机载移动伸缩支护装置

技术领域

本发明涉及一种新型的机载移动伸缩支护装置，可以安装在各类掘进机上部，可以将锚固钻机机构送到工作面，与掘进动作配合作业，实现掘进和锚固一体机功能，属于煤矿巷道掘进设备技术领域。

背景技术

传统的巷道支护一般多采用掘进和支护设备分离模式，支护操作工作人员多，劳动强度高，工作环境恶劣。虽然目前出现了在常规掘进机的截割臂两边或机身两侧加装机载式锚杆钻机的结构形式，能够一定程度上减轻人工作业强度，但是这种形式仍以掘进为主，支护为辅，主要用于中小型巷道。

对于大型巷道，现有方案是将一种移动伸缩支护装置安装在掘进机的中后部之上，利用其中的伸缩臂搭载钻机机构并利用伸缩臂的伸缩运动将钻机机构运送到工作面迎头或收回到掘进机后部上方，实现钻机机构的进退。现有的移动伸缩支护装置的传动系统对煤矿巷道的恶劣工作环境的适应性不强，例如煤粉堆积或堵塞容易导致传动系统故障。另外，随着大型巷道内一次运送实现多点支护需求被提出，伸缩臂悬伸长度变长，对移动伸缩支护装置移动的平稳可靠提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种机载移动伸缩支护装置，其对煤矿巷道的恶劣工作环境的适应性更强，且更能适应大型煤巷快速掘进、高效支护的需求。

本发明的主要技术方案有：

一种机载移动伸缩支护装置，包括底座、行走小车、悬臂主梁、俯仰油缸和钻机机构，所述底座、行走小车和悬臂主梁由下向上依次叠置安装，底座和悬臂主梁均沿前后方向延伸，悬臂主梁的下部和底座的上部分别安装有前后延伸设置的上销排和下销排，行走小车上安装有驱动齿轮和带动驱动齿轮转动的动力源，所述驱动齿轮同时与上销排和下销排啮合，在驱动齿轮与上、下销排的啮合作用下，行走小车能够在所述底座上前后往复行走，带动悬臂主梁能够相对底座前后滑移，所述钻机机构一处与悬臂主梁的前端铰接，另一处与所述俯仰油缸的一端铰接，所述俯仰油缸的另一端与悬臂主梁铰接，所有铰接处的铰接轴线左右水平延伸，在所述俯仰油缸伸缩带动下，所述钻机机构上的顶底支护机构在竖向直立和前后水平两种姿态间转换。

所述底座与行走小车之间还设有下导向结构，所述行走小车与悬臂主梁之间还设有上导向结构。

所述行走小车的前后两端的上部左右两侧各自设有一组上方限位轮组，且左右相对的两组上方限位轮组之间左右对称布置，每组上方限位轮组包括上下两排滚轮组，所述悬臂主梁的下部左、右边缘设置成前后延伸且分别向左、右侧外凸的主梁左侧翼和主梁右侧翼，所述主梁左侧翼和主梁右侧翼分别位于左右两侧的上方限位轮组中上下两排滚轮组之间，并同时与相对应的上下两排滚轮组接触，主梁左侧翼和主梁右侧翼与相对应的上方限位轮组构成所述上导向结构。

所述行走小车的前后两端的下部左右两侧各自设有一组下方限位轮组，且左右相对的两组下方限位轮组之间左右对称布置，每组下方限位轮组包括上下两排滚轮组，所述底座的上部左、右边缘设置成前后延伸且分别向左、右侧外凸的底座左侧翼和底座右侧翼，所述底座左侧翼和底座右侧翼分别位于左右两侧的下方限位轮组中上下两排滚轮组之间，并同时与相对应的上下两排滚轮组接触，底座左侧翼和底座右侧翼与相应的下方限位轮组构成所述下导向结构。

