一种全方位多自由度锚杆钻机车及其工作方法与流程

本发明涉及一种全方位多自由度锚杆钻机车及其工作方法，属于矿用机械设备技术领域。

背景技术：

锚杆支护是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护巷道稳定的目的。目前虽然锚杆支护技术实现了一些提高，出现了掘锚一体机，钻锚车等设备，但许多机械体积庞大，活动姿态笨重以及成本较高，普及程度不佳。锚杆的安装，需要先用钻机打孔，然后将锚杆装入钻孔，注浆，锁紧，每个过程都需要工人参与劳作，费时费力，使得支护效率变低，导致巷道空顶暴露时间长，带来极大安全隐患。在大断面巷道进行锚杆支护时，需要钻机钻多个不同位置高度的锚眼，特别在一定高度后，钻孔调整钻机姿态角度，机械操作尤其困难，同时也给操作人员带来了体力负担。故迫切需要一种结构紧凑，自动化程度高的钻锚机械，提高锚杆支护效率，降低操作人员工作强度，最大程度上实现钻锚过程的自动化。

中国专利文件(公开号：cn203978271u)公开了一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，包括钻头、钻杆、传动装置、设置在主机壳体内部的钻杆气动马达、可伸缩气腿；可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通气动阀门的进气管路以及安装在操纵臂上的指示灯和控制按钮；其中：钻杆的一端与钻头固定连接，另一端传动装置之间设置的连接套固定；钻杆气动马达用于驱动传动装置进而带动与传动装置同轴固定连接的钻杆和钻头旋转钻孔；可伸缩气腿与主机壳体固定连接，主机壳体还与内部的钻杆气动马达固定连接；控制按钮与气动阀门电连接，气动阀门与可伸缩气腿电连接。该装置实现了锚杆的自动化钻孔安装，但空间转向困难，灵活度不足，不能全方位的自动化作业。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种全方位多自由度锚杆钻机车，其通用性强，结构紧凑，自动化程度高，适应复杂的巷道暴露面，成本较低，减少人工劳动强度，提高锚杆支护效率，降低工作危险性。

本发明还提供上述一种全方位多自由度锚杆钻机车的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种全方位多自由度锚杆钻机车，包括车架、车轮、x方向机械臂、y方向机械臂、z方向机械臂、钻机和z方向升降导轨，车架两端对称安装4个车轮，车架上部两侧对称安装4个z方向升降导轨，4个z方向升降导轨内侧轨道内安装有z方向机械臂，z方向机械臂两侧轨道内安装y方向机械臂，y方向机械臂两侧轨道内安装x方向机械臂，x方向机械臂一端安装钻机。

优选的，车架两端顶点处对称安装4个撑地液压支柱。

优选的，车架上部安装有z方向驱动液压支柱，z方向驱动液压支柱另一端安装于z方向机械臂下部中心位置。

优选的，x方向机械臂与钻机连接处安装有舵机a，x方向机械臂下部安装有舵机b，x方向机械臂通过舵机b与x方向机械臂底座连接。

优选的，x方向机械臂底座两端对称设有至少4个x方向轨道轮，x方向轨道轮位于y方向机械臂两侧轨道内，x方向机械臂底座一侧中间位置安装有x方向驱动电机，x方向驱动电机通过齿轮齿条连接于y方向机械臂。

进一步优选的，x方向驱动电机上设有x方向刹车，x方向刹车选用电磁制动器。

优选的，y方向机械臂两端对称设有至少4个y方向轨道轮，y方向轨道轮位于z方向机械臂两侧轨道内，y方向机械臂下侧一端中间位置安装有y方向驱动电机，y方向驱动电机通过齿轮齿条连接于z方向机械臂。

