CN114476505A - 皮带机托辊更换机械手 - Google Patents

Abstract

一种皮带机托辊更换机械手，其技术要点是：包括滑动配合在平移组件(61)上的推移偏转组件(64)、限位在推移偏转组件(64)上的由升降组件(63)驱动的抓取组件(62)；平移组件(61)包括支架(617)、与支架(617)同向设置的平移滑轨(612)、与支架(617)滑动配合的链轮架(613)、用于驱动链轮架(613)和支架(617)相对运动的线性驱动机构。其具有结构紧凑、使用方便等优点。

Description

皮带机托辊更换机械手

技术领域

本发明涉及矿用机械，尤其涉及一种皮带机托辊更换机械手。

背景技术

皮带机托辊更换作为煤矿、选煤厂等生产单位每日必须进行的工作之一，存在着诸多的弊端，由于没有可供利用的辅助支撑工具，工人们只能采用人抬肩扛的办法进行托辊拆卸、安装更换，有些空间狭小或胶带较重的区域，需要使用倒链将皮带机提起来才能作业，一般需要3~4个人同时作业才能完成，劳动强度大，工作效率低，存在较高的安全隐患和作业风险。

现有的不停机托辊更换装置，如申请公开号CN113084744A的发明专利申请公开的“不停机更换带式输送机托辊的小车”，该技术方案包括运送部分行走机构、回转轴承、丝杠螺母机构以及运送托辊的升降机构、两个支撑部分的支撑机构和蜗轮蜗杆传动的翻转机构以及抓取部分的伸缩机构和可180°旋转的抓手装置。

如申请公开号CN105501881A的发明专利申请公开的“高效能免停机动态更换托辊装置” ，该技术方案包括托辊基座和至少一根托辊，托辊基座上对应各所述托辊分别安装有用于支撑和更换托辊的可转动托辊架，可转动托辊架上设有转动操纵部，各可转动托辊架上分别安装有托辊，托辊基座和各所述可转动托辊架之间分别设有托辊架锁紧装置和托辊架垂直限位装置，托辊基座的侧部对应各所述托辊分别固定设有更换托辊时的托辊承接台架。

上述技术方案中，由于设计初衷仅为了简单情境下通过机械手拆装托辊，而无法实现高自由度控制机械手的作业。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种皮带机托辊更换机械手，从根本上解决了上述问题，其具有结构紧凑、使用方便等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该皮带机托辊更换机械手，其技术要点是：包括滑动配合在平移组件上的推移偏转组件、限位在推移偏转组件上的由升降组件驱动的抓取组件；平移组件包括支架、与支架同向设置的平移滑轨、与支架滑动配合的链轮架、用于驱动链轮架和支架相对运动的线性驱动机构。

进一步的，平移滑轨固定于内侧，滑轨立板并列设置在平移滑轨的外侧，滑轨立板包括用于放置线性驱动机构的空腔结构，还包括一个位于该空腔上方的设置滑槽的立板；链轮架包括一个竖直的用于铰接配合线性驱动机构一端的挡板、一个与该挡板呈一定角度布置的且一端滑动配合在滑轨立板的滑槽内的用于装配链轮的横板；链轮分设于该横板的近端和远端，其间通过链条联动；链条分别通过第一连接端子和第二连接端子与支架和底板联动。

进一步的，推移偏转组件包括两端固定在平移滑块上的底板、滑动配合在底板内的由线性驱动机构联动的滑移座、配合在底板与滑移座之间的线性驱动机构铰接在滑移座中部的由线性驱动机构联动的槽型钢。

进一步的，底板为倒“几”形，其两端分别通过平移滑块滑动配合在平移滑轨上。

进一步的，升降组件包括铰接在固定在槽型钢内的升降滑轨、滑动配合在升降滑轨上的升降滑块。

进一步的，抓取组件包括由线性驱动机构控制的相互铰接的上手爪和下手爪；上手爪与下手爪均包括相互对应的第一铰接部以及与线性驱动机构配合的第二铰接部；下手爪上设有用于配合线性驱动机构的衔接部。

