Манипулятор для бурильной машины

Изобретение относится к горному машиностроению и может быть использовано в бурильных машинах, горнопроходческих комбайнах для подземной добычи горной массы. Манипулятор для бурильной машины содержит поперечную балку с возможностью установки ее на корпус машины, к которой присоединена телескопическая балка с возможностью подачи ее вдоль оси машины и перемещения вдоль поперечной балки. Поворотно-зажимное устройство установлено на конце телескопической балки со стороны забоя. Шарнирно-параллелограммный механизм подъема с приводом, на шатуне которого установлено устройство бурения и анкерования. Шарнирно-параллелограммный механизм подъема основанием кинематически связан с поворотно-зажимным устройством с возможностью совершения оборота на 360° в плоскости, параллельной плоскости забоя. Достигается технический результат – обеспечение бурения группы шпуров без переналадки манипулятора и компенсации отхода устройства бурения и анкерования для каждого последующего шпура такой группы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Техническое решение относится к горному машиностроению и может использоваться в бурильных машинах, горнопроходческих комбайнах для подземной добычи горной массы.

Уровень техники

Из уровня техники известен манипулятор для бурильных машин, который обеспечивает бурение параллельных шпуров, содержащий шарнирно-параллелограммные механизмы подъема и поворота направляющей балки бурильной машины, ребра шарнирно-параллелограммного механизма подъема соединены соответственно со средней частью шатуна этого механизма и со средней частью основания, которое принадлежит механизму поворота. Приводы шарнирно-параллелограммных механизмов подъема и поворота направляющей балки устройства бурения и анкерования выполнены в виде гидроцилиндров [Патент СССР № 1209844, приоритет 09.01.1984 г., опубл. 07.02.1986 г., бюл. № 5].

Недостатком манипулятора является то, что данная конструкция предназначена только для подъема в вертикальной плоскости и поворота в горизонтальной плоскости направляющей балки с установленным на ней устройством бурения и анкерования, что ограничивает область бурения шпуров, например, ниже этой горизонтальной плоскости.

Из уровня техники известен манипулятор для бурильных машин, включающий шарнирно-параллелограммный механизм поворота, шарнирно-параллелограммный механизм подъема с вертикальным шарниром, направляющую балку с бурильной машиной и приводы поворота и подъема, манипулятор снабжен вспомогательным вертикальным параллелограммом, на шатуне которого закреплена направляющая балка, и вторым приводом подъема, а вертикальный шатун шарнирно-параллелограммного механизма подъема выполнен в виде подвижной платформы, служащей основанием для вспомогательного параллелограмма, работающего независимо от шарнирно-параллелограммного механизма подъема, и опорой для приводов подъема стрелы [Патент РФ № 2143050, приоритет 15.05.1998 г. опубл. 20.12.1999 г.].

Недостатком данного манипулятора является то, что конструкция сложна, содержит много шарнирно-параллелограммных механизмов, а также, как и предыдущий манипулятор, ограничивает область бурения шпуров, например, ниже основания, которое неподвижно соединено с буровым агрегатом, т.е. ниже горизонтальной плоскости, в которой осуществляет движение шарнирно-параллелограммный механизм поворота.

Из уровня техники известен, представленный на Лондонской выставке горного оборудования в 1972 г. фирмой «Секома», съемный, универсальный, манипулятор, имеющий до восьми степеней свободы. Конструкция манипулятора 1THS 1500А предусматривала 4 движения стрелы: подъем А, поворот Ж с помощью гидродомкратов двойного действия, удлинение стрелы Е на 1 м и ее вращение Б на 360°. У устройства бурения и анкерования этого манипулятора предусмотрено три степени свободы: ориентация в пространстве по двум осям Г, Д и подача В - цепная на 3,2 м от домкрата двойного действия [Лыхин П.А. Тоннелестроение и бурение шпуров и скважин в XIX и XX вв. Екатеринбург: РАН, Уральское отделение, Горный институт, 2002, 307 с.].

К недостаткам данного манипулятора можно отнести сложность конструкции, что усложняет управление всеми видами движений, а также наличие "мертвых" зон при бурении, когда конструкция манипулятора не позволяет бурить параллельные шпуры, близко расположенные к контуру и почве выработки и др.

Все перечисленные недостатки в приведенных выше известных манипуляторах буровых машин приводят в итоге к увеличению времени на переналадку бурильной машины от шпура к бурению следующего шпура.

Из уровня техники известна, взятая в качестве ближайшего аналога, горнопроходческая машина с анкероустановщиком, в состав манипулятора которой входит закрепленная на раме машины поперечная балка с телескопическим валом, установленным с возможностью раздвижки вдоль продольной оси машины и возможностью перемещения вдоль поперечной балки, установленное на конце телескопического вала со стороны забоя поворотно-зажимное устройство и кинематически связанное с ним устройство бурения и анкерования [Патент Украины № 128629, приоритет от 20.04.2018, опубл. 25.09.2018, бюл. № 18/2018].

К недостаткам данного манипулятора можно отнести длительность переналадки бурильной машины от шпура к бурению следующего шпура.

