專利名稱：井下煤倉清倉機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于井下煤倉(井下矸石倉)清理的清倉裝置，特別涉及其中一種井下 煤倉清倉機器人。
背景技術(shù)：
井下煤倉為用在煤礦井下的原煤儲存裝置， 一般為上下縮口的筒狀結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為上 縮口，底部結(jié)構(gòu)為下縮口放煤口。在煤礦井下開釆過程中，不斷有新的原煤加入井下煤倉， 同時倉內(nèi)原煤通過放煤口流出到皮帶運輸機，由皮帶運輸機輸送到立井提升機，把煤炭提升 到地面煤倉，再由地面煤倉裝入火車或汽車運輸?shù)絿窠?jīng)濟的各行各業(yè)。井下煤倉經(jīng)過長期 使用，在煤倉壁面上便會凝結(jié)一定量的原煤凝結(jié)物。這些凝結(jié)物的存在， 一方面導(dǎo)致煤流的 阻滯，大大減少了井下煤倉的儲存量；另一方面為防止煤倉凝結(jié)物掉落，為確保安全必須在 清倉后才能對煤倉底部的破碎機、轉(zhuǎn)載機等設(shè)備進行檢修。這樣必須定期人工對井下煤倉進 行清倉，鏟除煤壁凝結(jié)物。人工清倉不僅勞動效率低，而且煤塵危害施工人員；井下煤倉一 般深達18 30米，倉內(nèi)空氣稀薄且十分昏暗，人工清潔煤壁除了勞動強度大外還存在嚴重的 安全隱患。同樣，井下矸石倉也要像井下煤倉一樣需要定時進行清潔，清理難度比煤倉更大。 現(xiàn)有技術(shù)中未見用于清理井下煤倉(矸石倉)倉壁的清倉裝備(裝置)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于克服現(xiàn)有人工清倉技術(shù)存在的上述技術(shù)缺陷，提供一種井下煤倉清倉機器人， 其機械構(gòu)成部分能夠滿足清理井下煤倉(矸石倉)的需要。 其技術(shù)解決方案是 一種井下煤倉清倉機器人，包括 用于與倉外巻揚裝置的牽引纜繩連接的懸吊機構(gòu)；
用于驅(qū)動下述上位機構(gòu)與下位機構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)擺動的驅(qū)動機構(gòu)；
用于支撐倉壁進行定位的上位機構(gòu)；上述上位機構(gòu)設(shè)置有三條能伸縮的橫向支撐臂，橫 向支撐臂的自由端設(shè)置有帶有尖狀物的接觸部；
用于,產(chǎn)除倉壁凝結(jié)物的下位機構(gòu)；上述下位機構(gòu)設(shè)置有兩條能伸縮且對稱布置的橫向工
作臂，橫向工作臂的自由端設(shè)置能上下往復(fù)動作的煤鏟；
至少一只用于攝取倉壁現(xiàn)場情形的攝像頭，攝像頭與倉外監(jiān)視器連接。 上述三條橫向支撐臂在周向上按120°均布，每條橫向支撐臂包括可伸縮支撐臂主體及支
撐臂液壓缸，支撐臂主體采取由多節(jié)平行四邊形鉸接式單元組成的桿體結(jié)構(gòu)，支撐臂液壓缸的活塞桿端與首節(jié)鉸接式單元中的某一適宜鉸桿傳動連接，支撐臂液壓缸帶動支撐臂主體伸 長及回縮；上述每條橫向工作臂包括可伸縮工作臂主體及工作臂液壓缸，工作臂主體采取由 多節(jié)平行四邊形鉸接式單元組成的桿體結(jié)構(gòu)，工作臂液壓缸的活塞桿端與首節(jié)鉸接式單元的 某一適宜鉸桿傳動連接，工作臂液壓缸帶動工作臂主體伸長及回縮；在橫向工作臂的自由端 設(shè)置有煤鏟液壓缸，煤鏟固定聯(lián)接在煤鏟液壓缸的活塞桿端；上述橫向支撐臂與橫向工作臂 各設(shè)置有斷開裝置，該斷開裝置能使臂主體繞固定軸旋轉(zhuǎn)并垂直放下。
上述攝像頭包括第一位次上的攝像頭和/或第二位次上的攝像頭；第一位次上的攝像頭設(shè) 置在牽引纜繩上，第二位次上的攝像頭固定在上位機構(gòu)或下位機構(gòu)的適宜部位上；所述攝像 頭為可旋轉(zhuǎn)式攝像頭。
在下位機構(gòu)的底部設(shè)置有一平板部，平板部既可作為清倉機器人直立的基礎(chǔ)體，又可作 為破碎倉中大煤塊、導(dǎo)通放煤口的打擊體。
