CN103088853B - 一种矿用智能型气动巷道卧底装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用智能型气动巷道卧底装置，包括行走部、工作部、回收部、气压气动系统和PLC电气控制系统，所述行走部由行走底座、驱动装置、自动夹紧装置、齿轮减速装置构成，所述行走底座是由两个水平横轴，水平本体构成，所述水平横轴两端上装有所述轴承和车轮，所述水平本体与轨道宽度相同，长度为两个枕木间的长度，前半部分为实体，后半部分镂空，所述驱动装置是由气源、气动马达组成，由气动马达转动带动车轮在轨道上的行走，所述自动夹紧装置是由齿轮、直齿轮、气缸和夹紧机构组成，通过所述气缸的伸缩运动来带动所述齿轮的横向运动，通过所述齿轮和所述直齿轮的相互啮合；本发明基于气动系统和PLC系统控制，移动灵活，操作简便，自动破碎和回收且性能安全可靠。

Description

一种矿用智能型气动巷道卧底装置

技术领域

本发明涉及一种井下矿用巷道修整机械，具体涉及一种井下巷道底面凸起引发轨道变形时来清理凸起煤矸石的矿用智能型气动巷道卧底装置。

背景技术

地下采矿业的井下巷道，由于受到岩层压力的影响，一般巷道两个月后就会产生严重变形，巷道的各个侧面会向巷道中央凸起，使巷道断面变小，影响矿井的正常运输和通风，尤其是巷道的地面凸起，引起轨道变形而不平，严重影响甚至阻止电动机的正常运行，甚至引起列车脱轨，造成事故。因此，变形较大的巷道需要定期卧底，即把巷道底板凸起的一层煤矸石破碎，然后回收清理，将巷道回落到指定位置。巷道维护是煤矿正常生产的基本任务之一。受地下空间限制，巷道一般高3米、宽4米左右，并且随着煤层挖掘深层次推进，巷道在遭遇压差、软岩、含水地段等特殊环境时极易发生地面起鼓等变形现象。地面起鼓高度可达1米甚至1.5米，煤矿运输、开采受到影响，不得不停产维修。每次维修至少需要20人，工人一般采用风镐等简陋工具，通常需要几天时间。维修时，摩擦产生的火花极易引爆矿内易燃气体，发生安全事故。

目前，国内外现状,国内外还没有专门的卧底机械设备用于巷道轨道卧底,都是用人工刨,因巷道底板是岩石,硬度较大,人工卧底劳动强度大,费时费力,生产率极低。巷道卧底施工时,就不能运输,而一条巷道采用人工卧底,占用巷道时间很长,这将严重影响矿井的正常生产,甚至造成矿井局部或全部停产，因此,研制一种生产效率高,切实可行的机械化卧底设备,显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于气动系统和PLC系统控制的矿用智能型气动巷道卧底装置，移动灵活，操作简便，自动破碎和回收且性能安全可靠。

本发明的技术方案如下:

一种矿用智能型气动巷道卧底装置，包括行走部、工作部、回收部、气压气动系统和PLC电气控制系统，所述行走部由行走底座、驱动装置、自动夹紧装置、齿轮减速装置构成，所述行走底座是由两个水平横轴，水平本体构成，所述水平横轴两端上装有所述轴承和车轮，所述水平本体与轨道宽度相同，长度为两个枕木间的长度，前半部分为实体，后半部分镂空，所述驱动装置是由气源、气动马达组成，由气动马达转动带动车轮在轨道上的行走，所述自动夹紧装置是由齿轮、直齿轮、气缸和夹紧机构组成，通过所述气缸的伸缩运动来带动所述齿轮的横向运动，通过所述齿轮和所述直齿轮的相互啮合；所述工作部包括工作风镐、主机械臂、副机械臂、旋转主轴、调高气缸和摆动气缸，所述主机械臂和调高气缸一端分别固定在旋转主轴的上下悬耳上，所述副机械臂一端与调高气缸另一端相连，另一端与主机械臂的中部相连接；所述回收部包括回收移动箱体、回收移动平台、自动抓斗、传送带装置和后备矿车，所述回收移动箱体，其宽度与水平轨道齐宽，长度为枕木间距离的三分之二，回收箱体通过燕尾槽相连接在水平本体上滑动，所述回收移动平台安装在回收移动箱体内，包括气缸、导杆、滑块、滚轮和行程开关，通过气缸带动水平导杆，再由水平导杆带动滚轮在滑块槽内的运动，所述自动抓斗是固定在水平移动滑块的下方，自动抓斗通过一个伸缩气缸的上下伸缩来实现竖直方向的运动，所述传送带装置是由两个带轮和传送带构成，通过传送带来将自动抓斗抓取的煤矸石传送到后备矿车中，所述后备矿车由一个装载箱和矿车轮轴构成，其与所述行走部相连接，同时与所述传送带装置相连接，工作风镐固定在主机械臂的前端；所述气压气动系统包括行走底座行走及自动夹紧系统、控制机械臂定位运动气动系统、控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统三大部分。

