一种煤矿用液压单臂自动锚索钻车的制作方法

本发明涉及煤矿井下采掘巷道支护领域，具体而言，涉及一种煤矿用液压单臂自动锚索钻车。

背景技术：

目前，现有的锚杆钻车，例如申请人已经申请并获得授权的中国专利200410012344.0和201110423973.2，其公开了一种履带式行走锚杆钻车和煤矿用液压五臂锚杆钻车，该系列钻车主要采用分体设计、结构合理、承载力大、行走移动自如可靠、锚钻速度快、效率高、质量好、安全系数高，可适应在恶劣环境下工作，是十分理想的井下采掘支护设备，将原有进口的锚杆支护设备进行国产改造。但是原有的锚杆支护设备存在单一性和局限性，原有的锚杆支护设备只负责完成锚杆支护，在巷道支护过程中同时需要进行锚索支护时，往往需要重新更换单体液压钻机，此时需要人工将单体钻机和动力源搬至工作区域，通过人工操作的方式进行锚索支护，无形中增加巷道的支护时间和操作人员的劳动强度，很大程度上影响巷道支护时间成巷速度，影响整个煤矿的掘进速度。

技术实现要素：

本发明提供了一种煤矿用液压单臂自动锚索钻车，旨在解决巷道支护过程中锚索支护的问题问题。

本发明是这样实现的：

一种煤矿用液压单臂自动锚索钻车，包括：

车体，包括机体部、配置在所述机体部上的液压系统、电气控制系统、发动机装置以及安装在所述机体部两侧的轮式行走机构，所述液压系统和所述轮式行走机构均与发动机装置连接；

升降机构，配置在所述机体部上，包括工作臂、驱动所述工作臂升降的升降组件以及驱动所述工作臂左右摆动的摆动组件；

自动锚索钻架系统，配置在所述工作臂的端部，通过所述升降机构实现升降和摆动，用于实现锚杆或锚索安装；

所述自动锚索钻架系统和所述升降机构均由所述液压系统控制。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述摆动组件包括底座和摆动油缸，所述升降组件包括摆动座和升降油缸，所述底座固定在所述机体部上，所述摆动座铰接在所述底座上，所述工作臂的一端铰接在所述摆动座上，另一端通过钻架连接部与所述自动锚索钻架系统连接；所述摆动油缸配置在所述底座的侧壁上，且两端分别与所述底座和所述摆动座铰接，所述升降油缸的两端分别与所述摆动座和所述工作臂铰接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述升降机构上还设有调平油缸，所述调平油缸沿所述工作臂的长度布置，所述钻架连接部铰接在所述工作臂的端部，所述调平油缸的活塞杆和所述钻架连接部连接，用于调整所述钻架连接部的角度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述自动锚索钻架系统包括：

机架，安装在所述钻架连接部上；

进给机构，安装在所述机架上，包括钻箱和驱动所述钻箱升降的提升机构；

钻杆仓，安装在所述机架上，包括仓体、可转动设置在所述仓体内的转盘、驱动所述转盘单向间歇转动的转动机构以及机械手，所述转盘周设有多个钻杆储放槽，所述机械手安装在所述转盘的旁侧，用于将所述转盘上的钻杆抓取至所述钻箱；

夹钎机构，安装在所述钻箱顶部，用于夹持钻杆或锚索；

喷药机构，安装在所述机架上部，包括喷嘴和药卷喷射装置，药卷喷射装置的喷射软管与所述喷嘴连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述提升机构包括进给油缸、传动链条、导向轮、安装在机架上的导向杆和与所述导向杆滑动连接的导向连接板，所述进给油缸的两端均具有活塞杆，所述活塞杆固定在所述机架上，所述导向轮安装在所述进给油缸的缸体上，所述传动链条的一端固定在所述导向连接板上，另一端绕设在所述导向轮上，并固定在所述机架上，所述钻箱固设在所述导向连接板上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述转动机构为棘轮组件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述自动锚索钻架系统还包括电磁阀组和电控箱，所述提升机构、所述转动机构、所述机械手和所述药卷喷射装置均与所述电磁阀组连接，所述电磁阀组和所述电控箱连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述液压系统包括主回路和控制回路，所述主回路包括串联的两个变量液压泵和分别由所述液压泵驱动的两个液压马达，两个所述变量液压泵由通过联轴器与所述发动机装置的飞轮连接；所述控制回路与所述主回路连接，且设有液压先导控制手柄、制动解除阀和高低速控制阀。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述自动锚索钻架系统通过动力切换阀分别与第一动力回路和第二动力回路连接，所述第一动力回路连接至所述液压系统，所述第二动力回路连接至外部电源连接线。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，还包括稳定靴机构，所述稳定靴机构设置在所述车体靠近所述自动锚索钻架系统的一端。