在上述橫向工作臂的自由端還設(shè)置有限位裝置，限位裝置的橫向接觸桿末端安裝有判斷 是否觸及倉壁觸動開關(guān)。
上述驅(qū)動機構(gòu)包括防爆電動機、防爆齒輪泵及擺動液壓缸，擺動液壓缸配置有用于測量 旋轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)角傳感器；上述橫向工作臂均配置有用于判斷該臂伸縮位置的伸縮位置傳感器； 上述煤鏟液壓缸配置有用于判斷該液壓缸活塞桿伸縮狀態(tài)的檢測位置傳感器。
上述驅(qū)動機構(gòu)通過第一傳動軸傳動聯(lián)接上位機構(gòu)，通過第二傳動軸傳動聯(lián)接下位機構(gòu)； 第一傳動軸為縱向空心軸，第二傳動軸穿經(jīng)第一傳動軸。
在上述上位機構(gòu)與下位機構(gòu)之間設(shè)置有抱緊機構(gòu)，抱緊機構(gòu)包括抱緊液壓缸、傳動連桿、 剎車部，其中抱緊液壓缸通過固定件體固定在上位機構(gòu)中第一傳動軸的下部，剎車部設(shè)置在 下位機構(gòu)的中央軸上部，抱緊液壓缸通過傳動連桿控制剎車部的動作；所述支撐臂液壓缸由 各自的電磁換向閥控制，其活塞腔設(shè)置單向鎖和安全閥。
上述井下煤倉清倉機器人配置液壓泵站，液壓泵站位于倉口外側(cè)，通過進回液路與上述 各機構(gòu)中的液壓執(zhí)行裝置連接，液壓執(zhí)行裝置配置防爆電磁閥、液壓鎖及安全閥。
本發(fā)明可通過配置相應(yīng)的防爆電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及巻揚裝置(絞車系統(tǒng))等，即能實 現(xiàn)在煤倉(矸石倉)軸向長度的自上而下遞增靠調(diào)度絞車系統(tǒng)來控制；用液壓站提供的液 壓能源來驅(qū)動進而實現(xiàn)上位機構(gòu)的轉(zhuǎn)動選位、及操控支撐臂橫向伸縮對倉壁的支撐與定位， 以及實現(xiàn)下位工作機構(gòu)轉(zhuǎn)動選位、工作臂橫向伸縮到位及煤鏟在縱向上往復(fù)運動鏟切等。操 作者只要在倉外通過電控系統(tǒng)等對井下煤倉清倉機器人進行相應(yīng)操作，即可完成整個井下煤 倉(肝石倉)立壁及其收縮口處的清潔任務(wù)，能夠減少人力物力，實現(xiàn)井下清倉的機械化。


圖為本發(fā)明一種實施方式結(jié)構(gòu)原理示意圖。 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行說明
具體實施例方式
結(jié)合附圖， 一種井下煤倉清倉機器人，包括用于與倉外巻揚裝置的牽引纜繩連接的懸 吊機構(gòu)l;用于驅(qū)動下述上位機構(gòu)與下位機構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)擺動的驅(qū)動機構(gòu)2;用于支撐倉壁進行 定位的上位機構(gòu)3，上位機構(gòu)3設(shè)置有三條能伸縮的橫向支撐臂4，橫向支撐臂4的自由端設(shè)
置有帶有尖狀物的接觸部5;用于鏟除倉壁凝結(jié)物的下位機構(gòu)6，下位機構(gòu)設(shè)置有兩條能伸縮 的橫向工作臂7，橫向工作臂的自由端設(shè)置能上下往復(fù)動作的煤鏟8;兩只用于攝取倉壁現(xiàn)場 情形的第二位次上的攝像頭9，攝像頭9與倉外監(jiān)視器連接。具體說明如下
驅(qū)動機構(gòu)2包括防爆電動機、防爆齒輪泵及擺動液壓缸；驅(qū)動機構(gòu)2通過第一傳動軸傳
