一种锚杆钻车、动力系统及控制方法与流程 专利技术说明

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明涉及一种煤矿用锚杆钻机技术领域，尤其涉及一种锚杆钻车、动力系统及控制方法。背景技术：2.近年来，随着煤矿开采强度及深度的增加，巷道围岩控制的难度与日俱增，煤矿安全事故频发，其中巷道顶板事故占91％，工作面顺槽顶板事故占巷道总事故90％，目前锚杆支护作为一种有效的巷道支护方式，已成为煤矿巷道的主要支护方式，是煤矿实现高产高效生产不可或缺的技术，锚杆施工时孔径为30mm，孔深一般为2.4m，巷道断面设置顶板锚杆4～6根，帮部锚杆两侧共6～8根。当煤矿巷道出现部分锚杆锚网失效后，可能导致巷道围岩变形，直接影响施工人员和作业设备的安全，此时需要人工完成巷道锚杆修复施工作业，但是市场上缺乏补打锚杆的专用设备。3.目前，针对巷道顶板和高位侧帮的锚杆孔补打修复施工需求，国内煤矿普遍依靠人工使用单体式气动锚杆钻臂进行补打作业，虽然移动方便灵活，但其能力较小且施工范围有限，自动化程度低，安全性能差，劳动强度大，同时需要接水、接风、搭设作业平台，且施工困难，部分煤矿也采用传统液压钻机进行施工，一般为常规坑道钻机的简单改型使用，专业化程度低，虽然施工效率较高，但存在设备转移不便，巷道条件适应性差且整机调角范围有限等问题，同时市场上现有的专用多臂锚杆钻机主要用于配套掘进机进行大批量锚杆钻孔施工，针对补打锚杆施工具有场地分布距离长、单处场地施工数量少的特点，设备存在转场移动困难，辅助调整时间长，施工效率不高等问题。此外，目前市场上的设备普遍采用液压传动系统进行锚杆施工，钻孔施工，锚网、锚固剂安装和锚杆安装等各工序施工效率不高，精度低，无法实现全工序自动化，需要人工辅助操作，安全性能差，不能满足煤矿井下安全高效的钻孔施工要求。技术实现要素：4.针对上述现有补打锚杆设备中存在的问题，本发明提供了一种锚杆钻车、动力系统及控制方法，工作装置采用电机驱动，施工精度高，各工序全自动施工，可进行全断面锚固施工作业，人员远离作业区域进行遥控控制，从而大大提高了该设备的适用范围和作业能力。5.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：6.一种锚杆钻车动力系统，设置柴油机，在所述柴油机的一侧输出端通过联轴器连接设置发电机；柴油机的另一侧输出端连接设置分动箱，分动箱的输出轴分别连接设置液压泵一和液压泵二。7.可选的，所述的柴油机的输出动力满足：[0008][0009]式中：nf为柴油机的输出功率，kw；[0010]ph为发电机输出功率，kw；[0011]pe为柴油机在额定工况下的标定功率，kw；[0012]η为发电机的效率；[0013]k1为发电机的功率修正系数，取值为0.9～1；[0014]k2为液压泵的功率修正系数，取值为0.9～1；[0015]p1为液压泵一的系统压力，mpa；[0016]q1为液压泵一的系统流量，l/min；[0017]p2为液压泵二的系统压力，mpa；[0018]q2为液压泵二的系统流量，l/min；[0019]η1为液压泵一的效率；[0020]η2为液压泵二的效率。[0021]可选的，还设置电控系统，所述的电控系统由发电机提供电力，设置驱动器，与所述的驱动器并联设置给进电机、回转电机、锚固电机和伺服电机。[0022]可选的，还设置液压系统，所述的液压系统通过液压泵一和液压泵二共同提供动力，设置液压油箱，包括第一液压回路，第一液压回路由液压泵一提供动力，将液压油传递给液压阀组一；包括第二液压回路，第二液压回路由液压泵二提供动力，将液压油传递给液压阀组二。