具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂的制作方法

本发明属于煤矿井下破拆装备，具体涉及一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂。

背景技术：

1、在煤矿、非煤矿山井下抢险、巷道修复、坍塌清理、灾害治理作业中，需要大量使用液压破拆机械臂完成坚硬矸石破碎、变形支护构件拆解、巷道杂物清理等作业。井下作业环境存在高瓦斯、高煤尘、易燃易爆、空间狭窄、易产生二次灾害等特点，对破拆设备的防爆安全性、抑尘阻火能力、作业连续性、远程可控性均有极高要求。

2、现有传统破拆机械臂在实际应用中仍存在如下问题，严重制约井下安全高效作业，具体体现在以下几个方面：

3、第一，传统破拆工具均采用高强度合金钢材质，在冲击破碎、剪切挤压、摩擦剐蹭作业过程中极易产生高温机械火花。井下瓦斯、悬浮煤尘遇到火花极易发生燃烧、爆炸事故，安全风险极大。同时普通钢材不具备阻燃防爆适配特性，无法满足高瓦斯矿井本质安全作业要求；

4、第二，现有破拆机械臂功能单一，大多仅单一配备破碎工具或单一配备剪切工具，作业过程中需要频繁停机拆装、更换工具，作业中断频繁、工序繁琐，严重影响井下抢险救援进度；同时传统设备无法实现破碎、拆除双工具同步搭载作业，工况适配性差；

5、第三，现有破拆机械臂在工作时，无法对液压剪、挖斗等拆除作业区域进行同步喷雾防护及降尘；拆除作业产生的摩擦火花、大量粉尘无法得到有效抑制，无法实现全覆盖阻火降尘，井下粉尘超标、火花外泄隐患长期存在；

6、第四，传统喷雾供水系统无专用收纳结构，机械臂大范围回转、俯仰、伸缩作业时，输水软管易松弛、缠绕、挤压破损、拉扯脱管，导致喷雾中断、防护失效，设备故障率高、作业稳定性差。同时传统喷雾仅采用普通清水，对细微煤尘吸附能力弱、无阻燃隔火能力，防护效果有限。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂，以解决传统机械臂破拆易产生火花、无法同时进行喷雾防护、工具切换繁琐、操控安全性差的技术问题，从而实现井下无火花本质安全破拆、全作业点位全覆盖阻火降尘，大幅提升井下抢险作业的安全性与作业效率。

2、为实现上述目的，发明提供如下技术方案：

3、一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂，包括三级铰接式液压机械臂，在核心改进点在于：在三级铰接式液压机械臂的其中一臂端直接固定安装有由高硬度无花火材料制成的液压破碎工具，在其另一臂端通过快换连接座间接固定有由高硬度无花火材料制成的液压拆除工具；在三级铰接式液压机械臂上还固定安装有分别靠近液压破碎工具以及液压拆除工具所在处的液压喷雾机构。

4、通过采用上述方案，通过采用双工具差异化集成安装结构，机械臂一端直接固装破碎工具、另一端通过快换座拆装拆除工具，实现破碎、拆除功能一体化，无需频繁停机换刀，作业连续性强、抢险效率高；同时配置双点位专属液压喷雾机构，分别对应两类作业工具，实现全覆盖阻火降尘，从源头杜绝井下火花引爆、粉尘超标风险。

5、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，该高硬度无花火材料以添加有陶瓷的铜合金为基材，基材的组分为8.5-11.5%的 al（铝）、2.0-4.0% 的fe（铁）、1.0-2.5%的ni（镍）、0.5-1.5%的mn（锰）、3-8%的陶瓷增强颗粒（sic 碳化硅 / al2o3氧化铝陶瓷颗粒，颗粒粒度 20-60μm）、余量的cu 铜。通过采用多元合金改性+陶瓷颗粒增强铜合金基材，铜合金基体具备天然无火花特性，冲击、摩擦、剪切作业不会产生机械火花，满足井下易燃易爆环境本质安全要求；铝、铁、镍、锰合金元素细化基体组织，提升基材强度与韧性，3-8%陶瓷颗粒弥散分布，大幅提升基材整体硬度与耐磨性。

