一种电液锚护控制双吊篮式两臂锚索锚杆钻车的制作方法

[0001]
本实用新型属于钻孔、锚索锚杆安装并紧固的设备技术领域，具体是一种电液锚护控制双吊篮式两臂锚索锚杆钻车。


背景技术：

[0002]
目前在国内大部分煤矿巷道掘进过程中顶板和侧帮条件较差，空顶距一般不大于3米，大部分是1-2米的空顶距，传统的掘进工艺是利用综掘机进行巷道掘进，采用人工进行锚杆锚索支护作业，人工劳动强度较大，工作条件较为恶劣，效率低下，危险系数较高。部分煤矿使用了自移式全液压两臂锚杆钻车，该设备灵活机动，可以从掘进机或连采机错车进入空顶区域进行锚护作业，能够实现顶部和部分角度帮锚杆的支护作业，提高了作业效率，基本满足巷道掘进的需求，改善了工人作业环境。
[0003]
但目前国内在用的钻车存在一定缺陷：
[0004]
（1）巷道上部和下部侧帮锚杆支护困难，上部侧帮锚杆高度较高，操作人员需借助其他登高设备进行放药等操作，下部侧帮锚杆尤其底部一排帮锚杆，不能完全实现锚杆支护机械化，仍需人工手持单体锚杆钻机完成锚杆支护作业，效率低，作业安全性差，作业滞后，影响施工进度；
[0005]
（2）锚护机械臂与钻架自由度低，适应性差，无法实现多角度大范围调整，钻机锚护覆盖巷道断面有限，无法满足针对不同条件巷道不同姿态的锚护要求；
[0006]
（3）平台升降机构多为四连杆升降机构，其升降轨迹为近似直线运动轨迹，不能实现平台垂直升降，存在较大偏差，利用平台升降无法满足锚杆成排的需求，需要每次调整钻架补偿动作，实现前后成排。
[0007]
（4）钻车行走机构采用液压系统控制，自动化程度低，左右两侧履带同步差，没有自动定步距功能，设备的安全性以及可靠性差；
[0008]
（6）钻测侧帮水平支护高度到700-4200mm时是一个机型，支护到1000-4500mm时是另外一个机型，这给生产组织和备件供应带来了较大的难度。
[0009]
（5）钻架无稳钎机构，钻孔时定位困难，需要人工辅助作业，人员劳动强度大，存在安全隐患。


技术实现要素：

[0010]
本实用新型的目的是针对背景技术的不足，设计一种新型的电液锚护控制双吊篮式两臂锚索锚杆钻车，该设备灵活机动，可以从掘进机或连采机的侧面进入空顶区域进行锚护作业。该机的两个工作臂可以平行作业，互不干扰。具备升降平台和锚护大臂两级升降功能，升降范围大，不仅能够实现巷道截面内顶板锚杆、锚索支护，而且能完成底部到顶部侧帮锚杆的水平支护，提供一种电液锚护控制双吊篮式两臂锚索锚杆钻车。
[0011]
本实用新型采取以下技术方案：一种电液锚护控制双吊篮式两臂锚索锚杆钻车，包括行走底盘、垂直升降平台、后机架、左锚护大臂、右锚护大臂、超前支护装置、驾驶室、电
控箱和自动卷缆机构，垂直升降平台布置在行走底盘的正上方实现垂直升降，行走底盘后侧装有行走减速器，前侧装有导向轮，垂直升降平台上对称设置有可实现高度调整和两侧摆动调整得左锚护大臂以及右锚护大臂，垂直升降平台前端上还铰接有超前支护装置，行走底盘的后方布置有后机架，后机架左上方依次安装电机、泵站和油箱组成动力系统，在动力系统上方布置有驾驶室以及电控箱，驾驶室左侧装有自动卷缆机构和卷电缆导向托辊组，在后机架底部装有后稳定靴。
[0012]
进一步的，垂直升降平台包括主连杆、补偿连杆、上稳定连杆、下稳定连杆和平台，其中主连杆和补偿连杆对称设置在平台底部两侧，补偿连杆一端铰接在行走底盘上，另一端铰接在主连杆中部；主连杆一端与垂直升降平台底部铰接连接，主连杆另一端通过主连杆滑动铰接座与主连杆滑动轨道铰接，主连杆滑动轨道安装在行走底盘上；上稳定连杆和下稳定连杆通过连接销轴连接，上稳定连杆连接在平台底部，下稳定连杆连接在行走底盘上；还包括平台前升降油缸和两个平台后升降油缸，平台前升降油缸两端通过前油缸上铰接座和前油缸下连接座分别铰接在平台与行走底盘上；两个平台后升降油缸通过后油缸铰接座铰接在行走底盘上。
