钻凿悬臂和岩钻装备的制作方法

本发明涉及一种岩钻装备的钻凿悬臂。该钻凿悬臂设有进给梁组件，该进给梁组件包括用于将爆破孔或锚杆支护孔钻凿到岩石表面的岩钻机。该悬臂包括允许将岩钻机定位到所计划的钻凿位置的多个接头。

本发明还涉及一种岩钻装备。

在独立权利要求的前序部分中更具体地限定了本发明的领域。

背景技术：

在采矿和其它工作场所中，使用不同类型的岩钻装备。所述岩钻装备设有一个或多个悬臂，岩钻单元布置在悬臂的远端处。岩钻单元包括进给梁，岩钻机被构造用以在钻凿过程期间沿着进给梁移动。钻凿悬臂包括多个接头，以允许将岩钻机定位到期望的钻凿点，以便钻凿用于爆破或支撑目的的钻凿孔。然而，目前的钻凿悬臂在关于其运动学和达到期望钻凿位置的能力方面包含一些缺点。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种新颖且改进的钻凿悬臂和配备有这种钻凿悬臂的岩钻装备。

根据本发明的钻凿悬臂的特征在于第一独立设备权利要求的特征部分的特征。

根据本发明的岩钻装备的特征在于，第二独立设备权利要求的特征部分的特征。

所公开解决方案的构思是，所述钻凿悬臂包括作为伸长物体的基础悬臂部或臂部，其第一端能够被连接到岩钻装备的运输载架。在该臂的第二端处是前接头装置或腕关节(wrist)，该前接头装置或腕关节将进给梁组件连接到该臂部。进给梁组件可以是工作面钻凿单元或锚杆支护头，并且该进给梁组件至少包括进给梁和被支撑在该进给梁上的岩钻机。钻凿悬臂包括多个接头和悬臂执行器，所述多个接头和悬臂执行器用于将钻凿机以及能够被连接到该钻凿机的钻凿工具定位到所计划的钻凿位置和方向上。腕关节具有三个接连的接头，所述三个接连的接头布置为靠近彼此。所述接头以一定顺序布置。翻转接头最靠近臂部，随后是进给倾斜接头。进给摆动接头最靠近进给梁组件。因此，腕关节的可执行移动以优化的顺序布置：翻转-倾斜-摆动。

所公开的解决方案的优点在于，前接头组件或腕关节提供改进的伸展性能。进给梁组件(可以是工作面钻凿单元或锚杆支护头)可以被定位到具有挑战性的爆破孔和岩石锚杆支护孔位置，这些位置靠近隧道或岩石洞的坑壁、坑顶部和坑底部。

所公开的腕关节还允许用于工作面钻凿单元和也用于锚杆支护头的新移动和钻凿定向。该工作面钻凿单元可以相对于岩钻装备的驱动方向垂直定向，由此它允许钻凿横切。关于锚杆支护实施方式，腕关节解决方案允许将锚杆支护头也直接指向前方，即指向驱动方向，由此，也能够进行工作面锚杆支护。由于这些新允许的钻凿方向，因此钻凿悬臂可以以更有效的方式被使用。

由新腕关节实现的一个附加使用案例是，工作面钻凿单元和锚杆支护头可以朝向钻凿台车或锚杆支护装备的运输载架向后转动。因此，钻头和其它钻凿工具以及锚杆支护设备能够靠近运输载架以方便且安全的方式被更换和装载。

所公开的解决方案的另一个优点是，相同的前接头组件或腕关节适合于用于隧道掘进的工作面钻凿悬臂和用于岩石锚固支护的扇形钻凿悬臂。因此，现有的悬臂和腕关节解决方案可以被实施用于运载隧道掘进台车的工作面钻凿单元以及打锚机的锚杆支护头。这当然有利于制造、维护和整体成本效益。