[0023]一种锚杆钻车，设置车体，所述的车体上设置工作装置、调角装置、动力系统和辅助系统；所述的动力系统为本发明任一所述的锚杆钻机动力系统。[0024]可选的，所述的动力系统安装在车体内，所述的发电机给工作装置提供动力；所述的液压泵一和液压泵二为调角装置和车体提供动力。[0025]可选的，还设置气动系统，所述的气动系统包括空气压缩机、储气罐、过滤干燥机、锚固剂仓和输气管道，空气经过空气压缩机压缩后，喷射进入储气罐里；储气罐里的高压气体通过过滤干燥机干燥过滤后，将锚固剂仓内储存的树脂药卷推入输气管道。[0026]可选的，所述的调角装置设置主工作臂，主工作臂下端铰接设置回转减速器二，回转减速器二上铰接设置液压油缸；液压油缸的活塞端与主工作臂中部铰接；主工作臂上端铰接设置次工作臂，铰接位设置回转减速器三；次工作臂的端部设置回转减速器一。[0027]可选的，所述的工作装置包括给进机身，所述的给进机身下部通过回转减速器一与所述的调角装置相连；所述的给进机身一端设置给进装置、回转装置和锚固装置，给进机身上设置锚杆仓和侧推装置；给进机身的另一端设置孔口装置和扶正器。[0028]本发明的锚杆钻车的控制方法，包括：[0029]步骤一：当确定巷道锚杆失效位置后，施工人员操作锚杆钻车行走运输到位，对作业场所进行安全状况和施工条件的检查；[0030]步骤二：对锚杆钻车进行稳固，通过调角装置对工作装置进行调角，保证工作装置的作业范围满足设计要求，利用工作装置的把锚网安装至巷道失效区域并进行固定；[0031]步骤三：将回转装置移动到位，利用回转装置和给进装置配合完成钻杆一次钻孔施工，随后回转装置退回至初始位置；[0032]步骤四：孔口装置旋转后将钻杆头部从孔口位置压入下方，同时使给进机身插入孔口位置，利用气动系统将多个树脂药卷打入钻孔内，将钻杆头部与孔口装置连接，配合侧推装置将回转装置侧移；[0033]步骤五：侧推装置将锚固装置侧移到位，锚杆仓将锚杆运输到锚固装置对应轴向，锚固装置将锚杆连接好，同时配合给进装置完成锚杆施工，使锚杆旋转搅拌树脂药卷至孔底，保证锚杆和孔壁粘结；[0034]步骤六：采用步骤三～五完成锚网其余位置的锚杆施工，达到锚网安装设计要求。[0035]本发明具有以下有益效果：[0036]本发明的锚杆钻车，改变了目前缺少补打锚杆的专业化施工设备的困境，具备快速移动能力，独立供水供风，锚网、锚固剂一体化安装等功能，工作装置采用电机驱动，施工精度高，各工序全自动施工，可进行全断面锚固施工作业，人员远离作业区域进行遥控控制，从而大大提高了该设备的适用范围和作业能力。附图说明[0037]图1为本发明的锚杆钻机结构示意图；[0038]图2为图1中的动力系统结构示意图；[0039]图3为电控系统动力传动路线示意图；[0040]图4为液压系统动力传动路线示意图；[0041]图5为图1中的工作装置结构示意图；[0042]图6为气动锚固剂传输系统结构示意图；[0043]图7为图1中的调角装置结构示意图；[0044]附图的标记含义如下：[0045]1-车体、2-动力系统、3-调角装置、4-工作装置、5-辅助系统；[0046]20-液压阀组一、21-驱动器、22-液压阀组二、23-控制器、24-发电机、25-柴油机、251-联轴器、252-分动箱、26-液压泵一、27-液压泵二、28-遥控器、29-液压油箱、a-给进电机、b-回转电机c-锚固电机、d-伺服电机；[0047]41-给进装置、42-回转装置、43-锚固装置、44-侧推装置、45-锚杆仓、46-给进机身、47-孔口装置、48-扶正器；[0048]31-回转减速器二、32-主工作臂、33-液压油缸、34-回转减速器一、35-次工作臂、36-回转减速器三；[0049]6-输气管道、7-锚固剂仓、8-过滤干燥机、9-储气罐、10-空气压缩机。