CN110863842A - 基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机及其工作方法，装置包括湿喷机料斗、螺旋取料装置和自动喷涂机构。自动喷涂机构通过支架与湿喷机底座相连接，包括喷头、激光传感器、伺服电缸、摆动总成、伺服旋转平台、第一驱动电机、电机固定座、齿轮、弧形齿圈轨道、支架和摆臂。弧形齿圈轨道中心与巷道中心重合，通过第一驱动电机及齿轮带动整个喷射装置在弧形齿圈轨道上沿着巷道断面进行弧形运动，并根据激光传感器所反馈的巷道表面距离和角度等信号，通过伺服电缸和伺服旋转平台，调整喷头到巷道表面的距离以及角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，属于矿用装置领域。
背景技术
在矿山中喷射混凝土可以防止主要巷道、弯路、交叉道口、井底车场、机修站和水泵房的岩石剥落与风化，视岩层条件的不同，喷射混凝土的厚度可变化于5-30mm之间，对建井和后续的施工作业安全有至关重要的作用。
目前煤矿井下利用喷浆机进行混凝土喷浆作业前，必须要根据施作业工现场需要和可能，将喷浆机摆放好，矿车将混凝土干料运送到作业地点，通过湿喷机进行混料搅拌，利用人工对巷道表面进行喷浆作业，这样作业不仅效率低下，且由于人工喷浆，会导致巷道表面混凝土厚度不均，甚至有个别部位无混凝土覆盖的现象，而且巷道内环境较为恶劣，灰尘众多，对工人的身体健康也有一定的损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、工作可靠的自动喷涂的混凝土湿喷机，所述的自动喷涂的混凝土湿喷机可以在矿井下工作，喷涂过程完全由喷涂机构完成，无需人工在室外进行操作。
本发明为解决上述问题提出的技术方案是：
一种基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，包括移动小车，所述移动小车的车体上安装有湿喷机料斗装置，湿喷机料斗装置通过管道与喷头总成连接，还包括喷射牵引机构，所述喷射牵引机构用于带动所述喷头总成沿着巷道断面进行喷射，包括：
支架，固定设置在所述移动小车前端，支架上固定连接有弧形齿圈轨道；
一摆杆，其一端通过转轴与所述支架转动连接，所述转轴的轴心与所述弧形齿圈轨道的圆心共轴，摆杆另一端通过一销轴与电机固定座销接，电机固定座上固定安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴通过齿轮与所述弧形齿圈轨道传动连接；
伺服旋转平台，固定安装在所述电机固定座顶部，伺服旋转平台上安装有平台基座；
伺服电缸，与所述平台基座铰接；
摆动电机，安装在所述伺服旋转平台底部，摆动电机的输出轴与伺服电缸底座的铰接轴通过键连接；
喷头总成，与所述伺服电缸的伸出轴连接，所述喷头总成包括：
激光传感器，喷头，卡箍，凸轮，第二驱动电机以及万向节，其中，所述激光传感器固定安装在喷头上，用于对巷道表面进行距离检测和角度检测；
喷头通过卡箍固定在万向节上；
所述万向节的一端连接在所述伺服电缸的伸出轴末端，所述第二驱动电机通过电机固定架固定在伺服电缸伸出轴末端，第二驱动电机的输出轴上安装所述凸轮，凸轮与所述万向节的另一端传动连接；
控制器，其信号接收端与所述激光传感器连接，信号输出端与所述第一驱动电机、摆动电机、伺服旋转平台、伺服电缸以及第二驱动电机信号连接。
所述弧形齿圈轨道的中心和巷道断面中心重合。
所述摆杆为伸缩杆。
所述弧形齿圈轨道采用40Cr合金调质钢制造。
还包括自动取料机构，设置于移动小车，用于将混凝土物料自动输送至湿喷机料斗内，包括：
弧形导轨，固定在移动小车上位于湿喷机料斗一端，并且围绕所述湿喷机料斗设置，所述弧形导轨上外圆弧面上设有传动齿；
