專利名稱：一種硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及硬巖掘進(jìn)設(shè)備，具體為一種硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)。它集鉆孔、破 巖、收料、運(yùn)輸、行走和除塵等功能于一體，能實(shí)現(xiàn)Π0及f 10以上全巖巷道的快速、高效掘 進(jìn)。
背景技術(shù)：
在我國(guó)的隧道、巷道和地下工程施工中，中硬巖施工占相當(dāng)比例，鉆爆法是硬巖隧 道和巷道開鑿的傳統(tǒng)施工方法，迄今為止，在國(guó)內(nèi)外隧道和巷道施工中仍占據(jù)主要地位；綜 合掘進(jìn)法是隧道和巷道掘進(jìn)除鉆爆法外的另一重要手段，是一種能夠同時(shí)完成破落巖石、 裝載與轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸、噴霧除塵和調(diào)動(dòng)行走的聯(lián)合機(jī)組。鉆爆法主要存在幾個(gè)方面的不足一是鉆孔作業(yè)效率低，工作環(huán)境惡劣。多人多氣 動(dòng)鉆機(jī)同時(shí)施鉆設(shè)備占用空間大；效率低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重；鉆進(jìn)速度慢，鉆孔淺；施工人員 多，勞動(dòng)強(qiáng)度高；作業(yè)空間狹窄，施工環(huán)境差，粉塵、噪聲和油霧嚴(yán)重危害施工人員的身體健 康；鉆孔質(zhì)量差，爆破質(zhì)量難以控制。采用液壓鑿巖機(jī)的鑿巖臺(tái)車造價(jià)昂貴而用途單一，并 且只適用于平巷或輕微傾斜巷道的鉆孔作業(yè)，使用范圍非常受限。二是安全性差，如操作不 當(dāng)極易引起瓦斯爆炸而造成重大人員傷亡。同時(shí)，鉆爆法對(duì)巷道圍巖的傷害很大，易引起突 水、冒頂和坍塌等重大安全事故。三是硬巖掘進(jìn)效率低，巷道成形質(zhì)量很難控制，超挖欠挖 嚴(yán)重。四是需要耙矸機(jī)、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備配合才能完成清理矸石、搬運(yùn)矸石等任務(wù)。綜合掘進(jìn)法對(duì)巷道的要求比較高，巖石硬度< Π0，巷道高度不得小于3. O米，寬 度不得小于5米，如果局部巖石硬度過(guò)高，還是需要采用放松動(dòng)炮的方法，進(jìn)行輔助掘進(jìn)。 實(shí)際上，綜合掘進(jìn)法的經(jīng)濟(jì)截割硬度通常都在f8以下，對(duì)于硬度在f8以上的巖石，不僅截 割速度緩慢，且單位進(jìn)尺的截割成本也難以接受。近年來(lái)，隨著隧道安全事故和礦難事故的頻繁發(fā)生，政府開始努力減少鉆爆法的 使用以及炮采、炮掘的工作面?zhèn)€數(shù)和采掘產(chǎn)量、進(jìn)尺所占比重。因此，針對(duì)硬巖隧道或巷道 掘進(jìn)，亟需開發(fā)一種革命性的新型無(wú)爆破鉆孔掘進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?00710158849. 1)提出一種適用于小斷面煤巖巷道 和礦山掘進(jìn)用的礦山防爆煤巖全液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能實(shí)現(xiàn)小斷面、低硬度 煤巷和巖巷的掘進(jìn)，不能實(shí)現(xiàn)斷面鉆孔、裝載、運(yùn)輸和除塵等功能，且采用人工手動(dòng)操作，效 率很低，操作人員的工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服鉆爆法和綜合掘進(jìn)法的不足，本實(shí)用新型提供了一種硬巖液壓破碎式掘 進(jìn)機(jī)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的作業(yè)效率低、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題。該硬巖掘進(jìn)機(jī)不需要放炮 即可實(shí)現(xiàn)超硬全巖巷道的快速、高效掘進(jìn)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，該掘進(jìn)機(jī)包括行走部、后支撐部、一運(yùn)部、本體部、鑿巖部、破巖部、鏟板部，本體部設(shè)置于行走部上，本體部的前部設(shè)置鑿巖部、破巖部和鏟板 部，本體部的后部設(shè)置后支撐部、一運(yùn)部。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，鑿巖部設(shè)有鑿巖部安裝座、鑿巖臂、液壓鑿巖機(jī)、 推進(jìn)器，鑿巖臂的一端與鑿巖部安裝座連接，鑿巖臂的另一端與推進(jìn)器連接，推進(jìn)器上安裝 液壓鑿巖機(jī)。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，破巖部設(shè)有破巖臂連接座、破巖臂、液壓破碎錘、 收料斗、噴水滅塵裝置，破巖臂的一端與破巖臂連接座連接，破巖臂的另一端連接收料斗， 破巖臂上安裝液壓破碎錘，液壓破碎錘的前端安裝釬桿，釬桿的旁邊設(shè)置與釬桿相應(yīng)的噴 水滅塵裝置。