自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的制作方法

1.本发明涉及煤矿支护、隧道等领域，尤其是涉及一种自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构。


背景技术：

2.诸如在煤矿的开采过程中，需要对矿体进行支护，相关技术中，通常利用锚护车对矿体进行钻孔和锚护作业，但是相关技术中的锚护车作业效率低，且存在安全隐患。


技术实现要素：

3.为此，本发明的实施例提出一种自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构，所述自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构无需在进行锚护作业时，频繁更换作业专用车，极大提高了支护效率，避免了掘锚失调的矛盾，同时极大降低锚护施工的安全风险，符合以自动化减少人力，智能化提高效率的大趋势。
4.根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构包括：机架，所述机架沿前后方向延伸，所述机架的后端具有固定锥，所述机架安装有旋转马达；锚钻组件，所述锚钻组件安装在所述机架上并沿前后方向可移动；送托盘及托盘夹紧组件，所述送托盘及托盘夹紧组件相对所述机架的周向可转动，且所述送托盘及托盘夹紧组件相对于所述机架在上下方向上可移动；送索及切断组件，所述送索及切断组件安装在所述机架上并绕所述机架的周向可转动，且所述送索及切断组件在上下方向上可移动，所述送索及切断组件与所述推药组件在所述机架的宽度方向上间隔布置，所述送索及切断组件与所述送托盘及托盘夹紧组件在所述机架的长度方向上布置并通过连接板连接，所述提升油缸的一端与所述旋转马达输出端连接，所述提升油缸的另一端与所述连接板连接，所述旋转马达适于带动所述提升油缸和所述送托盘及托盘夹紧组件、送索及切断组件一起绕所述机架的周向旋转，且所述提升油缸适于推动所述送托盘及托盘夹紧组件和送索及切断组件在上下方向上移动；电液控制组件，所述电液控制组件安装在所述机架上，所述电液控制组件用于控制所述锚钻组件、所述自动送托盘夹紧组件和所述送索及切断组件的工作状态。
5.根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构，通过在机架上设置锚钻组件、送托盘及托盘夹紧组件、送索及切断组件，可以利用自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构同时完成多个作业工序，无需在进行锚护作业时，频繁更换作业专用车，极大提高了支护效率，避免了掘锚失调的矛盾，同时极大降低锚护施工的安全风险，符合以自动化减少人力，智能化提高效率的大趋势。
6.在一些实施例中，所述锚钻组件包括钻箱和安装在钻箱两侧的进给齿轮，所述机架具有沿其长度方向布置的齿条，所述进给齿轮适于沿所述齿条移动，所述机架的后端设有磁致位移传感器，以用于获取所述钻箱的位置。
7.在一些实施例中，所述机架具有沿其长度方向延伸的燕尾槽，所述钻箱的底部设有凸块，所述凸块配合在所述燕尾槽内以引导所述钻箱沿所述燕尾槽的长度方向移动。
8.在一些实施例中，所述送托盘及托盘夹紧组件包括托盘仓、托盘夹紧器和取托盘油缸，所述托盘仓内储存有多个托盘和用于推送所述托盘的弹簧，所述托盘仓前端具有托盘共给口以允许所述弹簧将所述托盘推出所述托盘仓，所述托盘共给口处设有托盘限位板和弹性保护板以保证每个托盘均处于正确的取托盘位置，所述取托盘油缸的一端与所述连接板连接，所述去托盘油缸的另一端与所述托盘夹紧器连接，所述取托盘油缸适于驱动所述托盘夹紧器沿上下方向移动以完成托盘的夹取及放置。
9.在一些实施例中，所述托盘夹紧器位于所述送索及切断组件的前端，所述托盘仓位于所述送索及切断组件的上方，所述取托盘油缸向上伸出可驱动所述托盘夹紧器朝向所述托盘共给口移动，以夹取所述托盘，所述取托盘油缸向下回缩可驱动所述托盘夹紧器向下移动至与所述送索及切断组件的前端相对的位置处。
10.在一些实施例中，所述的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构还包括托盘提升油缸，所述托盘提升油缸的一端与所述送索及切断组件连接，所述托盘组件的另一端与所述取托盘油缸连接，所述托盘提升油缸适于驱动所述取托盘油缸沿前后方向移动。
11.在一些实施例中，所述送索及切断组件包括送索马达、张紧油缸、锚索夹紧器和角度传感器，所述张紧油缸的前端具有出索口，所述张紧油缸的后端具有进索口，所述送索马达设于所述进索口处以驱动所述锚索穿过所述张紧油缸，所述锚索夹紧器设于所述出索口处以用于夹紧所述锚索，所述角度传感器安装在所述张紧油缸的底部以自动计算送索长度。
12.在一些实施例中，所述张紧油缸包括缸体和缸杆，所述缸杆设于所述缸体内，所述锚索夹紧器连接在所述缸杆的前端，所述锚索穿过所述缸杆，所述缸杆与所述缸体的内周壁之间具有环形空腔，所述缸杆的外周面上设有环形的间隔板，所述间隔板将所述环形空腔在前后方向上间隔出第一空腔和第二空腔，所述第一空腔位于所述间隔板的前侧，所述第二空腔内设有伸出弹簧，所述伸出弹簧的一端与所述缸体的底部连接，所述伸出弹簧的另一端与所述间隔板连接，所述伸出弹簧具有驱动所述缸杆向前伸出的力，所述缸体外壁具有注油孔，所述第二空腔可通过所述注油孔注入液压油。
附图说明
13.图1是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的结构示意图。
14.图2是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的局部结构示意图。
15.图3是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构推药组件的结构示意图。
