CN107419761B - 可远程操作的全断面巷道修复机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种可远程操作的全断面巷道修复机及其施工方法，全断面巷道修复机包括执行机构、工作臂、车体总成、动力箱、无线遥控器和隔爆电磁阀，所述工作臂设置于车体总成前端，所述执行机构可拆卸的安装于工作臂的自由端，所述动力箱可拆卸的安装于车体总成后端以方便井下搬迁、运输，所述无线遥控器设置于动力箱和工作臂之间以便于操控人员可随时取出远距离操作，所述隔爆电磁阀安装于车体总成；由此，本发明施工效率高、工人劳动强度小、配备有侧卸式铲斗、破碎锤等执行机构，适用性强，功能多样，可对底板、侧帮和顶板进行破碎和装载，操作人员远离施工区域，安全性高，为煤矿巷道底鼓、片帮及顶板破碎治理施工提供了一种安全可靠的机械设备。

Description

可远程操作的全断面巷道修复机及其施工方法

技术领域

本发明涉及巷道修复装备的技术领域，尤其涉及一种可远程操作的全断面巷道修复机及其施工方法。

背景技术

近年来随着煤炭开采强度和深度的增加，剧烈的矿山压力显现导致破碎岩层条件下的巷道变形严重，其中巷道底鼓、片帮和顶板破碎等问题日益突出。目前修复底板、侧帮和顶板的设备主要有：一是用风镐进行破碎处理，然后人工清理，其优点是机动灵活，但缺点是劳动强度大，工作环境恶劣，另外人工修复侧帮和顶板时，难度与危险性很大；二是采用挖掘式装载机和矿用铲车等大型设备清理底鼓、片帮和顶板破碎，其优点是机械化作业，工人劳动强度小、作业面积大，但缺点是设备存在功能单一、施工效率不高、适用性不强、侧帮和顶板作业施工困难，并且，施工人员坐在设备上直接操控设备进行施工作业时，无法远离顶板冒落区，增加了安全隐患。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种可远程操作的全断面巷道修复机，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可远程操作的全断面巷道修复机及其施工方法，施工效率高、工人劳动强度小、配备有侧卸式铲斗、破碎锤等执行机构，适用性强，功能多样，可对底板、侧帮和顶板进行破碎和装载，操作人员远离施工区域，安全性高，为煤矿巷道底鼓、片帮及顶板破碎治理施工提供了一种安全可靠的机械设备。

为解决上述问题，本发明公开了一种可远程操作的全断面巷道修复机，包括执行机构、工作臂、车体总成、动力箱、无线遥控器和隔爆电磁阀，其特征在于：

所述执行机构为侧卸式铲斗或破碎锤，所述工作臂设置于车体总成前端，所述执行机构可拆卸的安装于工作臂的自由端，所述动力箱可拆卸的安装于车体总成后端以方便井下搬迁、运输，所述无线遥控器设置于动力箱和工作臂之间以便于操控人员可随时取出远距离操作，所述隔爆电磁阀安装于车体总成；

所述工作臂包括快换装置、二节臂、一节臂、回转机构和工作臂摆角油缸，所述一节臂的后端连接于回转结构，前端铰接于二节臂，所述回转结构连接于车体总成且通过工作臂摆角油缸进行工作臂的回转摆角，所述回转机构和一节臂之间还设有一节臂升降油缸，所述一节臂设有二节臂伸缩油缸，所述二节臂的前端铰接于快换装置的上部，二节臂还设有连接至快换装置下部的快换装置翻转油缸；

所述车体总成包括履带总成和车体平台；

所述动力箱包括电柜、电控箱、无线接收器、电机泵组、散热器和液压油箱。

其中：所述侧卸式铲斗包含本体和连接部，所述连接部设有定位孔和连接轴以与工作臂进行连接，所述连接部和本体通过旋转轴可侧向旋转的铰接，所述连接部还通过侧卸式油缸安装孔设置侧卸式油缸，所述侧卸式油缸的伸缩杆连接至本体，从而通过侧卸式油缸的油缸伸缩实现本体相对于连接部的侧向伸缩，其中，所述本体为U形，其内侧设有侧卸挡板。

其中：所述破碎锤至少包括连接部和锤体，所述连接部设有连接孔和连接轴以与工作臂进行连接，所述连接部为三角形，其上边的上表面设有摆角油缸，所述摆角油缸可驱动一中间部进行角度摆动连接，所述中间部为U型，其内设有一给进油缸和两导轨，所述锤体两侧分别设有嵌入导轨以进行进给的引导凸起，所述给进油缸连接于锤体以实现其进给。

其中：电控箱通过螺栓安装于动力箱右后方；散热器通过螺栓安装于动力箱左后方，选用风冷进行散热，操作简单方便；电机泵组通过螺栓连接安装于散热器和电控箱之间；液压油箱通过螺栓连接安装于动力箱前端，液压油箱和电控箱之间安装有电柜。

