CN207017940U - 一种智能钻架 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于矿山顶板、侧壁维护装置技术领域，为解决采用人工施工进行矿山顶板、侧壁维护时存在作业环境粉尘含量高、工作危险及维护效率低的技术问题，提供了一种智能钻架，包括钻杆、钻箱、提升机构、药卷喷射系统、机械手、钻杆夹持机构、框架、电气控制系统、锚杆仓、液压系统、夹钎机构和连接摆动机构，钻杆固定在钻杆夹持机构中，锚杆仓内设置若干锚杆，机械手设置在钻杆夹持机构与锚杆仓之间，机械手可转动用于抓取钻杆或锚杆，钻箱与提升机构相连，提升机构与电气控制系统相连，提升机构带动钻箱上下移动。本实用新型实现了锚杆作业工序的自动化、智能化，提高了顶板、侧壁维护的安全系数及维护效率。

Description

一种智能钻架

技术领域

本实用新型属于矿山顶板、侧壁维护装置技术领域，具体涉及一种智能钻架。

背景技术

矿山顶板、侧壁维护作为巷道掘进中重要的工艺规程，在安全开采领域具有巨大的意义。

安全生产是矿山开采的头等大事，安全对于矿山开采起着保证、支撑和推动的作用，矿山的安全生产是国家安全生产的重要组成部分。由于我国的矿山地质条件差，矿山众多，差异大，机械化掘进与开采程度低，安全技术装备严重不足，从业人员综合素质差，导致我国的矿山安全形势不容乐观。

目前矿山顶板、侧壁维护时采用人工进行锚钻、装填树脂药卷，工作面上弥漫大量的可吸入粉尘，顶板通常有大量的流水，工作环境十分恶劣，由于工作性质导致工人长期暴露在未维护的顶板下使得工人的安全风险急剧增加，而且人工进行维护的效率极其低下。

发明内容

本实用新型为解决采用人工施工进行矿山顶板、侧壁维护时存在作业环境粉尘含量高、工作危险及维护效率低的技术问题，提供了一种智能钻架。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种智能钻架，包括钻杆、钻箱、提升机构、药卷喷射系统、机械手、钻杆夹持机构、框架、电气控制系统、锚杆仓、液压系统、夹钎机构和连接摆动机构，所述连接摆动机构设置在框架的外侧，钻杆夹持机构、药卷喷射系统、锚杆仓、机械手、电气控制系统及液压系统均设置在框架内，所述钻杆固定在钻杆夹持机构中，钻杆的下部设置外螺纹，所述钻箱的上表面设置与钻杆下部的外螺纹相匹配的螺纹孔，所述锚杆仓内设置若干锚杆，所述锚杆的下部设置与钻箱上表面的螺纹孔相匹配的外螺纹，所述机械手设置在钻杆夹持机构与锚杆仓之间，机械手与液压系统相连，机械手在液压系统的作用下可转动用于抓取钻杆或锚杆，所述钻箱与提升机构相连，提升机构与电气控制系统相连，提升机构带动钻箱上下移动，所述夹钎机构设置在框架顶端，包括两条导向臂，每条导向臂分别开有半个导向锥孔。

所述提升机构包括提升油缸、提升链条、导向柱和导向链接板，提升油缸的油缸筒两端均有油缸杆伸出，油缸杆两端固定在框架上，油缸筒可在油缸杆上上下滑动，提升链条一端固定在框架上，另一端绕过提升油缸的油缸筒上的提升耳并固定在导向链接板上，导向链接板中间有两根导向柱穿过。

所述药卷喷射系统包括药卷喷嘴、软管、药卷仓和药卷，所述药卷设置在药卷仓内，所述软管的一端与药卷相连，另一端与药卷喷嘴相连，药卷喷嘴与油缸的一端相连，油缸的另一端固定在框架上。

所述机械手包括旋转油缸、立柱、手臂、抓取器和机械手底座，立柱的下端垂直可转动设置在机械手底座上，手臂的一端垂直固定在立柱的上端，手臂的另一端设置抓取器，旋转油缸的一端与机械手底座铰接，另一端与立柱的下端铰接，手臂中设置控制抓取器闭合与打开的控制油缸。