具体实施方式[0050]下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。[0051]结合图2-4，本发明的锚杆钻车动力系统，设置柴油机25，在柴油机25的一侧输出端通过联轴器251连接设置发电机24；柴油机25的另一侧输出端连接设置分动箱252，分动箱252的输出轴分别连接设置液压泵一26和液压泵二27。柴油机25安装在车体1内，用于给锚杆钻机提供总动力，一侧输出端与发电机24相连，另一侧输出端与分动箱252输入端相连，液压泵一26输入轴和液压泵二27输入轴分别与分动箱252输出轴相连，液压泵一26与液压阀组一20通过液压胶管相连，液压泵二27与液压阀组二22通过液压胶管相连，控制器23和驱动器21分别固定在车体1上，遥控器28放置在驾驶室内。柴油机25取消常规的风扇端连接，曲轴两端分别为发电机及液压泵站，两端输出可保证电控系统和液压系统均能正常工作，节约设备布置空间，同时发电机输出功率可实现闭环控制，根据外负载反馈进行调节，通过控制回转电机、给进电机、锚固钻机和旋转电机的输出扭矩和转速，保证工作机构根据外负载大小无极调节施工能力，能源利用率高，同时设备待机时，柴油机可以较小功率怠速输出。[0052]在本公开的实施例中，为保证电控系统和液压系统正常工作，提高柴油机25的输出效率，柴油机25输出动力应与两侧电控系统和液压系统的输出动力高效匹配，柴油机25的输出动力满足：[0053][0054]式中：nf为柴油机的输出功率，kw；[0055]ph为发电机输出功率，kw；[0056]pe为柴油机在额定工况下的标定功率，kw；[0057]η为发电机的效率；[0058]k1为发电机的功率修正系数，取值为0.9～1；[0059]k2为液压泵的功率修正系数，取值为0.9～1；[0060]p1为液压泵一的系统压力，mpa；[0061]q1为液压泵一的系统流量，l/min；[0062]p2为液压泵二的系统压力，mpa；[0063]q2为液压泵二的系统流量，l/min；[0064]η1为液压泵一的效率；[0065]η2为液压泵二的效率。[0066]根据公式进行动力系统匹配，当柴油机启动工作时，柴油机的输出总功率根据上式进行实时调节，保证柴油机总的输出功率达到设计要求，提高能源利用率和工作效率。利用传感单元实时采集电控系统的输入功率和传感单元的输出电压信号，并对输入功率和输出电压信号进行标定，得出输入功率与输出电压信号的对应关系，将传感单元的电压信号作用于液压系统的电磁减压阀上，电磁减压阀的输出压力油作用在液压泵一和液压泵二的内部斜盘缸杆上，通过改变液压泵一和液压泵二的斜盘角度改变液压系统的输出流量，最终改变液压系统的输入功率。电控系统和液压系统采用功率反馈控制，当电控系统所需输入功能增加时，柴油转速升高，必然造成液压系统流量及功率升高，此时通过功率反馈，降低液压系统的输出功率，保证柴油机的总输出功率中电控系统功率占主导，实现电控系统和液压系统的智能匹配。当电控系统待机时，发电机传感单元的电压信号趋近于零，电磁减压阀的输出压力油压力趋近于零，此时液压系统只受液压阀负载敏感信号影响，根据负载进行输出，且输出功率完全由液压系统负载决定。[0067]在本公开的实施例中，还设置电控系统，电控系统由发电机24提供电力，设置驱动器21，与驱动器21并联设置给进电机a、回转电机b、锚固电机c和伺服电机d。如图3所示，电控系统主要用于控制锚杆钻机电控回路传动；电控系统主要由发电机24提供动力，传递给驱动器21，由驱动器21将动力分别传递给给进电机a、回转电机b、锚固电机c和伺服电机d，保证电压电流的匹配，控制器23主要控制各执行机构的动作，遥控器28用于给控制器23发射信号。