動聯(lián)接上位機構(gòu)3，通過第二傳動軸傳動聯(lián)接下位機構(gòu)6，第一傳動軸為縱向空心軸，第二傳 動軸穿經(jīng)第一傳動軸。上位機構(gòu)3設(shè)置有三條橫向支撐臂4，三條橫向支撐臂4在周向上按 120°均布，每條橫向支撐臂包括可伸縮支撐臂主體401及支撐臂液壓缸402，支撐臂主體401 采取由多節(jié)平行四邊形鉸接式單元組成的桿體結(jié)構(gòu)，支撐臂液壓缸402的活塞桿端與首節(jié)鉸 接式單元中的某一適宜鉸桿傳動連接，支撐臂液壓缸402帶動支撐臂主體401伸長及回縮。 下位機構(gòu)6設(shè)置有兩條橫向工作臂7，兩條橫向工作臂7對稱布置，每條橫向工作臂7包括 可伸縮工作臂主體701及工作臂液壓缸702，工作臂主體701采取由多節(jié)平行四邊形鉸接式 單元組成的桿體結(jié)構(gòu)，工作臂液壓缸702的活塞桿端與首節(jié)鉸接式單元的某一適宜鉸桿傳動 連接，工作臂液壓缸702帶動工作臂主體伸長及回縮；在橫向工作臂7的自由端設(shè)置有煤鏟 液壓缸10，煤伊8固定聯(lián)接在煤鏟液壓缸10的活塞桿端；在下位機構(gòu)的底部設(shè)置有一平板 部11，平板部11既可作為清倉機器人直立的基礎(chǔ)體，又可作為破碎倉中大煤塊、導(dǎo)通放煤 口的打擊體；在上述橫向工作臂的自由端還設(shè)置有限位裝置，限位裝置的橫向接觸桿末端安 裝有判斷是否觸及倉壁的觸動開關(guān)。在上述上位機構(gòu)3與下位機構(gòu)6之間設(shè)置有抱緊機構(gòu)， 抱緊機構(gòu)包括抱緊液壓缸12、傳動連桿13及剎車部，其中抱緊液壓缸通過固定件體固定在 上位機構(gòu)中第一傳動軸的下部，剎車部設(shè)置在下位機構(gòu)的中央軸上部，抱緊液壓缸通過傳動 連桿控制剎車部的動作。
上述實施方式中，橫向工作臂均可配置有用于判斷該臂伸縮位置的伸縮位置傳感器，煤 伊液壓缸配置有用于判斷該液壓缸活塞桿伸縮狀態(tài)的檢測位置傳感器。上述實施方式中，支 撐臂液壓缸由各自的電磁換向閥控制，其活塞腔設(shè)置單向鎖和安全閥；當垂吊不居中時可以 調(diào)整、保護橫向支撐臂和煤倉倉壁。
上述實施方式中，上位機構(gòu)3還可設(shè)置有液體介質(zhì)儲存箱體14，上述各有關(guān)液壓缸通過相應(yīng)控制管線連接液體介質(zhì)儲存箱體H。
上述實施方式中，攝像頭還包括第一位次上的攝像頭，第一位次上的攝像頭設(shè)置在牽引
纜繩上。上述攝像頭均可選用可旋轉(zhuǎn)式攝像頭。上述設(shè)置方式便于全方位觀察清倉機器人本
體和煤倉之間的相對位置。
上述實施方式中，三條橫向支撐臂與兩條橫向工作臂等各伸縮臂均設(shè)置有斷開裝置。具
有工作時垂直煤倉軸線，伸縮臂遇到塌方事故砸壞或液壓系統(tǒng)故障不能完成縮回時，斷開裝
置能使該伸縮臂繞固定軸旋轉(zhuǎn)垂直放下(下垂)，便于把清倉機器人本體提出倉口。
對上述各機構(gòu)再進一步說明如下-
一、 懸吊機構(gòu)
按照人工清倉時旋梯是按照自上而下的順序進行下放，需要一臺調(diào)度絞車配合工作，井 下煤倉清倉機器人一般自重為2噸左右。在煤倉正中的巷道壁上打錨桿，并在錨桿下方設(shè)置滑 輪，將絞車牽引纜繩(鋼絲繩)通過滑輪與懸吊機構(gòu)相連后，用以實現(xiàn)井下煤倉清倉機器人 沿煤倉軸線方向進行手動或自動的下放。
遇到倉內(nèi)壁面不平或有的部位出現(xiàn)塌陷時，井下煤倉清倉機器人可利用下位機構(gòu)進行暫 時支撐，上位機構(gòu)橫向支撐臂在支撐臂液壓缸相應(yīng)帶動下回縮帶動接觸部脫離壁面，驅(qū)動上 位機構(gòu)旋轉(zhuǎn)并脫離塌陷部位，然后上位機構(gòu)橫向支撐臂在支撐臂液壓缸相應(yīng)帶動下伸展帶動 接觸部抓牢倉壁進行支撐，下位機構(gòu)可恢復(fù)到工作狀態(tài)。
二、 驅(qū)動機構(gòu)
井下煤倉清倉機器人的各個運動的動力來源于倉口外的液壓泵站，通過進回液路與各 機構(gòu)中的液壓執(zhí)行裝置連接，液壓執(zhí)行裝置配置防爆電磁閥、液壓鎖及安全閥。液壓系統(tǒng)所
使用的工作介質(zhì)可選用符合井下設(shè)備使用要求的耐磨液壓油。
三、 上位機構(gòu)
