CN102261250A - 一种硬岩液压破碎式掘进机 - Google Patents

一种硬岩液压破碎式掘进机 Download PDF

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梁坚毅
陈锷
龙日升
刘宇
张其智
翟海波
王冶
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Abstract

本发明涉及硬岩掘进设备,具体为一种硬岩液压破碎式掘进机。它集钻孔、破岩、收料、运输、行走和除尘等功能于一体,能实现f10及f10以上全岩巷道的快速、高效掘进。该掘进机包括行走部、后支撑部、一运部、本体部、凿岩部、破岩部、铲板部,本体部设置于行走部上,本体部的前部设置凿岩部、破岩部和铲板部,本体部的后部设置后支撑部、一运部。本发明可以解决现有技术中存在的作业效率低、工作环境恶劣等问题。整个设备可实现硬岩全巷道的高效、安全、高质量的快速掘进,取代目前硬岩掘进常用的危险性较高的钻爆法和硬岩掘进效率较低的综合掘进法。

Description

一种硬岩液压破碎式掘进机
技术领域
[0001] 本发明涉及硬岩掘进设备,具体为一种硬岩液压破碎式掘进机。它集钻孔、破岩、 收料、运输、行走和除尘等功能于一体,能实现Π0及f 10以上全岩巷道的快速、高效掘进。
背景技术
[0002] 在我国的隧道、巷道和地下工程施工中,中硬岩施工占相当比例,钻爆法是硬岩隧道和巷道开凿的传统施工方法,迄今为止,在国内外隧道和巷道施工中仍占据主要地位;综合掘进法是隧道和巷道掘进除钻爆法外的另一重要手段,是一种能够同时完成破落岩石、 装载与转载、运输、喷雾除尘和调动行走的联合机组。
[0003] 钻爆法主要存在几个方面的不足:一是钻孔作业效率低,工作环境恶劣。多人多气动钻机同时施钻设备占用空间大;效率低,能源浪费严重;钻进速度慢,钻孔浅;施工人员多,劳动强度高;作业空间狭窄,施工环境差,粉尘、噪声和油雾严重危害施工人员的身体健康;钻孔质量差,爆破质量难以控制。采用液压凿岩机的凿岩台车造价昂贵而用途单一,并且只适用于平巷或轻微倾斜巷道的钻孔作业,使用范围非常受限。二是安全性差,如操作不当极易引起瓦斯爆炸而造成重大人员伤亡。同时,钻爆法对巷道围岩的伤害很大,易引起突水、冒顶和坍塌等重大安全事故。三是硬岩掘进效率低,巷道成形质量很难控制,超挖欠挖严重。四是需要耙矸机、刮板机、转载机等设备配合才能完成清理矸石、搬运矸石等任务。
[0004] 综合掘进法对巷道的要求比较高,岩石硬度< Π0,巷道高度不得小于3. O米,宽度不得小于5米,如果局部岩石硬度过高,还是需要采用放松动炮的方法,进行辅助掘进。 实际上,综合掘进法的经济截割硬度通常都在f8以下,对于硬度在f8以上的岩石,不仅截割速度缓慢,且单位进尺的截割成本也难以接受。
[0005] 近年来,随着隧道安全事故和矿难事故的频繁发生,政府开始努力减少钻爆法的使用以及炮采、炮掘的工作面个数和采掘产量、进尺所占比重。因此,针对硬岩隧道或巷道掘进,亟需开发一种革命性的新型无爆破钻孔掘进技术和设备。
[0006] 中国发明专利申请(申请号:200710158849. 1)提出一种适用于小断面煤岩巷道和矿山掘进用的矿山防爆煤岩全液压破碎式掘进机,它结构简单,只能实现小断面、低硬度煤巷和岩巷的掘进,不能实现断面钻孔、装载、运输和除尘等功能,且采用人工手动操作,效率很低,操作人员的工作环境恶劣,劳动强度大。
发明内容
[0007] 为了克服钻爆法和综合掘进法的不足,本发明提供了一种硬岩液压破碎式掘进机,解决现有技术中存在的作业效率低、工作环境恶劣等问题。该硬岩掘进机不需要放炮即可实现超硬全岩巷道的快速、高效掘进。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009] 一种硬岩液压破碎式掘进机,该掘进机包括行走部、后支撑部、一运部、本体部、凿岩部、破岩部、铲板部,本体部设置于行走部上,本体部的前部设置凿岩部、破岩部和铲板部,本体部的后部设置后支撑部、一运部。
