一種智能錨桿鉆車的制作方法

本發明屬于礦山頂板、側壁維護裝置技術領域，具體涉及一種智能錨桿鉆車。

背景技術：

礦山頂板、側壁維護作為巷道掘進中重要的工藝規程，在安全開采領域具有巨大的意義。

安全生產是礦山開采的頭等大事，安全對于礦山開采起著保證、支撐和推動的作用，礦山的安全生產是國家安全生產的重要組成部分。由于我國的礦山地質條件差，礦山眾多，差異大，機械化掘進與開采程度低，安全技術裝備嚴重不足，從業人員綜合素質差，導致我國的礦山安全形勢不容樂觀。

目前礦山頂板、側壁維護時采用人工進行錨桿維護，存在作業環境惡劣、危險系數高，工作效率低等技術問題。

技術實現要素：

本發明為解決現有礦山頂板、側壁維護采用人工進行錨桿維護存在作業環境惡劣、危險系數高、工作效率低的技術問題，提供了一種智能錨桿鉆車。

本發明采用的技術方案如下：

一種智能錨桿鉆車，包括機架、設置在機架下部的變頻調速行走機構和設置在機架上部的電氣控制系統、伸縮工作臂、鋪網機械手、智能鉆架、液壓系統、駕駛操作與監控機構及定向巡航控制與步距測量系統，所述智能鉆架通過伸縮工作臂與機架轉動連接，所述鋪網機械手的一端與機架轉動連接，另一端設有用于吸取金屬防護網的電磁鐵，所述伸縮工作臂和鋪網機械手均由液壓系統控制，所述變頻調速行走機構、駕駛操作與監控機構和定向巡航控制與步距測量系統分別與電氣控制系統相連。

所述伸縮工作臂包括工作臂側擺油缸、工作臂回轉座、工作臂外套筒、工作臂舉升油缸、工作臂內套筒、調平油缸、工作臂十字塊、旋轉油缸座和旋轉油缸，所述工作臂回轉座與機架鉸接，工作臂外套筒的一端設置在工作臂回轉座內并與工作臂回轉座鉸接，工作臂側擺油缸設置在工作臂回轉座的一側，工作臂側擺油缸的一端與工作臂回轉座鉸接，另一端與機架鉸接，工作臂舉升油缸設置在工作臂外套筒的下方，工作臂舉升油缸的一端與工作臂外套筒鉸接，另一端與機架鉸接，工作臂內套筒套設在工作臂外套筒內，工作臂內套筒可沿工作臂外套筒長度方向由內置油缸推動進行伸縮，工作臂內套筒的前端鉸接工作臂十字塊，所述調平油缸設置在工作臂內套筒的上方，調平油缸的一端與工作臂十字塊鉸接，另一端與工作臂內套筒鉸接，所述旋轉油缸固定在旋轉油缸座內，旋轉油缸座與工作臂十字塊鉸接。

所述鋪網機械手包括機械手側擺油缸、機械手回轉座、機械手大臂、機械手舉升油缸、油缸、機械手外套筒、機械手內套筒和電磁鐵，所述機械手回轉座與機架鉸接，機械手側擺油缸設置在機械手回轉座的一側，機械手側擺油缸的一端與機械手回轉座鉸接，另一端與機架鉸接，機械手大臂的一端設置在機械手回轉座內并與機械手回轉座鉸接，機械手大臂的另一端與機械手外套筒的一端鉸接，油缸設置在機械手大臂與機械手外套筒的下方，油缸的一端與機械手大臂鉸接，另一端與機械手外套筒鉸接，機械手內套筒套設在機械手外套筒內，機械手內套筒可沿機械手外套筒長度方向由內置油缸推動進行伸縮，機械手內套筒的前端鉸接電磁鐵。