其中：所述电机泵组包括防爆电机、变量泵和定量泵，变量泵采用LUDV控制系统，能实现对不同负载压力的多个执行元件同时进行快速与精确控制，各个元件互不干涉，操作性能好，执行起点和工作速度只与操纵手柄角度有关，与负载压力无关，所述变量泵通过液压胶管与隔爆电磁阀相连，隔爆电磁阀通过液压胶管与履带总成的行走马达，快换装置、执行机构的液压油缸相连通，定量泵通过液压胶管与散热器的液压马达相连通。

其中：所述电控箱的核心是防爆可编程控制器，负责计算控制参数和处理状态信息，磁滞位移传感器为油缸动作位置检测单元，通过电流模拟量输入端口将油缸动作信息反馈给防爆可编程控制器，防爆可编程控制器实现油路工作状态的切换和液压油缸的伸缩从而构成控制闭环，并由隔爆可编程控制器进行PID位置控制。

其中：无线接收器与无线遥控器相互通信，进行控制信息与状态信息的交互，两者通过433无线通信模块以433/315MHz频率进行自动跳频通信，能够有效防止无线电干扰。

如上所述的可远程操作的全断面巷道修复机的施工方法，其特征在于包含如下步骤：

操作人员通过操作无线遥控器上的前进手把，将巷道修复机调整到施工位置，然后通过无线遥控器控制执行机构和工作臂的相关油缸，使其相互配合进行施工。

通过上述结构可知，本发明的可远程操作的全断面巷道修复机及其施工方法具有如下效果：

改变了现有巷道修复设备仅能修复底板或仅能修复顶板的困境；可进行全断面巷道修复，具备破、铲、装等功能，并且可远距离操作的巷道修复机，简化了多台设备使用互换的工序，节省了本已狭小的巷道空间，设备功能多样，提高了巷道修复的工作效率和安全性，保证了施工人员的人身安全。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的主视图；

图2A为本发明的侧卸式铲斗的结构示意图；

图2B为本发明的破碎锤的结构示意图；

图3为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的工作臂示意图；

图4为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的车体总成主视图；

图5为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的动力箱俯视图；

图6A和6B为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的无线遥控器及无线接收器的示意图；

图7为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的液压系统示意图；

图8为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的电控系统示意图；

图9为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机顶板修复施工方法示意图；

图10为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机侧帮修复施工方法示意图；

图11和图12为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机底板修复施工方法示意图。

具体实施方式

参见图1～6B，本发明的可远程操作的全断面巷道修复机包括执行机构1、工作臂2、车体总成3、动力箱4、无线遥控器5、隔爆电磁阀6，所述工作臂2设置于车体总成3前端，所述执行机构1可拆卸的安装于工作臂2的自由端，所述动力箱4可拆卸的安装于车体总成3后端以方便井下搬迁、运输，所述无线遥控器5设置于动力箱4 和工作臂2之间以便于操控人员可随时取出远距离操作，所述隔爆电磁阀6安装于车体总成。

其中，参见图2A和图2B，所述执行机构1可为侧卸式铲斗11 或破碎锤12等，如图2A所示，所述侧卸式铲斗11包含本体和连接部，所述连接部设有定位孔111和连接轴112以与工作臂2进行连接，所述连接部和本体通过旋转轴116可侧向旋转的铰接，所述连接部还通过侧卸式油缸安装孔113设置侧卸式油缸114，所述侧卸式油缸114 的伸缩杆连接至本体，从而通过侧卸式油缸114的油缸伸缩实现本体相对于连接部的侧向伸缩，其中，所述本体为U形，其内侧设有侧卸挡板115。

如图2B所示，所述破碎锤12至少包括连接部和锤体121，所述连接部设有连接孔126和连接轴125以与工作臂2进行连接，所述连接部可为三角形，其上边的上表面设有摆角油缸124，所述摆角油缸 124可驱动一中间部进行角度摆动连接，所述中间部为一U型，其内设有一给进油缸123和两导轨122，所述锤体121两侧分别设有嵌入导轨122以进行进给的引导凸起，所述给进油缸123连接于锤体121 以实现其进给。

参见图3，所述工作臂2包括快换装置21、快换装置翻转油缸 22、二节臂23、一节臂24、一节臂升降油缸25、二节臂伸缩油缸26、回转机构27和工作臂摆角油缸28，所述快换装置21可连接至执行机构1，所述一节臂24的后端连接于回转结构27，前端铰接于二节臂23，所述回转结构27连接于车体总成3且通过工作臂摆角油缸28 进行工作臂2的回转摆角，所述回转机构27和一节臂24之间还设有一节臂升降油缸25以实现一节臂的升降操作，所述一节臂24还设有二节臂伸缩油缸26以实现二节臂23的升降操作，所述二节臂26的前端铰接于快换装置21的上部，且二节臂26还设有连接至快换装置 21下部的快换装置翻转油缸22，从而实现快换装置21的翻转操作。

