CN116856978A - 一种电缸驱动煤矿锚杆钻架 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，属于煤矿井下智能锚杆机的技术领域；包括进给电缸、支撑柱电缸、框架、推进架‑链条组件、支撑柱、钻箱组件，以及用于检测钻架位移的编码器安装体。电缸通过电机‑减速器提供动力，内部运动机构将旋转运动转换为直线运动，推动推进架‑链条组件和支撑柱上下往复运动。进给电缸与支撑柱电缸的下端分别通过螺纹固定安装于框架的电缸底座上。电缸中安装力传感器，实时监测电缸的工作负载变化。搭载了霍尔位移传感器，可控制电缸到位后自动返回。推进架‑链条组件在举升过程中，用链条抬升钻箱组件，实现双倍行程位移进给。编码器安装体与链轮轴固定，通过检测编码器旋转角度，间接得到推进架及电缸的伸出长度。

Description

一种电缸驱动煤矿锚杆钻架

技术领域

本发明属于煤矿井下智能锚杆机的技术领域，具体公开了一种电缸驱动煤矿锚杆钻架。

背景技术

在现代化矿井安全生产中，锚杆支护是目前煤矿巷道经济有效的支护方式，具有支护效果好、支护成本低、成巷速度快等优点。而机载锚杆机作为重要的支护设备被广泛运用；锚杆钻车、掘锚一体机和掘锚机所搭载的机载锚杆机，其锚钻系统大多采用液压锚杆钻架进行打孔，以液压源作为主要驱动方式，主要由液压泵、液压马达、液压油缸、平衡阀、过滤器、油箱等元部件组成，系统复杂，故障点多，且液压油一旦泄露容易对环境造成污染，故对锚杆钻架的要求较高；随着新材料、电机技术、高效率机械传动以及伺服控制技术的不断发展，以电缸为代表的机电作动器被广泛应用于各行各业。伺服电缸是一种通过伺服电机将电能转换为机械能，并通过丝杆将旋转运动转换为直线运动的执行机构。具有承载力强、体积小、精度高、易安装维护、环境适应性强等优点。

本发明对标锚杆钻架对液压系统的技术要求，设计一种大推力电缸驱动型锚杆钻架，在一定程度上代替液压系统。在电缸设计过程中加入了霍尔位移传感器、力传感器、编码器作为反馈控制的手段，以达到对电缸位移的实时检测、控制和快速响应。

发明内容

本发明设计一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，目的是为井下智能锚杆机的驱动方式提供更多选择，以适应巷道支护复杂多变条件，改善煤矿工人的作业环境；

为实现上述目的，本发明提供一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，包括进给电缸、支撑柱电缸、支撑柱、框架、推进架-链条组件，钻箱组件，以及用于实时检测钻架伸出长度的编码器安装体；

所述进给电缸包括电缸耳环、力传感器、传力环、进给电缸活塞杆、前底座、外壳、注油口、后底座、行星减速器、电机、位移传感器防护板、紧固底座螺栓、进给电缸联轴器、进给电缸丝杠、挡圈、进给电缸限位内齿圈、进给电缸滚柱、磁通感应环、进给电缸螺母、磁瓦。外壳侧面开槽，安装位移传感器防护板，前部安装磁通感应环。磁通感应环中开槽，安装霍尔位移传感器，缸筒开槽位置安装传感器的引出信号线，隐藏在盖板之下。盖板通过螺钉固定在缸筒外壳开槽上；

所述支撑柱电缸包括电缸耳环、支撑柱传力环、支撑柱电缸活塞杆、紧固底座螺栓、支撑柱缸筒、后底座、行星减速器、前底座、电机、支撑柱挡圈、支撑柱滚柱、支撑柱螺母、支撑柱内齿圈、支撑柱丝杠、联轴器。电机-减速器给支撑柱丝杠提供旋转运动，支撑柱螺母与支撑柱滚柱互相配合将支撑柱丝杠的旋转运动转换为直线运动，从而推动支撑柱电缸活塞杆前进。前底座被紧固底座螺栓贯通，连接到后底座上；

