CN107420034A - 一种多自由度液压钻臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度液压钻臂，包括基座、左右摆动机构、上下摆动机构、回转机构以及滑动调节机构，所述的左右摆动机构设置在基座上，所述的上下摆动机构与左右摆动机构连接，所述的滑动调节机构通过回转机构与上下摆动机构连接，所述的基座上还固定设置有侧板和固定回转架，所述的左右摆动机构通过侧板和固定回转架与基座连接。通过上述方式，本发明的多自由度液压钻臂，使得钻机可以在狭小空间中灵活确定工作位置，进而解决了开采的过程中可移动范围小，很难通过首节钻臂的回转和移动来实现尾端钻机钻头的灵活移动、以及操作繁杂的问题。

Description

一种多自由度液压钻臂

技术领域

本发明涉及机械设备的技术领域，尤其涉及一种多自由度液压钻臂，适用于工作环境复杂的多自由度承重钻臂。

背景技术

钻臂是钻孔设备的关键部件，是安装钻机的承载及定位单元，它的主要作用是支撑并移动推进器使其上的钻机能有效地钻凿工作面上所有不同位置和角度的孔眼。钻臂由转柱、主支臂、托架、锁死装置等组成，再由液压缸、液压马达驱动可实现臂架的水平摆动、起落和伸缩，主支臂的自转，以及推进器的水平摆动、翻转和补偿推进等各种动作来实现对钻机的调节。由于在一些实际开采的过程中可移动范围小，很难通过首节钻臂的回转和移动来实现尾端钻机钻头的灵活移动，调查发现现有的钻臂很难满足，或者满足条件但是对操作空间有很大的要求。

申请号201510106403.9的中国发明专利申请公开了一种直角式复合坐标钻臂，该钻臂通过对臂架的周向回转和臂架的伸缩移动，以及导轨的滑动来改变机臂和钻机的位置，结构简单可靠。但是该发明有个前提，就是工作的空间是其机臂可移动范围，这需要很大的自由工作空间，是把工作环境假设成机臂可完全自由移动的情况下，在一些特殊位置机臂调节受阻的情况下就无法正常工作，仍需要人工的方式来补充，无法完全的实现对人力操作的替代。而且该钻臂无法实现在工作面的自由转动，调节也较为麻烦。

申请号201110432770.X的中国发明专利公开了一种钻机及其钻臂机构，其可实现有钻臂的90度俯仰角摆动，也能通过回转平台的转动实现360度的周向转动，从调节性和稳定性都较好。但是此发明的钻臂也无法实现自由的全方位钻眼需要，其工作范围也仅限于回转的圆周范围和其能上升的最高位置，超过了90度的上下摆动范围以外的眼位都无法实现， 而且底部的行走机构可能会限制其进入一些狭窄或者地形复杂的位置进行工作，这些都极大的限制了其应用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种多自由度液压钻臂，旨在解决狭小环境下的自由角度的钻孔凿岩问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种多自由度液压钻臂，包括基座、左右摆动机构、上下摆动机构、回转机构以及滑动调节机构，所述的左右摆动机构设置在基座上，所述的上下摆动机构与左右摆动机构连接，所述的滑动调节机构通过回转机构与上下摆动机构连接，所述的基座上还固定设置有侧板和固定回转架，所述的左右摆动机构通过侧板和固定回转架与基座连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的基座可安放在不同的行走机构上配合使用。

在本发明一个较佳实施例中，所述的左右摆动机构包括摆动液压缸、万向节和转动架，所述的摆动液压缸的一端与基座上的侧板铰接连接，摆动液压缸的另一端通过万向节和转动架连接，所述的转动架通过轴承和固定回转架连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的摆动液压缸的数量为一个或两个，当摆动液压缸有两个时呈左右对称布置。

在本发明一个较佳实施例中，所述的上下摆动机构包括一级升降臂、一级升降液压缸、二级升降臂和二级升降液压缸，所述的一级升降臂的一端与转动架铰接连接，一级升降臂的另一端与二级升降臂铰接连接，所述的一级升降液压缸的一端和转动架铰接连接，一级升降液压缸的另一端与一级升降臂铰接连接，所述的二级升降臂的一端与一级升降臂铰接连接，二级升降臂的另一端通过法兰盘与回转机构连接，所述的二级升降液压缸的一端与一级升降臂铰接连接，二级升降液压缸的另一端与二级升降臂铰接连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的铰接连接为销轴铰接连接但不限于销轴铰接连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的回转机构包括回转臂马达回转体、三级回转臂和滑架马达回转体，所述的回转臂马达回转体与二级升降臂通过法兰盘连接，所述的三级回转臂的一端与回转臂马达回转体通过法兰盘固定连接，三级回转臂的另一端与滑架马达回转体通过法兰盘固定连接，所述的滑架马达回转体与滑动调节机构通过法兰盘固定连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的回转臂马达回转体和滑架马达回转体作360度的回转动作。

