CN108729939B - 一种二自由度螺旋前进式临时支护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二自由度螺旋前进式临时支护装置，包括支护顶板、底板以及连接在支护顶板和底板之间的顶升机构，支护顶板内开有矩形空腔，空腔内设有临时支护顶板，支护顶板下端安装有临时支护顶板驱动装置，临时支护顶板在临时支护顶板驱动装置的带动下沿着支护顶板内空腔左右平移；支护顶板采用四杆机构和液压缸组合的方式驱动，支护顶板可以有两个运动，一个沿竖直方向上的平动，另一个是绕第一铰链的转动，因而对顶板的适应性好。本发明解决了巷道地面和顶面不平行时，装置易出现整体歪斜的问题，同时移架时无需辅助设备，推移步距大，支护更加安全可靠，具有工作效率高，自动化程度高，对巷道顶面适应性好的优点。

Description

一种二自由度螺旋前进式临时支护装置

技术领域

本发明涉及一种滑移式临时支护装置，具体涉及一种二自由度螺旋前进式临时支护装置，属于井下开采机械设备技术领域。

背景技术

随着煤炭开采机械化程度的提高，为适应大型综采设备的安装要求，很多综采工作面切眼宽度设计都在8m～10m。针对超大跨度切眼施工，综采工作面切眼的主要支护形式为架棚支护，架棚支护巷道施工空间小，造成支架安装施工困难，同时架棚支护属于被动支护，不能有效提高围岩整理承载强度，其支护方式不仅支护成本高、工人劳动强度大，而且严重威胁矿井安全正常生产，制约着矿井的安全高效生产的发展。相对于被动支护，属主动支护的锚杆支护可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体，对围岩能保持有较高的支护阻力进行支护。但是针对超大跨度切眼围岩结构特征、围岩复杂地质条件、以及二次刷扩带来的应力集中等现象，采用隐蔽性较强的常规锚杆支护，会使得巷道围岩变形特别严重，尤其是二次刷扩时易产生较大的安全隐患，难以适应控制巷道围岩稳定性的要求，也达不到超大跨度切眼安全施工的要求。

现有的扩帮安装同步法与传统的安装法相比，不仅安全性提高了，而且更省时和节约材料。扩帮安装同步法采用边扩帮、边安装的方法，大大缩短工程周期，改变了以前先打巷道再扩帮的传统作业模式，解决了传统空顶作业所带来的安全隐患，可极大的节约打锚杆、锚索、铺设安全网等所产生的相关费用。该工艺还可以回收传统工艺无法回收的放顶煤，极大的减少在工作面上的配套工作人员，节约人力成本。

其中二自由度滑移式临时支护装置是扩帮安装同步法中重要的核心设备之一，但是现有常用的设备在使用过程中存在一些缺陷，主要表现在：

1、现有的临时支护装置的升降机构采用固定的滑套结构，当巷道地面和顶面不平行时，装置易出现整体歪斜的问题，不能很好的支护顶板；

2、由于现有的临时支护装置较重，移架的工作阻力较大，当切眼坡度较大时，移架困难，需要其他装置辅助移动，对使用环境要求较高；

3、现有的临时支护装置推移步距较短，每个循环需多次降架前移，对巷道顶板影响较大；

4、现有的支护装置在移架过程中顶部支护有空顶期，易出现落矸伤人情况。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种二自由度螺旋前进式临时支护装置，用于解决巷道地面和顶面不平行时，装置易出现整体歪斜的问题，同时移架时无需辅助设备，推移步距大，支护更加安全可靠。

为了解决上述问题，本发明一种二自由度螺旋前进式临时支护装置，包括支护顶板、底板以及连接在支护顶板和底板之间的顶升机构，支护顶板内开有矩形空腔，空腔内设有临时支护顶板，支护顶板下端安装有临时支护顶板驱动装置，临时支护顶板在临时支护顶板驱动装置的带动下沿着支护顶板内空腔左右平移；

