CN111379517A - 一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于锚杆支护设备，具体涉及一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台。平台组件与行走底盘之间连接有前平台升降油缸以及两个后平台升降油缸，两个后平台升降油缸对称设置在行走底盘后端两侧，平台组件前端底部的两侧对称设置有用于与行走底盘支撑连接的前升降连杆组件，平台组件后端底部中间设置有后升降连杆组件；所述的前升降连杆组件包括前下连杆组件、前上连杆组件、滑块组件、铰接销轴和铰接销轴铜套，其中前上连杆组件和前下连杆组件设置在行走底盘底部，前下连杆组件一端铰接在行走底盘上，另一端通过铰接销轴铰接在前上连杆组件中部；所述的后升降连杆组件包括后下连杆组件、铰接销轴、后上连杆组件和铰接销轴铜套。

Description

一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台

技术领域

本发明属于锚杆支护设备，具体涉及一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台。

背景技术

目前我国煤矿巷道掘进大多采用锚杆支护形式。许多现代化矿井采用锚杆钻车来进行支护，代表机型有四臂锚杆钻车、六臂锚杆钻车、十臂锚杆钻车等。但这些锚杆钻车普遍存在机型较大，无法在掘进机前方巷道迎头与掘进机进行交叉作业。为此，我们研制了可与掘进机进行交叉作业的两臂锚杆钻车，其特点为体积小，整机灵活、机动，因而，与传统的四臂锚杆钻车、六臂锚杆钻车相比机身较短，但是锚护巷道断面不变，钻臂在锚护作业时，整机重心存在明显偏前的突出问题，甚至会引发向前倾覆的危险。同时，传统的锚护定位是通过手动调节液压阀来实现，费时费力，且控制精度不高，无法实现智能化控制，也无法实现实时在线监测和故障诊断。

综上因素考虑，特研制智能电液控制升降平台与两臂锚杆钻车相配套，根据锚护定位要求，通过智能化电液控制系统调节，实现对锚护钻臂的智能化精准竖直升降，解决了两臂锚杆钻车由于整机机动性与灵活性要求，整机钻臂长度尺寸受限条件下钻臂提升高度要求不能受限的问题，避免了整机倾覆的危险。

发明内容

本发明为了解决两臂锚杆钻车由于整机机动性与灵活性要求，整机钻臂长度尺寸受限条件下钻臂提升高度要求不能受限的问题，提供一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台。

本发明采取以下技术方案：一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台，包括前升降连杆组件、行走底盘、连杆导轨组件、后升降连杆组件、两个后平台升降油缸、前平台升降油缸和平台组件，平台组件与行走底盘之间连接有前平台升降油缸以及两个后平台升降油缸，前平台升降油缸设置在行走底盘前端中部，两个后平台升降油缸对称设置在行走底盘后端两侧，平台组件前端底部的两侧对称设置有用于与行走底盘支撑连接的前升降连杆组件，平台组件后端底部中间设置有后升降连杆组件；所述的前升降连杆组件包括前下连杆组件、前上连杆组件、滑块组件、铰接销轴和铰接销轴铜套，其中前上连杆组件和前下连杆组件设置在行走底盘底部，前下连杆组件一端铰接在行走底盘上，另一端通过铰接销轴铰接在前上连杆组件中部；前上连杆组件一端通过铰接销轴铜套与平台组件底部铰接连接，前上连杆组件另一端通过滑块组件与连杆导轨组件铰接，连杆导轨组件安装在行走底盘上；所述的后升降连杆组件包括后下连杆组件、铰接销轴、后上连杆组件和铰接销轴铜套，后上连杆组件和后下连杆组件通过铰接销轴连接，后上连杆组件通过铰接销轴铜套连接在平台组件底部，后下连杆组件通过后升降连杆组件连接耳连接在行走底盘上。

