锚杆支护施工多工位机械化切换机构及锚杆施工设备的制作方法

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种锚杆支护施工多工位机械化切换机构及锚杆施工设备。

背景技术：

作为隧道钻爆法施工的主要支护手段，锚杆支护是用锚杆打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到加固支护的目的。锚杆支护的好坏及效率是衡量一个工程项目优劣的关键，直接影响工程的质量、进度和成本。

随着科学技术发展，锚杆支护施工工艺也有了突飞猛进的发展，从初期的人工手持式风钻钻孔+人工插杆+人工注浆的全人工施工到后来的凿岩台车钻孔+人工插杆+人工注浆的半机械化施工，再到后来的锚杆台车。锚杆台车施工工艺为：先进行钻孔，孔内塞入药包，随后将钻杆更换为螺纹钢锚杆，将螺纹钢钻入孔内，或先将钻杆更换为中空注浆锚杆，采用注浆机再进行注浆。整个施工循环下来，人工操作内容多，工作量大，伴随着隧道施工环境恶劣，人员安全也得不到保证，综合效率低下，施工质量也得不到保证。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种锚杆支护施工多工位机械化切换机构及锚杆施工设备，其能够优化锚杆施工工艺，缩短了工作时间，提高了生产效率，同时也提高了施工作业的安全性，完全符合隧道机械化施工需求。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种锚杆支护施工多工位机械化切换机构，包括：推进梁；固定架，其固定设置在所述推进梁上；活动架，其匹配滑动设置在所述推进梁上，所述固定架与所述活动架横向对应设置；以及锚杆支护机构，其包括凿岩机组件、锚杆机头组件和注浆组件中的至少二者，所述锚杆支护机构中的各组件横向滑动设置在所述固定架和活动架上；其中，在所述活动架与所述推进梁之间设置有第一动力组件，所述固定架与所述锚杆支护机构之间设置有第二动力组件；所述第二动力组件驱动所述锚杆支护机构横向动作，并实现锚杆支护机构的工位切换；所述第一动力组件驱动所述活动架的动作，并实现活动架上所述锚杆支护机构的相应组件进给动作。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述锚杆支护机构包括凿岩机组件、锚杆机头组件和注浆组件，所述注浆组件、所述凿岩机组件和锚杆机头组件并摆设置。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述锚杆支护机构包括凿岩机组件、锚杆机头组件和注浆组件，所述注浆组件设置在所述凿岩机组件上、或锚杆机头组件上、或所述推进梁的作业端侧部，且在所述注浆组件通过摆动组件设置在相应的凿岩机组件、或锚杆机头组件、或推进梁上，所述摆动组件驱动所述注浆组件与所述凿岩机组件或锚杆机头组件之间的工位变换。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述摆动组件包括：固定支架，其设置在所述凿岩机组件上、或锚杆机头组件上、或所述推进梁的侧部；摆动轴，其铰接设置在所述固定支架上，并设置有第三动力组件，所述第三动力组件驱动所述摆动轴旋转；以及卡板，其设置在所述摆动轴上，在所述卡板上设置有卡槽，所述注浆组件与所述卡板绕所述摆动轴同步动作；通过所述第三动力组件的动作，所述卡板拨动所述凿岩机组件或锚杆机头组件，所述注浆组件的注浆管切换至所述凿岩机组件或锚杆机头组件的位置；优选地，在所述卡板上设置有第四动力组件，且所述第四动力组件与所述卡槽对应。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述注浆组件包括：固定管；注浆管，其匹配套设在所述固定管内；以及第五动力组件，所述第五动力组件驱动所述注浆管的进给动作；优选地，所述第五动力组件包括设置在所述固定管上的两组回转马达，在所述回转马达的输出端连接设置有回转轮，所述注浆管的其中一部分设置在所述回转轮之间，并由所述回转轮驱动注浆管的进给动作。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述固定架包括：左支架；右支架；以及布设在所述左支架和右支架两端部的前端固定架和后端固定架，所述活动架设置在所述左支架和右支架之间，在所述左支架、右支架和活动架之间设置有对应的横向滑道。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述横向滑道内设置有多块并排设置的支撑滑板，所述锚杆支护机构中的各组件匹配支撑设置在相应的支撑滑板上；在各所述支撑滑板上均设置有导向套，所述导向套内匹配滑动设置有驱动销轴，所述第二动力组件设置在所述驱动销轴与固定架之间。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述横向滑道包括：固定板，其匹配设置在所述左支架、右支架和活动架的两端；以及上压板，其设置在所述固定板上侧，并与所述固定板形成开口相对的导槽；优选地，所述导槽内嵌设有耐磨块，且在所述耐磨块上设置有润滑油槽。