所述顶升机构包括第一顶升机构和第二顶升机构，第一顶升机构和第二顶升机构分别具有两组，第一顶升机构设在支护顶板下方右端的两侧，第二顶升机构设在支护顶板下方左端的两侧，第一顶升机构包括四连杆机构和四连杆驱动机构，四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆组成，第一连杆的上端通过第一铰链铰接在支护顶板的下方，第一连杆的下端与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与第四连杆的中部位置铰接，第二连杆的一端铰接在第一连杆的中下部位置，第二连杆的另一端通过第二铰链铰接在底板上，第四连杆的一端铰接在第二连杆的中部位置，第四连杆的另一端铰接在一个滑块铰链上，所述滑块铰链滑动安装于设在底板两侧的导轨上；四连杆驱动机构为第一直线驱动装置，其一端通过第三铰链铰接在底板上，另一端与滑块铰链相连，从而通过推动滑块铰链平移来驱动四连杆机构的运动；第二顶升机构包括第二直线驱动装置、第四铰链和第五铰链，直线驱动装置的上端通过第四铰链铰接在支护顶板的下方，第二直线驱动装置的下端通过第五铰链铰接在底板的上方。

临时支护顶板在临时支护顶板驱动装置的带动下沿着支护顶板内空腔左右平移，从而使本装置在移架和工作中时刻有支护板对顶板进行支护，在巷道顶板上形成临时支护区域，从而在刷扩作业中保护人员和设备安全，避免了落矸伤人和损伤设备等情况的发生；第一顶升机构利用四连杆机构特性，在第一铰链处的运动轨迹沿竖直方向近似一条直线，因此可以是支护顶板除了有竖直方向自由度外还具有围绕水平方向上的转动，从而以两个自由度的运动使支护顶板在前进方向的巷道地面和顶板间存在较大角度的情况具有良好的适应性。

进一步的，临时支护顶板驱动装置包括旋转驱动装置、齿轮以及移动齿条，所述旋转驱动装置安装支护顶板下端的四角，所述齿轮与旋转驱动装置相连，移动齿条安装在临时支护顶板的下方，支护顶板下方安装齿轮的对应位置开有长通孔，临时支护顶板下端的移动齿条与齿轮相互啮合。

由于临时支护板和支护顶板长度相差不大，并且临时支护板需要在支护顶板的两端都能伸出，所以临时支护板的极限工作行程较长，因此在支护顶板的两端均设置了旋转驱动装置和齿轮，通过旋转驱动装置带动齿轮的旋转，再通过齿轮的旋转带动移动齿条的左右移动，将旋转运动转化为直线运动，由于移动齿条安装在临时支护顶板上，因此可以实现临时支护顶板的在支护顶板的两侧伸出或者缩回。

进一步的，底板下端安装有抬底移动机构，所述抬底移动机构包括抬底直线驱动装置和基座滑块，底板下端两侧开有长方形凹槽，凹槽内均匀设置若干抬底直线驱动装置，抬底直线驱动装置的另一端与基座滑块相连并驱动基座滑块在凹槽内沿竖直方向滑动。

进一步的，基座滑块的下端开有凹槽，凹槽内安装有螺旋滚筒和螺旋滚筒驱动装置，底板两侧两个螺旋滚筒的旋转方向相反。

进一步的，抬底直线驱动装置缩回至极限位置时，螺旋滚筒的最低点高于底板的最低点或者与底板最低点平齐。

在支护作业时，抬底直线驱动装置缩回至极限位置，底板接触接触地面，增大临时支护装置的稳定性；当支护装置向前运动时，抬底直线驱动装置伸出，从而使底板离开地面，两侧的螺旋滚筒接触地面，两侧的螺旋滚筒旋转方向相反，一侧顺时针旋转，另一侧逆时针旋转，从而实现支护装置的前移或后退，减小了第一支护装置向前运动时的工作阻力，方便该装置在巷道地面有一定坡度时的滑移前行。

本发明优势在于：1、支护顶板采用四杆机构和液压缸组合的方式驱动，支护顶板可以有两个运动，一个沿竖直方向上的平动，另一个是绕第一铰链的转动，因而对顶板的适应性好，防止顶升支护使巷道顶板受力不均破坏巷道顶板，同时防止设备因局部受力过大而发生严重的损坏；2、临时支护板的驱动装置采用齿轮和齿条相互配合的设计，使得临时支护板可以从支护顶板两侧伸出，在移架和工作中时刻临时支护顶板，避免了落矸伤人和损伤设备的发生；3、临时支护装置采用螺旋滚筒的驱动方式，解决现有滑移式临时支护装置在巷道坡度较大的情况下，降架前移困难的问题；4、临时支护装置顶升机构中的直线驱动装置在力学分析中都是二力杆，可以提升直线驱动装置的使用寿命，减小直线驱动装置损毁的情况。

