掘進鉆車鉆臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種掘進鉆車鉆臂，具體是指一種可實現(xiàn)運動學快速精確逆向數(shù)值求解的新型掘進鉆車鉆臂。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦、黑色和有色等地下礦以及化工、鐵路、水電等部門的巷道或隧道掘進工程中多數(shù)采用掘進鉆車進行打孔，然后填埋炸藥進行爆破。
[0003]目前掘進鉆車工作部分是在能夠利用履帶行走前進的機身上鉸接鉆臂，普通鉆臂結(jié)構(gòu)如圖1所示，鉆臂由釬桿1、滑架2、定向滑道3、支架4、支管5、鉆臂架體6、軸套7和機架8組成，鉆臂具有6個自由度，第1自由度為軸套7相對于機架8左右擺動，第2自由度為鉆臂架體6相對于軸套7上下擺動，第3自由度為支管5相對于鉆臂架體6順向逆向旋轉(zhuǎn)，第4自由度為支架4相對于支管5上下擺動，第5自由度為定向滑道3相對于支架4左右擺動，第6自由度為滑架2相對于定向滑道3伸出和縮回。
[0004]普通鉆臂結(jié)構(gòu)第1和第2自由度、第2和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸交錯(如圖2-4所示)，而第1和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸雖然相交但是隨著鉆臂架體上下擺動兩軸交點是變化的，從而使安裝在支管5上的機構(gòu)的自由度旋轉(zhuǎn)繞軸也是交錯的，使得這種鉆臂結(jié)構(gòu)無法運用數(shù)學方法求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值，對于這種鉆臂結(jié)構(gòu)想要實現(xiàn)自動打眼只能運用計算機進行窮舉搜索的方法找出各自由度參數(shù)值，這種窮舉搜索的方法用時極長，且精度很低(精確到0.01mm計算一組數(shù)據(jù)用時為1-2小時)，不適于工業(yè)化應用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種礦山巷道或工程隧道用掘進鉆車鉆臂，這種鉆臂結(jié)構(gòu)可以運用數(shù)學方法快速精確求解各自由度參數(shù)值，進而可以實現(xiàn)自動定位打眼。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種掘進鉆車鉆臂，包括支管、鉆臂架體、軸套和機架，其中軸套安裝在機架的軸孔中，軸套相對機架以軸套中心線為軸左右擺動，將軸套相對機架的擺動命名為第1自由度，將軸套中心線命名為第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；鉆臂架體通過鉸接套筒鉸接在軸套上，鉆臂架體相對于軸套以鉸接套筒中心線上下擺動，將鉆臂架體相對軸套的擺動命名為第2自由度，將鉸接套筒中心線命名為第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；支管套接在轉(zhuǎn)臂架體前端的管中，支管相對轉(zhuǎn)臂架體以轉(zhuǎn)臂架體中心線正反旋轉(zhuǎn)，將支管相對鉆臂架體的旋轉(zhuǎn)命名為第3自由度，將鉆臂架體中心線命名為第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸、第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸為兩兩相交狀態(tài)，且第1自由度、第2自由度和第3自由度無論如何變化該交點坐標均不變。
[0008]優(yōu)選的，第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸垂直相交。
[0009]優(yōu)選的，第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸垂直相交。
[0010]優(yōu)選的，第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸以及第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸之間相互垂直相交，且相交于一點。
[0011]優(yōu)選的，第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸所在鉸接套筒為對稱焊接在軸套外側(cè)面兩側(cè)的兩個半截鉸接套筒，并且在兩個半截鉸接套筒中各穿一個軸將鉆臂架體與軸套鉸接在一起。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本實用新型所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0013]本實用新型的的鉆臂結(jié)構(gòu)第1、第2和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸相交于一點，且第1、第2和第3自由度無論如何變化該交點均不發(fā)生改變，在這種情況下即使支管前端第4和第5自由度旋轉(zhuǎn)繞軸仍是交錯的，但是已經(jīng)可以運用數(shù)學方法求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值，且用時極快，精度極高，精確到0.00000001mm計算一組數(shù)據(jù)用時為1_2毫秒，該鉆臂結(jié)構(gòu)輔以相應的計算程序?qū)崿F(xiàn)礦山巷道或工程隧道的自動快速精確定位打眼。
【附圖說明】
[0014]圖1是掘進鉆車原鉆臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是掘進鉆車原軸套和原鉆臂架組裝圖；
[0016]圖3A、圖3B、圖3C分別是掘進鉆車原軸套主視、側(cè)視、俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4A、圖4B、圖4C分別是掘進鉆車原鉆臂架主視、側(cè)視、俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5A、圖5B、圖5C分別是本實用新型掘進鉆車軸套主視、側(cè)視、俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6A、圖6B、圖6C分別是本實用新型掘進鉆車鉆臂架主視、側(cè)視、俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7是本實用新型掘進鉆車軸套和新型鉆臂架組裝圖；
[0021]圖8是本實用新型掘進鉆車鉆臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]其中:1、釬桿，2、滑架，3、定向滑道，4、支架，5、支管，6、鉆臂架體，7、軸套，8、機架，
9、鉸接套筒。
【具體實施方式】
