CN112523789A - 一种双梁锚杆机械化施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双梁锚杆机械化施工装置，包括基座、钻孔单元、锚杆单元、注浆单元和锚杆库；基座上设有锚杆库支座、主轴、推进梁底座和旋转驱动件，锚杆库与锚杆库支座可转动连接，主轴可伸缩式设置且与钻孔单元、锚杆单元、注浆单元、锚杆库设置为在长度方向上相互平行，推进梁底座可转动设置在主轴上，钻孔单元和锚杆单元分别可滑动设置在推进梁底座上且对应设有补偿油缸，注浆单元通过注浆单元推进油缸设置在推进梁底座上，旋转驱动件的动力输出端与推进梁底座连接，用于带动进梁底座上的钻孔单元、锚杆单元和注浆单元绕主轴旋转。本发明可实现对中空锚杆及砂浆锚杆的钻孔、安装及注浆的全自动施工，节省人力及时间成本，保障了锚杆施工质量。

Description

一种双梁锚杆机械化施工装置

技术领域

本发明涉及支护施工技术领域，特别地，涉及一种集成化高且作业效率高的双梁锚杆机械化施工装置。

背景技术

在巷道、隧道等区域进行锚杆支护施工时，作业过程较为复杂：对于砂浆锚杆(实心螺纹钢)，首先用钻机打出锚杆孔，然后往孔内注浆，最后将锚杆插入已注好浆的孔内并锁紧；对于中空锚杆(杆体中间空心且尾部配止浆塞)，首先用钻机打出锚杆孔，然后将锚杆插入孔内，最后通过注浆管往孔内及杆内注浆，待到浆液溢出后锁紧。

现有的锚杆台车功能单一，主要用于实现钻孔并提供人工进行锚杆安装和注浆作业的操作平台，全程仍需要大量人力参与，且存在一定的安全风险。

业内现有的改进技术方案如下：

一、中国专利CN201910533789.X公开了一种用于锚杆台车的多功能锚杆送杆机构及操作方法。

该机构包括滑动轮组件、锚杆推进组件、推进油缸、软管注浆管、钢丝绳机构、导向梁和夹紧组件，导向梁安装在锚杆台车的主梁上，导向梁上安装有导轨，滑动轮组件和锚杆推进组件安装在导轨的滑块上，推进油缸用于推进滑动轮组件，钢丝绳机构使得滑动轮组件和锚杆推进组件之间产生联动效果，夹紧组件安装在导向梁的前端，用于夹取锚杆。

上述专利虽然实现了夹取、送杆和注浆的功能，但还存在如下问题：①必须增加一个工作臂以实现钻孔，投入成本增大；②当带钻孔装置的工作臂钻孔完成之后，带有锚杆装置的工作臂必须先摆放至与锚杆库停放位置平行贴近的地方，这一过程需技术人员反复操作，效率低；③由于技术人员只能在肉眼观测条件下通过操作臂架将φ22mm以上的锚杆推进至φ45mm左右的孔内，操作难度大，因此在作业前需要让臂架先准确定位到锚杆孔的位置，对位过程的操作要求很高。

二、中国专利CN201822186456.8公开了一种液压锚杆台车。

该台车包括推进梁和凿岩机，推进梁的一侧设有锚杆仓，推进梁上设有滑动导轨、卡钳装置、抓杆装置以及装杆装置，装杆装置将钻杆或锚杆在卡钳装置和锚杆仓之间进行转移，凿岩机与滑动导轨滑动连接，凿岩机包括第一滑动底座、动力装置、输出轴以及连接套，动力装置驱动输出轴进行旋转，输出轴与连接套的一端螺纹配合，连接套的另一端与钻杆或锚杆螺纹配合；卡钳装置包括由前向后依次设置的卡钎器和扶钎器。

上述专利虽然实现了钻孔和锚杆安装功能，但还存在如下问题：①未设置注浆设备，无法实现自动注浆功能；②由于锚杆是挠性的，在用机械手抓取锚杆摆动至推进梁轴线上后再将锚杆推进至孔内的过程中，存在锚杆由于重力弯曲或者夹持位置偏差导致无法每次正对孔心的情况，锚杆无法顺利进入孔内。

综上所述，业内急需一种新的锚杆施工设备，其具有结构简单、锚杆安装快速精准的优点，可实现钻孔、夹取、安装、注浆的全自动施工操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现中空锚杆及砂浆锚杆的钻孔、夹取、安装、注浆作业全自动化施工的技术方案，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种双梁锚杆机械化施工装置，包括基座以及安装在所述基座上的钻孔单元、锚杆单元、注浆单元和锚杆库；

