CN111911154A - 一种龙门式掘护锚机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械领域，具体涉及一种龙门式掘护锚机器人系统，包括截割机器人、临时支护机构、钻锚机器人I、钻锚机器人II、钻锚机器人III、运输装置；截割机器人、临时支护机构位于系统前部，钻锚机器人I、钻锚机器人II、钻锚机器人III依次布置于截割机器人后侧，钻锚机器人I、钻锚机器人II和钻锚机器人III独立行走，确保系统能够及时支护。本发明龙门式掘护锚机器人系统能够充分适应巷道环境，有效提高支护质量和速度，促进掘进效率，减少工作人员，保证安全生产，对有效解决复杂地质条件下巷道快速掘进技术难题具有重要意义。

Description

一种龙门式掘护锚机器人系统
技术领域
本发明涉及机械领域，具体涉及一种龙门式掘护锚机器人系统。
背景技术
随着开采技术与装备得到发展，煤矿开采能力与效率不断提高，然而巷道掘进技术与装备相对综采发展滞后，煤炭企业普遍存在采掘比例失调的问题，同时，快速掘进过程中，掘进与支护不平衡的问题也日益凸显。
近年中国煤矿机械化生产情况年度报告统计，在1个作业循环中，支护时间占循环总时间的1/2，掘进时间占1/3，工作准备时间及机械故障时间占1/6，掘进快而支护慢的问题成为影响煤矿快速掘进的关键问题，为此，需要进一步研究煤巷快速掘进的有关技术与装备，以便满足安全高效采煤与掘进的需要。
目前现有的配套装备主要是悬臂式掘进机+单体锚杆钻机配套作业系统，连续采煤机+锚杆钻车配套作业系统和掘锚一体机作业系统；悬臂式掘进机+单体锚杆钻机配套作业系统掘进科学系统水平不高，而且机械化能力较低，许多掘进工序仍旧需要人工进行作业，由于这些工序分散，需要大量的准备时间，效率低下；连续采煤机+锚杆钻车配套作业系统只能应用于双巷，对地质条件要求较高，且操作工序繁琐，需要作业线操作员工的专业程度和熟练程度高；掘锚一体机作业系统设备体积庞大，不仅导致掘进工作面中的安全通道面积缩减，而且在遇到底板不稳固的区域时，极易陷入其中，工作人员需要耗费大量的时间将其挖掘出，适应在地质条件较好的地区，实际应用效果不佳。
通过上述分析可知，影响掘进效率的问题的因素主要是掘进与支护的不平衡，掘进过程中支护需要花费大量时间且装备不够完全的机械化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种龙门式掘护锚机器人系统，。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种龙门式掘护锚机器人系统，包括截割机器人、临时支护机构、钻锚机器人I、钻锚机器人II、钻锚机器人III和运输装置；截割机器人、临时支护机构位于系统前部，钻锚机器人I、钻锚机器人II、钻锚机器人III、工作人员和运输装置依次布置于截割机器人后侧，钻锚机器人I、钻锚机器人II和钻锚机器人III独立行走，确保系统实现及时锚护；截割机器人、临时支护机构每完成2个截距的截割任务后，与运输装置一起前进一个截距；人工上锚网，钻锚机器人I前进一个排距，撑开侧帮护盾，升起液压支撑架支撑锚网至巷道顶部，开始锚索支护作业；同时，钻锚机器人II紧跟钻锚机器人I前进一个排距，升起液压支撑架至顶板框架顶紧巷道顶部，并开始锚杆支护作业；同时，钻锚机器人III紧跟钻锚机器人II前进一个排距，升起液压支撑架至顶板框架III顶紧巷道顶部，并开始剩余锚杆支护作业；如此循环作业机器人系统可完成煤矿巷道掘进、临时支护、永久支护一系列工序的任务。