[0010] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,凿岩部设有凿岩部安装座、凿岩臂、液压凿岩机、 推进器,凿岩臂的一端与凿岩部安装座连接,凿岩臂的另一端与推进器连接,推进器上安装液压凿岩机。
[0011] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,破岩部设有破岩臂连接座、破岩臂、液压破碎锤、 收料斗、喷水灭尘装置,破岩臂的一端与破岩臂连接座连接,破岩臂的另一端连接收料斗, 破岩臂上安装液压破碎锤,液压破碎锤的前端安装钎杆,钎杆的旁边设置与钎杆相应的喷水灭尘装置。
[0012] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,后支撑部设有后支撑部水平支撑、后支撑平台、后支撑连接座、后支撑部地面支撑,后支撑平台两侧设置后支撑部水平支撑,后支撑平台前端设置后支撑连接座,后支撑平台底部设置后支撑部地面支撑。
[0013] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,本体部设有本体架和滑台,滑台布置在本体部上方,滑台上设有至少一个凿岩臂安装位置,在凿岩臂安装位置上分别安装凿岩部;滑台上还设有至少一个破岩臂安装位置,在破岩臂安装位置上分别安装破岩部。
[0014] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,本体部中前段的两侧设计有本体部水平支撑。
[0015] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,铲板部上设有回转星轮或蟹爪,破岩臂末端辅助收料装置。
[0016] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,还包括电控系统,电控系统的核心为工控机和主控制器,工控机作为上位机,主控制器作为下位机,主控制器采用可编程控制器PLC,工控机和主控制器之间的通信采用I/O卡。
[0017] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,行走部、后支撑部、一运部、本体部、凿岩部、破岩部、铲板部上分别设有传感器,传感器检测数据通过CAN总线传给各自的主控制器,主控制器通过CAN卡传输给上位机,上位机通过计算后,将具体的运动控制要求通过指令的方式传输给下位机,下位机控制各自由度的运动并实现各自由度的局部闭环。
[0018] 所述的硬岩液压破碎式掘进机,还包括液压系统,液压系统的油源采用两个负载敏感变量泵,一个与液压冲击锤连接,另一个与液压执行元件连接,液压系统的控制采用手动加电磁比例多路阀。
[0019] 本发明的有益效果是:
[0020] 1、本发明集钻孔、破岩、收料、运输于一体,兼有行走和除尘等功能,可以实现超硬全岩巷道的快速、高效掘进,取代目前硬岩掘进常用的危险性较高的钻爆法和硬岩掘进效率较低的综合掘进法。同时,该发明可实现全手动、半自动和全自动等三种模式,客户可根据自身需要,灵活定制,在灵活控制成本的同时,较大程度地减少硬岩掘进时所需的矿工数量,降低矿工们的劳动强度。
[0021] 2、本发明整机安装凿岩臂和破岩臂,采取先钻孔后破岩的掘进方式,再配备完善的液压、电控系统,全部工作过程实现自动化,从而实现硬岩全岩巷高效、安全、高质量的快速掘进,取代目前硬岩掘进常用的危险性较高的钻爆法。同时,大大减少硬岩掘进时所需要的矿工数量,并极大改善矿工的工作环境恶劣,降低矿工们的劳动强度。
[0022] 3、本发明掘进过程可实现高度自动化,极大地提高了掘进过程的安全性和对硬岩掘进的效率,从根源上避免了重大事故的发生。[0023] 4、本发明采用履带自行式设计,配备有后支撑和前铲板,可以满足倾角< 18°时的上山下山破岩掘进作业;车体上方布置有多个(1〜3个)凿岩臂,可根据需要选择各种规格液压凿岩机;各凿岩臂单独控制,可以全手动、半自动或全自动地完成钻孔过程的全部工作;车体上方布置有多个(1〜3个)破岩臂,可根据需要选择不同冲击功的液压破碎锤以适合各种硬度全岩巷的非爆破快速掘进(经济破碎岩石硬度>fl0);各破岩机械臂单独控制,可以全手动、半自动或全自动地完成破岩过程的全部工作。同时,本发明可根据需要选择星轮、蟹爪或耙斗等不同收料方式,车体内部布置有刮板输送机,可完成矸石的装运和转载等功能。最后,机体上方和破岩臂前端可根据需要选择除尘系统,包括喷雾灭尘装置、 除尘器吸风风筒、压风风筒、风筒支架等,可有效解决钻孔破岩过程产生的粉尘。
