本實(shí)用新型涉及豎井傘形鉆機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種傘鉆的大臂自動(dòng)定位裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)采礦工程及地下空間的發(fā)展，豎井開(kāi)挖逐漸增多。在采礦領(lǐng)域，豎井替代斜巷作為工作人員和礦石的進(jìn)出通道，可以節(jié)約占地面積，縮短建造工期和造價(jià)，同時(shí)豎井也是地下工程通風(fēng)必要的構(gòu)造。地下采礦作業(yè)面和地下工程都需要建造豎井作為通道和通風(fēng)井。

豎井鉆爆法施工是目前豎井建造的最主要的方法，傘鉆用來(lái)鉆鑿炮眼，是豎井鉆爆法施工裝備中重要裝備。然而傘鉆鉆臂在更換工作位置時(shí)，需要多個(gè)步驟才能完成，每次更換工作半徑后，需要操縱控制桿進(jìn)行定位與調(diào)垂，而且人工操作調(diào)垂的精度很難控制，鉆鑿的炮眼空間方位與理論設(shè)計(jì)差別較大，難以達(dá)到理想爆破的爆破效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種傘鉆的大臂自動(dòng)定位裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中人工操作困難大，精度低，炮眼空間方位與理論設(shè)計(jì)差別較大的技術(shù)問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種傘鉆的大臂自動(dòng)定位裝置，包括與立柱相連接的轉(zhuǎn)臂、支撐油缸、大臂、調(diào)垂油缸、滑移架、鉆臂、大齒輪；轉(zhuǎn)臂上設(shè)有液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的輸出端與大齒輪相配合，大臂的一端與轉(zhuǎn)臂相連接、另一端與滑移架相連接，支撐油缸的尾端與轉(zhuǎn)臂相連接，支撐油缸的的伸縮端與大臂相連接，調(diào)垂油缸的尾端與大臂相連接，調(diào)垂油缸的伸縮端與滑移架相連接，鉆臂與滑移架相連接，支撐油缸與調(diào)垂油缸串聯(lián)。

所述轉(zhuǎn)臂有三個(gè)且均布在立柱的外圓周面上且與立柱活動(dòng)連接，支撐油缸、大臂、調(diào)垂油缸、滑移架、鉆臂、液壓馬達(dá)各有三個(gè)。

所述支撐油缸的尾端與轉(zhuǎn)臂的下部活動(dòng)連接，調(diào)垂油缸的伸縮端與滑移架的頂端活動(dòng)連接。

所述大臂的一端設(shè)有上連接孔、另一端設(shè)有下連接孔，大臂的中間設(shè)有第一中間孔和第二中間孔，上連接孔、下連接孔、第一中間孔和第二中間孔在同一條直線上；上連接孔與轉(zhuǎn)臂的頂端活動(dòng)連接，下連接孔與滑移架的中部活動(dòng)連接，第一中間孔與支撐油缸的伸縮端相連接，第二中間孔與調(diào)垂油缸的尾端相連接。

所述轉(zhuǎn)臂、支撐油缸、大臂組成的三角形與大臂、調(diào)垂油缸、滑移架組成的三角形相似。

所述鉆臂上設(shè)有鑿巖機(jī)構(gòu)。

所述液壓馬達(dá)與轉(zhuǎn)臂固定連接，液壓馬達(dá)的輸出端設(shè)有小齒輪，小齒輪與大齒輪相嚙合，液壓馬達(dá)上設(shè)有測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角度的多圈絕對(duì)值編碼器。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)傘鉆鉆臂變換工作半徑時(shí)，實(shí)現(xiàn)鉆臂垂直度的自動(dòng)調(diào)整，使鉆臂能夠始終保證垂直，而在需要開(kāi)鑿具有內(nèi)插角或外插角的炮眼時(shí)，鉆梁可以單獨(dú)調(diào)整至所需角度；本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)單，降低工作難度，提高了工作效率；本實(shí)用新型精度較高，使炮眼空間方位與理論設(shè)計(jì)重合，達(dá)到理想爆破效果，確保工作人員安全，降低施工成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型大臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型當(dāng)φ＝0時(shí)的簡(jiǎn)化示意圖。