所述PLC电气控制系统，是PLC电气控制系统包括中央处理单元、随机存储器、只读存储器、电源、编程装置、通信接口、智能I/O接口模块和人机接口装置。

所述驱动装置是由气源、气动马达组成，由气动马达转动带动卧底设备在轨道上的行走。所述自动夹紧装置是由齿轮、直齿轮、气缸和夹紧机构组成。通过所述气缸的伸缩运动来带动所述齿轮的横向运动，通过所述齿轮和所述直齿轮的相互啮合，来实现所述夹紧机构的夹紧和松脱功能。所述齿轮减速机构采用的是行星齿轮传动机构，所述行星齿轮传动机构主要由太阳轮、内齿圈、行星轮、行星架等组成。传动时，内齿圈固定不动，太阳轮为主动轮，行星架上的行星轮—面绕自身的轴线转动，从而驱动行星架回转，实现气动马达的减速。

所述工作部，包括工作风镐、主机械臂、副机械臂、旋转主轴、调高气缸和摆动气缸。所述摆动气缸与所述水平本体前半部分通过螺栓螺母相固定。所述旋转主轴与旋转气缸通过键连接来实现固定。所述主机械臂和调高气缸一端分别固定在旋转主轴的上下悬耳上，可以实现与旋转主轴相互转动。所述副机械臂一端与调高气缸另一端相连，另一端与主机械臂的的中部相连接。所述工作风镐，固定在主机械臂的前端，用于破碎巷道底部的煤矸石。

所述回收部，包括回收移动箱体、回收移动平台、自动抓斗、传送带装置和后备矿车。所述回收移动箱体，其宽度与水平轨道齐宽，长度为枕木间距离的三分之二，回收箱体通过燕尾槽相连接在水平本体上滑动。所述回收移动平台安装在回收移动箱体内，包括气缸、导杆、滑块、滚轮和行程开关。通过气缸带动水平导杆，再由水平导杆带动滚轮在滑块槽内的运动，从而来实现水平滑块在箱体内的横向运动。所述自动抓斗是固定在水平移动滑块的下方，随滑块的运动而同时运动，抓斗通过一个伸缩气缸的上下伸缩来实现竖直方向的运动，同时实现自动抓取由风镐破碎后的煤矸石。所述传送带装置是由两个带轮和传送带构成，通过传送带来将自动抓斗抓取的煤矸石传送到后备矿车中。所述后备矿车由一个装载箱和矿车轮轴构成，其与所述行走部相连接，同时与所述传送带装置相连接。

所述气压气动系统包括行走底座行走及自动夹紧系统、控制机械臂定位运动气动系统、控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统三大部分。所述行走底座行走及自动夹紧系统由气动马达及其减速器、夹紧气缸、夹紧电磁阀组成，通过气源接通气动马达带动卧底设备的行走，通过夹紧气缸的伸缩来实现卧底设备在轨道上的定时固定和松脱。所述控制机械臂定位运动气动系统通过压力传感器、位移传感器11检测风镐破碎工作状态时深度、硬度参数，反馈到PLC控制器12，由其分析处理后来控制电磁阀4开关的开闭状态。由压力源风接口1接入风源，经减压阀2到气源开关13，再到三位四通电磁阀4，再经减压阀2、单向节流阀3，气管接入锁紧气缸8，由PLC控制系统来控制三位四通电磁阀4左右开关的开合，从而实现锁紧气缸8的上下伸缩和摆动运动，从而实现机械臂的自由伸缩运动。所述控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统，压力位移传感器11反馈信息至PLC控制器，再通过四位三通电磁阀4来控制移动平台X方向气缸5和Y方向气缸6的运动来实现移动平台的平面运动，同时控制抓取装置气缸7的上下运动来实现抓斗的竖直方向的运动。

所述PLC电气控制系统，是PLC电气控制系统包括中央处理单元、随机、只读存储器、电源、编程装置、通信接口、智能I/O接口模块和人机接口装置等。控制系统采用PLC控制箱来接收位移、触碰传感器传来的工作实际情况的信号，再通过PLC中央处理器分析处理,输出分析指令来控制执行机构电磁阀的工作状态，从而来控制总的气动系统。

本发明具有以下有益效果：

1.目前骑轨式卧底，移动灵活，操作简便；

2.结合PLC、气动传动、机械传动，使得机械臂风镐破碎和煤矸石自动回收同时进行，实现巷道自动卧底；

3.智能化PLC控制技术实现了实时检测，可实现自动卧底；

4.利用风压动力源以及气动马达的安全特性，性能安全可靠。

附图说明

图1为本发明回收移动平台部分的示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为自动夹紧机构的结构示意图。

