【技术实现步骤摘要】
超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置
[0001]本专利技术专利涉及硬岩巷道超前切槽再截割的组合破碎方法与机构学领域，具体是一种超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置。
技术介绍
[0002]《工程岩体分级标准》GB50218
‑
94中按岩石坚硬程度划分为硬质岩与软质岩，硬质岩又细分为坚硬岩(如花岗岩、正长岩、闪长岩、石英岩等)与较坚硬岩(大理岩、白云岩、板岩等)，本专利中所谓的硬岩是普氏系数在6～15之间的各种岩石。掘进机中的全断面掘进机虽有许多优点但无法开出近似矩形拱顶的巷道断面。掘进机中的部分断面掘进机，分为纵轴式悬臂掘进机与横轴式悬臂掘进机，纵轴式悬臂掘进机可开出需要的巷道断面但需要许多次左右上下循环摆动以完成全断面的截割，掘进速度相对较慢；横轴式悬臂掘进机也可开出需要的巷道截面，但在巷道推进方向的几何形状为近似内凹球冠，相对于断面形状为平面的路径长功耗多耗时长，由于采用一根轴驱动两侧的截割头，待破碎岩石只有一个自由面，被截割岩石在上方岩石的压力作用下，抗剪强度没有得到明显削弱，破碎速度很难提高，同时截割阻力矩大导致截割臂升降油缸的工作力大以及结构尺寸大否则刚度低，为了克服当前横轴式悬臂掘进机两侧的截割头为同一根轴驱动的不足等问题，将截割头设计为左节截割头与右节截割头转速相同但转向相反的结构，左右换位时截割头的轴线做平移运动，上下截割时截割头的轴线做垂直运动，在巷道推进方向的断面形状为平面，为了克服当前横轴式悬臂掘进机的截齿截割只有一个自由面岩石的困难，采用超前切槽再截
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置，其特征在于：包括平行四边形机构型双节截割臂组件，一对变长截割臂组件，一对截割臂底部支撑组件，一对俯仰油缸顶部支撑的万向节组件，一对俯仰油缸底部支撑的万向节组件，摆动油缸支撑组件，伸缩油缸支撑组件，组合式截割头，底架支撑组件(1100)、左驱动套筒组件(200)、截割臂前端盖组件(400)、前截割臂组件(500)、一对变长截割臂组件(600)、一对俯仰油缸组件(700)、一对伸缩油缸组件(800)、底架支撑组件(1100)、右驱动套筒组件(1200)；所述组合式截割头含有左段截割头与右段截割头，组合式截割头中的左段截割头与右段截割头分别由独立的钢球马达驱动转动、且左段截割头与右段截割头的转向相反；所述的组合式截割头由左驱动套筒组件(200)、截割臂前端盖组件(400)、右驱动套筒组件(1200)与前截割臂组件(500)组成切割与截割的滚筒组件；所述截割头组件为切刀超前切槽与截齿相间截割的组合式截割头；所述一对变长截割臂组件(600)沿伸展方向的顶部通过一对支轴与前截割臂组件(500)组成转动连接，所述一对变长截割臂组件(600)沿伸展方向的底部与截割臂下支撑组件(900)组成万向节连接，伸缩油缸组件(800)用于驱动成对布置的双节截割臂组件，实现一对变长截割臂组件(600)的轴向等量伸缩，一对俯仰油缸组件(700)的上端与截割臂支撑组件(600)组成万向节连接，一对俯仰油缸组件(700)的下端与底架支撑组件(1100)组成万向节连接，一对俯仰油缸组件(700)等量伸缩与一对变长截割臂组件(600)等量伸缩的组合控制实现截割头上、下垂直运动；组合式截割头执行截割出平底与弧顶高度为H
x
以及巷道宽度为L0的巷道横断面，截割头的轴线上下最大位移为H
g
，截割头的外径为D
g
，截割臂下支撑轴线到巷道底面高度为H
z
，俯仰油缸下支撑轴心到巷道底面高度为H
f