[0068]在本公开的实施例中，还设置液压系统，液压系统通过液压泵一26和液压泵二27共同提供动力，设置液压油箱29，包括第一液压回路，第一液压回路由液压泵一26提供动力，将液压油传递给液压阀组一20；包括第二液压回路，第二液压回路由液压泵二27提供动力，将液压油传递给液压阀组二22。如图4所示，液压系统主要用于控制锚杆钻机液压回路传动；液压系统采用双液压泵提供动力，共用液压油箱29，包括2个液压回路，第一个液压回路由液压泵一26提供动力，将液压油传递给液压阀组一20，液压阀组一20将液压油分别传递给车体1的两个轮边液压马达和四组液压支腿。第二个液压回路由液压泵二27提供动力，将液压油传递给液压阀组二22，液压阀组二22将液压油分别传递回转减速器一、回转减速器二、回转减速器三、液压油缸、侧推油缸、旋转油缸、抓手摆动油缸、抓手抓取油缸、给进油缸、摆动油缸、水泵和液压马达等需要液压油的动力部件。[0069]如图1所示为锚杆钻车，设置车体1，车体1上设置工作装置4、调角装置3和动力系统2；动力系统2为本发明任一的锚杆钻机动力系统。为了丰富钻车的工作内容，还设置辅助系统5，动力系统2和辅助系统5布置在车体1的底盘系统内，调角装置3通过回转减速器二31安装在车体1的底盘系统上，工作装置4通过回转减速器一34与调角装置3相连。[0070]如图5所示，工作装置4包括给进机身46，给进机身46下部通过回转减速器一34与调角装置3相连；给进机身46一端设置给进装置41、回转装置42和锚固装置43，给进机身46上设置锚杆仓45和侧推装置44；给进机身46的另一端设置孔口装置47和扶正器48；给进机身46通过回转减速器一34与调角装置3相连，包括双圆柱导轨、滚珠丝杠装置、托板，机体和前顶装置，双圆柱导轨固定在机体内，滚珠丝杠装置安装在机体上，托板通过螺母安装座与滚珠丝杠装置相连接，并通过双圆柱导轨进行往复滑动，前顶装置主要用于将给进机身顶入巷道顶板或侧帮，同时前端具有永磁体，可进行单张依次捡取锚网。[0071]回转装置42包括回转电机、减速器一、动力头一和钻杆，回转电机b的输出轴与减速器一输入端相连进行传动，减速器一固定在侧推装置44上，减速器一输出端与动力头一输入端相连进行传动，动力头一输出轴与钻杆通过螺纹相连进行传动，钻杆长度可根据施工条件进行定制，一次给进行程完成钻孔施工；[0072]锚固装置43包括锚固电机、减速器二和动力头二，锚固电机c的输出轴与减速器二输入端相连进行传动，减速器二固定在侧推装置44上，减速器二输出端与动力头二输入端相连进行传动，动力头二输出轴与锚杆通过六方相连进行传动，一次锚固行程完成锚杆施工；[0073]侧推装置44布置在给进机身46后端，通过侧推油缸可完成回转装置42和锚固装置43的切换，并将回转装置42或锚固装置43固定在托板上；[0074]给进装置41包括给进电机和减速器三，给进电机a的输出轴与减速器三输入端相连进行传动，减速器三固定在给进机身46，减速器三输出端与滚珠丝杠装置相连进行传动；[0075]扶正器48安装在给进机身46前部，用于稳定锚杆和钻杆施工；[0076]锚杆仓45包括仓体、旋转油缸、抓手摆动油缸、抓手抓取油缸和多根锚杆，仓体固定在机身侧边，采用左轮式结构，用于储存多根锚杆，旋转油缸进行旋转仓体，完成锚杆的切换，抓手摆动油缸完成锚杆准确输送到动力头二中心位置，抓手抓取油缸完成锚杆的抓取和松开；[0077]孔口装置47包括伺服电机d、给进油缸、摆动油缸、机座和给进机构，伺服电机d与机座相连，可完成机座转动，并将钻杆头部从孔口位置压入下方，给进油缸与给进机构相连，用于将给进机构插入孔口位置内，摆动油缸与机座相连，用于将钻杆与机座固定，[0078]辅助系统5包括气动系统、水路系统；[0079]如图6所示，气动系统包括空气压缩机10、储气罐9、过滤干燥机8、锚固剂仓7和输气管道6，空气经过空气压缩机10压缩后，喷射进入储气罐9里；储气罐9里的高压气体通过过滤干燥机8干燥过滤后，将锚固剂仓7内储存的树脂药卷推入输气管道6。