所述锚杆仓包括步进电机、主动转轴、齿形带轮、齿形带、弹性夹子、锚杆、被动转轴和锚杆仓框架，步进电机安装在锚杆仓框架底部，主动转轴设置在锚杆仓框架内的一端，被动转轴设置在锚杆仓框架内的另一端，步进电机的上端与主动转轴的下端相连，主动转轴与被动转轴的上下部各分别安装一个齿形带轮，主动转轴与被动转轴上部的齿形带轮及下部的齿形带轮之间分别通过齿形带相连接，所述上下齿形带上分别一一对应设置若干弹性夹子，所述锚杆设置在上下相对应的弹性夹子之间。

本实用新型的有益效果：

1. 本实用新型在矿山顶板、侧壁锚固维护领域实现锚杆作业工序—钻孔、上锚杆、喷射药卷、紧固锚杆、锚杆连续供给的自动化、智能化，使操作人员在支护区实现远程锚杆支护。

2. 本实用新型取消了人工锚钻、装填树脂药卷等工作，减少了人员的工作量，改善了劳动环境，提高了顶板、侧壁维护的安全系数。

3. 随着矿山巷道掘进量的增加，对顶板、侧壁锚固维护的需求会日益加大，本实用新型智能钻架的应用也会越来越广，本实用新型具有较高的实用价值和经济价值，同时极大地降低了井下锚护施工的安全风险，实现了以技术换人的大趋势。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图一；

图2为本实用新型的结构示意图二；

图3为提升机构结构示意图；

图4为药卷喷射系统结构示意图；

图5为机械手结构示意图；

图6为锚杆仓结构示意图；

图7为电气控制系统控制原理示意图；

图中：1-钻杆，2-钻箱，3-提升机构，4-药卷喷射系统，5-机械手，6-钻杆夹持机构，7-框架，8-电气控制系统，9-锚杆仓，10-液压系统，11-夹钎机构，12-连接摆动机构，31-提升油缸，32-提升链条，33-导向柱，34-导向链接板，41-药卷喷嘴，42-软管，43--药卷仓，44-药卷，51-旋转油缸，52-立柱，53--手臂，54-抓取器，55-机械手底座，91-步进电机，92-主动转轴，93--齿形带轮，94-齿形带，95-弹性夹子，96-锚杆，97-被动转轴，98-锚杆仓框架。

具体实施方式

图1与图2分别为本实用新型两个不同角度的结构示意图，如图1、2所示，一种智能钻架，包括钻杆1、钻箱2、提升机构3、药卷喷射系统4、机械手5、钻杆夹持机构6、框架7、电气控制系统8、锚杆仓9、液压系统10、夹钎机构11和连接摆动机构12，所述连接摆动机构12设置在框架7的外侧，钻杆夹持机构6、药卷喷射系统4、锚杆仓9、机械手5、电气控制系统8及液压系统10均设置在框架7内，所述钻杆1固定在钻杆夹持机构6中，钻杆1的下部设置外螺纹，所述钻箱2的上表面设置与钻杆1下部的外螺纹相匹配的螺纹孔，所述锚杆仓9内设置若干锚杆96，所述锚杆96的下部设置与钻箱2上表面的螺纹孔相匹配的外螺纹，所述机械手5设置在钻杆夹持机构6与锚杆仓9之间，机械手5与液压系统10相连，机械手5在液压系统10的作用下可转动用于抓取钻杆1或锚杆96，所述钻箱2与提升机构3相连，提升机构3与电气控制系统8相连，提升机构3带动钻箱2上下移动，所述夹钎机构11设置在框架7顶端，由两条导向臂构成，每条导向臂各开有半个导向锥孔，能够引导钻杆1和锚杆96沿着正确的方向进给。

如图3所示，所述提升机构3包括固定在框架7上的提升油缸31、提升链条32、导向柱33和导向链接板34，提升油缸31为双出杆的双作用油缸，提升油缸31的油缸筒两端均有油缸杆伸出，油缸杆两端固定在框架7上，油缸筒可在油缸杆上上下滑动，提升链条32一端固定在框架7上，另一端绕过提升油缸31的油缸筒上的提升耳并固定在导向链接板34上，导向链接板34中间有两根导向柱33穿过，当提升油缸31的油缸筒滑动时，提升链条32就会带动导向链接板34沿着导向柱33移动，从而带动钻箱2移动。

