CN111379526A - 一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂 - Google Patents

Abstract

本发明属于两臂锚索锚杆钻车的设备技术领域，具体是一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂。大臂铰接座与垂直升降平台后侧通过螺钉连接，大臂铰接座上部安装有套筒铰接座，其中套筒铰接座与大臂外套筒铰接，大臂外套筒下方布置有后调平油缸、外侧举升油缸和内侧举升油缸，后调平油缸一端安装在调平油摆动座上，后调平油缸另一端铰接连接在大臂外套筒下侧中部，外侧举升油缸和内侧举升油缸的另一端铰接在大臂外套筒前端下侧，大臂外套筒内部镶嵌有大臂内套筒，大臂内套筒的伸出端依次联接有可伸缩的钻架补偿套筒、吊篮调整套筒铰接座和吊篮调整套筒，前端铰接座安装钻架。

Description

一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂

技术领域

本发明属于两臂锚索锚杆钻车的设备技术领域，具体是一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂。

背景技术

目前在国内大部分煤矿巷道掘进过程中顶板和侧帮条件较差，空顶距一般不大于3米，大部分是1-2米的空顶距，传统的掘进工艺是利用综掘机进行巷道掘进，采用人工进行锚杆锚索支护作业，人工劳动强度较大，工作条件较为恶劣，效率低下，危险系数较高。部分煤矿使用了自移式全液压两臂锚杆钻车，该设备灵活机动，可以从掘进机或连采机错车进入空顶区域进行锚护作业，能够实现顶部和部分角度帮锚杆的支护作业，提高了作业效率，基本满足巷道掘进的需求，改善了工人作业环境。

目前现有的一些锚护大臂存在的问题：1）自由度少不具有向下方探底的功能，无法实现底部侧帮锚杆的钻孔、锚杆安装等功能，需要人工完成底部锚杆的支护，劳动强度大。2）不具有可折叠站人平台，人员无法操作完成整个锚护过程，特别是在一些极端的情况下，如大臂举升过高或向外摆动角度过大，人员无法进行锚护操作。3）调平精度低，传统的静液压调平机构存在液压油泄露等问题，调平精度低。4）系统操作复杂，大臂举升油缸和摆动油缸是由两个独立的操作阀操作完成的，操作复杂，效率较低。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的不足，设计一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂，该大臂动作灵活，自由度高，具有左右摆动、上下升降、臂身伸缩、钻架前后旋转、钻架水平旋转、钻架前后伸缩补偿、站人平台自动调平和前端连杆座向下探底等动作。可以实现巷道断面内各个位置锚杆和锚索支护。锚护大臂具有站人操纵吊篮，人员可以随钻架一起动作，人员操作便捷，且可以监控整个锚钻过程。

本发明采取以下技术方案：一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂，包括大臂铰接座、大臂外套筒、大臂内套筒、吊篮调整套筒、外侧折叠吊篮、内侧折叠吊篮和钻架，大臂铰接座与垂直升降平台后侧通过螺钉连接，大臂铰接座上部安装有套筒铰接座，大臂铰接座中部安装有调平油摆动座，大臂铰接座下部两侧分别安装有内侧举升油缸座和外侧举升油缸座，其中套筒铰接座与大臂外套筒铰接，大臂外套筒下方布置有后调平油缸、外侧举升油缸和内侧举升油缸，后调平油缸一端安装在调平油摆动座上，后调平油缸另一端铰接连接在大臂外套筒下侧中部，外侧举升油缸和内侧举升油缸分别安装在内侧举升油缸座和外侧举升油缸座上，外侧举升油缸和内侧举升油缸的另一端铰接在大臂外套筒前端下侧，大臂外套筒内部镶嵌有大臂内套筒，大臂内套筒的伸出端依次联接有可伸缩的钻架补偿套筒、吊篮调整套筒铰接座和吊篮调整套筒，钻架补偿套筒左侧连接有前端铰接座，前端铰接座的外侧通过销轴连接外侧折叠吊篮，吊篮调整套筒铰接座上连接有内侧折叠吊篮，内侧折叠吊篮内侧连接有吊篮升降油缸，前端铰接座安装钻架。