所述框架包括固定体、电缸底座、中置导向体、楔形夹板、链条固定件；电缸底座和中置导向体均安装在固定体上，电缸底座通过螺纹连接件安装于固定体的底部，中置导向体通过螺纹连接件安装于固定体的上方链条固定件总共四个分别安装在中置导向体的四角；

所述推进架-链条组件包括推进架顶板，框架导向柱，链轮固定座，推进架底板，轴承，链轮，导向连接板，钻箱电机支撑座，钻箱连接件，导向连接板耳板，上链条，下链条，推进架顶部连接耳，钻箱导向柱，链轮轴。推进架由推进架顶板、推进架底板、两根框架导向柱、两根钻箱导向柱组成。导向柱两端加工台阶，上端无螺纹，下端有螺纹。导向柱上端插入推进架顶板，下端长度略伸出推进架底板，由螺母固定。导向连接板、钻箱连接件和钻箱电机支撑座焊接，承托钻箱组件。导向连接板套在钻箱导向柱上由上下链条带动从而实现上下滑动。导向连接板与钻箱导向柱之间由耐磨轴瓦作为媒介减小摩擦。所述链轮固定座分别安装于顶板以及底板的两侧，链轮固定座两侧镶嵌轴承，中间安装有链轮轴及限位套筒，链轮轴上安装有链轮，链条一端绕过双侧链轮固定座上的链轮连接到导向连接板上的导向连接板耳板，另一端连接到中置导向体上的链条固定件。所述推进架顶部连接耳与进给电缸的电缸耳环通过销轴连接；

所述支撑柱包括套筒前导向板、套筒后板、套筒侧板、上板、销轴、销轴卡板。套筒前导向板与套筒侧板以及套筒后板焊接为一体式结构，销轴通过销轴卡板限位，销轴卡板用螺纹固定；

所述钻箱组件包括钻箱和电机以及减速器，三者通过螺栓依次连接；

所述所述编码器安装体包括过渡联轴器，帽型安装支架，编码器，上述零件通过螺纹连接。所述编码器安装在帽型安装支架上，帽型安装支架通过螺钉固定在推进框架一侧的链条固定座侧面。编码器与链轮轴通过过渡联轴器连接，实时监测链轮轴的转动角度，并且经过计算换算为推进架-链条组件的实时行程；

所述进给电缸和支撑柱电缸通过螺纹分别安装在框架的电缸底座上。所述推进架-链条组件的框架导向柱在框架中置导向体中上下滑动，所述支撑柱的套筒前导向板在楔形夹板形成的轨道中上下滑动。进给电缸，支撑柱电缸分别以销轴连接的形式和推进架-链条组件，支撑柱连接。所述钻箱组件由导向连接板，钻箱电机支撑座，钻箱连接件共同固定。所述编码器安装体通过过渡联轴器和链轮轴连接固定在推进架-链条组件上。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明具有霍尔位移传感器，安装在外壳侧面，螺母搭载了磁瓦，磁瓦接近传感器到20mm以内触发传感器切换工作电压，控制丝杠反转，螺母可以带动活塞杆自动退回，实现了工作流程的自动控制，一定程度上减少了工人工作量；

2、本发明具有编码器安装体，通过实时监测链轮轴的旋转角度，经过计算之后得到推进架-链条组件的伸出长度，多途径获取钻架的实时工作状态数据；

3、本发明具有力传感器，可以实时监测并传输电缸在工作过程中负载的变化曲线，给工作人员更多的信息判断机器运行状态；

4、本发明中电缸使用的传动机构为标准式行星滚柱丝杠，丝杠与滚柱的接触面积大，具有承载力强、工作稳定、寿命长的优点；

5、本发明中具有倍进行程机构，由框架、推进架-链条组件、进给电缸。钻箱组件共同组成，在减小了总体体积的前提下，实现了钻箱的提升；

6、本发明使用电能作为动力源，利用电机和减速器为电缸及钻箱工作提供旋转运动，具有清洁及易于维修更换的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中进给电缸结构示意图；