进一步的，上手爪的爪体前端设有与搬运的辊体外形相配合的弧形部。

进一步的，衔接部的顶部设有安全滚轮。

本发明的有益效果：整体技术方案上，本发明能够在输送机不停机的工况下，以行走机构作为动力底盘，以发动机和液压驱动机构（液压泵站）作为其动力源工作。行走机构上由下至上依次设置升降回转机构和平台伸出机构，平台伸出机构的末端限位的可发生相对位移的伸缩托辊架机构和托辊更换机构。通过伸缩托辊架机构支撑皮带，通过托辊更换机构完成托辊更换工作。既能保证煤炭开采过程中的连续性，又能保证托辊更换过程安全可靠，极大的减轻检修人员劳动强度，减少检修维护人员，提高检修效率。

具体结构上，行走机构通过传动机构（图中未示出）将发动机输出扭矩传递至履带。履带行走机构可适应井下复杂工况环境，避免由复杂路况导致设备无法行进的风险。液压泵站在液压操控阀的控制下，控制液压执行元件动作。

升降回转机构包括由下至上依次由底盘组件、升降支架组件、回转支架组件、防偏支架组件构成的多层调节平台。底盘组件用于配合行走机构的履带总成，升降支架组件通过外凸的底盘组件的外支撑部限位其上，通过前、后升降液压缸配合升降导轨实现升降支架组件以上机构的升降。回转支架组件兼顾回转与平移两种动作，通过控制平移液压缸带动回转架沿±Y向滑动，实现回转架以上机构的整体平移。在回转液压缸的驱动下使回转架与升降调节架之间发生相对旋转。防偏支架组件的防偏支架组件一侧通过铰座组件与回转架铰接，另一侧通过侧倾调节液压缸驱动，进而调节侧倾调节架以上机构的仰角。

平台伸出机构，整体呈对称式分布，通过若干同向设置的线性驱动组联动由线性滑轨组导向的伸出支架组。线性滑轨组包括通过相应推进滑轨导向的依次配装的多级支架，各级支架在各级推进滑轨的导向配合下呈逐级缩径设置。且第一级推进滑轨支撑在位于一级支架内侧的若干滑轮上，用以提高支持力，避免三级支架前端重力导致的倾覆。各线性驱动机构设置在相邻的两级支架之间，第一级线性驱动机构一端安装在防偏支架组件上。最终实现配合在三级支架上的伸缩托辊架机构和托辊更换机构在±Y向上的滑动。

伸缩托辊架机构滑动配合在平台伸出机构末端的中部，通过支撑液压缸调整整体结构的仰角，通过调宽液压缸配合托辊架滑轨组件调整调宽支架组件之间的间距，斜托辊斜向卡接限位在调宽支架组件的内支板和外支板之间。通过支撑液压缸驱动托辊架翻转，托起上方皮带，通过调宽液压缸调整调宽支架组件外端之间的宽度，以适应不同规格的皮带的支撑工作。

托辊更换机构以对称的方式滑动配合在平台伸出机构末端外侧，包括用于配合链条和链轮等组件调整底板及其上组件沿±X向相对位置的平移缸，用于调整滑移座及其上组件沿±Y向相对位置的推进缸,用于调整槽型钢与滑移座之间夹角的摆动缸，用于调整抓取组件高度的升降缸，用于控制上手爪和下手爪张开或关闭的抓取缸。通过上述线性驱动机构，可在小范围内进一步调整抓取组件的空间位置，从而灵活应对托辊的拆装，实现不同高度、不同角度等不同位置托辊的更换。

综上所述，通过上述各机构或组件的配合，实现升降回转机构兼具沿±Z向升降，绕Z轴旋转，沿±X向和±Y向大范围平移或伸缩，沿XZ平面调节仰角，在平台伸出机构上进一步小范围伸缩，沿YZ平面调节托辊仰角等动作，从而能够保证机械手工作要求。