[0013]
进一步的，垂直升降平台前端通过摆动油缸铰接有超前支护装置，超前支护装置包括超前支护套筒和横梁套筒，超前支护套筒内嵌有升降油缸，超前支护套筒和横梁套筒之间通过套筒连接耳相连接，横梁套筒下部两侧装有弹簧复位器；横梁套筒两端内嵌有横梁伸缩套筒，横梁伸缩套筒外端装有支撑横梁。
[0014]
进一步的，左锚护大臂包括大臂铰接座、大臂外套筒、大臂内套筒、吊篮调整套筒、外侧折叠吊篮、内侧折叠吊篮和钻架，大臂铰接座与垂直升降平台后侧通过螺钉连接，大臂铰接座上部安装有套筒铰接座，大臂铰接座中部安装有调平油摆动座，大臂铰接座下部两侧分别安装有内侧举升油缸座和外侧举升油缸座，其中套筒铰接座与大臂外套筒铰接，大臂外套筒下方布置有后调平油缸、外侧举升油缸和内侧举升油缸，后调平油缸一端安装在调平油摆动座上，后调平油缸另一端铰接连接在大臂外套筒下侧中部，外侧举升油缸和内侧举升油缸分别安装在内侧举升油缸座和外侧举升油缸座上，外侧举升油缸和内侧举升油缸的另一端铰接在大臂外套筒前端下侧，大臂外套筒内部镶嵌有大臂内套筒，大臂内套筒的伸出端依次联接有可伸缩的钻架补偿套筒、吊篮调整套筒铰接座和吊篮调整套筒，钻架补偿套筒左侧连接有前端铰接座，前端铰接座的外侧通过销轴连接外侧折叠吊篮，吊篮调整套筒铰接座上连接有内侧折叠吊篮，内侧折叠吊篮内侧连接有吊篮升降油缸，前端铰接座安装钻架；所述的右锚护大臂与左锚护大臂结构相同。
[0015]
进一步的，前端铰接座上依次连接左右摆动马达、水平摆动马达，前端铰接座通过这两个马达与钻架连接，钻架上装有钻箱和自动夹钎机构。
[0016]
本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性：
[0017]
1.具有平台升降和大臂举升功能双级举升功能，整机升降范围大，顶锚杆支护可以适应最高5100mm的巷道，侧帮高度可以满足600-4500mm的水平支护，基本覆盖中厚煤层及厚煤层巷道开采的需求。
[0018]
2.新开发的锚护臂自由度高，转动灵活，具有臂身水平转动，上下转动，大臂伸缩，大臂自动调平，钻架水平旋转、上下旋转和前探补偿等多个动作，各个动作相互配合使用，能够满足巷道全断面内的锚杆锚索支护。每个大臂设有左右两个反转吊篮，人员可以轻松
操作进行顶锚杆、锚索以及侧帮中段侧帮锚杆支护。通过对钻架前探补偿和前调平油缸组合控制可以实现钻臂下探动作，完成底部侧帮锚杆支护。对于底部和顶部侧帮锚杆支护时，人员无法站在大臂吊篮上进行按钮锚护操作时，可使用遥控远程操作，实现侧帮锚杆支护，此操作不仅大大提高了支护的效率，而且提高了人员的舒适性及安全性。
[0019]
3.钻架增加自动稳钎机构，能够轻松实现钎杆的定位，钻孔过程中无需操作人员介入，通过电液比例控制，实现先慢速钻底孔后再快速钻孔，钻孔效率和成功率较高。
[0020]
4.平台升降机构利用了剪叉式升降平台的升级机构，即缩减了剪叉机构的多余连杆又实现了剪叉升降机构的直线特性，利用平台升降动作不需要额外的动作调整，就能实现成排的需求，提高了锚护的效率。
[0021]
5.研制了一套电液行走系统。锚杆钻车首次采用了电液比例控制系统，包括电液行走同步控制系统、多油缸智能电液同步提升系统和锚护臂电液控制系统。电液行走同步控制系统能够进行测速，实现锚杆钻车左右履带行走速度同步实现，对提高锚杆钻车定步距行走有重要意义；多油缸智能电液同步提升系统主要应用于可垂直升降平台，实现平台升降、定位的自动化控制及远程控制；锚护电液控制系统用于对锚护大臂姿态调整，钻架动作控制，一键完成钻孔，锚固动作，实现自动化及远程控制。采用电液控制系统极大的提高了作业的自动化水平，使得锚杆钻车更加可靠、平稳、灵活，对于顶板条件较差的巷道，可以保证设备在无人员驾驶的情况下保持整机在巷道的理想锚护位置。