前端铰接座上依次连接左右摆动马达、水平摆动马达，前端铰接座通过这两个马达与钻架连接，钻架上装有钻箱和自动夹钎机构。

一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂的控制系统，包括电源、控制箱、遥控器、接收机、操作箱、防爆电液比换向阀组、转速传感器、压力传感器以及位移传感器，接收机用于接受遥控器传输的信号，接收机放置在锚护臂外套筒上；控制器放置于吊篮调整套筒铰接座上；压力传感器设置在防爆电液比例换向阀上；左右摆动马达、水平摆动马达和钻箱上设置有用于采集马达和钻箱作业时转速数据的转速传感器；钻架上设置有用于采集锚护臂钻架升降位移数据位移传感器；控制箱放置于电控箱当中，控制箱包括输入接线端、控制器、输出接线端和放大器，控制箱连接电源，控制箱的输出接线端为接收机、操作箱防爆电液比换向阀组提供电源和驱动控制输出，控制箱的输入接线端为压力传感器、转速传感器、位移传感器提供电源和信号输入。

与现有技术相比，本发明锚护臂自由度高，转动灵活，具有臂身水平转动，上下转动，大臂伸缩，大臂自动调平，钻架水平旋转、上下旋转和前探补偿等多个动作，各个动作相互配合使用，能够满足巷道全断面内的锚杆锚索支护。每个大臂设有左右两个反转吊篮，人员可以轻松操作进行顶锚杆、锚索以及侧帮中段侧帮锚杆支护。通过对钻架前探补偿和前调平油缸组合控制可以实现钻臂下探动作，完成底部侧帮锚杆支护。对于底部和顶部侧帮锚杆支护时，人员无法站在大臂吊篮上进行按钮锚护操作时，可使用遥控远程操作，实现侧帮锚杆支护，此操作不仅大大提高了支护的效率，而且提高了人员的舒适性及安全性。

附图说明

图1为锚杆钻车整体结构主视图；

图2为锚杆钻车整体结构俯视图；

图3为锚杆钻车作业时整体结构示意图；

图4为锚护大臂与钻架结构示意图Ⅰ；

图5为锚护大臂与钻架结构示意图Ⅱ；

图6为顶锚支护时锚护大臂结构动作示意图Ⅰ；

图7为顶锚支护时锚护大臂结构动作示意图Ⅱ；

图8为侧帮锚护时锚护大臂结构动作示意图Ⅰ；

图9为侧帮锚护时锚护大臂结构动作示意图Ⅱ；

图10为侧帮锚护时锚护大臂结构动作示意图Ⅲ；

图11为去掉锚护臂垂直升降平台动作结构示意图；

图12为超前支护装置结构示意图；

图13为电液行走控制系统原理图；

图14为平台升降控制系统原理图；

图15为锚护大臂电液控制系统结构框图；

图16为锚护大臂电液控制系统原理图；

图中所示，附图标记清单如下：

1、行走底盘，2、垂直升降平台，3、行走减速器，4、后机架，5、电机，6、电控箱，7、驾驶室，8、泵站，9、左锚护大臂，10、左侧防爆电液比例换向阀，11、超前支护装置，12、导向轮，13、右侧防爆电液比例换向阀，14、右锚护大臂，15、油箱，16、自动卷缆机构，17、卷电缆导向托辊组，18、大臂铰接座，19、内侧举升（摆动）油缸座，20、外侧举升油缸，21、大臂外套筒，22、压块，23、前端铰接座，24、外侧折叠吊篮，25、内侧折叠吊篮，26、吊篮调整套筒铰接座，27、吊篮调整套筒，28、自动夹钎机构，29、钻架，30、钻箱，31、内侧举升油缸，32、内侧举升油缸座，33、调平油摆动座，34、套筒铰接座，35、后调平油缸，36、钻架补偿套筒，37、大臂内套筒，38、吊篮升降油缸，39、左右摆动马达，40、水平摆动马达，41、后稳定靴，42、后油缸铰接座，43、主连杆滑动轨道，44、下稳定连杆，45、主连杆滑动铰接座，46、上稳定连杆，47、前油缸下连接座，48、补偿连杆，49、平台前升降油缸，50、主连杆，51、平台后升降油缸，52、连接销轴，53、前油缸上铰接座，54、摆动油缸，55、升降油缸，56、超前支护套筒，57、套筒连接耳，58、横梁伸缩套筒，59、弹簧复位器，60、横梁套筒，61、支撑横梁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述，其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