附图说明

图1为本发明的总装结构示意图。

图2为本发明升降回转机构的结构示意图。

图3为本发明未设置防偏支架组件的升降回转机构的结构示意图。

图4为本发明平台伸出机构的结构示意图。

图5为本发明伸缩托辊架机构的结构示意图。

图6为本发明托辊更换机构的结构示意图。

图6a为托辊更换机构平移组件的结构示意图。

图6b为托辊更换机构升降组件的结构示意图。

图6c为托辊更换机构抓取组件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1~6，通过具体实施例详细说明本发明的详细内容。该不停机托辊更换机器人包括限位在行走机构1上的升降回转机构3、限位在升降回转机构3上的平台伸出机构4、伸缩托辊架机构5、托辊更换机构6。

【行走机构 & 液压驱动机构】

为适应井下工况，行走机构1采用履带式驱动结构，履带式驱动机构的结构采用现有技术，原理与现有技术相似，以发动机11作为动力源，具体结构略。同时，配合用于线性驱动机构的液压驱动组件作为相应缸体的动力源。

【升降回转机构】

升降回转机构3包括底盘组件34、支撑在底盘组件34上的升降支架组件31、旋转配合在升降支架组件31上的回转支架组件32、铰接在回转支架组件32上的防偏支架组件33；升降支架组件31或回转支架组件32或防偏支架组件33均设置在相应线性驱动机构的输出端。

底盘组件34包括作为主支撑结构的框架，框架底部设有用于配合行走机构1的一对底梁342、框架前后侧设有与升降回转机构3配合的外支撑部341、沿行走机构1行进/后退方向设置的位于底梁342之间的上下各一对平行的骨架梁343、用于增强结构刚性的位于骨架梁343之间的横筋344。从而使得底盘组件34的底梁342、骨架梁343、横筋344构成长方体框架结构，并在该框架结构Y向的两端分别配以凸出的外支撑部341。

升降支架组件31包括一对限位在底盘组件34上的分别设有前升降液压缸311和后升降液压缸312的底部支撑梁314、设置在前升降液压缸311输出端的升降调节架313，升降调节架313的一端沿竖向的升降导轨315滑动限位。升降调节架313包括分别位于前升降液压缸311和后升降液压缸312输出端的升降边梁3131、位于升降边梁3131之间的升降纵梁3132，一侧的升降边梁3131滑动限位在升降导轨315上。

回转支架组件32包括配合在升降调节架313上的旋转底座324、与旋转底座324旋转配合的法兰盘323、固定在法兰盘323上的连接板327、与连接板327一体的回转架326、位于回转架326与升降调节架313之间的回转液压缸325。旋转底座324固定在升降纵梁3132上或设置在线性驱动机构的输出端。

作为进一步的方案，旋转底座324配合回转架滑轨321，由平移液压缸322驱动可与升降纵梁3132相对运动，进而调整回转支架组件32与升降支架组件31之间在Y向上的相对位置。

防偏支架组件33包括一端通过铰座组件331与回转架326衔接的侧倾调节架333、限位在回转架326输出端位于铰座组件331相对侧的侧倾调节液压缸332。

【平台伸出机构】

平台伸出机构4包括由线性驱动组43驱动的由线性滑轨组44导向的多级伸出支架组42（本实施例以三级伸出支架组为例进行说明，一至三级结构相互对应）。并且，二级滑轨组件442与一级支架421之间还设置了内衔接滑轨组件444，三级滑轨组件443与一级支架421之间还设置了外衔接滑轨组件445。其中内衔接滑轨组件444和外衔接滑轨组件445结构相似，包括若干固定在支架结构上的滚轮（图中未标记）、以及一端与滚轮配合的槽钢结构（图中未标记），槽钢的另一端固定在相应的二级滑轨组件442和三级滑轨组件443上。