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，后支撐部設(shè)有后支撐部水平支撐、后支撐平臺(tái)、后 支撐連接座、后支撐部地面支撐，后支撐平臺(tái)兩側(cè)設(shè)置后支撐部水平支撐，后支撐平臺(tái)前端 設(shè)置后支撐連接座，后支撐平臺(tái)底部設(shè)置后支撐部地面支撐。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，本體部設(shè)有本體架和滑臺(tái)，滑臺(tái)布置在本體部上 方，滑臺(tái)上設(shè)有至少一個(gè)鑿巖臂安裝位置，在鑿巖臂安裝位置上分別安裝鑿巖部；滑臺(tái)上還 設(shè)有至少一個(gè)破巖臂安裝位置，在破巖臂安裝位置上分別安裝破巖部。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，本體部中前段的兩側(cè)設(shè)計(jì)有本體部水平支撐。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，鏟板部上設(shè)有回轉(zhuǎn)星輪或蟹爪，破巖臂末端輔助 收料裝置。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，還包括電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)的核心為工控機(jī)和主 控制器，工控機(jī)作為上位機(jī)，主控制器作為下位機(jī)，主控制器采用可編程控制器PLC，工控機(jī) 和主控制器之間的通信采用I/O卡。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，行走部、后支撐部、一運(yùn)部、本體部、鑿巖部、破巖 部、鏟板部上分別設(shè)有傳感器，傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳給各自的主控制器，主控制 器通過(guò)CAN卡傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)計(jì)算后，將具體的運(yùn)動(dòng)控制要求通過(guò)指令的方式 傳輸給下位機(jī)，下位機(jī)控制各自由度的運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)各自由度的局部閉環(huán)。所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，還包括液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的油源采用兩個(gè)負(fù)載 敏感變量泵，一個(gè)與液壓沖擊錘連接，另一個(gè)與液壓執(zhí)行元件連接，液壓系統(tǒng)的控制采用手 動(dòng)加電磁比例多路閥。本實(shí)用新型的有益效果是1、本實(shí)用新型集鉆孔、破巖、收料、運(yùn)輸于一體，兼有行走和除塵等功能，可以實(shí)現(xiàn) 超硬全巖巷道的快速、高效掘進(jìn)，取代目前硬巖掘進(jìn)常用的危險(xiǎn)性較高的鉆爆法和硬巖掘 進(jìn)效率較低的綜合掘進(jìn)法。同時(shí)，該實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)全手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)等三種模式， 客戶可根據(jù)自身需要，靈活定制，在靈活控制成本的同時(shí)，較大程度地減少硬巖掘進(jìn)時(shí)所需 的礦工數(shù)量，降低礦工們的勞動(dòng)強(qiáng)度。2、本實(shí)用新型整機(jī)安裝鑿巖臂和破巖臂，采取先鉆孔后破巖的掘進(jìn)方式，再配備 完善的液壓、電控系統(tǒng)，全部工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)硬巖全巖巷高效、安全、高質(zhì)量 的快速掘進(jìn)，取代目前硬巖掘進(jìn)常用的危險(xiǎn)性較高的鉆爆法。同時(shí)，大大減少硬巖掘進(jìn)時(shí)所 需要的礦工數(shù)量，并極大改善礦工的工作環(huán)境惡劣，降低礦工們的勞動(dòng)強(qiáng)度。3、本實(shí)用新型掘進(jìn)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，極大地提高了掘進(jìn)過(guò)程的安全性和對(duì)
4硬巖掘進(jìn)的效率，從根源上避免了重大事故的發(fā)生。4、本實(shí)用新型采用履帶自行式設(shè)計(jì)，配備有后支撐和前鏟板，可以滿足傾角 ^ 18°時(shí)的上山下山破巖掘進(jìn)作業(yè)；車體上方布置有多個(gè)(1 3個(gè))鑿巖臂，可根據(jù)需要 選擇各種規(guī)格液壓鑿巖機(jī)；各鑿巖臂單獨(dú)控制，可以全手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)地完成鉆孔過(guò) 程的全部工作；車體上方布置有多個(gè)(1 3個(gè))破巖臂，可根據(jù)需要選擇不同沖擊功的液 壓破碎錘以適合各種硬度全巖巷的非爆破快速掘進(jìn)(經(jīng)濟(jì)破碎巖石硬度10)；各破巖機(jī) 械臂單獨(dú)控制，可以全手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)地完成破巖過(guò)程的全部工作。同時(shí)，本實(shí)用新 型可根據(jù)需要選擇星輪、蟹爪或耙斗等不同收料方式，車體內(nèi)部布置有刮板輸送機(jī)，可完成 矸石的裝運(yùn)和轉(zhuǎn)載等功能。最后，機(jī)體上方和破巖臂前端可根據(jù)需要選擇除塵系統(tǒng)，包括噴 霧滅塵裝置、除塵器吸風(fēng)風(fēng)筒、壓風(fēng)風(fēng)筒、風(fēng)筒支架等，可有效解決鉆孔破巖過(guò)程產(chǎn)生的粉