其主要技术参数如下：

适应巷道经济宽度（mm）：3000-6000

适应巷道经济高度（mm）：2600-4500

侧帮锚杆支护高度范围（mm）：600-4500

顶锚杆锚索最大高度（mm）：6000

外形尺寸（mm）：6100×1400×2300

地隙（mm）：260

机重（t）：约17

装机功率（kW）：55

电压等级（V）：1140

钻臂数量：2

适应岩层抗压强度：≤70

结合图1、2所示，本实施例提供了一种电液行走锚护控制两臂锚索锚杆钻车，整机利用履带行走机构，机身窄，行走调动灵活，通过电液控制系统，实现锚杆钻车精确直线行走，操作人员站在锚护大臂的站人吊篮上进行顶锚杆和帮锚杆大范围巷道覆盖施工作业。可以从综掘机或连续采煤机的侧面进入迎头进行锚杆支护，亦可以在掘进设备后面进行补打锚索、锚杆。

本实施例提供的锚索锚杆钻车，总体由行走底盘1、垂直升降平台2、后机架4、左锚护大臂9、右锚护大臂14、超前支护装置11、驾驶室7、电控箱6、自动卷缆机构16以及电液控制系统组成。可垂直升降平台2布置在行走底盘1的正上方实现垂直升降，进行高度调整；在行走底盘1后侧装有行走减速器3，前侧装有导向轮12，保证钻车平稳前行。左锚护大臂9以及右锚护大臂14对称均置铰接在垂直升降平台2上，视工况需要通过左侧防爆电液比例换向阀10、右侧防爆电液比例换向阀13调节伸缩与摆动实现高度调整和两侧摆动调整；在垂直升降平台2前端上还铰接有超前支护装置11，在锚杆作业时可升起至顶部进行支撑，；在行走底盘1的后方布置有后机架4，实现整车的重心平衡；后机架4左上方依次安装电机5、泵站8、油箱15组成动力系统，在动力系统上方布置有驾驶室7、电控箱6，驾驶室7左侧装有自动卷缆机构16、卷电缆导向托辊组17，在钻车前行的时候进行自动卷电缆，方便工人作业，节约劳动力，其中自动卷缆机构为现有技术，在后机架4底部装有后稳定靴41，在平台作业时放置于底面，保证机身平稳，提高安全性。

参见图3、图4、图5，锚护大臂左右对称分布，以左锚护大臂为例，主要由大臂铰接座18、大臂外套筒21、大臂内套筒37、吊篮调整套筒27、外侧折叠吊篮24、内侧折叠吊篮25、钻架29组成。锚护大臂通过大臂铰接座18与垂直升降平台2后侧通过螺钉连接，在大臂铰接座18上侧安装有套筒铰接座34，调平油摆动座33、内侧举升油缸座32、外侧举升油缸座19。其中套筒铰接座34与大臂外套筒21铰接，在外套筒下方布置有后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31，其中后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31分别通过销轴铰接在调平油摆动座33、内侧举升油缸座32、外侧举升油缸座19上。通过后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31可以实现外套筒的调平、上下升降、内外摆动等较大范围的动作，当锚护大臂需要实现上下升降的功能时，外侧举升油缸20、内侧举升油缸31进行同步伸长与收缩，带动整个锚护大臂作业，同时后调平油缸35进行一定范围的伸缩，用于位移误差补偿。当锚护大臂向外摆动时，外侧举升油缸20进行收缩，内侧举升油缸31同时伸长，后调平油缸35同时伸长进行位移误差补偿；当锚护大臂向内摆动时，外侧举升油缸20进行伸长，内侧举升油缸31同时收缩，后调平油缸35同时收缩进行位移误差补偿。