附图说明
[0024] 图1为本发明机械系统的结构示意图;(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0025] 图1中,1行走部;2后支撑部;3 —运部(第一运输机);4本体部;5凿岩部;6破岩部;7铲板部。
[0026] 图2为本发明后支撑部结构示意图;(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0027] 图2中,2. 1后支撑部水平支撑;2. 2后支撑平台;2. 3后支撑连接座;2. 4后支撑部地面支撑;2. 5电控系统;2. 6液压系统。
[0028] 图3为本发明本体部结构示意图;其中,(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0029] 图3中,4. 1滑台;4. 2操作台;4. 3防护顶盖;4. 4凿岩臂安装位置;4. 5破岩臂安装位置;4. 6本体部水平支撑;4. 7本体架。
[0030] 图4为本发明凿岩部结构示意图;
[0031] 图4中,5. 1凿岩部安装座;5. 2凿岩臂(钻臂);5. 3液压凿岩机;5. 4推进器。
[0032] 图5为本发明破岩部结构示意图;
[0033] 图5中,6. 1破岩臂连接座;6. 2破岩臂(破碎臂);6. 3破碎锤(冲击锤);6· 4收料斗;6. 5灭尘装置;6. 6钎杆。
[0034] 图6为钻孔轨迹规划示意图;(a)钻孔分布图;(b)钻孔轨迹规划图。
[0035] 图7为操作显示界面示意图。
[0036] 图8为整个掘进机的工作流程图。
[0037] 图9为掘进机钻孔时的工作示意图;(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0038] 图10为掘进机破岩时的工作示意图;(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0039] 图11为掘进机收料时的工作示意图;(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0040] 图12为掘进机锚杆支护时的工作示意图;(a)图为主视图;(b)图为俯视图。
[0041] 图13为本发明液压系统的原理示意图;
[0042] 图14为本发明电控系统的原理示意图。
具体实施方式
[0043] 如图1-14本发明从功能上可分为机械系统、液压系统和电控系统三部分,其中:
[0044] 如图1所示,机械系统包括行走部1、后支撑部2、一运部3、本体部4、凿岩部5、破岩部6、铲板部7等几大部件。本体部4设置于行走部1上,本体部4的前部设置凿岩部5、破岩部6和铲板部7,本体部4的后部设置后支撑部2、一运部3。
[0045] 如图2所示,后支撑部2包括后支撑部水平支撑2. 1、后支撑平台2. 2、后支撑连接座2. 3、后支撑部地面支撑2. 4、电控系统2. 5、液压系统2. 6等,后支撑平台2. 2两侧设置后支撑部水平支撑2. 1,后支撑平台2. 2顶部设置电控系统2. 5、液压系统2. 6,后支撑平台 2. 2前端设置后支撑连接座2. 3,后支撑平台2. 2底部设置后支撑部地面支撑2. 4。后支撑部安装水平支撑与地面支撑装置,可以抑制设备在工作时由于振动产生的侧向滑移与前后滑移,采用高强度螺栓通过后支撑连接座2. 3与本体部4联接,安全可靠。