所述智能鉆架，包括鉆桿、鉆箱、提升機構、藥卷噴射系統、機械手、鉆桿夾持機構、框架、電氣控制系統i、錨桿倉、液壓系統i、夾釬機構和連接擺動機構，所述連接擺動機構設置在框架的外側，鉆桿夾持機構、藥卷噴射系統、錨桿倉、機械手、電氣控制系統i及液壓系統i均設置在框架內，所述鉆桿固定在鉆桿夾持機構中，鉆桿的下部設置外螺紋，所述鉆箱的上表面設置與鉆桿下部的外螺紋相匹配的螺紋孔，所述錨桿倉內設置若干錨桿，所述錨桿的下部設置與鉆箱上表面的螺紋孔相匹配的外螺紋，所述機械手設置在鉆桿夾持機構與錨桿倉之間，機械手與液壓系統i相連，機械手在液壓系統i的作用下可轉動用于抓取鉆桿或錨桿，所述鉆箱與提升機構相連，提升機構與電氣控制系統i相連，提升機構帶動鉆箱上下移動，所述夾釬機構設置在框架頂端，包括兩條導向臂，每條導向臂分別開有半個導向錐孔。

所述提升機構包括提升油缸、提升鏈條、導向柱和導向鏈接板，提升油缸的油缸筒兩端均有油缸桿伸出，油缸桿兩端固定在框架上，油缸筒可在油缸桿上上下滑動，提升鏈條一端固定在框架上，另一端繞過提升油缸的油缸筒上的提升耳并固定在導向鏈接板上，導向鏈接板中間有兩根導向柱穿過。

所述藥卷噴射系統包括藥卷噴嘴、軟管、藥卷倉和藥卷，所述藥卷設置在藥卷倉內，所述軟管的一端與藥卷相連，另一端與藥卷噴嘴相連，藥卷噴嘴與油缸的一端相連，油缸的另一端固定在框架上。

所述機械手包括旋轉油缸、立柱、手臂、抓取器和機械手底座，立柱的下端垂直可轉動設置在機械手底座上，手臂的一端垂直固定在立柱的上端，手臂的另一端設置抓取器，旋轉油缸的一端與機械手底座鉸接，另一端與立柱的下端鉸接，手臂中設置控制抓取器閉合與打開的控制油缸。

所述錨桿倉包括步進電機、主動轉軸、齒形帶輪、齒形帶、彈性夾子、錨桿、被動轉軸和錨桿倉框架，步進電機安裝在錨桿倉框架底部，主動轉軸設置在錨桿倉框架內的一端，被動轉軸設置在錨桿倉框架內的另一端，步進電機的上端與主動轉軸的下端相連，主動轉軸與被動轉軸的上下部各分別安裝一個齒形帶輪，主動轉軸與被動轉軸上部的齒形帶輪及下部的齒形帶輪之間分別通過齒形帶相連接，所述上下齒形帶上分別一一對應設置若干彈性夾子，所述錨桿設置在上下相對應的彈性夾子之間。

本發明的有益效果：

1.本發明的智能錨桿鉆車在礦山頂板、側壁維護領域實現了自動鋪網、自動錨鉆、自動噴射藥卷和自主定向巡航控制，取消了人工鋪網、錨鉆、裝填樹脂藥卷、排距和間距確定，減少了工作量，改善勞動環境，提高了頂板、側壁維護的安全系數。

2.隨著礦山企業巷道掘進的增加，對頂板、側壁維護的需求會日益加大，本發明的智能錨桿鉆車的應用也會越來越廣，本發明具有較高的實用價值和經濟價值，同時極大降低井下施工的安全風險，實現了以技術換人的大趨勢。