在本实施例中，大臂外套筒21内部镶嵌有大臂内套筒37，并通过放置在外套筒上的四个压块22保证内套筒37的伸缩平稳性。在大臂内套筒37的另一伸出端依次联接有钻架补偿套筒36、吊篮调整套筒铰接座26、吊篮调整套筒27，钻架补偿套筒36为可伸缩性，行程500mm，左侧连接有前端铰接座23。在前端铰接座23的外侧通过销轴连接外侧折叠吊篮24。在吊篮调整套筒铰接座26外侧连接有内侧折叠吊篮25。其中，外侧折叠吊篮24为固定，随大臂上下或左右摆动；内侧折叠吊篮25内侧连接有吊篮升降油缸38，在锚护大臂静止时，仍可以垂直上下移动，方便操作人员调整作业空间。

在本实施例中，在前端铰接座23上依次连接左右摆动马达39、水平摆动马达40，通过这两个马达，实现钻架29的任意角度的旋转举升动作。在钻架29上装有钻箱30和自动夹钎机构28，在操作人员作业时将锚杆放置于钻箱30上，随着钻箱的向前推进，将锚杆打入工作面，在中这一过程中，钻箱顶端安装的自动夹钎机构29能够起到很好的稳钎作用。

在本实施例中，当在进行顶锚支护时，通过左右摆动马达39、水平摆动马达40使得钻架处于竖直向上的位置，再通过外侧举升（摆动）油缸20、内侧举升（摆动）油缸31使得在上下方向实现-8°至40°的移动，水平方向上0°至45°范围内的摆动，再通过左右锚护大臂的两个后调平油缸35实现锚护大臂的稳定性；通过钻架补偿套筒36可实现在500mm范围内水平方向上的延伸，提高了作业面的工作范围。

在本实施例中，在进行侧帮锚护时，通过左右摆动马达39、水平摆动马达40使得钻架处于与工作面垂直方向，外侧举升（摆动）油缸20、内侧举升（摆动）油缸31使得在上下方向实现-8°至40°的移动，水平方向上0°至45°范围内的摆动，可实现在侧帮最底部到顶部的锚杆支护。

参见图6，可垂直升降平台2采用了分体式剪叉连杆机构，包括主连杆50、补偿连杆48、上稳定连杆46和下稳定连杆44，其中主连杆50、补偿连杆48对称放置在平台两侧，补偿连杆48一端铰接在行走底盘1上，另一端铰接在主连杆50上；主连杆50则一端通过主连杆滑动铰接座45、主连杆滑动轨道43与行走底盘1铰接，平且可在连杆滑动轨道43上进行滑动，从而实现平台升降；上稳定连杆46和下稳定连杆44通过连接销轴52连接，可以加强平台的抗弯特性，上稳定连杆46连接在平台上，下稳定连杆44则连接在行走地盘1上。

在本实施例中，采用前一后二的三油缸举升方式，包括平台前升降油缸49和两个平台后升降油缸51。其中平台前升降油缸通过前油缸上铰接座53、前油缸下连接座47分别铰接在平台与行走底盘上；两个平台后升降油缸51通过后油缸铰接座42铰接在行走底盘1上。当巷道作业面较高时，前一后二的三油缸实现同时举升，同时带动主连杆50、补偿连杆48、上稳定连杆46和下稳定连杆44向上举升移动，主连杆50在主连杆滑动轨道43上向前滑动一定的行程，视实际工况所定。

