六自由度混联式全液压掘进机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种六自由度混联式全液压掘进机，包括装载部、行走部、刮板运输机、机身本体、两自由度回转座、并联工作臂和切割头。装载部位于机身本体的前端，机身本体安装在行走部上；切割头依次通过并联工作臂、两自由度回转座与机身本体相连接。行走部由安装在履带架上行走马达驱动，刮板运输机由安装在其尾部的两个运输马达驱动刮板链实现物料的运输，切割头由三台切割马达共同驱动。本实用新型专利技术的切割头具有空间一个独立移动、三个独立转动共四个独立运动自由度，在水平方向上还存在两个冗余转动，具有作业空间大、姿态调节方便的优点。本实用新型专利技术还具有结构紧凑、控制解耦性好，调节、维护方便等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种掘进机，尤其涉及一种六自由度混联式全液压掘进机，最多可同时实现切割头的空间一个平移三个转动共四个独立自由度的运动。
技术介绍
我国煤炭开采以地下开采为主，2005年国有重点煤矿90.72%的原煤产量来自地下开采。我国煤层赋存条件复杂，呈现多样性，煤层厚度从零点几米到几十米之间变化，为了开采煤炭，需要开掘大量的煤岩巷道。同时，随着综采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级、甚至千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使巷道掘进成为煤矿高效集约化生产的共性及关键性技术。掘进和回采是煤矿生产的重要生产环节，采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。因此，掘进机作为综合机械化采煤工作主要设备，必须具有安全、高效和成巷质量好等优点。我国煤巷高效掘进方式主要有三种:第一种是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，掘进机械多为悬臂式煤巷掘进机，它适应范围广；第二种是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线，在我国神东、万利等矿区及鄂尔多斯地区进行了推广应用，主要掘进机械为连续采煤机，它需要多巷掘进，交叉换位施工；第三种是掘锚机组掘一体化掘进，仅在少数矿区进行了试用。国内绝大部分矿区的煤巷掘进仍以悬臂式掘进机为主，配合转载机、可伸缩带式输送机(或刮板输送机)、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成综合机械化掘进系统。悬臂式巷道掘进机是一种综合采掘设备，集切割、行走、装运、喷雾除尘于一体，包含多个机构，具有多重功能，是目前煤矿开采的主力设备。根据截割头转轴与工作臂的方向，悬臂式掘进机可分为横轴式和纵轴式两种类型。从二十世纪30年代后期，人们开始用掘进机挖掘巷道的尝试。1949年苏联制成 K-2M型掘进机，1956年制成K-3型掘进机。1958年匈牙利研制的F5型掘进机得到了推广使用。60年代以来，掘进机已成为各主要产煤国不可缺少的生产设备之一，各国竞相研制掘进机。英国1960年引进K-3型掘进机，在此基础上研制生产了多斯科MK2型和MK2A型及RH型掘进机。日本在引进苏联、英国掘进机的基础上，改进研制成MRH系列掘进机。西德制成甲壳虫型及EV型掘进机等。1962年我国开始掘进机的研制工作，起初是在苏联π K-2Μ、τι K-3型掘进机的基础上进彳丁改进提尚，而后着手研制，达到初步定型并小批量生产的有ELMA型、ΕΜ1-30型煤巷掘进机。1979年我国由英国、日本、苏联等国引进煤及半煤岩巷道掘进机百余台，在全国一些矿务局使用，取得了较好的技术经济效果。到本世纪初，随着采矿业迅速发展的需要，重型掘进机在我国经过20多年的研究，发展迅速，悬臂式掘进机的设计与制造水平已比较先进，当前，我国已经成为世界最大的掘进机制造基地及应用市场，掘进机械行业已经成为国内高端装备制造业和战略性新兴产业重点支持发展产业，我国掘进机市场前景可观，其市场需求巨大。目前，绝大多数的悬臂式掘进机的悬臂采用串联结构，如三一重工生产的悬臂式掘进机，山特维克生产的悬臂式掘进机等，但采用此种结构的掘进机，其串联悬臂自身的重量以及切割岩体产生的反作用力都由回转平台承担，转动平台在承重的同时还需要提供转动。因此，在实际使用中，转动平台的轴承负载大，磨损严重，并且转动平台的刚度要求高，制造难度大。同时，掘进机破碎煤岩主要是通过刀具挤裂岩石，因此承受的载荷较大，要求有较大的刚度、强度和良好的结构稳定性，对于挖掘隧道的洞型和洞线也有比较严格的要求。而目前串联机构悬臂式掘进机结构稳定性差，整机比较笨重、庞大，系统惯性大，动力性能不好；运动轨迹单一，进行巷道的修葺工作时整个机器要进行实时调整，非常不方便，浪费较多能源，挖掘的巷道的表面平整度不好，不利于支护管理等后期工作。全液压掘进机与传统掘进机最大的区别就是截割头的转动也是由液压驱动，整机动力集中由一个电机带动的栗站提供，这样全液压掘进机的电控操作系统比传统掘进机更简单，使得整机在防爆性能上更加安全可靠。另外由液压马达驱动的切割头能随着煤层或岩石硬度增加降低转速，增加切割力，更能适应煤矿井下复杂的工况。针对现有掘进机运动自由度不足和工作空间受限的问题，现有专利文献也提出了一些解决方案，如申请号为201210289363.2的中国专利公布一种了一种掘进机推进装置和全断面掘进机，掘进机推进装置形成冗余驱动的6SPS型六自由度并联机构，机构不具有解耦性，控制困难；由于采用的大量难加工的球铰链，使得设备制造困难，成本增加，同时也影响了切割头的工作空间。