进一步优选的，y方向驱动电机上设有y方向刹车，y方向刹车选用电磁制动器。

优选的，钻机包括钻机电机、钻机电机固定座、钻机进给导轨、钻机进给电机、钻机进给丝杠和锚杆卡子，钻机电机安装在钻机电机固定座一端，钻机电机固定座另一端安装于钻机进给导轨内，钻机电机的电机轴上安装有锚杆卡子，钻机进给导轨一端设置有钻机准星，钻机进给电机安装于钻机进给导轨底部并与钻机进给丝杠一端连接，钻机进给丝杠另一端连接于钻机电机固定座。

优选的，车架上部一端安装锚杆储存仓。

一种全方位多自由度锚杆钻机车的工作方法，包括以下工作步骤：

当需要进行锚杆支护时，操作人员控制钻机车行驶至工作位置，升起z方向驱动液压支柱，使钻机上升至钻锚的对应位置，通过调整x方向机械臂、y方向机械臂和钻机，精确定位钻锚位置，将钻头安装在钻机上，进行锚眼钻进，锚眼钻好后，取下钻头，取一锚杆安装在钻机上，然后进行锚杆安装，完成安装后调整钻机车进行下一个锚眼的钻进与锚杆安装，同时对上一个锚杆进行注浆锁紧。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供了一种全方位多自由度锚杆钻机车及其工作方法，其通用性强，结构紧凑，自动化程度高，适应复杂的巷道暴露面，成本较低，减少人工劳动强度，提高锚杆支护效率，降低工作危险性。

2、x、y、z三个方向机械臂和舵机a舵机b的配合，实现了钻机的全方位作业灵活调整，使钻机车随时随地全方位多自由度无阻碍的进行打锚眼、支护等作业，极大的方便了工人的施工，提高了井下巷道掘进的效率。

3、钻机既可以进行钻头作业，也可以进行锚杆安装，一机多用，节省空间。

附图说明

图1为本发明的总装结构示意图

图2为本发明的总装结构正视图

图3为本发明的x方向机械臂连接结构示意图

图4为本发明的x方向机械臂连接结构正视图

图5为本发明的钻机结构示意图

其中：1、车架；1-1、z方向升降导轨；1-2、锚杆储存仓；1-3、车轮；2、x方向机械臂；2-1、舵机a；2-2、舵机b；3、钻机；3-1、钻机电机；3-2、钻机电机固定座；3-3、钻机准星；3-4、钻机进给导轨；3-5、钻机进给电机；3-6、钻机进给丝杠；3-7、锚杆卡子；4、y方向机械臂；4-1、y方向轨道轮；4-2、y方向驱动电机；4-3、y方向驱动齿轮；4-4、x方向驱动齿条；4-5、y方向刹车；5、y方向驱动齿条；6、z方向机械臂；7、撑地液压支柱；8、z方向驱动液压支柱；9、锚杆；10、x方向机械臂底座；10-1、x方向驱动齿轮；10-2、x方向驱动电机；10-3、x方向刹车；10-4、x方向轨道轮。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-4所示，本实施例提供一种全方位多自由度锚杆钻机车，包括车架1、车轮1-3、x方向机械臂2、y方向机械臂4、z方向机械臂6、钻机3和z方向升降导轨1-1，车架1两端对称安装4个车轮1-3，车架1上部两侧对称安装4个z方向升降导轨1-1，4个z方向升降导轨1-1内侧轨道内安装有z方向机械臂6，z方向机械臂6两侧轨道内安装y方向机械臂4，y方向机械臂4两侧轨道内安装x方向机械臂2，x方向机械臂2一端安装钻机3。

