CN105756678B - 悬臂搭载式辅助装置及其工作方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及悬臂搭载式辅助装置及其工作方法和应用，属于矿井、隧道开凿设备技术领域，装置包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机主悬臂两侧，辅助臂与主悬臂相连，辅助平台与辅助臂相连。辅助臂用于支撑辅助平台，通过辅助臂使辅助平台与现有掘进机的主悬臂相连，以方便在辅助平台上根据不同环境的需求安装不同的辅助设备如超声探测仪、降尘设备、破岩设备(锯切，凿岩)等，辅助装置结构简单，工作空间大，独立控制，灵活性强，在现有掘进机之上改进，生产成本低，作用效果好，适用性广。

Description

悬臂搭载式辅助装置及其工作方法和应用

技术领域

本发明涉及悬臂搭载式辅助装置及其工作方法和应用，属于矿井、隧道开凿设备技术领域。

背景技术

煤炭占我国一次能源消费总量的70％，远高于原油、水电、天然气等能源，在我国的能源消费结构中占据着主导地位。作为煤炭开采工程中开凿平直地下巷道的主要机械设备，掘进机在地铁、公路等交通设施建设中同样起到了不可替代的作用，是中小型隧道及其他复杂地下岩层的主要开凿机械。掘进机在工程应用中具有安全、高效和成巷质量好等优点，但造价大，构造复杂，截齿损耗也较大，在破碎硬质岩石时掘进难度、掘进成本、截齿损耗及危险程度都将成倍提升。

综上所述，由于复杂工况，恶劣环境，掘进过程会破坏原有岩石结构，影响断层分布，直接导致岩石稳定性，同时掘进产生大量粉尘，导致能见度极低，非常不利于对工作面的实时监控，难以及时发现异常，若此时对现有掘进机增加辅助装置，如增加超声波探测仪、红外热成像等设备，对岩石裂纹变化、围岩温度进行实时监控，确定前方岩石的可掘进性，及时的调整掘进方案，减少掘进中的无功损耗，减小事故发生的可能性。又如增加二次喷水等降尘设备以提高工作面环境质量，减小事故率等。

目前，现有技术中也有对掘进机系统的改进，如中国专利文件“公告号CN201460729U”公开了一种煤矿井下掘进设备，具体为一种掘进机机载锚杆钻机，解决传统锚杆钻机无法适应高度机械化的综掘生产问题，包括安装在掘进机上部中间位置的滑轨及基座，基座前端连有空心钻臂及伸缩臂，伸缩臂与空心钻臂之间装有伸缩臂油缸，空心钻臂与基座之间还装有钻臂升降油缸和钻臂回转油缸；伸缩臂前端下方连有吊架，吊架上安装有钻架及钻架推展油缸，钻架推展油缸前端与钻架铰接，伸缩臂前端末尾固定有钻架回转油缸，钻架回转油缸与吊架固定，在掘进机上增加支护装置，功能单一，结构庞大，与掘进工作主要作用的主悬臂的联合度较差。

中国专利文件“公告号CN204225888U”公开了一种适用于难湿润煤层快速综掘工作面的高效综合防降尘系统，包括喷雾抑尘系统、通风除尘系统和控风控尘系统。喷雾抑尘系统包括安装于掘进机摇臂根部的环形外喷雾装置、安装于一运、二运转载点上方的喷雾装置和安装于巷道后方的捕尘网，通风除尘系统包括分布式吸尘罩、负压骨架风筒和除尘风机，控风控尘系统由滑轨、软风筒、变径风筒、风筒储存器、伸缩骨架风筒、附壁风筒、调风阀门、整流风筒组成，利用该系统改善掘进工作面的劳动作业环境，但该系统结构及控制系统复杂、功能单一，不利于普及推广。

中国专利文件“公告号CN 202851001U”公开一种掘进机伸缩部防尘结构，包括基板，基板下方固定有支撑柱，基板一端与第一联接块相连、另一端设有带导轨的基板挡板，基板挡板与第一滑动板端头的右挡板配合，第一滑动板的另一端设有带导轨的左挡板第二滑动板一端设有与左挡板配合的第二滑动板挡板，第二滑动板另一端固定有第二联接块和第三联接块，第二滑动板上设有螺栓。该实用新型一端联接于伸缩外筒上，另一端安装于伸缩保护筒上，可伸缩折叠，该结构同样较为复杂且功能单一。