图3为本发明中进给电缸内部剖视图；

图4为本发明中支撑柱电缸结构示意图；

图5为本发明中支撑柱电缸内部剖视图；

图6为本发明中框架结构示意图；

图7为本发明中推进架-链条组件结构示意图；

图8为本发明中支撑柱结构示意图；

图9为本发明中钻箱组件结构示意图；

图10为本发明中编码器安装体结构及安装方式示意图。

图中：1为进给电缸，1.1为电缸耳环，1.2为力传感器，1.3为传力环，1.4为进给电缸活塞杆，1.5为前底座，1.6为外壳，1.7为注油口，1.8为后底座，1.9为行星减速器，1.10为电机，1.11为位移传感器防护板，1.12为紧固底座螺栓，1.13为进给电缸联轴器，1.14为进给电缸丝杠，1.15为挡圈，1.16为进给电缸限位内齿圈，1.17为进给电缸滚柱，1.18为磁通感应环，1.19为进给电缸螺母，1.20为磁瓦，1.21为霍尔位移传感器；

2为支撑柱电缸组件，2.1为电缸耳环，2.2为支撑柱传力环，2.3为支撑柱电缸活塞杆，2.4为紧固底座螺栓，2.5为支撑柱缸筒，2.6为后底座，2.7为行星减速器，2.8为电机，2.9为前底座，2.10为支撑柱挡圈，2.11为支撑柱滚柱，2.12为支撑柱内齿圈，2.13联轴器，2.14为支撑柱丝杠、2.15为支撑柱螺母；

3为框架，3.1为电缸底座，3.2为固定体，3.3为楔形夹板，3.4为中置导向体，3.5为链条固定件；

4为推进架-链条组件，4.1推进架顶板，4.2为框架导向柱，4.3为链轮固定座，4.4为推进架底板，4.5为轴承，4.6为链轮，4.7为导向连接板，4.8钻箱电机支撑座，4.9为钻箱连接件，4.10为导向连接板耳板，4.11为上链条，4.12为下链条，4.13为推进架顶部连接耳，4.14为钻箱导向柱，4.15为链轮轴；

5为支撑柱，5.1为套筒前导向板，5.2为上板，5.3为套筒侧板，5.4为套筒后板，5.5为销轴，5.6为销轴卡板；

6为钻箱组件，6.1为电机，6.2为行星减速器，6.3为钻箱；

7为编码器安装体，7.1为过渡联轴器，7.2为帽型安装支架，7.3为编码器；

实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实例，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其他所有实施例，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明为一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，包括进给电缸1、支撑柱电缸2、框架、推进架-链条组件4、支撑柱5、钻箱组件6、编码器安装体7；

所述进给电缸1包括电缸耳环1.1，力传感器1.2，传力环1.3，进给电缸活塞杆1.4，前底座1.5，外壳1.6，注油口1.7，后底座1.8，行星减速器1.9，电机1.10，位移传感器防护板1.11，紧固底座螺栓1.12，进给电缸联轴器1.13，进给电缸丝杠1.14，挡圈1.15，进给电缸限位内齿圈1.16，进给电缸滚柱1.17，磁通感应环1.18，进给电缸螺母1.19，磁瓦1.20，霍尔位移传感器1.21。进一步的，电缸耳环1.1、力传感器1.2、传力环1.3依次以螺纹首尾连接。传力环1.3与进给电缸活塞杆1.4固连。进给电缸活塞杆1.4从前底座1.5伸入外壳1.6，连接进给电缸螺母1.19。外壳1.6与前底座1.5通过紧固底座螺栓1.12固定。紧固底座螺栓1.12穿过前底座1.5和后底座1.8连接。注油口1.7安装在外壳1.6尾端，便于添加润滑油。磁通感应环1.18安装于外壳1.6侧面，霍尔位移传感器1.21嵌入到磁通感应环1.18内部，位移传感器防护板1.11覆盖磁通感应环1.18，以螺钉固定在外壳1.6上；