申请号为201510146648.4的中国专利公布了一种悬臂采用并联机构的掘进机，其所采用的并联机构的结构为2RPS+2SPS，其切割头虽具有空间四个运动自由度，但其转动自由度的幅度受限，影响了切割头的实际工作空间。上述设计方案中并联机构的机型选择不合理，选取的支撑链强度不高，并联机构所实现的运动范围不能满足井下工作需要。尽管并联机构具有结构刚度大、定位和运动精度高、承载能力强、运动自由度多等特点，但也存在工作空间小等不足，应综合发挥并联机构与串联机构的优点，设计混联结构的掘进机悬臂，解决现有掘进机存在的技术问题。本技术涉及的一种采用混联机构作为掘进机悬臂的六自由度混联式全液压掘进机，其切割头具有空间三个独立转动和一个独立移动，且在水平方向上还存在两个冗余转动，即左右摆动和上下俯仰运动均由两个转动副实现，不仅可扩大其切割头的转动幅度，还有利于调整切割头的姿态，能实现切割头在水平状态下进行切割作业；此外，本技术的控制解耦性好，调节、维护方便，能克服现有掘进机存在的技术缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种六自由度混联式全液压掘进机，其切割头具有空间三个独立转动和一个独立移动，且在水平方向上还存在两个冗余转动，左右摆动和上下俯仰运动均由两个转动副实现，不仅可克服现有掘进机工作臂运动自由度少、运动幅度小等缺陷，还能实现切割头在水平状态下进行切割作业，控制解耦性好，调节、维护方便。本技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。—种六自由度混联式全液压掘进机，包括装载部、行走部、刮板运输机、机身本体、两自由度回转座、并联工作臂和切割头。其中，用于装载岩石、煤块等物料的装载部位于机身本体的前端，且位于切割头和并联工作臂的下方，所述的装载部包括铲板、星轮、铲板升降油缸和前溜槽，所述的星轮有两组且对称安装在铲板上，用于将铲板上的物料向后输送以进入前溜槽中；所述的前溜槽位于铲板中后部的中间位置，所述的铲板与机身本体通过铰链相连接，铲板升降油缸用于调节铲板的仰俯角度，铲板升降油缸的两端与铲板、机身本体均通过铰链相连接。所述的行走部包括履带架、履带和行走马达。所述的行走马达安装在履带架上，为履带提供动力；在行走马达的输出端设有驱动轮；履带当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度混联式全液压掘进机，包括装载部、行走部、刮板运输机、机身本体、两自由度回转座、并联工作臂和切割头，其特征在于：所述的装载部位于机身本体的前端，且位于切割头和并联工作臂的下方，所述的装载部包括铲板、星轮、铲板升降油缸和前溜槽，所述的星轮有两组且对称安装在铲板上，所述的前溜槽位于铲板中后部的中间位置，所述的铲板与机身本体通过铰链相连接，铲板升降油缸的两端与铲板、机身本体均通过铰链相连接；所述的行走部包括履带架、履带和行走马达，所述的行走马达安装在履带架上，在行走马达的输出端设有驱动轮，履带包裹在履带架上，且与驱动轮相啮合；所述的刮板运输机位于机身本体内部的中间位置，包括运输马达、后溜槽和刮板链，所述的运输马达位于后溜槽的尾部，且通过螺钉与后溜槽相连接，所述的后溜槽倾斜安装在机身本体的中部，且后溜槽的前端低于后端；所述的机身本体安装在行走部上，且与行走部的履带架相固连，在所述的机身本体的中部左侧设有操作台，在机身本体的尾部上方设有后照明灯，在机身本体的尾部下方设有后支腿；所述的两自由度回转座的后端与机身本体通过回转支承轴承相连接，两自由度回转座的前端与并联工作臂通过螺栓相固连；所述的并联工作臂位于两自由度回转座与切割头之间，所述的切割头安装在并联工作臂的前端，且与并联工作臂通过螺栓相固连；所述的两自由度回转座包括回转底座、回转油缸、连接梁、俯仰油缸和后臂护板，所述的回转底座的后端与机身本体通过回转支承轴承相连接，所述的回转底座的前端与连接梁的后端通过铰链相连接；所述的回转油缸的有两个，且对称布置在回转底座的两侧，回转油缸的后端与机身本体通过铰链相连接，回转油缸的前端与回转底座通过铰链相连接；所述的俯仰油缸的后端与回转底座通过铰链相连接，俯仰油缸的前端与连接梁通过铰链相连接；在所述的连接梁的内部设有纵向加强筋和横向加强板，在连接梁的前端顶部设有安装操作孔；所述的后臂护板位于连接梁的上方，且与连接梁通过螺钉相固连；所述的并联工作臂包括固定平台、外运动链、中间运动链、动平台和前臂护板，所述的固定平台与两自由度回转座中的连接梁通过螺栓相连接；所述的外运动链有三条，且对称布置在固定平台与动平台之间，所述的外运动链的两端与固定平台、动平台均通过螺钉相连接；所述的中间运动链的前、后两端分别与固定平台、动平台相固连；所述的前臂护板通过螺钉固定安装在位于中间运动链上方的外运动链上；所述的动平台包括后安装座、T型连接柱和前安装座，所述的T型连接柱的前、后两端分别与前安装座、后安装座相固连，所述的前安装座与切割头通过螺栓相连接，在所述的后安装座上设有管线孔，在所述的前安装座上设有马达安装孔。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王成军，胡松，李英明，张超，沈豫浙，郑艳，贺鑫，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34