行走底盘包括导向轮、底盘主机架、履带链、驱动链轮、尾架、后平台升降油缸连接耳、后升降连杆组件连接耳、前升降连杆组件连接耳、前平台升降油缸连接耳和稳定靴连接耳，底盘主机架前端设置导向轮，底盘主机架后端设置驱动链轮，导向轮与驱动链轮之间连接履带链，底盘主机架后部连接用于固定稳定靴和布置泵站和操作驾驶室的尾架，固定稳定靴通过稳定靴连接耳与尾架连接，底盘主机架上侧设置后平台升降油缸连接耳、后升降连杆组件连接耳、前升降连杆组件连接耳和前平台升降油缸连接耳。

平台组件包括平台主体、临时支护连接耳、前平台升降油缸连接耳、钻臂升降油缸连接耳、调平油缸连接耳、钻臂连接耳、前升降连杆连接耳、临时支护升降油缸连接耳、后平台升降油缸连接耳和后升降连杆组件连接耳，平台主体前端设置临时支护连接耳，平台主体上侧设置前平台升降油缸连接耳，平台主体前端下侧设置前升降连杆连接耳和临时支护升降油缸连接耳，平台主体为L型结构，平台主体的立面正侧上设置有调平油缸连接耳、钻臂连接耳和前升降连杆连接耳，平台主体的立面背侧设置有后平台升降油缸连接耳和后升降连杆组件连接耳。

一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台的控制方法，在后平台升降油缸和前平台升降油缸中内置位移传感器，当锚杆钻车在巷道行进过程中，后平台升降油缸和前平台升降油缸的伸缩量为0，平台组件处于最低位，保证整机高度最小，提高整机通过性；当锚杆钻车处于锚护初始位置时，稳定靴撑地，后平台升降油缸和前平台升降油缸动作，在油缸伸出过程中，以前平台升降油缸伸出量为参考，位移传感器分别实施监测后平台升降油缸和前平台升降油缸的伸出量，通过控制器进行PID反馈调节后平台升降油缸的开口流量，从而保证两个后油缸的伸出量与前油缸相等，保证在平台升降过程中平稳，当到达锚护位置，控制器给出电液控制信号，确保平台升高至准确锚护位置，锚护结束后，垂直升降平台降至最低位，锚杆钻车处于待机状态，接着进入下一个工作循环。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台，其特征在于与两臂锚杆钻车配套使用，采用竖直升降连杆装置，实现了锚护钻臂的竖直方向抬升和定位，防止锚护钻臂伸缩套筒伸出量过大导致整机重心过于靠前导致的倾覆危险。

2、与传统剪叉升降连杆式升降平台相比，本智能电液控制升降平台创新性采用了分体式剪叉升降连杆机构，连杆折合状态高度降低为传统剪叉升降连杆机构的一半，大大降低了整机高度，提高了整机的通过性；利用后升降连杆组件来替代上滑轨导向块，增强了连杆机构使用可靠性，降低了滑轨导向块制造难度。

3、与传统剪叉升降连杆式升降平台相比，创新性采用了多油缸智能电液同步提升技术，使得本升降平台具有较高的举升能力和更加平稳的举升速度。

4、两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台，其特征在于创新性采用了智能电液控制系统，可实现平台提升和定位的自动化控制及远程控制，大大提高了工作效率和定位精度。

5、两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台，其特征在于采用了带稳定靴的底盘，使得本升降平台在锚护作业时更加稳定可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为前升降连杆组件的结构示意图；