[0046] 如图3所示,本体部4包括本体架4. 7和滑台4. 1等,滑台4. 1布置在本体部4. 7 上方,滑台4. 1上设有至少一个凿岩臂安装位置4. 4 (本实施例为3个),在凿岩臂安装位置4. 4上分别安装凿岩部5 ;滑台4. 1上还设有至少一个破岩臂安装位置4. 5 (本实施例为 2个),在破岩臂安装位置4. 5上分别安装破岩部6 ;滑台前后滑移,可以增加凿岩和破岩的范围和效率。滑台4. 1上还设有操作台4. 2,操作台4. 2的上方设有防护顶盖4. 3。本体部中前段的两侧设计有本体部水平支撑4. 6,可防止破岩过程机身在水平方向的摆动。
[0047] 本发明中,本体部4上的本体部水平支撑4. 6,配合后支撑2上的后支撑部水平支撑2. 1,可确保破岩过程机身水平方向的稳定性。
[0048] 如图4所示,凿岩部5包括凿岩部安装座5. 1、凿岩臂5. 2、液压凿岩机5. 3、推进器
5. 4等,凿岩臂5. 2的一端与凿岩部安装座5. 1连接,凿岩臂5. 2的另一端与推进器5. 4连接,推进器5. 4上安装液压凿岩机5. 3。凿岩部设置多个自由度关节(不少于6个),可满足侧帮眼、底眼、顶眼等各种钻孔位置的姿态要求,通过凿岩臂各关节的灵活运动可以实现全方位的钻孔凿岩工作。
[0049] 如图5所示,破岩部6包括破岩臂连接座6. 1、破岩臂6. 2、液压破碎锤6. 3、收料斗6. 4、喷水灭尘装置6. 5等,破岩臂6. 2的一端与破岩臂连接座6. 1连接,破岩臂6. 2的另一端连接收料斗6. 4,破岩臂6. 2上安装液压破碎锤6. 3,液压破碎锤6. 3的前端安装钎杆
6. 6,钎杆6. 6的旁边设置与钎杆6. 6相应的喷水灭尘装置6. 5。
[0050] 本发明中,破岩部6设置多个自由度关节(不少于4个),可以实现对flO以上硬岩的快速破碎。破岩臂6. 2末端安装先进的、大功率的液压破碎锤6. 3和收料斗6. 4,通过破岩臂各关节的灵活运动可以实现全方位的破岩和辅助收料的工作;在破碎锤6. 3周围安装喷水灭尘装置6. 5,破岩过程中起到降尘、冷却、缓解钎杆磨损的功能。
[0051] 本发明中,铲板部7上可以装配两个回转星轮或蟹爪,星轮的回转运动通过马达带动,铲板的升降与星轮的回转可以将破碎下来的煤块回收,并运输至一运部3;—运部3 通过链传动实现物料的运输工作,利用液压马达带动链轴的转动,运输链在刮板上循环移动,将铲板部7运输来的物料传递给二运(第二运输机);行走部1通过高强度螺栓与本体部4连接,行走部1可为全封闭结构,增加行走部在恶略工况下的使用寿命;大功率液压马达带动链轮保证掘进机在恶略工况下、大坡度情况下的行走能力。
[0052] 本发明中,破岩臂末端还设计有辅助收料装置,配合铲板上的星轮或蟹爪,可实现快速清矸运矸。
[0053] 本发明中,液压系统设置带负载敏感技术的变量泵(不少于2个),其中一个泵与液压冲击锤连接,专门用来给液压冲击锤提供大流量高压力油,工作压力在24MPa左右,即液压冲击锤的最大工作压力;另一个泵与液压执行元件连接,用来给其它液压执行元件供油。整个系统的油箱体积在1500L左右。液压系统的主要液压执行元件为数字液压缸或磁致伸缩液压缸以及液压马达,具体包括机械手回转液压缸、机械手一级臂俯仰液压缸、机械手二级臂调节液压缸、机械手末端回转液压缸、装料液压马达等。液压系统的控制采用手动加电磁比例多路阀,便于与电控系统连接,实现整个钻孔和破岩过程液压系统的自动控制, 也可以在特殊情况实现全手动操作。
[0054] 如图13所示,本发明液压系统的原理如下:
[0055] 本实施例具有三个凿岩臂和两个破碎臂,共有30多个自由度,加上掘进机本身的执行元件,共有五十多个液压执行元件。掘进机的所有液压执行元件根据流量、压力、动作关系、位置等进行分组(本实施例分为九组),每组阀的总流量不能超过250L/min。油源采用两个负载敏感泵,各组阀的负载敏感口通过梭阀进行比较,选出最大的负载压力反馈给油泵,实现负载变化时液压系统流量的快速响应和跟踪。
[0056] 本发明中,电控系统的核心为工控机加PLC(可编程控制器),其中工控机作为上位机,主要负责根据事先建好的机械手运动学模型实现钻孔位置的自动排布、钻孔轨迹的自动规划及优化、液压冲击锤冲击位置的自动分布、液压冲击锤破岩轨迹的规划及优化、机械手运动轨迹的规划、机械手运动控制代码自动生成、系统状态的实时监测以及与PLC的实时通讯等等。PLC作为下位机,主要用来实现对现场控制信号的采集和对执行元件的驱动。工控机和PLC之间的通信采用I/O卡来实现。控制系统的传感器主要包括机械手末端的倾角仪、各液压缸的位移检测装置、各回转支撑的回转角度检测装置等等。其中倾角仪主要用来检测机械手末端的姿态。