根据本发明锚杆支护施工多工位机械化切换机构，优选地，所述推进梁的各端角处均设置有折线形卡轨，所述活动架上设置有与折线形卡轨对应的轨槽；所述推进梁端部设置有扶钎器。

一种锚杆施工设备，包括：台车本体；臂架，其设置在所述台车本体上；如上述的锚杆支护施工多工位机械化切换机构，其设置在所述臂架的动作端；以及控制系统，其控制所述台车本体、臂架和锚杆支护施工多工位机械化切换机构的动作。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请整体结构设计合理，其实现钻孔、装锚杆、注浆自动切换，让施工作业人员从繁重的劳动强度以及恶劣的施工环境中得到极大解放，同时在人工成本越来越高的环境下，施工成本降低，创造更大收益。

对于钻孔、装锚杆和注浆中，其不仅需要横向的工位切换，而且需要进给动作，因此本申请创新性的设计了分离式活动架，其能够在满足横向切换工位时的支撑作用，同时能够实现相应工位的纵向进给。

本申请在上述创新性的结构设计的基础上，进一步的进行了结构的整合，使得其工位切换更为方便，根据工艺步骤，优选地进行凿岩机组件和锚杆机头组件的工位快速切换，同时通过摆动组件实现注浆组件与相应的组件的工位切换，不仅简化了整个切换机构的体积，增强了结构的一体化和紧凑化设计，而且大大提高了其工艺的流畅性，使得锚杆施工设备得到了更进一步的性能提升，具有市场竞争力和产品前端开发的超前性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的锚杆支护施工多工位机械化切换机构的结构示意图之一，其示出了凿岩机组件和锚杆机头组件切换结构。

图2为根据本发明实施例的锚杆支护施工多工位机械化切换机构的结构示意图之二，其示出了锚杆机头组件、凿岩机组件和注浆组件的相对位置、及推进梁与活动架的配合结构。

图3为根据本发明实施例的锚杆支护施工多工位机械化切换机构的结构示意图之三，其示出了注浆组件和摆动组件的连接结构、以及与扶钎器的配合结构。

图4为根据本发明实施例的锚杆支护施工多工位机械化切换机构的结构示意图之四，其示出了横向滑道的结构。

图5为图4中a部的放大结构示意图。

图6为图4中b部的放大结构示意图。

图中序号：

100为推进梁、101为折线形卡轨；

201为第二动力组件、202为左支架、203为右支架、204为前端固定架、205为后端固定架、206为固定板、207为上压板、208为耐磨块、209为支撑滑板、210为导向套、211为驱动销轴；

300为活动架、301为轨槽；

400为凿岩机组件、401为扶钎器、402为液压油缸；

500为锚杆机头组件；

600为注浆组件、601为固定管、602为注浆管、603为回转马达、604为回转轮；

700为摆动组件、701为固定支架、702为摆动轴、703为第三动力组件、704为卡板、705为第四动力组件。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。

参见图1-图6，本申请公开了一种锚杆支护施工多工位机械化切换机构，包括推进梁100、固定架、活动架300和锚杆支护机构，固定架固定设置在推进梁100上；活动架300匹配滑动设置在推进梁100上，固定架与活动架300横向对应设置；锚杆支护机构包括凿岩机组件400、锚杆机头组件500和注浆组件600中的至少二者，锚杆支护机构中的各组件横向滑动设置在固定架和活动架300上；在活动架300与推进梁100之间设置有第一动力组件，固定架与锚杆支护机构之间设置有第二动力组件201；第二动力组件201驱动锚杆支护机构横向动作，并实现锚杆支护机构的工位切换；第一动力组件驱动活动架300的动作，并实现活动架300上锚杆支护机构的相应组件进给动作。

基于上述结构的设计，其可以实现至少两种锚杆支护机构的组合，根据工艺的需求、或实际的需求、或成本的制约、或设计难度的制约，可以进行灵活的选择，其可以是凿岩机组件400、锚杆机头组件500和注浆组件600中的任意二者的组合切换，也可以是三者之间的组合切换，上述结构的目的是不仅能够通过横向的移动实现三者或者二者之间的快速切换，而且能够实现纵向的进给，其进给结构由活动架来实现，即活动架不仅在横向移动时起到支撑导向的作用，而且其能够单独在推进梁上纵向移动，锚杆支护机构中的各组件当处于活动架上时，会单独随活动架进给。