在本发明一个较佳实施例中，所述的滑动调节机构包括滑架、推进液压缸、滑板、钻机和液压卡钎器，所述的滑架与滑架马达回转体通过法兰盘固定连接，所述的推进液压缸设置在滑架内，所述的滑板设置在滑架的上并与推进液压缸相连接，所述的钻机设置在滑板上并通过推进液压缸前后移动，所述的液压卡钎器设置在钻机的前端。

在本发明一个较佳实施例中，所述的钻机采用液压凿岩机。

本发明的有益效果是：本发明的多自由度液压钻臂，一级升降臂和二级升降臂的动作配合以及转动架的角度调节，可以先初步确定钻机的工作位置，将钻机放置于滑板上通过推进液压缸可以实现前后移动，同时通过调节滑架马达回转体实现Y方向的360度回转，而通过调节回转臂马达回转体可实现钻机在X方向的360度回转，从而实现钻机在狭小空间的自由精确定位，这样不用调节一、二级升降臂只需调节尾端的两个马达回转体，从而使得钻机可以在狭小空间中灵活确定工作位置，进而解决了开采的过程中可移动范围小，很难通过首节钻臂的回转和移动来实现尾端钻机钻头的灵活移动、以及操作繁杂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1 是本发明多自由度液压钻臂的一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1实施过程的最低姿态示意图；

图3是图1实施过程的垂直向下姿态示意图；

图4是图1实施过程的水平向前姿态示意图；

图5是图1实施过程的斜向上后45度姿态示意图；

图6是回转臂马达回转体或滑架马达回转体的结构示意图；

图7是图6的组装图；

图8是图1中滑动调解机构的结构示意图；

图9是图8中液压卡钎器的结构示意图；

附图中的标记为：1、基座，2、左右摆动机构，3、上下摆动机构，4、回转机构，5、滑动调解机构，6、侧板，7、固定回转架，8、法兰盘，21、摆动液压缸，22、万向节，23、转动架，31、一级升降臂，32、一级升降液压缸，33、二级升降臂，34、二级升降液压缸，41、回转臂马达回转体，42、三级回转臂，43、滑架马达回转体，51、滑架，52、推进液压缸，53、滑板，54、钻机，55、液压卡钎器，411、后盖法兰，412、配流盘，413、壳体，414、O型垫圈，415、轴承，416、后支撑盘，417、定位法兰，418、轴瓦，419、定齿轮轴，420、键，421、月牙块，422、齿圈，551、卡钎油缸 ，552、卡钎支架 ，553、卡钎杆，554、连杆，555、卡瓦，556、可调限位螺栓。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明实施例包括：

一种多自由度液压钻臂，可模块化安装在行走机构（图未视）上，包括基座1、左右摆动机构2、上下摆动机构3、回转机构4和滑动调解机构5，所述的左右摆动机构2设置在基座1上，所述的上下摆动机构3与左右摆动机构2连接，所述的滑动调节机构5通过回转机构4与上下摆动机构3连接，所述的基座1上还固定设置有侧板6和固定回转架7，所述的左右摆动机构2通过侧板6和固定回转架7与基座1连接。其中，左右摆动机构2能实现90度的左右摆动；上下摆动机构3能实现一定角度的上下摆动；回转机构4可实现360度回转运动；滑动调节机构5可实现线性移动。

上述中，所述的基座1可安放在不同的行走机构上配合使用。行走机构可根据需要进行搭配，在承载力达到的情况下没有特别的限制。所述基座1一方面要可以和行走机构相配合，一方面要负责放置固定回转架7，固定回转架7上有孔以放置轴承，为转动架23提供固定位置，基座1上的侧板6要能和摆动液压缸21进行铰接，为其提供固定位置。