附图说明
[0022]
图1为锚杆钻车整体结构主视图；
[0023]
图2为锚杆钻车整体结构俯视图；
[0024]
图3为锚杆钻车作业时整体结构示意图；
[0025]
图4为锚护大臂与钻架结构示意图ⅰ；
[0026]
图5为锚护大臂与钻架结构示意图ⅱ；
[0027]
图6为顶锚支护时锚护大臂结构动作示意图ⅰ；
[0028]
图7为顶锚支护时锚护大臂结构动作示意图ⅱ；
[0029]
图8为侧帮锚护时锚护大臂结构动作示意图ⅰ；
[0030]
图9为侧帮锚护时锚护大臂结构动作示意图ⅱ；
[0031]
图10为侧帮锚护时锚护大臂结构动作示意图ⅲ；
[0032]
图11为去掉锚护臂垂直升降平台动作结构示意图；
[0033]
图12为超前支护装置结构示意图；
[0034]
图13为电液行走控制系统原理图；
[0035]
图14为平台升降控制系统原理图；
[0036]
图15为锚护大臂电液控制系统结构框图；
[0037]
图16为锚护大臂电液控制系统原理图；
[0038]
图中所示，附图标记清单如下：
[0039]
1、行走底盘，2、垂直升降平台，3、行走减速器，4、后机架，5、电机，6、电控箱，7、驾驶室，8、泵站，9、左锚护大臂，10、左侧防爆电液比例换向阀，11、超前支护装置，12、导向轮，13、右侧防爆电液比例换向阀，14、右锚护大臂，15、油箱，16、自动卷缆机构，17、卷电缆导向
托辊组，18、大臂铰接座，19、内侧举升（摆动）油缸座，20、外侧举升油缸，21、大臂外套筒，22、压块，23、前端铰接座，24、外侧折叠吊篮，25、内侧折叠吊篮，26、吊篮调整套筒铰接座，27、吊篮调整套筒，28、自动夹钎机构，29、钻架，30、钻箱，31、内侧举升油缸，32、内侧举升油缸座，33、调平油摆动座，34、套筒铰接座，35、后调平油缸，36、钻架补偿套筒，37、大臂内套筒，38、吊篮升降油缸，39、左右摆动马达，40、水平摆动马达，41、后稳定靴，42、后油缸铰接座，43、主连杆滑动轨道，44、下稳定连杆，45、主连杆滑动铰接座，46、上稳定连杆，47、前油缸下连接座，48、补偿连杆，49、平台前升降油缸，50、主连杆，51、平台后升降油缸，52、连接销轴，53、前油缸上铰接座，54、摆动油缸，55、升降油缸，56、超前支护套筒，57、套筒连接耳，58、横梁伸缩套筒，59、弹簧复位器，60、横梁套筒，61、支撑横梁。
具体实施方式
[0040]
以下结合附图对本实用新型做进一步说明：
[0041]
以下结合具体实施方案和附图对本实用新型进行进一步的详细描述，其只意在详细阐述本实用新型的具体实施方案，并不对本实用新型产生任何限制，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
[0042]
其主要技术参数如下：
[0043]
适应巷道经济宽度（mm）：3000-6000
[0044]
适应巷道经济高度（mm）：2600-4500
[0045]
侧帮锚杆支护高度范围（mm）：600-4500
[0046]
顶锚杆锚索最大高度（mm）：6000
[0047]
外形尺寸（mm）：6100
×
1400
×
2300
[0048]
地隙（mm）：260
[0049]
机重（t）：约17
[0050]
装机功率（kw）：55
[0051]
电压等级（v）：1140
[0052]
钻臂数量：2
[0053]