综上所述，目前现有技术还存在以下缺点：1、功能单一，柔性度差；2、对原有掘进机改动较大，对于不同型号的掘进机重新设计工作量更大，不利于推广普及使用；3、由于现场环境中掘进巷道高度受限，上述掘进机均增加了机体高度，可能导致无法进行进入开采；4、设备保护性能差，掘进工作过程产生的碎石崩落会影响上述各设备的正常使用；5、上述设备的机构稳定性差，缺少运动停止后的自锁紧功能；6、设备损坏直接影响主功能的正常使用。因此，研发一种既适用性广又安全稳定、功能多样的辅助装置具有极高的推广价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种悬臂搭载式辅助装置，是对现有掘进机的改进，增加辅助结构，利用辅助平台，通过改变安装于辅助平台上的设备进而完成对不同环境及安全要求下的需要变化。

本发明可以应用在现有掘进机上，本发明还提供一种利用上述装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

悬臂搭载式辅助装置，包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机主悬臂两侧，辅助臂与主悬臂相连，辅助平台与辅助臂相连。辅助臂用于支撑辅助平台，通过辅助臂使辅助平台与现有掘进机的主悬臂相连，以方便在辅助平台上根据不同环境的需求安装不同的辅助设备如超声探测仪、降尘设备、破岩设备(锯切，凿岩)等，辅助平台搭载辅助设备，辅助平台为辅助设备提供支撑与保护功能。

根据本发明优选的，主悬臂设有滑轨，滑轨内设有底座，辅助臂一端通过底座与滑轨相连，辅助臂另一端与辅助平台相连。滑轨对辅助机构进行导向及支撑，通过滑轨和底座，使辅助臂可沿滑轨方向在主悬臂周围移动，便于在不需要增加设备的时候将辅助平台退于掘进机炮头后方，方便掘进机正常掘进巷道，以免影响正常掘进工作。

进一步优选的，主悬臂两侧各设有至少一个滑轨。

进一步优选的，主悬臂顶部设有至少一个滑轨。底座沿着滑轨的轨迹运动，由于井下环境复杂，为满足支撑的强度要求，整个主悬臂机体装置设置有多个滑轨，分别位于主悬臂顶部与左右两侧，从而减小每条导轨的载荷。

进一步优选的，底座内设有电机和齿轮，齿轮与电机相连，滑轨上设有齿轨，齿轮与齿轨匹配连接。齿轮与齿轨配合，由电机提供驱动动力，配合齿轮和齿轨使底座沿滑轨运动。电机也可由液压马达代替。

根据本发明优选的，所述悬臂搭载式辅助装置还包括第一液压缸，第一液压缸设于底座上，第一液压缸与辅助臂相连。第一液压缸用以提供辅助臂上下摆动的驱动力。

进一步优选的，辅助臂通过变向节与底座相连。

进一步优选的，所述悬臂搭载式辅助装置还包括第二液压缸，第二液压缸一端与辅助臂相连，第二液压缸另一端与辅助平台相连。第二液压缸用以提供辅助臂左右摆动的驱动力。

进一步优选的，所述第一液压缸与第二液压缸均为自锁式液压缸。选用自锁液压缸，以方便辅助平台维持固定的位置，防止在静止状态下因受力而发生运动，避免不必要的安全隐患及提高系统的稳定性。

进一步优选的，所述第一液压缸与第二液压缸各自通过控制开关与掘进机液压系统相连。现有掘进机本身自带液压系统，由液压系统直接提供压力液驱动液压缸完成动作，现有掘进机的控制大多为有线遥控控制，集成的遥控器装置，安装液压缸控制开关，从而由掘进机液压系统控制第一液压缸、第二液压缸运动。

一种应用有上述悬臂搭载式辅助装置的掘进机，包括机身、回转台、主悬臂和掘进机炮头，掘进机炮头设于主悬臂前端，主悬臂通过回转台与机身相连，还包括悬臂搭载式辅助装置，悬臂搭载式辅助装置包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机主悬臂两侧，辅助平台与辅助臂相连。

