掘进钻车钻臂的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种掘进钻车钻臂，具体是指一种可实现运动学快速精确逆向数值求解的新型掘进钻车钻臂。
【背景技术】
[0002]在煤矿、黑色和有色等地下矿以及化工、铁路、水电等部门的巷道或隧道掘进工程中多数采用掘进钻车进行打孔，然后填埋炸药进行爆破。
[0003]目前掘进钻车工作部分是在能够利用履带行走前进的机身上铰接钻臂，普通钻臂结构如图1所示，钻臂由钎杆1、滑架2、定向滑道3、支架4、支管5、钻臂架体6、轴套7和机架8组成，钻臂具有6个自由度，第1自由度为轴套7相对于机架8左右摆动，第2自由度为钻臂架体6相对于轴套7上下摆动，第3自由度为支管5相对于钻臂架体6顺向逆向旋转，第4自由度为支架4相对于支管5上下摆动，第5自由度为定向滑道3相对于支架4左右摆动，第6自由度为滑架2相对于定向滑道3伸出和缩回。
[0004]普通钻臂结构第1和第2自由度、第2和第3自由度旋转绕轴交错(如图2-4所示)，而第1和第3自由度旋转绕轴虽然相交但是随着钻臂架体上下摆动两轴交点是变化的，从而使安装在支管5上的机构的自由度旋转绕轴也是交错的，使得这种钻臂结构无法运用数学方法求解给定钎杆位姿状态下各自由度参数值，对于这种钻臂结构想要实现自动打眼只能运用计算机进行穷举搜索的方法找出各自由度参数值，这种穷举搜索的方法用时极长，且精度很低(精确到0.01mm计算一组数据用时为1-2小时)，不适于工业化应用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种矿山巷道或工程隧道用掘进钻车钻臂，这种钻臂结构可以运用数学方法快速精确求解各自由度参数值，进而可以实现自动定位打眼。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:
[0007]—种掘进钻车钻臂，包括支管、钻臂架体、轴套和机架，其中轴套安装在机架的轴孔中，轴套相对机架以轴套中心线为轴左右摆动，将轴套相对机架的摆动命名为第1自由度，将轴套中心线命名为第1自由度旋转绕轴；钻臂架体通过铰接套筒铰接在轴套上，钻臂架体相对于轴套以铰接套筒中心线上下摆动，将钻臂架体相对轴套的摆动命名为第2自由度，将铰接套筒中心线命名为第2自由度旋转绕轴；支管套接在转臂架体前端的管中，支管相对转臂架体以转臂架体中心线正反旋转，将支管相对钻臂架体的旋转命名为第3自由度，将钻臂架体中心线命名为第3自由度旋转绕轴；第1自由度旋转绕轴、第2自由度旋转绕轴和第3自由度旋转绕轴为两两相交状态，且第1自由度、第2自由度和第3自由度无论如何变化该交点坐标均不变。
[0008]优选的，第1自由度旋转绕轴和第2自由度旋转绕轴垂直相交。
[0009]优选的，第2自由度旋转绕轴和第3自由度旋转绕轴垂直相交。
[0010]优选的，第1自由度旋转绕轴和第2自由度旋转绕轴以及第3自由度旋转绕轴之间相互垂直相交，且相交于一点。
[0011]优选的，第2自由度旋转绕轴所在铰接套筒为对称焊接在轴套外侧面两侧的两个半截铰接套筒，并且在两个半截铰接套筒中各穿一个轴将钻臂架体与轴套铰接在一起。
[0012]由于采用上述技术方案，本实用新型所产生的有益效果在于:
[0013]本实用新型的的钻臂结构第1、第2和第3自由度旋转绕轴相交于一点，且第1、第2和第3自由度无论如何变化该交点均不发生改变，在这种情况下即使支管前端第4和第5自由度旋转绕轴仍是交错的，但是已经可以运用数学方法求解给定钎杆位姿状态下各自由度参数值，且用时极快，精度极高，精确到0.00000001mm计算一组数据用时为1_2毫秒，该钻臂结构辅以相应的计算程序实现矿山巷道或工程隧道的自动快速精确定位打眼。
【附图说明】
[0014]图1是掘进钻车原钻臂结构示意图；
[0015]图2是掘进钻车原轴套和原钻臂架组装图；
[0016]图3A、图3B、图3C分别是掘进钻车原轴套主视、侧视、俯视结构示意图；
[0017]图4A、图4B、图4C分别是掘进钻车原钻臂架主视、侧视、俯视结构示意图；
[0018]图5A、图5B、图5C分别是本实用新型掘进钻车轴套主视、侧视、俯视结构示意图；
[0019]图6A、图6B、图6C分别是本实用新型掘进钻车钻臂架主视、侧视、俯视结构示意图；
[0020]图7是本实用新型掘进钻车轴套和新型钻臂架组装图；
[0021]图8是本实用新型掘进钻车钻臂结构示意图；
[0022]其中:1、钎杆，2、滑架，3、定向滑道，4、支架，5、支管，6、钻臂架体，7、轴套，8、机架，
9、铰接套筒。
【具体实施方式】
