本發(fā)明屬于礦山頂板、側(cè)壁維護裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能鉆架。

背景技術(shù)：

礦山頂板、側(cè)壁維護作為巷道掘進中重要的工藝規(guī)程，在安全開采領(lǐng)域具有巨大的意義。

安全生產(chǎn)是礦山開采的頭等大事，安全對于礦山開采起著保證、支撐和推動的作用，礦山的安全生產(chǎn)是國家安全生產(chǎn)的重要組成部分。由于我國的礦山地質(zhì)條件差，礦山眾多，差異大，機械化掘進與開采程度低，安全技術(shù)裝備嚴重不足，從業(yè)人員綜合素質(zhì)差，導(dǎo)致我國的礦山安全形勢不容樂觀。

目前礦山頂板、側(cè)壁維護時采用人工進行錨鉆、裝填樹脂藥卷，工作面上彌漫大量的可吸入粉塵，頂板通常有大量的流水，工作環(huán)境十分惡劣，由于工作性質(zhì)導(dǎo)致工人長期暴露在未維護的頂板下使得工人的安全風(fēng)險急劇增加，而且人工進行維護的效率極其低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決采用人工施工進行礦山頂板、側(cè)壁維護時存在作業(yè)環(huán)境粉塵含量高、工作危險及維護效率低的技術(shù)問題，提供了一種智能鉆架。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種智能鉆架，包括鉆桿、鉆箱、提升機構(gòu)、藥卷噴射系統(tǒng)、機械手、鉆桿夾持機構(gòu)、框架、電氣控制系統(tǒng)、錨桿倉、液壓系統(tǒng)、夾釬機構(gòu)和連接擺動機構(gòu)，所述連接擺動機構(gòu)設(shè)置在框架的外側(cè)，鉆桿夾持機構(gòu)、藥卷噴射系統(tǒng)、錨桿倉、機械手、電氣控制系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)均設(shè)置在框架內(nèi)，所述鉆桿固定在鉆桿夾持機構(gòu)中，鉆桿的下部設(shè)置外螺紋，所述鉆箱的上表面設(shè)置與鉆桿下部的外螺紋相匹配的螺紋孔，所述錨桿倉內(nèi)設(shè)置若干錨桿，所述錨桿的下部設(shè)置與鉆箱上表面的螺紋孔相匹配的外螺紋，所述機械手設(shè)置在鉆桿夾持機構(gòu)與錨桿倉之間，機械手與液壓系統(tǒng)相連，機械手在液壓系統(tǒng)的作用下可轉(zhuǎn)動用于抓取鉆桿或錨桿，所述鉆箱與提升機構(gòu)相連，提升機構(gòu)與電氣控制系統(tǒng)相連，提升機構(gòu)帶動鉆箱上下移動，所述夾釬機構(gòu)設(shè)置在框架頂端，包括兩條導(dǎo)向臂，每條導(dǎo)向臂分別開有半個導(dǎo)向錐孔。

所述提升機構(gòu)包括提升油缸、提升鏈條、導(dǎo)向柱和導(dǎo)向鏈接板，提升油缸的油缸筒兩端均有油缸桿伸出，油缸桿兩端固定在框架上，油缸筒可在油缸桿上上下滑動，提升鏈條一端固定在框架上，另一端繞過提升油缸的油缸筒上的提升耳并固定在導(dǎo)向鏈接板上，導(dǎo)向鏈接板中間有兩根導(dǎo)向柱穿過。

所述藥卷噴射系統(tǒng)包括藥卷噴嘴、軟管、藥卷倉和藥卷，所述藥卷設(shè)置在藥卷倉內(nèi)，所述軟管的一端與藥卷相連，另一端與藥卷噴嘴相連，藥卷噴嘴與油缸的一端相連，油缸的另一端固定在框架上。

所述機械手包括旋轉(zhuǎn)油缸、立柱、手臂、抓取器和機械手底座，立柱的下端垂直可轉(zhuǎn)動設(shè)置在機械手底座上，手臂的一端垂直固定在立柱的上端，手臂的另一端設(shè)置抓取器，旋轉(zhuǎn)油缸的一端與機械手底座鉸接，另一端與立柱的下端鉸接，手臂中設(shè)置控制抓取器閉合與打開的控制油缸。