本发明的有益效果是：

使用时，采用液压单臂自动锚索钻车，采用自动锚索钻架系统做锚索锚护装置，升降机构进行自动锚护定位，发动机装置做动力，轮式驱动的整车布置方式，移动速度是履带式锚索钻车的10倍，可实现锚护钻架自动定位、自动锚索锚护，极大提高了锚索锚护效率。

进一步地，自动锚索钻架系统通过动力切换阀分别与连接到以发动机为动力的第一动力回路以及以外部电源为动力的第二动力回路，锚索作业时既可以使用整机的内部动力源，也可以使用外接电源的泵站，并且两种动力源能够实现互锁，在巷道频繁更换时，优势更加明显，无需接电缆即可完成快速锚索支护，极大提高支护效率。

进一步地，采用发动机做整车行进动力源，不需外接电缆，使整车移动相对于履带式锚索钻车更灵活，省去拖拽电缆的工作。

进一步地，采用单臂自动锚索钻架系统，使得整机宽度大大缩短，提高整机的通过性。

进一步地，采用了稳定靴机构，保证锚索锚护时，整机的稳定性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例的煤矿用液压单臂自动锚索钻车的结构示意图；

图2为图1中升降机构的结构示意图；

图3为图1的锚索锚护动作俯视图；

图4为图1的锚索锚护动作侧视图；

图5为图1的锚索锚护动作正视图；

图6为图1中的自动锚索钻架系统一个视角下的结构示意图；

图7为图1中的自动锚索钻架系统另一视角下的结构示意图；

图8为图6中钻架机架的结构示意图；

图9为图6中进给机构的结构示意图；

图10为图6中钻杆仓的结构示意图；

图11为图1中的除尘系统的结构示意图；

图12为图1中的稳定靴机构的结构示意图。

图标：1–发动机装置，2–排气系统置，3–轮式行走机构，4–车体，5–升降机构，6–自动锚索钻架系统，7–除尘系统，8–液压系统，9–气动系统，10–电气控制系统，11–底座，12–摆动油缸，13–摆动座，14–工作臂，15–升降油缸，16–调平油缸，17–钻架连接部，18–钻架机架，19–进给机构，20–钻杆仓，21–电磁阀组，22–电控箱，23–底框架，24–链条悬挂杆机构，25–夹钎机构，26–喷药机构，27–中转块，28–进给油缸，29–进给导向杆，30–导向轮，31–传动链条，32–导向连接板，33–钻箱，34–仓体，35–转盘，36–机械手，37–旋流器，38–除尘箱，39–滤芯，40–风机，41–消声器，42–风管，43–稳定靴机构。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

参照图1所示，本实施例提供一种煤矿用液压单臂自动锚索钻车，包括车体、设置在车体上的升降机构5和自动锚索钻架系统6。

车体包括机体部、配置在所述机体部上的液压系统8、电气控制系统10、发动机装置1以及安装在所述机体部两侧的轮式行走机构3。所述液压系统8和所述轮式行走机构3均与发动机装置1连接，通过发动机装置1提供动力。优选地，轮式行走机构3包括3~6组轮胎，使得钻车移动更为平稳。相对于履带式锚索钻车，采用轮式行走机构3能够有效提升钻车的移动速度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，液压系统8包括主回路和控制回路。所述主回路包括串联的两个变量液压泵和分别由所述液压泵驱动的两个液压马达，两个所述变量液压泵由通过联轴器与所述发动机装置1的飞轮连接。所述控制回路与所述主回路连接，且设有液压先导控制手柄、制动解除阀和高低速控制阀。液压泵和液压马达组成闭式回路，液压先导控制手柄、制动解除阀和高低速控制阀均设置在车体的驾驶室内。所述自动锚索钻架系统和所述升降机构均由所述液压系统控制。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述自动锚索钻架系统通过动力切换阀分别与第一动力回路和第二动力回路连接，所述第一动力回路连接至所述液压系统，所述第二动力回路连接至外部电源连接线。因此，在锚索作业时，既可以使用整机的内部动力源，也可以使用外接电源的泵站，并且两种动力源能够实现互锁，在巷道频繁更换时，优势更加明显，无需接电缆即可完成快速锚索支护，极大提高支护效率。

