CN119084020A - 一种多功能掘锚一体机 - Google Patents

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CN119084020A CN202411057179.4A CN202411057179A CN119084020A CN 119084020 A CN119084020 A CN 119084020A CN 202411057179 A CN202411057179 A CN 202411057179A CN 119084020 A CN119084020 A CN 119084020A
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张学瑞
任晓力
贺宇航
陈庆贺
陈明军
李发泉
王希鹏
马强
王晓凯
贾建伟
贺建伟
王宁宁
刘长龙
徐森
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Shanxi Tiandi Coal Mining Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种多功能掘锚一体机，属于煤矿巷道快速掘进设备的技术领域，该多功能掘锚一体机具有多连杆垂直升降工作台，可适应不同采高巷道对工作台高度要求，并可根据巷道高度情况实时调整工作台作业高度；工作台上配置顶锚钻机和前侧帮钻机，顶锚钻机负责巷道顶部锚护作业，前侧帮钻机负责巷道下部侧帮锚护作业，有效解决了侧帮锚杆支护不及时问题；配置滑移行程可达0～1米的后侧帮钻机，与可旋转的外侧顶锚钻机配合，极大提升了掘锚一体机顶、帮锚杆的同排支护能力；工作台上配置独立的探水钻机，既满足巷道前端煤壁探水作业需求，旋转后也可用于两侧煤壁的探水作业。

Description

一种多功能掘锚一体机
技术领域
本发明属于煤矿巷道快速掘进设备的技术领域，具体公开了一种多功能掘锚一体机。
背景技术
掘锚一体机(简称掘锚机)是煤矿巷道掘进类设备的主流机型，是快速掘进系统的关键设备，配套梭车及快速掘进后配套设备可实现煤巷掘进高效作业。掘锚一体机将截割系统、装载系统、临时支护、运输系统、行走系统、锚护装置、喷雾除尘系统、超前探水装置、复合导航系统等九大系统集成于一体，不仅实现了煤炭的高效截割转载，延续了巷道的快速掘进，而且在采掘作业时，同步实现顶锚杆、侧帮锚杆的支护作业，节省了支护作业时长，有效提高了掘进进尺。
掘锚一体机一般配置4台顶锚钻机用于巷道顶部锚护作业、2台侧帮钻机用于巷道侧帮锚护作业。侧帮钻机滞后布置，顶锚钻机和侧帮钻机间距约1.6～2.0米，巷道侧帮稳定性偏差时，存在侧帮支护不及时的问题；目前侧帮钻机滑移范围仅0～0.2米，顶、帮锚杆同排施工时存在一定的难度。
掘锚一体机的锚护作业工作台，是顶锚钻机、前侧帮钻机的安装平台。依据巷道采高范围，掘锚一体机目前有矮型、普通型、大采高型之分。传统设计时，以巷道高度尺寸为前提条件，结合设备通过性，工作台设计高度为固定尺寸。传统设计造成不同机型具有唯一的工作台，采高变化后，只能通过更换工作台适应新的采高。而且，同一巷道掘进过程中采高发生变化时，固定高度工作台不能及时匹配采高，容易造成操作者作业困难。
掘锚一体机通常在截割系统的截割臂组件上配置1台超前探水装置，用于巷道前端煤壁的探水作业，巷道两侧煤壁的探水工作仍需专用探水设备辅助解决，不仅增加了企业的采购成本，且存在滞后作业的问题。
发明内容
本发明提供了一种多功能掘锚一体机，具有多连杆垂直升降工作台，可适应不同采高巷道对工作台高度要求，并可根据巷道高度情况实时调整工作台作业高度；工作台上配置顶锚钻机和前侧帮钻机，顶锚钻机负责巷道顶部锚护作业，前侧帮钻机负责巷道下部侧帮锚护作业，有效解决了侧帮锚杆支护不及时问题；配置滑移行程可达0～1米的后侧帮钻机，与可旋转的外侧顶锚钻机配合，极大提升了掘锚一体机顶、帮锚杆的同排支护能力；工作台上配置独立的探水钻机，既满足巷道前端煤壁探水作业需求，旋转后也可用于两侧煤壁的探水作业。
