CN118327605A - 一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全断面掘进机辅助设备技术领域，具体提供一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，包括：基座、伸缩臂、旋转座、第一驱动组件、钻进头、叠螺叶片组件、导渣管、负压单元和角度调节机构；其中钻进头与旋转座连接，钻进头包括壳体和多个旋进刀，壳体沿轴向具有第三通道，第三通道与第二通道连通；多个旋进刀以壳体的中心轴为轴线作环形阵列分布，且固定于壳体并处于第三通道的一端，部分旋进刀凸出于壳体；旋进刀具有同向螺旋角；相邻旋进刀之间具有第四通道，第四通道与第三通道连通；本发明有效解决了现有技术中对岩壁粉碎后清渣效率低下、易砸伤作业人员和损坏掘进机以及无法对岩壁进行深层钻进采样的问题。

Description

一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂

技术领域

本发明涉及全断面掘进机辅助设备技术领域，尤其涉及一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂。

背景技术

煤矿斜井或岩巷采用敞开式隧道掘进机进行掘进，其中大部分岩渣通过截割部与运输装置的配合输送至外部；但当TBM（Tunnel Boring Machine，敞开式隧道掘进机）穿过破碎地层时，其主机尾部的上方和两侧的岩石易发生垮落，进而会掉落在主机尾部和底拱拼装处。尤其是针对破碎度较高的地层进行掘进时，掉落的岩渣、岩块会卡在主机护盾与未支护的巷道顶板之间，严重阻碍正常掘进工作。

针对该问题现有的做法是，利用辅助清渣机械臂提前对隧洞顶部和侧壁易垮落的岩石进行粉碎清理，进而避免岩石掉落至主机；但现有的清渣机械臂利用冲击锤只针对岩壁进行粉碎处理，粉碎后的岩石则会掉落至地面，之后还需要利用铲斗将碎石铲至运输带上运至外部。此种作业方式效率低下，不利于掘进工作的推进，且大面积的掉落易砸伤作业人员和损坏掘进机；同时在需要对岩壁进行采样分析时，该种处理方式也无法对岩壁进行深层的钻进和采样。

发明内容

本发明提供一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，解决了现有技术中对岩壁粉碎后清渣效率低下、易砸伤作业人员和损坏掘进机以及无法对岩壁进行深层钻进采样的问题。

本发明提供一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，包括：

基座；

伸缩臂，包括固定臂和活动臂，所述固定臂与所述基座万向铰接，所述活动臂与所述固定臂滑动连接，且所述固定臂和所述活动臂均具有沿轴向布置的第一通道；

旋转座，具有沿轴向布置的第二通道，并与所述活动臂的外部端连接，用于支持钻进头转动；所述第二通道与所述第一通道连通；

第一驱动组件，设置于所述活动臂，且与所述旋转座驱动连接；

钻进头，与所述旋转座连接，所述钻进头包括壳体和多个旋进刀，所述壳体沿轴向具有第三通道，所述第三通道与所述第二通道连通；多个所述旋进刀以所述壳体的中心轴为轴线作环形阵列分布，且固定于所述壳体并处于所述第三通道的一端，部分所述旋进刀凸出于所述壳体；所述旋进刀具有同向螺旋角；相邻所述旋进刀之间具有第四通道，所述第四通道与所述第三通道连通；

叠螺叶片组件，沿所述伸缩臂的轴向设置，转动安装于所述活动臂内，并能够随所述活动臂同步移动；

导渣管，一端设置于所述固定臂，并与所述第一通道连通；

负压单元，与所述导渣管的内腔连通，用于给所述导渣管的内腔、所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道以及所述第四通道提供负压；

角度调节机构，一端与所述基座万向铰接，另一端与所述固定臂万向铰接，用于给所述伸缩臂提供角度偏转支持。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述旋转座包括：

基板，与所述活动臂的外部端连接，同轴开设有环形限位腔；

限位环，设置于所述环形限位腔内，并与所述限位腔的腔壁形成滚动连接；

外筒，同轴固接于所述基板；

内筒，同轴固接于所述基板，且所述内筒的直径小于所述外筒的直径；

中筒，同轴设置于所述外筒和所述内筒之间，一端贯穿所述限位腔的腔壁并与所述限位环同轴固接，另一端同轴固接有第一安装法兰；所述中筒的外壁同轴固设有齿环；所述中筒的内壁和外壁分别同轴开设有多个第一滚珠滑槽，所述外筒的内壁和内筒的外壁分别同轴开设有多个第二滚珠滑槽，所述第一滚珠滑槽和所述第二滚珠滑槽对应设置，所述第一滚珠滑槽和所述第二滚珠滑槽之间设置有多个滚珠；