6、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，在基材的表面还制备有激光熔覆耐磨涂层，激光熔覆耐磨涂层的厚度为0.6 1.2mm，其所采用的熔覆粉末质量配比为70-82% 的ni 基自熔合金粉末、 15-25%的wc 碳化钨硬质颗粒、2-4%的cr（铬）。通过在基材工作面制备0.6-1.2mm激光熔覆耐磨涂层，镍基合金保障涂层韧性与结合力，碳化钨颗粒大幅提升表面硬度与抗冲击性能，铬元素提升耐腐蚀、抗氧化能力；涂层与基材冶金结合、不易脱落，适配井下高频高强度破拆工况；且涂层为表层结构，磨损后内部铜-陶瓷基材仍保持无火花特性，全程保障作业安全。

7、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，该液压破碎工具为液压破碎锤，液压破碎锤适配矸石、混凝土、硬质围岩破碎作业；该液压拆除工具为液压剪或挖斗，液压剪适配金属钢梁、锚杆、管路剪切拆解，挖斗适配杂物、矸石清理作业，三类工具功能互补，全覆盖井下巷道坍塌、构件变形、杂物堆积等各类场景。

8、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，该液压喷雾机构包括靠近于液压破碎工具的液压直管喷雾机构和靠近于液压拆除工具的液压波纹管喷雾机构；该液压直管喷雾机构包括安装基座、液压换向阀、管路接头、输送直管、喷嘴接头以及雾化喷嘴，其中输送直管与液压破碎锤平行设置并向其锤头端延伸；该液压波纹管喷雾机构包括安装基座、液压换向阀、管路接头、输送波纹管、喷嘴接头以及雾化喷嘴，其中输送波纹管弯曲伸入至快换连接座内并向液压剪或挖斗所在处延伸。采用直管定点喷雾与波纹管随动喷雾双独立防护结构，硬质输送直管刚性固定、与破碎锤平行，喷雾点位精准、全程无偏移，稳定覆盖破碎冲击点位；可弯折波纹管自适应拆除工具旋转、摆动、俯仰姿态变化，始终包覆剪切、清理作业区域，实现破碎、拆除全工况无死角喷雾防护。

9、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，该三级铰接式液压机械臂包括回转底座、一级大臂、二级中臂、三级小臂、多连杆铰点机构、连接末端连接座、多组驱动液压油缸、多组控制驱动液压油缸工作的遥控接收端、发射信号的遥控发送端；其中，回转底座回转装配于主机车体总成前方，一级大臂、二级中臂、三级小臂依次铰接，各臂体分别配置对应的驱动液压油缸，三级小臂前端经多连杆铰点机构连接末端连接座，遥控发送端通过射频信号向遥控接收端发出指令。三级铰接式液压机械臂结构灵活、作业覆盖范围广、姿态调节精度高，适配井下狭窄、低矮、复杂巷道工况；配套射频无线遥控系统，通过遥控发送端发射射频信号、遥控接收端接收指令控制液压油缸动作，摆脱有线线缆束缚，实现远距离人机分离遥控作业，规避人员近距离高危作业风险，其信号传输稳定、抗干扰能力强。

10、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，在三级铰接式液压机械臂的一旁还设有向液压喷雾机构内提供阻燃抑尘水溶液的喷雾储液箱，通过独立配套喷雾储液箱，为双组液压喷雾机构持续供给阻燃抑尘专用水溶液，实现喷雾防护系统一体化集成，无需外接供水设备，结构紧凑、适配性强，可随机械臂整体移动作业，保障全覆盖喷雾功能持续稳定运行。

11、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，该喷雾储液箱包括注有阻燃抑尘水溶液的喷雾水箱，该喷雾水箱通过防护围栏进行固定，在喷雾水箱的顶部固定安装有泵体以及与泵体连通的软性水管，在泵体的一旁还设有向其供电的蓄电池。喷雾水箱配备防护围栏，可抵御井下碰撞冲击，保护储液箱体完好；配置独立加压泵体与专用蓄电池，实现喷雾系统独立供电、独立启停、自主加压供水，无需外接电源，完全适配井下灾后无供电作业场景，供水压力稳定、雾化效果均匀。