进一步地，所述的临时支护机构包括左侧传动带机构，中间传动带机构，右侧传动带机构，左侧传动带机构，中间传动带机构，右侧传动带机构通过临时支护框架和传动轴链接在一起，四个液压缸上端与临时支护框架铰接，把三个传动带机构顶起，使三个传动带机构的顶端钢板与顶板接触，四个液压缸下端与截割机器人铰接。截割机器人通过四个液压缸支撑临时支护机构，形成临时支护区域，为截割机器人及工作人员提供一个安全工作空间。
进一步地，左侧传动带机构包括传动轮、临时支护框架、钢板、传动轴；钢板依次排布于两个临时支护框架的中间，截割机器人向前移动一个截距时，通过四个液压缸推动临时支护框架，产生一个向前的推力实现左侧传动带机构的顶端钢板贴紧巷道顶板，但不发生位移，产生摩擦力，随后使钢板围绕传动轴以及传动轮被动旋转，左侧传动带机构前端的钢板向上旋转，逐个与顶板接触，而左侧传动带机构后端的钢板向下旋转，逐个脱离顶板，以实现左侧传动带机构向前移动；
右侧传动带机构、中间传动带机构与左侧传动带机构结构和工作原理相同，三个传动带机构共同向前移动完成临时支护任务。
进一步地，所述的钻锚机器人I包括顶部机构I、布置在顶部机构I左右两侧的左侧机构I和右侧机构I、布置在顶部机构I下方的中间横架I、配重机构以及后支撑框架；左侧机构I的左帮锚钻机I完成左帮锚杆支护任务，右侧机构I的左帮锚钻机I完成左帮锚杆支护任务，顶部机构I的顶锚钻机I完成顶板锚杆支护任务；
进一步地，所述的钻锚机器人II包括顶部机构II，分别布置在顶部机构II左右两侧的左侧机构II、右侧机构II以及布置在顶部机构II下方的中间横架II；左侧机构II的左帮锚钻机II距钻锚机器人I的侧帮钻机5个排距处完成左帮锚索支护任务；右侧机构II与左侧机构对称布置在截割机器人与临时支护机构的两侧，右帮锚钻机II距钻锚机器人I的侧帮钻机4个排距处完成右帮锚索支护任务；顶部机构II的顶锚钻机II完成顶部锚索支护任务；
进一步地，所述的钻锚机器人III包括左侧机构III、右侧机构III、中间横架III以及顶部机构III；左侧机构III的左帮锚钻机III距钻锚机器人II的侧帮钻机4个排距处完成巷道左帮剩余锚杆支护任务；右侧机构III的右帮锚钻机III距钻锚机器人II的侧帮钻机4个排距处完成巷道右帮剩余锚杆支护任务；顶部机构III的顶锚钻机III距钻锚机器人II的侧帮钻机2个排距处完成顶部锚索支护任务。
本发明具有以下有益效果：
(1)截割机器人可连续截割，可配合临时支护机构实现及时临时支护空顶区域，缩短空顶距离，钻锚机器人I，钻锚机器人II，钻锚机器人III依次前进实现永久支护空顶区域；
(2)钻锚机器人I，钻锚机器人II，钻锚机器人III均采用龙门式结构，双层横梁架构，保证机架的强度和稳定性，履带行走，支撑液压支架调节整机高度和角度，适应巷道坡度能力强，机器人系统稳定性强；
(3)基于锚杆长度设计的可伸缩钻机机构，顶板钻机可实现左右滑移、左右旋转及前后微调，侧帮钻机：可实现上下滑移、上下旋转及前后微调，避免设备之间干涉，适应顶板及侧帮凸凹不平的情况。
(4)钻锚机器人I，钻锚机器人II，钻锚机器人III一共布置6排11个钻机，钻机并行作业完成锚索，锚杆支护任务，提高支护效率；
(5)钻锚机器人顶部布置支护液压缸和橡胶钉，增加巷道坡度的适应性；
(6)根据钻锚任务以及空间布局可合理设计钻锚工序，保证支护效率。
附图说明
图1为本发明实施例龙门式掘护锚机器人系统的整体结构示意图。
图2为本发明实施例中截割机器人I的结构示意图。
图3为本发明实施例中临时支护机构的结构示意图。
图4为本发明实施例中临时支护机构的左侧传动带机构结构示意图。
图5为本发明实施例中钻锚机器人I的结构示意图。
