本发明属于矿山机械设备领域，尤其涉及一种铰接自行式天井钻机。
背景技术：
目前国内传统天井钻机多采用分体式结构(即将天井钻机分为工作主机和动力系统两部分)，钻机无独立行走能力，在地面多通过罐笼或地下装载机将工作主机和动力系统分别运输到井下施工中段，然后通过预先铺设好的轨道，借助外力牵引才能将其运输到指定施工工位。传统天井钻机的这种结构特点，使其需要投入大量的人力和时间在设备的转场运输过程中，为现场施工带来诸多不便。
为解决天井钻机行走问题，目前国内已有的方法是将天井钻机的工作主机和动力单元集成安装在移动底盘上，该技术虽然有效解决了天井钻机的行走问题，但这种结构形式的天井钻机整机尺寸相对较大，转弯半径大，对井下巷道要求较高，难以适应国内中、小型矿山巷道的行走要求。另外，这种移动式大孔径天井钻机将工作主机、移动底盘、动力单元刚性连接，在立机钻孔时，移动底盘和动力单元的自重、振动等因素都会影响到工作主机结构的稳定性，进而影响钻孔精度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种转弯半径小、对巷道适应性好的铰接自行式天井钻机。
本发明提供的这种铰接自行式天井钻机，它包括主机总成、前车架和后车架；前车架包括履带底盘、浮动车架和前支腿，浮动车架装配于履带底盘上，一对前支腿分别铰接于浮动车架的两侧；后车架包括轮式底盘，轮式底盘下设有后支腿；主机总成与浮动车架相连；前车架与后车架通过浮动铰接机构相连，使前车架与后车架既能绕中心轴水平转动又能绕中心轴上下偏摆。
在一个具体实施方式中，使所述浮动铰接机构包括铰接轴、前车架连接件、隔板和后车架连接件，后车架连接件的底部设有浮动铰接套，铰接轴的一端穿过浮动铰接套伸至后车架连接件内，另一端穿过隔板伸至前车架连接件内，隔板与前车架连接件之间设有弹性构件。
作为优选，使所述铰接轴包括大径段和小径段，大径段的外端设有限位轴肩，小径段的外端设有螺纹头，螺纹头外设有限位板、锁紧螺母和止退销。
作为实现上下摆动的优选方案，使所述后车架连接件为圆柱套，其底端内收，内收段上设有螺纹孔；所述浮动铰接套为圆柱型套，其的底端为球型浮动头，浮动头的根部外延，外延段上设有沉头孔；浮动铰接套和后车架连接件通过穿过沉头孔和螺纹孔的螺栓紧固；弹性构件为碟簧。
在一个具体实施方式中，使所述浮动车架包括底架和悬梁架；底架有两个，均装配于履带底盘上，关于履带底盘宽度方向中心面对称布置；悬梁架包括一对布置于底架正上方的悬梁和将两悬梁连为一体的加强梁，悬梁的中部可拆卸连接于其下方的底架上，一端与主机总成铰接，另一端铰接有斜撑油缸，斜撑油缸的活塞杆与主机总成相连。
作为优选，使所述悬梁包括一对侧板和一块中心板；中心板的一端设有铰接孔，另一端固接于两侧板之间，两侧板的另一端通过销轴连为一体；悬梁以其中心板的铰接孔与主机总成上的下铰接轴铰接；所述斜撑油缸以其缸体装配于销轴上，以其活塞杆与上铰接轴相连；所述中心板的铰接孔与下铰接轴之间设有耐磨环；铰接孔为自上向下开设的长圆孔；前车架的悬梁架两侧均固接有支腿安装组件，支腿安装组件包括相互铰接的固定座和活动座，固定座的一侧固接于悬梁架外，所述前支腿与对应侧的活动座相连。
在一个具体实施方式中，使所述主机总成包括主机框架、推进组件、滑架和回转动力总成，主机框架的顶部设有上顶油缸、底部设有调脚靴板和接卸杆系统，推进组件的一端与主机框架的底部相连、另一端与滑架相连能够推动滑架沿主机框架的内壁运动，回转动力总成设置于滑架内。