所述基座上设有锚杆库支座、主轴、推进梁底座和旋转驱动件，所述主轴与钻孔单元、锚杆单元、注浆单元、锚杆库设置为在长度方向上相互平行，所述主轴为可伸缩结构且在尾端设有定位油缸，所述推进梁底座可转动设置在主轴上，在所述推进梁底座表面沿其转动方向设置有两个平行的滑轨，所述旋转驱动件的动力输出端与推进梁底座连接，用于带动进梁底座绕主轴旋转；

所述钻孔单元可滑动设置在其中一个滑轨上，在所述推进梁底座上设有用于实现钻孔单元动作的钻孔单元补偿油缸；

所述锚杆单元可滑动设置在另一个滑轨上，在所述推进梁底座上设有用于实现锚杆单元动作的锚杆单元补偿油缸；

所述注浆单元通过注浆单元推进油缸设置在推进梁底座上；

所述锚杆库与锚杆库支座可转动连接，用于存放多根锚杆并在旋转过程中将锚杆依次摆动至锚杆单元中心位置处用于容纳锚杆的卡槽上。

优选地，所述钻孔单元设置在远离锚杆库的一个滑轨上，所述锚杆单元设置在靠近锚杆库的一个滑轨上，所述注浆单元位于钻孔单元和锚杆单元之间；所述旋转驱动件的数量为两个，分别为旋转油缸一和旋转油缸二，所述旋转油缸二的本体固定设置在基座上且动力输出端与旋转油缸一的本体连接，所述旋转油缸一的动力输出端与推进梁底座连接。

优选地，所述推进梁底座的数量为多个且沿主轴的长度方向布置，部分推进梁底座之间还通过副轴连接以加强结构整体性。

优选地，所述钻孔单元包括沿钻进作业方向依次设置的第一推进梁、第一中间扶钎器、第一推进油缸及钢丝绳、凿岩机托盘和凿岩机设备，通过所述钻孔单元实现在岩体上开设锚杆孔。

优选地，所述锚杆单元包括沿锚杆插入方向依次设置的第二推进梁、第二中间扶钎器、第二推进油缸及钢丝绳、锚杆推进杆、推进器托盘和锚杆推进器，所述锚杆推进器中心位置处设有用于容纳锚杆的卡槽，所述卡槽与锚杆库上锚杆的转动轨迹重合，所述锚杆推进器中设有转动马达，通过所述转动马达带动锚杆旋转，所述锚杆推进杆中设有注浆管，所述注浆管与主机注浆系统相连，通过所述锚杆单元实现锚杆推进、中空锚杆注浆以及锚杆锁紧作业。

优选地，所述钻孔单元或锚杆单元还包括用于缠绕液压管路的卷盘装置。

优选地，所述注浆单元包括注浆管架、驱动马达和转轮，所述注浆管架内设有砂浆管，所述砂浆管与主机注浆系统相连，所述转轮的数量至少为两个且设置在所述砂浆管的两侧，所述转轮的周边与砂浆管的外表面接触，所述驱动马达与各转轮联动设置，使得同一侧的转轮转动方向相同而不同侧的转轮转动方向相反，通过转轮转动时产生的摩擦力带动砂浆管向前伸至锚杆孔内以实现对砂浆锚杆注浆。

优选地，多个转轮对称设置在所述砂浆管的两侧，每个转轮的周边沿周向间隔均匀地设置有齿状结构。

优选地，所述锚杆库包括旋转轴、旋转马达和锚杆卡盘，所述旋转轴与锚杆库支座连接，所述旋转马达设置在旋转轴上并用于实现旋转轴绕自身轴心轴线旋转，所述锚杆卡盘的数量为多个且沿旋转轴的长度方向布置，在所述锚杆卡盘的周向上设有多个用于放置锚杆的凹槽，在每个凹槽的开口处设有防止锚杆掉出的弹簧片。

优选地，所述基座为C型结构，所述锚杆库设置在C型结构的凹腔内，所述主轴设置在C型结构的一端，C型结构的另一端与作业台车连接。

本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、本发明装置可实现锚杆施工过程中钻孔、取杆、安装和注浆的全自动作业，节省人力和时间成本，在保证施工质量的同时，大大降低劳动强度；本发明装置中仅设有一个臂架，利用锚杆库支座、主轴、推进梁底座及各驱动设备配合完成全部施工流程，装置集成度高，占用空间小，便于在隧道等封闭空间内使用。