其中，所述外筒沿周向开设有多个动力窗口，所述动力窗口与所述齿环的设置位置对应；所述第一安装法兰与所述钻进头连接。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述第一驱动组件包括：

第一电机，安装于所述活动臂；

第一减速箱，具有第一输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述第一电机连接；

第一主动齿，与所述第一输出端同轴固接，并通过所述动力窗口与所述齿环啮合，所述第一主动齿的直径小于所述齿环的直径。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述叠螺叶片组件包括：

第一支架，固定于所述活动臂的内壁；

第一旋转轴，沿所述活动臂的轴向设置，并贯穿所述第一支架与所述第一支架转动连接，所述第一旋转轴的一端延伸至所述钻进头并与所述钻进头同轴可拆卸连接；

第一叶片本体，同轴设置于所述第一旋转轴。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂：

所述叠螺叶片组件包括：

第二支架，固定于所述活动臂的内壁；

第二旋转轴，沿所述活动臂的轴向设置，并贯穿所述第二支架与所述第二支架转动连接，所述第二旋转轴沿轴向开设有花键孔；

第二叶片本体，同轴设置于所述第二旋转轴；

其中，所述第二支架与所述第二旋转轴的连接处设置有轴向限位机构；

还包括第二驱动组件，所述第二驱动组件包括：

花键轴，与所述第二旋转轴同轴设置，并与所述花键孔滑动连接；

万向轴，两端分别具有第一万向节和第二万向节，所述第一万向节与所述花键轴的一端连接；

输出轴，沿所述固定臂的轴向设置，并与所述固定臂转动连接，且所述输出轴的一端与所述第二万向节连接；

第二电机，安装于所述固定臂；

第二减速箱，具有第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与所述第二电机连接；

第二主动齿，与所述第二输出端同轴固接；

第二被动齿，同轴固接于所述输出轴，并与所述第二主动齿啮合；

其中，所述输出轴与所述花键轴非共轴设置。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述角度调节机构包括：

第一十字连接座，与所述基座连接；

伸缩件，一端与所述第一十字连接座连接，另一端与所述固定臂球式铰接；

其中，所述第一十字连接座和所述伸缩件均具有关于所述固定臂的轴线而对称的两组。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述导渣管的入口设置于所述固定臂的端部，且所述导渣管的入口与所述输出轴关于所述花键轴对向设置。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述钻进头同轴设置有锥形钻头，所述锥形钻头凸出于所述旋进刀。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述第一安装法兰靠近所述钻进头的一端固接有多个减震臂，多个所述减震臂以所述第一安装法兰的轴线为中心轴做等角分布，所述减震臂的另一端固接有第二安装法兰，所述第二安装法兰与所述第一安装法兰同轴且内孔孔径相等；所述第一安装法兰和所述第二安装法兰之间连接有波纹管，所述波纹管的内径与所述第一安装法兰的内径相同。

根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述第一旋转轴的端头上同轴连接有挡盘，且所述挡盘的直径大于所述第一旋转轴的直径，在所述挡盘上同轴环形阵列分布有多个止转板；

所述钻进头同轴开设有连接盲孔，在所述连接盲孔的底端同轴开设有与所述止转板对应的止转槽；

在所述连接盲孔的侧壁上环形阵列有多个楔形弹力锁舌，且所述楔形弹力锁舌的斜面朝向所述挡盘，在所述止转板完全插入所述止转槽时，所述楔形弹力锁舌卡接至所述挡盘背离于所述止转板的一面。

本发明提供的一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，通过在伸缩臂内沿轴向开设第一通道，可以为叠螺叶片组件的安装以及岩石渣的收集回流提供通道基础；通过旋转座的设置可以支持钻进头的转动与安装；通过在旋转座内开设第二通道，可以实现与第一通道的连通，同时为岩石渣的收集回流提供通道基础；通过第一驱动组件的设置，可以为旋转座提供转动力；

通过钻进头的设置，可以实现对突出岩石的粉碎、岩壁的钻进采样以及对粉碎后的岩石渣进行收集；具体的，通过壳体的设置，即第三通道的设置，可以保证钻进头整体的空心性，进而为岩石渣的收集提供通道基础；通过将多个旋进刀以壳体的中心轴为轴线作环形阵列分布，以及旋进刀具有同向的螺旋角，可以实现钻进头对岩壁的钻进式粉碎，同时能通过相邻旋进刀之间的第四通道进入第三通道内，进而实现钻进、粉碎和收集的同步进行；通过将部分旋进刀凸出于壳体，可以使得旋进刀更直接的接触岩石，尤其是带有凹面的岩壁，其可以直接与岩壁接触，不受壳体的干扰；