图3为行走底盘的结构示意图Ⅰ；

图4为行走底盘的结构示意图Ⅱ；

图5为连杆导轨组件的结构示意图；

图6为后升降连杆组件的结构示意图；

图7为平台组件的结构示意图Ⅰ；

图8为平台组件的结构示意图Ⅱ；

图9为智能电液控制升降平台的作业示意图Ⅰ；

图10为智能电液控制升降平台的作业示意图Ⅱ；

图11为传统剪叉升降连杆机构简图；

图12为智能电液控制升降平台机构简图；

图13为智能电液控制升降平台结构示意图；

图14为智能电液控制升降平台最低位状态示意图；

图15为直立固定剪叉式升降平台机构简图；

图16为水平固定剪叉式升降平台机构简图；

图17为双铰接剪叉式升降平台机构简图；

图18为两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台控制原理图；

图中：1–前升降连杆组件，2–行走底盘，3–连杆导轨组件，4–后升降连杆组件，5–后平台升降油缸，6–稳定靴，7–液压系统，8–电控系统，9–前平台升降油缸，10–平台组件，11–前下连杆组件，12–前上连杆组件，13–滑块组件，14–铰接销轴，15–铰接销轴铜套，16–导向轮，17–底盘主机架，18–履带链，19–驱动链轮，20–尾架，21–后平台升降油缸连接耳，22–后升降连杆组件连接耳，23–前升降连杆组件连接耳，24–前平台升降油缸连接耳，25–稳定靴连接耳，26–后下连杆组件，27–铰接销轴，28–后上连杆组件，29–铰接销轴铜套，30–平台主体，31–临时支护连接耳，32–前平台升降油缸连接耳，33–钻臂升降油缸连接耳，34–调平油缸连接耳，35–钻臂连接耳，36–前升降连杆连接耳，37–临时支护升降油缸连接耳，38–后平台升降油缸连接耳，39–后升降连杆组件连接耳。

具体实施方式

如图1所示，一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台,包括前升降连杆组件1、行走底盘2、连杆导轨组件3、后升降连杆组件4、两个后平台升降油缸5、前平台升降油缸9和平台组件10，平台组件10与行走底盘2之间连接有前平台升降油缸9以及两个后平台升降油缸5，前平台升降油缸9设置在行走底盘2前端中部，两个后平台升降油缸5对称设置在行走底盘2后端两侧，平台组件10前端底部的两侧对称设置有用于与行走底盘2支撑连接的前升降连杆组件1，平台组件10后端底部中间设置有后升降连杆组件4；所述的前升降连杆组件1包括前下连杆组件11、前上连杆组件12、滑块组件13、铰接销轴14和铰接销轴铜套15，其中前上连杆组件12和前下连杆组件11设置在行走底盘2底部，前下连杆组件11一端铰接在行走底盘2上，另一端通过铰接销轴14铰接在前上连杆组件12中部；前上连杆组件12一端通过铰接销轴铜套15与平台组件10底部铰接连接，前上连杆组件12另一端通过滑块组件13与连杆导轨组件3铰接，连杆导轨组件3安装在行走底盘2上；所述的后升降连杆组件4包括后下连杆组件26、铰接销轴27、后上连杆组件28和铰接销轴铜套29，后上连杆组件28和后下连杆组件26通过铰接销轴27连接，后上连杆组件28通过铰接销轴铜套29连接在平台组件10底部，后下连杆组件26通过后升降连杆组件连接耳22连接在行走底盘2上。

如图3、4所示，行走底盘2包括导向轮16、底盘主机架17、履带链18、驱动链轮19、尾架20、后平台升降油缸连接耳21、后升降连杆组件连接耳22、前升降连杆组件连接耳23、前平台升降油缸连接耳24和稳定靴连接耳25，底盘主机架17前端设置导向轮16，底盘主机架17后端设置驱动链轮19，导向轮16与驱动链轮19之间连接履带链18，底盘主机架17后部连接用于固定稳定靴6和布置泵站和操作驾驶室的尾架20，固定稳定靴6通过稳定靴连接耳25与尾架20连接，底盘主机架17上侧设置后平台升降油缸连接耳21、后升降连杆组件连接耳22、前升降连杆组件连接耳23和前平台升降油缸连接耳24。

如图7、8所示，平台组件10包括平台主体30、临时支护连接耳31、前平台升降油缸连接耳32、钻臂升降油缸连接耳33、调平油缸连接耳34、钻臂连接耳35、前升降连杆连接耳36、临时支护升降油缸连接耳37、后平台升降油缸连接耳38和后升降连杆组件连接耳39，平台主体30前端设置临时支护连接耳31，平台主体30上侧设置前平台升降油缸连接耳32，平台主体30前端下侧设置前升降连杆连接耳36和临时支护升降油缸连接耳37，平台主体30为L型结构，平台主体30的立面正侧上设置有调平油缸连接耳34、钻臂连接耳35和前升降连杆连接耳36，平台主体30的立面背侧设置有后平台升降油缸连接耳38和后升降连杆组件连接耳39。