3.本發明的智能鉆架通過旋轉副和平移副與機架連接，保證了智能鉆架在不同高度和不同寬度的巷道都能實現對其進行頂板、側壁維護。

4.本發明的鋪網機械手通過旋轉副和平移副與電磁鐵配合實現了金屬防護網的抓取、翻轉和定位，保證了在不同高度和不同寬度的巷道都能實現對其進行頂板自動鋪網。

5.本發明的陀螺儀定向巡航控制與空間距離測量系統能夠保證智能錨桿鉆車與巷道相對位置自動測量行走距離，保證每排錨桿間距與設定開采工藝參數一致。

附圖說明

圖1為本發明的主視結構示意圖；

圖2為頂板維護示意圖；

圖3為側壁維護示意圖；

圖4為伸縮工作臂示意圖；

圖5為鋪網機械手示意圖；

圖6為定向巡航控制與步距測量系統原理示意圖；

圖7為智能鉆架結構示意圖一；

圖8為智能鉆架結構示意圖二；

圖9為提升機構結構示意圖；

圖10為藥卷噴射系統結構示意圖；

圖11為機械手結構示意圖；

圖12為錨桿倉結構示意圖；

圖中：1-變頻調速行走機構，2-電氣控制系統，3-伸縮工作臂，4-鋪網機械手，5-智能鉆架，6-液壓系統，7-機架，8-駕駛操作與監控機構，9-定向巡航控制與步距測量系統，10-金屬防護網，31-工作臂側擺油缸，32-工作臂回轉座，33--工作臂外套筒，34-工作臂舉升油缸，35-工作臂內套筒，36-調平油缸，37-工作臂十字塊，38-旋轉油缸座，39-旋轉油缸，41-機械手側擺油缸，42-機械手回轉座，43--機械手大臂，44-機械手舉升油缸，45-油缸，46-機械手外套筒，47-機械手內套筒，48-電磁鐵，51-鉆桿，52-鉆箱，53-提升機構，54-藥卷噴射系統，55-機械手，56-鉆桿夾持機構，57-框架，58-電氣控制系統i，59-錨桿倉，510-液壓系統i，511-夾釬機構，512-連接擺動機構，531-提升油缸，532-提升鏈條，533-導向柱，534-導向鏈接板，541-藥卷噴嘴，542-軟管，543--藥卷倉，544-藥卷，551-旋轉油缸，552-立柱，553--手臂，554-抓取器，555-機械手底座，591-步進電機，592-主動轉軸，593--齒形帶輪，594-齒形帶，595-彈性夾子，596-錨桿，597-被動轉軸，598-錨桿倉框架。

具體實施方式

如圖1所示，一種智能錨桿鉆車，包括用來自動錨鉆，自動緊固錨桿和噴射藥卷的智能鉆架5，用來自動鋪網的鋪網機械手4，用來智能鉆架5定位和頂板、側壁切換的伸縮工作臂3，用來實現自動確定錨桿排距的定向巡航控制與步距測量系統9，以及實現上述功能的配屬系統，如電氣控制系統2、變頻調速行走機構1、機架7和駕駛操作與監控機構8，所述變頻調速行走機構1設置在機架7的下部，電氣控制系統2、伸縮工作臂3、鋪網機械手4、智能鉆架5、液壓系統6、駕駛操作與監控機構8及定向巡航控制與步距測量系統9均設置在機架7的上部，所述智能鉆架5通過伸縮工作臂3與機架7轉動連接，所述鋪網機械手4的一端與機架7轉動連接，另一端設有用于吸取金屬防護網10的電磁鐵48，所述伸縮工作臂3和鋪網機械手4均由液壓系統控制，所述變頻調速行走機構1、駕駛操作與監控機構8和定向巡航控制與步距測量系統9分別與電氣控制系統2相連。

