一种矿用U型钢液压夹手及夹持方法与流程

本技术涉及煤矿支护设备用机械手的领域，尤其是涉及一种矿用u型钢液压夹手及夹持方法。

背景技术：

1、煤矿巷道掘进完成后，为保证施工安全，需立即进行巷道支护作业。其中，u型钢支架因具有良好的可缩性和承载性能，被广泛应用于煤矿井下巷道的支护施工中。然而，传统u型钢支架的架设主要依靠人工搬运、拼接和安装，不仅劳动强度极大、作业效率低下，而且存在较高的安全风险，制约了煤矿安全高效开采的进一步发展。

2、随着煤矿智能化建设的推进，近年来出现了用于支护作业的自动化装备。例如，公开号为cn117261729a的中国发明专利就公开了一种矿用管道自运载及安装机器人，其包括驱动机架、履带行走机构、抓举机构等结构，履带行走机构安装于驱动机架下方，实现前进、后退及转向功能，抓举机构安装于驱动机架上方，其作为主要作业执行机构，完成管道的抓取、升降、摆动等位姿变换。其中，抓举机构包括回转底座、伸缩臂和多管径机械手，回转底座安装在驱动机架上，伸缩臂安装在回转底座上，多管径机械手安装在伸缩臂的末端，可实现对多管径管道的抓取功能。

3、然而，上述支护设备在实际应用中仍存在一些不足：一方面，其机械手整体结构较为复杂、体积较大，在煤矿巷道高度有限、作业空间极度狭窄的工况下易发生干涉，难以灵活完成支护管道的抓取与移动动作；另一方面，该机械手主要针对圆形管道设计，夹爪采用多弧度结构以适应不同管径的圆管，但u型钢具有开口截面及特定的翼缘、腹板结构，弧形夹爪难以形成稳定的抓取固定，容易导致抓取偏移或脱落。

技术实现思路

1、为了改善现有矿用支护设备的夹持机械手结构复杂、体积较大，难以在狭窄巷道内灵活作业，且不适于对u型钢进行稳定抓取的问题，本技术提供一种矿用u型钢液压夹手及夹持方法。

2、一方面，本技术提供的一种矿用u型钢液压夹手采用如下的技术方案：

3、一种矿用u型钢液压夹手，包括固定架，所述固定架顶部设置有安装架，所述固定架通过安装架安装于机械臂末端；所述固定架内部设置有液压油缸和驱动架，所述液压油缸顶部固定设置于固定架顶部，所述驱动架设置于液压油缸活塞杆伸出端，所述液压油缸用于带动驱动架沿机械臂末端的延伸方向往复移动；所述驱动架的两侧分别对称地铰接有两根连杆，所述固定架的两侧分别对称地铰接有两件传动架，各所述传动架的上端与同侧所述连杆的另一端铰接；所述固定架的下部成对设置有夹爪，各所述夹爪顶部内侧与同侧传动架的底部铰接，各所述夹爪顶部外侧通过夹爪连板与固定架铰接；所述夹爪夹持面的形状与u型钢形状相适配。

4、通过采用上述技术方案，液压油缸带动驱动架移动，经连杆和传动架构成的联动机构带动夹爪同步开合，实现u型钢的夹持与释放。整体结构紧凑，传动链短，液压油缸、驱动架、连杆及传动架均集成于固定架内部或两侧，占用空间小，能够适应煤矿巷道高度有限、作业空间狭窄的工况，有效避免与周边环境的干涉问题；另外，由于夹爪夹持面的形状与u型钢形状相适配，可专门用于u型钢的稳定夹持。

5、可选的，所述夹爪至少设置有两对。

6、通过采用上述技术方案，一方面，多对夹爪沿u型钢长度方向分布，分散受力，提高夹持稳定性，避免单点夹持导致的偏转或滑移；另一方面，通过一个液压油缸可实现对多对夹爪的同步驱动，无需为每对夹爪单独设置动力源，从而简化了液压系统结构，降低了整机制造成本和故障率，并保证了各夹爪动作的一致性和协同性，同时单油缸驱动多个夹爪避免了多个油缸及其配套管路在有限空间内的堆叠布置，大幅减少了液压夹手的整体体积和重量，更易于在煤矿巷道狭窄的作业环境中灵活避障。

7、可选的，所述固定架包括两块平行设置的前板和两块平行设置的侧板，所述侧板固定连接于两块前板之间，所述液压油缸位于四块板围合成的空间内，两块所述前板之间通过连接板固定连接，所述连接板上开设有限位孔，所述液压油缸的缸体穿过限位孔，两块所述侧板顶部之间设置有固定销轴，所述液压油缸缸体的顶部铰接于固定销轴上。

8、通过采用上述技术方案，固定架形成稳定的箱体结构，限位孔对液压油缸进行径向限位，固定销轴提供铰接支撑，保证液压油缸动作的稳定性和对中性。

9、可选的，两块所述前板底面突出设置有定位部，所述夹爪朝向另一夹爪一侧的底端均开设有卡接槽，当夹持u型钢时，所述定位部用于与u型钢的腹板抵接，两个所述卡接槽分别用于卡接u型钢两侧翘起的翼缘端部。