根据实施例，基础悬臂部或臂部的第一端设有后接头组件。该组件包括摆动接头，该摆动接头用于使钻凿悬臂相对于岩钻装备在侧向上转动。该组件还包括用于竖向转动钻凿悬臂的升降接头。因此，后接头组件为钻凿悬臂提供了2个自由度(2dof)。根据实施例，钻凿悬臂的第一端借助于后接头组件被连接到安装板。安装板设有用于将该安装板紧固到岩钻装备的运输载架上的紧固元件。安装板有助于将钻凿悬臂安装到不同类型的运输载架，并为该钻凿悬臂提供适当的支撑。

根据实施例，在基础悬臂部或臂部的第一端和第二端之间是线性接头，由此基础悬臂部能够在纵向方向上延伸。线性接头是在基础悬臂部的第一端和第二端之间的唯一接头。换句话说，臂部在第一端和第二端之间没有任何可转动接头或可旋转接头。因此，基础悬臂部在其端部之间可以具有相对简单、耐用且重量轻的结构，再另外，在该基础悬臂部的两端处的接头装置和在它们之间的线性缩放接头确保了良好的伸展性和多变的钻凿位置和方向。臂部总共具有三个自由度(3dof)，即摆动、升降和缩放。

根据实施例，翻转接头的转动轴线位于基础悬臂部的纵向轴线上。换句话说，转动轴线和纵向轴线是同轴的。由于该实施例，因此便于安装翻转接头并且很好地控制了指向接头的加载。

根据实施例，当在基础悬臂部的纵向方向上观察时，与进给摆动接头相比，进给倾斜接头的转动轴线定位得更靠近翻转接头。换句话说，在进给倾斜接头的转动轴线和翻转接头之间的距离小于在进给倾斜接头的转动轴线和进给摆动接头之间的距离。已经注意到的是，当进给倾斜接头接近翻转接头时，能够实现提高的伸展性能，并且能够更好地避免在基础悬臂部和进给梁组件之间的碰撞。

根据实施例，进给倾斜接头的转动轴线的延伸和进给摆动接头的转动轴线的延伸不相交。在进给倾斜接头和进给摆动接头之间可以是物理连接元件，由此所述接头彼此相距一定距离。

在进给倾斜接头的转动轴线与进给摆动接头的转动轴线之间的距离可以是200mm至300mm。在进给倾斜接头和进给摆动接头之间可以是物理连接元件，由此所述接头彼此相距一定距离。

根据实施例，进给倾斜接头和进给摆动接头位于翻转接头的转动轴线的相反侧上。当钻凿悬臂处于其正常位置中时，进给倾斜接头的转动轴线在竖向上位于翻转接头的转动轴线的下方。

根据实施例，进给梁组件的进给梁的定向与进给摆动接头的转动轴线平行。换句话说，被支撑到进给梁上的钻凿机的钻凿方向与前接头装置的最后一个接头的轴线平行。该实施例是锚杆支护时的主要实施方式。

根据实施例，进给梁组件的进给梁的定向与进给摆动接头的转动轴线垂直。换句话说，被支撑到进给梁上的钻凿机的钻凿方向与前接头装置的最后一个接头的轴线垂直。该实施例是用于工作面钻凿台车和隧道掘进的主要实施方式。

根据实施例，翻转接头和进给摆动接头二者的移动的角度的大小均是360°。进给倾斜接头能够转动至少180°。

根据实施例，前接头装置的结构关于基础悬臂部的纵向轴线对称。该特征的优点是，相同的钻凿悬臂能够用作岩钻装备的左悬臂或右悬臂。

根据实施例，悬臂执行器是液压执行器，诸如液压缸和液压马达。液压执行器是有利的，这是因为它们允许很大的力，并且仍然提供精确的移动控制。

根据实施例，翻转接头和进给摆动接头的悬臂执行器是液压马达，并且进给倾斜接头借助于一个或多个液压缸移动。

根据实施例，岩钻机限定了钻凿中心，该钻凿中心与进给梁的纵向方向平行，并且钻凿工具在钻凿期间在该钻凿中心上旋转。该钻凿中心具有钻凿中心高度，该钻凿中心高度是相对翻转接头的转动轴线测量的横向距离。钻凿中心高度至少为1000mm。这提供了提高的伸展性能并且防止了在进给梁的后端和基础悬臂部之间的碰撞。