所述主梁左侧翼和主梁右侧翼的上表面优选设有前后延伸的上导轨，上导轨的横截面形状呈上窄下宽的梯形，形成左右两个斜面和中间一个水平面组成的顶面，所述上方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮轮面设置成左右两段圆锥面和中间一段圆柱面，形成内凹梯形的断面轮廓，所述上方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮的两段圆锥面与上导轨的左右两斜面接触，所述上方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮的圆柱面与上导轨的水平面上下正对但不接触。

所述底座左侧翼和底座右侧翼的下表面优选设有前后延伸的下导轨，下导轨的横截面形状呈上宽下窄的梯形，形成左右两个斜面和中间一个水平面组成的底面，所述下方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮轮面设置成左右两段圆锥面和中间一段圆柱面，形成内凹梯形的断面轮廓，所述下方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮的两段圆锥面与下导轨的左右两斜面接触，所述下方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮的圆柱面与下导轨的水平面上下正对但不接触。

所述上方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮和下方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮均为圆柱形。

所述主梁左侧翼和主梁右侧翼的下表面可以各自设有前后延伸的主梁耐磨平板，上方限位轮组中的下排滚轮组与主梁耐磨平板接触，所述底座左侧翼和底座右侧翼的上表面可以各自设有前后延伸的底座耐磨平板，下方限位轮组中的上排滚轮组与底座耐磨平板接触。

所述行走小车包括左侧板和右侧板，所述动力源安装在左侧板或右侧板上，并位于行走小车的左或右的外侧。所述驱动齿轮位于左、右侧板之间。上方限位轮组和下方限位轮组成对安装在左、右侧板上并位于左、右侧板外侧。

所述动力源采用低转速大扭矩的电机或液压马达，所述动力源直接带动所述驱动齿轮。

本发明的有益效果是：

本发明可以独立搭载于巷道掘进机上，用以在巷道支护工序中自动将锚杆钻机平稳地运送至迎头，并通过控制俯仰油缸的伸缩，自动实现顶底支护机构在工作状态和收回状态之间转换，不仅能减轻人工作业强度，还能实现作业的精准，顶底支护机构收回后不占用巷道掘进机截割区域，不影响截割作业。

行走小车与底座之间、悬臂主梁与行走小车之间通过驱动齿轮与销排的啮合实现相互间的相对直线往复移动，连接处结构简单，相比齿轮传动、链传动等不仅承载能力提高，而且对环境要求更低，工作可靠性更高，能更好地适应煤巷重载恶劣环境。

通过在行走小车上设置上方限位轮组和下方限位轮组，以及在悬臂主梁上设置主梁侧翼、在底座上设置底座侧翼，实现了底座与行走小车之间、行走小车与悬臂主梁之间的移动导向和精确的限位，保证两组前后水平直线往复运动的直线方向不发生偏斜。并且导向结构本身摩擦力小，不会妨碍上述两组直线往复运动，保证了运动的顺滑。

上、下排滚轮组内优选设置多个滚轮，附图所示实施例中是成对设置的，滚轮组内滚轮数量多，相当于增加了接触点，多点分散受力，延长滚轮的使用寿命。在此基础上，可以减小单个滚轮的尺寸，使支护装置的结构更为紧凑。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的立体结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的主视图；