/K土。

圖1為本實(shí)用新型機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖1中，1行走部；2后支撐部；3 —運(yùn)部(第一運(yùn)輸機(jī))；4本體部；5鑿巖部；6破 巖部；7鏟板部。圖2為本實(shí)用新型后支撐部結(jié)構(gòu)示意圖；(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖2中，2. 1后支撐部水平支撐；2. 2后支撐平臺(tái)；2. 3后支撐連接座；2. 4后支撐 部地面支撐；2. 5電控系統(tǒng)；2. 6液壓系統(tǒng)。圖3為本實(shí)用新型本體部結(jié)構(gòu)示意圖；其中，(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖3中，4. 1滑臺(tái)；4. 2操作臺(tái)；4. 3防護(hù)頂蓋；4. 4鑿巖臂安裝位置；4. 5破巖臂安 裝位置；4. 6本體部水平支撐；4. 7本體架。圖4為本實(shí)用新型鑿巖部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4中，5. 1鑿巖部安裝座；5. 2鑿巖臂(鉆臂)；5. 3液壓鑿巖機(jī)；5. 4推進(jìn)器。圖5為本實(shí)用新型破巖部結(jié)構(gòu)示意圖；圖5中，6. 1破巖臂連接座；6. 2破巖臂(破碎臂)；6. 3破碎錘(沖擊錘)；6· 4收 料斗；6. 5滅塵裝置；6. 6釬桿。圖6為鉆孔軌跡規(guī)劃示意圖；(a)鉆孔分布圖；(b)鉆孔軌跡規(guī)劃圖。圖7為操作顯示界面示意圖。圖8為整個(gè)掘進(jìn)機(jī)的工作流程圖。圖9為掘進(jìn)機(jī)鉆孔時(shí)的工作示意圖；(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖10為掘進(jìn)機(jī)破巖時(shí)的工作示意圖；(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖11為掘進(jìn)機(jī)收料時(shí)的工作示意圖；(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖12為掘進(jìn)機(jī)錨桿支護(hù)時(shí)的工作示意圖；(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖。圖13為本實(shí)用新型液壓系統(tǒng)的原理示意圖；圖14為本實(shí)用新型電控系統(tǒng)的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1-14本實(shí)用新型從功能上可分為機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)三部分，其中如圖1所示，機(jī)械系統(tǒng)包括行走部1、后支撐部2、一運(yùn)部3、本體部4、鑿巖部5、破 巖部6、鏟板部7等幾大部件。本體部4設(shè)置于行走部1上，本體部4的前部設(shè)置鑿巖部5、 破巖部6和鏟板部7，本體部4的后部設(shè)置后支撐部2、一運(yùn)部3。如圖2所示，后支撐部2包括后支撐部水平支撐2. 1、后支撐平臺(tái)2. 2、后支撐連接 座2. 3、后支撐部地面支撐2. 4、電控系統(tǒng)2. 5、液壓系統(tǒng)2. 6等，后支撐平臺(tái)2. 2兩側(cè)設(shè)置 后支撐部水平支撐2. 1，后支撐平臺(tái)2. 2頂部設(shè)置電控系統(tǒng)2. 5、液壓系統(tǒng)2. 6，后支撐平臺(tái) 2. 2前端設(shè)置后支撐連接座2. 3，后支撐平臺(tái)2. 2底部設(shè)置后支撐部地面支撐2. 4。后支撐 部安裝水平支撐與地面支撐裝置，可以抑制設(shè)備在工作時(shí)由于振動(dòng)產(chǎn)生的側(cè)向滑移與前后 滑移，采用高強(qiáng)度螺栓通過(guò)后支撐連接座2. 3與本體部4聯(lián)接，安全可靠。如圖3所示，本體部4包括本體架4. 7和滑臺(tái)4. 1等，滑臺(tái)4. 1布置在本體部4. 7 上方，滑臺(tái)4. 1上設(shè)有至少一個(gè)鑿巖臂安裝位置4. 4 (本實(shí)施例為3個(gè))，在鑿巖臂安裝位 置4. 4上分別安裝鑿巖部5 ；滑臺(tái)4. 1上還設(shè)有至少一個(gè)破巖臂安裝位置4. 5 (本實(shí)施例為 2個(gè))，在破巖臂安裝位置4. 5上分別安裝破巖部6 ；滑臺(tái)前后滑移，可以增加鑿巖和破巖的 范圍和效率?；_(tái)4. 1上還設(shè)有操作臺(tái)4. 2，操作臺(tái)4. 2的上方設(shè)有防護(hù)頂蓋4. 3。本體部 中前段的兩側(cè)設(shè)計(jì)有本體部水平支撐4. 6，可防止破巖過(guò)程機(jī)身在水平方向的擺動(dòng)。本實(shí)用新型中，本體部4上的本體部水平支撐4. 6，配合后支撐2上的后支撐部水 平支撐2. 1，可確保破巖過(guò)程機(jī)身水平方向的穩(wěn)定性。如圖4所示，鑿巖部5包括鑿巖部安裝座5. 1、鑿巖臂5. 2、液壓鑿巖機(jī)5. 3、推進(jìn)器