如圖4所示，所述伸縮工作臂3包括工作臂側擺油缸31、工作臂回轉座32、工作臂外套筒33、工作臂舉升油缸34、工作臂內套筒35、調平油缸36、工作臂十字塊37、旋轉油缸座38和旋轉油缸39，所述工作臂回轉座32與機架7鉸接，工作臂外套筒33的一端設置在工作臂回轉座32內并與工作臂回轉座32鉸接，工作臂側擺油缸31設置在工作臂回轉座32的一側，工作臂側擺油缸31的一端與工作臂回轉座32鉸接，另一端與機架7鉸接，工作臂舉升油缸34設置在工作臂外套筒33的下方，工作臂舉升油缸34的一端與工作臂外套筒33鉸接，另一端與機架7鉸接，工作臂內套筒35套設在工作臂外套筒33內，工作臂內套筒35可沿工作臂外套筒33長度方向由內置油缸推動進行伸縮，工作臂內套筒35的前端鉸接工作臂十字塊37，所述調平油缸36設置在工作臂內套筒35的上方，調平油缸36的一端與工作臂十字塊37鉸接，另一端與工作臂內套筒35鉸接，所述旋轉油缸39固定在旋轉油缸座38內，旋轉油缸座38與工作臂十字塊37鉸接。

智能鉆架5與伸縮工作臂3通過旋轉油缸39相連實現智能鉆架5相對伸縮工作臂3的旋轉，實現頂板、側壁維護的切換，伸縮工作臂3由工作臂內套筒35和工作臂外套筒33組成實現智能鉆架5的前后移動，工作臂外套筒33與工作臂回轉座32旋轉連接由工作臂舉升油缸34推動實現上下擺動，實現了智能鉆架5的上下擺動，工作臂回轉座32與機架7旋轉連接由工作臂側擺油缸31推動實現左右擺動，實現了智能鉆架5的左右擺動，保證了智能鉆架5在不同高度和不同寬度的巷道都能實現頂板、側壁維護。

如圖5所示，所述鋪網機械手4包括機械手側擺油缸41、機械手回轉座42、機械手大臂43、機械手舉升油缸44、油缸45、機械手外套筒46、機械手內套筒47和電磁鐵48，所述機械手回轉座42與機架7鉸接，機械手側擺油缸41設置在機械手回轉座42的一側，機械手側擺油缸41的一端與機械手回轉座42鉸接，另一端與機架7鉸接，機械手大臂43的一端設置在機械手回轉座42內并與機械手回轉座42鉸接，機械手大臂43的另一端與機械手外套筒46的一端鉸接，油缸45設置在機械手大臂43與機械手外套筒46的下方，油缸45的一端與機械手大臂43鉸接，另一端與機械手外套筒46鉸接，機械手內套筒47套設在機械手外套筒46內，機械手內套筒47可沿機械手外套筒46長度方向由內置油缸推動進行伸縮，機械手內套筒47的前端鉸接電磁鐵48。

鋪網機械手回轉座42與機架7旋轉連接由機械手側擺油缸41推動實現左右擺動，機械手大臂43與機械手回轉座42旋轉連接由機械手舉升油缸44推動實現上下擺動，鋪網機械手由機械手伸內套筒47和機械手外套筒46組成實現前后移動，機械手內套筒47前端安裝有電磁鐵48能夠吸附金屬防護網10，實現了在不同高度和不同寬度的巷道都能實現頂板鋪網。

如圖7、8所示，所述智能鉆架，包括鉆桿51、鉆箱52、提升機構53、藥卷噴射系統54、機械手55、鉆桿夾持機構56、框架57、電氣控制系統i58、錨桿倉59、液壓系統i510、夾釬機構511和連接擺動機構512，所述連接擺動機構512設置在框架57的外側，鉆桿夾持機構56、藥卷噴射系統54、錨桿倉59、機械手55、電氣控制系統i58及液壓系統i510均設置在框架57內，所述鉆桿51固定在鉆桿夾持機構56中，鉆桿51的下部設置外螺紋，所述鉆箱52的上表面設置與鉆桿51下部的外螺紋相匹配的螺紋孔，所述錨桿倉59內設置若干錨桿96，所述錨桿96的下部設置與鉆箱52上表面的螺紋孔相匹配的外螺紋，所述機械手55設置在鉆桿夾持機構56與錨桿倉59之間，機械手55與液壓系統i510相連，機械手55在液壓系統i510的作用下可轉動用于抓取鉆桿51或錨桿96，所述鉆箱52與提升機構53相連，提升機構53與電氣控制系統i58相連，提升機構53帶動鉆箱52上下移動，所述夾釬機構511設置在框架57頂端，由兩條導向臂構成，每條導向臂各開有半個導向錐孔，能夠引導鉆桿51和錨桿96沿著正確的方向進給。