如图4所示，所述药卷喷射系统4包括药卷喷嘴41、软管42、药卷仓43和药卷44，所述药卷44设置在药卷仓43内，所述软管42的一端与药卷44相连，另一端与药卷喷嘴41相连，药卷喷嘴41与油缸的一端相连，油缸的另一端固定在框架7上，工作时油缸推动药卷喷嘴41旋转到钻孔下面，高压水将药卷仓43中药卷44通过软管42喷入钻孔中定位后，油缸推动药卷喷嘴41复位。

如图5所示，所述机械手5包括旋转油缸51、立柱52、手臂53、抓取器54和机械手底座55，立柱52的下端垂直可转动设置在机械手底座55上，手臂53的一端垂直固定在立柱52的上端，手臂53的另一端设置抓取器54，旋转油缸51的一端与机械手底座55铰接，另一端与立柱52的下端铰接，手臂53中设置控制抓取器54闭合与打开的控制油缸。机械手5的旋转油缸51可使手臂九十度旋转，当抓取器54完全张开时在手臂转动过程中不与任何物体接触。手臂53在零度时抓取器54闭合可抓取固定在钻杆夹持机构6的钻杆1，手臂53在四十五度时可以把钻杆1或锚杆96移到钻箱2正上面，手臂53在九十度时抓取器54闭合可抓取固定在锚杆仓9中的锚杆96。

如图6所示，所述锚杆仓9包括步进电机91、主动转轴92、齿形带轮93、齿形带94、弹性夹子95、锚杆96、被动转轴97和锚杆仓框架98，步进电机91安装在锚杆仓框架98底部，主动转轴92设置在锚杆仓框架98内的一端，被动转轴97设置在锚杆仓框架98内的另一端，步进电机91的上端与主动转轴92的下端相连，主动转轴92与被动转轴97的上下部各分别安装一个齿形带轮93，主动转轴92与被动转轴97上部的齿形带轮93及下部的齿形带轮93之间分别通过齿形带94相连接，所述上下齿形带94上分别一一对应设置若干弹性夹子95，所述锚杆96设置在上下相对应的弹性夹子95之间。机械手5旋转到锚杆仓9侧面抓取锚杆96后，锚杆仓9中的步进电91机收到电气控制系统8的指令，带动齿形带94旋转下一根锚杆96到机械手5抓取位置。

本实用新型的具体工作步骤如下：

（1）自动钻架通过连接摆动机构12和其它的连接机构定位到顶板或侧壁钻孔位置，保证自动钻架不在移动。机械手5抓取固定在钻杆夹持机构6中的钻杆1，移到钻箱2正上面，钻箱2边上升边旋转，钻杆1与钻箱2螺纹连接固定，然后机械手5松开钻杆1，回到初始位。

（2）钻箱2带动钻杆1高速转动同时提升机构3带动钻箱2沿导轨向上移动，钻杆1通过夹钎机构11中间的导向孔钻入岩石成孔，当完成钻孔后提升机构3带动钻箱2和钻杆1退出回到钻孔的开始位置，机械手5抓住固定在钻箱2中的钻杆1，钻箱2反向旋转并下移使钻箱2与钻杆1间螺纹脱扣，机械手5将钻杆1固定在钻杆夹持机构6上。

（3）夹钎机构11向两侧分开，油缸推动药卷喷嘴41旋转到钻孔下面，高压水将药卷仓43中药卷44通过软管42喷入钻孔中定位后，油缸推动药卷喷嘴41复位。

（4）机械手5旋转到锚杆仓9侧面抓取锚杆96后，锚杆仓9中的步进电机91带动齿形带94旋转下一根锚杆96到机械手5抓取位置，机械手5将锚杆96移到钻箱2正上面，钻箱2边上升边旋转，锚杆96与钻箱2螺纹连接固定，然后机械手5复位。

（5）钻箱2带动锚杆96高速转动同时提升机构3带动钻箱2沿导轨向上移动，高速转动的锚杆96将钻孔中的凝固剂搅拌均匀，当锚杆96移动到顶端后钻箱2输出钻速降低扭矩增大将锚杆96紧固，钻箱2反向旋转使钻箱2与锚杆96间螺纹脱扣，钻箱2返回原位置，夹钎机构11闭合，整个工作流程运行完毕。