2、本发明装置中的钻孔单元、锚杆单元、注浆单元设置为绕同一中心轴线旋转，可实现快速定位，解决了现有技术中人工摆臂寻孔时间长、效率低的问题，且将用于带动推进梁底座转动的旋转驱动件的数量设置为两个，通过两个旋转油缸配合使不同的工作单元准确到达同一位置处，实现精准定位，装置作业可靠性高。

3、本发明装置通过在锚杆库的锚杆卡盘上设置凹槽和弹簧片以及将锚杆单元中心位置上的卡槽设置在锚杆库上锚杆的转动路径上，实现锚杆单元的自动上杆功能，且确保锚杆能正对锚杆孔，减少锚杆插入过程中的误差。

4、本发明装置在锚杆单元的锚杆推进杆中设有注浆管，同时在外部还设有单独的注浆单元，使其可适用于对中空锚杆(先锚后注)和砂浆锚杆(先注后锚)进行施工作业，一机两用，减少因更换作业设备导致的时间浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明实施例1中双梁锚杆机械化施工装置的结构图；

图2是图1中基座的正视图；

图3是图1中基座的右视图；

图4是图1中基座的俯视图；

图5是图1中钻孔单元的结构图；

图6是图1中锚杆单元的结构图；

图7是图1中锚杆库的结构图；

图8是图1中注浆单元的俯视图；

图9是图1中注浆单元的侧视图；

其中，1基座，11锚杆库支座，12主轴，13推进梁底座，131滑轨，14旋转驱动件，141旋转油缸一，142旋转油缸二，15定位油缸，16钻孔单元补偿油缸，17锚杆单元补偿油缸，18注浆单元推进油缸，19副轴，2钻孔单元，21第一推进梁，22第一中间扶钎器，23第一推进油缸，24凿岩机托盘，25凿岩机设备，3锚杆单元，31第二推进梁，32第二中间扶钎器，33第二推进油缸，34锚杆推进杆，35推进器托盘，36锚杆推进器，4注浆单元，41注浆管架，42驱动马达，43转轮，5锚杆库，51旋转轴，52旋转马达，53锚杆卡盘，54弹簧片；01锚杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1-图4，一种双梁锚杆机械化施工装置，包括基座1以及安装在所述基座1上的钻孔单元2、锚杆单元3、注浆单元4和锚杆库5。

所述基座1上设有锚杆库支座11、主轴12、推进梁底座13和旋转驱动件14。所述基座1为C型结构，所述锚杆库5与锚杆库支座11可转动连接且设置在C型结构的凹腔内，所述锚杆库5用于存放多根锚杆并在旋转过程中将锚杆依次摆动至锚杆单元中心位置处用于容纳锚杆的卡槽上，所述C型结构的一端与作业台车连接，所述主轴12设置在C型结构的另一端，且与钻孔单元2、锚杆单元3、注浆单元4、锚杆库5设置为在长度方向上相互平行，所述主轴12为可伸缩结构且在尾端设有用于实现其伸缩动作的定位油缸15。

所述推进梁底座13可转动设置在主轴12上，在所述推进梁底座13表面沿其转动方向设置有两个平行的滑轨131，所述钻孔单元2可滑动设置在远离锚杆库5的一个滑轨上，所述锚杆单元3可滑动设置在靠近锚杆库5的一个滑轨上，在所述推进梁底座13上设有用于实现钻孔单元2动作的钻孔单元补偿油缸16以及用于实现锚杆单元3动作的锚杆单元补偿油缸17，所述注浆单元4位于钻孔单元2和锚杆单元3之间且通过注浆单元推进油缸18设置在推进梁底座13上。

所述旋转驱动件14的数量为两个，分别为旋转油缸一141和旋转油缸二142，所述旋转油缸二142的本体固定设置在基座1上且动力输出端与旋转油缸一141的本体连接，所述旋转油缸一141的动力输出端与推进梁底座13连接，通过上述两个旋转油缸带动进梁底座13及其上的钻孔单元2、锚杆单元3和注浆单元4绕主轴12旋转。

在本实施例中，所述推进梁底座13的数量为三个且沿主轴12的长度方向布置，远离主轴尾端的两个推进梁底座之间通过副轴19连接以加强结构整体性。

参见图5，所述钻孔单元2包括沿钻进作业方向依次设置的第一推进梁21、第一中间扶钎器22、第一推进油缸23及钢丝绳、凿岩机托盘24和凿岩机设备25，所述第一推进梁21与对应滑轨滑动连接，所述凿岩机设备25用于在岩体上开设锚杆孔。