所述支撑柱电缸2包括电缸耳环2.1，支撑柱传力环2.2，支撑柱电缸活塞杆2.3，紧固底座螺栓2.4，支撑柱缸筒2.5，后底座2.6，行星减速器2.7，电机2.8，前底座2.9，支撑柱挡圈2.10，支撑柱滚柱2.11，支撑柱内齿圈2.12，联轴器2.13，支撑柱丝杠2.14，支撑柱螺母2.15；行星减速器2.7、后底座2.6与电缸底座1.1以四根螺柱贯通连接。支撑柱缸筒2.5四周由四根紧固底座螺栓2.4固定在后底座2.6上，紧固底座螺栓2.4由前底座2.9穿入。联轴器2.13一端与电机2.8连接，另一端与支撑柱丝杠2.14连接，传递旋转运动。支撑柱滚柱2.11总共有五个，都与支撑柱螺母2.15内啮合，与支撑柱丝杠2.14外啮合，三者配合将支撑柱丝杠2.14的旋转运动变换为支撑柱螺母2.15的直线运动，推动支撑柱电缸活塞杆2.3移动；

所述框架3包括电缸底座3.1，固定体3.2，楔形夹板3.3，中置导向体3.4，链条固定件3.5。电缸底座3.1通过螺纹连接安装在固定体3.2底部，楔形夹板3.3在固定体3.2上部两侧安装形成轨道；

中置导向体3.4安装在固定体3.2上部所开的槽内，并且通过螺纹连接。链条固定件3.5焊接在中置导向体3.4上，并且连接链条的一端；

所述推进架-链条组件4包括推进架顶板4.1，框架导向柱4.2，链轮固定座4.3，推进架底板4.4，轴承4.5，链轮4.6，导向连接板4.7，钻箱电机支撑座4.8，钻箱连接件4.9，导向连接板耳板4.10，上链条4.11，下链条4.12，推进架顶部连接耳4.13，钻箱导向柱4.14，链轮轴4.15；框架导向柱4.2与钻箱导向柱4.14上端加工台阶，插入推进架顶板4.1。下端加工螺纹，伸出推进架底板4.4一段长度，由螺母固定。轴承链轮固定座4.3中央是链轮轴，链轮轴两侧安装限位套筒，轴承4.5嵌入到链轮固定座4.3两侧，外侧安装轴端防尘盖避免灰尘进入轴承4.5。导向连接板4.7套在钻箱导向柱4.14上滑动，钻箱电机支撑座4.8、钻箱连接件4.9焊接在导向连接板4.7上。导向连接板耳板4.10数量为4，分别焊接在导向连接板4.7内侧四角，正对上链条4.11和下链条4.12的连接位置，固定链条的一端；

所述支撑柱组件5包括套筒前导向板5.1，上板5.2，套筒侧板5.3，套筒后板5.4，销轴5.5，销轴卡板5.6；套筒前导向板5.1、上板5.2、套筒侧板5.3、套筒后板5.4为整体焊接式结构。销轴5.5通过销轴卡板5.6限位固定在套筒侧板5.3上，销轴卡板5.6用螺钉固定；

所述钻箱组件6包括电机6.1，行星减速器6.2，钻箱6.3。钻箱6.3和行星减速器6.2相连接，行星减速器6.2和电机6.1连接；

所述编码器安装体7包括过渡联轴器7.1，帽型安装支架7.2，编码器7.3；

进一步的，支撑柱电缸2和进给电缸1下端分别通过螺纹固定安装在电缸底座1.1上；

进一步的，支撑柱5通过套筒前导向板5.1插入楔形夹板3.3形成的轨道中，套筒侧板5.3开孔，插入销轴5.5和支撑柱电缸2的电缸耳环2.1连接，销轴5.5被销轴卡板5.6限位固定；

进一步的，推进架-链条组件4的推进架顶部连接耳4.13通过销轴和进给电缸1的电缸耳环1.1连接，框架导向柱4.2插入中置导向体3.4中上下滑动；

进一步的，钻箱组件6由导向连接板4.7，钻箱电机支撑座4.8，钻箱连接件4.9共同固定。编码器安装体7通过过渡联轴器7.1和链轮轴4.15连接固定在推进架-链条组件4上。