[0057] 系统不选配PLC时,PLC的功能由工控机其它辅助板卡实现。系统不选配工控机时,整个设备的控制由PLC实现,一些先进的功能将无法实现。若工控机和PLC都不选用, 则所有动作均通由手动电磁比例阀进行手动控制。所有电气控制器件均安装在本安隔爆电控箱内。
[0058] 如图14所示,本实施例电控系统的原理如下:
[0059] 本实施例采用工控机作为上位机,小型PLC作为下位机和动作执行控制器,具有钻孔自动化、自动防碰撞等全部功能。行走部、后支撑部、一运部、本体部、凿岩部、破岩部、 铲板部上分别设有传感器,为了实现钻孔自动化和各机械臂自动防碰撞、凿岩臂和破岩臂的各个自由度都有相应的传感器来检测,传感器检测数据通过CAN总线传给各自的主控制器PLC(下位机:控制器U1、控制器U2、控制器U3、控制器U4和控制器TO),再由PLC通过 CAN卡传输给上位机。上位机通过计算后,将具体的运动控制要求通过指令的方式传输给下位机PLC,PLC自主控制各自由度的运动并实现各自由度的局部闭环。
[0060] 本发明中,掘进机可实现全手动、半自动和全自动等三种操作形式,具体的硬件系统差异较大,可根据客户需求进行灵活配置。
[0061] 下面以全自动工作模式为实例,对该设备的具体工作过程进行介绍。半自动工作模式是在全自动工作模式的基础上剔除钻孔位置的自动排布、钻孔轨迹的自动规划及优化、钻孔位置的自动定位、破岩臂破岩轨迹的规划及优化等先进功能,但保留凿岩臂自动防卡钎及快速返回、自动防碰撞、系统状态的实时监测等功能。全手动模式是在半自动工作模式的基础上,再剔除系统状态实时监测和自动防卡钎及快速返回功能,但保留自动防碰撞功能。[0062] A准备阶段
[0063] 掘进机运输到位,液压系统2. 6、电控系统2. 5全部启动并进行自检,检测、监控及报警装置全部开启。
[0064] 通过对巷道内定向激光进行检测,并将检测计算结果反馈给电控系统2. 5的工控机,然后人工操作行走部1、后支撑部2、铲板部7进行调整,保证掘进机停放位置与巷道中心线对齐。此时,本体部水平支撑4. 6、后支撑水平支撑2. 1、铲板部7和后支撑部地面支撑 2. 4支撑到位,保证掘进机破岩工作时平稳。
[0065] 电控系统中的断面检测装置对巷道工作面进行全方位扫描,工控机根据检测到的巷道工作面全部形状和位置信息,自动记录巷道的尺寸大小和形状,再根据操作员输入的主要参数计算出钻孔分布形式(如图6所示),并进行钻孔的轨迹、工作过程规划,并通过显示装置描述给操作员;操作员判定轨迹合理,再通过操作工控机自动计算出工作过程中每个时刻凿岩臂各个关节的姿态信息及与之对应的液压系统、电控系统的控制参数,保存所有信息并形成操作指令,等待执行。
[0066] 操作员通过操作台4. 2控制本体部4上的滑台4. 1平移到前端极限位置,工控机根据凿岩轨迹及凿岩臂的姿态信息计算出破岩臂6. 2的安全位置,以防止钻孔过程中与凿岩臂5. 2发生干涉,保存信息、转化为控制指令并执行,电气与液压装置控制破岩臂6. 2移动到计算出的安全位置。钻孔时操作台的显示界面如图7所示。
[0067] B凿岩阶段
[0068] 工控机从控制模块中调出控制指令并传给PLC,PLC控制凿岩臂5. 2执行钻孔工作,钻孔过程全自动操作。推进器5. 4的钻压由推进器推进油缸压力变送器来检测,通过液压系统来调节。液压凿岩机5. 3的冲击功高低由液压系统压力调节来实现。凿岩过程中不断使用水对钎杆进行冷却和排屑。
[0069] 工控机自动计算钻孔轨迹的先行条件是避免三个凿岩臂5. 2互相碰撞,但钻孔过程中仍要实时监测各个臂的空间位置,一旦出现碰撞的可能,立刻进行自动保护,停止当前钻孔工作,寻找下一个合适的钻孔位置并重新计算钻孔轨迹。
[0070] 为了确保凿岩臂5. 2推进器5. 4能够抵住岩壁顺利钻孔,在推进器补偿油缸上安装压力变送器监控压力变化,并传给控制机判断是否抵住岩壁,如果出现异常凿岩臂5. 2 立即收缩,重新寻找钻孔位置再次进给、钻孔;