上述多功能掘锚一体机，包括行走系统、截割系统、装载系统、运输系统、临时支护、喷雾除尘系统和锚护系统；行走系统包括行走底盘；截割系统位于行走底盘的前端，装载系统安装在行走底盘的前端，位于截割系统的下方；运输系统安装在行走底盘上，前端与截割系统连接，位于装载系统的上方；临时支护和喷雾除尘系统位于运输系统的上方；两组锚护系统对称布置在运输系统的两侧；锚护系统位于装载系统的后方，包括多连杆垂直升降工作台、顶锚组件、前侧帮组件、探水组件和后侧帮组件；多连杆垂直升降工作台包括下部支撑架、上部支撑架、连接架Ⅰ、连接架Ⅱ、连接架Ⅲ、连接架Ⅳ、连接架Ⅴ、连接架Ⅵ、支撑油缸、销轴Ⅰ、销轴Ⅱ、销轴Ⅲ、销轴Ⅳ、销轴Ⅴa、销轴Ⅴb、销轴Ⅵa、销轴Ⅵb、销轴Ⅶa、销轴Ⅶb和伸缩平台；下部支撑架安装在行走系统的行走底盘上；连接架Ⅰ包括两根相对设置的连杆Ⅰ，两根连杆Ⅰ的底端和下部支撑架的两侧通过销轴Ⅰ转动连接；连接架Ⅱ包括两根相对设置的连杆Ⅱ，两根连杆Ⅱ的底端和下部支撑架的两侧通过销轴Ⅱ转动连接；连接架Ⅲ包括两根相对设置的连杆Ⅲ，两根连杆Ⅲ的顶端和上部支撑架的两侧通过销轴Ⅲ转动连接；连接架Ⅳ包括两根相对设置的连杆Ⅳ以及连接两根连杆Ⅳ的加强杆Ⅳ，两根连杆Ⅳ的顶端和上部支撑架的两侧通过销轴Ⅳ转动连接；连接架Ⅴ包括两根相对设置的连杆Ⅴ，连杆Ⅴ的顶端、连杆Ⅰ的顶端、连杆Ⅲ的底端通过销轴Ⅴa转动连接，连杆Ⅴ的底端和连杆Ⅱ的中部通过销轴Ⅴb转动连接；连接架Ⅵ包括两根相对设置的连杆Ⅵ，连杆Ⅵ的底端、连杆Ⅱ的顶端、连杆Ⅳ的底端通过销轴Ⅵa转动连接，连杆Ⅵ的顶端和连杆Ⅲ的中部通过销轴Ⅵb转动连接；支撑油缸的底端和下部支撑架通过销轴Ⅶa转动连接，支撑油缸的顶端和加强杆Ⅳ通过销轴Ⅶb转动连接；伸缩平台和上部支撑架连接，沿行走底盘的前后方向伸缩；顶锚组件包括内侧顶锚钻机和外侧顶锚钻机；内侧顶锚钻机和外侧顶锚钻机均安装在伸缩平台的前端，可沿行走底盘的前后方向偏转以及沿行走底盘的左右方向偏转；前侧帮组件包括前侧帮钻机；前侧帮钻机安装在上部支撑架的前端，位于内侧顶锚钻机和外侧顶锚钻机的下方，可沿行走底盘的左右方向偏转；探水钻机安装在伸缩平台上，可沿行走底盘的上下方向摆动以及沿行走底盘的左右方向偏转；后侧帮组件位于多连杆垂直升降工作台的后方，包括滑移轨道、提升机构和后侧帮钻机；滑移轨道沿行走底盘的前后方向布置；提升机构与滑移轨道滑动连接；后侧帮钻机与提升机构连接实现上下升降。
上述多功能掘锚一体机中，连接架Ⅰ还包括连接两根连杆Ⅰ的加强杆Ⅰ；连接架Ⅱ还包括连接两根连杆Ⅱ的加强杆Ⅱ；连接架Ⅲ还包括连接两根连杆Ⅲ的加强杆Ⅲ；连接架Ⅴ还包括连接两根连杆Ⅴ的加强杆Ⅴ；连接架Ⅵ还包括连接两根连杆Ⅵ的加强杆Ⅵ。
上述多功能掘锚一体机中，支撑油缸内置位移传感器，可实时显示工作台作业高度。
上述多功能掘锚一体机中，销轴Ⅰ和销轴Ⅱ之间的距离、销轴Ⅲ和销轴Ⅳ之间的距离均相等，设为X；销轴Ⅰ和销轴Ⅴa之间的距离、销轴Ⅴa和销轴Ⅲ之间的距离、销轴Ⅱ和销轴Ⅵa之间的距离、销轴Ⅵa和销轴Ⅳ之间的距离均相等，设为Y；销轴Ⅱ和销轴Ⅴb之间的距离、销轴Ⅲ和销轴Ⅵb之间的距离均相等，设为Z；销轴Ⅴa和销轴Ⅴb之间的距离、销轴Ⅵa和销轴Ⅵb之间的距离均相等，设为T；销轴Ⅱ和销轴Ⅴa之间的竖直高度、销轴Ⅲ和销轴Ⅵa之间的竖直高度均相等，设为H1；销轴Ⅰ和销轴Ⅵa之间的竖直高度、销轴Ⅳ和销轴Ⅴa之间的竖直高度均相等，设为H2；销轴Ⅰ和下部支撑架之间的竖直高度、销轴Ⅱ和下部支撑架之间的竖直高度均相等，设为H3；销轴Ⅲ和上部支撑架之间的竖直高度、销轴Ⅳ和上部支撑架之间的竖直高度均相等，设为H4；销轴Ⅱ和销轴Ⅴa之间的距离、销轴Ⅲ和销轴Ⅵa之间的距离均相等，设为d1；销轴Ⅱ、销轴Ⅰ、销轴Ⅴa构成的三角形与销轴Ⅲ、销轴Ⅳ、销轴Ⅵa构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅰ对应的角与销轴Ⅳ对应的角相等，设为α，销轴Ⅱ对应的角与销轴Ⅲ对应的角相等，设为∠1；销轴Ⅴa、销轴Ⅱ、销轴Ⅵa构成的三角形与销轴Ⅴa、销轴Ⅲ、销轴Ⅵa构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅱ对应的角与销轴Ⅲ对应的角相等，设为∠2；销轴Ⅰ、销轴Ⅱ、销轴Ⅵa构成的三角形与销轴Ⅳ、销轴Ⅲ、销轴Ⅴa构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅱ对应的角与销轴Ⅲ对应的角相等，设为∠3；多连杆垂直升降工作台处于任一状态时，下部支撑架和上部支撑架之间的竖直高度为H，下部支撑架和上部支撑架同侧边缘的水平错位量为ΔX；