图3是图2中所述悬臂主梁和俯仰油缸的立体结构示意图；

图4是图2中所述行走小车的立体结构示意图；

图5是图2中所述底座的立体结构示意图；

图6是图2中所述钻机机构的立体结构示意图；

图7是图2的A-A剖视图；

图8是所述机载移动伸缩支护装置安装在某掘进机的主机后上方并处于停放位置时的状态示意图；

图9是所述机载移动伸缩支护装置安装在某掘进机的主机后上方并处于的最长悬臂工作位置时的状态示意图。

附图标记：

A.机载移动伸缩支护装置；B.掘进机；

1.悬臂主梁；1-1.上销排；1-2.主梁侧翼；

2.行走小车；2-1.驱动齿轮，2-2.液压马达，2-3.上方限位轮组，2-4.下方限位轮组；

3.底座；3-1.下销排；3-2.底座侧翼；

4.钻机机构；4-1.顶底支护机构；

5.俯仰油缸。

具体实施方式

本发明公开了一种机载移动伸缩支护装置A，如图1-9所示，包括底座3、行走小车2、悬臂主梁1、俯仰油缸5和钻机机构4。所述底座是所述机载移动伸缩支护装置的安装基础，所述机载移动伸缩支护装置可通过所述底座独立安装于巷道掘进机B的上部顶面，可以用垫块调平，用螺栓紧固。所述底座、行走小车和悬臂主梁由下向上依次叠置安装。所述底座和悬臂主梁均为细长形状，二者延伸方向相同，为了便于描述，将所述底座和悬臂主梁的延伸方向定义为前后方向。当所述机载移动伸缩支护装置安装在掘进机上时，其是沿着掘进机的前后方向延伸设置的。悬臂主梁的下部和底座的上部分别安装有前后延伸设置的上销排1-1和下销排3-1，行走小车上安装有驱动齿轮2-1和带动驱动齿轮转动的动力源。所述驱动齿轮同时与上销排和下销排啮合。在驱动齿轮与上、下销排的啮合作用下，当驱动齿轮转动时，行走小车能够在所述底座上前后往复行走，带动所述悬臂主梁也能够相对行走小车前后滑移，进而实现悬臂主梁相对底座的移动伸缩。在图2视角下，当驱动齿轮逆时针转动时，悬臂主梁相对底座以行走小车相对底座的两倍的速度向前滑移。

所述钻机机构一处可通过销轴与悬臂主梁的前端铰接，另一处与所述俯仰油缸的一端铰接，所述俯仰油缸的另一端与悬臂主梁铰接。附图所示实施例中，悬臂主梁与钻机机构的铰接处位于其与俯仰油缸铰接处的前上方。上述各铰接处的铰接轴线均为左右水平延伸。所述悬臂主梁可带动钻机机构前后滑移。所述钻机机构用于搭载锚杆钻机，不支护时，锚杆钻机位于巷道掘进机机身的后上方，不占用截割空间区域，需要支护时，悬臂主梁向前滑移将锚杆钻机送到工作区域，由此实现锚杆支护工作时锚杆钻机的运输任务。钻机机构可以根据需要设置2个或4个锚杆钻机，附图所示实施例中所述钻机机构左右各有一个锚杆钻机的设置位置。所述俯仰油缸伸缩可带动钻机机构翻转。在所述俯仰油缸伸缩带动下，所述钻机机构上的顶底支护机构在竖向直立和前后水平两种姿态间转换。本实施例中所述俯仰油缸处于收缩极限状态时，所述钻机机构的顶底支护机构4-1处于竖向直立状态(参见图9)，即钻机机构进入支护或支护准备的工作状态，当俯仰油缸处于外伸极限状态时，钻机机构处于收回的非工作状态(参见图8)。所述俯仰油缸优选用于实现钻机机构在0°至90°之间的翻转。因此处于收回状态时，钻机机构的顶底支护机构4-1通常是水平的。由于底座通常水平安装，因此当俯仰油缸处于外伸和收缩极限状态时，钻机机构的顶底支护机构分别与悬臂主梁的延伸方向平行和垂直。

行走小车与底座之间、悬臂主梁与行走小车之间通过驱动齿轮与销排的啮合实现相互间的相对直线往复移动，连接处结构简单，相比齿轮传动、链传动等不仅承载能力提高，而且对环境要求更低，工作可靠性更高，能更好地适应煤巷重载恶劣环境。

驱动齿轮和上下销排表层都经过硬度强化处理和防腐处理，进一步延长机载移动伸缩支护装置的寿命。

所述底座与行走小车之间、所述行走小车与悬臂主梁之间还分别设置下导向结构和上导向结构，分别用于确保行走小车与底座之间、悬臂主梁与行走小车之间的相对往复移动能够沿着前后直线方向。