通过将叠螺叶片组件转动安装于活动臂内，可以实现对进入第三通道、第二通道和第一通道内的岩石渣进行进一步的粉碎和传输，至固定臂的尾部，最终进入导渣管中；通过导渣管的设置可以将通道内的岩石渣导向至运渣带或运渣车；如此便可解决了技术中对岩壁粉碎后清渣效率低下、易砸伤作业人员和损坏掘进机以及无法对岩壁进行深层钻进采样的问题；

通过负压单元的设置，可以进一步的对岩石渣进行负压吸取，以保证大部分岩石渣能进入通道内；通过角度调节机构的设置，可以实现伸缩臂角度的调节，以适应不同角度的开采和清障。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图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他的附图。

图1是本发明提供的清渣机械臂第一视角下立体结构示意图；

图2是本发明提供的清渣机械臂第二视角下立体结构示意图；

图3是本发明提供的清渣机械臂沿轴向竖直平面剖切立体结构示意图；

图4是本发明提供的清渣机械臂沿轴向竖直平面剖切平面结构示意图；

图5是本发明提供的旋转座沿轴向竖直平面剖切平面结构示意图；

图6是图5的A处放大图；

图7是本发明提供的旋转座分解状态立体结构示意图；

图8是本发明提供的第一驱动组件立体结构示意图；

图9是本发明提供的第一种叠螺叶片组件立体结构示意图；

图10是图9的B处放大图；

图11是本发明提供的第一旋转轴与钻进头连接结构示意图；

图12是本发明提供的楔形弹力锁舌分布结构示意图；

图13是本发明提供的第二种叠螺叶片组件立体结构示意图；

图14是本发明提供的第一十字连接座和第二十字连接座安装位置及其立体结构示意图；

图15是本发明提供的角度调节机构安装位置及其立体结构示意图；

图16是本发明提供的固定臂及内部结构前视图；

图17是本发明提供的旋转座缓冲机构与钻进头的连接结构示意图。

附图标记：

1、基座；2、伸缩臂；201、固定臂；202、活动臂；203、第一通道；3、旋转座；301、第二通道；302、基板；303、限位环；304、外筒；305、内筒；306、中筒；307、第一安装法兰；308、第二滚珠滑槽；309、第一滚珠滑槽；310、滚珠；311、动力窗口；312、齿环；313、限位腔；314、第二安装法兰；315、减震臂；316、波纹管；4、第一驱动组件；401、第一主动齿；402、保护壳；403、第一动力总成；5、钻进头；501、壳体；502、旋进刀；503、锥形钻头；504、第三通道；505、第四通道；6、叠螺叶片组件；601、第一支架；602、第一旋转轴；603、第一叶片本体；604、挡盘；605、止转板；606、限位板；607、楔形弹力锁舌；608、止转槽；609、第二支架；610、第二旋转轴；611、第二叶片本体；612、花键轴；613、万向轴；614、输出轴；615、第二主动齿；616、第二被动齿；617、第二动力总成；7、导渣管；8、角度调节机构；801、第一十字连接座；802、伸缩件；803、球铰座；9、第二十字连接座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中 ，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图17所示的实施例，描述本发明的技术方案：其中，如图1至图4所示：

本发明实施例提供一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，包括：基座1、伸缩臂2、旋转座3、第一驱动组件4、钻进头5、叠螺叶片组件6、导渣管7、负压单元和角度调节机构8；其中：

伸缩臂2包括固定臂201和活动臂202，固定臂201与基座1万向铰接，活动臂202与固定臂201滑动连接，且固定臂201和活动臂202均具有沿轴向布置的第一通道203；

旋转座3具有沿轴向布置的第二通道301，并与活动臂202的外部端连接，用于支持钻进头5转动；第二通道301与第一通道203连通；

第一驱动组件4设置于活动臂202，且与旋转座3驱动连接；

钻进头5与旋转座3连接，钻进头5包括壳体501和多个旋进刀502，壳体501沿轴向具有第三通道504，第三通道504与第二通道301连通；多个旋进刀502以壳体501的中心轴为轴线作环形阵列分布，且固定于壳体501并处于第三通道504的一端，部分旋进刀502凸出于壳体501；旋进刀502具有同向螺旋角；相邻旋进刀502之间具有第四通道505，第四通道505与第三通道504连通；