16.图4是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的送托盘及托盘夹紧组件的结构示意图。
17.图5是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的送索及切断组件的结构示意图。
18.图6是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的锚索夹紧器的结构示意图。
19.图7是根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构的电液控制流程示意图。
20.附图标记：
21.图中：1
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自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构，2
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推药组件，3
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送托盘及托盘夹紧组件，4
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送索及切断组件，5
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电液控制组件，10
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机架，11
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燕尾槽，12
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齿条，13
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钻箱，14
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进给齿轮,15
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转动马达，16
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旋转马达，17
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磁致位移传感器，18
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固定锥，20
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限位板，21
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收缩油缸，23
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顶推油缸，24
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导向板，25
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内筒，26
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外筒，27
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扭转弹簧，28
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气囊，29
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进气管，31
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连接板，32
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托盘仓，34
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弹性护板，35
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托盘限位板，36
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取托盘油缸，37
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提升油缸，38
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托盘夹紧器，40
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缸体，41
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缸杆，42
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伸出弹簧，43
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送索马达，44
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角度传感器，45
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输送轮，46
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锚索夹紧器，51
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喷头，52
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摆动马达，53
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摆动凸轮，54
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导轨，55
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导向沟槽，56
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滑移柱，61
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叉形结构、62
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夹紧油缸、63
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夹紧手，a
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药卷，c
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托盘。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.如图1
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图6所示，根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构1包括机架10、锚钻组件、送托盘及托盘夹紧组件3、送索及切断组件4、电液控制组件5和提升油缸37。
24.机架10沿前后方向延伸，机架10的后端具有固定锥18，以用于将机架10固定接顶，锚钻组件安装在机架10上并沿前后方向可移动。可以理解的是，如图2所示，锚钻组件包括钻箱13和两个连接在钻箱13上的给进齿轮14，机架10上设有齿条12和燕尾槽11，钻箱13底部设有能够与燕尾槽11配合的凸块，钻箱13通过进给齿轮14与齿条12的啮合沿燕尾槽11移动以推动钻杆进行钻孔。
25.提升油缸37、旋转马达16、推药组件2、送托盘及托盘夹紧组件3、送索及切断组件4和电液控制组件5均安装在机架10，旋转马达16可以带动提升油缸37、送托盘及托盘夹紧组件3和送索及切断组件4绕机架10的周向转动，且送托盘及托盘夹紧组件3和送索及切断组件4在提升油缸37的控制下可在上下方向上移动。
26.具体地，锚索支护作业通常包括钻孔、打药、送锚索及张紧切断，如图1所示，自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构1上还设有推药组件2和控制推药组件2在上下方向上移动的收缩油缸21，机架10设置控制推药组件2绕机架10可转动的转动马达15，在自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构1工作时，电液控制组件5启动并控制锚钻组件进行钻孔，待钻孔完成后，电液控制组件5控制锚钻组件复位并控制转动马达15带动推药组件2和收缩油缸21旋转到机架10的正下方，并利用收缩油缸21提升推药组件2至与锚索孔相对的位置处。
27.待推药组件2将药剂注入锚索孔后，电液控制组件5控制推药组件2复位并控制旋转马达带动送托盘及托盘夹紧组件3、送索及切断组件4旋转和提升油缸37到机架10的正下方，并利用提升油缸37提升送托盘及托盘夹紧组件3和送索及切断组件4至与锚索孔相对的位置处，然后电液控制组件5首先控制送托盘及托盘夹紧组件3将托盘c放置在锚索孔处，然后控制送索及切断组件4将锚索通过托盘c送入锚索孔内，再控制索及切断组件张紧锚索，
而后控制送托盘及托盘夹紧组件3将托盘c夹紧变形以使托盘c与锚索固定连接，最后控制送索及切断组件4将锚索切断，完成锚护作业。
28.根据本发明实施例的自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构，通过在机架上设置锚钻组件、推药组件、送托盘及托盘夹紧组件、送索及切断组件，可以利用自动钻孔、送锚索和张紧固连切断的机构同时完成多个作业工序，无需在进行锚护作业时，频繁更换作业专用车，极大提高了支护效率，避免了掘锚失调的矛盾，同时极大降低锚护施工的安全风险，符合以自动化减少人力，智能化提高效率的大趋势。
29.进一步地，如图2所示，机架10的后端设有磁致位移传感器17，以用于获取钻箱13的位置，从而判断钻孔进度。
30.如图4所示，在一些实施例中，送托盘及托盘夹紧组件3包括托盘仓32、托盘夹紧器38和取托盘油缸36，托盘仓32内储存有多个托盘c和用于推送托盘c的弹簧，托盘仓32前端具有托盘共给口以允许弹簧将托盘c推出托盘仓32，取托盘油缸36的一端与连接板31连接，取托盘油缸36的另一端与托盘夹紧器38连接，取托盘油缸36适于驱动托盘夹紧器38沿上下方向移动以完成托盘c的夹取及放置。
31.如图4所示，托盘仓32底部安装弹簧实现自动顶推液压张紧，待一个托盘c被取走后，弹簧可将下一个托盘c顶到夹取位，且托盘仓32顶部设有托盘限位板35和弹性保护板34以保证每个托盘c均处于正确的取托盘位置。
32.进一步地，如图4所示，托盘夹紧器38位于送索及切断组件4的前端，托盘仓32位于送索及切断组件4的上方，取托盘油缸36向上伸出可驱动托盘夹紧器38朝向托盘共给口移动，以夹取托盘，取托盘油缸36向下回缩可驱动托盘夹紧器38向下移动至与送索及切断组件4的前端相对的位置处，从而可以保证锚索能够穿过托盘c。