当选定下一个钻孔位置后可重复上述工作。

如图7所示，电气控制系统8通过传感器、电机和液压系统10，可实现对每个运行过程实时监控，能够实现自检、异常判断和紧急制动等功能。

本实用新型实现了锚杆作业工序—钻孔、上锚杆、喷射药卷、紧固锚杆、锚杆连续供给等的自动化、智能化，使操作人员在支护区实现远程锚杆支护。

Claims (5)

1.一种智能钻架，其特征在于：包括钻杆（1）、钻箱（2）、提升机构（3）、药卷喷射系统（4）、机械手（5）、钻杆夹持机构（6）、框架（7）、电气控制系统（8）、锚杆仓（9）、液压系统（10）、夹钎机构（11）和连接摆动机构（12），所述连接摆动机构（12）设置在框架（7）的外侧，钻杆夹持机构（6）、药卷喷射系统（4）、锚杆仓（9）、机械手（5）、电气控制系统（8）及液压系统（10）均设置在框架（7）内，所述钻杆（1）固定在钻杆夹持机构（6）中，钻杆（1）的下部设置外螺纹，所述钻箱（2）的上表面设置与钻杆（1）下部的外螺纹相匹配的螺纹孔，所述锚杆仓（9）内设置若干锚杆（96），所述锚杆（96）的下部设置与钻箱（2）上表面的螺纹孔相匹配的外螺纹，所述机械手（5）设置在钻杆夹持机构（6）与锚杆仓（9）之间，机械手（5）与液压系统（10）相连，机械手（5）在液压系统（10）的作用下可转动用于抓取钻杆（1）或锚杆（96），所述钻箱（2）与提升机构（3）相连，提升机构（3）与电气控制系统（8）相连，提升机构（3）带动钻箱（2）上下移动，所述夹钎机构（11）设置在框架（7）顶端，包括两条导向臂，每条导向臂分别开有半个导向锥孔。

2.根据权利要求1所述的一种智能钻架，其特征在于：所述提升机构（3）包括提升油缸（31）、提升链条（32）、导向柱（33）和导向链接板（34），提升油缸（31）的油缸筒两端均有油缸杆伸出，油缸杆两端固定在框架（7）上，油缸筒可在油缸杆上上下滑动，提升链条（32）一端固定在框架（7）上，另一端绕过提升油缸（31）的油缸筒上的提升耳并固定在导向链接板（34）上，导向链接板（34）中间有两根导向柱（33）穿过。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能钻架，其特征在于：所述药卷喷射系统（4）包括药卷喷嘴（41）、软管（42）、药卷仓（43）和药卷（44），所述药卷（44）设置在药卷仓（43）内，所述软管（42）的一端与药卷（44）相连，另一端与药卷喷嘴（41）相连，药卷喷嘴（41）与油缸的一端相连，油缸的另一端固定在框架（7）上。

4.根据权利要求3所述的一种智能钻架，其特征在于：所述机械手（5）包括旋转油缸（51）、立柱（52）、手臂（53）、抓取器（54）和机械手底座（55），立柱（52）的下端垂直可转动设置在机械手底座（55）上，手臂（53）的一端垂直固定在立柱（52）的上端，手臂（53）的另一端设置抓取器（54），旋转油缸（51）的一端与机械手底座（55）铰接，另一端与立柱（52）的下端铰接，手臂（53）中设置控制抓取器（54）闭合与打开的控制油缸。

5.根据权利要求4所述的一种智能钻架，其特征在于：所述锚杆仓（9）包括步进电机（91）、主动转轴（92）、齿形带轮（93）、齿形带（94）、弹性夹子（95）、锚杆（96）、被动转轴（97）和锚杆仓框架（98），步进电机（91）安装在锚杆仓框架（98）底部，主动转轴（92）设置在锚杆仓框架（98）内的一端，被动转轴（97）设置在锚杆仓框架（98）内的另一端，步进电机（91）的上端与主动转轴（92）的下端相连，主动转轴（92）与被动转轴（97）的上下部各分别安装一个齿形带轮（93），主动转轴（92）与被动转轴（97）上部的齿形带轮（93）及下部的齿形带轮（93）之间分别通过齿形带（94）相连接，所述上下齿形带（94）上分别一一对应设置若干弹性夹子（95），所述锚杆（96）设置在上下相对应的弹性夹子（95）之间。