所述錨桿倉包括步進電機、主動轉(zhuǎn)軸、齒形帶輪、齒形帶、彈性夾子、錨桿、被動轉(zhuǎn)軸和錨桿倉框架，步進電機安裝在錨桿倉框架底部，主動轉(zhuǎn)軸設(shè)置在錨桿倉框架內(nèi)的一端，被動轉(zhuǎn)軸設(shè)置在錨桿倉框架內(nèi)的另一端，步進電機的上端與主動轉(zhuǎn)軸的下端相連，主動轉(zhuǎn)軸與被動轉(zhuǎn)軸的上下部各分別安裝一個齒形帶輪，主動轉(zhuǎn)軸與被動轉(zhuǎn)軸上部的齒形帶輪及下部的齒形帶輪之間分別通過齒形帶相連接，所述上下齒形帶上分別一一對應(yīng)設(shè)置若干彈性夾子，所述錨桿設(shè)置在上下相對應(yīng)的彈性夾子之間。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明在礦山頂板、側(cè)壁錨固維護領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)錨桿作業(yè)工序—鉆孔、上錨桿、噴射藥卷、緊固錨桿、錨桿連續(xù)供給的自動化、智能化，使操作人員在支護區(qū)實現(xiàn)遠程錨桿支護。

2.本發(fā)明取消了人工錨鉆、裝填樹脂藥卷等工作，減少了人員的工作量，改善了勞動環(huán)境，提高了頂板、側(cè)壁維護的安全系數(shù)。

3.隨著礦山巷道掘進量的增加，對頂板、側(cè)壁錨固維護的需求會日益加大，本發(fā)明智能鉆架的應(yīng)用也會越來越廣，本發(fā)明具有較高的實用價值和經(jīng)濟價值，同時極大地降低了井下錨護施工的安全風(fēng)險，實現(xiàn)了以技術(shù)換人的大趨勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖3為提升機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為藥卷噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為機械手結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為錨桿倉結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為電氣控制系統(tǒng)控制原理示意圖；

圖中：1-鉆桿，2-鉆箱，3-提升機構(gòu)，4-藥卷噴射系統(tǒng)，5-機械手，6-鉆桿夾持機構(gòu)，7-框架，8-電氣控制系統(tǒng)，9-錨桿倉，10-液壓系統(tǒng)，11-夾釬機構(gòu)，12-連接擺動機構(gòu)，31-提升油缸，32-提升鏈條，33-導(dǎo)向柱，34-導(dǎo)向鏈接板，41-藥卷噴嘴，42-軟管，43--藥卷倉，44-藥卷，51-旋轉(zhuǎn)油缸，52-立柱，53--手臂，54-抓取器，55-機械手底座，91-步進電機，92-主動轉(zhuǎn)軸，93--齒形帶輪，94-齒形帶，95-彈性夾子，96-錨桿，97-被動轉(zhuǎn)軸，98-錨桿倉框架。

