ШАХТНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК E21D13/04 

Изобретение относится к горному делу, в частности к средствам механизации трудоемких операций в основных технологических процессах горного производства.

Для механизации работ по монтажу и демонтажу шахтного оборудования, возведению деревянной и железобетонной сборной крепей, ремонту и поддерживанию выработок, поддирке почвы и погрузке горной массы в вагонетки, проведению и очистке дренажных канавок, установке опережающей крепи известна машина "Штрек" [1] снабженная универсальным манипулятором. Недостатками этого манипулятора являются:
громоздкость конструкции, ограничивающая минимальное сечение обслуживаемой выработки 6 м²;
повышенная массивность, требующая мобильной базы, в данном случае - самоходной тележки на рельсовом ходу;
ограниченные манипуляционные возможности, обусловленные использованием гидродомкратов для организации угловых перемещений звеньев.

Известен манипулятор для позиционирования элементов крепи, выбранный в качестве прототипа и содержащий два захвата и два звена, выполненных в виде поступательной кинематической пары [2] Наряду с достоинствами (возможность перемещаться по рамам крепи, простота конструкции, дистанционность управления, низкая материалоемкость) у такого манипулятора есть и недостатки:
низкие манипуляционные возможности, обусловленные отсутствием третьего звена и кинематической пары углового перемещения;
узкая специализация, не позволяющая выполнять другие вспомогательные операции, в частности погрузочно-разгрузочные.

Эти недостатки снижают эффективность использования данного манипулятора при проведении выработок, а следовательно, и всего горного производства.

Цель повышение эффективности горного производства за счет механизации трудоемких ручных работ и вспомогательных операций средствами робототехники с высокими манипуляционными возможностями.

Поставленная цель достигается тем, что в известном манипуляторе, содержащем звенья, кинематически связанные между собой, два равнозначных двухчелюстных захвата, закрепленных с возможностью поворота на концах крайних звеньев симметрично, и шланги, связывающие звенья и захваты с пультом дистанционного управления, каждый захват снабжен съемным страховочным креплением, связывающим челюсти по нормали к оси качания, каждое звено выполнено в виде модуля, содержащего два приводных элемента, ориентированных перпендикулярно друг другу, каждый приводной элемент содержит корпус и вал, поворачивающийся относительно корпуса, приводные элементы в одном модуле соединены корпусом к корпусу, в другом валом к валу, в третьем валом к корпусу, модули соединены последовательно, при этом смежные приводные элементы разных модулей ориентированы взаимно перпендикулярно.

За счет наличия страховочного крепления на каждом захвате манипулятор может быть закреплен на стойке крепи, оставаться в подвешенном состоянии при отсутствии давления в гидросистеме, манипулировать объектами повышенной тяжести. За счет модульной компоновки манипулятор может быть сокращен или наращен в зависимости от характера выполняемой операции, требуемой траектории движения захвата и грузоподъемности. За счет ввода в состав манипулятора приводных элементов, содержащих корпус и вал, вращающийся в нем, увеличены манипуляционные возможности, в частности, манипулятор можно сложить более чем в два раза, что позволяет вписываться в стесненное пространство горных выработок, заставленное оборудованием.

Использование манипулятора на сопряжении лавы с конвейерным штреком позволит механизировать вспомогательные операции, выполняемые в настоящее время вручную: монтаж-демонтаж стойки рамной крепи, крепление приводной головки, монтаж-демонтаж крепи усиления, монтаж опор из бетонных блоков, другие грузоподъемные операции; установка манипулятора на корпусе очистного комбайна (при этом один из захватов демонтируют) позволит механизировать операции: заполнение куполов лесом (в случаях вывалообразований), расштыбовка "карманов" секций механизированной крепи, правка секций крепи, зачистка машинной дороги для организации челноковой схемы выемки (при снабжении дополнительными рабочими органами), другие грузоподъемные операции в лаве; установка манипулятора на сопряжении лавы с вентиляционным штреком позволит механизировать операции по демонтажу стойки рамной крепи, переносу коммуникаций, креплению натяжной головки лавного конвейера, а также извлечь элементы рамной крепи, ранее не извлекавшиеся при погашении вентиляционного штрека.

Таким образом, технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого манипулятора, заключается в повышении эффективности горного производства, безопасности ведения работ, снижении затрат ручного труда.

На фиг 1. показан универсальный манипулятор (фронтальная проекция), на фиг. 2 тот же манипулятор (вид в плане), на фиг. 3 схема расположения мест установки манипулятора на сопряжении лавы с конвейерным штреком.

Манипулятор 1 содержит захват 2, смонтированный на оси 3 и жестко связанный накладками 4 с валом гидродвигателя 5. Корпус гидродвигателя 5 снабжен фланцем 6, которым он при помощи болтовых соединений жестко связан с фланцем 7 корпуса гидродвигателя 8. На шлицевом валу гидродвигателя 8 закреплена втулка фланцевая 9, которая болтовыми соединениями жестко связана с фланцем 10 корпуса гидродвигателя 11. Шлицевой конец вала гидродвигателя 11 жестко связан с валом гидродвигателя 12, корпус которого снабжен фланцем 13. К фланцу 13 болтовыми соединениями прикреплено водило 14, которое шлицевым соединением связано с валом гидродвигателя 15. Корпус гидродвигателя 15 фланцем 16 болтовыми соединениями связан с фланцевой втулкой 17, закрепленной на шлицевом валу гидродвигателя 18, фланец 19 которого связан с фланцем 20 корпуса гидродвигателя 21. Вал гидродвигателя 21 накладками 22 жестко связан с осью 23, на которой смонтирован захват 24. Захват 24 снабжен болтами 25 страховочного крепления и гидродомкратом 26 привода схвата. Захват 24 снабжен болтами 27 страховочного крепления и гидродомкратом 28 привода схвата. В качестве гидродвигателей применяют неполноповоротные гидродвигатели типа ДПГ с углом поворота вала до 3π/4 рад. (270^o.