参见图6，所述锚杆单元3包括沿锚杆插入方向依次设置的第二推进梁31、第二中间扶钎器32、第二推进油缸33及钢丝绳、锚杆推进杆34、推进器托盘35和锚杆推进器36，所述第二推进梁31与对应滑轨滑动连接，所述锚杆推进器36用于将锚杆插入锚杆孔中，所述锚杆推进器36的中心位置处设有用于容纳锚杆的卡槽，所述卡槽与锚杆库5上锚杆的转动轨迹重合，所述锚杆推进器36中设有转动马达，通过所述转动马达带动锚杆旋转，所述锚杆推进杆34中设有注浆管，所述注浆管与主机注浆系统相连，通过所述锚杆单元3实现锚杆推进、中空锚杆注浆以及锚杆锁紧作业。

在本实施例中，所述钻孔单元2和锚杆单元3中还包括用于缠绕液压管路的卷盘装置。

参见图7，所述锚杆库5包括旋转轴51、旋转马达52和锚杆卡盘53，所述旋转轴51与锚杆库支座11连接，所述旋转马达52设置在旋转轴51上并用于实现旋转轴51绕自身轴心轴线旋转，所述锚杆卡盘53的数量为多个且沿旋转轴51的长度方向布置，在所述锚杆卡盘53的周向上设有多个用于放置锚杆的凹槽，在每个凹槽的开口处设有防止锚杆掉出的弹簧片54。

参见图8和图9，所述注浆单元4包括注浆管架41、驱动马达42和转轮43，所述注浆管架41内设有砂浆管，所述砂浆管与主机注浆系统相连，所述转轮43的数量为四个且对称设置在所述砂浆管的两侧，每个转轮的周边沿周向间隔均匀地设置有齿状结构且与砂浆管的外表面接触，所述驱动马达42与各转轮43联动设置，使得同一侧的转轮转动方向相同而不同侧的转轮转动方向相反，通过转轮转动时产生的摩擦力带动砂浆管向前伸至锚杆孔内以实现对砂浆锚杆注浆。

上述双梁锚杆机械化施工装置的工作过程如下：

一、砂浆锚杆施工流程

①定位油缸15驱动主轴12伸出以带动推进梁底座13整体前进，钻孔单元12在钻孔单元补偿油缸16的作用下进一步前进，凿岩机设备按照深度和角度要求进行钻孔作业，钻孔完成后将钻杆拉回第一推进梁21的底部；

②通过旋转油缸二142将注浆管架41转动至锚杆孔，通过注浆单元推进油缸18、驱动马达42和转轮43配合将砂浆管伸至锚杆孔内，对锚杆孔进行注浆，直至浆液溢出，通过驱动马达42和转轮43配合将砂浆管缩回；

③通过旋转马达52使锚杆库5转动，将锚杆转动至锚杆单元3的凹槽位置处，继续转动锚杆库5，使锚杆脱出并被凹槽卡接；

④通过旋转油缸一141将锚杆单元3转动至锚杆孔轴线位置，通过锚杆单元补偿油缸17和锚杆推进器36将锚杆推入锚杆孔中后退回。

二、中空锚杆施工流程

①定位油缸15驱动主轴12伸出以带动推进梁底座13整体前进，钻孔单元12在钻孔单元补偿油缸16的作用下进一步前进，凿岩机设备按照深度和角度要求进行钻孔作业，钻孔完成后将钻杆拉回第一推进梁21的底部；

②通过旋转马达52使锚杆库5转动，将锚杆转动至锚杆单元3的凹槽位置处，继续转动锚杆库5，使锚杆脱出并被凹槽卡接；

③通过旋转油缸一141和旋转油缸二142将锚杆单元3转动至锚杆孔轴线位置，通过锚杆单元补偿油缸17和锚杆推进器36将锚杆推入锚杆孔中；

④通过锚杆推进器36和锚杆推进杆34中的注浆管对中空锚杆进行注浆，直到浆液溢出，然后通过锚杆推进杆34和锚杆推进器36中的转动马达对中空锚杆进行旋转操作将中空锚杆锁紧；

⑤作业完毕后锚杆推单元退回。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，包括基座(1)以及安装在所述基座(1)上的钻孔单元(2)、锚杆单元(3)、注浆单元(4)和锚杆库(5)；

所述基座(1)上设有锚杆库支座(11)、主轴(12)、推进梁底座(13)和旋转驱动件(14)，所述主轴(12)与钻孔单元(2)、锚杆单元(3)、注浆单元(4)、锚杆库(5)设置为在长度方向上相互平行，所述主轴(12)为可伸缩结构且在尾端设有定位油缸(15)，所述推进梁底座(13)可转动设置在主轴(12)上，在所述推进梁底座(13)表面沿其转动方向设置有两个平行的滑轨(131)，所述旋转驱动件(14)的动力输出端与推进梁底座(13)连接，用于带动进梁底座(13)绕主轴(12)旋转；