一级推进缸431的两端分别设置在防偏支架组件33和一级支架421上，二级推进缸432的两端分别设置在一级支架421和二级支架422上，三级推进缸433的两端分别设置在二级支架422和三级支架423上。一级支架421通过一级推进滑轨441伸展，二级支架422通过二级推进滑轨442伸展，三级支架423通过三级推进滑轨443伸展，且三级推进滑轨443与一级支架421之间设置外衔接滑轨445，二级推进滑轨442与一级支架421之间设置内衔接滑轨444。内衔接滑轨444或外衔接滑轨445通过沿伸展方向线性设置的滚轮（图中未标记）导向限位，且滚轮尺寸与内衔接滑轨444或外衔接滑轨445的尺寸相配合。三级支架423内设有支架龙骨4231，二级支架422与支架龙骨4231之间设有另一滑轨组件（图中未标记），二级支架422内侧通过支架龙骨4231滑动限位在二级支架422上，二级支架422外侧滑动限位在三级推进滑轨443上。

作为另一种技术方案，则可将外衔接滑轨组件445的槽钢与三级滑轨组件443外侧整合，将内衔接滑轨组件444的槽钢与二级滑轨组件442外侧整合。但显而易见的，该方案的推进距离明显小于优选方案。

【伸缩托辊架机构】

伸缩托辊架机构5包括一对固定在安装平台41上的托辊架铰座52、铰接在托辊架铰座52上的托板53、沿托板53长度方向设置的托辊架滑轨组件54（托辊架滑轨组件54具体包括固定在托板53上的托辊架滑轨542、配合在托辊架滑轨542上的滑块541）、滑动配合在托辊架滑轨542上的调宽支架组件58、装配在调宽支架组件58之间的调宽液压缸57、位于托板53与二级支架422之间的支撑液压缸51。

调宽支架组件58包括用于安装斜托辊56的内支板581和外支板582、用于安装调宽液压缸57的支撑立板583、高度略低于调宽支架组件58的用于卡接中托辊55的焊接固定在托板53上的中间托辊架59。其中，外支板582上设有用于卡接斜托辊56一端的外卡槽5821，内支板581上设有用于卡接斜托辊56另一端的内卡槽5812，内支板581上设有用于调宽液压缸57的通孔5811。

【托辊更换机构】

托辊更换机构6包括平移组件61、抓取组件62、升降组件63、推移偏转组件64等四大部分。以下按照由下至上的顺序，对本发明皮带机托辊更换机械手的技术方案中，各组件的具体结构进行详细阐述。

平移组件61包括支架617、沿±X向布置在支架617上的平移滑轨612、并列于平移滑轨612滑动配合在滑轨立板6172上的链轮架613、铰接在链轮架613和滑轨立板6172之间的平移缸611。其中，平移滑轨612通过滑动配合的平移滑块616间接联动推移偏转组件64。支架617沿±X向布置，平移滑轨612固定于内侧，滑轨立板6172并列设置在平移滑轨612的外侧，滑轨立板6172包括用于放置平移缸611的空腔结构（图中未标记），还包括一个位于该空腔上方的设置滑槽（图中未标记）的立板（图中未标记）。链轮架613则包括一个竖直的用于铰接配合平移缸611一端的挡板、一个与该挡板呈一定角度布置的且一端滑动配合在滑轨立板6172的滑槽内的用于装配链轮614的横板。链轮614分设于该横板的近端和远端，其间通过链条615联动。链条615分别通过第一连接端子6413和第二连接端子6171与支架617和底板641联动。

线性驱动机构的伸缩直接调整链轮架613与滑轨立板6172之间的间距，通过第二连接端子6171带动链条615旋转，间接通过第一连接端子6413带动底板641的动作，进而可控制滑轨立板6172与底板641之间相对位置在±X方向上的靠近或远离，以对不同位置的托辊进行作业。