[0071] 钻孔工作可分为开孔和钻孔两个阶段,进行开孔工作时液压凿岩机5. 3以低功率、低冲击频率恒速开孔,推进器5. 4以低钻压推进,可通过推进器前端夹持器处设置的径向压力变送器判断是否开孔成功。若开孔成功,进入钻孔阶段,控制系统自动调节参数使液压凿岩机5. 3以全功率、高冲击频率、恒钻速钻孔。若钻孔失败,控制系统执行预先设置好的防护程序使推进器5. 4撤回,重新定位、开孔。钻孔过程各部件位置和姿态如图9所示。
[0072] 由于液压凿岩机5. 3钻孔时的工况和条件非常恶略,产生的大量灰尘和碎石经常由于排屑不畅而使得凿岩机5. 3出现“卡钎”现象。同样,通过压力变送器可以判断钻孔过程中是否出现“卡钎”。如果“卡钎”严重,则推进器5. 4自动回缩,液压凿岩机5. 3自动停止冲击但持续回转,直至解卡;若“卡钎”现象轻微,可以适当降低推进器5. 4的钻压。
[0073] 每次钻孔结束后,工控机通过PLC控制推进器5. 4的推进液压缸快速返回,液压凿岩机5. 3停止冲击,回转和冷却水继续直至推进器5. 4后退至极限位置。快速返回后,根据预先设定的轨迹寻找下一钻孔点并重复以上钻孔过程,直至所有钻孔工作完成。钻孔工作是否完成可以通过控制系统的监测、记录程序来判断,操作员也可以进行人为监控。钻孔工作全部完成后,工控机调出预先计算好的凿岩臂5. 2安全放置位置,控制系统驱动液压执行元件使凿岩臂5. 2移动到位。
[0074] C破岩阶段
[0075] 破岩臂6. 2工作轨迹采用分区规划,工控机在自动计算破岩轨迹时会充分考虑防碰撞问题,使得到的轨迹尽可能合理。工控机从控制模块中调出预先计算好的破岩臂6. 2 运动轨迹,把破岩臂6. 2每个时刻姿态对应的各自由度运动增量转化成控制指令并传给 PLCjPLC通过电控系统2. 5、液压系统2. 6来控制破岩臂6. 2进行工作。破岩过程同样为全自动操作,根据破碎锤推进液压缸压力变送器的状态来判断破岩的各种工况,从而实施不同的操作。液压破碎锤6. 3在同一位置的冲击时长不能超过10秒。液压破碎锤6. 3的冲击功高低可调节液压破碎锤6. 3侧部的调节螺母来实现。破岩过程中喷水灭尘装置6. 5不断喷水对钎杆进行冷却、除尘。
[0076] 破岩臂6. 2到位后,伸缩油缸外伸,液压破碎锤6. 3压紧岩壁。为了确保破岩臂 6. 2能够压紧岩壁顺利进行破岩工作,在破岩臂6. 2推进油缸上安装压力变送器监控压力变化,根据检测到的压力值判断破碎锤6. 3是否压紧岩壁。压力判断值必须考虑破碎锤6. 3 本体重量在推进液压方向产生的分力。计算过程由工控机完成,角度由倾角仪进行测量。如果出现异常,破岩臂6. 2立即收缩,重新寻找合理位置再次压紧岩壁。破岩过程各部件位置和姿态如图10所示。
[0077] 液压破碎锤6. 3循环冲击破岩,破岩臂6. 2推进油缸保持恒定压力。液压破碎锤 6. 3压紧岩壁后开始进行冲击破岩工作,利用计时器确定单点冲击时长,通过判定破岩臂 6. 2推进油缸的行程是否达到极限来确定此次破岩冲击是否结束。如果破岩时长大于10 秒、推进液压缸行程达到极限,可判定此次冲击破岩成功,液压缸回缩,根据设定轨迹寻找下一冲击位置;如果破岩臂6. 2各关节自由度变化幅度过大,可认为锤头与岩壁之间产生较大滑移,此时液压缸立即回缩,重复该位置点的定位、破岩工作,若再次产生滑移,控制程序自动将此位置点删除、跳转到下一位置点进行冲击破岩。
[0078] 破岩臂6. 2根据轨迹和控制程序反复冲击破岩,激光检测装置对破岩深度进行实时监测。若整个巷道工作面的破岩深度达到800mm,工控机自动判定此次冲击破岩循环结束,本体部滑台4. 1回缩,准备进行收料工作。
[0079] D收料阶段
[0080] 工控机控制电控系统2. 5、液压系统2. 6使本体部水平支撑4. 6、后支撑水平支撑 2. 1全部收回,一运部3马达与铲板部7星轮马达运转开始进行收料、运料工作。收料过程中可利用破岩臂6. 2上的收料斗6. 4来进行协助收料,提高收料效率。铲板部7升降、行走部1前移,进行收料。操作员判断收料工作是否完毕,若收料完毕则人工操作工控机跳转到步骤O),进行下一工作循环。通过记录装置与检测装置,记录破岩循环次数和总破岩进尺数,若累计破岩深度达到3300mm,停止破岩循环,进行一下步工作。收料过程各部件位置和姿态如图11所示。