进一步的，所述的左右摆动机构2包括摆动液压缸21、万向节22和转动架23，所述的摆动液压缸21的一端与基座1上的侧板6铰接连接，摆动液压缸21的另一端通过万向节22和转动架23连接，所述的转动架23通过轴承和固定回转架7连接。其中，所述的摆动液压缸21的数量为一个或两个，当摆动液压缸21有两个时呈左右对称布置；所述固定回转架7是焊接在基座1上的，转动架23和固定回转架7上的轴承内圈固定连接，所述固定回转架7和轴承外圈固定连接。

摆动液压缸21也可以做成两侧对称的保证机架回转体的稳定性，但由于摆动液压缸21可以通过液压锁死的方式，防止其在工作过程中发生转动，而且摆动液压缸21并不需要承受太大的力，所以只在一侧设置，但从安全角度也可以做成两侧对称。

基座1上的侧板6的位置是通过计算得到，为了保证钻臂都能左右摆动45度，其位置的确定应根据选用的摆动液压缸21的长度以及万向节22两个销轴的距离以及万向节22中心到转动架23的偏心程度来确定。

本实施例中，回转架包括固定和转动两个部分，固定回转架7用来给转动架23提供位置固定。

所述的上下摆动机构3包括一级升降臂31、一级升降液压缸32、二级升降臂33和二级升降液压缸34，所述的一级升降臂31的一端与转动架23铰接连接，一级升降臂31的另一端与二级升降臂33铰接连接，所述的一级升降液压缸32的一端和转动架23铰接连接，一级升降液压缸32的另一端与一级升降臂31铰接连接，所述的二级升降臂33的一端与一级升降臂31铰接连接，二级升降臂33的另一端通过法兰盘8与回转机构4连接，所述的二级升降液压缸34的一端与一级升降臂31铰接连接，二级升降液压缸34的另一端与二级升降臂33铰接连接。

上述中，所述的铰接连接为销轴铰接连接但不限于销轴铰接连接。

再进一步的，所述的回转机构4包括回转臂马达回转体41、三级回转臂42和滑架马达回转体43，所述的回转臂马达回转体41与二级升降臂33通过法兰盘8连接，所述的三级回转臂42的一端与回转臂马达回转体41通过法兰盘8固定连接，三级回转臂42的另一端与滑架马达回转体43通过法兰盘8固定连接，所述的滑架马达回转体43与滑动调节机构5通过法兰盘8固定连接。其中，所述的回转臂马达回转体41和滑架马达回转体43作360度的回转动作。

如图6和7所示，回转臂马达回转体41和滑架马达回转体43的结构一样，是一种既能正反回转又能承重的装置，具有低速大扭矩的工作特性，如能提供相同的功能，其结构包括但不限于目前这种结构。

所述马达回转体是一种能提供低速大扭矩的承重驱动液压装置，其结构图如图6和7所示，结构类似内啮合齿轮马达，所述马达上有进油口和出油口，包括411后盖法兰、配流盘412、壳体413、O型垫圈414、轴承415、后支撑盘416、定位法兰417、轴瓦418、定齿轮轴419、键420、月牙块421和齿圈422。O型垫圈414设置在壳体413的开口处，由于需要正反转，所以进出油口不是一定的，通过配流盘412和月牙块421对油液的流动进行分配，配流盘412和后盖法兰411是连接在一起的，为了展示方便拆开来示意，其中定齿轮轴419通过键420和配流盘412保持位置的固定，油液流动推动齿圈422的转动，齿圈422和另一端的定位法兰417是连接在一起的，齿圈422通过轴瓦418来支撑齿圈旋转，轴承415和后支撑盘416承担工作过程中的径向载荷，通过液压锁死方式来固定位置，初始位置无特定要求。

如图1和8所示，所述的滑动调节机构5包括滑架51、推进液压缸52、滑板53、钻机54和液压卡钎器55，所述的滑架51与滑架马达回转体43通过法兰盘8固定连接，所述的推进液压缸52设置在滑架51内，所述的滑板53设置在滑架51的上并与推进液压缸52相连接，所述的钻机54设置在滑板53上并通过推进液压缸52前后移动，所述的液压卡钎器55设置在钻机54的前端。其中，所述的钻机54采用液压凿岩机。滑架51中的推进液压缸52使得钻机54可以前后移动，液压卡钎器55可以对钻机54进行夹持起导向和支撑的作用。

所述滑架51其内置有推进液压缸52来驱动放置于滑板53上的液压凿岩机或者其他工程设备前后移动，滑架53的侧面留有可以和滑架马达回转体43连接的螺栓孔。由于推进液压缸52有一定长度，因此在完全收缩状态下工程设备应位于滑架51中部或者滑架51稍后的位置，工程设备位置的固定是通过推进液压缸52锁死的方式来固定的。