适应岩层抗压强度：≤70
[0054]
结合图1、2所示，本实施例提供了一种电液行走锚护控制两臂锚索锚杆钻车，整机利用履带行走机构，机身窄，行走调动灵活，通过电液控制系统，实现锚杆钻车精确直线行走，操作人员站在锚护大臂的站人吊篮上进行顶锚杆和帮锚杆大范围巷道覆盖施工作业。可以从综掘机或连续采煤机的侧面进入迎头进行锚杆支护，亦可以在掘进设备后面进行补打锚索、锚杆。
[0055]
本实施例提供的锚索锚杆钻车，总体由行走底盘1、垂直升降平台2、后机架4、左锚护大臂9、右锚护大臂14、超前支护装置11、驾驶室7、电控箱6、自动卷缆机构16以及电液控制系统组成。可垂直升降平台2布置在行走底盘1的正上方实现垂直升降，进行高度调整；在行走底盘1后侧装有行走减速器3，前侧装有导向轮12，保证钻车平稳前行。左锚护大臂9以及右锚护大臂14对称均置铰接在垂直升降平台2上，视工况需要通过左侧防爆电液比例换向阀10、右侧防爆电液比例换向阀13调节伸缩与摆动实现高度调整和两侧摆动调整；在垂直升降平台2前端上还铰接有超前支护装置11，在锚杆作业时可升起至顶部进行支撑；在行
走底盘1的后方布置有后机架4，实现整车的重心平衡；后机架4左上方依次安装电机5、泵站8、油箱15组成动力系统，在动力系统上方布置有驾驶室7、电控箱6，驾驶室7左侧装有自动卷缆机构16、卷电缆导向托辊组17，在钻车前行的时候进行自动卷电缆，方便工人作业，节约劳动力，其中自动卷缆机构为现有技术，在后机架4底部装有后稳定靴41，在平台作业时放置于底面，保证机身平稳，提高安全性。
[0056]
参见图3、图4、图5，锚护大臂左右对称分布，以左锚护大臂为例，主要由大臂铰接座18、大臂外套筒21、大臂内套筒37、吊篮调整套筒27、外侧折叠吊篮24、内侧折叠吊篮25、钻架29组成。锚护大臂通过大臂铰接座18与垂直升降平台2后侧通过螺钉连接，在大臂铰接座18上侧安装有套筒铰接座34，调平油摆动座33、内侧举升油缸座32、外侧举升油缸座19。其中套筒铰接座34与大臂外套筒21铰接，在外套筒下方布置有后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31，其中后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31分别通过销轴铰接在调平油摆动座33、内侧举升油缸座32、外侧举升油缸座19上。通过后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31可以实现外套筒的调平、上下升降、内外摆动等较大范围的动作，当锚护大臂需要实现上下升降的功能时，外侧举升油缸20、内侧举升油缸31进行同步伸长与收缩，带动整个锚护大臂作业，同时后调平油缸35进行一定范围的伸缩，用于位移误差补偿。当锚护大臂向外摆动时，外侧举升油缸20进行收缩，内侧举升油缸31同时伸长，后调平油缸35同时伸长进行位移误差补偿；当锚护大臂向内摆动时，外侧举升油缸20进行伸长，内侧举升油缸31同时收缩，后调平油缸35同时收缩进行位移误差补偿。
[0057]
在本实施例中，大臂外套筒21内部镶嵌有大臂内套筒37，并通过放置在外套筒上的四个压块22保证内套筒37的伸缩平稳性。在大臂内套筒37的另一伸出端依次联接有钻架补偿套筒36、吊篮调整套筒铰接座26、吊篮调整套筒27，钻架补偿套筒36为可伸缩性，行程500mm，左侧连接有前端铰接座23。在前端铰接座23的外侧通过销轴连接外侧折叠吊篮24。在吊篮调整套筒铰接座26外侧连接有内侧折叠吊篮25。其中，外侧折叠吊篮24为固定，随大臂上下或左右摆动；内侧折叠吊篮25内侧连接有吊篮升降油缸38，在锚护大臂静止时，仍可以垂直上下移动，方便操作人员调整作业空间。