附图说明

图1是本发明型整体结构示意图；

图2是本发明各结构连接关系结构示意图；

图3是本发明中抬底移动机构结构的爆炸图；

图中：1、临时支护顶板，2、支护顶板，3、第一顶升机构，4、抬底移动机构，5、底板，6、第二顶升机构，7、移动齿条，8、旋转驱动装置，9、第四铰链，10、第一铰链，11、第一连杆，12、第二连杆，13、第三连杆，14、第四连杆，15、第二铰链，16、滑块铰链，17、导轨，18、直线驱动转置，19、第三铰链，20、第五铰链，21、第二直线驱动装置，22、抬底直线驱动装置，23、基座滑块，24、螺旋滚筒，25、螺旋滚筒驱动装置；26、齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的阐述。

如图1和图2所示，一种二自由度螺旋前进式临时支护装置，包括支护顶板2、底板5以及连接在支护顶板2和底板5之间的顶升机构，支护顶板2内开有矩形空腔，空腔内设有临时支护顶板1，支护顶板2下端安装有临时支护顶板驱动装置，临时支护顶板1在临时支护顶板驱动装置的带动下沿着支护顶板2内空腔左右平移；

所述顶升机构包括第一顶升机构3和第二顶升机构6，第一顶升机构3和第二顶升机构6分别具有两组，第一顶升机构3设在支护顶板2下方右端的两侧，第二顶升机构6设在支护顶板2下方左端的两侧，第一顶升机构3包括四连杆机构和四连杆驱动机构，四连杆机构由第一连杆11、第二连杆12、第三连杆13和第四连杆14组成，第一连杆11的上端通过第一铰链10铰接在支护顶板2的下方，第一连杆11的下端与第三连杆13的一端铰接，第三连杆13的另一端与第四连杆14的中部位置铰接，第二连杆12的一端铰接在第一连杆11的中下部位置，第二连杆12的另一端通过第二铰链15铰接在底板5上，第四连杆14的一端铰接在第二连杆12的中部位置，第四连杆14的另一端铰接在一个滑块铰链16上，所述滑块铰链16滑动安装于设在底板两侧的导轨17上；四连杆驱动机构为第一直线驱动装置18，其一端通过第三铰链19铰接在底板5上，另一端与滑块铰链16相连，从而通过推动滑块铰链16平移来驱动四连杆机构的运动；第二顶升机构6包括第二直线驱动装置21、第四铰链9和第五铰链20，直线驱动装置21的上端通过第四铰链9铰接在支护顶板2的下方，第二直线驱动装置21的下端通过第五铰链20铰接在底板5的上方。

临时支护顶板1在临时支护顶板驱动装置的带动下沿着支护顶板2内空腔左右平移，从而使本装置在移架和工作中时刻有支护板对顶板进行支护，在巷道顶板上形成临时支护区域，从而在刷扩作业中保护人员和设备安全，避免了落矸伤人和损伤设备等情况的发生；第一顶升机构利用四连杆机构特性，在第一铰链10处的运动轨迹沿竖直方向近似一条直线，因此可以是支护顶板除了有竖直方向自由度外还具有围绕水平方向上的转动，从而以两个自由度的运动使支护顶板在前进方向的巷道地面和顶板间存在较大角度的情况具有良好的适应性。

如图2所示，临时支护顶板驱动装置包括旋转驱动装置8、齿轮26以及移动齿条7，所述旋转驱动装置8安装支护顶板2下端的四角，所述齿轮26与旋转驱动装置8相连，移动齿条7安装在临时支护顶板1的下方，支护顶板2下方安装齿轮26的对应位置开有长通孔，临时支护顶板1下端的移动齿条7与齿轮26相互啮合。

由于临时支护板和支护顶板长度相差不大，并且临时支护板需要在支护顶板的两端都能伸出，所以临时支护板的极限工作行程较长，因此在支护顶板的两端均设置了旋转驱动装置8和齿轮26，通过旋转驱动装置带动齿轮的旋转，再通过齿轮的旋转带动移动齿条的左右移动，将旋转运动转化为直线运动，由于移动齿条安装在临时支护顶板上，因此可以实现临时支护顶板的在支护顶板的两侧伸出或者缩回。

如图1和图3所示，底板5下端安装有抬底移动机构4，所述抬底移动机构4包括抬底直线驱动装置22和基座滑块23，底板5下端两侧开有长方形凹槽，凹槽内均匀设置若干抬底直线驱动装置22，抬底直线驱动装置22的另一端与基座滑块23相连并驱动基座滑块23在凹槽内沿竖直方向滑动。