5.4等，鑿巖臂5. 2的一端與鑿巖部安裝座5. 1連接，鑿巖臂5. 2的另一端與推進(jìn)器5. 4連 接，推進(jìn)器5. 4上安裝液壓鑿巖機(jī)5. 3。鑿巖部設(shè)置多個(gè)自由度關(guān)節(jié)(不少于6個(gè))，可滿 足側(cè)幫眼、底眼、頂眼等各種鉆孔位置的姿態(tài)要求，通過(guò)鑿巖臂各關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn) 全方位的鉆孔鑿巖工作。如圖5所示，破巖部6包括破巖臂連接座6. 1、破巖臂6. 2、液壓破碎錘6. 3、收料 斗6. 4、噴水滅塵裝置6. 5等，破巖臂6. 2的一端與破巖臂連接座6. 1連接，破巖臂6. 2的另 一端連接收料斗6. 4，破巖臂6. 2上安裝液壓破碎錘6. 3，液壓破碎錘6. 3的前端安裝釬桿
6.6，釬桿6. 6的旁邊設(shè)置與釬桿6. 6相應(yīng)的噴水滅塵裝置6. 5。本實(shí)用新型中，破巖部6設(shè)置多個(gè)自由度關(guān)節(jié)(不少于4個(gè))，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)flO以 上硬巖的快速破碎。破巖臂6. 2末端安裝先進(jìn)的、大功率的液壓破碎錘6. 3和收料斗6. 4， 通過(guò)破巖臂各關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)全方位的破巖和輔助收料的工作；在破碎錘6. 3周 圍安裝噴水滅塵裝置6. 5，破巖過(guò)程中起到降塵、冷卻、緩解釬桿磨損的功能。本實(shí)用新型中，鏟板部7上可以裝配兩個(gè)回轉(zhuǎn)星輪或蟹爪，星輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò) 馬達(dá)帶動(dòng)，鏟板的升降與星輪的回轉(zhuǎn)可以將破碎下來(lái)的煤塊回收，并運(yùn)輸至一運(yùn)部3;—運(yùn) 部3通過(guò)鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)輸工作，利用液壓馬達(dá)帶動(dòng)鏈軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)輸鏈在刮板上循 環(huán)移動(dòng)，將鏟板部7運(yùn)輸來(lái)的物料傳遞給二運(yùn)(第二運(yùn)輸機(jī))；行走部1通過(guò)高強(qiáng)度螺栓與 本體部4連接，行走部1可為全封閉結(jié)構(gòu)，增加行走部在惡略工況下的使用壽命；大功率液 壓馬達(dá)帶動(dòng)鏈輪保證掘進(jìn)機(jī)在惡略工況下、大坡度情況下的行走能力。本實(shí)用新型中，破巖臂末端還設(shè)計(jì)有輔助收料裝置，配合鏟板上的星輪或蟹爪，可 實(shí)現(xiàn)快速清矸運(yùn)矸。[0053]本實(shí)用新型中，液壓系統(tǒng)設(shè)置帶負(fù)載敏感技術(shù)的變量泵(不少于2個(gè))，其中一個(gè) 泵與液壓沖擊錘連接，專門用來(lái)給液壓沖擊錘提供大流量高壓力油，工作壓力在24MPa左 右，即液壓沖擊錘的最大工作壓力；另一個(gè)泵與液壓執(zhí)行元件連接，用來(lái)給其它液壓執(zhí)行元 件供油。整個(gè)系統(tǒng)的油箱體積在1500L左右。液壓系統(tǒng)的主要液壓執(zhí)行元件為數(shù)字液壓缸 或磁致伸縮液壓缸以及液壓馬達(dá)，具體包括機(jī)械手回轉(zhuǎn)液壓缸、機(jī)械手一級(jí)臂俯仰液壓缸、 機(jī)械手二級(jí)臂調(diào)節(jié)液壓缸、機(jī)械手末端回轉(zhuǎn)液壓缸、裝料液壓馬達(dá)等。液壓系統(tǒng)的控制采用 手動(dòng)加電磁比例多路閥，便于與電控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)鉆孔和破巖過(guò)程液壓系統(tǒng)的自動(dòng) 控制，也可以在特殊情況實(shí)現(xiàn)全手動(dòng)操作。如圖13所示，本實(shí)用新型液壓系統(tǒng)的原理如下本實(shí)施例具有三個(gè)鑿巖臂和兩個(gè)破碎臂，共有30多個(gè)自由度，加上掘進(jìn)機(jī)本身的 執(zhí)行元件，共有五十多個(gè)液壓執(zhí)行元件。掘進(jìn)機(jī)的所有液壓執(zhí)行元件根據(jù)流量、壓力、動(dòng)作 關(guān)系、位置等進(jìn)行分組(本實(shí)施例分為九組)，每組閥的總流量不能超過(guò)250L/min。油源采 用兩個(gè)負(fù)載敏感泵，各組閥的負(fù)載敏感口通過(guò)梭閥進(jìn)行比較，選出最大的負(fù)載壓力反饋給 油泵，實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化時(shí)液壓系統(tǒng)流量的快速響應(yīng)和跟蹤。