作为优选，使所述主机框架为长方体型架，包括底座和设置于底座上的一对侧板，底座中心设有回转钻孔，两侧板的顶部通过一对u型板相连，侧板为c型板，两侧板上均设有铰接架，铰接架包括一对耳板和设置于两耳板之间的上铰接轴和下铰接轴；所述上顶油缸通过油缸座安装于侧板外，侧板的顶端设有卡口，油缸座的内壁设有凸台，油缸座连接于侧板外，凸台卡入卡口内；所述滑架包括一对滑板和将两滑板连为一体的连板，两滑板的宽度方向两侧均设有l型滑块，l型滑块的两内壁均设有导向耐磨条，滑板的外侧面设有一对连接耳；所述推进组件包括主油缸和一对分置于主油缸两侧的副油缸，主油缸与副油缸的布置方向相反，主油缸的活塞杆与所述底座相连，副油缸的活塞杆与所述连接耳相连。
在一个具体实施方式中，使所述回转动力总成包括空心主轴、机头、回转马达和减速箱，减速箱为多输入减速箱，回转马达有多个，一一对应设置于减速箱的输入端，减速箱的输出端为空心主轴，空心主轴的下端与机头可拆卸连接、上端设有回转水密封。
为了降低对于马达的要求，使所述减速箱为双输入减速箱，回转马达有两个，回转马达的输出端与减速箱的输入端采用齿轮传动；所述空心主轴的中心孔为阶梯孔，其底端为大径端，大径端的内壁设有内螺纹；所述机头包括机头主体、球铰钻套、连接螺栓和牙嵌盖板，机头主体内设装配腔、机头主体的上下两端均为开口，牙嵌盖板可拆卸连接于机头主体的顶部，球铰钻套置于装配腔的下端，连接螺栓的头部与球铰钻套的顶部相连，杆部穿过牙嵌盖板螺纹连接于空心主轴的大径端内。
本发明中将前车架设计为包括履带底盘和浮动车架，后车架采用轮式底盘，同时将主机总成通过浮动车架装配，完成立机后，主机总成在竖直方向上不受前车架约束，确保了主机在钻孔过程中不受车架重量和振动等因素的影响，提高了钻孔精度，并解决了天井钻机各部分的行走问题；另一方面将前车架和后车架通过浮动铰接机构铰接，使前车架与后车架既能绕中心轴水平转动又能绕中心轴上下偏摆，既减小了钻机行走时的转弯半径，又提高了钻机的地面通过性，使其更好地适应井下巷道狭窄、路面不平的恶劣环境。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例行走状态的轴侧示意图。
图2为本优选实施例工作状态的轴侧示意图。
图3为优选实施例中主机总成与浮动车架的装配轴侧放大示意图。
图4为图3的侧视示意图。
图5为本优选实施例中浮动铰接机构的剖视放大示意图。
图6为本优选实施例中主机总成的轴侧示意图。
图7为图6中滑架与推进组件的轴侧放大示意图。
图8为本优选实施例中回转动力总成的剖视放大示意图。
图示序号：
1—前车架，11—履带底盘，
12—浮动车架，121—底架，122—悬梁架、1221—悬梁、1222—加强梁，123—支腿安装组件、1231—固定座、1232—活动座，
13—前支腿；
2—后车架，21—轮式底盘，22—后支腿；
3—浮动铰接机构，31—铰接轴、311—大径段、312—小径段，32—前车架连接件，33—后车架连接件，34—碟簧，35—浮动铰接套，36—隔板，37—限位板，38—锁紧螺母，39—止退销；
4—主机总成，
41—主机框架、411—底座、412—侧板、413—u型板、414—铰接架，
42—滑架、421—滑板、422—连板、423—l型滑块、424—导向耐磨条、425—连接耳，
43—推进组件、431—主油缸、432—副油缸，
44—回转动力总成、441—空心主轴、442—机头、4421—机头主体、4422—球铰钻套、4423—连接螺栓、4424—牙嵌盖板、443—回转马达、444—减速箱，