进一步的，基座滑块的下端开有凹槽，凹槽内安装有螺旋滚筒24和螺旋滚筒驱动装置25，底板两侧两个螺旋滚筒24的旋转方向相反。

进一步的，抬底直线驱动装置22缩回至极限位置时，螺旋滚筒24的最低点高于底板5的最低点5或者与底板5最低点平齐。

在支护作业时，抬底直线驱动装置22缩回至极限位置，底板接触接触地面，增大临时支护装置的稳定性；当支护装置向前运动时，抬底直线驱动装置22伸出，从而使底板离开地面，两侧的螺旋滚筒接触地面，两侧的螺旋滚筒旋转方向相反，一侧顺时针旋转，另一侧逆时针旋转，从而实现支护装置的前移或后退，减小了第一支护装置向前运动时的工作阻力，方便该装置在巷道地面有一定坡度时的滑移前行。

Claims (5)

1.一种二自由度螺旋前进式临时支护装置，包括支护顶板(2)、底板(5)以及连接在支护顶板(2)和底板(5)之间的顶升机构，其特征在于，支护顶板(2)内开有矩形空腔，空腔内设有临时支护顶板(1)，支护顶板(2)下端安装有临时支护顶板驱动装置，临时支护顶板(1)在临时支护顶板驱动装置的带动下沿着支护顶板(2)内空腔左右平移；

所述顶升机构包括第一顶升机构(3)和第二顶升机构(6)，第一顶升机构(3)和第二顶升机构(6)分别具有两组，第一顶升机构(3)设在支护顶板(2)下方右端的两侧，第二顶升机构(6)设在支护顶板(2)下方左端的两侧，第一顶升机构(3)包括四连杆机构和四连杆驱动机构，四连杆机构由第一连杆(11)、第二连杆(12)、第三连杆(13)和第四连杆(14)组成，第一连杆(11)的上端通过第一铰链(10)铰接在支护顶板(2)的下方，第一连杆(11)的下端与第三连杆(13)的一端铰接，第三连杆(13)的另一端与第四连杆(14)的中部位置铰接，第二连杆(12)的一端铰接在第一连杆(11)的中下部位置，第二连杆(12)的另一端通过第二铰链(15)铰接在底板(5)上，第四连杆(14)的一端铰接在第二连杆(12)的中部位置，第四连杆(14)的另一端铰接在一个滑块铰链(16)上，所述滑块铰链(16)滑动安装于设在底板两侧的导轨(17)上；四连杆驱动机构为第一直线驱动装置(18)，其一端通过第三铰链(19)铰接在底板(5)上，另一端与滑块铰链(16)相连，从而通过推动滑块铰链(16)平移来驱动四连杆机构的运动；第二顶升机构(6)包括第二直线驱动装置(21)、第四铰链(9)和第五铰链(20)，第二直线驱动装置(21)的上端通过第四铰链(9)铰接在支护顶板(2)的下方，第二直线驱动装置(21)的下端通过第五铰链(20)铰接在底板(5)的上方。

2.根据权利要求1所述的二自由度螺旋前进式临时支护装置，其特征在于，临时支护顶板驱动装置包括旋转驱动装置(8)、齿轮(26)以及移动齿条(7)，所述旋转驱动装置(8)安装支护顶板(2)下端的四角，所述齿轮(26)与旋转驱动装置(8)相连，移动齿条(7)安装在临时支护顶板(1)的下方，支护顶板(2)下方安装齿轮(26)的对应位置开有长通孔，临时支护顶板(1)下端的移动齿条(7)与齿轮(26)相互啮合。

3.根据权利要求1或2所述的二自由度螺旋前进式临时支护装置，其特征在于，底板(5)下端安装有抬底移动机构(4)，所述抬底移动机构(4)包括抬底直线驱动装置(22)和基座滑块(23)，底板(5)下端两侧开有长方形凹槽，凹槽内均匀设置若干抬底直线驱动装置(22)，抬底直线驱动装置(22)的另一端与基座滑块(23)相连并驱动基座滑块(23)在凹槽内沿竖直方向滑动。

4.根据权利要求3所述的二自由度螺旋前进式临时支护装置，其特征在于，基座滑块的下端开有凹槽，凹槽内安装有螺旋滚筒(24)和螺旋滚筒驱动装置(25)，底板两侧两个螺旋滚筒(24)的旋转方向相反。

5.根据权利要求4所述的二自由度螺旋前进式临时支护装置，其特征在于，抬底直线驱动装置(22)缩回至极限位置时，螺旋滚筒(24)的最低点高于底板(5)的最低点或者与底板(5)最低点平齐。

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