如圖9所示，所述提升機構53包括固定在框架57上的提升油缸531、提升鏈條532、導向柱533和導向鏈接板534，提升油缸531為雙出桿的雙作用油缸，提升油缸531的油缸筒兩端均有油缸桿伸出，油缸桿兩端固定在框架57上，油缸筒可在油缸桿上上下滑動，提升鏈條532一端固定在框架57上，另一端繞過提升油缸531的油缸筒上的提升耳并固定在導向鏈接板534上，導向鏈接板534中間有兩根導向柱533穿過，當提升油缸531的油缸筒滑動時，提升鏈條532就會帶動導向鏈接板534沿著導向柱533移動，從而帶動鉆箱52移動。

如圖10所示，所述藥卷噴射系統54包括藥卷噴嘴541、軟管542、藥卷倉543和藥卷544，所述藥卷544設置在藥卷倉543內，所述軟管542的一端與藥卷544相連，另一端與藥卷噴嘴541相連，藥卷噴嘴541與油缸的一端相連，油缸的另一端固定在框架57上，工作時油缸推動藥卷噴嘴541旋轉到鉆孔下面，高壓水將藥卷倉543中藥卷544通過軟管542噴入鉆孔中定位后，油缸推動藥卷噴嘴541復位。

如圖11所示，所述機械手55包括旋轉油缸551、立柱552、手臂553、抓取器554和機械手底座555，立柱552的下端垂直可轉動設置在機械手底座555上，手臂553的一端垂直固定在立柱552的上端，手臂553的另一端設置抓取器554，旋轉油缸551的一端與機械手底座555鉸接，另一端與立柱552的下端鉸接，手臂553中設置控制抓取器554閉合與打開的控制油缸。機械手55的旋轉油缸551可使手臂九十度旋轉，當抓取器554完全張開時在手臂轉動過程中不與任何物體接觸。手臂553在零度時抓取器554閉合可抓取固定在鉆桿夾持機構56的鉆桿51，手臂553在四十五度時可以把鉆桿51或錨桿596移到鉆箱52正上面，手臂553在九十度時抓取器554閉合可抓取固定在錨桿倉59中的錨桿596。

如圖12所示，所述錨桿倉59包括步進電機591、主動轉軸592、齒形帶輪593、齒形帶594、彈性夾子595、錨桿596、被動轉軸597和錨桿倉框架598，步進電機591安裝在錨桿倉框架598底部，主動轉軸592設置在錨桿倉框架598內的一端，被動轉軸597設置在錨桿倉框架598內的另一端，步進電機591的上端與主動轉軸592的下端相連，主動轉軸592與被動轉軸597的上下部各分別安裝一個齒形帶輪593，主動轉軸592與被動轉軸597上部的齒形帶輪593及下部的齒形帶輪593之間分別通過齒形帶594相連接，所述上下齒形帶594上分別一一對應設置若干彈性夾子595，所述錨桿596設置在上下相對應的彈性夾子595之間。機械手55旋轉到錨桿倉59側面抓取錨桿596后，錨桿倉59中的步進電591機收到電氣控制系統i58的指令，帶動齒形帶594旋轉下一根錨桿596到機械手55抓取位置。