45—上顶油缸，46—调脚靴板，47—接卸杆系统；
a—行走动力单元；b—定位动力单元；c—钻孔动力单元；d—液压系统；e—冷却系统；f—电控系统。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例提供的这种铰接自行式天井钻机，它包括前车架1、后车架2、浮动铰接机构3和主机总成4。
前车架1包括履带底盘11、浮动车架12和前支腿13。
如图3、图4所示，浮动车架12包括底架121、悬梁架122和支腿安装组件123。底架121有一对，关于履带底盘11的宽度方向中心面对称布置于其上；悬梁架122包括一对布置于底架正上方的悬梁1221和将两悬梁连为一体的加强梁1222，悬梁包括一对侧板和一块中心板；中心板的一端设有铰接孔，铰接孔为长圆孔，另一端固接于两侧板之间，两侧板的另一端通过销轴连为一体；支腿安装组件123包括相互铰接的固定座1231和活动座1232，固定座的一侧固接于悬梁架外，前支腿13与对应侧的活动座相连实现水平转动，支腿安装组件123有一对分别安装于两侧的悬梁外。一方面在装配时，两底架呈左、右分别安装于履带底盘上，悬梁架的两悬梁分别装配于对应的底座上，铰接架的一对耳板与主机总成固接，主机总成中铰接架的上铰接轴通过斜撑油缸5与悬梁端部的销轴相连，铰接架的下铰接轴与悬梁的中心板铰接，并在铰接轴与中心板之间设有耐磨环6，通过斜撑油缸的作用实现主机总成直立态和平躺状态的切换，并且主机总成通过铰接座与悬梁架的装配，将铰接孔设为长圆孔，增设耐磨环的方式，使主机总成在竖直方向上不受前车架约束，确保了主机在钻孔过程中不受车架重量和振动等因素的影响，提高了钻孔精度；另一方面前支腿铰接于浮动车架的两侧，支腿可绕前车架固定轴转动，行走状态，支腿转动收起，钻孔状态，支腿转动打开，这种铰接式支腿结构既保证了钻机行走时的整机宽度，又提高了钻机钻孔时钻机机构的稳定性，另外前支腿的油缸均采用倒立式安装，即油缸活塞杆端固定，缸体伸出、收回，这样可有效增加钻机的结构强度。
如图1、图2所示，后车架2包括轮式底盘21和设置于轮式底盘下的后支腿22，轮式底盘21上设有行走动力单元a、定位动力单元b、钻孔动力单元c、液压系统d、冷却系统e和电控系统f等相关配件；前车架1与后车架2通过浮动铰接机构3相连。
如图1、图2、图5所示，浮动铰接机构3包括铰接轴31、前车架连接件32、后车架连接件33、碟簧34、浮动铰接套35和隔板36。铰接轴31包括大径段311和小径段312，大径段的外端设有限位轴肩，小径段的外端设有螺纹头，螺纹头外设有限位板37、锁紧螺母38和止退销39。前车架连接件32的顶面对应铰接轴外设有碟簧34。后车架连接件33为圆柱套，其底端内收，内收段上设有用于连接浮动铰接套35的螺纹孔；浮动铰接套35为圆柱型套，其底端为球型浮动头，浮动头的根部外延，外延段上设有沉头孔，浮动铰接套和后车架连接件通过穿过沉头孔和螺纹孔的螺栓紧固。铰接轴外对应碟簧34与浮动铰接套35之间区域设有隔板36。装配时铰接轴31以其大径段装配于前车架连接件32内，小径段从前车架连接件中伸出穿过碟簧、隔板、浮动铰接套，伸至后车架连接件33内，再装配好限位板37、锁紧螺母38和止退销39，实现前车架与后车架的铰接。由于碟簧和浮动铰接套的设置使前车架与后车架能够在水平方向相对转动的同时，还能在竖直方向上有一定的相对摆动，既减小了钻机行走时的转弯半径，又提高钻机的地面通过性，使其更好地适应井下巷道狭窄、路面不平的恶劣环境。