根据实施例，在锚杆支护实施方式中，进给梁组件可以包括操纵设备，该操纵设备用于使加固锚杆在岩钻机的锚杆存储器和钻凿轴线之间移动。此外，当锚杆支护头能够向后转动时，锚杆存储器可以位于运输载架的前部。

此外，在该专利申请中公开的本发明还可以涉及一种通过所公开的新悬臂构造实现的新的和提高的控制悬臂运动学的方法。根据本发明的方法的特征在于在说明书中公开的特征和步骤。

可以组合上述公开的实施例，以便形成具有上述特征中的所需特征的合适的解决方案。

附图说明

在附图中更详细地描述了一些实施例，在所述附图中

图1是用于地下钻凿的岩钻装备的示意性侧视图，所述岩钻装备设有钻凿悬臂，该钻凿悬臂配备有工作面钻凿单元，

图2是钻凿悬臂和前接头组件的移动的示意性和高度简化侧视图，

图3和4是图2的钻凿悬臂在不同位置中的示意图，

图5a是用于工作面钻凿的钻凿悬臂的示意性侧视图，图5b和图5c示出钻凿单元可以被转动成面向交叉方向和向后方向，并且

图6a是用于岩石锚杆支护目的的钻凿悬臂的示意性侧视图，并且图6b示出了工作面锚杆支护选项的原理。

为清楚起见，附图以简化方式示出了所公开的解决方案的一些实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1示出了用于在隧道掘进过程中进行工作面钻凿的岩钻装备1。该岩钻装备1包括可移动运输载架2和被连接到该运输载架2的一个或多个钻凿悬臂3。当钻凿装备包括多个钻凿悬臂时，该钻凿装备通常被称为钻凿台车。钻凿悬臂3包括基础悬臂部bb，该基础悬臂部bb是伸长结构，并且该基础悬臂部bb的第一端bb1以能够移动的方式连接到运输载架。在基础悬臂部的远侧第二端部bb2处是进给梁组件fba。进给梁组件fba可以包括进给梁5和被支撑在该进给梁5上的岩钻机6。岩钻机6可以包括在该岩钻机6的前端处的柄部，该柄部用于连接工具7。进给梁组件fba借助于前接头装置8(也可被称为腕关节)而被连接到基础悬臂部的第二端bb2。如在图1中所示，钻凿悬臂3可以具有六个自由度s1、l、z、ro、t、s2，从而允许将岩钻机6和钻凿工具7定位在不同的钻凿位置和方向上。

在基础悬臂部bb的第一端bb1处可以是竖向摆动接头9，使得整个钻凿悬臂3可以在侧向上转动，即允许第一摆动移动s1。第一端bb1还可以包括用于提升l钻凿悬臂3的水平提升接头10。基础悬臂部bb还可以设有用于延伸和缩短目的的线性接头12。换句话说，基础悬臂部bb可以具有所谓的缩放移动z。因此，基础悬臂部bb可以包括所提到的三个接头9、10和12。

在第一端bb1处可以是后接头组件13，该后接头组件13包括安装板13a和所提到的接头9和10。钻凿悬臂3可以借助于设有紧固元件的安装板13a连接到运输载架2。基础悬臂部bb在后接头组件13和前接头组件8之间可以没有任何可转动接头或可旋转接头。换句话说，线性接头12可以是在基础悬臂部bb的端部之间的唯一接头。

一般来说，岩钻机6和钻凿悬臂3的执行器是能够液压操作的。为简单起见，在图1中仅示出了一个悬臂执行器14。悬臂执行器可以是液压缸、马达或借助于液压动力操作的其它设备。

前接头装置8或腕关节包括三个接连接头，所述三个接连接头位于基础悬臂bb的第二端bb2和进给梁组件fba之间。这意味着所述三个接连接头在物理上彼此靠近。由此，前接头装置8是紧凑接头系统，允许翻转移动ro、倾斜移动t和摆动移动s2。前接头装置8的相应的接头以相对应的顺序ro-t-s2布置，如在下面的附图中更具体公开的那样。