空气压缩机10通过液压马达驱动，空气经过空气压缩机10的进气口采集，经过空气压缩机10压缩后，从空气压缩机10的出气口喷射进入储气罐9里。由于进气口采集的空气与作功后出气口喷射出压缩空气存在温度差，必然析出大部份冷凝水同时含少量的油及杂质，通过过滤干燥机8进行分离出大部分油、尘，通过过滤干燥机8进行过滤可以相对的纯净空气，防止水份的析出，锚固剂仓7储存树脂药卷，输气管道6与孔口装置47相连接。水路系统包括水箱、水泵、水管，所述水箱固定在车体平台内，用于储存静压水，水泵用于将水从水箱内喷出，水管一端与水箱相连，另一端与动力头一相连，提供施工用水。[0080]如图7所示，调角装置3设置主工作臂32，主工作臂32下端铰接设置回转减速器二31，回转减速器二31上铰接设置液压油缸33；液压油缸33的活塞端与主工作臂32中部铰接；主工作臂32上端铰接设置次工作臂35，铰接位设置回转减速器三36；次工作臂35的端部设置回转减速器一34；主工作臂32下端与回转减速器二31一端相连，回转减速器二31另一端与车体1相连，实现主工作臂32的转向功能，液压油缸33一端与车体1或回转减速器二31相连，另一端与主工作臂32中部相连，完成主工作臂32的调角功能，主工作臂32上端通过回转减速器三36与次工作臂35相连，实现次工作臂35的调角功能。[0081]锚杆钻车的控制方法，包括：[0082]步骤一：当确定巷道锚杆失效位置后，施工人员操作锚杆钻车行走运输到位，对作业场所进行安全状况和施工条件的检查，清理失效锚杆、锚网、表面破碎煤岩块等，及时处理安全隐患，确保作业安全；[0083]步骤二：利用四组液压支腿对电动智能锚杆钻机进行稳固，通过调角装置3对工作装置4进行调角，保证工作装置4的作业范围满足设计要求，施工人员利用遥控器28在安全距离外进行遥控施工，利用工作装置4的前顶装置把锚网安装至巷道失效区域并进行固定；[0084]步骤三：施工人员操作遥控器28将回转装置42移动到位，固定到托板上，利用回转装置42和给进装置41配合完成钻杆一次钻孔施工，根据施工需要，可通过水路系统进行排渣和降尘，随后回转装置42退回至初始位置，回转电机b和给进电机a输出能力可根据钻孔内外负载变化无极调节，精准控制，适应不同施工巷道条件，保证施工效率，完成自动完成钻孔施工；[0085]步骤四：孔口装置47旋转后将钻杆头部从孔口位置压入下方，同时使给进机构插入孔口位置，利用气动系统将多个树脂药卷打入钻孔内，随后摆动油缸将钻杆头部与孔口装置连接，配合侧推机构将回转装置42侧移，自动完成上药卷施工；[0086]步骤五：侧推装置44将锚固装置43侧移到位，固定到托板上；锚杆仓45将锚杆运输到动力头二中心位置，锚固装置43将锚杆连接好，通过动力头二与锚杆螺母固定连接，同时配合给进装置41配合完成锚杆施工，首先动力头二带动锚杆螺母以小扭矩输出，使锚杆以一定速度旋转搅拌树脂药卷至孔底，保证锚杆和孔壁紧密的粘结在一起，并具有一定的强度，最后动力头二以大扭矩输出，切断锚杆螺母卡销，通过螺母安装好锚杆托盘，实现自动化锚杆施工；[0087]步骤六：采用步骤三～五完成锚网其余位置的锚杆施工，达到锚网安装设计要求。[0088]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的范围内。









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