所述滑架51上的液压卡钎器55是和液压凿岩机。配套出现的，液压卡钎器55的具体结构如图9所示，包括卡钎油缸551、卡钎支架552、卡钎杆553、连杆554、卡瓦555和可调限位螺栓556，通过对卡钎油缸551的控制和调节可调限位螺栓556来控制开口的大小和夹持程度，如果钻臂上更换其它种类的工程机械，液压卡钎器55可以移除。

如图5的第四种示意工况下的机臂图所示，当需要在此处打孔时，一般的钻机54由于自由度的限制无法实现或者很难实现，而通过钻机54在滑架51上的线性移动以及滑架马达回转体43的周向转动，以及配合回转臂马达回转体41的转动确定打孔位置，从而实现所需的在特殊位置时打孔的功能，无论是小臂上方的部位，还是侧面打孔，这是现有一般的承重钻臂无法实现的，空间狭小情况下，前端的机架回转体只需如前所说粗略调整既可。

本发明中一级升降臂31和二级升降臂33的动作配合，以及转动架23的角度调节，可以先初步确定钻机54的工作位置，将钻机54放置于滑架51导轨的滑板53上，可以实现前后移动，同时通过调节滑架马达回转体43实现Y方向的360度回转，而通过调节回转臂马达回转体41可实现凿岩机在X方向的360度回转，从而实现钻机54在狭小空间的自由精确定位，这样不用调节一、二级升降臂只需调节尾端的两个马达回转体，从而使得钻机54可以在狭小空间中灵活确定工作位置，进而解决了开采的过程中可移动范围小，很难通过首节钻臂的回转和移动来实现尾端钻机钻头的灵活移动、以及操作繁杂的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度液压钻臂，其特征在于，包括基座、左右摆动机构、上下摆动机构、回转机构以及滑动调节机构，所述的左右摆动机构设置在基座上，所述的上下摆动机构与左右摆动机构连接，所述的滑动调节机构通过回转机构与上下摆动机构连接，所述的基座上还固定设置有侧板和固定回转架，所述的左右摆动机构通过侧板和固定回转架与基座连接。

2.据权利要求1所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的基座可安放在不同的行走机构上配合使用。

3.根据权利要求1所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的左右摆动机构包括摆动液压缸、万向节和转动架，所述的摆动液压缸的一端与基座上的侧板铰接连接，摆动液压缸的另一端通过万向节和转动架连接，所述的转动架通过轴承和固定回转架连接。

4.根据权利要求3所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的摆动液压缸的数量为一个或两个，当摆动液压缸有两个时呈左右对称布置。

5.根据权利要求3所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的上下摆动机构包括一级升降臂、一级升降液压缸、二级升降臂和二级升降液压缸，所述的一级升降臂的一端与转动架铰接连接，一级升降臂的另一端与二级升降臂铰接连接，所述的一级升降液压缸的一端和转动架铰接连接，一级升降液压缸的另一端与一级升降臂铰接连接，所述的二级升降臂的一端与一级升降臂铰接连接，二级升降臂的另一端通过法兰盘与回转机构连接，所述的二级升降液压缸的一端与一级升降臂铰接连接，二级升降液压缸的另一端与二级升降臂铰接连接。

6.根据权利要求5所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的铰接连接为销轴铰接连接但不限于销轴铰接连接。

7.根据权利要求5所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的回转机构包括回转臂马达回转体、三级回转臂和滑架马达回转体，所述的回转臂马达回转体与二级升降臂通过法兰盘连接，所述的三级回转臂的一端与回转臂马达回转体通过法兰盘固定连接，三级回转臂的另一端与滑架马达回转体通过法兰盘固定连接，所述的滑架马达回转体与滑动调节机构通过法兰盘固定连接。

8.根据权利要求7所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的回转臂马达回转体和滑架马达回转体作360度的回转动作。

9.根据权利要求7所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的滑动调节机构包括滑架、推进液压缸、滑板、钻机和液压卡钎器，所述的滑架与滑架马达回转体通过法兰盘固定连接，所述的推进液压缸设置在滑架内，所述的滑板设置在滑架的上并与推进液压缸相连接，所述的钻机设置在滑板上并通过推进液压缸前后移动，所述的液压卡钎器设置在钻机的前端。

10.根据权利要求9所述的多自由度液压钻臂，其特征在于，所述的钻机采用液压凿岩机。