12、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，该阻燃抑尘水溶液的组分为94 97%的清水、3 6%的矿用抑尘阻燃剂；该矿用抑尘阻燃剂的组分为12-20%的多聚磷酸铵、4-8%的硼酸锌、3-7%的脂肪醇聚氧乙烯醚类、1-3%的羧甲基纤维素 cmc、0.5-2%的碳酸氢钠、余量的去离子水。采用清水复合矿用抑尘阻燃剂的专用介质，相较于普通清水，表面张力更低，可快速润湿、吸附、团聚细微煤尘，降尘彻底、无二次扬尘；磷-硼复配阻燃组分可在高温火花区域吸热降温、形成隔绝保护层，阻断火花传播，强效抑制瓦斯、煤尘燃烧爆炸，大幅提升井下作业安全等级。

13、作为一种具备无火花破拆与全覆盖喷雾防护功能的遥控破拆机械臂优选的实施方式，在喷雾储液箱与三级铰接式液压机械臂之间还设有水管卷收器；该水管卷收器包括安装座以及转动安装于安装座上的卷筒，在卷筒的一旁安装有涡卷弹簧，与泵体连接的软性水管缠绕于卷筒内，在卷筒侧面还固定有引导软性水管向三级铰接式液压机械臂延伸的导向座。通过配置弹簧自动回卷式水管卷收器，可随机械臂伸缩、摆动、回转动作自动收放、收纳软性水管，有效避免软管拉扯松弛、缠绕干涉、挤压破损、漏水脱管等问题，规范管路走向，保障喷雾供水全程稳定，降低设备故障率，提升设备连续作业稳定性与使用寿命。

14、本发明的有益效果：

15、1、全程无火花作业，本质防爆安全性极高：采用陶瓷颗粒增强多元铜合金无火花基材，从材料根源杜绝机械火花产生，适配井下瓦斯、煤尘易燃易爆环境；配合激光熔覆耐磨强化涂层，解决纯铜合金硬度低、耐磨性差的问题，其兼顾无火花安全性与高强度作业性能，且涂层磨损后基材仍保持无火花特性，全程实现本质安全作业；

16、2、全覆盖喷雾防护，阻火降尘效果优异：采用直管定点喷雾与波纹管随动喷雾双模式防护结构，分别精准对应破碎、拆除两类作业点位，波纹管可实时适配工具姿态变化；搭配专用磷硼复合阻燃抑尘水溶液，相较于普通清水，粉尘沉降效率更高、火花阻断能力更强，可全方位净化作业环境、杜绝爆炸火灾隐患；

17、3、双工具集成作业，抢险作业效率大幅提升：设备同时集成液压破碎锤、液压剪/挖斗多功能作业工具，无需频繁停机拆装切换工具，作业连续性强，可快速完成破碎、剪切、清理全流程作业，全覆盖井下各类巷道抢险场景，一机多用；

18、4、射频无线遥控，人机分离作业，操控安全性高：增设独立射频无线遥控系统，摆脱有线线缆束缚，信号传输稳定、抗干扰能力强；操作人员可在安全区域远距离操控设备，可规避近距离作业的坍塌、落石、瓦斯中毒风险，从作业模式上大幅提升人员安全保障等级；

19、5、管路自动收纳，设备运行稳定、故障率低：配置弹簧自动回卷式水管卷收器，可随机械臂动作自动收放软管，有效解决传统设备软管缠绕、拉扯、破损、漏水、干涉作业的问题，保障喷雾供水系统全程稳定运行，降低设备故障概率，提升设备连续作业能力；

20、6、集成化程度高，环境适配性极强：整机集成动力、行走、无线操控、无火花破拆、全覆盖喷雾、管路收纳多功能，结构紧凑、移动灵活；采用独立柴油动力与独立蓄电池供水供电，无需外接电源，可完全适配灾后无供电、狭窄复杂、高瓦斯高粉尘的井下极端作业场景。