33.进一步地，如图4所示，送托盘及托盘夹紧组件3还包括托盘提升油缸37，托盘提升油缸37的一端与送索及切断组件4连接，托盘c组件的另一端与取托盘油缸36连接，托盘提升油缸37适于驱动取托盘油缸36沿前后方向移动。由此，待托盘夹紧器38夹取托盘后，托盘提升油缸37可推动取托盘油缸36朝向锚索孔移动以完成接顶。
34.在一些实施例中，如图5所示，送索及切断组件4包括送索马达43、张紧油缸和锚索夹紧器46，张紧油缸包括缸体40和缸杆41，缸杆41设于缸体40内，缸杆41的前端具有出索口，缸体40的后端具有进索口，送索马达43设于进索口处以驱动锚索穿过张紧油缸，锚索夹紧器46设于出索口处以用于夹紧锚索。
35.具体地，如图5所示，锚索夹紧器46连接在缸杆41的前端，锚索穿过缸杆41，缸杆41与缸体40的内周壁之间具有环形空腔，缸杆41的外周面上设有环形的间隔板，间隔板将环形空腔在前后方向上间隔出第一空腔和第二空腔，第一空腔位于间隔板的前侧，第二空腔内设有伸出弹簧42，伸出弹簧42的一端与缸体40的底部连接，伸出弹簧42的另一端与间隔板连接，伸出弹簧42具有驱动缸杆41向前伸出的力，缸体40外壁具有注油孔，第一空腔可通过注油孔注入液压油以实现对锚索的张紧。
36.需要说明的是，在非作业状态，取托盘油缸36回缩，托盘夹紧器38压紧在锚索夹紧器46上，缸杆41回缩在缸体40内，伸出弹簧42收缩，在作业状态下，取托盘油缸36在托盘提升油缸37的驱动下将托盘c移动至锚索孔处，此时，托盘夹紧器38不在压紧锚索夹紧器46，伸出弹簧42推动缸杆41向前伸出以将锚索夹紧器46推出一段距离，待需要对锚索张紧时，
可以通过注油孔向第二空腔内注入液压油，以利用液压油压迫缸杆41回缩，缸杆41回缩可带动锚索夹紧器46向后移动以张紧锚索。待锚索张紧后，托盘夹紧器38可将托盘c根部挤压成塑性变形以与锚索紧固成一体。
37.在本发明中，如图4
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图6所示，托盘夹紧器38、锚索夹紧器46结构相似均由叉形结构61、夹紧油缸62、夹紧手63构成。托盘夹紧器38、锚索夹紧器46的不同在于夹取物进入方式不同托盘夹紧器38从侧面进入，锚索夹紧器46从下面进入，导致托盘夹紧器38的夹紧手63短些(见图中虚线)，保证夹取顺利。夹紧手63采用高级合金钢表面淬火，耐磨强度高，保证使用可靠。夹紧手63外形与托盘c、锚索相匹配，实现夹紧牢固，分离彻底。
38.进一步地，如图5所示，送索及切断组件4还包括摆动马达52和高压水喷头51，高压水喷头51可摆动地连接在锚索夹紧器46上，摆动马达52适于驱动喷头51绕张紧油缸的周向摆动。由此，待张紧油缸张紧锚索后，可利用高压喷水头进行水切割，摆动马达52可控制高压水喷头51对锚索进行反复切割，直至切断为止。
39.如图5所示，摆动马达52驱动摆动凸轮53旋转，摆动凸轮53的导向沟槽55与高压水喷头51下面的滑移柱56接触推动高压水喷头51沿导轨54来回摆动保证锚索被完全割断。
40.具体地，送索及切断组件4在托盘c接顶后，缸杆41带动锚索夹紧器46伸出，锚索夹紧气松开锚索，送索马达43带动输送轮45将锚索沿张紧油缸通过托盘c内孔送入锚索孔内，当角度传感器44感应到锚索到位后送索停止，待药卷a内的药剂凝固后，锚索夹紧器46夹紧锚索，液压油进入第一空腔压迫缸杆41回缩以张紧锚索达到额定压力后第一空腔密闭，而后，托盘夹紧器38将托盘c根部挤压产生塑性变形以与锚索固定连接，待托盘c与锚索紧固完成后，利用高压水喷头51进行反复切割，锚索完全切断后第一空腔压力降为零，压力传感器将信号传递给电气控制系统。优选地，本发明采用含有磨料的98mpa高压水切割锚索实现了切割过程中无任何火焰，彻底杜绝了井下防爆问题。
41.进一步地，如图3所示，推药组件2包括内筒25和相对内筒25可转动的外筒26，内筒25位于外筒26内，且内筒25与外筒26之间具有环形间隔腔，环形间隔腔内设有多个环绕在内筒25外周的药卷a，内筒25的前端具有喷药口，且内筒25的外周壁的一侧具有进药口，药卷a适于通过进药口进入内筒25并通过喷药口喷出。
42.具体地，如图3所示环形间隔腔内设有限位板20、导向板24和扭转弹簧27，导向板24连接在内筒25的外周壁上并位于进药口的位置处，多个药卷a位于导向板24和限位板20之间，扭转弹簧27的一端与内筒25连接，扭转弹簧27的另一端与外筒26连接，扭转弹簧27具有驱动外筒26相对内筒25沿内筒25的周向转动的力，导向板24上设有顶缸油箱，顶缸油箱适于推动药卷a沿导向板24通过进药口进入内筒25内。
43.由此，在推药组件2进行推药作业时，顶推油缸23适于将进药口处的药卷a推入内筒25，伴随着该药卷a进入内筒25后，扭转弹簧27驱动外筒26转动，限位板20随外筒26转动并推动药卷a绕内筒25转动直至多个药卷a夹持在限位板20和导向板24之间。换言之，扭转弹簧27驱动外筒26转动，可始终保证进药口处存在药卷a。
44.进一步地，内筒25的后端设有气囊28，待药卷a进入内筒25后，气囊28充气可将药卷a顶出喷药口。另外，气囊28将药卷a推出后，可利用吸气泵将气囊28内的空气吸走，以为下次充气作业做准备。
45.如图7所示，自动钻孔、推药、送锚索和张紧固连切断机构机械动作繁复、逻辑关系
复杂、可靠性高，包括锚钻(进给，旋转)、推药、送托盘、送锚索、锚索张紧、托盘夹紧、锚索切断、急停等多个动作，采用处理能力强的plc和多场传感器以及先进的控制算法实现复杂机械结构及液压精准控制，采用模块化编程语言实现钻臂的各个动作及液压系统参数匹配，执行部分采用高度集成的电液控制阀组实现。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。