一种利用上述悬臂搭载式辅助装置的工作方法，包括步骤如下：

(1)根据工作内容判断决定使用辅助装置或不使用辅助装置，当不使用辅助装置时，进入步骤(2)，使用辅助装置时，进入步骤(3)；

(2)当辅助装置不作用，或者辅助设备不需贴近工作面，不使用辅助装置，由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台位于掘进机炮头后方；掘进机正常的掘进工作时，辅助装置回收在掘进机炮头之后，不影响掘进工作；

(3)需要辅助装置贴近工作面时，使用辅助装置，掘进机炮头停转，由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台靠近工作面，使辅助平台上的其他设备完成贴近工作面的工作。

根据本发明优选的，所述步骤(2)还包括，当掘进机炮头修顶边缘时，辅助平台可能临近巷道顶部而干扰正常掘进工作，底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台前移至掘进机炮头前方，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第一液压缸，第一液压缸使辅助臂向下摆动，使辅助平台的水平面位于掘进机炮头水平面的下方，再由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，将辅助平台收于主悬臂下方，此时辅助平台位于主悬臂的下方、掘进机炮头的后方，以便掘进机完成对巷道顶的工作；当掘进机炮头修底部时，底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台前移至掘进机炮头前方，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第一液压缸，第一液压缸使辅助臂向上摆动，使辅助平台的水平面高于掘进机炮头水平面，再由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，将辅助平台收于主悬臂上方，此时辅助平台位于主悬臂的上方、掘进机炮头的后方，以便掘进机完成对巷道底部的工作。

根据本发明优选的，所述步骤(3)还包括，由于工作面为多面体，当待工作的位置不在主悬臂中心轴线处时，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第二液压缸，第二液压缸使辅助平台左右摆动，使辅助平台靠近待工作的位置，从而满足辅助平台多维度的移动，方便辅助平台上的其他设备工作，此操作要求辅助装置的两个液压缸的良好配合，需要使用者具有一定的操作经验。

建立在主悬臂上的四连杆辅助装置，由于四连杆的对边平行原理，维持辅助平台始终垂直于悬臂，进而近似的平行于工作面。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的技术方案搭载式辅助装置结构简单，工作空间大，可以做到对工作面的无死角辅助。

2、本发明的技术方案中辅助装置独立控制，灵活性强；且运用锁紧液压缸控制，使其静止状态稳定性高，为辅助装置提供良好的工作基础。

3、本发明的技术方案得益于在现有掘进机之上改进，生产成本低，作用效果好，适用性广，对目前市场上的掘进机都能匹配使用。

4、利用本发明的技术方案可以实时检测确保裂纹引起断层有害气体、水的泄露的可能性，大大减小了事故率；在辅助平台增加降尘设备可以大大提高工作面的环境；在辅助平台增加凿岩，锯岩设备，可以提高对不同硬度岩石的掘进开采效率，减小了截齿的损耗等。

附图说明

图1为本发明辅助装置立体图；

图2为本发明辅助装置俯视图；

图3为本发明辅助装置的辅助平台收于掘进机炮头后方的主视结构示意图；

图4为本发明辅助装置右视图；

图5为本发明辅助装置在掘进机炮头进行巷道底部工作时的位置结构示意图；

图6为本发明辅助装置的辅助平台位于掘进机炮头前方的主视结构示意图；

图7为本发明辅助装置在掘进机炮头进行巷道顶部工作时的位置结构示意图；

其中，1、主悬臂，2、滑轨，3、底座，4、第一液压缸，5、变向节，6、掘进机炮头，7、第二液压缸，8、辅助平台，9、辅助臂，10、回转台。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

如图1‐7所示。

实施例1：

悬臂搭载式辅助装置，包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机主悬臂两侧，辅助臂与主悬臂相连，辅助平台与辅助臂相连。辅助臂用于支撑辅助平台，通过辅助臂使辅助平台与现有掘进机的主悬臂相连，以方便在辅助平台上根据不同环境的需求安装不同的辅助设备如超声探测仪、降尘设备、破岩设备(锯切，凿岩)等。