一滑动底座，滑动设置在所述弧形导轨上；
第三驱动电机，与所述滑动底座固定连接，第三驱动电机的驱动轴通过第二齿轮与弧形导轨上的传动齿相啮合；
伸缩支架，底部固定在所述滑动底座上，伸缩支架上固定连接有柔性螺旋取料机构；
出料斗，与所述柔性螺旋取料机构的出料口连接，出料斗的出料口设置在湿喷机料斗上方。
所述柔性螺旋取料机构包括第二驱动电机、传动机构、取料驱动轴、柔性取料螺旋、钻杆支架、钻杆、钻头、橡胶软管以及固定环，其中，所述第二驱动电机的本体与出料斗固定连接，第二驱动电机的驱动轴通过所述传动机构与所述取料驱动轴传动连接；
所述柔性取料螺旋的一端通过第一U形螺栓与取料驱动轴连接，柔性取料螺旋另一端通过第二U形螺栓与所述钻杆连接；
所述橡胶软管套接在所述柔性取料螺旋外部，橡胶软管上端通过第一卡箍与出料斗底部连接，橡胶软管底端通过第二卡箍与所述固定环连接，固定环再通过轴承与钻杆支架连接；
所述钻杆支架同轴套接在所述钻杆外部，钻杆支架上螺纹连接有钻杆，钻杆的末端通过健连接有钻头。
所述传动机构为皮带传动机构，第二驱动电机的输出轴上连接有主动皮带轮，所述取料驱动轴上连接有从动皮带轮，所述主动皮带轮和从动皮带轮之间连接有皮带。
所述钻杆支架为锥形中空结构，且钻杆支架外侧设有螺旋扇叶；
所述钻头上均布四个扇叶。
所述柔性螺旋取料机构的橡胶软管下端设有振动器。
一种基于所述基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机的工作方法，
通过第一驱动电机带动齿轮旋转，由于所述弧形齿圈轨道固定不动，所以在反力作用下，齿轮带动所述摆杆绕所述支架上转轴进行摆动，由于整个喷头总成固定在伺服电缸的伸出轴端部，整个喷头总成跟随摆杆在所述弧形齿圈轨道上进行弧形往复运动；
喷头总成上的所述的激光传感器对巷道表面进行距离检测和角度检测；
利用伺服电缸调节喷头到巷道的距离；
利用摆动电机和伺服旋转平台调节喷头喷射角度的调整，使得喷头在一个相对最佳的位置进行喷射工作，保证了喷涂的表面质量；
在第一驱动电机故障的情况下，通过手动控制摆杆，绕所述支架上转轴进行摆动，使得整个喷头总成在所述弧形齿圈轨道上进行弧形往复运动。
本发明的有益效果在于：
第一、本申请的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，通过和巷道同心的齿圈导轨来使得喷头能自动沿着巷道断面进行喷射。
第二、本申请基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，喷头处设有激光传感器，可以检测喷头到巷道表面的距离和角度，并反馈给控制器进行喷头喷射方向与角度的调整，使得喷头始终能正对巷道表面，保证混凝土喷涂的表面质量。
第三、本申请的自动喷涂混凝土湿喷机设有手动操纵装置，在第一驱动电机故障的情况下，可以通过手动控制装置进行操控，避免了由于紧急故障而无法使用的情况。
附图说明
图1为本发明装置的立体图；
图2为本发明装置的主视示意图；
图3为本发明装置的侧视示意图；
图4为本发明装置的俯视示意图；
图5为本发明装置的摆动总成示意图；
图6为弧形导轨的结构示意图；