按照下式通过X、Y、Z、T、H3、H4、α控制H和ΔX；
H＝H1+H2+H3+H4，
△X＝Y×(cos∠3-cosα)，
式中，H1＝Y×sinα，
H2＝Y×si n∠3，
∠3＝∠1-∠2，
d1＝X2+Y2-2×X×Y×cosα。
上述多功能掘锚一体机中，顶锚组件还包括固定套筒、内侧滑移架、外侧滑移架、滑移油缸、内侧偏转架、外侧偏转架、内侧偏转油缸Ⅰ、内侧偏转油缸Ⅱ、外侧回转减速器和外侧偏转油缸；固定套筒固定安装在伸缩平台上；内侧滑移架和外侧滑移架分别与固定套筒滑动连接，由滑移油缸驱动沿行走底盘的左右方向滑移；内侧偏转架转动安装在内侧滑移架上；内侧偏转油缸Ⅰ的两端分别与内侧滑移架和内侧偏转架连接，驱动内侧偏转架沿行走底盘的左右方向偏转；内侧顶锚钻机转动安装在内侧偏转架上；内侧偏转油缸Ⅱ的两端分别与内侧偏转架和内侧顶锚钻机连接，驱动内侧顶锚钻机沿行走底盘的前后方向偏转；外侧偏转架通过外侧回转减速器与外侧滑移架转动连接，由外侧回转减速器驱动沿行走底盘的左右方向偏转；外侧顶锚钻机转动安装在外侧偏转架上；外侧偏转油缸的两端分别与外侧偏转架和外侧顶锚钻机连接，驱动外侧顶锚钻机沿行走底盘的前后方向偏转。
上述多功能掘锚一体机中，顶锚组件还包括内侧顶锚钻机操作台和外侧顶锚钻机操作台；内侧顶锚钻机操作台和外侧顶锚钻机操作台均安装在伸缩平台上。
上述多功能掘锚一体机中，前侧帮组件还包括前侧帮钻机安装架和前侧帮钻机偏转油缸；前侧帮钻机安装架固定安装在上部支撑架的前端；前侧帮钻机转动安装在前侧帮钻机安装架上；前侧帮钻机偏转油缸的两端分别与前侧帮钻机安装架和前侧帮钻机连接，驱动前侧帮钻机沿行走底盘的左右方向偏转。
上述多功能掘锚一体机中，探水组件还包括探水钻机安装座、摆动机构和回转机构；探水钻机安装座转动安装在伸缩平台上，由摆动机构驱动沿行走底盘的上下方向摆动；探水钻机转动安装在探水钻机安装座上，由回转机构驱动沿行走底盘的左右方向摆动。
上述多功能掘锚一体机中，后侧帮组件还包括后侧滑移架、推移油缸和后侧帮钻机操作阀箱；后侧滑移架安装在行走底盘上；滑移轨道设置在后侧滑移架上；推移油缸的两端分别与后侧滑移架和提升机构连接；后侧帮钻机操作阀箱安装在后侧滑移架上。
上述多功能掘锚一体机中，多连杆垂直升降工作台还包括爬梯；爬梯安装在伸缩平台上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
1、在满足掘锚一体机整机通过性前提下，配置的多连杆垂直升降工作台，实现了工作台的实时、垂直升降，解决了传统设计不能调整作业高度的缺陷，提高了作业舒适性。
2、外侧顶锚钻机旋转后可用于侧帮锚杆支护，巷道侧帮及时支护后，极大提升了侧帮煤壁的稳定性；后侧帮钻机配置0～1.0米超大行程滑移轨道，极大提升了掘锚一体机顶、帮锚杆的同排支护能力。
3、探水钻机不仅实现了前端煤壁的探水作业，且能兼顾侧帮煤壁探水需求，无需采购专用设备，节省了采购成本。
4、上述多功能掘锚一体机配置了4台顶锚钻机、2台前侧帮钻机、2台后侧帮钻机、2台探水钻机，共计10台钻机，如果开采巷道侧帮稳定性较好时，可取消2台前侧帮钻机，且4台顶锚钻机只负责支护顶板锚杆，2台后侧帮钻机滞后同步支护巷道上部侧帮锚杆，节省支护用时，提高有效截割时间，进一步实现巷道高效快速掘进。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为多功能掘锚一体机的结构示意图；
图2为单侧多连杆垂直升降机构、顶锚组件、前侧帮组件、探水组件的组装图；
图3为多连杆垂直升降机构的结构示意图(不包括伸缩平台)；
图4为下部支撑架、连接架Ⅰ、连接架Ⅱ、连接架Ⅴ的组装图；
图5为下部支撑架、连接架Ⅰ、连接架Ⅱ、连接架Ⅲ、连接架Ⅳ、连接架Ⅴ、连接架Ⅵ、支撑油缸的组装图；
图6为多连杆垂直升降机构的水平错位量计算示意图；
图7为图6的简图；
图8为多连杆垂直升降机构的最高状态和最低状态对比图；
图9为多连杆垂直升降机构的伸缩状态对比图；
图10为单侧顶锚组件的结构示意图；
图11为图10另一方向的示意图；