推移偏转组件64包括两端固定在平移滑块616上的底板641、滑动配合在底板641内的由线性驱动机构联动的滑移座643、配合在底板641与滑移座643之间的推进缸642铰接在滑移座643中部的由线性驱动机构联动的槽型钢645。其中，底板641为倒“几”形，其两端分别通过平移滑块616滑动配合在平移滑轨612上。为利于滑移座643的滑动配合，同时为方便制造装配，在底板641的内壁设置了一对推进滑轨6411以及相互配合的推进滑块6412，并将滑移座643两端分别与相应的推进滑块6412固定。推进缸642铰接在底板641与滑移座643之间，用于输出±Y向驱动力，以实现整个机械手在±Y方向对托辊进行作业，保证机械手与托辊的距离变化。摆动缸644铰接在槽型钢645与滑移座643之间，用于控制槽型钢645在XZ平面内的摆动角度，方便拆卸不同角度的托辊，以实现对不同角度的托辊进行作业。

升降组件63包括铰接在固定在槽型钢645内的升降滑轨632、滑动配合在升降滑轨632上的升降滑块633。抓取组件62的下手爪623上设有用于配合升降缸631的衔接部625，抓取组件62的下手爪623通过与升降滑块633固定，实现与升降组件63的联动，以实现升降组件带动抓取组件在高度上的变换，对不同高度的托辊进行作业。进一步的，衔接部625的顶部还设有安全滚轮624，可放置皮带与机械手发生碰撞而导致皮带或机械手的损坏，提高了安全性。

抓取组件62包括由线性驱动机构控制的相互铰接的上手爪622和下手爪623。具体而言，下手爪623包括平板状的爪体、依次设置在爪体上的第一下铰接部6231和第二下铰接部6232。上手爪622与下手爪623结构相似包括依次设置的第一上铰接部6221和第二上铰接部6222，区别在于其爪体前端采用了与搬运的辊体外形相配合的弧形部（图中未标记）。两爪体中部通过各自的第一铰接部铰接，后部通过各自的第二铰接部铰接在抓取缸621的两端。从而实现通过抓取缸621的伸缩，带动抓取组件62的张开和闭合，以实现抓取组件作业，对托辊进行抓取。

此外，为最大程度减少人工介入，液压驱动机构还可配合无线通讯模块与摄像头等组件，实现工作人员通过总控面板远程控制相应线性驱动机构，达到远程控制机械手拆装托辊的目的。

【其他说明】

文中提及的滑轨组件通常包括一对相互配合的滑轨凸起和滑槽结构。并且，为实现有效配合而采用了燕尾槽及相应的凸起结构。

文中的线性驱动机构如气缸、液压缸、电动螺杆、电动缸或电动推杆等，本领域普通技术人员可在综合考虑成本、线性驱动力、结构布局等因素后，根据实际需要选择相应的驱动器。实施例中均以液压缸为例，为配合液压缸，而设置了液压泵站21、液压操控阀22等结构。

文中仅为方便描述各部件的运动方向需要，而人为建立了XYZ坐标系，但本领域技术人员应当知晓的，这种相对坐标系对本发明的技术方案并不具有限定作用。

附图标记说明：

1 行走机构、11 发动机；

2 液压驱动机构、21 液压泵站、22 液压操控阀；

3 升降回转机构、31 升降支架组件、311 前升降液压缸、312 后升降液压缸、313升降调节架、3131 升降边梁、3132 升降纵梁、314 底部支撑梁、315 升降导轨、32 回转支架组件、321 回转架滑轨、322 平移液压缸、323 法兰盘、324 旋转底座、325 回转液压缸、326 回转架、327 连接板、33 防偏支架组件、331 铰座组件、332 侧倾调节液压缸、333 侧倾调节架、34 底盘组件、341 外支撑部、342 底梁、343 骨架梁、344 横筋；