车架1上部安装有z方向驱动液压支柱8，z方向驱动液压支柱8另一端安装于z方向机械臂6下部中心位置，通过z方向驱动液压支柱8控制z方向机械臂6的上下运动，x方向机械臂2底座两端对称设有至少4个x方向轨道轮10-4，x方向轨道轮10-4位于y方向机械臂4两侧轨道内，x方向机械臂底座10一侧中间位置安装有x方向驱动电机10-2，x方向驱动电机10-2通过x方向驱动齿轮10-1和x方向驱动齿条4-4连接于y方向机械臂4，通过x方向驱动电机10-2带动整个x方向机械臂2做x向运动，x方向驱动电机10-2上设有x方向刹车10-3，x方向刹车10-3选用电磁制动器，确保在钻机车工作时，x方向机械臂2锁死，不会来回晃动，电磁制动器是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，可以根据需要自由的结合，切离或制动，具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。

y方向机械臂4两端对称设有至少4个y方向轨道轮4-1，y方向轨道轮4-1位于z方向机械臂6两侧轨道内，y方向机械臂4下侧一端中间位置安装有y方向驱动电机4-2，y方向驱动电机4-2通过y方向驱动齿轮4-3和y方向驱动齿条5连接于z方向机械臂6，通过y方向驱动电机4-2带动整个y方向机械臂4做y向运动，y方向驱动电机4-2上设有y方向刹车4-5，y方向刹车4-5选用电磁制动器，确保在钻机车工作时，y方向机械臂4锁死，不会来回晃动。

实施例2：

一种全方位多自由度锚杆钻机车，结构如实施例1所述，不同之处在于，车架两端顶点处对称安装4个撑地液压支柱7，在钻机车进行钻锚工作前进行支撑，保证整车稳定，钻锚作业结束后收起，钻机车继续运动。

实施例3：

一种全方位多自由度锚杆钻机车，结构如实施例1所述，不同之处在于，x方向机械臂2与钻机3连接处安装有舵机a2-1，x方向机械臂2下部安装有舵机b2-2，x方向机械臂2通过舵机b2-2与x方向机械臂底座10连接，x方向机械臂2通过舵机来调整钻机3的工作位置，利用舵机的灵活性满足不同角度的钻机作业需求，目前，舵机在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。

实施例4：

一种全方位多自由度锚杆钻机车，结构如实施例1所述，不同之处在于，钻机3包括钻机电机3-1、钻机电机固定座3-2、钻机进给导轨3-4、钻机进给电机3-5、钻机进给丝杠3-6和锚杆卡子3-7，钻机3结构如图5所示，钻机电机3-1安装在钻机电机固定座3-2一端，钻机电机固定座3-2另一端安装于钻机进给导轨3-4内，钻机电机3-1的电机轴上安装有锚杆卡子3-7，锚杆卡子3-7为目前工业常用的钻头类夹持装置，钻机进给导轨3-4一端设置有钻机准星3-3，方便锚杆钻进定位同时避免钻头或锚杆9在旋转时晃动幅度太大造成危险，钻机进给电机3-5安装于钻机进给导轨3-4底部并与钻机进给丝杠3-6一端连接，钻机进给丝杠3-6另一端连接于钻机电机固定座3-2。

将钻头安装在锚杆卡子3-7上，先后启动钻机电机3-1和钻机进给电机3-5，通过钻机进给丝杠3-6带动钻头钻进，锚眼钻好后，钻机进给电机3-5反向运行，将钻头退出锚眼，从锚杆卡子3-7上取下钻头，取一锚杆安装在锚杆卡子3-7上，然后先后启动钻机电机3-1和钻机进给电机3-5，进行锚杆安装。

实施例5：

一种全方位多自由度锚杆钻机车，结构如实施例1所述，不同之处在于，车架1上部一端安装锚杆储存仓1-2，用来存放备用锚杆。

实施例6：

一种如实施例1-5所述的一种全方位多自由度锚杆钻机车的工作方法，包括以下工作步骤：

当需要进行锚杆支护时，操作人员控制钻机车行驶至工作位置，升起z方向驱动液压支柱8，使钻机上升至钻锚的大约位置，通过调整x方向机械臂2、y方向机械臂4和钻机3，精确定位钻锚位置，将钻头安装在钻机上，进行锚眼钻进，锚眼钻好后，取下钻头，取一锚杆安装在钻机3上，然后进行锚杆安装，完成安装后调整钻机车进行下一个锚眼的钻进与锚杆安装，同时对上一个锚杆进行注浆锁紧。