图12为顶锚组件中外侧顶锚钻机的旋转示意图；
图13为单侧前侧帮组件的结构示意图；
图14为单侧探水组件的结构示意图；
图15为双侧后侧帮组件的结构示意图。
图中：A-行走系统；B-截割系统；C-装载系统；D-运输系统；E-临时支护；F-喷雾除尘系统；G-锚护系统；H-电气系统；I-液压系统；
1-下部支撑架；2-上部支撑架；3-连接架Ⅰ；4-连接架Ⅱ；5-连接架Ⅲ；6-连接架Ⅳ；7-连接架Ⅴ；8-连接架Ⅵ；9-支撑油缸；10-销轴Ⅰ；11-销轴Ⅱ；12-销轴Ⅲ；13-销轴Ⅳ；14-销轴Ⅴa；15-销轴Ⅴb；16-销轴Ⅵa；17-销轴Ⅵb；18-销轴Ⅶa；19-销轴Ⅶb；20-伸缩平台；21-爬梯；22-固定套筒；23-内侧滑移架；24-外侧滑移架；25-滑移油缸；26-内侧偏转架；27-外侧偏转架；28-内侧偏转油缸Ⅰ；29-内侧偏转油缸Ⅱ；30-外侧回转减速器；31-外侧偏转油缸；32-内侧顶锚钻机；33-外侧顶锚钻机；34-内侧顶锚钻机操作台；35-外侧顶锚钻机操作台；36-前侧帮钻机安装架；37-前侧帮钻机偏转油缸；38-前侧帮钻机；39-探水钻机安装座；40-摆动机构；41-回转机构；42-探水钻机；43-探水钻机控制阀；44-后侧滑移架；45-提升机构；46-推移油缸；47-后侧帮钻机；48-后侧帮钻机操作阀箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
本实施例提供一种多功能掘锚一体机，包括行走系统A、截割系统B、装载系统C、运输系统D、临时支护E、喷雾除尘系统F、锚护系统G、电气系统H及液压系统I；行走系统A负责整机调动，包括行走底盘；截割系统B位于行走底盘的前方，负责煤炭的切割；装载系统C安装在行走底盘的前端，位于截割系统B的下方，负责煤炭的装载；运输系统D安装在行走底盘上，前端与截割系统B连接，位于装载系统C的上方,负责装载后煤炭的转载运输；临时支护E、喷雾除尘系统F位于运输系统D的上方；两组锚护系统G对称布置在运输系统D的两侧，包括多连杆垂直升降工作台、顶锚组件、前侧帮组件、探水组件和后侧帮组件；多连杆垂直升降工作台位于装载系统C的后方，顶锚组件、前侧帮组件、探水组件均布置在多连杆垂直升降工作台上，分别负责巷道顶部锚护作业、巷道下部侧帮锚护作业及巷道煤壁探水作业；后侧帮组件位于多连杆垂直升降工作台的后方，负责巷道上部侧帮锚护作业。整机两侧分别布置了电气系统H及液压系统I。
多连杆垂直升降工作台包括下部支撑架1、上部支撑架2、连接架Ⅰ3、连接架Ⅱ4、连接架Ⅲ5、连接架Ⅳ6、连接架Ⅴ7、连接架Ⅵ8、支撑油缸9、销轴Ⅰ10、销轴Ⅱ11、销轴Ⅲ12、销轴Ⅳ13、销轴Ⅴa14、销轴Ⅴb15、销轴Ⅵa16、销轴Ⅵb17、销轴Ⅶa18、销轴Ⅶb19、伸缩平台20和爬梯21。
下部支撑架1安装在行走底盘上。
连接架Ⅰ3包括两根相对设置的连杆Ⅰ以及连接两根连杆Ⅰ的加强杆Ⅰ，两根连杆Ⅰ的底端和下部支撑架1的两侧通过销轴Ⅰ10转动连接。
连接架Ⅱ4包括两根相对设置的连杆Ⅱ以及连接两根连杆Ⅱ的加强杆Ⅱ，两根连杆Ⅱ的底端和下部支撑架1的两侧通过销轴Ⅱ11转动连接。
连接架Ⅲ5包括两根相对设置的连杆Ⅲ以及连接两根连杆Ⅲ的加强杆Ⅲ，两根连杆Ⅲ的顶端和上部支撑架2的两侧通过销轴Ⅲ12转动连接。
连接架Ⅳ6包括两根相对设置的连杆Ⅳ以及连接两根连杆Ⅳ的加强杆Ⅳ，两根连杆Ⅳ的顶端和上部支撑架2的两侧通过销轴Ⅳ13转动连接。
连接架Ⅴ7包括两根相对设置的连杆Ⅴ以及连接两根连杆Ⅴ的加强杆Ⅴ，连杆Ⅴ的顶端、连杆Ⅰ的顶端、连杆Ⅲ的底端通过销轴Ⅴa14转动连接，连杆Ⅴ的底端和连杆Ⅱ的中部通过销轴Ⅴb15转动连接。
连接架Ⅵ8包括两根相对设置的连杆Ⅵ以及连接两根连杆Ⅵ的加强杆Ⅵ，连杆Ⅵ的底端、连杆Ⅱ的顶端、连杆Ⅳ的底端通过销轴Ⅵa16转动连接，连杆Ⅵ的顶端和连杆Ⅲ的中部通过销轴Ⅵb17转动连接。
支撑油缸9的底端和下部支撑架1通过销轴Ⅶa18转动连接，支撑油缸9的顶端和加强杆Ⅳ通过销轴Ⅶb19转动连接。支撑油缸9内置位移传感器，可实时显示工作台作业高度。
下部支撑架1、上部支撑架2、连接架通过销轴连接为一个刚性的结构件，存在3组空间多连杆连接，连接销轴经优化设计，连杆系统组成3组空间平行四边形，结构承载能力强。支撑油缸9通过掘锚一体机泵站驱动后，活塞杆伸出，推动连接架Ⅳ6向上运动，同时带动整个上部支撑架2向上运动，反之向下运动，可在有限高度范围内，实现较大行程的升降能力。