[0023]本實用新型涉及一種掘進鉆車鉆臂，包括支管5、鉆臂架體6、軸套7和機架8，其中軸套7安裝在機架8的軸孔中，軸套7相對機架8以軸套7中心線為軸左右擺動，因此將軸套7相對機架8的擺動命名為第1自由度，將軸套7中心線命名為第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；鉆臂架體6通過鉸接套筒9鉸接在軸套7上，鉆臂架體6相對于軸套7以鉸接套筒9中心線上下擺動，將鉆臂架體6相對軸套7的擺動命名為第2自由度，將鉸接套筒9中心線命名為第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；支管5套接在轉(zhuǎn)臂架體6前端的管中，支管5相對轉(zhuǎn)臂架體6以轉(zhuǎn)臂架體6中心線正反旋轉(zhuǎn)，將支管5相對鉆臂架體6的旋轉(zhuǎn)命名為第3自由度，將鉆臂架體6中心線命名為第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；為了解決現(xiàn)有鉆臂結(jié)構(gòu)只能運用計算機進行窮舉搜索的方法找出各自由度參數(shù)值，進而求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值的問題，設計新的鉆臂結(jié)構(gòu)，使其第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸、第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸為兩兩相交狀態(tài)，且第1自由度、第2自由度和第3自由度無論如何變化該交點坐標均不變。
[0024]為簡化計算方法，實現(xiàn)快速計算定位，所述第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸垂直相交，如圖5所示；第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸垂直相交，如圖6所示；第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸以及第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸之間相互垂直相交，且相交于一點，如圖7所示。
[0025]基于上述自由度設計，如圖8所示，鉸接套筒9設置在軸套7上，并且使鉆臂架體6的中心線與鉸接套筒軸線位于同一平面內(nèi)，且相互垂直。具體的，鉸接套筒9為對稱焊接在軸套外側(cè)面兩側(cè)的兩個半截鉸接套筒，并且在兩個半截鉸接套筒中各穿一個軸將鉆臂架體與軸套7鉸接在一起。即使支管5前端的釬桿1、滑架2、定向滑道3、支架4等構(gòu)成的第4和第5自由度旋轉(zhuǎn)繞軸仍是交錯的，已經(jīng)可以運用數(shù)學方法求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值，且用時極快，精度極高，精確到0.00000001mm計算一組數(shù)據(jù)用時為1_2毫秒。
【主權(quán)項】
1.一種掘進鉆車鉆臂，包括支管(5)、鉆臂架體(6)、軸套(7)和機架(8)，其中軸套(7)安裝在機架(8)的軸孔中，軸套(7)相對機架(8)以軸套(7)中心線為軸左右擺動，將軸套(7)相對機架(8)的擺動命名為第1自由度，將軸套(7)中心線命名為第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；鉆臂架體(6)通過鉸接套筒(9)鉸接在軸套(7)上，鉆臂架體(6)相對于軸套(7)以鉸接套筒(9)中心線上下擺動，將鉆臂架體(6)相對軸套(7)的擺動命名為第2自由度，將鉸接套筒(9)中心線命名為第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；支管(5)套接在轉(zhuǎn)臂架體(6)前端的管中，支管(5 )相對轉(zhuǎn)臂架體(6 )以轉(zhuǎn)臂架體中心線正反旋轉(zhuǎn)，將支管(5 )相對鉆臂架體(6 )的旋轉(zhuǎn)命名為第3自由度，將鉆臂架體(6)中心線命名為第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；其特征在于:第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸、第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸為兩兩相交狀態(tài)，且第1自由度、第2自由度和第3自由度無論如何變化交點坐標均不變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進鉆車鉆臂，其特征在于:第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸垂直相交。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進鉆車鉆臂，其特征在于:第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸垂直相交。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進鉆車鉆臂，其特征在于:第1自由度旋轉(zhuǎn)繞軸和第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸以及第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸之間相互垂直相交，且相交于一點。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的掘進鉆車鉆臂，其特征在于:第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸所在鉸接套筒(9)為對稱焊接在軸套(7)外側(cè)面兩側(cè)的兩個半截鉸接套筒，并且在兩個半截鉸接套筒中各穿一個軸將鉆臂架體(6)與軸套(7)鉸接在一起。
【專利摘要】本實用新型公開了一種掘進鉆車鉆臂，具體是指一種可實現(xiàn)運動學快速精確逆向數(shù)值求解的新型掘進鉆車鉆臂，該鉆臂第1、第2和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸為兩兩相交狀態(tài)，且第1、第2和第3自由度無論如何變化交點坐標均不變，在這種情況下即使支管前端第4和第5自由度旋轉(zhuǎn)繞軸仍是交錯的，但是已經(jīng)可以運用數(shù)學方法求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值，且用時極快，精度極高，精確到0.00000001mm計算一組數(shù)據(jù)用時為1-2毫秒。該鉆臂結(jié)構(gòu)輔以相應的計算程序?qū)崿F(xiàn)礦山巷道或工程隧道的自動快速精確定位打眼。
【IPC分類】E21B7/02
【公開號】CN205117213
【申請?zhí)枴緾N201520752952
【發(fā)明人】劉偉, 李樹輝, 姚海峰, 張帥, 杜立云, 王凱明, 李春旺, 賈承鋼, 王保麗, 李偉, 石書婧
【申請人】石家莊煤礦機械有限責任公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年9月25日