叠螺叶片组件6沿伸缩臂2的轴向设置，转动安装于活动臂202内，并能够随活动臂202同步移动；

导渣管7一端设置于固定臂201，并与第一通道203连通；

负压单元与导渣管7的内腔连通，用于给导渣管7的内腔、第一通道203、第二通道301、第三通道504以及第四通道505提供负压；

角度调节机构8一端与基座1万向铰接，另一端与固定臂201万向铰接，用于给伸缩臂2提供角度偏转支持。

在一些实施例中，基座1安装至全断面掘进机的两侧翼；伸缩臂2为空心结构，进而沿轴向形成有第一通道203，该第一通道203的空间形状在固定臂201段为与活动臂202的外部形状相吻合，在活动臂202段可以为多种形状，以圆柱形和长方体形见常；该第一通道203的设置是为了安装叠螺叶片组件6以及为搅碎的岩石提供收集回流通道；伸缩臂2的伸缩动力可利用液压油缸提供，也可以利用气缸提供；固定臂201与基座1的万向铰接可以利用球铰来实现，也可以利用十字连接座来实现，其只要能实现万向摆动即可；

旋转座3固定安装于活动臂202的前端，其可以为多种结构，只要能支持钻进头5的安装和旋转即可，但须保证其具有第二通道301，以便于为搅碎的岩石提供收集回流通道；

第一驱动组件4可以为多种驱动件的组合，只要能够驱动旋转座3旋转即可；其可以安装于旋转座3的外部，也可以安装至旋转座3的内部，以具体的实际需求为准，在此优选为安装至旋转座3的外部，如此可以不占用第二通道301的额外空间，便于岩石渣通过。

负压单元（图中未示出），可采用真空泵与导渣管7内腔连通，或者通过抽风机通过抽风管与导渣管7内腔连通，并向外抽气，同样可以实现通道内的负压；当然，需要在抽风管与导渣管7的连接处设置过滤钢丝网，避免大颗粒岩渣进入抽风机。

本发明提供的一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，通过在伸缩臂2内沿轴向开设第一通道203，可以为叠螺叶片组件6的安装以及岩石渣的收集回流提供通道基础；通过旋转座3的设置可以支持钻进头5的转动与安装；通过在旋转座3内开设第二通道301，可以实现与第一通道203的连通，同时为岩石渣的收集回流提供通道基础；通过第一驱动组件4的设置，可以为旋转座3提供转动力；

通过钻进头5的设置，可以实现对突出岩石的粉碎、岩壁的钻进采样以及对粉碎后的岩石渣进行收集；具体的，通过壳体501的设置，即第三通道504的设置，可以保证钻进头5整体的空心性，进而为岩石渣的收集提供通道基础；通过将多个旋进刀502以壳体501的中心轴为轴线作环形阵列分布，以及旋进刀502具有同向的螺旋角，可以实现钻进头5对岩壁的钻进式粉碎，同时能通过相邻旋进刀502之间的第四通道505进入第三通道504内，进而实现钻进、粉碎和收集的同步进行；通过将部分旋进刀502凸出于壳体501，可以使得旋进刀502更直接的接触岩石，尤其是带有凹面的岩壁，其可以直接与岩壁接触，不受壳体501的干扰；

通过将叠螺叶片组件6转动安装于活动臂202内，可以实现对进入第三通道504、第二通道301和第一通道203内的岩石渣进行进一步的粉碎和传输，至固定臂201的尾部，最终进入导渣管7中；通过导渣管7的设置可以将通道内的岩石渣导向至运渣带或运渣车；如此便可解决了技术中对岩壁粉碎后清渣效率低下、易砸伤作业人员和损坏掘进机以及无法对岩壁进行深层钻进采样的问题；

通过负压单元的设置，可以进一步的对岩石渣进行负压吸取，以保证大部分岩石渣能进入通道内；通过角度调节机构8的设置，可以实现伸缩臂2角度的调节，以适应不同角度的开采和清障。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图5-图7所示，旋转座3包括：基板302、限位环303、外筒304和中筒306，其中，基板302与活动臂202的外部端连接，同轴开设有环形限位腔313；限位环303设置于环形限位腔313内，并与限位腔313的腔壁形成滚动连接；外筒304同轴固接于基板302；内筒305同轴固接于基板302，且内筒305的直径小于外筒304的直径；中筒306同轴设置于外筒304和内筒305之间，一端贯穿限位腔313的腔壁并与限位环303同轴固接，另一端同轴固接有第一安装法兰307；中筒306的外壁同轴固设有齿环312；中筒306的内壁和外壁分别同轴开设有多个第一滚珠滑槽309，外筒304的内壁和内筒305的外壁分别同轴开设有多个第二滚珠滑槽308，第一滚珠滑槽309和第二滚珠滑槽308对应设置，第一滚珠滑槽309和第二滚珠滑槽308之间设置有多个滚珠310；