本發明智能鉆架的具體工作步驟如下：

（1）機械手55抓取固定在鉆桿夾持機構56中的鉆桿51，移到鉆箱52正上面，鉆箱52邊上升邊旋轉，鉆桿51與鉆箱52螺紋連接固定，然后機械手55松開鉆桿51，回到初始位。

（2）鉆箱52帶動鉆桿51高速轉動同時提升機構53帶動鉆箱52沿導軌向上移動，鉆桿51通過夾釬機構511中間的導向孔鉆入巖石成孔，當完成鉆孔后提升機構53帶動鉆箱52和鉆桿51退出回到鉆孔的開始位置，機械手55抓住固定在鉆箱52中的鉆桿51，鉆箱52反向旋轉并下移使鉆箱52與鉆桿51間螺紋脫扣，機械手55將鉆桿51固定在鉆桿夾持機構56上。

（3）夾釬機構511向兩側分開，油缸推動藥卷噴嘴541旋轉到鉆孔下面，高壓水將藥卷倉543中藥卷544通過軟管542噴入鉆孔中定位后，油缸推動藥卷噴嘴541復位。

（4）機械手55旋轉到錨桿倉59側面抓取錨桿596后，錨桿倉59中的步進電機591帶動齒形帶594旋轉下一根錨桿596到機械手55抓取位置，機械手55將錨桿596移到鉆箱52正上面，鉆箱52邊上升邊旋轉，錨桿596與鉆箱52螺紋連接固定，然后機械手55復位。

（5）鉆箱52帶動錨桿596高速轉動同時提升機構53帶動鉆箱52沿導軌向上移動，高速轉動的錨桿596將鉆孔中的凝固劑攪拌均勻，當錨桿596移動到頂端后鉆箱52輸出鉆速降低扭矩增大將錨桿596緊固，鉆箱52反向旋轉使鉆箱52與錨桿596間螺紋脫扣，鉆箱52返回原位置，夾釬機構511閉合，整個工作流程運行完畢。

本發明的智能錨桿鉆車的工作過程：

如圖2所示，頂板維護工作時，伸縮工作臂3伸出保證智能鉆架5抵住頂板定位，鉆箱打錨桿孔，智能鉆架5移走，鋪網機械手4抓取金屬防護網10將其放到智能鉆架5鉆孔處，然后智能鉆架5回到原打孔位置將樹脂藥卷（錨固劑藥卷）自動噴射到鉆孔內，智能鉆架5把錨桿裝入鉆孔中并攪拌樹脂藥卷凝固，鉆箱將錨桿緊固，最后按照設定的程序將金屬防護網10所需要的整排錨桿打完。

如圖3所示，側壁維護工作時，伸縮工作臂3伸出，并旋轉智能鉆架5至與側壁垂直，調整智能鉆架5角度保證智能鉆架5抵住側壁定位，鉆箱打錨桿孔，然后智能鉆架5回到原打孔位置將樹脂藥卷（錨固劑藥卷）自動噴射到鉆孔內，智能鉆架5把錨桿裝入鉆孔中并攪拌樹脂藥卷凝固，鉆箱將錨桿緊固，最后按照設定的程序將側壁所需要的整排錨桿打完。

當頂板、側壁維護完成后，智能錨桿鉆車自動前移，通過車載陀螺儀定向巡航控制與空間距離測量系統和變頻調速行走機構、電氣控制系統交聯，能夠實時測量智能錨桿鉆車與巷道相對位置，并測量行走距離，到需要下打一排錨桿的位置是自動停車，保證錨桿排距與設定開采工藝參數一致，重復之前的工作。

本發明的智能錨桿鉆車最小行駛狀態整機寬度為1.4米，整機長度為5.5米，能夠與掘進機平行布置，實現掘錨并行工作。

本發明的智能鉆架伸縮工作臂與鋪網機械手均可以向外擺60度，臂展可達6.0米，智能鉆架伸縮工作臂與鋪網機械手展開高度為6.0米，可滿足4到6米的巷道維護。