本實(shí)用新型中，電控系統(tǒng)的核心為工控機(jī)加PLC(可編程控制器)，其中工控機(jī)作 為上位機(jī)，主要負(fù)責(zé)根據(jù)事先建好的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)鉆孔位置的自動(dòng)排布、鉆孔軌 跡的自動(dòng)規(guī)劃及優(yōu)化、液壓沖擊錘沖擊位置的自動(dòng)分布、液壓沖擊錘破巖軌跡的規(guī)劃及優(yōu) 化、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制代碼自動(dòng)生成、系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及與 PLC的實(shí)時(shí)通訊等等。PLC作為下位機(jī)，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)的采集和對(duì)執(zhí)行元件 的驅(qū)動(dòng)。工控機(jī)和PLC之間的通信采用I/O卡來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)的傳感器主要包括機(jī)械手 末端的傾角儀、各液壓缸的位移檢測(cè)裝置、各回轉(zhuǎn)支撐的回轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置等等。其中傾角 儀主要用來(lái)檢測(cè)機(jī)械手末端的姿態(tài)。系統(tǒng)不選配PLC時(shí)，PLC的功能由工控機(jī)其它輔助板卡實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)不選配工控機(jī) 時(shí)，整個(gè)設(shè)備的控制由PLC實(shí)現(xiàn)，一些先進(jìn)的功能將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。若工控機(jī)和PLC都不選用， 則所有動(dòng)作均通由手動(dòng)電磁比例閥進(jìn)行手動(dòng)控制。所有電氣控制器件均安裝在本安隔爆電 控箱內(nèi)。如圖14所示，本實(shí)施例電控系統(tǒng)的原理如下本實(shí)施例采用工控機(jī)作為上位機(jī)，小型PLC作為下位機(jī)和動(dòng)作執(zhí)行控制器，具有 鉆孔自動(dòng)化、自動(dòng)防碰撞等全部功能。行走部、后支撐部、一運(yùn)部、本體部、鑿巖部、破巖部、 鏟板部上分別設(shè)有傳感器，為了實(shí)現(xiàn)鉆孔自動(dòng)化和各機(jī)械臂自動(dòng)防碰撞、鑿巖臂和破巖臂 的各個(gè)自由度都有相應(yīng)的傳感器來(lái)檢測(cè)，傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳給各自的主控制 器PLC(下位機(jī)控制器U1、控制器U2、控制器U3、控制器U4和控制器TO)，再由PLC通過(guò) CAN卡傳輸給上位機(jī)。上位機(jī)通過(guò)計(jì)算后，將具體的運(yùn)動(dòng)控制要求通過(guò)指令的方式傳輸給下 位機(jī)PLC，PLC自主控制各自由度的運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)各自由度的局部閉環(huán)。本實(shí)用新型中，掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)全手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)等三種操作形式，具體的硬 件系統(tǒng)差異較大，可根據(jù)客戶需求進(jìn)行靈活配置。下面以全自動(dòng)工作模式為實(shí)例，對(duì)該設(shè)備的具體工作過(guò)程進(jìn)行介紹。半自動(dòng)工作 模式是在全自動(dòng)工作模式的基礎(chǔ)上剔除鉆孔位置的自動(dòng)排布、鉆孔軌跡的自動(dòng)規(guī)劃及優(yōu) 化、鉆孔位置的自動(dòng)定位、破巖臂破巖軌跡的規(guī)劃及優(yōu)化等先進(jìn)功能，但保留鑿巖臂自動(dòng)防卡釬及快速返回、自動(dòng)防碰撞、系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能。全手動(dòng)模式是在半自動(dòng)工作模 式的基礎(chǔ)上，再剔除系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)防卡釬及快速返回功能，但保留自動(dòng)防碰撞 功能。A準(zhǔn)備階段掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸?shù)轿?，液壓系統(tǒng)2. 6、電控系統(tǒng)2. 5全部啟動(dòng)并進(jìn)行自檢，檢測(cè)、監(jiān)控及 報(bào)警裝置全部開啟。通過(guò)對(duì)巷道內(nèi)定向激光進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)計(jì)算結(jié)果反饋給電控系統(tǒng)2. 5的工控 機(jī)，然后人工操作行走部1、后支撐部2、鏟板部7進(jìn)行調(diào)整，保證掘進(jìn)機(jī)停放位置與巷道中 心線對(duì)齊。此時(shí)，本體部水平支撐4. 6、后支撐水平支撐2. 