如图6、图7所示，主机总成4包括主机框架41、滑架42、推进组件43、回转动力总成44、上顶油缸45、调脚靴板46和接卸杆系统47。
主机框架41为长方体型架，包括底座411和设置于底座上的一对侧板412，底座中心设有回转钻孔，两侧板的顶部通过一对u型板413相连，侧板为c型板，两侧板上均设有铰接架414，铰接架414包括一对耳板和设置于两耳板之间的上铰接轴和下铰接轴，铰接架有两个，与底架对应设置，分别以耳板与侧板；侧板的顶端设有卡口和用于安装上顶油缸的油缸座，油缸座的内壁设有能够卡入卡口内的凸台，上顶油缸45通过油缸座安装于侧板外；调脚靴板46和接卸杆系统47装配于侧板的顶部，调脚靴板一方面能够在主机总成立机后对其进行支撑，另一方面能够调整钻孔的角度，钻进角度调整范围为60-90度。接卸杆系统47的主要功能是从地面抓起钻杆、送杆并且定位在回转钻孔中心，以方便接卸钻杆；调脚靴板46和接卸杆系统47均为外购件。
滑架42包括一对滑板421和将两滑板连为一体的连板422，两滑板的宽度方向两侧均设有l型滑块423，l型滑块的两内壁均设有导向耐磨条424，滑板的外侧面设有一对连接耳425；装配时滑架42以其l型滑块423与侧板的开口端卡接，通过连接耳与推进组件43装配为一体。滑架与主机框架之间通过耐磨条紧密配合，该结构通过主机框架对滑架的运动进行导向，导向精度高，抗扭屈力更强，当导向间隙增大时，只需更换导向耐磨条即可，维修方便。
推进组件43包括主油缸431和一对分置于主油缸两侧的副油缸432，主油缸与副油缸的布置方向相反，主油缸的活塞杆与底座相连，副油缸的活塞杆与耳座相连，合理利用高度空间，降低了整个主机总成的高度；工作时推进组件43带动滑架上下运动从而实现回转动力总成44的下行或上行。
回转动力总成44包括空心主轴441、机头442、回转马达443和减速箱444，减速箱444为双输入减速箱，回转马达443有两个，一一对应设置于减速箱的输入端，回转马达的输出端与减速箱的输入端采用齿轮传动；减速箱的输出端为空心主轴。空心主轴441的中心孔为阶梯孔，其底端为大径端，大径端的内壁设有内螺纹，中心孔的上端通过回转水密封445密封，下端与与机头442螺纹连接。机头442包括机头主体4421、球铰钻套4422、连接螺栓4423和牙嵌盖板4424，机头主体内设装配腔、机头主体的上下两端均为开口，牙嵌盖板为外设台阶面的环形盖板，牙嵌盖板通过螺栓紧固于机头主体的顶部，球铰钻套置于装配腔的下端，连接螺栓的头部与球铰钻套的顶部相连，杆部穿过牙嵌盖板螺纹连接于空心主轴的大径端内。一方面本回转动力总成通过两个回转马达带动工作，降低了对于回转马达的要求，节省了成本也提高了选型范围；另一方面本回转动力总成将机头与空心主轴的连接面设置于空心主轴内，同时空心主轴与机头的分界面位于减速箱的下方，能够有效的避免水从机头与空心主轴之间进入到减速箱内。
本发明将前车架设计为包括履带底盘和浮动车架，后车架采用轮式底盘，同时将主机总成通过浮动车架装配，完成立机后，主机总成在竖直方向上不受前车架约束，确保了主机在钻孔过程中不受车架重量和振动等因素的影响，提高了钻孔精度，并解决了天井钻机各部分的行走问题；另一方面将前车架和后车架通过浮动铰接机构铰接，使前车架与后车架既能绕中心轴水平转动又能绕中心轴上下偏摆，既减小了钻机行走时的转弯半径，又提高了钻机的地面通过性，使其更好地适应井下巷道狭窄、路面不平的恶劣环境。