Задача

Создать простую конструкцию манипулятора для бурильной машины, которая позволит минимизировать затраты времени на вспомогательные операции, такие как переналадка устройства бурения и анкерования от шпура к бурению следующего шпура, компенсация отхода устройства бурения и анкерования.

В результате решения данной задачи будет получен технический результат, который заключается в создании конструкции, которая обеспечит бурение группы шпуров без перенастройки манипулятора и компенсации отхода устройства бурения и анкерования для каждого последующего шпура такой группы.

Достижение заявленного технического результата обеспечит техническому решению потребительские свойства: сокращения затрат времени на вспомогательные операции и упрощение управления манипулятором.

Раскрытие изобретения

Решение поставленной задачи достигается тем, что в уже известном манипуляторе для бурильной машины, который содержит поперечную балку (2), с возможностью установки ее на корпус машины (1), к которой присоединена телескопическая балка (3) с возможностью подачи ее вдоль оси (X) машины и перемещения вдоль поперечной балки (2), установленное на конце телескопической балки (3) со стороны забоя (4) поворотно-зажимное устройство (5), и шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) с приводом (9), на шатуне (11) которого установлено устройство бурения и анкерования (6), в соответствии с изобретением предлагается шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) основанием (13) кинематически соединить с поворотно-зажимным устройством (5) с возможностью совершения оборота на 360° в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4). Кроме этого предлагается:

- на шатун (11) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) установить механизмом вращения (8) устройства бурения и анкерования (6) с возможностью вращения последнего в плоскости, перпендикулярной плоскости шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7);

- привод (9) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) выполнить в виде гидродомкрата;

- устройство бурения и анкерования (6) установить в направляющих (10) с возможностью продольного перемещения в них;

- шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) снабдить механизмом наклона в виде гидродомкрата (15), шарнирно связанного с шатуном (11) и рычагом (14), который в свою очередь закреплен на механизме вращения (8).

Причинно-следственная связь между техническим результатом и вновь введенными существенными признаками поясняется следующим. Объединение в один блок устройства бурения и анкерования (6) и шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7), который сможет совершать оборот на 360° в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4), позволяет один раз произвести настройку манипулятора на бурение шпура, в поверхность забоя (4), а бурение всех последующих шпуров данной группы выполнять по диаметру (D₁), вращая шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) совместно с устройством бурения и анкерования (6) поворотно-зажимным устройством (5) на 360° в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4).

В результате, для группы шпуров одного диаметра (D₁), отсутствует отход устройства бурения и анкерования (6) от поверхности забоя (4), т.е. не нужно подавать дополнительную команду и тратить время на компенсацию этого отхода. Для настройки блока на следующую группу шпуров диаметра (D_n), необходимо приводом (9) в виде гидродомкрата шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) установить устройство бурения и анкерования (6) на новый диаметр (D_n), при этом компенсацию отхода устройства бурения и анкерования (6) производят телескопической балкой (3) один раз для новой группы шпуров, которые выполняют по диаметру (D_n), и так далее по схеме бурения выработки. Таким образом, достигается заявленный технический результат: обеспечение бурения группы шпуров без переналадки манипулятора и компенсации отхода устройства бурения и анкерования для каждого последующего шпура такой группы, и потребительские свойства: сокращения затрат времени на вспомогательные операции и упрощение управления манипулятором.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления предлагаемой техническим решением конструкции схематично показаны на фигурах, где на:

- фиг. 1 показан манипулятор для бурильной машины в рабочем положении во время бурения параллельных шпуров в плоскость забоя (вид сбоку);

- фиг. 2 показан манипулятор для бурильной машины в рабочем положении во время бурения параллельных шпуров в кровлю выработки;

- фиг. 3 показан манипулятор для бурильной машины в рабочем положении во время бурения наклонных шпуров в плоскость забоя (вид сбоку).

1 - корпус машины;

2 - поперечная балка;

3 - телескопическая балка;

4 - забой;

5 - поворотно-зажимное устройство;

6 - устройство бурения и анкерования;

7 - шарнирно-параллелограммный механизм подъема;

8 - механизм вращения;

9 - привод;

10 - направляющая;

11 - шатун;

12 - кровля;

13 - основание;

14 - рычаг;

15 - гидродомкрат;

16 - грунт;

17 - борт.

Промышленная применимость

Осуществление технического решения показано на примерах (фиг. 1-3), которые не являются исключительными, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата.

Манипулятор для бурильной машины состоит из поперечной балки (2), которую устанавливают на корпус машины (1), бурильной или горнопроходческой. Перпендикулярно к поперечной балке (2), присоединяют телескопическую балку (3) которая выполнена с возможностью подачи вдоль продольной оси (X) машины, т.е. вдоль выработки, и перемещения вдоль поперечной балки (2), т.е. поперек выработки. На конце телескопической балки (3) со стороны забоя (4) устанавливают поворотно-зажимное устройство (5), к которому присоединяют основание (13) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7), а на шатун (11) устанавливают устройство бурения и анкерования (6), оснащенное направляющими (10), вдоль которых устройство может перемещаться. В качестве привода (9) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) используют гидродомкрат (фиг. 1).