在本实施例中，通过锚护大臂与平台的动作方式，使得整机顶锚杆最大能够适用于6000mm的巷道，满足了煤矿系列高度巷道的顶锚杆锚索的支护要求。侧帮支护高度能够满足底部600mm到顶部4500mm的范围，兼顾打锚索，车载锚索禁锢机构。一台设备能够完成巷道断面内的所有半自动化作业，解放了劳动力的同时提高锚护效率近1.5倍，改善了掘支失调的现状。大大改善工人作业环境，提高了作业的安全水平。

参见图7，为进一步提高钻车作业的稳定性，在可垂直升降平台前端通过摆动油缸54铰接有超前支护装置，可实现一定范围的角度调整，包括超前支护套筒56、横梁套筒60；在超前支护套筒56内嵌有升降油缸55，可实现超前支护装置的升降，以适应巷道。超前支护套筒56和横梁套筒60之间通过套筒连接耳57相连接，为保证横梁套筒60的灵活性，在底端两侧装有弹簧复位器59；在横梁套筒60内两侧嵌有横梁伸缩套筒58，横梁伸缩套筒58另一端装有支撑横梁61。当进行超前支护时，通过调节超前支护套筒5和横梁伸缩套筒58，最大程度的进行铺网覆盖，保证了顶部煤层锚护安全。

在本实施例中，锚杆钻车首次采用了电液比例控制系统，包括电液行走同步控制系统、多油缸智能电液同步提升系统和锚护臂电液控制系统。

参见图13，电液行走同步控制系统主要由防爆电机、液压柱塞泵、功能阀组、液压马达、二联阀、减速器和测速装置等部件组成。以初始信号为参考，通过左侧减速器测速装置检测出左侧履带行走速度，同时通过右侧减速器测速装置检测出右侧履带行走速度，通过与初始速度比较得出两者速度差，根据速度差结合PID控制算法调整两侧马达对应二联阀开口流量，进而保证了左右两侧速度同步特性，降低了左右两侧速度差，保证了整机行走直线度。

参见图14，将高精度的位移传感器内置在平台前升降油缸49和平台后升降油缸51中，实现对油缸伸缩量的精准测量。当锚杆钻车在巷道行进过程中，平台前升降油缸49和平台后升降油缸51的伸缩量为0，智能电液控制升降平台处于最低位，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，后稳定靴41撑地，垂直升降平台2的电液控系统会根据锚护巷道断面参数自动算出该升降平台的最优运动路径，平台前升降油缸49和平台后升降油缸51动作，在油缸伸出过程中，以平台前升降油缸49伸出量为参考，前位移传感器实施监测平台前升降油缸49的伸出量，后位移传感器检测出后平台升降油缸51的伸出量，通过控制器进行PID反馈调节后平台升降油缸51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，智能电液控制系统给出电液控制信号，确保平台升高至准确锚护位置。整个过程是由电控系统全自动化控制，无需人的干预。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。

参见图15、图16，锚护臂电液控制系统包括电源、控制箱、遥控器、接收机、操作箱、防爆电液比换向阀组、至少两个转速传感器、压力传感器、位移传感器以及电器控制部分。接收机用于接受遥控器传输的信号，放置在锚护臂外套筒21上；操作箱为操作人员方便，放置于吊篮调整套筒铰接座26上，用于调整锚护大臂实现锚护作业动作；防爆电液比换向阀组包括左侧防爆电液比例换向阀10和右侧防爆电液比例换向阀13，具有防爆电器比例控制和压力补偿功能；压力传感器设置在左侧防爆电液比例换向阀10和右侧防爆电液比例换向阀13上，用于采集压力数据；转速传感器设置在左右摆动马达39、水平摆动马达40和钻箱30上，用采集马达和钻箱作业时的转速数据；位移传感器设置在钻架29上，用于采集锚护臂钻架升降位移数据；控制箱放置于电控箱6当中，包括输入接线端、控制器、输出接线端、放大器，连接电源，为接收机、操作箱防爆电液比换向阀组提供电源和驱动控制输出，为压力传感器、转速传感器、位移传感器提供电源和信号输入。同时遥控器和操作箱带钻孔所有控制功能按键，遥控器带波段选择功能，可远程操作大臂及钻架，配合自动复位稳钎机构，无需人员辅助操作进行锚杆作业，实现无线传输和手动直接操作两种方式对锚护臂电液控系统控制，进而实现锚护臂和钻架的举升、摆动和伸缩动作。

