本發(fā)明屬于煤礦井下管道安裝，具體地說是一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪。

背景技術：

1、煤礦能源開采作為我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，井下巷道掘進工作量巨大，每年新鋪設的管道長度超過40000公里，而管道維護的長度更是超過了20000公里。這些管道管徑范圍廣，直徑從0.1米至0.5米以上，在地下礦井中扮演著重要的角色，但它們的安裝與維護工程量卻異常巨大。因此，研制一種適用性強，具備防爆能力，可以廣泛在煤礦井下巷道應用的管道安裝液壓機械夾爪具有很大的必要性。

2、傳統(tǒng)的巷道管道安裝模式主要依賴于人工安裝，煤礦井下巷道環(huán)境惡劣、空間狹小、管道沉重且長度大，完成管道的安裝工作需要耗費大量的人力，工作艱辛且伴隨著巨大的潛在危險。安裝管道時，需要用人工手拉葫蘆起吊管道(管道重量最大可達600公斤)，通過多位工人的配合，調(diào)整管道的位姿，對管道進行軸向旋轉(zhuǎn)、微調(diào)，繼而完成對接安裝；工人在螺栓對接過程中的配合方式主要依靠彼此喊話，經(jīng)常出現(xiàn)一孔對準但另一孔對不準等常見問題。在這樣的環(huán)境下，工人們面臨著艱苦的工作條件和巨大的工作壓力。因此，用機器人代替人類來完成井下管道安裝的工作已成為未來發(fā)展的主流。

3、近年來，部分煤礦井下巷道管道安裝采取了機械化，機械化的操作形式也是通過液壓機械臂與夾爪。但當前的機械夾爪僅適用于小變化范圍的管徑，應用范圍窄，并且無法快速并順利地調(diào)整管道安裝法蘭螺栓孔的相對位置，功能非常有限。螺栓對接工作仍需人工配合完成，當前的機械臂與夾爪事實上僅起到了一個起重機的作用。

4、為使操作工人在重體力勞動下的身體生理安全得到保障，利用機器人來輔助或替代人力是需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有人工安裝煤礦井下管道存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明包括固定安裝件、固定爪、活動爪、固定液壓缸及活動液壓缸，其中固定安裝件一端的左右兩側(cè)均連接有固定爪，所述固定安裝件的另一端鉸接有活動爪，所述固定液壓缸的一端鉸接在固定安裝件上、并在使用過程中與固定安裝件保持相對靜止，所述固定液壓缸的另一端與活動液壓缸的一端能夠相對轉(zhuǎn)動地連接，所述活動液壓缸的另一端與活動爪鉸接，通過所述固定液壓缸及活動液壓缸的伸縮，控制所述活動爪與固定爪之間的開合；所述固定爪上轉(zhuǎn)動安裝有兩大一小、共三組固定爪被動橡膠滾輪，直徑小的一組所述固定爪被動橡膠滾輪位于兩組直徑大的固定爪被動橡膠滾輪之間；所述活動爪上轉(zhuǎn)動安裝有兩個活動爪主動橡膠滾輪及一個活動爪被動橡膠滾輪，所述活動爪上設有動力源及傳動機構，所述動力源通過傳動機構驅(qū)動兩個活動爪主動橡膠滾輪同步旋轉(zhuǎn)，所述活動爪被動橡膠滾輪位于兩個活動爪主動橡膠滾輪之間。

4、其中：所述機械夾爪在夾持大直徑管道時，通過至少三個點位的直徑大的橡膠滾輪與大直徑管道外表面接觸；所述機械夾爪在夾持小直徑管道時，通過至少三個點位的直徑大的橡膠滾輪及直徑小的橡膠滾輪共同與小直徑管道外表面接觸。

5、所述大直徑管道或小直徑管道被夾緊后，至少有一個點位的直徑大的橡膠滾輪為具有主動旋轉(zhuǎn)自由度的活動爪主動橡膠滾輪。

6、所述固定安裝件上設有承受彎矩組件，所述承受彎矩組件包括軸a、滑動導槽、導軌及軸b，所述固定液壓缸的左側(cè)和/或右側(cè)的固定安裝件上安裝有滑動導槽，所述滑動導槽內(nèi)穿設有能夠相對滑動的導軌，所述固定液壓缸的另一端、活動液壓缸的一端及導軌通過軸a鉸接在一起，所述固定液壓缸的一端通過軸b與固定安裝件鉸接。

7、所述滑動導槽、導軌的長度方向與固定液壓缸的伸縮方向一致。

8、所述動力源為液壓馬達，所述傳動機構為齒輪箱，所述齒輪箱安裝在活動爪上，所述液壓馬達與齒輪箱的輸入端相連，所述齒輪箱的兩個輸出端分別與兩個活動爪主動橡膠滾輪連接。

9、兩個所述活動爪主動橡膠滾輪中任一個的末端伸出軸上安裝有增量編碼器。

10、所述固定爪上位于最下方的固定爪被動橡膠滾輪的下方具有爪鉤末端，所述活動爪上位于最下方的活動爪主動橡膠滾輪的下方具有爪鉤末端，所述爪鉤末端上穿設有軸c，所述軸c上轉(zhuǎn)動安裝有滾輪。

11、所述滾輪的半徑大于爪鉤末端的圓角半徑。

12、每組所述固定爪被動橡膠滾輪均為兩個，分別轉(zhuǎn)動安裝在所述固定安裝件兩側(cè)的固定爪上，每組中的兩個固定爪被動橡膠滾輪同軸設置。

13、本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為：

14、1.本發(fā)明僅使用兩個液壓缸、設置固定爪，減少了自由度數(shù)。占用空間小，適用于狹窄的煤礦井下巷道。

15、2.本發(fā)明可夾取的管道直徑范圍大，承載重量大。

16、3.本發(fā)明的夾爪上安裝能夠主動旋轉(zhuǎn)的滾輪，帶動管道在夾爪內(nèi)滾動，能夠精確調(diào)整管道安裝法蘭螺栓孔的相對位置，以便順利對接、穿插螺栓，極大的降低了工人的工作強度。