[0023]本实用新型涉及一种掘进钻车钻臂，包括支管5、钻臂架体6、轴套7和机架8，其中轴套7安装在机架8的轴孔中，轴套7相对机架8以轴套7中心线为轴左右摆动，因此将轴套7相对机架8的摆动命名为第1自由度，将轴套7中心线命名为第1自由度旋转绕轴；钻臂架体6通过铰接套筒9铰接在轴套7上，钻臂架体6相对于轴套7以铰接套筒9中心线上下摆动，将钻臂架体6相对轴套7的摆动命名为第2自由度，将铰接套筒9中心线命名为第2自由度旋转绕轴；支管5套接在转臂架体6前端的管中，支管5相对转臂架体6以转臂架体6中心线正反旋转，将支管5相对钻臂架体6的旋转命名为第3自由度，将钻臂架体6中心线命名为第3自由度旋转绕轴；为了解决现有钻臂结构只能运用计算机进行穷举搜索的方法找出各自由度参数值，进而求解给定钎杆位姿状态下各自由度参数值的问题，设计新的钻臂结构，使其第1自由度旋转绕轴、第2自由度旋转绕轴和第3自由度旋转绕轴为两两相交状态，且第1自由度、第2自由度和第3自由度无论如何变化该交点坐标均不变。
[0024]为简化计算方法，实现快速计算定位，所述第1自由度旋转绕轴和第2自由度旋转绕轴垂直相交，如图5所示；第2自由度旋转绕轴和第3自由度旋转绕轴垂直相交，如图6所示；第1自由度旋转绕轴和第2自由度旋转绕轴以及第3自由度旋转绕轴之间相互垂直相交，且相交于一点，如图7所示。
[0025]基于上述自由度设计，如图8所示，铰接套筒9设置在轴套7上，并且使钻臂架体6的中心线与铰接套筒轴线位于同一平面内，且相互垂直。具体的，铰接套筒9为对称焊接在轴套外侧面两侧的两个半截铰接套筒，并且在两个半截铰接套筒中各穿一个轴将钻臂架体与轴套7铰接在一起。即使支管5前端的钎杆1、滑架2、定向滑道3、支架4等构成的第4和第5自由度旋转绕轴仍是交错的，已经可以运用数学方法求解给定钎杆位姿状态下各自由度参数值，且用时极快，精度极高，精确到0.00000001mm计算一组数据用时为1_2毫秒。
【主权项】
1.一种掘进钻车钻臂，包括支管(5)、钻臂架体(6)、轴套(7)和机架(8)，其中轴套(7)安装在机架(8)的轴孔中，轴套(7)相对机架(8)以轴套(7)中心线为轴左右摆动，将轴套(7)相对机架(8)的摆动命名为第1自由度，将轴套(7)中心线命名为第1自由度旋转绕轴；钻臂架体(6)通过铰接套筒(9)铰接在轴套(7)上，钻臂架体(6)相对于轴套(7)以铰接套筒(9)中心线上下摆动，将钻臂架体(6)相对轴套(7)的摆动命名为第2自由度，将铰接套筒(9)中心线命名为第2自由度旋转绕轴；支管(5)套接在转臂架体(6)前端的管中，支管(5 )相对转臂架体(6 )以转臂架体中心线正反旋转，将支管(5 )相对钻臂架体(6 )的旋转命名为第3自由度，将钻臂架体(6)中心线命名为第3自由度旋转绕轴；其特征在于:第1自由度旋转绕轴、第2自由度旋转绕轴和第3自由度旋转绕轴为两两相交状态，且第1自由度、第2自由度和第3自由度无论如何变化交点坐标均不变。2.根据权利要求1所述的掘进钻车钻臂，其特征在于:第1自由度旋转绕轴和第2自由度旋转绕轴垂直相交。3.根据权利要求1所述的掘进钻车钻臂，其特征在于:第2自由度旋转绕轴和第3自由度旋转绕轴垂直相交。4.根据权利要求1所述的掘进钻车钻臂，其特征在于:第1自由度旋转绕轴和第2自由度旋转绕轴以及第3自由度旋转绕轴之间相互垂直相交，且相交于一点。5.根据权利要求2或4所述的掘进钻车钻臂，其特征在于:第2自由度旋转绕轴所在铰接套筒(9)为对称焊接在轴套(7)外侧面两侧的两个半截铰接套筒，并且在两个半截铰接套筒中各穿一个轴将钻臂架体(6)与轴套(7)铰接在一起。
【专利摘要】本实用新型公开了一种掘进钻车钻臂，具体是指一种可实现运动学快速精确逆向数值求解的新型掘进钻车钻臂，该钻臂第1、第2和第3自由度旋转绕轴为两两相交状态，且第1、第2和第3自由度无论如何变化交点坐标均不变，在这种情况下即使支管前端第4和第5自由度旋转绕轴仍是交错的，但是已经可以运用数学方法求解给定钎杆位姿状态下各自由度参数值，且用时极快，精度极高，精确到0.00000001mm计算一组数据用时为1-2毫秒。该钻臂结构辅以相应的计算程序实现矿山巷道或工程隧道的自动快速精确定位打眼。
【IPC分类】E21B7/02
【公开号】CN205117213
【申请号】CN201520752952
【发明人】刘伟, 李树辉, 姚海峰, 张帅, 杜立云, 王凯明, 李春旺, 贾承钢, 王保丽, 李伟, 石书婧
【申请人】石家庄煤矿机械有限责任公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月25日