图4为气动马达减速机构的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

一种矿用智能型气动巷道卧底装置，包括行走部、工作部、回收部、气压气动系统和PLC电气控制系统，所述行走部由行走底座、驱动装置、自动夹紧装置、齿轮减速装置构成，所述行走底座是由两个水平横轴，水平本体构成，所述水平横轴两端上装有所述轴承和车轮，所述水平本体与轨道宽度相同，长度为两个枕木间的长度，前半部分为实体，后半部分镂空，所述驱动装置是由气源、气动马达组成，由气动马达转动带动车轮在轨道上的行走，所述自动夹紧装置是由齿轮、直齿轮、气缸和夹紧机构组成，通过所述气缸的伸缩运动来带动所述齿轮的横向运动，通过所述齿轮和所述直齿轮的相互啮合；所述工作部包括工作风镐、主机械臂、副机械臂、旋转主轴、调高气缸和摆动气缸，所述主机械臂和调高气缸一端分别固定在旋转主轴的上下悬耳上，所述副机械臂一端与调高气缸另一端相连，另一端与主机械臂的中部相连接；所述回收部包括回收移动箱体、回收移动平台、自动抓斗、传送带装置和后备矿车，所述回收移动箱体，其宽度与水平轨道齐宽，长度为枕木间距离的三分之二，回收箱体通过燕尾槽相连接在水平本体上滑动，所述回收移动平台安装在回收移动箱体1内，包括气缸2、导杆5、滑块6、滚轮4和行程开关LS1、LS2，通过气缸2带动水平导杆3，再由水平导杆3带动滚轮4在滑块槽A内的运动，所述自动抓斗9是固定在水平移动滑块7的下方，自动抓斗9通过一个伸缩气缸8的上下伸缩来实现竖直方向的运动，传送带装置是由两个带轮和传送带构成，通过传送带来将自动抓斗抓取的煤矸石传送到后备矿车中，所述后备矿车由一个装载箱和矿车轮轴构成，其与所述行走部相连接，同时与所述传送带装置相连接，工作风镐固定在主机械臂的前端；所述气压气动系统包括行走底座行走及自动夹紧系统、控制机械臂定位运动气动系统、控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统三大部分。

所述行走部由行走底座、驱动装置、自动夹紧装置、齿轮减速装置构成。所述行走底座是由两个水平横轴21，水平本体30构成。所述水平横轴两端上装有所述轴承和车轮21。所述水平本体30与轨道19宽度相当，长度为两个枕木间的长度，前半部分为实体，后半部分镂空。所述驱动装置是由气源、气动马达组成，由气动马达转动带动卧底设备在轨道上的行走。所述自动夹紧装置是由齿轮34、直齿轮35、气缸36和夹紧机构37组成。通过所述气缸36的伸缩运动来带动所述齿轮34的横向运动，通过所述齿轮34和所述直齿轮35的相互啮合，来实现所述夹紧机构的夹紧和松脱功能。所述齿轮减速机构采用的是行星齿轮传动机构，所述该行星齿轮传动机构主要由太阳轮a、内齿圈b、行星轮g、行星架x等组成。传动时，内齿圈b固定不动，太阳轮a为主动轮，行星架x上的行星轮g—面绕自身的轴线ox—ox转动，从而驱动行星架x回转，实现减速。

实施例2

首先卧底机底座30可放在滚轮轴20上，滚轮轴21与滚轮20通过滚动轴承20连接实现两者的相对滚动。然后摆动气压缸18通过螺钉22与底座连接以实现其与底座的共同移动。摆动气压缸上套有轴15，轴15上有耳环14以实现其与调高气压缸13和机械臂12的连接。机械臂11的左右摆动是通过摆动气压缸18的摆动实现的，上下运动是通过调高气压缸18的伸缩实现的，同时摇臂的上下摆动可带动风镐10的上下运动，进而实现风镐10破碎凸起岩层时的施力和抬起。其中触碰传感器的作用是控制风镐的工作和停止，当风镐触碰到巷道煤矸石的时候，触碰传感器传递信号至PLC控制器，再通过PLC控制器控制风镐10大的工作和停止；位移传感器是根据煤矸石的深度来实现一定距离煤矸石的破碎，实现对巷道一定深度岩层的破碎。由此，该机械臂能够实现破碎位置的而精确定位和破碎深度的控制。工作过程中风镐10先把凸起岩层破碎掉，然后铺设轨道19，再在轨道19上进行整机的向前推移，从而实现持续工作。