在后平台升降油缸5和前平台升降油缸9中内置位移传感器，当锚杆钻车在巷道行进过程中，后平台升降油缸5和前平台升降油缸9的伸缩量为0，平台组件10处于最低位，保证整机高度最小，提高整机通过性；当锚杆钻车处于锚护初始位置时，稳定靴6撑地，后平台升降油缸5和前平台升降油缸9动作，在油缸伸出过程中，以前平台升降油缸9伸出量为参考，位移传感器分别实施监测后平台升降油缸5和前平台升降油缸9的伸出量，通过控制器进行PID反馈调节后平台升降油缸5的开口流量，从而保证两个后油缸的伸出量与前油缸相等，保证在平台升降过程中平稳，当到达锚护位置，控制器给出电液控制信号，确保平台升高至准确锚护位置，锚护结束后，垂直升降平台降至最低位，锚杆钻车处于待机状态，接着进入下一个工作循环。

如图9,10所示，如果没有本智能电液控制升降平台时，在巷道锚护高度过高时，钻臂需通过增大钻臂伸缩套筒伸出量S来实现，必然会使钻架距整机前端的距离

增大，同时，钻架在锚钻作业时，会受到来至顶板的锚钻反力F，其会使锚杆钻车的工作重心前移，在上述因素双重作用下，当钻臂伸缩套筒伸出量S大于临界值

时，锚杆钻车就会向前倾覆。通过增加本智能电液控制升降平台，可实现锚护钻臂的竖直提升，在相同锚护高度下，钻臂伸缩套筒伸出量S大为减小，经设计计算确保在最大锚护高度下钻臂伸缩套筒伸出量S小于临界值

，即可确保两臂锚杆钻车在锚护工作位不会发生向前倾覆的危险，从而保证了锚杆钻车的作业安全。

如图11所示，传统剪叉升降连杆机构一侧的上下边有两个滑轨导向块，令剪叉升降连杆机构的高度为W，滑轨导向块高度为K，则剪叉升降连杆机构的最小极限高度为

。

如图12所示，本发明创新性采用了分体式剪叉升降连杆机构，利用后升降连杆组件4来替代上滑轨导向块，增强了连杆机构使用可靠性，降低了滑轨导向块制造难度，同时降低了连杆机构整体高度。

如图13所示，为分体式剪叉升降连杆机构的结构示意图。

如图14所示，智能电液控制升降平台创新性采用了分体式剪叉升降连杆机构，连杆折合状态高度降低为传统剪叉升降连杆机构的一半，大大降低了整机高度，提高了整机的通过性。

如图15所示，为直立固定剪叉式升降平台机构简图。

如图16所示，为水平固定剪叉式升降平台机构简图。

如图17所示，为双铰接剪叉式升降平台机构简图。

与两臂锚杆钻车配套使用，采用竖直升降连杆装置，实现了锚护钻臂的竖直方向抬升和定位，防止锚护钻臂伸缩套筒伸出量过大导致整机重心过于靠前引发的倾覆危险。本智能电液控制升降平台配套的两臂锚杆钻车主要用于煤矿快速掘进过程中，掘进工作面迎头处的锚杆快速锚护，需要与掘进机或连采机进行错机，且作业空间有限，因而，要求该两臂锚杆钻车具有体积小、机动灵活的特点，其履带接地长度被压缩至小于2m，但是该两臂锚杆钻车的锚护巷道范围为长6m，宽4.5m的大巷道断面支护范围。如果没有本发明时，在巷道锚护高度过高时，钻臂需通过增大钻臂伸缩套筒伸出量S来实现，必然会使钻架距整机前端的距离

增大，同时，钻架在锚钻作业时，会受到来至顶板的锚钻反力F，其会使锚杆钻车的工作重心前移，在上述因素双重作用下，当钻臂伸缩套筒伸出量S大于临界值

时，锚杆钻车就会向前倾覆。通过增加本智能电液控制升降平台，可实现锚护钻臂的竖直提升，在相同锚护高度下，钻臂伸缩套筒伸出量S大为减小，经设计计算确保在最大锚护高度下钻臂伸缩套筒伸出量S小于临界值