所述钻孔单元(2)可滑动设置在其中一个滑轨上，在所述推进梁底座(13)上设有用于实现钻孔单元(2)动作的钻孔单元补偿油缸(16)；

所述锚杆单元(3)可滑动设置在另一个滑轨上，在所述推进梁底座(13)上设有用于实现锚杆单元(3)动作的锚杆单元补偿油缸(17)；

所述注浆单元(4)通过注浆单元推进油缸(18)设置在推进梁底座(13)上；

所述锚杆库(5)与锚杆库支座(11)可转动连接，用于存放多根锚杆并在旋转过程中将锚杆依次摆动至锚杆单元中心位置处用于容纳锚杆的卡槽上。

2.根据权利要求2所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述钻孔单元(2)设置在远离锚杆库(5)的一个滑轨上，所述锚杆单元(3)设置在靠近锚杆库(5)的一个滑轨上，所述注浆单元(4)位于钻孔单元(2)和锚杆单元(3)之间；所述旋转驱动件(14)的数量为两个，分别为旋转油缸一(141)和旋转油缸二(142)，所述旋转油缸二(142)的本体固定设置在基座(1)上且动力输出端与旋转油缸一(141)的本体连接，所述旋转油缸一(141)的动力输出端与推进梁底座(13)连接。

3.根据权利要求2所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述推进梁底座(13)的数量为多个且沿主轴(12)的长度方向布置，部分推进梁底座(13)之间还通过副轴(19)连接以加强结构整体性。

4.根据权利要求3所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述钻孔单元(2)包括沿钻进作业方向依次设置的第一推进梁(21)、第一中间扶钎器(22)、第一推进油缸(23)及钢丝绳、凿岩机托盘(24)和凿岩机设备(25)，通过所述钻孔单元(2)实现在岩体上开设锚杆孔。

5.根据权利要求3所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述锚杆单元(3)包括沿锚杆插入方向依次设置的第二推进梁(31)、第二中间扶钎器(32)、第二推进油缸(33)及钢丝绳、锚杆推进杆(34)、推进器托盘(35)和锚杆推进器(36)，所述锚杆推进器(36)中心位置处设有用于容纳锚杆的卡槽，所述卡槽与锚杆库(5)上锚杆的转动轨迹重合，所述锚杆推进器(36)中设有转动马达，通过所述转动马达带动锚杆旋转，所述锚杆推进杆(34)中设有注浆管，所述注浆管与主机注浆系统相连，通过所述锚杆单元(3)实现锚杆推进、中空锚杆注浆以及锚杆锁紧作业。

6.根据权利要求4或5所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述钻孔单元(2)或锚杆单元(3)还包括用于缠绕液压管路的卷盘装置。

7.根据权利要求3所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述注浆单元(4)包括注浆管架(41)、驱动马达(42)和转轮(43)，所述注浆管架(41)内设有砂浆管，所述砂浆管与主机注浆系统相连，所述转轮(43)的数量至少为两个且设置在所述砂浆管的两侧，所述转轮(43)的周边与砂浆管的外表面接触，所述驱动马达(42)与各转轮(43)联动设置，使得同一侧的转轮转动方向相同而不同侧的转轮转动方向相反，通过转轮转动时产生的摩擦力带动砂浆管向前伸至锚杆孔内以实现对砂浆锚杆注浆。

8.根据权利要求7所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，多个转轮(43)对称设置在所述砂浆管的两侧，每个转轮的周边沿周向间隔均匀地设置有齿状结构。

9.根据权利要求3所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述锚杆库(5)包括旋转轴(51)、旋转马达(52)和锚杆卡盘(53)，所述旋转轴(51)与锚杆库支座(11)连接，所述旋转马达(52)设置在旋转轴(51)上并用于实现旋转轴(51)绕自身轴心轴线旋转，所述锚杆卡盘(53)的数量为多个且沿旋转轴(51)的长度方向布置，在所述锚杆卡盘(53)的周向上设有多个用于放置锚杆的凹槽，在每个凹槽的开口处设有防止锚杆掉出的弹簧片(54)。

10.根据权利要求3所述双梁锚杆机械化施工装置，其特征在于，所述基座(1)为C型结构，所述锚杆库(5)设置在C型结构的凹腔内，所述主轴(12)设置在C型结构的一端，C型结构的另一端与作业台车连接。

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