如图2-图5所示，升降机构5配置在所述机体部上，包括伸缩式的工作臂14、驱动所述工作臂14升降的升降组件以及驱动所述工作臂14左右摆动的摆动组件。摆动组件包括底座11和摆动油缸12，升降组件包括摆动座12和升降油缸15。所述底座11固定在所述机体部上，摆动座12铰接在所述底座11上，工作臂14的一端铰接在所述摆动座12上，另一端通过钻架连接部17与所述自动锚索钻架系统6连接。所述摆动油缸12配置在所述底座11的侧壁上，且两端分别与所述底座11和所述摆动座12铰接，所述升降油缸15的两端分别与所述摆动座12和所述工作臂14铰接。摆动油缸12带动摆动座12沿左右摆动，实现工作臂14的左右摆动。摆动座12和工作臂14的铰接轴相互垂直，升降油缸15安装在工作臂14的下方位置，驱动工作臂14升降。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述升降机构5上还设有调平油缸16，所述调平油缸16沿所述工作臂14的长度布置，所述钻架连接部17铰接在所述工作臂14的端部，所述调平油缸16的活塞杆和所述钻架连接部17连接，用于调整所述钻架连接部17的角度。设置调平油缸16，能够实现自动锚索钻架系统6的自动调平，保证锚索工作。

进一步地，升降机构5上设有油缸测距传感器（摆动油缸和升降油缸均设有油缸测距传感器）和摆动角度传感器，采集的信号实时反馈给电气控制系统，电气控制系统根据自动钻架当前姿态，向升降机构5发出指令，通过调整升降机构5位姿实现自动锚索钻架的精确定位。

如图6所示，自动锚索钻架系统6配置在所述工作臂14的端部，通过所述升降机构5实现升降和摆动，用于实现锚杆或锚索安装。

进一步地，所述自动锚索钻架系统6包括：机架18、进给机构19、钻杆仓20、夹钎机构25和喷药机构26。

如图8所示，机架18安装在所述钻架连接部17上。机架17设有底框架23，底框架23上设有链条悬挂杆机构24和中转块27。

如图9所示，进给机构19安装在所述机架17上，包括钻箱33和驱动所述钻箱33升降的提升机构。优选地，所述提升机构包括进给油缸28、传动链条31、导向轮30、安装在机架17上的导向杆29和与所述导向杆29滑动连接的导向连接板32。所述进给油缸为双出杆油缸，其两端均具有活塞杆，所述活塞杆固定在所述机架17上。中转块27内安装有油液通道，用于为进给油缸28供油。所述导向轮30安装在所述进给油缸28的缸体上，所述传动链条31的一端固定在所述导向连接板32上，另一端绕设在所述导向轮30上，并固定至所述链条悬挂杆机构24。所述钻箱33固设在所述导向连接板32上。进给油缸28的缸体在活塞杆的作用下上下移动，绕设在缸体上的传动链条31拖动导向连接板32沿导向杆29上下滑动，进而驱动钻箱33的升降。

如图10所示，钻杆仓20安装在所述机架17上，包括仓体34、可转动设置在所述仓体34内的转盘35、驱动所述转盘35单向间歇转动的转动机构以及机械手36，所述转盘35周设有多个钻杆储放槽，所述机械手36安装在所述转盘35的旁侧，用于将所述转盘内储存的钻杆抓取至所述钻箱33。优选地，转动机构为棘轮组件，通过棘轮组件控制转盘35单向间歇运动，转到机械手36的工作位置利用机械手36完成钻杆的储存、运输、转移等功能。需要说明的是，机械手36抓取钻杆实现其储存、转移等动作，可以采用现有技术中的机械手机构，例如利用气动式机械手臂等，在此不再加以赘述。

进一步地，在优选的实施例中，仓体34内设有一个或多个转盘35，转盘35的上底和下底设有位置相对的弹性卡位件，通过弹性卡位件卡住钻杆，同时保证机械手36抓取钻杆时，钻杆能够从转盘36中脱出。