图中：1-喷头、2-激光传感器、3-伺服电缸、4-摆动总成、4a-摆动电机、4b-摆动底座、5-伺服旋转平台、6-第一驱动电机、7-摆臂、8-平台基座、9-电机固定座、10-第一齿轮、11-弧形齿圈轨道、12-手动控制装置、13-支架、14-湿喷机、15-取料器、15-1-钻头、15-2-钻杆、15-3-柔性取料螺旋、15-4-弧形导轨、15-5-滑动底座、15-8-第四驱动电机、15-9-主动皮带轮、15-10-出料斗、15-11-从动皮带轮、15-12-取料驱动轴、15-13-橡胶软管、15-15-伸缩支架、15-16-振动器、15-17-固定环、15-18-第二U形螺栓、15-19-钻杆支架、15-20-第三驱动电机、15-21-第二齿轮、16-移动小车。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1至图4所示，一种基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机包括混凝土湿喷机、螺旋取料装置、自动喷涂机构。自动喷涂机构与湿喷机的底座相连接，该机构包括喷头1、激光传感器2、伺服电缸3、摆动总成4、伺服旋转平台5、第一驱动电机6、摆臂7、平台基座8、电机固定座9、齿轮10、弧形齿圈轨道11、手动控制装置12、支架13。
喷头1通过卡箍与橡胶软管8相连接，并通过螺栓固定在伺服电缸3上，伺服电缸3与摆动总成4通过螺栓连接；
伺服旋转平台5通过螺栓与第一驱动电机的电机固定座9固定；
齿轮10通过键与第一驱动电机6的主轴相连，弧形齿圈轨道11通过螺栓与支架13相连接；
摆臂7与电机固定座9通过销轴铰接，在整个平台绕轨道旋转时不会卡死；
手动控制装置12的转轴与摆臂7通过键连接，整个喷射机构通过支架13的底座与移动小车16相连。
基于本发明所述基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机的工作方法，
通过第一驱动电机带动齿轮旋转，由于所述弧形齿圈轨道固定不动，所以在反力作用下，齿轮带动所述摆杆绕所述支架上转轴进行摆动，由于整个喷头总成固定在伺服电缸的伸出轴端部，整个喷头总成跟随摆杆在所述弧形齿圈轨道上进行弧形往复运动；
喷头总成上的所述的激光传感器对巷道表面进行距离检测和角度检测；
利用伺服电缸调节喷头到巷道的距离；
利用摆动电机和伺服旋转平台调节喷头喷射角度的调整，使得喷头在一个相对最佳的位置进行喷射工作，保证了喷涂的表面质量；
在第一驱动电机故障的情况下，通过手动控制摆杆，绕所述支架上转轴进行摆动，使得整个喷头总成在所述弧形齿圈轨道上进行弧形往复运动。
作为本发明技术方案的一个优选方案，如图1至图4所示，手动控制装置12的主轴中心与弧形齿圈轨道11的中心重合，保证其在旋转运动时的平稳性。
作为本发明技术方案的一个优选方案，如图1至图4所示，所述摆臂7为伸缩杆，保证整个喷头装置能很好的在弧形齿圈轨道11上运行。
作为本发明技术方案的一个优选方案，如图1至图4所示，所述弧形齿圈轨道11采用40Cr合金调质钢，能承受湿喷机喷射时所产生的冲击载荷，且具有较强的耐磨性，使用寿命较长。
作为本发明技术方案的一个优选方案，如图1至图4所示，喷头处设置激光传感器2以用来检测喷头到巷道表面的距离和角度，通过伺服电缸3和伺服旋转平台5调整喷头到巷道表面的距离以及喷头喷射角度，保证其喷射距离和喷射角度为最佳，保证喷涂质量。
作为本发明技术方案的一个优选方案，还包括自动取料机构，设置于移动小车，用于将混凝土物料自动输送至湿喷机料斗内，包括：
弧形导轨15-4，固定在移动小车上位于湿喷机料斗一端，并且围绕所述湿喷机料斗设置，所述弧形导轨15-4上外圆弧面上设有传动齿；
一滑动底座15-5，滑动设置在所述弧形导轨上；
第三驱动电机15-20，与所述滑动底座固定连接，第三驱动电机的驱动轴通过第二齿轮15-21与弧形导轨上的传动齿相啮合；
伸缩支架，底部固定在所述滑动底座15-5上，伸缩支架上固定连接有柔性螺旋取料机构；
出料斗15-10，与所述柔性螺旋取料机构的出料口连接，出料斗的出料口设置在湿喷机料斗上方。