当本发明需要抬升时：支撑柱电缸2中的支撑柱丝杠2.14旋转，推动支撑柱螺母2.15移动，支撑柱电缸活塞杆2.3逐渐抬升，推动支撑柱5一起抬升；

上链条4.11和下链条4.12分别一端与框架3的链条固定件3.5连接，另一端绕过链轮固定座4.3之后与推进架-链条组件4的导向连接板耳板4.10连接。钻箱组件6整体安装于导向连接板4.7以及钻箱电机支撑座4.8，被上链条4.11和下链条4.12拖动，所以导向连接板4.7以及钻箱电机支撑座4.8上升的同时，带动钻箱组件6一起上升，构成倍增行程机构。当进给电缸螺母1.19移动到霍尔位移传感器1.21的位置时，携带的磁瓦1.20触发霍尔传感器切换工作电压，控制进给电缸丝杠1.14反转，进给电缸螺母1.19带动进给电缸活塞杆1.4自动返回。

当本发明需要下降时，进给电缸螺母1.19移动到霍尔位移传感器1.21的位置，携带的磁瓦1.20触发霍尔传感器1.21切换工作电压，控制进给电缸丝杠1.14反转，进给电缸螺母1.19带动进给电缸活塞杆1.4自动下降。推进架-链条组件4、框架3互相配合将钻箱组件6降低到初始位置。支撑柱电缸2中的支撑柱丝杠2.14通过手动控制反转，带动支撑柱螺母2.15下降，支撑柱电缸活塞杆2.3逐渐下降，支撑柱5回到初始位置。

Claims (3)

1.一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，其特征在于：包括进给电缸（1）、支撑柱电缸（2）、框架（3）、推进架-链条组件（4）、支撑柱（5）、钻箱组件（6）编码器安装体（7）；

所述进给电缸（1）包括电缸耳环（1.1），力传感器（1.2），传力环（1.3），进给电缸活塞杆（1.4），前底座（1.5），外壳（1.6），注油口（1.7），后底座（1.8），行星减速器（1.9），电机（1.10），位移传感器防护板（1.11），紧固底座螺栓（1.12），进给电缸联轴器（1.13），进给电缸丝杠（1.14），挡圈（1.15），进给电缸限位内齿圈（1.16），进给电缸滚柱（1.17），磁通感应环（1.18），进给电缸螺母（1.19），磁瓦（1.20），霍尔位移传感器（1.21）；

所述支撑柱电缸（2）包括电缸耳环（2.1），支撑柱传力环（2.2），支撑柱电缸活塞杆（2.3），紧固底座螺栓（2.4），支撑柱缸筒（2.5），后底座（2.6），行星减速器（2.7），电机（2.8），前底座（2.9），支撑柱挡圈（2.10），支撑柱滚柱（2.11），支撑柱内齿圈（2.12），联轴器（2.13），支撑柱丝杠（2.14），支撑柱螺母（2.15）；电机（2.8）与行星减速器（2.7）给支撑柱丝杠（2.14）传递动力，支撑柱螺母（2.15）、支撑柱滚柱（2.11）与支撑柱丝杠（2.14）配合将旋转运动转换为支撑柱螺母（2.15）的直线运动，支撑柱螺母（2.15）与支撑柱电缸活塞杆（2.3）固连，推动支撑柱电缸活塞杆（2.3）前进。支撑柱螺母（2.15）与支撑柱丝杠（2.14）、支撑柱电缸活塞杆（2.3）共同安装在支撑柱缸筒（2.5）内部。支撑柱电缸活塞杆（2.3）穿出前底座（2.9）与支撑柱传力环（2.2）、电缸耳环（2.1）依次连接，最后将支撑柱（5）提升。前底座(2.9)被紧固底座螺栓(2.4)贯通，连接到后底座(2.6)上；