[0081] E清根、锚杆支护阶段
[0082] 当累计破岩深度达到3300mm时,本体部4滑台液压缸推动滑台4. 1回缩,本体部水平支撑4. 6、后支撑水平支撑2. 1全部收回,工控机控制破岩臂6. 2对巷道工作面进行修整工作,保证巷道截面质量,为下一工作循环作准备。操作员判定清根工作完毕后,工控机调出锚杆支护程序,按照轨迹使用三个凿岩臂完成辅助打锚杆工作,工作过程与破岩过程一致。全部过程结束后进入下一工作大循环。锚杆支护过程各部件位置和姿态如图12所示。
[0083] 整个工作过程流程如图8所示。

Claims (10)

1. 一种硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:该掘进机包括行走部、后支撑部、一运部、本体部、凿岩部、破岩部、铲板部,本体部设置于行走部上,本体部的前部设置凿岩部、破岩部和铲板部,本体部的后部设置后支撑部、一运部。
2.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:凿岩部设有凿岩部安装座、凿岩臂、液压凿岩机、推进器,凿岩臂的一端与凿岩部安装座连接,凿岩臂的另一端与推进器连接,推进器上安装液压凿岩机。
3.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:破岩部设有破岩臂连接座、破岩臂、液压破碎锤、收料斗、喷水灭尘装置,破岩臂的一端与破岩臂连接座连接,破岩臂的另一端连接收料斗,破岩臂上安装液压破碎锤,液压破碎锤的前端安装钎杆,钎杆的旁边设置与钎杆相应的喷水灭尘装置。
4.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:后支撑部设有后支撑部水平支撑、后支撑平台、后支撑连接座、后支撑部地面支撑,后支撑平台两侧设置后支撑部水平支撑,后支撑平台前端设置后支撑连接座,后支撑平台底部设置后支撑部地面支撑。
5.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:本体部设有本体架和滑台,滑台布置在本体部上方,滑台上设有至少一个凿岩臂安装位置,在凿岩臂安装位置上分别安装凿岩部;滑台上还设有至少一个破岩臂安装位置,在破岩臂安装位置上分别安装破岩部。
6.按照权利要求5所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:本体部中前段的两侧设计有本体部水平支撑。
7.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:铲板部上设有回转星轮或蟹爪,破岩臂末端辅助收料装置。
8.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:还包括电控系统,电控系统的核心为工控机和主控制器,工控机作为上位机,主控制器作为下位机,主控制器采用可编程控制器PLC,工控机和主控制器之间的通信采用I/O卡。
9.按照权利要求8所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:行走部、后支撑部、一运部、本体部、凿岩部、破岩部、铲板部上分别设有传感器,传感器检测数据通过CAN总线传给各自的主控制器,主控制器通过CAN卡传输给上位机,上位机通过计算后,将具体的运动控制要求通过指令的方式传输给下位机,下位机控制各自由度的运动并实现各自由度的局部闭环。
10.按照权利要求1所述的硬岩液压破碎式掘进机,其特征在于:还包括液压系统,液压系统的油源采用两个负载敏感变量泵,一个与液压冲击锤连接,另一个与液压执行元件连接,液压系统的控制采用手动加电磁比例多路阀。
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