具體實施方式

圖1與圖2分別為本發(fā)明兩個不同角度的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1、2所示，一種智能鉆架，包括鉆桿1、鉆箱2、提升機構(gòu)3、藥卷噴射系統(tǒng)4、機械手5、鉆桿夾持機構(gòu)6、框架7、電氣控制系統(tǒng)8、錨桿倉9、液壓系統(tǒng)10、夾釬機構(gòu)11和連接擺動機構(gòu)12，所述連接擺動機構(gòu)12設(shè)置在框架7的外側(cè)，鉆桿夾持機構(gòu)6、藥卷噴射系統(tǒng)4、錨桿倉9、機械手5、電氣控制系統(tǒng)8及液壓系統(tǒng)10均設(shè)置在框架7內(nèi)，所述鉆桿1固定在鉆桿夾持機構(gòu)6中，鉆桿1的下部設(shè)置外螺紋，所述鉆箱2的上表面設(shè)置與鉆桿1下部的外螺紋相匹配的螺紋孔，所述錨桿倉9內(nèi)設(shè)置若干錨桿96，所述錨桿96的下部設(shè)置與鉆箱2上表面的螺紋孔相匹配的外螺紋，所述機械手5設(shè)置在鉆桿夾持機構(gòu)6與錨桿倉9之間，機械手5與液壓系統(tǒng)10相連，機械手5在液壓系統(tǒng)10的作用下可轉(zhuǎn)動用于抓取鉆桿1或錨桿96，所述鉆箱2與提升機構(gòu)3相連，提升機構(gòu)3與電氣控制系統(tǒng)8相連，提升機構(gòu)3帶動鉆箱2上下移動，所述夾釬機構(gòu)11設(shè)置在框架7頂端，由兩條導(dǎo)向臂構(gòu)成，每條導(dǎo)向臂各開有半個導(dǎo)向錐孔，能夠引導(dǎo)鉆桿1和錨桿96沿著正確的方向進給。

如圖3所示，所述提升機構(gòu)3包括固定在框架7上的提升油缸31、提升鏈條32、導(dǎo)向柱33和導(dǎo)向鏈接板34，提升油缸31為雙出桿的雙作用油缸，提升油缸31的油缸筒兩端均有油缸桿伸出，油缸桿兩端固定在框架7上，油缸筒可在油缸桿上上下滑動，提升鏈條32一端固定在框架7上，另一端繞過提升油缸31的油缸筒上的提升耳并固定在導(dǎo)向鏈接板34上，導(dǎo)向鏈接板34中間有兩根導(dǎo)向柱33穿過，當(dāng)提升油缸31的油缸筒滑動時，提升鏈條32就會帶動導(dǎo)向鏈接板34沿著導(dǎo)向柱33移動，從而帶動鉆箱2移動。

如圖4所示，所述藥卷噴射系統(tǒng)4包括藥卷噴嘴41、軟管42、藥卷倉43和藥卷44，所述藥卷44設(shè)置在藥卷倉43內(nèi)，所述軟管42的一端與藥卷44相連，另一端與藥卷噴嘴41相連，藥卷噴嘴41與油缸的一端相連，油缸的另一端固定在框架7上，工作時油缸推動藥卷噴嘴41旋轉(zhuǎn)到鉆孔下面，高壓水將藥卷倉43中藥卷44通過軟管42噴入鉆孔中定位后，油缸推動藥卷噴嘴41復(fù)位。

如圖5所示，所述機械手5包括旋轉(zhuǎn)油缸51、立柱52、手臂53、抓取器54和機械手底座55，立柱52的下端垂直可轉(zhuǎn)動設(shè)置在機械手底座55上，手臂53的一端垂直固定在立柱52的上端，手臂53的另一端設(shè)置抓取器54，旋轉(zhuǎn)油缸51的一端與機械手底座55鉸接，另一端與立柱52的下端鉸接，手臂53中設(shè)置控制抓取器54閉合與打開的控制油缸。機械手5的旋轉(zhuǎn)油缸51可使手臂九十度旋轉(zhuǎn)，當(dāng)抓取器54完全張開時在手臂轉(zhuǎn)動過程中不與任何物體接觸。手臂53在零度時抓取器54閉合可抓取固定在鉆桿夾持機構(gòu)6的鉆桿1，手臂53在四十五度時可以把鉆桿1或錨桿96移到鉆箱2正上面，手臂53在九十度時抓取器54閉合可抓取固定在錨桿倉9中的錨桿96。