[0058]
在本实施例中，在前端铰接座23上依次连接左右摆动马达39、水平摆动马达40，通过这两个马达，实现钻架29的任意角度的旋转举升动作。在钻架29上装有钻箱30和自动夹钎机构28，在操作人员作业时将锚杆放置于钻箱30上，随着钻箱的向前推进，将锚杆打入工作面，在中这一过程中，钻箱顶端安装的自动夹钎机构29能够起到很好的稳钎作用。
[0059]
在本实施例中，当在进行顶锚支护时，通过左右摆动马达39、水平摆动马达40使得钻架处于竖直向上的位置，再通过外侧举升（摆动）油缸20、内侧举升（摆动）油缸31使得在上下方向实现-8
°
至40
°
的移动，水平方向上0
°
至45
°
范围内的摆动，再通过左右锚护大臂的两个后调平油缸35实现锚护大臂的稳定性；通过钻架补偿套筒36可实现在500mm范围内水平方向上的延伸，提高了作业面的工作范围。
[0060]
在本实施例中，在进行侧帮锚护时，通过左右摆动马达39、水平摆动马达40使得钻架处于与工作面垂直方向，外侧举升（摆动）油缸20、内侧举升（摆动）油缸31使得在上下方向实现-8
°
至40
°
的移动，水平方向上0
°
至45
°
范围内的摆动，可实现在侧帮最底部到顶部的锚杆支护。
[0061]
参见图6，可垂直升降平台2采用了分体式剪叉连杆机构，包括主连杆50、补偿连杆
48、上稳定连杆46和下稳定连杆44，其中主连杆50、补偿连杆48对称放置在平台两侧，补偿连杆48一端铰接在行走底盘1上，另一端铰接在主连杆50上；主连杆50则一端通过主连杆滑动铰接座45、主连杆滑动轨道43与行走底盘1铰接，平且可在连杆滑动轨道43上进行滑动，从而实现平台升降；上稳定连杆46和下稳定连杆44通过连接销轴52连接，可以加强平台的抗弯特性，上稳定连杆46连接在平台上，下稳定连杆44则连接在行走地盘1上。
[0062]
在本实施例中，采用前一后二的三油缸举升方式，包括平台前升降油缸49和两个平台后升降油缸51。其中平台前升降油缸通过前油缸上铰接座53、前油缸下连接座47分别铰接在平台与行走底盘上；两个平台后升降油缸51通过后油缸铰接座42铰接在行走底盘1上。当巷道作业面较高时，前一后二的三油缸实现同时举升，同时带动主连杆50、补偿连杆48、上稳定连杆46和下稳定连杆44向上举升移动，主连杆50在主连杆滑动轨道43上向前滑动一定的行程，视实际工况所定。
[0063]
在本实施例中，通过锚护大臂与平台的动作方式，使得整机顶锚杆最大能够适用于6000mm的巷道，满足了煤矿系列高度巷道的顶锚杆锚索的支护要求。侧帮支护高度能够满足底部600mm到顶部4500mm的范围，兼顾打锚索，车载锚索禁锢机构。一台设备能够完成巷道断面内的所有半自动化作业，解放了劳动力的同时提高锚护效率近1.5倍，改善了掘支失调的现状。大大改善工人作业环境，提高了作业的安全水平。
[0064]
参见图7，为进一步提高钻车作业的稳定性，在可垂直升降平台前端通过摆动油缸54铰接有超前支护装置，可实现一定范围的角度调整，包括超前支护套筒56、横梁套筒60；在超前支护套筒56内嵌有升降油缸55，可实现超前支护装置的升降，以适应巷道。超前支护套筒56和横梁套筒60之间通过套筒连接耳57相连接，为保证横梁套筒60的灵活性，在底端两侧装有弹簧复位器59；在横梁套筒60内两侧嵌有横梁伸缩套筒58，横梁伸缩套筒58另一端装有支撑横梁61。当进行超前支护时，通过调节超前支护套筒5和横梁伸缩套筒58，最大程度的进行铺网覆盖，保证了顶部煤层锚护安全。
[0065]
在本实施例中，锚杆钻车首次采用了电液比例控制系统，包括电液行走同步控制系统、多油缸智能电液同步提升系统和锚护臂电液控制系统。