夹钎机构25安装在所述钻箱33顶部，用于夹持钻杆或锚索。夹钎机构25包括两个间距可调半圆形的夹板，两个夹板围合形成夹持钻杆或锚索的夹孔。通过气缸等装置实现两个夹板之间的间距调节。在钻杆拆卸过程中，夹钎机构25可以将其夹紧，协助完成卸杆作业；在钢绞线完成推送动作后，夹钎机构可以将锚索夹紧。

如图8所示，喷药机构26安装在所述机架17上部，包括喷嘴和药卷喷射装置图未示，药卷喷射装置的喷射软管与所述喷嘴连接。药卷喷射装置中装有锚固剂药卷，通过气动装置将树脂药卷喷射进入锚索钻孔中。喷药机构26例如可以采用专利cn105370305a中的具体构造，在此不再进行赘述。

如图7所示，进一步地，所述自动锚索钻架系统还包括电磁阀组21和电控箱22，所述提升机构、所述转动机构、所述机械手36和所述药卷喷射装置26均与所述电磁阀组21连接，所述电磁阀组21和所述电控箱连接。通过自动锚索钻架系统实现储存钻杆、接钻杆、钻孔、拆钻杆、喷射药卷、安装锚索、紧固锚索等支护过程的全部自动化，支护效率是人工支护的3倍，对支护全过程的控制可采用遥控操作实现，整个作业流程不需要工人在钻机旁完成，工人不需要在具有粉尘、淋水、噪音、掉顶等恶劣环境下工作，改善了劳动条件，降低了劳动强度，作业安全得到保障。

进一步地，如图12所示，在本发明较佳的实施例中，还包括稳定靴机构43，所述稳定靴机构43设置在所述车体靠近所述自动锚索钻架系统6的一端。稳定靴机构43包括铰接在车体上的转动杆和固设在转动杆端部的撑地部，撑地部大致呈靴状，且撑地部的底面设有抓地钉。在车体的两侧均设有稳定靴机构43，保证了在锚索锚护时，整机的稳定性和安全性。

进一步地，如图11所示，还包括除尘系统7，其包括旋流器37、除尘箱38、滤芯39、风机40和消声器41，上述各部件均通过风管42连接。风机40运转在系统回路中产生负压，钻杆和钻箱均为空心轴结构，钻孔产生的粉尘经过钻杆和钻箱空心轴进入旋流器37，在重力作用下进行一级过滤，然后进入除尘箱38，在沉降作用和滤芯39过滤作用下，进行二级过滤，最后通过风机40抽出，消声器41起到消声降噪作用。

进一步地，电气控制系统10包括矿用隔爆型电气控制箱、矿用隔爆型照明灯、矿用隔爆型信号灯、煤矿用柴油机车保护装置、矿用隔爆型运输机械照明灯、矿用语音灯光告警装置、矿用隔爆型电源箱、矿用隔爆型电磁阀、遥控器、显示器、中央控制机、传感器和连接电缆等部分组成。用于实现整车的电气控制及安全保护。中央控制机用于远控钻车上的升降机构、自动锚索钻架系统的工作；同时配置有与中央控制机同步显示整机状态的显示器，通过可视化实时显示各油缸压力，钻箱进给力、扭矩，通信状态，锚杆根数，故障报警等参数，以及还可实现参数设置、锚索钻车控制等功能，实现了操作显示的智能化。

请参阅图1，进一步地，发动机装置1上还安装有气动系统9，用于发动机装置1的气压式启动，工作介质是空气，不污染环境。成本低廉；气动系统简单，便于维护安装，比液压系统可靠性高，使用寿命长，价格低。气动系统压力等级低，使用安全。

本发明工作过程如下：整机机身宽度1.8米、最低高度2.2米。整机的车体是用于承载机重并使机器实现移动的装置。在车体上安装升降机构5，升降机构5与车体采用分体设计，自动锚索钻架系统6通过钻架连接部17与升降机构5连接，其中自动锚索钻架系统6的摆动和升降通过遥控器操作电磁阀组21进行控制，具有自动锚护和手动锚护两种模式，在自动锚护模式下，自动锚索钻架系统会根据作业人员预先在电脑系统中设定的巷道断面参数，结合传感器信号反馈，自动对锚护位置进行自动定位，接着自动锚索钻架工作，完成自动钻杆钻孔、自动接杆、自动换杆、自动装药卷、自动安装锚索、自动剪断锚索等一系列锚护工序，提高了作业人员的安全性，减轻作业人员的劳动强度，大大提高了锚护效率。在手动模式时，可进行人工干预，实现临时性锚护需求。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。