橫向支撐臂的伸縮變化范圍可選為2500mm到5000mra，在下位機構(gòu)的煤鏟鏟除煤壁上凝結(jié) 物時，上位機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)可靠地支撐。當遇到煤倉壁有凹坑難以支撐時，下位機構(gòu)暫停鏟除 動作轉(zhuǎn)換為臨時支撐，上位機構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)選擇其他適宜支撐部位，在選定的支撐部位進行可 靠支撐后，下位機構(gòu)恢復(fù)鏟除動作。攝像頭是人類眼睛功能的延伸，操作者在井口通過監(jiān)視 器可以判斷壁上凝結(jié)物的準確位置，然后按自動/手動把凝結(jié)物鏟除干凈，攝像頭可以繞軸旋 轉(zhuǎn)九十度，通過監(jiān)視器也可以看清上位機構(gòu)及下位機構(gòu)的運行過程。三條橫向支撐臂按120 度均布，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的支撐，防止機身扭曲，影響工作穩(wěn)定性。
四、 下位機構(gòu)
在上述上位機構(gòu)到位支撐后，下位機構(gòu)旋轉(zhuǎn)選定鏟除工位，擺動缸進出口可采用雙向進行控制，為了更有效地防止下位機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)后出現(xiàn)顫動影響工作機構(gòu)的工作，采取抱緊機 構(gòu)進行協(xié)同控制。橫向工作臂通過伸縮把煤鏟送到鏟除工位，煤鏟通過煤鏟液壓缸實現(xiàn)上下 往復(fù)動作用以鏟除掉倉壁凝結(jié)物等。為防止下位機構(gòu)撞擊倉壁破壞煤鏟部分，設(shè)置了限位裝 置，可通過控制煤伊液壓缸的電磁閥斷電，來保護鏟煤部分。
本發(fā)明中，可伸縮橫向支撐臂及可伸縮橫向工作臂的主體可以采取現(xiàn)有技術(shù)中其他適宜 可伸縮桿體結(jié)構(gòu)等。
在本說明書的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠作出的顯而易見的諸如替換、增加、減少等 變化方式，應(yīng)被認為同樣落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種井下煤倉清倉機器人，特征是包括用于與倉外卷揚裝置的牽引纜繩連接的懸吊機構(gòu)；用于驅(qū)動下述上位機構(gòu)與下位機構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)擺動的驅(qū)動機構(gòu)；用于支撐倉壁進行定位的上位機構(gòu)；上述上位機構(gòu)設(shè)置有三條能伸縮的橫向支撐臂，橫向支撐臂的自由端設(shè)置有帶有尖狀物的接觸部；用于鏟除倉壁凝結(jié)物的下位機構(gòu)；上述下位機構(gòu)設(shè)置有兩條能伸縮且對稱布置的橫向工作臂，橫向工作臂的自由端設(shè)置能上下往復(fù)動作的煤鏟；至少一只用于攝取倉壁現(xiàn)場情形的攝像頭，攝像頭與倉外監(jiān)視器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于所述上位機構(gòu)設(shè)置有三條橫向支撐臂，三條橫向支撐臂在周向上按120°均布，每條橫向支撐臂包括可伸縮支撐臂主體及支 撐臂液壓缸，支撐臂主體采取由多節(jié)平行四邊形鉸接式單元組成的桿體結(jié)構(gòu)，支撐臂液壓缸 的活塞桿端與首節(jié)鉸接式單元中的某一適宜鉸桿傳動連接，支撐臂液壓缸帶動支撐臂主體伸 長及回縮；上述下位機構(gòu)設(shè)置有兩條橫向工作臂，兩條橫向工作臂在周向上按180。均布，每 條橫向工作臂包括可伸縮工作臂主體及工作臂液壓缸，工作臂主體采取由多節(jié)平行四邊形鉸接式單元組成的桿體結(jié)構(gòu)，工作臂液壓缸的活塞桿端與首節(jié)鉸接式單元的某一適宜鉸桿傳動 連接，工作臂液壓缸帶動工作臂主體伸長及回縮；在橫向工作臂的自由端設(shè)置有煤鏟液壓缸， 煤鏟固定聯(lián)接在煤鏟液壓缸的活塞桿端；所述橫向支撐臂與橫向工作臂各設(shè)置有斷開裝置， 該斷開裝置能使臂主體繞固定軸旋轉(zhuǎn)并垂直放下。