，即可确保两臂锚杆钻车在锚护工作位不会发生向前倾覆的危险，从而保证了锚杆钻车的作业安全。

智能电液控制升降平台创新性采用了分体式剪叉升降连杆机构，连杆折合状态高度降低为传统剪叉升降连杆机构的一半，大大降低了整机高度，提高了整机的通过性。传统剪叉升降连杆机构一侧的上下边有两个滑轨导向块，令剪叉升降连杆机构的高度为W，滑轨导向块高度为K，则剪叉升降连杆机构的最小极限高度为

。为保证结构强度，滑轨导向块的设计高度K通常大于350mm，从而使得升降平台高度过高，进而增加了整机高度。同时，由于本智能电液控制升降平台的负载重量大于3吨，对上下滑轨导向块的加工精度要求较高，且受载变形后会对上下滑轨导向块的平行度产生很大影响，进而加剧磨损，甚至发生憋卡。因此，智能电液控制升降平台创新性采用了分体式剪叉升降连杆机构，利用后升降连杆组件4来替代上滑轨导向块，增强了连杆机构使用可靠性，降低了滑轨导向块制造难度，同时降低了连杆机构整体高度。

本发明采用了多油缸智能电液同步提升技术，使得本升降平台具有较高的举升能力和更加平稳的举升速度。传统剪叉升降连杆机构的结构形式主要有直立固定剪叉式、水平固定剪叉式和双铰接剪叉式等方式，但都是采用单油缸举升，其弊端是在承载重载荷且要求举升过程平稳的条件下，油缸性能偏弱甚至达不到要求。本升降平台采用前一后二的三油缸举升方式，使得平台具有体积小但举升能力大的优点，同时为了解决三油缸举升过程的同步问题，本智能电液控制升降平台在电控系统中采用了高精度位移传感器对油缸伸出量进行检测，通过集成式PID控制模块，实时纠偏三油缸伸缩量差值，从而实现三油缸在举升过程中的实时同步，大大提高了平台举升的平稳性。

本发明采用了智能电液控制系统，可实现平台提升和定位的自动化控制及远程控制，大大提高了工作效率和定位精度。本两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台集成包括防爆电液比例换向阀、防爆电比例减压阀、控制箱、接收机、遥控器、压力传感器、位移传感器、操作箱等诸多电控元部件。首先，利用位移传感器、压力传感器等传感器对后平台升降油缸5、前平台升降油缸9的位移和油缸压力进行实时数据采集，采集的数据输入到控制箱的控制器，通过数据分析得出当前升降平台的位姿状态，利用防爆电液比例换向阀、防爆电比例减压阀等防爆电磁阀实时调整后平台升降油缸5、前平台升降油缸9的位移和油缸压力，实现升降平台的智能电液控制，同时，带有的遥控器可实现远程控制。

本发明采用了带稳定靴的底盘，使得本升降平台在锚护作业时更加稳定可靠。行走底盘2的制动主要是靠液压湿式盘式制动，液压系统的可靠性会对本升降平台在锚护作业时的稳定性带来影响，采用稳定靴6在锚护作业时进行接地支撑，使得平台作业时稳定性大大提高。

Claims (4)