4 平台伸出机构、41 安装平台、42 伸出支架组、421 一级支架、422 二级支架、423 三级支架、4231 支架龙骨、43 线性驱动组、431 一级推进缸、432 二级推进缸、433 三级推进缸、44 线性滑轨组、441 一级推进滑轨、442 二级推进滑轨、443 三级推进滑轨、444内衔接滑轨、445 外衔接滑轨；

5 伸缩托辊架机构、51 支撑液压缸、52 托辊架铰座、53 托板、54 托辊架滑轨组件、541 滑块、542 托辊架滑轨、55 中托辊、56 斜托辊、57 调宽液压缸、58 调宽支架组件、581 内支板、5811 通孔、5812 内卡槽、582 外支板、5821 外卡槽、583 支撑立板、59 中间托辊架；

6 托辊更换机构、61 平移组件、611 平移缸、612 平移滑轨、613 链轮架、6131 立板、614 链轮、615 链条、616 平移滑块、617 支架、6171 第二连接端子、6172 滑轨立板、62抓取组件、621 抓取缸、622 上手爪、6221 第一上铰接部、6222 第二上铰接部、623 下手爪、6231 第一下铰接部、6232 第二下铰接部、624 安全滚轮、625 衔接部、63 升降组件、631 升降缸、632 升降滑轨、633 升降滑块、64 推移偏转组件、641 底板、6411 推进滑轨、6412 推进滑块、6413 第一连接端子、642 推进缸、643 滑移座、644 摆动缸、645 槽型钢。

Claims (8)

1.一种皮带机托辊更换机械手，其特征在于：包括滑动配合在平移组件(61)上的推移偏转组件(64)、限位在推移偏转组件(64)上的由升降组件(63)驱动的抓取组件(62)；

平移组件(61)包括支架(617)、与支架(617)同向设置的平移滑轨(612)、与支架(617)滑动配合的链轮架(613)、用于驱动链轮架(613)和支架(617)相对运动的线性驱动机构。

2.根据权利要求1所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：平移滑轨(612)固定于内侧，滑轨立板(6172)并列设置在平移滑轨(612)的外侧，滑轨立板(6172)包括用于放置线性驱动机构的空腔结构，还包括一个位于该空腔上方的设置滑槽的立板(6131)；链轮架(613)包括一个竖直的用于铰接配合线性驱动机构一端的挡板、一个与该挡板呈一定角度布置的且一端滑动配合在滑轨立板(6172)的滑槽内的用于装配链轮(614)的横板；链轮(614)分设于该横板的近端和远端，其间通过链条(615)联动；链条(615)分别通过第一连接端子(6413)和第二连接端子(6171)与支架(617)和底板(641)联动。

3.根据权利要求1所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：推移偏转组件(64)包括两端固定在平移滑块(616)上的底板(641)、滑动配合在底板(641)内的由线性驱动机构联动的滑移座(643)、配合在底板(641)与滑移座(643)之间的线性驱动机构铰接在滑移座(643)中部的由线性驱动机构联动的槽型钢(645)。

4.根据权利要求3所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：底板(641)为倒“几”形，其两端分别通过平移滑块(616)滑动配合在平移滑轨(612)上。

5.根据权利要求1所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：升降组件(63)包括铰接在固定在槽型钢(645)内的升降滑轨(632)、滑动配合在升降滑轨(632)上的升降滑块(633)。

6.根据权利要求1所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：抓取组件(62)包括由线性驱动机构控制的相互铰接的上手爪(622)和下手爪(623)；上手爪(622)与下手爪(623)均包括相互对应的第一铰接部以及与线性驱动机构配合的第二铰接部；下手爪(623)上设有用于配合线性驱动机构的衔接部(625)。

7.根据权利要求6所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：上手爪(622)的爪体前端设有与搬运的辊体外形相配合的弧形部。

8.根据权利要求6或7所述的皮带机托辊更换机械手，其特征在于：衔接部(625)的顶部设有安全滚轮(624)。

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