图2公开的是，在基础悬臂部bb和进给梁组件fba之间的腕关节8包括翻转接头15，该翻转接头15的输入连杆15a被连接到基础悬臂部bb的端部。进给倾斜接头16的输入连杆16a被连接到翻转接头15的输出连杆15b，并且此外，进给摆动接头17的输入连杆17a被连接到进给倾斜接头16的输出连杆16b。进给梁组件fba被连接到进给摆动接头17的输出连杆17b。

翻转接头15的转动轴线18可以与基础悬臂部bb的纵向轴线19同轴。翻转接头15的输入连杆15a可以被直接连接在基础悬臂部bb的延伸上。随后的进给倾斜接头16的转动轴线20与翻转接头15的转动轴线18垂直，并且此外，进给摆动接头17的转动轴线21与进给倾斜接头16的转动轴线20垂直。转动轴线18、20、21在图3和图4中示出。

图3公开了当进给倾斜接头16转动90°且由此使进给梁组件fba移动到基础梁部bb的中心线上方时的腕关节8。进给倾斜接头16的转动范围可以是至少180°，由此，基础进给梁组件也可以转动到中心线的下方。翻转接头15和进给摆动接头17均可以是能旋转360°。

图4示出了图3的在箭头b的方向上所见的腕关节8，其处于其中翻转接头15已经相对于转动轴线18转动了有限的角度大小的操作情形中。

图5a公开了适合于工作面钻凿设备的解决方案。进给梁组件fba的进给梁5的定向与进给摆动接头17垂直。于是，进给梁的纵向轴线22和岩钻机6的钻凿方向处在相对于进给摆动接头17的转动轴线21的正交方向上。进给梁组件fba包括支架23，该支架23连接进给梁5和进给摆动接头17。此外，在进给倾斜接头16和进给摆动接头17之间可以是连接元件24，该连接元件24用于在进给倾斜接头16的转动轴线20和进给摆动接头17的转动轴线21之间提供一段距离。于是，转动轴线20、21的延伸不相交，并且进给倾斜接头16可以尽可能靠近翻转接头15，图5a示出了钻凿悬臂3，其前接头组件fba处于其正常位置中。然后，进给倾斜接头16在竖向上位于翻转接头15的转动轴线18的下方。进给倾斜接头16和进给摆动接头17位于翻转接头15的转动轴线18的相反侧上。

图5a还公开的是，在钻凿中心dc和翻转接头15的转动轴线18之间的横向钻凿中心高度dch可以布置成至少1000mm，以便提高钻凿悬臂3的覆盖范围并且避免在进给梁5和基础悬臂部bb之间的碰撞。

图5b以简化的方式示出进给梁组件fba能够相对于最后的接头17转动，使得钻凿也能够在交叉方向上进行。

图5c公开了进给梁组件fba能够被转动成面向向后方向。由此，便于更换钻凿工具。在运输载架2的前部上可以是用于存储钻头和其它钻凿工具的存储器25。所述钻凿工具可以借助于工具操纵设备26来操纵和更换，该工具操纵设备26也可以位于运输载架2上。钻凿悬臂3可以不带有任何工具库，由此该钻凿悬臂的重量可以更轻。

图6公开了所公开的钻凿悬臂解决方案的一种岩石锚杆支护实施方案。钻凿悬臂3可以具有与在图5a中所示的结构类似的结构，但是在锚杆支护头中，进给梁5与进给摆动接头17的转动轴线21平行定向。进给梁组件fba可以设有用于将岩石锚杆进给到钻凿孔中的岩石锚杆存储和操纵设备26。通过致动翻转接头15和进给倾斜接头16，进给梁组件fba也可以指向驱动表面a，从而允许在图6b中所示的工作面锚杆支护。

附图和相关描述仅旨在说明本发明的构思。在本发明的细节中，本发明可以在权利要求书的范围内变化。