主悬臂两侧各设有两个滑轨，主悬臂顶部设有四个滑轨，如图1、图2、图3所示，滑轨内设有底座，辅助臂一端通过底座与滑轨相连，辅助臂另一端与辅助平台相连。滑轨对辅助机构进行导向及支撑，通过滑轨和底座，使辅助臂可沿滑轨方向在主悬臂周围移动，便于在不需要增加设备的时候将辅助平台退于掘进机炮头后方，方便掘进机正常掘进巷道，以免影响正常掘进工作。

底座内设有电机和齿轮，齿轮与电机相连，滑轨上设有齿轨，齿轮与齿轨匹配连接。齿轮与齿轨配合，由电机提供驱动动力，配合齿轮和齿轨使底座沿滑轨运动。

实施例2：

一种悬臂搭载式辅助装置，其结构如实施例1所述，区别在于，悬臂搭载式辅助装置还包括第一液压缸，第一液压缸设于底座上，第一液压缸与辅助臂相连，辅助臂通过变向节与底座相连。第一液压缸用以提供辅助臂上下摆动的驱动力，通过变向节的配合实现辅助臂的上下摆动。

实施例3：

一种悬臂搭载式辅助装置，其结构如实施例2所述，区别在于，悬臂搭载式辅助装置还包括第二液压缸，第二液压缸一端与辅助臂相连，第二液压缸另一端与辅助平台相连，第二液压缸用以提供辅助臂左右摆动的驱动力，第一液压缸与第二液压缸均为自锁式液压缸。选用自锁液压缸，以方便辅助平台维持固定的位置，防止在静止状态下因受力而发生运动，避免不必要的安全隐患因而大大提高了系统的稳定性。

第一液压缸与第二液压缸各自通过控制开关与掘进机液压系统相连。现有掘进机本身自带液压系统，由液压系统直接提供压力液驱动液压缸完成动作，现有掘进机的控制大多为有线遥控控制，集成的遥控器装置，安装液压缸控制开关，从而由掘进机液压系统控制第一液压缸、第二液压缸运动。

辅助臂为四连杆机构，主悬臂、掘进机炮头和回转台为普通掘进机的结构部件，在普通掘进机的基础之上进行改装，在主悬臂侧面滑轨、在主悬臂顶部增加滑轨，共同对辅助臂进行导向及支撑，使得支撑在底座上的辅助臂可以沿着掘进机主悬臂方向前后移动。安装在底座的变向节作为辅助臂的变向关键零件，在满足刚度要求的前提下，以完成辅助臂的左右与上下的运动。配合上下摆动的自锁式第一液压缸，可使辅助臂完成上下摆动。通过分布在主悬臂的两侧的辅助臂共同支撑辅助平台，由第二液压缸提供左右运动的动力驱动，从而建立了完整的四连杆的辅助的结构。底座靠底部与滑轨的齿轨连接运动，当底座向后收缩到最后端，使整个辅助平台处于掘进机炮头后端，方便掘进机正常掘进巷道。当辅助平台装备凿岩、锯岩设备，底座前移，使辅助平台超出掘进机炮头，通过第一液压缸、第二液压缸调整位置，锁紧两个液压缸，底座前移完成进给，完成对硬岩石的破岩之后收回，继续使用掘进机炮头进行常规破岩。当掘进机炮头对两侧掘进时，通过第二液压缸左右摆动调整辅助臂的位置，防止对两端巷道工作面的干涉。

实施例4：

一种掘进机，包括机身、回转台、主悬臂和掘进机炮头，掘进机炮头设于主悬臂前端，主悬臂通过回转台与机身相连，还包括实施例3所述的悬臂搭载式辅助装置，悬臂搭载式辅助装置包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机主悬臂两侧，辅助平台与辅助臂相连。

实施例5：

一种如实施例3所述悬臂搭载式辅助装置的工作方法，包括步骤如下：

(1)根据工作内容判断决定使用辅助装置或不使用辅助装置，当不使用辅助装置时，进入步骤(2)，使用辅助装置时，进入步骤(3)；

(2)当辅助装置不作用，或者辅助设备不需贴近工作面，不使用辅助装置，由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台位于掘进机炮头后方；掘进机正常的掘进工作时，辅助装置回收在掘进机炮头之后，不影响掘进工作；