其中，外筒304沿周向开设有多个动力窗口311，动力窗口311与齿环312的设置位置对应；第一安装法兰307与钻进头5连接。

在一些实施例中，基板302为圆盘形，其具有中心孔，与活动臂202的外部端（前端）焊接；该基板302同轴开设有环形的限位腔313，在该限位腔313的前壁和后壁上均同轴开设有滚珠滑槽，同样，设置在限位腔313内的限位环303，其前后表面也相应地开设有滚珠滑槽，在相对应的滚珠滑槽之间设置有多个滚珠，以此来实现限位环303与限位腔313壁面之间的滚动连接；该限位腔313和限位环303的设置是为了约束中筒306在轴向上的移动，保证旋转座3的稳定性；

同样，在中筒306的内外壁面开设第一滚珠滑槽309，以及相应地在外筒304的内壁和内筒305的外壁分别同轴开设多个第二滚珠滑槽308，在第一滚珠滑槽309和第二滚珠滑槽308之间设置多个滚珠310，其可以实现中筒306与外筒304和内筒305的滚动连接，避免了中筒306在长时间转动过程中的磨损，以及转动时的同轴性和稳定性；当然，中筒306的内外壁面以及外筒304的内壁面和内筒305的外壁面，可以同轴设置多个承重环，在承重环上开设滚珠滑槽，如此可以更好的保证外筒304、中筒306和内筒305不变形；图5中只示例了在外筒304和内筒305上设置承重环的情形；

当然，在内筒305远离限位环303的一端（前端），还可以同轴再设置一个限位挡环，并与中筒306的内壁进行配合安装，其配合结构参考限位环303与限位腔313的配合结构，与之不同的是，该限位挡环的弧面与中筒306内壁之间设置有滚珠，以实现径向上的滚动连接。

在外筒304沿周向开设多个动力窗口311，是为了给齿环312与外部第一驱动组件4的啮合连接提供通道基础；且将齿环312设置于外筒304的内部空间，可以对传动机构起到一定的保护作用，不受外部岩石渣的干扰，如此具有更好的传动稳定性。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图8所示，第一驱动组件4包括：第一电机，第一减速箱，第一主动齿401，第一电机安装于活动臂202；第一减速箱具有第一输入端和第一输出端，第一输入端与第一电机连接；第一主动齿401与第一输出端同轴固接，并通过动力窗口311与齿环312啮合，第一主动齿401的直径小于齿环312的直径。

在一些实施例中，第一电机可优选为隔爆型异步电动机，其具有高效节能、低噪音和振动、高可靠性和耐用性等特点；第一减速箱采用齿轮减速箱；如图8中所示，第一电机和第一减速箱集成于活动臂202的一侧，形成第一动力总成403；在其外部包裹式设置有一保护壳402，该保护壳402一直延伸至第一主动齿401，为第一动力总成403和第一主动齿401的运行提供安全空间。

当然第一动力总成403和第一主动齿401可以设置多组，如图5中所示，其设置了分别位于活动臂202两侧的两组；也可以设置三组，但需要避开伸缩臂2的液压油缸。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图9至图12所示，叠螺叶片组件6包括：第一支架601、第一旋转轴602和第一叶片本体603；其中，第一支架601固定于活动臂202的内壁；第一旋转轴602沿活动臂202的轴向设置，并贯穿第一支架601与第一支架601转动连接，第一旋转轴602的一端延伸至钻进头5并与钻进头5同轴可拆卸连接；第一叶片本体603同轴设置于第一旋转轴602。

第一旋转轴602的端头上同轴连接有挡盘604，且挡盘604的直径大于第一旋转轴602的直径，在挡盘604上同轴环形阵列分布有多个止转板605；

钻进头5同轴开设有连接盲孔，在连接盲孔的底端同轴开设有与止转板605对应的止转槽608；

在连接盲孔的侧壁上环形阵列有多个楔形弹力锁舌607，且楔形弹力锁舌607的斜面朝向挡盘604，在止转板605完全插入止转槽608时，楔形弹力锁舌607卡接至挡盘604背离于止转板605的一面。