图6为本发明实施例中钻锚机器人II的结构示意图。
图7为本发明实施例中钻锚机器人III的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-图2所示，一种龙门式掘护锚机器人系统包括截割机器人1、临时支护机构12、钻锚机器人I2、钻锚机器人II3、钻锚机器人III4和运输装置5；截割机器人1、临时支护机构12位于系统前部，钻锚机器人I2、钻锚机器人II3、钻锚机器人III4、工作人员5和运输装置6依次布置于截割机器人1后侧，钻锚机器人I2、钻锚机器人II3和钻锚机器人III4独立行走，确保系统实现及时锚护；截割机器人1、临时支护机构12每完成2个截距的截割任务后，与运输装置6一起前进一个截距；人工上锚网，钻锚机器人I2前进一个排距，撑开侧帮护盾，升起液压支撑架支撑锚网至巷道顶部，开始锚索支护作业；同时，钻锚机器人II3紧跟钻锚机器人I2前进一个排距，升起液压支撑架至顶板框架331顶紧巷道顶部，并开始锚杆支护作业；同时，钻锚机器人III4紧跟钻锚机器人II3前进一个排距，升起液压支撑架至顶板框架III432顶紧巷道顶部，并开始剩余锚索和锚杆支护作业；如此循环作业机器人系统可完成煤矿巷道掘进、临时支护、永久支护一系列工序的任务。
如图3所示，临时支护机构12包括左侧传动带机构121，中间传动带机构122，右侧传动带机构123，左侧传动带机构121，中间传动带机构122，右侧传动带机构123通过临时支护框架1211和传动轴1212链接在一起，四个液压缸124上端与临时支护框架1211铰接，把三个传动带机构顶起，使三个传动带机构的顶端钢板1213与顶板接触，四个液压缸124下端与截割机器人11铰接，依靠截割机器人11支撑整个临时支护，配合截割机器人11完成临时支护任务；
如图4所示，左侧传动带机构121包括传动轮1214、临时支护框架1211、钢板1213、传动轴1212；钢板1213依次排布于两个临时支护框架1211的中间，截割机器人11向前移动一个截距时，通过四个液压缸124推动临时支护框架1211，产生一个向前的推力实现左侧传动带机构121的顶端钢板1213贴紧巷道顶板，但不发生位移，产生摩擦力，随后使钢板1213围绕传动轴1212以及传动轮1214被动旋转，左侧传动带机构121前端的钢板1213向上旋转，逐个与顶板接触，而左侧传动带机构121后端的钢板1213向下旋转，逐个脱离顶板，以实现左侧传动带机构121向前移动；
右侧传动带机构123、中间传动带机构122与左侧传动带机构121结构和工作原理相同，三个传动带机构共同向前移动完成临时支护任务。
如图5所示，钻锚机器人I2包括顶部机构I23、布置在顶部机构I23左右两侧的左侧机构I21和右侧机构I24、布置在顶部机构I23下方的中间横架I22、配重机构25以及后支撑框架26；左侧机构I21的左帮锚钻机I29完成左帮锚杆支护任务，右侧机构I24的左帮锚钻机I27完成左帮锚杆支护任务，顶部机构I23的顶锚钻机I28，30完成顶板锚杆支护任务；
如图6所示，钻锚机器人II3包括顶部机构II33，分别布置在顶部机构II33左右两侧的左侧机构II31、右侧机构II34以及布置在顶部机构II33下方的中间横架32II；左侧机构II31的左帮锚钻机II37距钻锚机器人I2的侧帮钻机5个排距处完成左帮锚索支护任务；右侧机构II与左侧机构对称布置在截割机器人与临时支护机构的两侧，右帮锚钻机II35距钻锚机器人I2的侧帮钻机4个排距处完成右帮锚索支护任务；顶部机构II33的顶锚钻机II36，38完成顶部锚索支护任务；