所述柔性螺旋取料机构包括第四驱动电机15-8、传动机构、取料驱动轴15-12、柔性取料螺旋15-3、钻杆支架15-19、钻杆15-2、钻头15-1、橡胶软管15-13以及固定环15-17，其中，所述第四驱动电机15-8的本体与出料斗固定连接，第二驱动电机的驱动轴通过所述传动机构与所述取料驱动轴15-12传动连接；
所述柔性取料螺旋15-3的一端通过第一U形螺栓与取料驱动轴连接，柔性取料螺旋另一端通过第二U形螺栓15-18与所述钻杆15-2连接；
所述橡胶软管15-13套接在所述柔性取料螺旋15-3外部，橡胶软管15-13上端通过第一卡箍与出料斗底部连接，橡胶软管15-13底端通过第二卡箍与所述固定环15-17连接，固定环15-17再通过轴承与钻杆支架15-19连接；
所述钻杆支架15-19同轴套接在所述钻杆15-2外部，钻杆支架15-19上螺纹连接有钻杆15-2，钻杆15-2的末端通过健连接有钻头15-1。
所述传动机构为皮带传动机构，第四驱动电机15-8的输出轴上连接有主动皮带轮15-9，所述取料驱动轴上连接有从动皮带轮15-11，所述主动皮带轮15-9和从动皮带轮15-11之间连接有皮带。
进一步的，所述钻杆支架15-19为锥形中空结构，且钻杆支架外侧设有螺旋扇叶；
进一步的，所述钻头上均布四个扇叶。通过柔性取料螺旋带动钻头以及钻杆支架旋转，使钻杆支架可以不需借助外力伸入物料中，减少钻杆支架处于物料外部导致取料效率低的情况。
自动取料机构主要通过柔性取料螺旋高速旋转完成取料，因选取的柔性取料螺旋3无轴、材质为高锰钢、柔性取料螺旋外部为橡胶软管，因此自动取料机构中部可以弯曲，弯曲半径大于0.8米，可以适应矿井下工作面积局促的工作环境。
进一步的，所述柔性螺旋取料机构的橡胶软管下端设有振动器，可以在使用一段时间后，打开振动器，由于物料是干料，通过振动器可以轻松的对橡胶管进行清洁，防止堵塞。
本发明中取料机构的取料方法是：
柔性螺旋取料机构通过柔性取料螺旋高速旋转完成取料，柔性取料螺旋外部为橡胶软管，因此可以通过柔性取料螺旋和橡胶软管的弯曲以适应矿井下工作面积局促的工作环境；
通过调节伸缩支架的高度，来调整整个取料机构的高度，适应不同高度的物料；
根据物料所在位置，通过第一驱动电机驱动所述滑动底座在所述环形导轨上进行滑动，将柔性螺旋取料机构调整到合适位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，包括移动小车，所述移动小车的车体上安装有湿喷机料斗装置，湿喷机料斗装置通过管道与喷头总成连接，其特征在于，还包括喷射牵引机构，所述喷射牵引机构用于带动所述喷头总成沿着巷道断面进行喷射，包括：
支架，固定设置在所述移动小车前端，支架上固定连接有弧形齿圈轨道；
一摆杆，其一端通过转轴与所述支架转动连接，所述转轴的轴心与所述弧形齿圈轨道的圆心共轴，摆杆另一端通过一销轴与电机固定座销接，电机固定座上固定安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴通过第一齿轮与所述弧形齿圈轨道传动连接；
伺服旋转平台，固定安装在所述电机固定座顶部，伺服旋转平台上安装有平台基座；
伺服电缸，与所述平台基座铰接；
摆动电机，安装在所述伺服旋转平台底部，摆动电机的输出轴与伺服电缸底座的铰接轴通过键连接；
喷头总成，与所述伺服电缸的伸出轴连接，所述喷头总成包括：
激光传感器，喷头，卡箍，凸轮，第二驱动电机以及万向节，其中，所述激光传感器固定安装在喷头上，用于对巷道表面进行距离检测和角度检测；
喷头通过卡箍固定在万向节上；
所述万向节的一端连接在所述伺服电缸的伸出轴末端，所述第二驱动电机通过电机固定架固定在伺服电缸伸出轴末端，第二驱动电机的输出轴上安装所述凸轮，凸轮与所述万向节的另一端传动连接；