多连杆垂直升降工作台可依据巷道采高实时无极调整，最大升降行程可依据采高尺寸优化确定，运动过程中上部支撑架2和下部支撑架1实时、严格保持水平关系，下部支撑架1和上部支撑架2之间的竖直高度为H，下部支撑架1和上部支撑架2同侧边缘的水平错位量为ΔX，通过优化设计，可满足多连杆垂直升降工作台处于高度H时，ΔX在可控范围内，优化过程如下所述：
销轴Ⅰ10和销轴Ⅱ11之间的距离、销轴Ⅲ12和销轴Ⅳ13之间的距离均相等，设为X；
销轴Ⅰ10和销轴Ⅴa14之间的距离、销轴Ⅴa14和销轴Ⅲ12之间的距离、销轴Ⅱ11和销轴Ⅵa16之间的距离、销轴Ⅵa16和销轴Ⅳ13之间的距离均相等，设为Y；
销轴Ⅱ11和销轴Ⅴb15之间的距离、销轴Ⅲ12和销轴Ⅵb17之间的距离均相等，设为Z；
销轴Ⅴa14和销轴Ⅴb15之间的距离、销轴Ⅵa16和销轴Ⅵb17之间的距离均相等，设为T；
销轴Ⅱ11和销轴Ⅴa14之间的竖直高度、销轴Ⅲ12和销轴Ⅵa16之间的竖直高度均相等，设为H1；
销轴Ⅰ10和销轴Ⅵa16之间的竖直高度、销轴Ⅳ13和销轴Ⅴa14之间的竖直高度均相等，设为H2；
销轴Ⅰ10和下部支撑架1之间的竖直高度、销轴Ⅱ11和下部支撑架1之间的竖直高度均相等，设为H3；
销轴Ⅲ12和上部支撑架2之间的竖直高度、销轴Ⅳ13和上部支撑架2之间的竖直高度均相等，设为H4；
销轴Ⅱ11和销轴Ⅴa14之间的距离、销轴Ⅲ12和销轴Ⅵa16之间的距离均相等，设为d1；
销轴Ⅱ11、销轴Ⅰ10、销轴Ⅴa14构成的三角形与销轴Ⅲ12、销轴Ⅳ13、销轴Ⅵa16构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅰ10对应的角与销轴Ⅳ13对应的角相等，设为α，销轴Ⅱ11对应的角与销轴Ⅲ12对应的角相等，设为∠1；
销轴Ⅴa14、销轴Ⅱ11、销轴Ⅵa16构成的三角形与销轴Ⅴa14、销轴Ⅲ12、销轴Ⅵa16构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅱ11对应的角与销轴Ⅲ12对应的角相等，设为∠2；
销轴Ⅰ10、销轴Ⅱ11、销轴Ⅵa16构成的三角形与销轴Ⅳ13、销轴Ⅲ12、销轴Ⅴa14构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅱ11对应的角与销轴Ⅲ12对应的角相等，设为∠3；
按照下式通过X、Y、Z、T、H3、H4、α控制H和ΔX；
H＝H1+H2+H3+H4，
△X＝Y×(cos∠3-cosα)，式中，H1＝Y×sinα，
H2＝Y×si n∠3，
∠3＝∠1-∠2，
d1＝X2+Y2-2×X×Y×cosα。
在多连杆垂直升降工作台设计过程中，X、Y、Z、T、H3、H4为设计的可变量，通过调节X、Y、Z、T、H3、H4使H满足设计要求，同时对ΔX进行优化使其数值尽量小，通过上述公式，改变α模拟多连杆垂直升降工作台的升降过程，能够快速计算X、Y、Z、T、H3、H4的各种组合在不同H下的表现，与修改三维模型相比，加快了计算速度，提高了设计效率。
ΔX取值越小，多连杆垂直升降工作台从前一高度变化至后一高度时上部支撑架2的水平偏移量越小，以多连杆垂直升降工作台从最低状态1080mm至最高状态2080mm为例，在最高状态时水平偏移量仅为0.5mm。
伸缩平台20和上部支撑架2连接，沿行走底盘的前后方向伸缩，实现“0空顶距”锚护作业。
爬梯21安装在伸缩平台20上。
顶锚组件包括固定套筒22、内侧滑移架23、外侧滑移架24、滑移油缸25、内侧偏转架26、外侧偏转架27、内侧偏转油缸Ⅰ28、内侧偏转油缸Ⅱ29、外侧回转减速器30、外侧偏转油缸31、内侧顶锚钻机32、外侧顶锚钻机33、内侧顶锚钻机操作台34和外侧顶锚钻机操作台35。