实施例3

所述回收部，包括回收移动箱体23、回收移动平台24、自动抓斗29、传送带装置27和后备矿车31。所述回收移动箱体23，其宽度与水平轨道齐宽，长度为枕木间距离的三分之二，回收箱体通过燕尾槽相连接在水平本体30上滑动。所述回收移动平台安装在回收移动箱体内，包括气缸2、导杆8、滑块6、滚轮4和行程开关LS1、LS2。通过气缸2带动水平导杆7，再由水平导杆7带动滚轮4在滑块槽A内的运动，从而来实现水平滑块6在箱体23内的横向运动。所述自动抓斗29是固定在水平移动滑块6的下方，随滑块6的运动而同时运动，抓斗29通过一个伸缩气缸25的上下伸缩来实现竖直方向的运动，同时实现自动抓取由风镐10破碎后的煤矸石32。所述传送带装置是由两个带轮27和传送带28构成，通过传送带28来将自动抓斗29抓取的煤矸石传送到后备矿车中。所述后备矿车由一个装载箱31和矿车轮轴33构成，其与所述行走部30相连接，同时与所述传送带装置27相连接。

实施例4

所述气压气动系统包括行走底座行走及自动夹紧系统、控制机械臂定位运动气动系统、控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统三大部分。所述行走底座行走及自动夹紧系统由气动马达及其减速器、夹紧气缸、夹紧电磁阀组成，通过气源接通气动马达带动卧底设备的行走，通过夹紧气缸的伸缩来实现卧底设备在轨道上的定时固定和松脱。所述控制机械臂定位运动气动系统通过压力传感器、位移传感器11检测风镐破碎工作状态时深度、硬度参数，反馈到PLC控制器12，由其分析处理后来控制电磁阀4开关的开闭状态。由压力源风接口1接入风源，经减压阀2到气源开关13，再到三位四通电磁阀4，再经减压阀2、单向节流阀3，气管接入锁紧气缸8，由PLC控制系统来控制三位四通电磁阀4左右开关的开合，从而实现锁紧气缸8的上下伸缩和摆动运动，从而实现机械臂的自由伸缩运动。所述控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统，压力位移传感器11反馈信息至PLC控制器，再通过四位三通电磁阀4来控制移动平台X方向气缸5和Y方向气缸6的运动来实现移动平台的平面运动，同时控制抓取装置气缸7的上下运动来实现抓斗的竖直方向的运动。

Claims (2)

1.一种矿用智能型气动巷道卧底装置，包括行走部、工作部、回收部、气压气动系统和PLC电气控制系统，其特征在于：所述行走部由行走底座、驱动装置、自动夹紧装置、齿轮减速装置构成，所述行走底座是由两个水平横轴与水平本体构成，所述水平横轴两端上装有轴承和车轮，所述水平本体与轨道宽度相同，长度为两个枕木间的长度，前半部分为实体，后半部分镂空，所述驱动装置是由气源、气动马达组成，由气动马达转动带动车轮在轨道上的行走，所述自动夹紧装置是由齿轮、直齿轮、气缸和夹紧机构组成，通过所述气缸的伸缩运动来带动所述齿轮的横向运动，所述齿轮和所述直齿轮相互啮合；所述工作部包括工作风镐、主机械臂、副机械臂、旋转主轴、调高气缸和摆动气缸，所述主机械臂和调高气缸一端分别固定在旋转主轴的上下悬耳上，所述副机械臂一端与调高气缸另一端相连，另一端与主机械臂的中部相连接；所述回收部包括回收移动箱体、回收移动平台、自动抓斗、传送带装置和后备矿车，所述回收移动箱体，其宽度与水平轨道齐宽，长度为枕木间距离的三分之二，回收箱体通过燕尾槽相连接在水平本体上滑动，所述回收移动平台安装在回收移动箱体内，包括气缸、导杆、滑块、滚轮和行程开关，通过气缸带动水平导杆，再由水平导杆带动滚轮在滑块槽内的运动，所述自动抓斗是固定在水平移动滑块的下方，自动抓斗通过一个伸缩气缸的上下伸缩来实现竖直方向的运动，所述传送带装置是由两个带轮和传送带构成，通过传送带来将自动抓斗抓取的煤矸石传送到后备矿车中，所述后备矿车由一个装载箱和矿车轮轴构成，其与所述行走部相连接，同时与所述传送带装置相连接，工作风镐固定在主机械臂的前端；所述气压气动系统包括行走底座行走及自动夹紧系统、控制机械臂定位运动气动系统、控制移动箱体和移动平台自动回收气动系统三大部分。

2.根据权利要求1所述的一种矿用智能型气动巷道卧底装置，其特征在于：所述PLC电气控制系统包括中央处理单元、随机存储器、只读存储器、电源、编程装置、通信接口、智能I/O接口模块和人机接口装置。