圖4為本實(shí)用新型當(dāng)φ≠0時(shí)的簡(jiǎn)化示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：如圖1所示，一種傘鉆的大臂自動(dòng)定位裝置，包括與立柱20相連接的轉(zhuǎn)臂1、支撐油缸2、大臂3、調(diào)垂油缸4、滑移架5、鉆臂6、大齒輪7；轉(zhuǎn)臂1上設(shè)有液壓馬達(dá)8，液壓馬達(dá)8的輸出端與大齒輪7相配合，大臂3的一端與轉(zhuǎn)臂1相連接、另一端與滑移架5相連接，支撐油缸2的尾端與轉(zhuǎn)臂1相連接，支撐油缸2的的伸縮端與大臂3相連接，調(diào)垂油缸4的尾端與大臂3相連接，調(diào)垂油缸4的伸縮端與滑移架5相連接，鉆臂6與滑移架5相連接，支撐油缸2與調(diào)垂油缸4串聯(lián)。

實(shí)施例2：如圖1-4所示，一種傘鉆的大臂自動(dòng)定位裝置，包括與立柱20相連接的轉(zhuǎn)臂1、支撐油缸2、大臂3、調(diào)垂油缸4、滑移架5、鉆臂6、大齒輪7；轉(zhuǎn)臂1上設(shè)有液壓馬達(dá)8，液壓馬達(dá)8與轉(zhuǎn)臂1固定連接，液壓馬達(dá)8的輸出端設(shè)有小齒輪，小齒輪與大齒輪7相嚙合，液壓馬達(dá)可帶動(dòng)大齒輪旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)8上設(shè)有測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角度的多圈絕對(duì)值編碼器。大臂3的一端與轉(zhuǎn)臂1相鉸接、另一端與滑移架5相鉸接，支撐油缸2的尾端與轉(zhuǎn)臂1的下部活動(dòng)連接，支撐油缸2的的伸縮端與大臂3相連接，調(diào)垂油缸4的尾端與大臂3相連接，調(diào)垂油缸4的伸縮端與滑移架5的頂端活動(dòng)連接，鉆臂6與滑移架5相連接，支撐油缸2與調(diào)垂油缸4串聯(lián)。所述轉(zhuǎn)臂1有三個(gè)且均布在立柱20的外圓周面上且與立柱活動(dòng)連接，支撐油缸2、大臂3、調(diào)垂油缸4、滑移架5、鉆臂6、液壓馬達(dá)8各有三個(gè)，均布在立柱的外側(cè)，相互之間保持120°的夾角；鉆臂6上設(shè)有鑿巖機(jī)構(gòu)9，鑿巖機(jī)上設(shè)有鉆桿10，滑移架的下方設(shè)有頂緊油缸11，用于打孔時(shí)頂緊地面。所述大臂3的一端設(shè)有上連接孔31、另一端設(shè)有下連接孔32，大臂3的中間設(shè)有第一中間孔33和第二中間孔34，上連接孔31、下連接孔32、第一中間孔33和第二中間孔34在同一條直線上；上連接孔31與轉(zhuǎn)臂1的頂端活動(dòng)連接，下連接孔32與滑移架5的中部活動(dòng)連接，第一中間孔33與支撐油缸2的伸縮端相連接，第二中間孔34與調(diào)垂油缸4的尾端相連接。所述轉(zhuǎn)臂1、支撐油缸2、大臂3組成的三角形與大臂3、調(diào)垂油缸4、滑移架5組成的三角形相似。相似三角形邊長(zhǎng)比值與油缸的面積比值相同，這里，油缸的面積比值是指支撐油缸的有桿腔與調(diào)垂油缸的無(wú)桿腔的面積比值。在支撐油缸伸出運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，調(diào)垂油缸按比例運(yùn)動(dòng)，保證鑿巖機(jī)構(gòu)始終處于平動(dòng)狀態(tài)，同步調(diào)垂；當(dāng)需要開(kāi)鑿具有內(nèi)插角或外插角的炮眼時(shí)，調(diào)垂油缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)鉆梁至所需角度。

傘鉆的大臂自動(dòng)定位方法為：全電腦傘鉆的自動(dòng)模式下，系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)孔位置信息算出各個(gè)油缸伸縮的長(zhǎng)度及馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的角度；每個(gè)鉆孔的位置用極坐標(biāo)（r，θ）或（r，θ，φ）表示，其中φ表示鉆桿鉆進(jìn)角度；

圓周方向上的定位：傘鉆固定好后，三個(gè)大臂回到各自初始位置，相互之間保持120°夾角，進(jìn)行初始位置的標(biāo)定；鉆孔時(shí)根據(jù)每一個(gè)孔位的角度坐標(biāo)θ，推算液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)角度：