在本实施例中，示例了第一种叠螺叶片组件6的具体结构，具体如下：

第一支架601选用方钢支架，其具有前后设置的两个，并通过螺栓将前端设置的第一支架601固接于内筒305内壁上，将后端设置的第一支架601固接于活动臂202尾部的内腔壁上；第一旋转轴602则贯穿两个第一支架601，并在两者的连接处设置轴承；在两个第一支架601之间的第一旋转轴602上同轴固接第一叶片本体603，如此便可使得第一叶片本体603贯穿整个第一通道203、第二通道301以及第三通道504，以实现从第四通道505进入第三通道504内的岩石渣及时被叠螺叶片组件6进行进一步的粉碎和向后端运输，保证整个运输通道的顺畅性；当然在第一支架601和第一旋转轴602的连接处，还具有前后设置的限位板606，其可以进一步的约束第一旋转轴602沿轴向的移动；

在第一旋转轴602的端头处，同轴固定设置一挡盘604，该挡盘604直径大于第一旋转轴602的直径，是为了其后端面具有足够的面积来与楔形弹力锁舌607配合；前端面同轴焊接有多个环形阵列排布的止转板605，在此优选为三角铁止转板605，其共有四个，与之对应的在钻进头5的中心轴上开设一个盲孔，在盲孔的底端（前端）面上开设有十字形止转槽608，可与十字形止转板605相配合；其设置的目的在于，利用钻进头5的旋转动力来带动叠螺叶片组件6的转动，不需要额外的旋转动力；通过在盲孔的侧壁上环形阵列设置四个楔形弹力锁舌607，可以对第一旋转轴602的轴向移动做进一步的约束，进一步保证系统的稳定性；当需要对钻进头5进行整体更换时，只需解锁四个楔形弹力锁舌607即可，该解锁技术为现有技术，在此不再赘述。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图13所示：

叠螺叶片组件6包括：第二支架609、第二旋转轴610、第二叶片本体611和第二驱动组件，其中，第二支架609固定于活动臂202的内壁；第二旋转轴610沿活动臂202的轴向设置，并贯穿第二支架609与第二支架609转动连接，第二旋转轴610沿轴向开设有花键孔；第二叶片本体611同轴设置于第二旋转轴610；其中，第二支架609与第二旋转轴610的连接处设置有轴向限位机构；

第二驱动组件包括：花键轴612、万向轴613、输出轴614、第二电机、第二减速箱、第二主动齿615和第二被动齿616，其中，花键轴612与第二旋转轴610同轴设置，并与花键孔滑动连接；万向轴613两端分别具有第一万向节和第二万向节，第一万向节与花键轴612的一端连接；输出轴614沿固定臂201的轴向设置，并与固定臂201转动连接，且输出轴614的一端与第二万向节连接；第二电机安装于固定臂201；第二减速箱具有第二输入端和第二输出端，第二输入端与第二电机连接；第二主动齿615与第二输出端同轴固接；第二被动齿616同轴固接于输出轴614，并与第二主动齿615啮合。其中，输出轴614与花键轴612非共轴设置。

在本实施例中，示例了第二种叠螺叶片组件6的具体结构，具体如下：

第二支架609的结构及安装方式同第一支架601；第二叶片本体611的长度、大小以及安装方式同第一叶片本体603；第二旋转轴610则优选为具有轴向花键孔的旋转轴，且其前部端头不具有与钻进头5插接配合的结构，故其旋转动力并非来自于钻进头5；第二支架609与第二旋转轴610的连接处设置有轴向限位机构，该限位机构同第一支架601与第一旋转轴602的限位板606；因第二旋转轴610随活动臂202的伸缩而移动，其动力来源于第二驱动组件；

花键轴612则插入花键孔，并与花键孔滑动配合，其后端则延伸至固定臂201的内腔尾部；同时花键轴612的后端面同轴固接一45°倾角的万向轴613，该万向轴613的下端延伸至固定臂201的内腔中与花键轴612连接；上端则处于固定臂201后端面板所开设的空腔中，与输出轴614连接，输出轴614的另一端则沿轴向（前后方向）延伸至外部通过第二被动齿616与第二主动齿615啮合；如此是为了第二驱动组件的设置不影响岩石渣进入导渣管7中；因为如果将驱动部分设置为与第二旋转轴610同轴的位置，会造成对岩石渣进入导渣管7的阻碍，影响效率，因为导渣管7的入口处于固定臂201后端面的下半部分；同时，如果共轴设置，其动力部分的安装会受到导渣管7入口的影响，与导渣管7入口会相互干涉（具体如图3和图4所示）。

将第二电机和第二减速箱设置在固定臂201的上端面，可以给第二十字连接座9和导渣管7的安装留下充足的空间（如图13和图14所示），且第二电机和第二减速箱共同组成第二动力总成617，其型号和规格参考第一电机和第一减速箱。