固定套筒22固定安装在伸缩平台20的上表面前端；内侧滑移架23和外侧滑移架24分别与固定套筒22滑动连接，由滑移油缸25驱动沿行走底盘的左右方向滑移；内侧偏转架26转动安装在内侧滑移架23上；内侧偏转油缸Ⅰ28的两端分别与内侧滑移架23和内侧偏转架26连接，驱动内侧偏转架26沿行走底盘的左右方向偏转；内侧顶锚钻机32转动安装在内侧偏转架26上；内侧偏转油缸Ⅱ29的两端分别与内侧偏转架26和内侧顶锚钻机32连接，驱动内侧顶锚钻机32沿行走底盘的前后方向偏转；外侧偏转架27通过外侧回转减速器30与外侧滑移架24转动连接，由外侧回转减速器30驱动沿行走底盘的左右方向偏转；外侧顶锚钻机33转动安装在外侧偏转架27上；外侧偏转油缸31的两端分别与外侧偏转架27和外侧顶锚钻机33连接，驱动外侧顶锚钻机33沿行走底盘的前后方向偏转；内侧顶锚钻机操作台34和外侧顶锚钻机操作台35均安装在伸缩平台20上。外侧顶锚钻机33在外侧回转减速器30作用下，可旋转90度，实现顶锚钻机打侧帮锚杆。如遇侧帮不稳定巷道采掘时，侧帮锚杆及时支护，可有效减小侧帮片帮风险。
前侧帮组件包括前侧帮钻机安装架36、前侧帮钻机偏转油缸37和前侧帮钻机38；前侧帮钻机安装架36固定安装在上部支撑架2的前端；前侧帮钻机38转动安装在前侧帮钻机安装架36上，位于内侧顶锚钻机32和外侧顶锚钻机33的下方；前侧帮钻机偏转油缸37的两端分别与前侧帮钻机安装架36和前侧帮钻机38连接，驱动前侧帮钻机38沿行走底盘的左右方向偏转，实现小角度摆动，便于实现侧帮同间距支护。
探水组件包括探水钻机安装座39、摆动机构40、回转机构41、探水钻机42和探水钻机控制阀43；探水钻机安装座39转动安装在伸缩平台20上，由摆动机构40驱动沿行走底盘的上下方向摆动，实现打孔上下倾角的调整；探水钻机42转动安装在探水钻机安装座39上，由回转机构41驱动沿行走底盘的左右方向摆动，实现打孔左右方向的调整；探水钻机控制阀43安装在探水钻机安装座39上。探水组件不仅实现了前端煤壁的探水作业，且能兼顾侧帮煤壁探水需求，无需采购专用设备，节省了采购成本。
后侧帮组件包括后侧滑移架44、滑移轨道、提升机构45、推移油缸46、后侧帮钻机47和后侧帮钻机操作阀箱48；后侧滑移架44安装在行走底盘上；滑移轨道设置在后侧滑移架44上，沿行走底盘的前后方向布置；提升机构45与滑移轨道滑动连接；推移油缸46的两端分别与后侧滑移架44和提升机构45连接，滑移行程0～1米；后侧帮钻机47与提升机构45连接实现上下升降；后侧帮钻机操作阀箱48安装在后侧滑移架44上。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种多功能掘锚一体机，包括行走系统(A)、截割系统(B)、装载系统(C)、运输系统(D)、临时支护(E)、喷雾除尘系统(F)和锚护系统(G)；
所述行走系统(A)包括行走底盘；
所述截割系统(B)位于行走底盘的前端，
所述装载系统(C)安装在行走底盘的前端，位于截割系统(B)的下方；
所述运输系统(D)安装在行走底盘上，前端与截割系统(B)连接，位于装载系统(C)的上方；
所述临时支护(E)和喷雾除尘系统(F)位于运输系统(D)的上方；
两组锚护系统(G)对称布置在运输系统(D)的两侧；
其特征在于，所述锚护系统(G)包括多连杆垂直升降工作台、顶锚组件、前侧帮组件、探水组件和后侧帮组件；
所述多连杆垂直升降工作台位于装载系统(C)的后方，包括下部支撑架(1)、上部支撑架(2)、连接架Ⅰ(3)、连接架Ⅱ(4)、连接架Ⅲ(5)、连接架Ⅳ(6)、连接架Ⅴ(7)、连接架Ⅵ(8)、支撑油缸(9)、销轴Ⅰ(10)、销轴Ⅱ(11)、销轴Ⅲ(12)、销轴Ⅳ(13)、销轴Ⅴa(14)、销轴Ⅴb(15)、销轴Ⅵa(16)、销轴Ⅵb(17)、销轴Ⅶa(18)、销轴Ⅶb(19)和伸缩平台(20)；
所述下部支撑架(1)安装在行走底盘上；
所述连接架Ⅰ(3)包括两根相对设置的连杆Ⅰ，两根连杆Ⅰ的底端和下部支撑架(1)的两侧通过销轴Ⅰ(10)转动连接；
所述连接架Ⅱ(4)包括两根相对设置的连杆Ⅱ，两根连杆Ⅱ的底端和下部支撑架(1)的两侧通过销轴Ⅱ(11)转动连接；
所述连接架Ⅲ(5)包括两根相对设置的连杆Ⅲ，两根连杆Ⅲ的顶端和上部支撑架(2)的两侧通过销轴Ⅲ(12)转动连接；
所述连接架Ⅳ(6)包括两根相对设置的连杆Ⅳ以及连接两根连杆Ⅳ的加强杆Ⅳ，两根连杆Ⅳ的顶端和上部支撑架(2)的两侧通过销轴Ⅳ(13)转动连接；
所述连接架Ⅴ(7)包括两根相对设置的连杆Ⅴ，连杆Ⅴ的顶端、连杆Ⅰ的顶端、连杆Ⅲ的底端通过销轴Ⅴa(14)转动连接，连杆Ⅴ的底端和连杆Ⅱ的中部通过销轴Ⅴb(15)转动连接；