在本实施例中，通过位移传感器、压力传感器和转速传感器采集到相应的信号数据输入到控制器中，通过数据分析得出实际工作相应的工况，再利用控制器输出合理的位移、压力和速度参数，实现对后调平油缸35、外侧举升油缸20、内侧举升油缸31、左右摆动马达39、水平摆动马达40、钻箱30、钻架29的实时调节，完成工作面锚护作业。

以上所述的仅是本发明的原理和实施例。应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其他变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂，其特征在于：包括大臂铰接座（18）、大臂外套筒（21）、大臂内套筒（37）、吊篮调整套筒（27）、外侧折叠吊篮（24）、内侧折叠吊篮（25）和钻架（29），大臂铰接座（18）与垂直升降平台（2）后侧通过螺钉连接，大臂铰接座（18）上部安装有套筒铰接座（34），大臂铰接座（18）中部安装有调平油摆动座（33），大臂铰接座（18）下部两侧分别安装有内侧举升油缸座（32）和外侧举升油缸座（19），其中套筒铰接座（34）与大臂外套筒（21）铰接，大臂外套筒（21）下方布置有后调平油缸（35）、外侧举升油缸（20）和内侧举升油缸（31），后调平油缸（35）一端安装在调平油摆动座（33）上，后调平油缸（35）另一端铰接连接在大臂外套筒（21）下侧中部，外侧举升油缸（20）和内侧举升油缸（31）分别安装在内侧举升油缸座（32）和外侧举升油缸座（19）上，外侧举升油缸（20）和内侧举升油缸（31）的另一端铰接在大臂外套筒（21）前端下侧，大臂外套筒（21）内部镶嵌有大臂内套筒（37），大臂内套筒（37）的伸出端依次联接有可伸缩的钻架补偿套筒（36）、吊篮调整套筒铰接座（26）和吊篮调整套筒（27），钻架补偿套筒（36）左侧连接有前端铰接座（23），前端铰接座（23）的外侧通过销轴连接外侧折叠吊篮（24），吊篮调整套筒铰接座（26）上连接有内侧折叠吊篮（25），内侧折叠吊篮（25）内侧连接有吊篮升降油缸（38），前端铰接座（23）安装钻架（29）。

2.根据权利要求1所述的电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂，其特征在于：所述的前端铰接座（23）上依次连接左右摆动马达（39）、水平摆动马达（40），前端铰接座（23）通过这两个马达与钻架（29）连接，钻架（29）上装有钻箱（30）和自动夹钎机构（28）。

3.一种如权利要求2所述的电液控制静液压调平双缸举升吊篮式锚护大臂的控制系统，其特征在于：包括电源、控制箱、遥控器、接收机、操作箱、防爆电液比换向阀组、转速传感器、压力传感器以及位移传感器，

接收机用于接受遥控器传输的信号，接收机放置在锚护臂外套筒（21）上；

控制器放置于吊篮调整套筒铰接座（26）上；

压力传感器设置在防爆电液比例换向阀上；

左右摆动马达（39）、水平摆动马达（40）和钻箱（30）上设置有用于采集马达和钻箱作业时转速数据的转速传感器；

钻架（29）上设置有用于采集锚护臂钻架升降位移数据位移传感器；

控制箱放置于电控箱（6）当中，控制箱包括输入接线端、控制器、输出接线端和放大器，控制箱连接电源，控制箱的输出接线端为接收机、操作箱防爆电液比换向阀组提供电源和驱动控制输出，控制箱的输入接线端为压力传感器、转速传感器、位移传感器提供电源和信号输入。

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