进一步的，本申请为了促使凿岩机组件400、锚杆机头组件500和注浆组件600三者的融合和切换，给出了两种实施例：实施例一是：锚杆支护机构包括凿岩机组件400、锚杆机头组件500和注浆组件600，并将注浆组件600、凿岩机组件400和锚杆机头组件500并摆设置，通过第二动力组件201，使得各组件均可移动至活动架300对应的工位上，从而实现进给施工。

实施例二是：由于工艺的需求或者三者的横移切换造成固定架横向宽度过大，导致结构设计稳定性不好、工艺操作复杂，因此进行进一步的设计，即锚杆支护机构包括凿岩机组件400、锚杆机头组件500和注浆组件600，将注浆组件600设置在所述凿岩机组件400上、或锚杆机头组件500上、或所述推进梁100的作业端侧部，本实施例从工艺操作方便的角度优选为：将注浆组件600设置在所述推进梁100的作业端侧部，下面也以该结构进行详细阐述；在注浆组件600与所述推进梁100之间设置有摆动组件700，摆动组件700驱动注浆组件600的注浆管进行工位的变换。

对于实施例二中的具体结构为：摆动组件700包括固定支架701、摆动轴702和卡板704，固定支架701设置在推进梁100的作业端的侧部；摆动轴702铰接设置在固定支架701上，并设置有第三动力组件703，第三动力组件驱动摆动轴702旋转；卡板704设置在摆动轴702上，在卡板704上设置有卡槽，注浆组件600与卡板绕摆动轴702同步动作；通过第三动力组件703的动作，卡板704拨动凿岩机组件400，注浆组件600的注浆管切换至凿岩机组件400的钻杆的位置；在卡板704上设置有第四动力组件705，且第四动力组件705与卡槽对应,卡槽用于卡合钻杆，第四动力组件用于与卡槽形成封闭闭合区域，防止钻杆脱离卡槽，从而便于拨动钻杆。

在上述实施例中，其注浆组件600包括固定管601、注浆管602和第五动力组件，注浆管匹配套设在固定管601内；第五动力组件驱动注浆管的进给动作；具体的，第五动力组件包括设置在固定管上的两组回转马达603，在回转马达的输出端连接设置有回转轮604，注浆管的其中一部分设置在回转轮604之间，并由回转轮604驱动注浆管602的进给动作。

实施例三：本实施例对于固定架的结构进行进一步的公开，具体的，固定架包括左支架202、右支架203、以及布设在左支架和右支架两端部的前端固定架204和后端固定架205，活动架300设置在左支架202和右支架203之间，在左支架202、右支架203和活动架300之间设置有对应的横向滑道，由此，能够使得锚杆支护机构在横向滑道内滑动，即通过左支架202、右支架203和活动架300实现三个工位的位置的确定，本实施例是用于满足实施例二、以及当锚杆支护机构包括凿岩机组件400、锚杆机头组件500和注浆组件600中的其中二者时的情形，是对上述实施例的进一步深化；当实施例一实施时，由于是三个组件并排设置，故可以通过在左支架和右支架的两侧再各增设一个工位即可，在此不再重点论述。

实施例四：针对实施例三，对于锚杆支护机构的各组件的横向移动和纵向移动的结构设计，优化控制结构，本实施例通过在横向滑道内设置有多块并排设置的支撑滑板209，锚杆支护机构中的各组件匹配支撑设置在相应的支撑滑板209上；在各支撑滑板209上均设置有导向套210，导向套210内匹配滑动设置有驱动销轴211，第二动力组件201设置在驱动销轴211与固定架之间，具体的如图所示，第二动力组件201为油缸，将驱动销轴211设置在油缸的缸体上，油缸的活塞杆的端部设置在固定架上；其动作时，由第二动力组件201带动驱动销轴211动作，同时驱动相应的锚杆支护机构动作，实现横移；当沿推进梁进行纵向进给时，由第一动力组件带动活动架300和锚杆支护机构中相应的组件动作，此时驱动销轴211的活动端在导向套210相对滑动，从而不会与横移换位动作发生干涉，在纵向进给完成后，由驱动销轴211和导向套210的配合实现复位，从而可以再次进行横移切换工位。

进一步的，横向滑道包括固定板206和上压板207，固定板206匹配设置在左支架202、右支架203和活动架300的两端；上压板207设置在固定板206上侧，并与固定板206形成开口相对的导槽；优选地，导槽内嵌设有耐磨块208，且在耐磨块208上设置有润滑油槽，从而可以在润滑油槽内注入润滑油脂，提高其横向切换工位的流畅性避免卡死。

由于活动架300为单一的，其稳定性至关重要，因此，本实施例中推进梁的各端角处均设置有折线形卡轨101，活动架300上设置有与折线形卡轨对应的轨槽301，通过多方位的卡合限位，实现活动架300与推进梁100之间的稳定支撑滑动。