在本实施例中，将叠螺叶片组件6单独与钻进头5进行分离，其可以实现传输速率和旋转速率的自调节；根据不同的传输需求进行不同的设定；同时对于钻进头5的制造成本相较于第一种更低。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图14和图15所示，角度调节机构8包括：第一十字连接座801和伸缩件802，其中，第一十字连接座801与基座1连接；伸缩件802一端与第一十字连接座801连接，另一端与固定臂201球式铰接；其中，第一十字连接座801和伸缩件802均具有关于固定臂201的轴线而对称的两组。

在本实施例中，伸缩件802为液压油缸，其与伸缩臂2的液压油缸一样均与全断面掘进机的油液控制单元连接；其具有关于固定臂201轴线而对称的两组；当需要伸缩臂2向左偏移时，只需控制右侧液压油缸伸长，左侧液压油缸收缩即可；如需将伸缩臂2向上移动时，只需控制液压油缸同步伸长；故在固定臂201的下端面应采用万向铰接结构，以适应上述的多角度偏转；在此优选为球铰座803。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图16所示，导渣管7的入口设置于固定臂201的端部，且导渣管7的入口与输出轴614关于花键轴612对向设置。

在本实施例中，导渣管7的入口设置于固定臂201的后端部是为了更加高效的将岩石渣导入导渣管7中；如果在固定臂201的下端面开口，并将导渣管7设置在固定臂201的下端面则会导致伸缩臂2在上扬状态下部分岩石渣会积聚在固定臂201尾部，不易清理；通过将导渣管7的入口设置为与输出轴614关于花键轴612对向设置，可以将导渣管7的入口和动力输出部分分开，不至于动力传输部分和出渣部分相互干涉。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图2所示，钻进头5同轴设置有锥形钻头503，锥形钻头503凸出于旋进刀502。

在本实施例中，在各旋进刀502上的中心轴的前端焊接或一体成型一个锥形钻头503，有利于对岩壁首先从中部进行破碎，此时岩壁会出现由中心向四周扩散的裂纹，此时再由旋进刀502进行粉碎式钻进。在旋进刀502的前端面上开设有多个锯齿，以提高钻进效率。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图14所示，固定臂201与基座1之间设置有第二十字连接座9，第二十字连接座9的一端与固定臂201连接，第二十字连接座9的另一端与基座1连接。

在本实施例中，第二十字连接座9的结构和第一十字连接座801的结构相同，均是由相互铰接的十字结构组成，其可以为伸缩臂2的角度调节提供万向支持。

根据本发明实施例提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，如图17所示，在旋转座3的第一安装法兰307的基础上，沿其前端面的周向布置多个减震臂315，且多个减震臂315以旋转座3的轴线为中心轴做等角分布，在减震臂315的另一端固接有第二安装法兰314，该第二安装法兰314与第一安装法兰307同轴，其规格可以相同也可不同，具体根据实际需求选择，但两者的内孔孔径大小应保持一致；第二安装法兰314则通过螺栓与钻进头5连接；在第一安装法兰307和第二安装法兰314之间同轴设置有橡胶波纹管316，该橡胶波纹管316的内径与第一安装法兰307和第二安装法兰314的内径相同；如此设置，便于岩石渣通过，不易积累碎渣；同时通过减震臂315的设置可以实现对整个钻进头5的缓冲。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，包括：

基座；

伸缩臂，包括固定臂和活动臂，所述固定臂与所述基座万向铰接，所述活动臂与所述固定臂滑动连接，且所述固定臂和所述活动臂均具有沿轴向布置的第一通道；

旋转座，具有沿轴向布置的第二通道，并与所述活动臂的外部端连接，用于支持钻进头转动；所述第二通道与所述第一通道连通；

第一驱动组件，设置于所述活动臂，且与所述旋转座驱动连接；

钻进头，与所述旋转座连接，所述钻进头包括壳体和多个旋进刀，所述壳体沿轴向具有第三通道，所述第三通道与所述第二通道连通；多个所述旋进刀以所述壳体的中心轴为轴线作环形阵列分布，且固定于所述壳体并处于所述第三通道的一端，部分所述旋进刀凸出于所述壳体；所述旋进刀具有同向螺旋角；相邻所述旋进刀之间具有第四通道，所述第四通道与所述第三通道连通；

叠螺叶片组件，沿所述伸缩臂的轴向设置，转动安装于所述活动臂内，并能够随所述活动臂同步移动；

导渣管，一端设置于所述固定臂，并与所述第一通道连通；

负压单元，与所述导渣管的内腔连通，用于给所述导渣管的内腔、所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道以及所述第四通道提供负压；