Манипулятор 1 обладает семью степенями подвижности (не считая захватов), что позволяет механизировать различные ручные операции. В случае выполнения однообразных операций с простой траекторией движения рабочего органа избыточность манипулятора может быть уменьшена за счет сокращения числа приводных элементов, например удаления гидродвигателей 11 и 12 (модуль типа "вал-вал"). При этом фланцевую втулку 9 вала гидродвигателя 8 соединяют болтами с фланцем водила 14.

Манипулятор 1 является универсальным и может использоваться в горных выработках различного назначения. Рассмотрим его работу на сопряжении лавы с конвейерным штреком, где установлено оборудование: крепь усиления 29, лавный конвейер 30, штрековый конвейер 31, рамы 32 арочной крепи, секция 33 механизированной крепи, а также возводят опоры 34 из бетонных блоков (фиг. 3).

Манипулятор 1 захватом 2 закрепляют на стойке 29 крепи усиления конвейерного штрека, например, перед выходом лавы на штрек (зона А)), подключают его гидродвигатели к пульту дистанционного управления, на захват 2 накладывают страховочное крепление 25. По мере подвигания очистного забоя возникает необходимость выполнить следующие операции:
освободить от распора приводную головку лавного конвейера 30;
закрепить приводную головку лавного конвейера 30 после ее передвижки на ширину вынимаемой полосы угля;
демонтировать стойку рамной крепи 32, мешающую зарубке выемочной машины в пласт угля;
установить очередную стойку крепи усиления 29;
Выполнить погрузочно-разгрузочные операции на штрековом конвейере;
демонтировать стойку крепи усиления 29, мешающую передвижке приводной головки лавного конвейера 30.

Оператор, управляя манипулятором 1 посредством дистанционного пульта управления, включает необходимые гидродвигатели, обеспечивающие требуемую траекторию движения захвата 24, выполняет указанные операции механизированно. После выполнения всех операций, кроме последней, в зоне А оператор осуществляет перевод манипулятора на новое место. Для этого манипулятор 1 захватом 24 закрепляют на вновь установленной стойке крепи усиления 29, на захват 24 накладывают страховочное крепление 27. Затем снимают страховочное крепление 25 с захвата 2 и последним демонтируют стойку крепи усиления, на которой манипулятор был установлен ранее. Далее, по мере необходимости, выполняют все вспомогательные операции захватом 2.

Если манипулятор 1 закрепить на стойке крепи усиления в зоне Б (после выхода лавы на штрек), то с его помощью можно механизировать следующие вспомогательные операции: возведение опор 34 из бетонных блоков, восстановление рамной арочной крепи, погрузочно-разгрузочные работы, демонтаж строек крепи усиления. Работа манипулятора в зоне Б осуществляется так же, как в зоне А.

Таким образом, за счет включения в состав манипулятора семи неполноповоротных гидродвигателей его манипуляционные возможности увеличились: манипулятор способен складываться в два раза, манипулировать различными объектами, перемещаться по стойкам крепи. Манипулятор механизирует наиболее трудоемкие ручные вспомогательные операции в выработке, это облегчает труд горнорабочих, повышает его производительность и безопасность, т.е. повышает эффективность горного производства.

Источники информации
1. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник. /Под ред. В.Н. Хорина. 4-е изд. перераб. и доп. М. Недра, 1987, 427 с.

2. Harzer J. et al. Manipulator for the handling of roadway support elements in coal-mining //Mechanizacja i automatizacja Gornictwa. Katowice, 1991, v.9-10, p. 42-46. 1 Konf. Robotics in mining.

Использование: в горном деле при добыче угля из комплексномеханизированных забоев для механизации вспомогательных операций. Манипулятор содержит три звена и два двухчелюстных захвата. Каждое звено выполнено в виде типового модуля, в состав которого входят два приводных элемента, ориентированных перпендикулярно друг другу. Приводной элемент выполнен в виде корпуса и вращающегося в нем вала. Модули в манипуляторе соединены последовательно. При этом оси вращения смежных приводных элементов взаимно перпендикулярны. Захваты снабжены съемным страховочным креплением, связывающим его челюсти по нормали к оси качания. 3 ил.

Шахтный универсальный гидравлический манипулятор, содержащий звенья, кинематически связанные между собой, два равнозначных двухчелюстных захвата, закрепленных с возможностью поворота на концах крайних звеньев симметрично, и шланги, связанные звенья и захваты с пультом дистанционного управления, отличающийся тем, что каждый захват снабжен съемным страховочным креплением, связывающим челюсти по нормали к оси качания, каждое звено выполнено в виде модуля, содержащего два приводных элемента, ориентированных перпендикулярно друг другу, каждый приводной элемент содержит корпус и вал, поворачивающийся относительно корпуса, приводные элементы в одном модуле соединены между собой корпусом к корпусу, во втором валом к валу, в третьем валом к корпусу, модули соединены последовательно, при этом смежные приводные элементы разных модулей ориентированы взаимно перпендикулярно.