1、鏟板部7和后支撐部地面支撐 2. 4支撐到位，保證掘進(jìn)機(jī)破巖工作時(shí)平穩(wěn)。電控系統(tǒng)中的斷面檢測(cè)裝置對(duì)巷道工作面進(jìn)行全方位掃描，工控機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的 巷道工作面全部形狀和位置信息，自動(dòng)記錄巷道的尺寸大小和形狀，再根據(jù)操作員輸入的 主要參數(shù)計(jì)算出鉆孔分布形式(如圖6所示)，并進(jìn)行鉆孔的軌跡、工作過(guò)程規(guī)劃，并通過(guò)顯 示裝置描述給操作員；操作員判定軌跡合理，再通過(guò)操作工控機(jī)自動(dòng)計(jì)算出工作過(guò)程中每 個(gè)時(shí)刻鑿巖臂各個(gè)關(guān)節(jié)的姿態(tài)信息及與之對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)的控制參數(shù)，保存所 有信息并形成操作指令，等待執(zhí)行。操作員通過(guò)操作臺(tái)4. 2控制本體部4上的滑臺(tái)4. 1平移到前端極限位置，工控機(jī) 根據(jù)鑿巖軌跡及鑿巖臂的姿態(tài)信息計(jì)算出破巖臂6. 2的安全位置，以防止鉆孔過(guò)程中與鑿 巖臂5. 2發(fā)生干涉，保存信息、轉(zhuǎn)化為控制指令并執(zhí)行，電氣與液壓裝置控制破巖臂6. 2移 動(dòng)到計(jì)算出的安全位置。鉆孔時(shí)操作臺(tái)的顯示界面如圖7所示。B鑿巖階段工控機(jī)從控制模塊中調(diào)出控制指令并傳給PLC，PLC控制鑿巖臂5. 2執(zhí)行鉆孔工 作，鉆孔過(guò)程全自動(dòng)操作。推進(jìn)器5. 4的鉆壓由推進(jìn)器推進(jìn)油缸壓力變送器來(lái)檢測(cè)，通過(guò)液 壓系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)。液壓鑿巖機(jī)5. 3的沖擊功高低由液壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。鑿巖過(guò)程中不 斷使用水對(duì)釬桿進(jìn)行冷卻和排屑。工控機(jī)自動(dòng)計(jì)算鉆孔軌跡的先行條件是避免三個(gè)鑿巖臂5. 2互相碰撞，但鉆孔過(guò) 程中仍要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)臂的空間位置，一旦出現(xiàn)碰撞的可能，立刻進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，停止當(dāng)前 鉆孔工作，尋找下一個(gè)合適的鉆孔位置并重新計(jì)算鉆孔軌跡。為了確保鑿巖臂5. 2推進(jìn)器5. 4能夠抵住巖壁順利鉆孔，在推進(jìn)器補(bǔ)償油缸上安 裝壓力變送器監(jiān)控壓力變化，并傳給控制機(jī)判斷是否抵住巖壁，如果出現(xiàn)異常鑿巖臂5. 2 立即收縮，重新尋找鉆孔位置再次進(jìn)給、鉆孔；鉆孔工作可分為開孔和鉆孔兩個(gè)階段，進(jìn)行開孔工作時(shí)液壓鑿巖機(jī)5. 3以低功 率、低沖擊頻率恒速開孔，推進(jìn)器5. 4以低鉆壓推進(jìn)，可通過(guò)推進(jìn)器前端夾持器處設(shè)置的徑 向壓力變送器判斷是否開孔成功。若開孔成功，進(jìn)入鉆孔階段，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)使液 壓鑿巖機(jī)5. 3以全功率、高沖擊頻率、恒鉆速鉆孔。若鉆孔失敗，控制系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)先設(shè)置好 的防護(hù)程序使推進(jìn)器5. 4撤回，重新定位、開孔。鉆孔過(guò)程各部件位置和姿態(tài)如圖9所示。由于液壓鑿巖機(jī)5. 3鉆孔時(shí)的工況和條件非常惡略，產(chǎn)生的大量灰塵和碎石經(jīng)常 由于排屑不暢而使得鑿巖機(jī)5. 3出現(xiàn)“卡釬”現(xiàn)象。同樣，通過(guò)壓力變送器可以判斷鉆孔過(guò) 程中是否出現(xiàn)“卡釬”。如果“卡釬”嚴(yán)重，則推進(jìn)器5. 4自動(dòng)回縮，液壓鑿巖機(jī)5. 3自動(dòng)停止沖擊但持續(xù)回轉(zhuǎn)，直至解卡；若“卡釬”現(xiàn)象輕微，可以適當(dāng)降低推進(jìn)器5. 4的鉆壓。每次鉆孔結(jié)束后，工控機(jī)通過(guò)PLC控制推進(jìn)器5. 4的推進(jìn)液壓缸快速返回，液壓鑿 巖機(jī)5. 3停止沖擊，回轉(zhuǎn)和冷卻水繼續(xù)直至推進(jìn)器5. 4后退至極限位置?？焖俜祷睾螅鶕?jù) 預(yù)先設(shè)定的軌跡尋找下一鉆孔點(diǎn)并重復(fù)以上鉆孔過(guò)程，直至所有鉆孔工作完成。鉆孔工作 是否完成可以通過(guò)控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、記錄程序來(lái)判斷，操作員也可以進(jìn)行人為監(jiān)控。鉆孔工 作全部完成后，工控機(jī)調(diào)出預(yù)先計(jì)算好的鑿巖臂5. 2安全放置位置，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí) 行元件使鑿巖臂5. 2移動(dòng)到位。