所述连接架Ⅵ(8)包括两根相对设置的连杆Ⅵ，连杆Ⅵ的底端、连杆Ⅱ的顶端、连杆Ⅳ的底端通过销轴Ⅵa(16)转动连接，连杆Ⅵ的顶端和连杆Ⅲ的中部通过销轴Ⅵb(17)转动连接；
所述支撑油缸(9)的底端和下部支撑架(1)通过销轴Ⅶa(18)转动连接，支撑油缸的顶端和加强杆Ⅳ通过销轴Ⅶb(19)转动连接；
所述伸缩平台(20)和上部支撑架(2)连接，沿行走底盘的前后方向伸缩；
所述顶锚组件包括内侧顶锚钻机(32)和外侧顶锚钻机(33)；
所述内侧顶锚钻机(32)和外侧顶锚钻机(33)均安装在伸缩平台(20)的前端，可沿行走底盘的前后方向偏转以及沿行走底盘的左右方向偏转；
所述前侧帮组件包括前侧帮钻机(38)；
所述前侧帮钻机(38)安装在上部支撑架(2)的前端，位于内侧顶锚钻机(32)和外侧顶锚钻机(33)的下方，可沿行走底盘的左右方向偏转；
所述探水组件包括探水钻机(42)；
所述探水钻机(42)安装在伸缩平台(20)上，可沿行走底盘的上下方向摆动以及沿行走底盘的左右方向偏转；
所述后侧帮组件位于多连杆垂直升降工作台的后方，包括滑移轨道、提升机构(45)和后侧帮钻机(47)；
所述滑移轨道沿行走底盘的前后方向布置；
所述提升机构(45)与滑移轨道滑动连接；
所述后侧帮钻机(47)与提升机构(45)连接实现上下升降。
2.根据权利要求1所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，所述连接架Ⅰ(3)还包括连接两根连杆Ⅰ的加强杆Ⅰ；
所述连接架Ⅱ(4)还包括连接两根连杆Ⅱ的加强杆Ⅱ；
所述连接架Ⅲ(5)还包括连接两根连杆Ⅲ的加强杆Ⅲ；
所述连接架Ⅴ(7)还包括连接两根连杆Ⅴ的加强杆Ⅴ；
所述连接架Ⅵ(8)还包括连接两根连杆Ⅵ的加强杆Ⅵ。
3.根据权利要求1所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，所述支撑油缸(9)内置位移传感器。
4.根据权利要求1所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，所述销轴Ⅰ(10)和销轴Ⅱ(11)之间的距离、销轴Ⅲ(12)和销轴Ⅳ(13)之间的距离均相等，设为X；
所述销轴Ⅰ(10)和销轴Ⅴa(14)之间的距离、销轴Ⅴa(14)和销轴Ⅲ(12)之间的距离、销轴Ⅱ(11)和销轴Ⅵa(16)之间的距离、销轴Ⅵa(16)和销轴Ⅳ(13)之间的距离均相等，设为Y；
所述销轴Ⅱ(11)和销轴Ⅴb(15)之间的距离、销轴Ⅲ(12)和销轴Ⅵb(17)之间的距离均相等，设为Z；
所述销轴Ⅴa(14)和销轴Ⅴb(15)之间的距离、销轴Ⅵa(16)和销轴Ⅵb(17)之间的距离均相等，设为T；
所述销轴Ⅱ(11)和销轴Ⅴa(14)之间的竖直高度、销轴Ⅲ(12)和销轴Ⅵa(16)之间的竖直高度均相等，设为H1；
所述销轴Ⅰ(10)和销轴Ⅵa(16)之间的竖直高度、销轴Ⅳ(13)和销轴Ⅴa(14)之间的竖直高度均相等，设为H2；
所述销轴Ⅰ(10)和下部支撑架(1)之间的竖直高度、销轴Ⅱ(11)和下部支撑架(1)之间的竖直高度均相等，设为H3；
所述销轴Ⅲ(12)和上部支撑架(2)之间的竖直高度、销轴Ⅳ(13)和上部支撑架(2)之间的竖直高度均相等，设为H4；
所述销轴Ⅱ(11)和销轴Ⅴa(14)之间的距离、销轴Ⅲ(12)和销轴Ⅵa(16)之间的距离均相等，设为d1；
所述销轴Ⅱ(11)、销轴Ⅰ(10)、销轴Ⅴa(14)构成的三角形与销轴Ⅲ(12)、销轴Ⅳ(13)、销轴Ⅵa(16)构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅰ(10)对应的角与销轴Ⅳ(13)对应的角相等，设为α，销轴Ⅱ(11)对应的角与销轴Ⅲ(12)对应的角相等，设为∠1；
所述销轴Ⅴa(14)、销轴Ⅱ(11)、销轴Ⅵa(16)构成的三角形与销轴Ⅴa(14)、销轴Ⅲ(12)、销轴Ⅵa(16)构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅱ(11)对应的角与销轴Ⅲ(12)对应的角相等，设为∠2；