角度调节机构，一端与所述基座万向铰接，另一端与所述固定臂万向铰接，用于给所述伸缩臂提供角度偏转支持。

2.根据权利要求1所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述旋转座包括：

基板，与所述活动臂的外部端连接，同轴开设有环形限位腔；

限位环，设置于所述环形限位腔内，并与所述限位腔的腔壁形成滚动连接；

外筒，同轴固接于所述基板；

内筒，同轴固接于所述基板；

中筒，同轴设置于所述外筒和所述内筒之间，一端贯穿所述限位腔的腔壁并与所述限位环同轴固接，另一端同轴固接有第一安装法兰；所述中筒的外壁同轴固设有齿环；所述中筒的内壁和外壁分别同轴开设有多个第一滚珠滑槽，所述外筒的内壁和内筒的外壁分别同轴开设有多个第二滚珠滑槽，所述第一滚珠滑槽和所述第二滚珠滑槽对应设置，所述第一滚珠滑槽和所述第二滚珠滑槽之间设置有多个滚珠；

其中，所述外筒沿周向开设有多个动力窗口，所述动力窗口与所述齿环的设置位置对应；所述第一安装法兰与所述钻进头连接。

3.根据权利要求2所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述第一驱动组件包括：

第一电机，安装于所述活动臂；

第一减速箱，具有第一输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述第一电机连接；

第一主动齿，与所述第一输出端同轴固接，并通过所述动力窗口与所述齿环啮合，所述第一主动齿的直径小于所述齿环的直径。

4.根据权利要求1所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述叠螺叶片组件包括：

第一支架，固定于所述活动臂的内壁；

第一旋转轴，沿所述活动臂的轴向设置，并贯穿所述第一支架与所述第一支架转动连接，所述第一旋转轴的一端延伸至所述钻进头并与所述钻进头同轴可拆卸连接；

第一叶片本体，同轴设置于所述第一旋转轴。

5.根据权利要求1所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于：

所述叠螺叶片组件包括：

第二支架，固定于所述活动臂的内壁；

第二旋转轴，沿所述活动臂的轴向设置，并贯穿所述第二支架与所述第二支架转动连接，所述第二旋转轴沿轴向开设有花键孔；

第二叶片本体，同轴设置于所述第二旋转轴；

其中，所述第二支架与所述第二旋转轴的连接处设置有轴向限位机构；

还包括第二驱动组件，所述第二驱动组件包括：

花键轴，与所述第二旋转轴同轴设置，并与所述花键孔滑动连接；

万向轴，两端分别具有第一万向节和第二万向节，所述第一万向节与所述花键轴的一端连接；

输出轴，沿所述固定臂的轴向设置，并与所述固定臂转动连接，且所述输出轴的一端与所述第二万向节连接；

第二电机，安装于所述固定臂；

第二减速箱，具有第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与所述第二电机连接；

第二主动齿，与所述第二输出端同轴固接；

第二被动齿，同轴固接于所述输出轴，并与所述第二主动齿啮合；

其中，所述输出轴与所述花键轴非共轴设置。

6.根据权利要求4所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述角度调节机构包括：

第一十字连接座，与所述基座连接；

伸缩件，一端与所述第一十字连接座连接，另一端与所述固定臂球式铰接；

其中，所述第一十字连接座和所述伸缩件均具有关于所述固定臂的轴线而对称的两组。

7.根据权利要求5所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述导渣管的入口设置于所述固定臂的端部，且所述导渣管的入口与所述输出轴关于所述花键轴对向设置。

8.根据权利要求1所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述钻进头同轴设置有锥形钻头，所述锥形钻头凸出于所述旋进刀。

9.根据权利要求2所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述第一安装法兰靠近所述钻进头的一端固接有多个减震臂，多个所述减震臂以所述第一安装法兰的轴线为中心轴做等角分布，所述减震臂的另一端固接有第二安装法兰，所述第二安装法兰与所述第一安装法兰同轴且内孔孔径相等；所述第一安装法兰和所述第二安装法兰之间连接有波纹管，所述波纹管的内径与所述第一安装法兰的内径相同。

10.根据权利要求4所述的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，其特征在于，所述第一旋转轴的端头上同轴连接有挡盘，且所述挡盘的直径大于所述第一旋转轴的直径，在所述挡盘上同轴环形阵列分布有多个止转板；

所述钻进头同轴开设有连接盲孔，在所述连接盲孔的底端同轴开设有与所述止转板对应的止转槽；

在所述连接盲孔的侧壁上环形阵列有多个楔形弹力锁舌，且所述楔形弹力锁舌的斜面朝向所述挡盘，在所述止转板完全插入所述止转槽时，所述楔形弹力锁舌卡接至所述挡盘背离于所述止转板的一面。