当掘进机炮头修顶边缘时，辅助平台可能临近巷道顶部而干扰正常掘进工作，底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台前移至掘进机炮头前方，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第一液压缸，第一液压缸使辅助臂向下摆动，使辅助平台的水平面位于掘进机炮头水平面的下方，再由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，将辅助平台收于主悬臂下方，此时辅助平台位于主悬臂的下方、掘进机炮头的后方，以便掘进机完成对巷道顶的工作；当掘进机炮头修底部时，底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台前移至掘进机炮头前方，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第一液压缸，第一液压缸使辅助臂向上摆动，使辅助平台的水平面高于掘进机炮头水平面，再由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，将辅助平台收于主悬臂上方，此时辅助平台位于主悬臂的上方、掘进机炮头的后方，以便掘进机完成对巷道底部的工作。

(3)需要辅助装置贴近工作面时，使用辅助装置，掘进机炮头停转，由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台靠近工作面，使辅助平台上的其他设备完成贴近工作面的工作。

由于工作面为多面体，当待工作的位置不在主悬臂中心轴线处时，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第二液压缸，第二液压缸使辅助平台左右摆动，使辅助平台靠近待工作的位置，从而满足辅助平台多维度的移动，方便辅助平台上的其他设备工作，此操作要求辅助装置的两个液压缸的良好配合，需要使用者具有一定的操作经验。

Claims (7)

1.悬臂搭载式辅助装置，其特征在于，包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机的主悬臂两侧，辅助臂与主悬臂相连，辅助平台与辅助臂相连；主悬臂顶部设有至少一个滑轨；主悬臂两侧各设有至少一个滑轨；

主悬臂还设有底座，底座与滑轨相连，辅助臂一端与底座相连，辅助臂另一端与辅助平台相连；

所述悬臂搭载式辅助装置还包括第一液压缸，第一液压缸设于底座上，第一液压缸与辅助臂相连；辅助臂通过变向节与底座相连；

所述悬臂搭载式辅助装置还包括第二液压缸，第二液压缸一端与辅助臂相连，第二液压缸另一端与辅助平台相连。

2.根据权利要求1所述的悬臂搭载式辅助装置，其特征在于，底座内设有电机和齿轮，齿轮与电机相连，滑轨上设有齿轨，齿轮与齿轨匹配连接。

3.根据权利要求1所述的悬臂搭载式辅助装置，其特征在于，所述第一液压缸与第二液压缸均为自锁式液压缸；第一液压缸与第二液压缸各自通过控制开关与掘进机液压系统相连。

4.一种利用权利要求1-3任意一项权利要求所述的悬臂搭载式辅助装置的工作方法，包括步骤如下：

(1)根据工作内容判断决定使用辅助装置或不使用辅助装置，当不使用辅助装置时，进入步骤(2)；使用辅助装置时，进入步骤(3)；

(2)不使用辅助装置，由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台位于掘进机炮头后方；

(3)使用辅助装置，掘进机炮头停转，由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台靠近工作面，使辅助平台上的其他设备完成贴近工作面的工作。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，步骤(2)还包括，当掘进机炮头修顶边缘时，底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台前移至掘进机炮头前方，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第一液压缸，第一液压缸使辅助臂向下摆动，使辅助平台的水平面位于掘进机炮头水平面的下方，再由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，将辅助平台收于主悬臂下方；当掘进机炮头修底部时，底座内电机驱动底座沿滑轨移动至邻近掘进机炮头的滑轨一端，使辅助平台前移至掘进机炮头前方，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第一液压缸，第一液压缸使辅助臂向上摆动，使辅助平台的水平面高于掘进机炮头水平面，再由底座内电机驱动底座沿滑轨移动至远离掘进机炮头的滑轨一端，将辅助平台收于主悬臂上方。

6.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，步骤(3)还包括，当待工作的位置不在主悬臂中心轴线处时，由掘进机液压系统通过控制开关驱动第二液压缸，第二液压缸使辅助平台左右摆动，使辅助平台靠近待工作的位置。

7.一种应用有权利要求1-3任意一项所述悬臂搭载式辅助装置的掘进机，包括机身、回转台、主悬臂和掘进机炮头，掘进机炮头设于主悬臂前端，主悬臂通过回转台与机身相连，其特征在于，还包括悬臂搭载式辅助装置，悬臂搭载式辅助装置包括辅助臂和辅助平台，辅助臂设于掘进机主悬臂两侧，辅助平台与辅助臂相连。