如图7所示，钻锚机器人III4包括左侧机构III41、右侧机构III44、中间横架III42以及顶部机构III43；左侧机构III41的左帮锚钻机III47距钻锚机器人II4的侧帮钻机4个排距处完成巷道左帮剩余锚杆支护任务；右侧机构III44的右帮锚钻机III45距钻锚机器人II4的侧帮钻机4个排距处完成巷道右帮剩余锚杆支护任务；顶部机构III43的顶锚钻机III46距钻锚机器人II3的侧帮钻机2个排距处完成顶部锚索支护任务。
本具体实施的龙门式掘护锚机器人系统的工作流程如下：
截割机器人+临时支护机构位于巷道中间，机器人系统前部，作业时，从巷道顶板开始截割到底板，一次掘进一半截距左右，实现一个截距的截割任务后，截割机器人前进一个截距，通过四个液压缸推动临时支护框架，产生一个向前的推力。此时三个传动机构顶端的钢板与顶板接触，但不发生位移，产生摩擦力，使三个传动带机构被动旋转，三个传动带机构前端的钢板向上旋转，逐个与顶板接触，而三个传动带机构后端的钢板向下旋转，逐个脱离顶板，以实现三个带传动机构向前移动。同时临时支护机构始终不离开巷道顶板超前临时支护空顶区域，前移一个截距后，重复上述步骤完成第二个截距的截割任务。
钻锚机器人I前端位于距掘进的工作面一定空顶距处，待掘进机截割一个截距后，钻锚机器人I，钻锚机器人II、钻锚机器人III紧跟临时支护机构前进一个排距，人工上锚网后，钻锚机器人I撑起侧帮护盾与支撑液压缸，保护未支护的巷道顶板与帮部；支护锚网时，根据钻锚任务设计的钻锚工序，钻锚作业总共涉及了有6排钻机，第1排设计了有2台顶锚钻机，第2排设计有2台帮锚钻机，第3排设计了有2台顶锚钻机，第4排设计有2台帮锚钻机，第5排设计了有1台顶锚钻机，第6排设计有2台帮锚钻机，其中，第1钻时具体工作步骤为：
第1、3、5排钻机通过左右滑动导轨滑动其左右滑移至指定钻锚位置，顶锚钻机通过液压摆动油缸旋转顶锚钻机至指定钻锚位置，工作人员站立于顶锚钻机后侧，人工安装钻杆与锚杆后，可完成顶部锚杆和锚索任务；
第2、4、6排钻机通过液压摆动油缸旋转帮锚钻机至指定钻锚位置，升降滑块带动钻机沿升降导轨垂直上下移动至指定钻锚位置，工作人员站立于钻机后侧，人工安装锚杆后，可完成侧帮锚杆和锚索任务。
如此循环作业机器人系统可完成煤矿巷道掘进、临时支护、永久支护一系列工序的任务。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种龙门式掘护锚机器人系统，其特征在于：包括截割机器人(1)、临时支护机构(12)、钻锚机器人I(2)、钻锚机器人II(3)、钻锚机器人III(4)和运输装置(5)；截割机器人(1)和临时支护机构(12)位于系统前部，钻锚机器人I(2)、钻锚机器人II(3)、钻锚机器人III(4)、工作人员(5)和运输装置(6)依次布置于截割机器人(1)后侧，钻锚机器人I(2)、钻锚机器人II(3)和钻锚机器人III(4)独立行走，确保系统实现及时锚护；截割机器人(1)、临时支护机构(12)每完成2个截距的截割任务后，与运输装置(6)一起前进一个截距；人工上锚网，钻锚机器人I(2)前进一个排距，撑开侧帮护盾，升起液压支撑架支撑锚网至巷道顶部，开始锚索支护作业；同时，钻锚机器人II(3)紧跟钻锚机器人I(2)前进一个排距，升起液压支撑架至顶板框架(331)顶紧巷道顶部，并开始锚杆支护作业；同时，钻锚机器人III(4)紧跟钻锚机器人II(3)前进一个排距，升起液压支撑架至顶板框架III(432)顶紧巷道顶部，并开始剩余锚杆支护作业；如此循环作业机器人系统可完成煤矿巷道掘进、临时支护、永久支护一系列工序的任务。