所述销轴Ⅰ(10)、销轴Ⅱ(11)、销轴Ⅵa(16)构成的三角形与销轴Ⅳ(13)、销轴Ⅲ(12)、销轴Ⅴa(14)构成的三角形为全等三角形，销轴Ⅱ(11)对应的角与销轴Ⅲ(12)对应的角相等，设为∠3；
多连杆垂直升降工作台处于任一状态时，下部支撑架(1)和上部支撑架(2)之间的竖直高度为H，下部支撑架(1)和上部支撑架(2)同侧边缘的水平错位量为ΔX；
按照下式通过X、Y、Z、T、H3、H4、α控制H和ΔX；
H＝H1+H2+H3+H4，
△X＝Y×(cos∠3-cosα)，
式中，H1＝Y×sinα，
H2＝Y×si n∠3，
∠3＝∠1-∠2，
d1＝X2+Y2-2×X×Y×cosα。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，顶锚组件还包括固定套筒(22)、内侧滑移架(23)、外侧滑移架(24)、滑移油缸(25)、内侧偏转架(26)、外侧偏转架(27)、内侧偏转油缸Ⅰ(28)、内侧偏转油缸Ⅱ(29)、外侧回转减速器(30)和外侧偏转油缸(31)；
所述固定套筒(22)固定安装在伸缩平台(20)上；
所述内侧滑移架(23)和外侧滑移架(24)分别与固定套筒(22)滑动连接，由滑移油缸(25)驱动沿行走底盘的左右方向滑移；
所述内侧偏转架(26)转动安装在内侧滑移架(23)上；
所述内侧偏转油缸Ⅰ(28)的两端分别与内侧滑移架(23)和内侧偏转架(26)连接，驱动内侧偏转架(26)沿行走底盘的左右方向偏转；
所述内侧顶锚钻机(32)转动安装在内侧偏转架(26)上；
所述内侧偏转油缸Ⅱ(29)的两端分别与内侧偏转架(26)和内侧顶锚钻机(32)连接，驱动内侧顶锚钻机(32)沿行走底盘的前后方向偏转；
所述外侧偏转架(27)通过外侧回转减速器(30)与外侧滑移架(24)转动连接，由外侧回转减速器(30)驱动沿行走底盘的左右方向偏转；
所述外侧顶锚钻机(33)转动安装在外侧偏转架(27)上；
所述外侧偏转油缸(31)的两端分别与外侧偏转架(27)和外侧顶锚钻机(33)连接，驱动外侧顶锚钻机(33)沿行走底盘的前后方向偏转。
6.根据权利要求5所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，顶锚组件还包括内侧顶锚钻机操作台(34)和外侧顶锚钻机操作台(35)；
所述内侧顶锚钻机操作台(34)和外侧顶锚钻机操作台(35)均安装在伸缩平台(20)上。
7.根据权利要求6所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，前侧帮组件还包括前侧帮钻机安装架(36)和前侧帮钻机偏转油缸(37)；
所述前侧帮钻机安装架(36)固定安装在上部支撑架(2)的前端；
所述前侧帮钻机(38)转动安装在前侧帮钻机安装架(36)上；
所述前侧帮钻机偏转油缸(37)的两端分别与前侧帮钻机安装架(36)和前侧帮钻机(38)连接，驱动前侧帮钻机(38)沿行走底盘的左右方向偏转。
8.根据权利要求7所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，探水组件还包括探水钻机安装座(39)、摆动机构(40)和回转机构(41)；
所述探水钻机安装座(39)转动安装在伸缩平台(20)上，由摆动机构(40)驱动沿行走底盘的上下方向摆动；
所述探水钻机(42)转动安装在探水钻机安装座(39)上，由回转机构(41)驱动沿行走底盘的左右方向摆动。
9.根据权利要求8所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，后侧帮组件还包括后侧滑移架(44)、推移油缸(46)和后侧帮钻机操作阀箱(48)；
所述后侧滑移架(44)安装在行走底盘上；
滑移轨道设置在后侧滑移架(44)上；
所述推移油缸(46)的两端分别与后侧滑移架(44)和提升机构(45)连接；
所述后侧帮钻机操作阀箱(48)安装在后侧滑移架(44)上。
10.根据权利要求9所述的多功能掘锚一体机，其特征在于，多连杆垂直升降工作台还包括爬梯(21)；
所述爬梯(21)安装在伸缩平台(20)上。
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