C破巖階段破巖臂6. 2工作軌跡采用分區(qū)規(guī)劃，工控機(jī)在自動(dòng)計(jì)算破巖軌跡時(shí)會(huì)充分考慮防 碰撞問(wèn)題，使得到的軌跡盡可能合理。工控機(jī)從控制模塊中調(diào)出預(yù)先計(jì)算好的破巖臂6. 2 運(yùn)動(dòng)軌跡，把破巖臂6. 2每個(gè)時(shí)刻姿態(tài)對(duì)應(yīng)的各自由度運(yùn)動(dòng)增量轉(zhuǎn)化成控制指令并傳給 PLCjPLC通過(guò)電控系統(tǒng)2. 5、液壓系統(tǒng)2. 6來(lái)控制破巖臂6. 2進(jìn)行工作。破巖過(guò)程同樣為全 自動(dòng)操作，根據(jù)破碎錘推進(jìn)液壓缸壓力變送器的狀態(tài)來(lái)判斷破巖的各種工況，從而實(shí)施不 同的操作。液壓破碎錘6. 3在同一位置的沖擊時(shí)長(zhǎng)不能超過(guò)10秒。液壓破碎錘6. 3的沖 擊功高低可調(diào)節(jié)液壓破碎錘6. 3側(cè)部的調(diào)節(jié)螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)。破巖過(guò)程中噴水滅塵裝置6. 5不 斷噴水對(duì)釬桿進(jìn)行冷卻、除塵。破巖臂6. 2到位后，伸縮油缸外伸，液壓破碎錘6. 3壓緊巖壁。為了確保破巖臂 6. 2能夠壓緊巖壁順利進(jìn)行破巖工作，在破巖臂6. 2推進(jìn)油缸上安裝壓力變送器監(jiān)控壓力 變化，根據(jù)檢測(cè)到的壓力值判斷破碎錘6. 3是否壓緊巖壁。壓力判斷值必須考慮破碎錘6. 3 本體重量在推進(jìn)液壓方向產(chǎn)生的分力。計(jì)算過(guò)程由工控機(jī)完成，角度由傾角儀進(jìn)行測(cè)量。如 果出現(xiàn)異常，破巖臂6. 2立即收縮，重新尋找合理位置再次壓緊巖壁。破巖過(guò)程各部件位置 和姿態(tài)如圖10所示。液壓破碎錘6. 3循環(huán)沖擊破巖，破巖臂6. 2推進(jìn)油缸保持恒定壓力。液壓破碎錘 6. 3壓緊巖壁后開始進(jìn)行沖擊破巖工作，利用計(jì)時(shí)器確定單點(diǎn)沖擊時(shí)長(zhǎng)，通過(guò)判定破巖臂 6. 2推進(jìn)油缸的行程是否達(dá)到極限來(lái)確定此次破巖沖擊是否結(jié)束。如果破巖時(shí)長(zhǎng)大于10 秒、推進(jìn)液壓缸行程達(dá)到極限，可判定此次沖擊破巖成功，液壓缸回縮，根據(jù)設(shè)定軌跡尋找 下一沖擊位置；如果破巖臂6. 2各關(guān)節(jié)自由度變化幅度過(guò)大，可認(rèn)為錘頭與巖壁之間產(chǎn)生 較大滑移，此時(shí)液壓缸立即回縮，重復(fù)該位置點(diǎn)的定位、破巖工作，若再次產(chǎn)生滑移，控制程 序自動(dòng)將此位置點(diǎn)刪除、跳轉(zhuǎn)到下一位置點(diǎn)進(jìn)行沖擊破巖。破巖臂6. 2根據(jù)軌跡和控制程序反復(fù)沖擊破巖，激光檢測(cè)裝置對(duì)破巖深度進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)。若整個(gè)巷道工作面的破巖深度達(dá)到800mm，工控機(jī)自動(dòng)判定此次沖擊破巖循環(huán)結(jié) 束，本體部滑臺(tái)4. 1回縮，準(zhǔn)備進(jìn)行收料工作。D收料階段工控機(jī)控制電控系統(tǒng)2. 5、液壓系統(tǒng)2. 6使本體部水平支撐4. 6、后支撐水平支撐 2. 1全部收回，一運(yùn)部3馬達(dá)與鏟板部7星輪馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)開始進(jìn)行收料、運(yùn)料工作。收料過(guò)程 中可利用破巖臂6. 2上的收料斗6. 4來(lái)進(jìn)行協(xié)助收料，提高收料效率。鏟板部7升降、行走 部1前移，進(jìn)行收料。操作員判斷收料工作是否完畢，若收料完畢則人工操作工控機(jī)跳轉(zhuǎn)到 步驟(2)，進(jìn)行下一工作循環(huán)。通過(guò)記錄裝置與檢測(cè)裝置，記錄破巖循環(huán)次數(shù)和總破巖進(jìn)尺 數(shù)，若累計(jì)破巖深度達(dá)到3300mm，停止破巖循環(huán)，進(jìn)行一下步工作。收料過(guò)程各部件位置和姿態(tài)如圖11所示。E清根、錨桿支護(hù)階段當(dāng)累計(jì)破巖深度達(dá)到3300mm時(shí)，本體部4滑臺(tái)液壓缸推動(dòng)滑臺(tái)4. 1回縮，本體部 水平支撐4. 6、后支撐水平支撐2. 1全部收回，工控機(jī)控制破巖臂6. 2對(duì)巷道工作面進(jìn)行修 整工作，保證巷道截面質(zhì)量，為下一工作循環(huán)作準(zhǔn)備。操作員判定清根工作完畢后，工控機(jī) 調(diào)出錨桿支護(hù)程序，按照軌跡使用三個(gè)鑿巖臂完成輔助打錨桿工作，工作過(guò)程與破巖過(guò)程 一致。全部過(guò)程結(jié)束后進(jìn)入下一工作大循環(huán)。錨桿支護(hù)過(guò)程各部件位置和姿態(tài)如圖12所
7J\ ο整個(gè)工作過(guò)程流程如圖8所示。
10