[0066]
参见图13，电液行走同步控制系统主要由防爆电机、液压柱塞泵、功能阀组、液压马达、二联阀、减速器和测速装置等部件组成。以初始信号为参考，通过左侧减速器测速装置检测出左侧履带行走速度，同时通过右侧减速器测速装置检测出右侧履带行走速度，通过与初始速度比较得出两者速度差，根据速度差结合pid控制算法调整两侧马达对应二联阀开口流量，进而保证了左右两侧速度同步特性，降低了左右两侧速度差，保证了整机行走直线度。
[0067]
参见图14，将高精度的位移传感器内置在平台前升降油缸49和平台后升降油缸51中，实现对油缸伸缩量的精准测量。当锚杆钻车在巷道行进过程中，平台前升降油缸49和平台后升降油缸51的伸缩量为0，智能电液控制升降平台处于最低位，保证整机高度最小，提高整机通过性；当锚杆钻车处于锚护初始位置时，后稳定靴41撑地，垂直升降平台2的电液控系统会根据锚护巷道断面参数自动算出该升降平台的最优运动路径，平台前升降油缸49和平台后升降油缸51动作，在油缸伸出过程中，以平台前升降油缸49伸出量为参考，前位移传感器实施监测平台前升降油缸49的伸出量，后位移传感器检测出后平台升降油缸51的伸出量，通过控制器进行pid反馈调节后平台升降油缸51的开口流量，从而保证两个后油缸的
伸出量与前油缸相等，保证在平台升降过程中平稳，当到达锚护位置，智能电液控制系统给出电液控制信号，确保平台升高至准确锚护位置。整个过程是由电控系统全自动化控制，无需人的干预。锚护结束后，垂直升降平台降至最低位，锚杆钻车处于待机状态，接着进入下一个工作循环。
[0068]
参见图15、图16，锚护臂电液控制系统包括电源、控制箱、遥控器、接收机、操作箱、防爆电液比换向阀组、至少两个转速传感器、压力传感器、位移传感器以及电器控制部分。接收机用于接受遥控器传输的信号，放置在锚护臂外套筒21上；操作箱为操作人员方便，放置于吊篮调整套筒铰接座26上，用于调整锚护大臂实现锚护作业动作；防爆电液比换向阀组包括左侧防爆电液比例换向阀10和右侧防爆电液比例换向阀13，具有防爆电器比例控制和压力补偿功能；压力传感器设置在左侧防爆电液比例换向阀10和右侧防爆电液比例换向阀13上，用于采集压力数据；转速传感器设置在左右摆动马达39、水平摆动马达40和钻箱30上，用采集马达和钻箱作业时的转速数据；位移传感器设置在钻架29上，用于采集锚护臂钻架升降位移数据；控制箱放置于电控箱6当中，包括输入接线端、控制器、输出接线端、放大器，连接电源，为接收机、操作箱防爆电液比换向阀组提供电源和驱动控制输出，为压力传感器、转速传感器、位移传感器提供电源和信号输入。同时遥控器和操作箱带钻孔所有控制功能按键，遥控器带波段选择功能，可远程操作大臂及钻架，配合自动复位稳钎机构，无需人员辅助操作进行锚杆作业，实现无线传输和手动直接操作两种方式对锚护臂电液控系统控制，进而实现锚护臂和钻架的举升、摆动和伸缩动作。
[0069]
在本实施例中，通过位移传感器、压力传感器和转速传感器采集到相应的信号数据输入到控制器中，通过数据分析得出实际工作相应的工况，再利用控制器输出合理的位移、压力和速度参数，实现对后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31、左右摆动马达39、水平摆动马达40、钻箱30、钻架29的实时调节，完成工作面锚护作业。
[0070]
以上所述的仅是本实用新型的原理和实施例。应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在本实用新型原理的基础上，还可以做出若干其他变型，也应视为本实用新型的保护范围。