所述行走小车的前后两端的上部左右两侧各自设有一组上方限位轮组2-3，且左右相对的两组上方限位轮组之间左右对称布置。每组上方限位轮组包括上下两排滚轮组。所述悬臂主梁的下部左、右边缘设置成前后延伸且分别向左、右侧外凸的主梁左侧翼和主梁右侧翼，可统一称为主梁侧翼1-2。所述主梁左侧翼和主梁右侧翼分别位于左右两侧的上方限位轮组中上下两排滚轮组之间，并同时与相对应的上下两排滚轮组接触。主梁左侧翼和主梁右侧翼与相对应的上方限位轮组构成所述上导向结构。悬臂主梁相对行走小车前后滑移的过程中，悬臂主梁在上下两排滚轮组的滚轮滚动引导下保持前后水平直线移动轨迹。

所述行走小车的前后两端的下部左右两侧各自设有一组下方限位轮组2-4，且左右相对的两组下方限位轮组之间左右对称布置。每组下方限位轮组包括上下两排滚轮组。所述底座的下部左、右边缘设置成前后延伸且分别向左、右侧外凸的底座左侧翼和底座右侧翼，可统一称为底座侧翼3-2。所述底座左侧翼和底座右侧翼分别位于左右两侧的下方限位轮组中上下两排滚轮组之间，并同时与相对应的上下两排滚轮组接触。底座左侧翼和底座右侧翼与相应的下方限位轮组构成所述下导向结构。行走小车相对底座前后移动的过程中，行走小车在下方限位轮组中的上下两排滚轮组的滚轮滚动引导下保持前后水平直线移动轨迹。

采用上方限位轮组和下方限位轮组参与实现导向功能，行走小车与底座和悬臂主梁之间为滚动摩擦，行走导向时摩擦力更小，使两组前后水平往复运动更平顺。

在行走小车的前后两端分设两组上方限位轮组和两组下方限位轮组，使上下导向结构能在尽可能长的距离范围内发挥直接作用。类似地，可以尽量采用长度更长的行走小车，有利于降低每个滚轮的受力。

进一步地，所述主梁左侧翼和主梁右侧翼的上表面优选各自设有前后延伸的上导轨，上导轨的横截面形状呈上窄下宽的梯形，形成左右两个斜面和中间一个水平面组成的顶面。所述上方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮轮面设置成左右两段圆锥面和中间一段圆柱面，形成内凹梯形的断面轮廓。所述上方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮的两段圆锥面与上导轨的左右两斜面接触，所述上方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮的圆柱面与上导轨的水平面上下正对但不接触。上方限位轮组中的上排滚轮组与上导轨之间的接触滚动是上导向的核心。

所述底座左侧翼和底座右侧翼的下表面各自设有前后延伸的下导轨，下导轨的横截面形状呈上宽下窄的梯形，形成左右两个斜面和中间一个水平面组成的底面。所述下方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮轮面置成左右两段圆锥面和中间一段圆柱面，形成内凹梯形的断面轮廓。所述下方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮的两段圆锥面与下导轨的左右两斜面接触，所述下方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮的圆柱面与下导轨的水平面上下正对但不接触。下方限位轮组中的下排滚轮组与下导轨之间的接触滚动是下导向的核心。

在上导轨和下导轨上设置左右两斜面，可以保证相关的直线往复运动不向左右方向偏离，使所述机载移动伸缩支护装置更适合煤巷重载恶劣环境。

所述上方限位轮组和下方限位轮组中的上、下排滚轮组的滚轮优选采用两种不同规格的滚轮。所述上方限位轮组中的下排滚轮组的滚轮和下方限位轮组中的上排滚轮组的滚轮可以采用圆柱形滚轮，以更为简单的结构获得更高的承载力。设置成上述内凹梯形断面轮廓的滚轮的主要作用是导向，同时兼顾承载。

滚轮和相应滚轮轴之间装有轴承，轴承可选滑动轴承或滚动轴承。滚轮直径相同的情况下，滑动轴承可承受的力更大，结构尺寸可以更小、密封结构更简单。轴承优选采用密封轴承，提高工作可靠性。