所述框架（3）包括电缸底座（3.1）固定体（3.2），楔形夹板（3.3），中置导向体（3.4），链条固定件（3.5）；所述电缸底座（3.1）和中置导向体（3.4）均安装在固定体（3.2）上，电缸底座（3.1）通过螺纹连接件安装于固定体（3.2）的底部，中置导向体（3.4）通过螺纹连接件安装于固定体（3.2）的上方，链条固定件（3.5）总共四个分别安装在中置导向体（3.4）的四角；

所述推进架-链条组件（4）包括推进架顶板（4.1），框架导向柱（4.2），链轮固定座（4.3），推进架底板（4.4），轴承（4.5），链轮（4.6），导向连接板（4.7），钻箱电机支撑座（4.8），钻箱连接件（4.9），导向连接板耳板（4.10），上链条（4.11），下链条（4.12），推进架顶部连接耳（4.13），钻箱导向柱（4.14），链轮轴（4.15）；上链条（4.11）一端与链条固定件（3.5）连接，绕过上方的链轮（4.6）与导向连接板耳板（4.10）连接。下链条（4.12）一端与导向连接板耳板（4.10）连接，绕过下方的链轮（4.6）与链条固定件（3.5）连接。所述导向连接板耳板（4.10）总共有四个，分别安装在导向连接板（4.7）的四角；

所述支撑柱（5）包括套筒前导向板（5.1），上板（5.2），套筒侧板（5.3），套筒后板（5.4），销轴（5.5），销轴卡板（5.6），销轴（5.5）通过销轴卡板（5.6）限位，销轴卡板（5.6）用螺纹固定；

所述钻箱组件（6）包括电机（6.1），行星减速器（6.2），钻箱（6.3），三者通过螺栓依次连接；所述编码器安装体（7）包括过渡联轴器（7.1），帽型安装支架（7.2），编码器（7.3），上述零件通过螺纹连接；所述进给电缸（1）和支撑柱电缸（2）下端通过螺纹分别安装在框架（3）的电缸底座（3.1）上。所述推进架-链条组件（4）的框架导向柱（4.2）在框架（3）中置导向体（3.4）中上下滑动，所述支撑柱（5）的套筒前导向板（5.1）在楔形夹板（3.3）形成的轨道中上下滑动。进给电缸（1），支撑柱电缸（2）分别以销轴连接的形式和推进架-链条组件（4），支撑柱（5）连接。所述钻箱组件（6）由导向连接板（4.7），钻箱电机支撑座（4.8），钻箱连接件（4.9）共同固定。所述编码器安装体（7）通过过渡联轴器（7.1）和链轮轴（4.15）连接固定在推进架-链条组件（4）上。

2.根据权力要求1所述的一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，其特征在于：所述编码器安装体安装在推进架-链条组件（4）上，由过渡联轴器（7.1）连接链轮轴（4.15）和编码器（7.3），实时采集链轮轴的旋转角度，通过计算间接监测推进架-链条组件（4）的顶升位移。框架（3）与推进架-链条组件（4），进给电缸（1），钻箱组件（6）共同组成行程倍增机构，进给电缸（1）顶升推进架-链条组件（4），链条绕过链轮与框架（3）配合将钻箱组件（6）提升进行打钻作业。

3.根据权力要求1所述的一种电缸驱动煤矿锚杆钻架，其特征在于：霍尔位移传感器（1.21）嵌入到磁通感应环（1.18）中，磁通感应环（1.18）安装在缸筒侧面，上方覆盖位移传感器防护板（6.11），磁瓦（1.20）安装在进给电缸螺母（1.19）上一起运动，接近霍尔位移传感器（1.21）20mm以内即可触发霍尔位移传感器（1.21）切换工作电压，控制进给电缸丝杠（1.14）反转，进给电缸螺母（1.19）自动退回，实现了电缸到位后自动返回的工作流程。进给电缸（1）中安装了力传感器（1.2），可以实时监测电缸驱动煤矿锚杆钻架工作中所受的负载变化；推进架底板（4.4）设计为矩形环状，在保证顶升运动的基础上给进给进给电缸（1）留下安装空间。