在实际工作中，推进梁100端部设置有扶钎器401，扶钎器401用于抱紧钻杆，其通过两活动摆臂和液压油缸402驱动，两活动摆臂上设置有对应的抱箍，本实施例中的扶钎器还可以与摆动组件进行配合，实现与注浆组件的换位。

在上述实施例中，第一动力组件、第二动力组件201和第四动力组件705均可以选用液压油缸，实现直线往复运动，第三动力组件703可以选用液压马达进行旋转运动，此外第一动力组件还可以通过驱动电机配合齿轮齿条机构等实现直线往复运动，对于其他形式能够实现往复运动或者旋转运动的形式，不再一一陈述。

具体的，本申请结合附图和上述实施例的描述，对其中一种优选的实施方式进行详细描述：

如图1所示，其示出了凿岩机组件400和锚杆机头组件500切换结构，也就是锚杆施工设备的钻杆与锚杆的切换机构，锚杆机头组件500用于锚杆施工，凿岩机组件400用于钻杆钻进，该两机构安装在固定架和活动架300上，固定架由左支架202和右支架203组成，其中左支架202与右支架203后端通过后端固定架205固定于推进梁100上，前端通过前端固定架204固定于推进梁上。

如图3-5所示，活动架300与推进梁100通过折线形卡轨101和轨槽301连接，可通过动力驱动单元（油缸或马达）实现活动架300在推进梁100上滑行，即实现钻杆或锚杆的钻进，该处选用油缸。

如图1所示，第二动力组件201选用液压油缸，且第二动力组件201固定于后端固定架205内，油缸缸筒上有两固定座，分别通过两驱动销轴211与锚杆机头组件连接和凿岩机组件400连接。第二动力组件201初始状态下（缸筒处于左位），凿岩机组件400位于活动架300上（即固定架中部），可实现钻杆的施工。当缸筒移动时，通过两驱动销轴211带动锚杆机头组件500与凿岩机组件400向右滑动，直至锚杆机头组件500位于活动架300位置，即活动架300正上方，可实现锚杆的施工。通过缸筒位置的变化，可实现钻杆、锚杆施工的自由切换。

如图4-图6所示，在第二动力组件201带动带动锚杆机头组件500与凿岩机组件400滑动过程中，固定架和活动架300上设置有横向滑道，其具体包括有固定板206和上压板207，在固定架和活动架300的后端：固定板206内嵌有耐磨块208，上压板207固定于固定板206上，通过上压板207与耐磨块208形成导槽，便于锚杆机头组件500与凿岩机组件400滑动。在固定架和活动架300的前端：固定板206内嵌有耐磨块208，上压板207内嵌有耐磨条，通过耐磨块208与耐磨条形成导槽。耐磨块与耐磨条内均设有油槽，可通过注射黄油的方式减小锚杆机头组件与凿岩机组件滑动过程中产生的摩擦力，杜绝出现卡滞现象，大大的提高了工作效率。

结合图1-图6所示，当凿岩机组件400位于中位时，钻杆施工，扶钎器401底部设置的液压油缸活塞杆伸出，扶钎器401抱紧钻杆，钻杆持续钻进，待施工结束之后，凿岩机组件400退回起始位置，摆动组件700的第三动力组件703动作，其第三动力组件703为摆动马达，将卡板704摆至钻杆处，第四动力组件705动作，第四动力组件705为小油缸，由此由第四动力组件705的活塞杆伸出，使钻杆处于卡板的卡槽内。扶钎器401的液压油缸活塞杆收回，扶钎器401松开钻杆，第三动力组件703的液压马达继续转动，将注浆组件600摆至中心位置，在注浆组件600上的回转马达603作用下，将注浆管602塞入孔内，进行注浆。注浆结束之后摆动组件复位，同时由第二动力组件201的液压油缸缸筒移动，通过两驱动销轴211带动锚杆机头组件500与凿岩机组件400向右滑动，直至锚杆机头组件500位于活动架300的位置，进行锚杆施工。实现钻孔、插杆、注浆三工位机械化切换。

本申请还公开了一种锚杆施工设备，包括台车本体、臂架、如上述实施例的锚杆支护施工多工位机械化切换机构、和控制系统，臂架设置在台车本体上；如上述的锚杆支护施工多工位机械化切换机构设置在臂架的动作端；控制系统控制台车本体、臂架和锚杆支护施工多工位机械化切换机构的动作，具体的锚杆施工设备，可以为锚杆台车或者凿岩台车。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。