参见图4，所述车体总成3包括履带总成31和车体平台32。

参见图5、6A和6B，所述动力箱4包括电柜41、电控箱42、无线接收器43、电机泵组44、散热器45、液压油箱46。

其中，由于工作臂2通过回转机构27和工作臂摆角油缸28安装于车体总成3前端，实现工作臂2围绕回转机构27可±30°左右摆动，便于提高工作臂2的工作范围；所述执行机构1通过快换装置21安装于工作臂2另一侧，快换装置21可实现不同执行机构与工作臂2 的快速连接，实现一机多能，尽量减少煤矿巷道修复现场施工所需的作业机械。

所述侧卸式铲斗11上可设计有两个摆角油缸安装孔113和两个旋转轴116，侧卸式铲斗11在侧卸式油缸114的推动下，进行一侧卸料，当需要向另一侧卸料时，只需将侧卸挡板115安装于侧卸式铲斗11另外一侧，同时将侧卸式油缸114安装于相对应的摆角油缸安装孔113，将旋转轴116安装于侧卸式铲斗11另一侧即可；侧卸式铲斗11通过连接轴112和定位孔111与快换装置21相连接；破碎锤 12通过连接轴125和连接孔126与快换装置21连接，连接轴125上方安装有摆角油缸124，在摆角油缸124的作用下，可使锤体121旋转90°，破碎煤巷侧帮，摆角油缸124上方又安装有给进油缸123，给进油缸123推动锤体121在导轨122内滑动。

电控箱42通过螺栓安装于动力箱4右后方；散热器45通过螺栓安装于动力箱4左后方，选用风冷进行散热，操作简单方便；电机泵组44通过螺栓连接安装于散热器45和电控箱42之间；液压油箱46 通过螺栓连接安装于动力箱4前端，液压油箱46和电控箱42之间安装有电柜41；隔爆电磁阀6安装于车体平台32左前方。

参见图7，为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的液压系统，所述电机泵组44包括防爆电机51、变量泵52和定量泵53，变量泵52采用LUDV(与负载压力无关的流量分配)控制系统，能实现对不同负载压力的多个执行元件同时进行快速与精确控制，各个元件互不干涉，操作性能好，执行起点和工作速度(流量)只与操纵手柄角度有关，与负载压力无关。变量泵52通过液压胶管与隔爆电磁阀 6相连，隔爆电磁阀6通过液压胶管与履带总成31的行走马达，快换装置翻转油缸22、一节臂升降油缸25、二节臂伸缩油缸26、工作臂摆角油缸28、执行机构1的液压油缸(侧卸式油缸114或给进油缸123和摆角油缸124)相连通，定量泵53通过液压胶管与散热器 45的液压马达相连通。

参考图8，为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的电控系统，所述电控箱42的核心是防爆可编程控制器，负责计算控制参数和处理状态信息。磁滞位移传感器为油缸动作位置检测单元，通过电流模拟量输入端口将油缸动作信息反馈给防爆可编程控制器，防爆可编程控制器的PWM(一种对模拟信号电平进行数字编码的方法)信号驱动隔爆电磁阀6动作，实现油路工作状态的切换和液压油缸的伸缩。从而构成控制闭环，并由隔爆可编程控制器进行PID(比例-积分 -微分)位置控制。

所述无线遥控器5用于操作整个电控系统，无线接收器43与无线遥控器5相互通信，进行控制信息与状态信息的交互，最小远程操作距离不小于15米。两者通过433无线通信模块以433/315MHz频率进行自动跳频通信，能够有效防止无线电干扰。无线接收器43将接收到的控制信号通过CAN总线发送到隔爆可编程控制器上，并从隔爆可编程控制器接收状态信息，通过无线遥控器5的显示屏呈现给操作人员，CAN总线采用CAN2.0B通信协议。

所述电控系统具有故障诊断功能，所述防爆可编程控制器可以接收在防爆电磁阀6出油口布置的压力传感器和在油箱内布置的温度传感器信号，并进行相关故障诊断，然后通过CAN总线发送到无线接收器43上，无线接收器43将相关信息通讯至无线遥控器5的上，产生报警信息，并将相关结果显示到显示屏上。