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于所述攝像頭包括第一位次上的 攝像頭和/或第二位次上的攝像頭；第一位次上的攝像頭設(shè)置在牽引纜繩上，第二位次上的攝 像頭固定在上位機構(gòu)或下位機構(gòu)的適宜部位上；所述攝像頭為可旋轉(zhuǎn)式攝像頭。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于在下位機構(gòu)的底部設(shè)置有一平 板部，平板部既可作為清倉機器人直立的基礎(chǔ)體，又可作為破碎倉中大煤塊、導(dǎo)通放煤口的 打擊體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于在所述橫向工作臂的自由端還 設(shè)置有限位裝置，限位裝置的橫向接觸桿末端安裝有判斷是否觸及倉壁的觸動開關(guān)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)包括防爆電動機、 防爆齒輪泵及擺動液壓缸，擺動液壓缸配置有用于測量旋轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)角傳感器；所述橫向工 作臂均配置有用于判斷該臂伸縮位置的伸縮位置傳感器；所述煤鏟液壓缸配置有用于判斷該液壓缸活塞桿伸縮狀態(tài)的檢測位置傳感器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)通過第一傳動軸傳動聯(lián)接上位機構(gòu)，通過第二傳動軸傳動聯(lián)接下位機構(gòu)；第一傳動軸為縱向空心軸，第二傳 動軸穿經(jīng)第一傳動軸。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于在所述上位機構(gòu)與下位機構(gòu)之 間設(shè)置有抱緊機構(gòu)，抱緊機構(gòu)包括抱緊液壓缸、傳動連桿、剎車部，其中抱緊液壓缸通過固 定件體固定在上位機構(gòu)中第一傳動軸的下部，剎車部設(shè)置在下位機構(gòu)的中央軸上部，抱緊液 壓缸通過傳動連桿控制剎車部的動作；所述支撐臂液壓缸由各自的電磁換向閥控制，其活塞 腔設(shè)置單向鎖和安全閥。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤倉清倉機器人，其特征在于所述井下煤倉清倉機器人配置 液壓泵站，液壓泵站位于煤倉倉口外側(cè)，通過進回液路與上述各機構(gòu)中的液壓執(zhí)行裝置連接， 液壓執(zhí)行裝置配置防爆電磁閥、液壓鎖及安全閥。
全文摘要
本發(fā)明公開一種井下煤倉清倉機器人，包括用于與倉外卷揚裝置的牽引纜繩連接的懸吊機構(gòu)；用于驅(qū)動下述上位機構(gòu)與下位機構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)擺動的驅(qū)動機構(gòu)；用于支撐倉壁進行定位的上位機構(gòu)，上位機構(gòu)設(shè)置有至少兩條能伸縮的橫向支撐臂，橫向支撐臂的自由端設(shè)置有帶有尖狀物的接觸部；用于鏟除倉壁凝結(jié)物的下位機構(gòu)，下位機構(gòu)設(shè)置有至少兩條能伸縮的橫向工作臂，橫向工作臂的自由端設(shè)置能上下往復(fù)動作的煤鏟；至少一只用于攝取倉壁現(xiàn)場情形的攝像頭，攝像頭與倉外監(jiān)視器連接。操作者只要在倉外通過電控系統(tǒng)等對井下煤倉清倉機器人進行相應(yīng)操作，即可完成整個井下煤倉立壁及其下縮口處的清潔任務(wù)，能夠減少人力物力，實現(xiàn)井下清倉的機械化。
文檔編號E21F13/00GK101526007SQ20091002001
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者宋志安, 宋玉鳳, 李成銀, 王則樂, 王文馨 申請人:山東科技大學(xué)