控制器，其信号接收端与所述激光传感器连接，信号输出端与所述第一驱动电机、摆动电机、伺服旋转平台、伺服电缸以及第二驱动电机信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述弧形齿圈轨道的中心和巷道断面中心重合。
3.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述摆杆为伸缩杆。
4.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述弧形齿圈轨道采用40Cr合金调质钢制造。
5.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，还包括自动取料机构，设置于移动小车，用于将混凝土物料自动输送至湿喷机料斗内，包括：
弧形导轨，固定在移动小车上位于湿喷机料斗一端，并且围绕所述湿喷机料斗设置，所述弧形导轨上外圆弧面上设有传动齿；
一滑动底座，滑动设置在所述弧形导轨上；
第三驱动电机，与所述滑动底座固定连接，第三驱动电机的驱动轴通过第二齿轮与弧形导轨上的传动齿相啮合；
伸缩支架，底部固定在所述滑动底座上，伸缩支架上固定连接有柔性螺旋取料机构；
出料斗，与所述柔性螺旋取料机构的出料口连接，出料斗的出料口设置在湿喷机料斗上方。
6.根据权利要求5所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述柔性螺旋取料机构包括第四驱动电机、传动机构、取料驱动轴、柔性取料螺旋、钻杆支架、钻杆、钻头、橡胶软管以及固定环，其中，所述第四驱动电机的本体与出料斗固定连接，第四驱动电机的驱动轴通过所述传动机构与所述取料驱动轴传动连接；
所述柔性取料螺旋的一端通过第一U形螺栓与取料驱动轴连接，柔性取料螺旋另一端通过第二U形螺栓与所述钻杆连接；
所述橡胶软管套接在所述柔性取料螺旋外部，橡胶软管上端通过第一卡箍与出料斗底部连接，橡胶软管底端通过第二卡箍与所述固定环连接，固定环再通过轴承与钻杆支架连接；
所述钻杆支架同轴套接在所述钻杆外部，钻杆支架上螺纹连接有钻杆，钻杆的末端通过健连接有钻头。
7.根据权利要求5所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述传动机构为皮带传动机构，第四驱动电机的输出轴上连接有主动皮带轮，所述取料驱动轴上连接有从动皮带轮，所述主动皮带轮和从动皮带轮之间连接有皮带。
8.根据权利要求5所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述钻杆支架为锥形中空结构，且钻杆支架外侧设有螺旋扇叶；
所述钻头上均布四个扇叶。
9.根据权利要求5所述的基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机，其特征在于，所述柔性螺旋取料机构的橡胶软管下端设有振动器。
10.一种基于权利要求1~9中任一所述基于齿轮齿条传动的自喷涂混凝土湿喷机的工作方法，其特征在于：
通过第一驱动电机带动齿轮旋转，由于所述弧形齿圈轨道固定不动，所以在反力作用下，齿轮带动所述摆杆绕所述支架上转轴进行摆动，由于整个喷头总成固定在伺服电缸的伸出轴端部，整个喷头总成跟随摆杆在所述弧形齿圈轨道上进行弧形往复运动；
喷头总成上的所述的激光传感器对巷道表面进行距离检测和角度检测；
利用伺服电缸调节喷头到巷道的距离；
利用摆动电机和伺服旋转平台调节喷头喷射角度的调整，使得喷头在一个相对最佳的位置进行喷射工作，保证了喷涂的表面质量；
在第一驱动电机故障的情况下，通过手动控制摆杆，绕所述支架上转轴进行摆动，使得整个喷头总成在所述弧形齿圈轨道上进行弧形往复运动。
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