θ=β+α，

α是大臂實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度，β=0°、120°、240°，液壓馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度＝大臂轉(zhuǎn)過(guò)的角度×減速比，減速比已知；

半徑方向上的定位：半徑方向上的定位又分為兩種情況，鉆進(jìn)角度φ＝0和φ≠0；

當(dāng)φ＝0時(shí)：鉆桿垂直鉆進(jìn)，需計(jì)算支撐油缸和垂直油缸的伸縮長(zhǎng)度；鉆桿垂直鉆進(jìn)時(shí)，能夠始終保持垂直，支撐油缸和調(diào)垂油缸聯(lián)通，大臂定位時(shí)只需控制其中一個(gè)油缸即；簡(jiǎn)化動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，O點(diǎn)為立柱中心點(diǎn)，M點(diǎn)為炮孔所在位置，B、C、D、E、F、H為結(jié)構(gòu)固定鉸接點(diǎn)，MO即為鉆孔坐標(biāo)中的r，最終目標(biāo)是求出油缸ED和HC的長(zhǎng)度。BK、BJ、KF、FN、EG是做的垂直和水平輔助線。

步驟1：以大臂為斜邊，分別以上連接孔、下連接孔為兩條直角邊的起點(diǎn)，做出一個(gè)直角三角形△BKF，斜邊BF長(zhǎng)度已知且為上連接孔與下連接孔之間的距離，兩個(gè)直角邊BK、BF的長(zhǎng)度已知，∠BFK=arccos（FK/BF），∠KBF=90°-∠BFK；

步驟2：在轉(zhuǎn)臂、支撐油缸、大臂組成的三角形中△BHC中，最短邊BH已知且為上連接孔到支撐油缸與轉(zhuǎn)臂鉸接點(diǎn)之間的距離，最長(zhǎng)邊BC已知且為上連接孔到第一中間孔的距離，由于BH和EF在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中角度不會(huì)發(fā)生變化，所以∠HBK與∠EFG已知，∠HBC=∠HBK+∠KBF，根據(jù)余弦定理：HC²=BH²+HC²-2BH×HC×cos∠HBC，求得支撐油缸總長(zhǎng)度，支撐油缸的總長(zhǎng)度減去油缸本身的長(zhǎng)度，即可求得支撐油缸的伸縮長(zhǎng)度；

步驟3：在大臂、調(diào)垂油缸、滑移架組成的三角形△DEF中，最短邊EF已知且為下連接孔到調(diào)垂油缸與滑移架鉸接點(diǎn)之間的距離，最長(zhǎng)邊FD已知且為下連接孔到第二中間孔的距離，最短邊EF與最長(zhǎng)邊FD之間的角度∠EFD=180°-∠EFG-∠BFK，根據(jù)余弦定理：ED²=FD²+EF²-2×FD×EF×cos∠EFD，求得調(diào)垂油缸總長(zhǎng)度，調(diào)垂油缸的總長(zhǎng)度減去油缸本身的長(zhǎng)度，即可求得調(diào)垂油缸的伸縮長(zhǎng)度；

當(dāng)φ≠0時(shí)：鉆桿斜向鉆進(jìn)，圖中M點(diǎn)仍為炮孔所在位置，通過(guò)鉸接點(diǎn)F做輔助線FN平行于鉆桿，與地面相交于N點(diǎn)，通過(guò)N點(diǎn)做垂線NP垂直于鉆桿，其中OM為鉆孔坐標(biāo)中的r，∠PMN為鉆孔坐標(biāo)中的鉆進(jìn)角度φ。通過(guò)幾何關(guān)系可知，NP為固定值且已知，MN=NP/sin∠PMN，所以O(shè)N=OM-MN。設(shè)O點(diǎn)為（0，0），OM為x軸，OJ為y軸，則N點(diǎn)坐標(biāo)為（ON，0），直線FN斜率已知，所以直線FN方程已知；同時(shí)F點(diǎn)軌跡是以B點(diǎn)（BJ，OJ）為圓心，BF為半徑的圓，圓心半徑均已知，所以圓的方程已知，聯(lián)立直線和圓的方程可以求解出交點(diǎn)F的坐標(biāo)。

求出F點(diǎn)坐標(biāo)后，根據(jù)φ=0的解算方法進(jìn)而可以求出ED和HC的長(zhǎng)度，進(jìn)而求出支撐油缸的伸縮長(zhǎng)度和調(diào)垂油缸的伸縮長(zhǎng)度。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。