如圖6所示，所述錨桿倉9包括步進電機91、主動轉(zhuǎn)軸92、齒形帶輪93、齒形帶94、彈性夾子95、錨桿96、被動轉(zhuǎn)軸97和錨桿倉框架98，步進電機91安裝在錨桿倉框架98底部，主動轉(zhuǎn)軸92設(shè)置在錨桿倉框架98內(nèi)的一端，被動轉(zhuǎn)軸97設(shè)置在錨桿倉框架98內(nèi)的另一端，步進電機91的上端與主動轉(zhuǎn)軸92的下端相連，主動轉(zhuǎn)軸92與被動轉(zhuǎn)軸97的上下部各分別安裝一個齒形帶輪93，主動轉(zhuǎn)軸92與被動轉(zhuǎn)軸97上部的齒形帶輪93及下部的齒形帶輪93之間分別通過齒形帶94相連接，所述上下齒形帶94上分別一一對應(yīng)設(shè)置若干彈性夾子95，所述錨桿96設(shè)置在上下相對應(yīng)的彈性夾子95之間。機械手5旋轉(zhuǎn)到錨桿倉9側(cè)面抓取錨桿96后，錨桿倉9中的步進電91機收到電氣控制系統(tǒng)8的指令，帶動齒形帶94旋轉(zhuǎn)下一根錨桿96到機械手5抓取位置。

本發(fā)明的具體工作步驟如下：

（1）自動鉆架通過連接擺動機構(gòu)12和其它的連接機構(gòu)定位到頂板或側(cè)壁鉆孔位置，保證自動鉆架不在移動。機械手5抓取固定在鉆桿夾持機構(gòu)6中的鉆桿1，移到鉆箱2正上面，鉆箱2邊上升邊旋轉(zhuǎn)，鉆桿1與鉆箱2螺紋連接固定，然后機械手5松開鉆桿1，回到初始位。

（2）鉆箱2帶動鉆桿1高速轉(zhuǎn)動同時提升機構(gòu)3帶動鉆箱2沿導(dǎo)軌向上移動，鉆桿1通過夾釬機構(gòu)11中間的導(dǎo)向孔鉆入巖石成孔，當(dāng)完成鉆孔后提升機構(gòu)3帶動鉆箱2和鉆桿1退出回到鉆孔的開始位置，機械手5抓住固定在鉆箱2中的鉆桿1，鉆箱2反向旋轉(zhuǎn)并下移使鉆箱2與鉆桿1間螺紋脫扣，機械手5將鉆桿1固定在鉆桿夾持機構(gòu)6上。

（3）夾釬機構(gòu)11向兩側(cè)分開，油缸推動藥卷噴嘴41旋轉(zhuǎn)到鉆孔下面，高壓水將藥卷倉43中藥卷44通過軟管42噴入鉆孔中定位后，油缸推動藥卷噴嘴41復(fù)位。

（4）機械手5旋轉(zhuǎn)到錨桿倉9側(cè)面抓取錨桿96后，錨桿倉9中的步進電機91帶動齒形帶94旋轉(zhuǎn)下一根錨桿96到機械手5抓取位置，機械手5將錨桿96移到鉆箱2正上面，鉆箱2邊上升邊旋轉(zhuǎn)，錨桿96與鉆箱2螺紋連接固定，然后機械手5復(fù)位。

（5）鉆箱2帶動錨桿96高速轉(zhuǎn)動同時提升機構(gòu)3帶動鉆箱2沿導(dǎo)軌向上移動，高速轉(zhuǎn)動的錨桿96將鉆孔中的凝固劑攪拌均勻，當(dāng)錨桿96移動到頂端后鉆箱2輸出鉆速降低扭矩增大將錨桿96緊固，鉆箱2反向旋轉(zhuǎn)使鉆箱2與錨桿96間螺紋脫扣，鉆箱2返回原位置，夾釬機構(gòu)11閉合，整個工作流程運行完畢。

當(dāng)選定下一個鉆孔位置后可重復(fù)上述工作。

如圖7所示，電氣控制系統(tǒng)8通過傳感器、電機和液壓系統(tǒng)10，可實現(xiàn)對每個運行過程實時監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)自檢、異常判斷和緊急制動等功能。

本發(fā)明實現(xiàn)了錨桿作業(yè)工序—鉆孔、上錨桿、噴射藥卷、緊固錨桿、錨桿連續(xù)供給等的自動化、智能化，使操作人員在支護區(qū)實現(xiàn)遠程錨桿支護。