權(quán)利要求一種硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于該掘進(jìn)機(jī)包括行走部、后支撐部、一運(yùn)部、本體部、鑿巖部、破巖部、鏟板部，本體部設(shè)置于行走部上，本體部的前部設(shè)置鑿巖部、破巖部和鏟板部，本體部的后部設(shè)置后支撐部、一運(yùn)部。
2.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于鑿巖部設(shè)有鑿巖部安 裝座、鑿巖臂、液壓鑿巖機(jī)、推進(jìn)器，鑿巖臂的一端與鑿巖部安裝座連接，鑿巖臂的另一端與 推進(jìn)器連接，推進(jìn)器上安裝液壓鑿巖機(jī)。
3.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于破巖部設(shè)有破巖臂連 接座、破巖臂、液壓破碎錘、收料斗、噴水滅塵裝置，破巖臂的一端與破巖臂連接座連接，破 巖臂的另一端連接收料斗，破巖臂上安裝液壓破碎錘，液壓破碎錘的前端安裝釬桿，釬桿的 旁邊設(shè)置與釬桿相應(yīng)的噴水滅塵裝置。
4.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于后支撐部設(shè)有后支撐 部水平支撐、后支撐平臺(tái)、后支撐連接座、后支撐部地面支撐，后支撐平臺(tái)兩側(cè)設(shè)置后支撐 部水平支撐，后支撐平臺(tái)前端設(shè)置后支撐連接座，后支撐平臺(tái)底部設(shè)置后支撐部地面支撐。
5.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于本體部設(shè)有本體架和 滑臺(tái)，滑臺(tái)布置在本體部上方，滑臺(tái)上設(shè)有至少一個(gè)鑿巖臂安裝位置，在鑿巖臂安裝位置上 分別安裝鑿巖部；滑臺(tái)上還設(shè)有至少一個(gè)破巖臂安裝位置，在破巖臂安裝位置上分別安裝 破巖部。
6.按照權(quán)利要求5所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于本體部中前段的兩側(cè) 設(shè)計(jì)有本體部水平支撐。
7.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于鏟板部上設(shè)有回轉(zhuǎn)星 輪或蟹爪，破巖臂末端輔助收料裝置。
8.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于還包括電控系統(tǒng)，電控 系統(tǒng)的核心為工控機(jī)和主控制器，工控機(jī)作為上位機(jī)，主控制器作為下位機(jī)，主控制器采用 可編程控制器PLC，工控機(jī)和主控制器之間的通信采用I/O卡。
9.按照權(quán)利要求8所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于行走部、后支撐部、一 運(yùn)部、本體部、鑿巖部、破巖部、鏟板部上分別設(shè)有傳感器，傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳 給各自的主控制器，主控制器通過(guò)CAN卡傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)計(jì)算后，將具體的運(yùn)動(dòng) 控制要求通過(guò)指令的方式傳輸給下位機(jī)，下位機(jī)控制各自由度的運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)各自由度的局 部閉環(huán)。
10.按照權(quán)利要求1所述的硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)，其特征在于還包括液壓系統(tǒng)，液 壓系統(tǒng)的油源采用兩個(gè)負(fù)載敏感變量泵，一個(gè)與液壓沖擊錘連接，另一個(gè)與液壓執(zhí)行元件 連接，液壓系統(tǒng)的控制采用手動(dòng)加電磁比例多路閥。
專利摘要本實(shí)用新型涉及硬巖掘進(jìn)設(shè)備，具體為一種硬巖液壓破碎式掘進(jìn)機(jī)。它集鉆孔、破巖、收料、運(yùn)輸、行走和除塵等功能于一體，能實(shí)現(xiàn)f10及f10以上全巖巷道的快速、高效掘進(jìn)。該掘進(jìn)機(jī)包括行走部、后支撐部、一運(yùn)部、本體部、鑿巖部、破巖部、鏟板部，本體部設(shè)置于行走部上，本體部的前部設(shè)置鑿巖部、破巖部和鏟板部，本體部的后部設(shè)置后支撐部、一運(yùn)部。本實(shí)用新型可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的作業(yè)效率低、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題。整個(gè)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)硬巖全巷道的高效、安全、高質(zhì)量的快速掘進(jìn)，取代目前硬巖掘進(jìn)常用的危險(xiǎn)性較高的鉆爆法和硬巖掘進(jìn)效率較低的綜合掘進(jìn)法。
文檔編號(hào)E21D9/12GK201714390SQ20102020765
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者劉宇, 張其智, 梁堅(jiān)毅, 王冶, 翟海波, 陳鍔, 龍日升 申請(qǐng)人:三一重型裝備有限公司