内能够锁定钻箱固定架313,由于钻箱固定架313与锚杆安装钻箱9及钻杆钻箱8连接,因此钻箱锁紧块312能够锁紧锚杆安装钻箱9或钻杆钻箱8。
请结合参阅图7和图9,所述钻箱换位器12安装在机架3上,所述钻箱换位器12的两侧板501之间以背板502连接,所述背板502上安装有上限位块505和下限位块506,所述上限位块505和下限位块506之间构成第二滑动槽,所述背板502中间位置设有一开口,在所述倍速进给机构4回落时,钻箱下限位块311、钻箱上限位块314和钻箱锁紧块312正好位于上述开口出,而使第一滑动槽和第二滑动槽衔接。所述钻箱换位器上设有钻箱换位油缸,所述钻箱换位油缸上设有两个连接座504,连接座504上安装有竖直向上伸出的连动杆503,对应的,在钻箱固定架313上设有连动孔,所述连动杆503能够***到钻箱固定架313的连动孔内。同时,在背板502的开口处还设置有锁紧块拨叉507。当倍速进给机构回落时,所述锁紧块拨叉507拨动弹簧片305而使钻箱锁紧块312失去压力从锁紧槽内抬起,处于非锁紧状态,而与此同时,连动杆503***至钻箱固定架313上的连动孔中,并且第一滑动槽与第二滑动槽相衔接。此时,控制钻箱换位油缸水平伸缩即可带动锚杆安装钻箱9和钻杆钻箱8水平滑动换位。需要说明的是,所述钻箱换位油缸与钻杆夹持器6的第一横向换位油缸201及第二横向换位油缸203使用同一路压力油源,使得在钻杆钻箱9进行换位时上下同步驱动,避免造成钻杆的弯折。
请参阅图10,所述锚杆仓包括上输送链601、驱动链轮602、同步轴603、马达604、锚杆扶持机械手605、机械手推进油缸606、锚杆抓取机械手607、锚杆仓支架608、调整垫板609、锚杆托盘导向板610、下输送链611、锚杆入位传感器612,上从动链轮613、下从动链轮615和末端链轮614。
所述锚杆仓7分别在上部和下部设置了两条输送链和四个链轮,驱动链轮602和上从动链轮613设置在锚杆仓上部,上输送链601首尾相接呈环形并围绕驱动链轮602和上从动链轮613安装,末端链轮614和下从动链轮615设置在锚杆仓7的下部,所述末端链轮614在与驱动链轮602同轴布置,下从动链轮615与上从动链轮613同轴布置,同时,下输送链611首尾衔接围绕末端链轮614和下从动链轮615安装,上从动链轮613与下从动链轮615之间以同步轴603连接,使得上输送链601与下输送链611同步运行。所述马达604与驱动链轮602连接并提供动力,所述锚杆仓支架608为锚杆仓整体提供支撑,锚杆托板导向板610对锚杆托板的运行轨迹进行限位和导向,所述调整垫板609则用来对锚杆托板导向板610的宽度距离进行微调。所述锚杆扶持机械手605、机械手推进油缸606和锚杆抓取机械手607安装在锚杆仓支架608上,机械手推进油缸606驱动锚杆扶持机械手605和锚杆抓取机械手607同时抓取锚杆并伸出推送至锚杆安装钻箱的上方。所述锚杆仓还设置有锚杆入位传感器612,用于检测锚杆是否入位,并向控制***反馈锚杆位置信号。
请参阅图11,所述上输送链601包括输送链条617、橡胶弹簧固定座616和橡胶弹簧618,数个橡胶弹簧固定座616分别安装在每节输送链条617的外侧,在所述橡胶弹簧固定座616上设置有一凹槽,在凹槽的两侧分别设有两个安装轴,用于安装橡胶弹簧618。当从外侧水平推动锚杆时,能够挤压两橡胶弹簧618而造成弹性变形,使锚杆嵌入凹槽内,锚杆进入凹槽后两橡胶弹簧618复位卡住锚杆。取出锚杆的过程与推入锚杆的过程相似,只是改为从内测向外对锚杆施加推力,即可取出锚杆。请参阅图12,所述下输送链611的结构与上输送链601的结构类似,同样包括输送链条617、橡胶弹簧固定座616和橡胶弹簧618,不同的是,下输送链611在橡胶弹簧固定座616的下方增设了锚杆托板619,用于承托和保护锚杆的底端。
本发明在使用时,首先钻杆钻箱8处于工作位与倍速进给机构4连接,倍速进给机构4带动钻杆钻箱8以及钻杆5进行推进,钻杆5穿过瞄准器103进行钻孔工作,待钻孔完毕后,倍速进给机构4再带动钻杆钻箱8以及钻杆5回落;钻箱换位器12驱动锚杆安装钻箱9与钻杆钻箱8进行滑动换位,使锚杆安装钻箱9处于工作位;同时,锚杆仓7内存储有多个锚杆11,马达604驱动上输送链601和下输送链611同步运转进而带动锚杆11运动;当锚杆11运转至指定位置后,锚杆入位传感器612检测到入位的锚杆11并反馈信号给电液控制箱2,所述电液控制箱发出控制信号关闭马达604,并控制锚杆扶持机械手605和锚杆抓取机械手607同时抓取锚杆;机械手推进油缸606推动两个机械手及抓取的锚杆11推送至锚杆安装钻箱9的上方,锚杆抓取机械手607松开,锚杆扶持机械605扶持锚杆;此时,锚杆安装钻箱9与锚杆11及顶支撑1的瞄准器103在同一直线内,倍速进给机构4带动锚杆安装钻箱9以及锚杆11推进,锚杆11穿过瞄准器103后入孔;随后,锚杆扶持机械605手松开,机械手推进油缸606将机械手机构缩回锚杆仓,锚杆安装钻箱9继续推动锚杆至孔底,并进行紧固;紧固完毕后锚杆安装钻箱9随倍速进给机构4回落,钻箱换位器12的换位拨叉将钻箱锁紧块312拨起并驱动锚杆安装钻箱9和钻杆钻箱8水平滑动,锚杆安装钻箱9至等待位,钻杆钻箱8进入工作位,至此完成单个钻锚工作循环。
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,本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰,均落在本发明的保护范围内。