参考图9～12为本发明的可远程操作的全断面巷道修复机的施工方法，包含顶板、侧帮、底板修复施工方法示意图，具体施工步骤如下：操作人员通过操作无线遥控器5上的前进手把，将巷道修复机调整到施工位置，然后通过无线遥控器5控制快换装置21和快换装置翻转油缸22将破碎锤12的钎杆垂直并压实于变形岩体，当需要进行侧帮施工时，此时将破碎锤12旋转至与车体总成3成90°，然后，在给进油缸123的作用下使破碎锤12沿导轨122向前滑动到极限位置，增加压紧力，启动破碎锤12使其快速高效完成变形岩体的破碎施工；最后，通过快换装置21将破碎锤12较快捷地更换为侧卸式铲斗11，在工作臂2和侧卸式铲斗11的协调动作下，将矸石转运至皮带机或矸石转运车。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (8)

1.一种可远程操作的全断面巷道修复机，包括执行机构、工作臂、车体总成、动力箱、无线遥控器和隔爆电磁阀，其特征在于：

所述执行机构为侧卸式铲斗或破碎锤，所述工作臂设置于车体总成前端，所述执行机构可拆卸的安装于工作臂的自由端，所述动力箱可拆卸的安装于车体总成后端以方便井下搬迁、运输，所述无线遥控器设置于动力箱和工作臂之间以便于操控人员可随时取出远距离操作，所述隔爆电磁阀安装于车体总成；

所述工作臂包括快换装置、二节臂、一节臂、回转机构和工作臂摆角油缸，所述一节臂的后端连接于回转结构，前端铰接于二节臂，所述回转结构连接于车体总成且通过工作臂摆角油缸进行工作臂的回转摆角，所述回转机构和一节臂之间还设有一节臂升降油缸，所述一节臂设有二节臂伸缩油缸，所述二节臂的前端铰接于快换装置的上部，二节臂还设有连接至快换装置下部的快换装置翻转油缸；

所述车体总成包括履带总成和车体平台；

所述动力箱包括电柜、电控箱、无线接收器、电机泵组、散热器和液压油箱。

2.如权利要求1所述的全断面巷道修复机，其特征在于：所述侧卸式铲斗包含本体和连接部，所述连接部设有定位孔和连接轴以与工作臂进行连接，所述连接部和本体通过旋转轴可侧向旋转的铰接，所述连接部还通过侧卸式油缸安装孔设置侧卸式油缸，所述侧卸式油缸的伸缩杆连接至本体，从而通过侧卸式油缸的油缸伸缩实现本体相对于连接部的侧向伸缩，其中，所述本体为U形，其内侧设有侧卸挡板。

3.如权利要求1所述的全断面巷道修复机，其特征在于：所述破碎锤至少包括连接部和锤体，所述连接部设有连接孔和连接轴以与工作臂进行连接，所述连接部为三角形，其上边的上表面设有摆角油缸，所述摆角油缸可驱动一中间部进行角度摆动连接，所述中间部为U形，其内设有一给进油缸和两导轨，所述锤体两侧分别设有嵌入导轨以进行进给的引导凸起，所述给进油缸连接于锤体以实现其进给。

4.如权利要求1所述的全断面巷道修复机，其特征在于：电控箱通过螺栓安装于动力箱右后方；散热器通过螺栓安装于动力箱左后方，选用风冷进行散热，操作简单方便；电机泵组通过螺栓连接安装于散热器和电控箱之间；液压油箱通过螺栓连接安装于动力箱前端，液压油箱和电控箱之间安装有电柜。

5.如权利要求1所述的全断面巷道修复机，其特征在于：所述电机泵组包括防爆电机、变量泵和定量泵，变量泵采用LUDV控制系统，能实现对不同负载压力的多个执行元件同时进行快速与精确控制，各个元件互不干涉，操作性能好，执行起点和工作速度只与操纵手柄角度有关，与负载压力无关，所述变量泵通过液压胶管与隔爆电磁阀相连，隔爆电磁阀通过液压胶管与履带总成的行走马达，快换装置、执行机构的液压油缸相连通，定量泵通过液压胶管与散热器的液压马达相连通。

6.如权利要求1所述的全断面巷道修复机，其特征在于：所述电控箱的核心是防爆可编程控制器，负责计算控制参数和处理状态信息，磁滞位移传感器为油缸动作位置检测单元，通过电流模拟量输入端口将油缸动作信息反馈给防爆可编程控制器，防爆可编程控制器实现油路工作状态的切换和液压油缸的伸缩从而构成控制闭环，并由隔爆可编程控制器进行PID位置控制。

7.如权利要求1所述的全断面巷道修复机，其特征在于：无线接收器与无线遥控器相互通信，进行控制信息与状态信息的交互，两者通过433无线通信模块以433/315MHz频率进行自动跳频通信，能够有效防止无线电干扰。

8.如权利要求1-7中任一所述的可远程操作的全断面巷道修复机的施工方法，其特征在于包含如下步骤：

操作人员通过操作无线遥控器上的前进手把，将巷道修复机调整到施工位置，然后通过无线遥控器控制执行机构和工作臂的相关油缸，使其相互配合进行施工。