10、通过采用上述技术方案，定位部与u型钢腹板抵接实现竖直方向精确定位，卡接槽与翼缘端部卡合限制水平及转动自由度，两者配合形成锁合结构，这一针对u型钢结构的专门设计，可有效防止u型钢窜动、滑移或扭转，显著提高对u型钢的夹持稳定性，避免抓取偏移或脱落。

11、可选的，所述驱动架包括两块平行设置的连板以及连接于两块连板之间的隔板，所述隔板设置有两块，所述液压油缸底部位于两块连板和两块隔板围合成的空间内，所述连板设置为t字形，所述连板三个端部均开设有销轴孔一，两块所述连板上三组对应的销轴孔一之间均通过销轴一连接，位于两侧的所述销轴一分别与两根连杆一端铰接，位于下方的所述销轴一与液压油缸的活塞杆端部铰接。

12、通过采用上述技术方案，t字形连板结构紧凑且受力合理，能够将液压油缸的直线运动均匀传递至两侧连杆，保证两侧夹爪同步动作。

13、可选的，所述传动架包括两件平行设置的弯臂，所述弯臂呈中部折弯的板状结构，所述弯臂两端及中部折弯处均开设有销轴孔二，两件所述弯臂上三组对应的销轴孔二之间均通过销轴二连接，所述连杆远离销轴一的一端与位于上方的一根销轴二铰接，位于中部的所述销轴二两端分别与两块前板铰接，位于下方的一根销轴二两端分别与每对夹爪中的同一侧夹爪铰接。

14、通过采用上述技术方案，弯臂作为杠杆传动部件，通过连杆与传动架构成杠杆放大机构，将液压油缸的输出力高效地传递并放大到夹爪上，使夹爪能够可靠地夹紧重型u型钢。

15、可选的，两件所述弯臂之间通过加强管连接。

16、通过采用上述技术方案，加强管增强传动架的整体刚度和同步性，避免两侧弯臂动作不一致导致夹持歪斜。

17、可选的，所述夹爪连板两端分别开设有销轴孔三，位于上方的所述销轴孔三和相邻的前板之间通过销轴三铰接；所述夹爪上开设有两个销轴孔四，位于内侧的所述销轴孔四与同侧传动架中位于下方的销轴二铰接，每对中位于同侧的所有所述夹爪上外侧的销轴孔四均通过销轴四铰接，所述夹爪连板上位于下方的销轴孔三也与同侧的销轴四铰接。

18、通过采用上述技术方案，夹爪连板与夹爪、前板形成四连杆约束，使夹爪在传动架驱动下绕固定轴线转动，实现精确的夹持轨迹。

19、可选的，位于下方的销轴三和销轴四两端均卡接有弹性挡圈，所述弹性挡圈开口设置，所述销轴三和销轴四两端均开设有用于卡接弹性挡圈的卡槽。

20、通过采用上述技术方案，弹性挡圈实现销轴的快速轴向限位，且开口设计便于拆卸，更换不同规格的夹爪时无需拆卸其他部件，操作简便快捷。

21、另一方面，本技术还提供一种采用上述矿用u型钢液压夹手的夹持方法，包括以下步骤：

22、s1，将所述安装架安装于机械臂末端；

23、s2，启动所述液压油缸，使其活塞杆伸出或缩回，带动驱动架沿机械臂末端的延伸方向往复移动；

24、s3，通过所述驱动架两侧的连杆分别推动同侧传动架的上端摆动，所述传动架绕其中部与固定架的铰接点转动，其下端带动各夹爪顶部内侧运动，并通过夹爪连板的约束使各夹爪绕其与固定架的铰接点转动，实现成对夹爪的同步开合；

25、s4，在夹持u型钢时，使所述固定架底部的定位部与u型钢的腹板抵接，同时使所述夹爪底端的卡接槽分别卡接于u型钢两侧翘起的翼缘端部，形成锁合结构以稳定夹持u型钢。

26、通过采用上述技术方案，本技术的夹持方法利用单液压油缸驱动集成于固定架内的多组连杆与传动架联动，实现多夹爪的同步精确开合，在保证动作一致性、简化液压系统的同时大幅减小了整体体积，能够适应煤矿狭窄巷道作业；并且，在夹持时通过定位部与u型钢腹板抵接、卡接槽与翼缘端部卡合的配合，形成多向锁合结构以有效防止u型钢窜动与扭转，同时借助传动架的杠杆放大作用将驱动力高效传递至夹爪，从而满足重型u型钢稳定、可靠的夹持需求。

27、本技术包括以下至少一种有益技术效果：

28、1.整个液压夹手结构紧凑，液压油缸及传动部件均集成于固定架内部或两侧，同时通过液压油缸—驱动架—连杆—传动架—夹爪连板—夹爪的多铰链联动机构，实现了一个液压缸驱动多个夹爪同步动作，大幅减小了整体占用空间，适应煤矿巷道狭窄作业环境；

29、2.通过定位部与u型钢腹板抵接、卡接槽与翼缘端部卡合形成锁合结构，有效防止u型钢窜动、滑移或扭转，避免抓取偏移或脱落，多对夹爪分散受力，进一步提高对u型钢夹持的稳定性；

30、3.采用连杆与传动架构成的杠杆放大机构，将液压油缸输出力高效放大，满足重型u型钢的可靠夹持需求；

31、4.销轴采用开口弹性挡圈轴向限位，更换不同规格夹爪时无需拆卸其他部件，操作简便快捷，适应多种u型钢型号。