Как вариант исполнения, шатун (11) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) снабжают механизмом вращения (8), на котором устанавливают устройство бурения и анкерования (6), которое может вращаться в плоскости, перпендикулярной плоскости шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) (фиг. 1). Наличие механизма вращения (8) позволяет выполнять бурение веерных шпуров в кровлю (12), борта (17) и, в случае необходимости, в грунт (16) выработки, осуществляя поворот на 360° шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) с устройством бурения и анкерования (6) в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4) (фиг. 2).

Для осуществления бурения непараллельных шпуров в грудь забоя (4) манипулятор дополнительно оснащают механизмом наклона в виде гидродомкрата (15), шарнирно связанного с шатуном (11) и рычагом (14), который в свою очередь закреплен на механизме вращения (8) (фиг. 3).

Работает заявляемый манипулятор для бурильной машины следующим образом. На корпус машины (1), бурильной или горнопроходческой, устанавливают манипулятор (фиг. 1, фиг. 2, 3). Осуществляют подачу всей машины к забою (4), затем производят настройку манипулятора на бурение первого шпура из группы, например, диаметра (D₁), в грудь забоя (4) (фиг. 1). Для этого включают гидросистему подачи составных частей манипулятора. Устройство бурения и анкерования (6), которое установлено на шатуне (11) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7), приводом (9) в виде гидродомкрата, устанавливают в первую точку бурения шпуров на диаметре (D₁). Телескопической балкой (3) подают настроенный на диаметр (D₁) шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) с устройством бурения и анкерования (6) вдоль выработки до соприкосновения бурильного инструмента с первой точкой бурения в плоскости (F) забоя (4). Выполняют бурение. Далее обороты от поворотно-зажимного устройства (5) передают на основание (13) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7), происходит поворот последнего на 360° в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4), а вместе с ним и закрепленного на шатуне (11) устройства бурения и анкерования (6). Таким образом, производят бурение всех шпуров, указанных в схеме и расположенных на диаметре (D₁).

Затем выполняют перенастройку манипулятора для бурильной машины на следующий диаметр (D_n) аналогично настройке на диаметр (D₁).

В соответствии с независимым пунктом формулы изобретения, манипулятор для бурильной машины выполняет бурение параллельных шпуров в грудь забоя (4) группами диаметров (D₁), … (D_n) по заданной схеме бурения, обеспечивая заявленный технический результат (фиг. 1).

Дополнительная опция в виде наличия на шатуне (11) механизма вращения (8) устройства бурения и анкерования (6) расширяет спектр буровых работ и позволяет выполнять бурение веерных шпуров в любую часть выработки: кровлю (12), борта (17) и грунт (16). При этом поворот устройства бурения и анкерования (6) осуществляют механизмом вращения (8) на какой-либо заданный угол, а далее получают веерные шпуры, поворачивая на 360° шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4).

Для осуществления бурения наклонных (непараллельных) шпуров в грудь забоя (4) устройство бурения и анкерования (6) механизмом наклона в виде гидродомкрата (15) и рычага (14) устанавливают под необходимым углом (β) и производят бурение группы шпуров под углом (β) по диаметру (D₂), поворачивая на 360° шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4) (фиг. 3).

Заявляемый манипулятор для бурильной машины можно изготовить известными средствами с использование современных технологий, поэтому техническое решение является промышленно применимым.

Для специалиста из предыдущего описания вытекают некоторые модификации манипулятора для бурильной машины, которые попадают в область защиты прилагаемых пунктов формулы изобретения.

1. Манипулятор для бурильной машины, содержащий поперечную балку (2), с возможностью установки ее на корпус машины (1), к которой присоединена телескопическая балка (3) с возможностью подачи ее вдоль оси (X) машины и перемещения вдоль поперечной балки (2), установленное на конце телескопической балки (3) со стороны забоя (4) поворотно-зажимное устройство (5), и шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) с приводом (9), на шатуне (11) которого установлено устройство бурения и анкерования (6), отличающийся тем, что шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) основанием (13) кинематически связан с поворотно-зажимным устройством (5) с возможностью совершения оборота на 360° в плоскости, параллельной плоскости (F) забоя (4).

2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что на шатун (11) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) шарнирно установлен механизм вращения (8) устройства бурения и анкерования (6) с возможностью вращения последнего в плоскости, перпендикулярной плоскости шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7).

3. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что привод (9) шарнирно-параллелограммного механизма подъема (7) выполнен в виде гидродомкрата.

4. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство бурения и анкерования (6) установлено в направляющих (10) с возможностью продольного перемещения в них.

5. Манипулятор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что шарнирно-параллелограммный механизм подъема (7) снабжен механизмом наклона в виде гидродомкрата (15), шарнирно связанного с шатуном (11) и рычагом (14), который в свою очередь закреплен на механизме вращения (8).