2.如权利要求1所述的一种龙门式掘护锚机器人系统，其特征在于：所述临时支护机构(12)包括左侧传动带机构(121)，中间传动带机构(122)，右侧传动带机构(123)，左侧传动带机构(121)，中间传动带机构(122)，右侧传动带机构(123)通过临时支护框架(1211)和传动轴(1212)链接在一起，四个液压缸(124)上端与临时支护框架(1211)铰接，把三个传动带机构顶起，使三个传动带机构的顶端钢板(1213)与顶板接触，四个液压缸(124)下端与截割机器人(11)铰接，依靠截割机器人(11)支撑整个临时支护，配合截割机器人(11)完成临时支护任务。
3.如权利要求2所述的一种龙门式掘护锚机器人系统，其特征在于：所述的左侧传动带机构(121)包括传动轮(1214)、临时支护框架(1211)、钢板(1213)、传动轴(1212)；钢板(1213)依次排布于两个临时支护框架(1211)的中间，截割机器人(11)向前移动一个截距时，通过四个液压缸(124)推动临时支护框架(1211)，产生一个向前的推力实现左侧传动带机构(121)的顶端钢板(1213)贴紧巷道顶板，但不发生位移，产生摩擦力，随后使钢板(1213)围绕传动轴(1212)以及传动轮(1214)被动旋转，左侧传动带机构(121)前端的钢板(1213)向上旋转，逐个与顶板接触，而左侧传动带机构(121)后端的钢板(1213)向下旋转，逐个脱离顶板，以实现左侧传动带机构(121)向前移动；
右侧传动带机构(123)、中间传动带机构(122)与左侧传动带机构(121)结构和工作原理相同，三个传动带机构共同向前移动完成临时支护任务。
4.如权利要求1所述的一种龙门式掘护锚机器人系统，其特征在于：所述的钻锚机器人I(2)包括顶部机构I(23)、布置在顶部机构I(23)左右两侧的左侧机构I(21)和右侧机构I(24)、布置在顶部机构I(23)下方的中间横架I(22)、配重机构(25)以及后支撑框架(26)；左侧机构I(21)的左帮锚钻机I(29)完成左帮锚杆支护任务，右侧机构I(24)的左帮锚钻机I(27)完成左帮锚杆支护任务，顶部机构I(23)的顶锚钻机I(28，30)完成顶板锚杆支护任务。
5.如权利要求1所述的一种龙门式掘护锚机器人系统，其特征在于：所述的钻锚机器人II(3)包括顶部机构II(33)，分别布置在顶部机构II(33)左右两侧的左侧机构II(31)、右侧机构II(34)以及布置在顶部机构II(33)下方的中间横架(32)II；左侧机构II(31)的左帮锚钻机II(37)距钻锚机器人I(2)的侧帮钻机5个排距处完成左帮锚索支护任务；右侧机构II与左侧机构对称布置在截割机器人与临时支护机构的两侧，右帮锚钻机II(35)距钻锚机器人I(2)的侧帮钻机4个排距处完成右帮锚索支护任务；顶部机构II(33)的顶锚钻机II(36，38)完成顶部锚索支护任务。
6.如权利要求1所述的一种龙门式掘护锚机器人系统，其特征在于：所述的钻锚机器人III(4)包括左侧机构III(41)、右侧机构III(44)、中间横架III(42)以及顶部机构III(43)；左侧机构III(41)的左帮锚钻机III(47)距钻锚机器人II(4)的侧帮钻机4个排距处完成巷道左帮剩余锚杆支护任务；右侧机构III(44)的右帮锚钻机III(45)距钻锚机器人II(4)的侧帮钻机4个排距处完成巷道右帮剩余锚杆支护任务；顶部机构III(43)的顶锚钻机III(46)距钻锚机器人II(3)的侧帮钻机2个排距处完成顶部锚索支护任务。
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