17、4.本發(fā)明具有結構空間小、管徑范圍廣、操作方便的特點。。

18、5.本發(fā)明對夾取管道的初始定位要求不高，有效地降低了操作難度。

技術特征：

1.一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：包括固定安裝件(1)、固定爪(2)、活動爪(3)、固定液壓缸(4)及活動液壓缸(5)，其中固定安裝件(1)一端的左右兩側(cè)均連接有固定爪(2)，所述固定安裝件(1)的另一端鉸接有活動爪(3)，所述固定液壓缸(4)的一端鉸接在固定安裝件(1)上、并在使用過程中與固定安裝件(1)保持相對靜止，所述固定液壓缸(4)的另一端與活動液壓缸(5)的一端能夠相對轉(zhuǎn)動地連接，所述活動液壓缸(5)的另一端與活動爪(3)鉸接，通過所述固定液壓缸(4)及活動液壓缸(5)的伸縮，控制所述活動爪(3)與固定爪(2)之間的開合；所述固定爪(2)上轉(zhuǎn)動安裝有兩大一小、共三組固定爪被動橡膠滾輪(10)，直徑小的一組所述固定爪被動橡膠滾輪(10)位于兩組直徑大的固定爪被動橡膠滾輪(10)之間；所述活動爪(3)上轉(zhuǎn)動安裝有兩個活動爪主動橡膠滾輪(8)及一個活動爪被動橡膠滾輪(9)，所述活動爪(3)上設有動力源及傳動機構，所述動力源通過傳動機構驅(qū)動兩個活動爪主動橡膠滾輪(8)同步旋轉(zhuǎn)，所述活動爪被動橡膠滾輪(9)位于兩個活動爪主動橡膠滾輪(8)之間。

2.根據(jù)權利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述機械夾爪在夾持大直徑管道時，通過至少三個點位的直徑大的橡膠滾輪與大直徑管道外表面接觸；所述機械夾爪在夾持小直徑管道時，通過至少三個點位的直徑大的橡膠滾輪及直徑小的橡膠滾輪共同與小直徑管道外表面接觸。

3.根據(jù)權利要求2所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述大直徑管道或小直徑管道被夾緊后，至少有一個點位的直徑大的橡膠滾輪為具有主動旋轉(zhuǎn)自由度的活動爪主動橡膠滾輪(8)。

4.根據(jù)權利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述固定安裝件(1)上設有承受彎矩組件，所述承受彎矩組件包括軸a(11)、滑動導槽(12)、導軌(13)及軸b(14)，所述固定液壓缸(4)的左側(cè)和/或右側(cè)的固定安裝件(1)上安裝有滑動導槽(12)，所述滑動導槽(12)內(nèi)穿設有能夠相對滑動的導軌(13)，所述固定液壓缸(4)的另一端、活動液壓缸(5)的一端及導軌(13)通過軸a(11)鉸接在一起，所述固定液壓缸(4)的一端通過軸b(14)與固定安裝件(1)鉸接。

5.根據(jù)權利要求4所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述滑動導槽(12)、導軌(13)的長度方向與固定液壓缸(4)的伸縮方向一致。

6.根據(jù)權利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述動力源為液壓馬達(6)，所述傳動機構為齒輪箱(7)，所述齒輪箱(7)安裝在活動爪(3)上，所述液壓馬達(6)與齒輪箱(7)的輸入端相連，所述齒輪箱(7)的兩個輸出端分別與兩個活動爪主動橡膠滾輪(8)連接。

7.根據(jù)權利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：兩個所述活動爪主動橡膠滾輪(8)中任一個的末端伸出軸上安裝有增量編碼器。

8.根據(jù)權利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述固定爪(2)上位于最下方的固定爪被動橡膠滾輪(10)的下方具有爪鉤末端(15)，所述活動爪(3)上位于最下方的活動爪主動橡膠滾輪(8)的下方具有爪鉤末端(15)，所述爪鉤末端(15)上穿設有軸c(17)，所述軸c(17)上轉(zhuǎn)動安裝有滾輪(16)。

9.根據(jù)權利要求8所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：所述滾輪(16)的半徑大于爪鉤末端(15)的圓角半徑。

10.根據(jù)權利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，其特征在于：每組所述固定爪被動橡膠滾輪(10)均為兩個，分別轉(zhuǎn)動安裝在所述固定安裝件(1)兩側(cè)的固定爪(2)上，每組中的兩個固定爪被動橡膠滾輪(10)同軸設置。

技術總結
本發(fā)明屬于煤礦井下管道安裝技術領域，具體地說是一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機械夾爪，包括固定安裝件、固定爪、活動爪、固定液壓缸及活動液壓缸，通過固定液壓缸及活動液壓缸的逐次伸縮，能夠完成大管徑變化范圍的不同直徑管道的抓?。还潭ㄗ突顒幼ι瞎舶惭b了六組橡膠滾輪，通過橡膠滾輪與管道的擠壓接觸，保證至少有一組主動旋轉(zhuǎn)的主動橡膠滾輪能夠擠壓管道，帶動管道在夾爪內(nèi)滾動，用來調(diào)整管道安裝法蘭螺栓孔的相對位置，以便順利對接、穿插螺栓。本發(fā)明具有結構空間小、管徑范圍廣、操作方便的特點。

技術研發(fā)人員：卜春光,郎智明,范曉亮,高英麗,眭晉
受保護的技術使用者：中國科學院沈陽自動化研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6