相应地，所述主梁左侧翼和主梁右侧翼的下表面均优选设有前后延伸的主梁耐磨平板，上方限位轮组中的下排滚轮组与主梁耐磨平板接触；所述底座左侧翼和底座右侧翼的上表面均优选设有前后延伸的底座耐磨平板，下方限位轮组中的上排滚轮组与底座耐磨平板接触。由于主梁耐磨平板和底座耐磨平板都经过耐磨处理，可保持较长的使用寿命。同样，上导轨和下导轨的左右两斜面也优选经过耐磨处理。

所述悬臂主梁的主体和底座的主体均优选为矩形横截面的中空箱型结构，以保持较高的刚性，尤其对于悬臂主梁来说，可尽量减小悬臂主梁伸缩时悬臂部分的变形量。可以通过在悬臂主梁的内腔前后间隔设置众多的加强筋板来提高悬臂主梁的刚度，使悬臂主梁可以适应更大的悬伸，可搭载更多的钻机，来满足大型煤巷内多点支护的需要。本实施例中的悬臂主梁在悬伸5米的情况下可以承受4吨的钻机机构载荷。

对于悬臂主梁，其箱型结构的底板向左右方向悬伸超出箱体的左右侧面，超出部分构成了所述主梁左侧翼和主梁右侧翼的基础结构。所述上导轨安装在所述超出部分的上表面，所述主梁耐磨平板固定在所述超出部分的下表面，所述上导轨、主梁耐磨平板和所述超出部分一起构成了所述主梁左侧翼和主梁右侧翼。对于底座，其箱型结构的顶板向左右方向悬伸超出箱体的左右侧面，超出部分构成了所述底座左侧翼和底座右侧翼的基础结构。所述下导轨安装在所述超出部分的下表面，所述底座耐磨平板固定在所述超出部分的上表面，所述下导轨、底座耐磨平板和所述超出部分一起构成了所述底座左侧翼和底座右侧翼。

所述上销排通过支架安装在悬臂主梁的底板的下方，所述下销排通过支架安装在底座的顶板的上方。所述上销排在前后左右方向上均位于悬臂主梁的底板的中部，所述下销排在前后左右方向上均位于底座的顶板的中部。

所述行走小车可以包括左侧板和右侧板，所述动力源安装在左侧板或右侧板上，所述驱动齿轮位于左、右侧板之间。具体可以是动力源的输出端与一传动轴的一端同轴固定连接，传动轴的另一端旋转连接在右侧板或左侧板上，驱动齿轮同轴套设并固定在传动轴上。

所述上方限位轮组和下方限位轮组成对安装在左、右侧板上，且各个滚轮均位于相应的左侧板或右侧板的外侧，即左侧板的左侧或右侧板的右侧。

无论是上方限位轮组还是下方限位轮组，其中的上排滚轮组和下排滚轮组中都优选包括前后成对设置的多个同规格滚轮，以增加支点，多点分散受力，延长滚轮的使用寿命，还能减小单个滚轮的尺寸，使支护装置的结构更为紧凑。

所述动力源可以采用低转速大扭矩的电机或液压马达2-2。所述动力源直接带动所述驱动齿轮，即动力源与驱动齿轮之间不设置减速机构，因此所述传动系统结构更为简单、紧凑，故障点更少，工作可靠性更高。

所述机载移动伸缩支护装置的整体高度小于1m，行走小车走到前部极限位置时，悬臂主梁的悬臂长度为5m，悬臂主梁前段承受重量大于4吨，悬臂主梁变形很小。

本发明可将钻机机构向前推送悬臂约5米，钻机机构上可以配置多组钻机，例如2组或者4组。本装置一次伸出固定好后，即可停止不动，让前部的钻机将一个大型煤巷的一到两个支护排距全部支护完毕。

本发明可以用于宽度大于4.5米、高度大于2.7米的大型煤巷中进行一次多点支护。