1.一种两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台,其特征在于：包括前升降连杆组件（1）、行走底盘（2）、连杆导轨组件（3）、后升降连杆组件（4）、两个后平台升降油缸（5）、前平台升降油缸（9）和平台组件（10），平台组件（10）与行走底盘（2）之间连接有前平台升降油缸（9）以及两个后平台升降油缸（5），前平台升降油缸（9）设置在行走底盘（2）前端中部，两个后平台升降油缸（5）对称设置在行走底盘（2）后端两侧，平台组件（10）前端底部的两侧对称设置有用于与行走底盘（2）支撑连接的前升降连杆组件（1），平台组件（10）后端底部中间设置有后升降连杆组件（4）；所述的前升降连杆组件（1）包括前下连杆组件（11）、前上连杆组件（12）、滑块组件（13）、铰接销轴（14）和铰接销轴铜套（15），其中前上连杆组件（12）和前下连杆组件（11）设置在行走底盘（2）底部，前下连杆组件（11）一端铰接在行走底盘（2）上，另一端通过铰接销轴（14）铰接在前上连杆组件（12）中部；前上连杆组件（12）一端通过铰接销轴铜套（15）与平台组件（10）底部铰接连接，前上连杆组件（12）另一端通过滑块组件（13）与连杆导轨组件（3）铰接，连杆导轨组件（3）安装在行走底盘（2）上；所述的后升降连杆组件（4）包括后下连杆组件（26）、铰接销轴（27）、后上连杆组件（28）和铰接销轴铜套（29），后上连杆组件（28）和后下连杆组件（26）通过铰接销轴（27）连接，后上连杆组件（28）通过铰接销轴铜套（29）连接在平台组件（10）底部，后下连杆组件（26）通过后升降连杆组件连接耳(22)连接在行走底盘（2）上。

2.根据权利要求1所述的两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台,其特征在于：所述的行走底盘（2）包括导向轮（16）、底盘主机架（17）、履带链（18）、驱动链轮（19）、尾架（20）、后平台升降油缸连接耳（21）、后升降连杆组件连接耳（22）、前升降连杆组件连接耳（23）、前平台升降油缸连接耳（24）和稳定靴连接耳（25），底盘主机架（17）前端设置导向轮（16），底盘主机架（17）后端设置驱动链轮（19），导向轮（16）与驱动链轮（19）之间连接履带链（18），底盘主机架（17）后部连接用于固定稳定靴（6）和布置泵站和操作驾驶室的尾架（20），固定稳定靴（6）通过稳定靴连接耳（25）与尾架（20）连接，底盘主机架（17）上侧设置后平台升降油缸连接耳（21）、后升降连杆组件连接耳（22）、前升降连杆组件连接耳（23）和前平台升降油缸连接耳（24）。

3.根据权利要求2所述的两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台，其特征在于：所述的平台组件（10）包括平台主体（30）、临时支护连接耳（31）、前平台升降油缸连接耳（32）、钻臂升降油缸连接耳（33）、调平油缸连接耳（34）、钻臂连接耳（35）、前升降连杆连接耳（36）、临时支护升降油缸连接耳（37）、后平台升降油缸连接耳（38）和后升降连杆组件连接耳（39），平台主体（30）前端设置临时支护连接耳（31），平台主体（30）上侧设置前平台升降油缸连接耳（32），平台主体（30）前端下侧设置前升降连杆连接耳（36）和临时支护升降油缸连接耳（37），平台主体（30）为L型结构，平台主体（30）的立面正侧上设置有调平油缸连接耳（34）、钻臂连接耳（35）和前升降连杆连接耳（36），平台主体（30）的立面背侧设置有后平台升降油缸连接耳（38）和后升降连杆组件连接耳（39）。

4.一种如权利要求3所述的两臂锚杆钻车用智能电液控制升降平台的控制方法，其特征在于：在后平台升降油缸（5）和前平台升降油缸（9）中内置位移传感器，当锚杆钻车在巷道行进过程中，后平台升降油缸（5）和前平台升降油缸（9）的伸缩量为0，平台组件（10）处于最低位，当锚杆钻车处于锚护初始位置时，稳定靴（6）撑地，后平台升降油缸（5）和前平台升降油缸（9）动作，在油缸伸出过程中，以前平台升降油缸（9）伸出量为参考，位移传感器分别实施监测后平台升降油缸（5）和前平台升降油缸（9）的伸出量，通过控制器进行PID反馈调节后平台升降油缸（5）的开口流量，当到达锚护位置，控制器给出电液控制信号，确保平台升高至准确锚护位置，锚护结束后，垂直升降平台降至最低位，锚杆钻车处于待机状态，接着进入下一个工作循环。

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