，俯仰油缸为HSG型工程用液压缸，俯仰油缸的最短长度为L
f1
，俯仰油缸的最大长度为L
f2
，伸缩油缸为HSG型工程用液压缸，伸缩油缸的最短长度为H
s
，伸缩油缸的行程为S
s
，摆动油缸为HSG型工程用液压缸，摆动油缸的最短长度为H
b
，摆动油缸的行程为S
b
，截割臂的最大仰角为β
gs
，截割臂的最大俯角为β
gx
，截割臂向左摆动的最大角为α
kz
，截割臂向右摆动的最大角为α
ky
，截割臂下支撑轴心O1；当俯仰油缸的长度从L
f1
到L
f2
同时截割臂的姿态角从β
gx
到β
gs
时执行截割头的上下摆动，通过控制一对俯仰油缸组件(700)与一对伸缩油缸组件(800)的长度变化量执行组合式截割头做上下垂直移动，控制一对俯仰油缸组件(700)与一对伸缩油缸组件(800)的长度变化量由液压伺服系统执行，平行四边形机构型双节截割臂组件约束组合式截割头从左到右换位3～4次的平动截割，当摆动油缸支撑组件中的摆动油缸(1007)的长度从H
b
伸缩S
b
同时截割臂的摆角从α
kz
到α
ky
时执行截割头的左右平动换位；摆动油缸(1007)位于底架支撑组件(1100)的后下方。2.根据权利要求1所述的超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置，其特征在于：所述的一对变长截割臂组件由左右对称且结构相同的第一节截割臂及第二节截割臂组成；所述第一节截割臂包括第一节截割臂顶侧板(601)，第一节截割臂底侧板(602)，第一节截割臂左侧板(603)，第一节截割臂右侧板(604)，第一节截割臂前筋板(605)，伸缩油缸
前左耳座(606)，伸缩油缸前右耳座(607)；所述第一节截割臂左侧板(603)与第一节截割臂右侧板(604)相互平行布置，第一节截割臂左侧板(603)与第一节截割臂右侧板(604)的上、下方分别焊接第一节截割臂顶侧板(601)、第一节截割臂底侧板(602)围合形成方形框架，位于该方形框架内的上部焊接第一节截割臂前筋板(605)，位于该方形框架内的下部分别焊接伸缩油缸前左耳座(606)及伸缩油缸前右耳座(607)；所述第二节截割臂包括伸缩油缸后左耳座(608)，伸缩油缸后右耳座(609)，第二节截割臂顶侧板(610)，第二节截割臂底侧板(611)，第二节截割臂左侧板(612)，第二节截割臂右侧板(613)，第二节截割臂左底支座(625)，第二节截割臂左顶支座(626)；所述第二节截割臂左侧板(612)与第二节截割臂右侧板(613)相互平行布置，第二节截割臂左侧板(612)与第二节截割臂右侧板(613)的上、下方分别焊接第二节截割臂顶侧板(610)、第二节截割臂底侧板(611)围合形成方形框架；位于该方形框架内的下部分别焊接伸缩油缸后左耳座(608)及伸缩油缸后右耳座(609)，位于该方形框架内的下端分别焊接第二节截割臂左底支座(625)，第二节截割臂左顶支座(626)。3.根据权利要求1或2所述的超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置，其特征在于：所述一对变长截割臂底部支撑组件中独立的截割臂底部支撑组件包括截割臂下中心支座(901)，截割臂下水平支轴(902)，截割臂下端上支轴(903)，上支轴限位板(904)，上支轴限位板螺钉(905)，下支轴套(906)，下水平支轴的销轴(907)，截割臂下端下支轴(908)，下支轴限位板(909)，下支轴限位板螺钉(910)；所述的截割臂下中心支座(901)的顶部通过截割臂下端上支轴(903)与第二节截割臂顶侧板(610)和第二节截割臂左顶支座(626)组成转动副，截割臂下中心支座(901)的底部通过截割臂下端下支轴(908)与第二节截割臂底侧板(611)和第二节截割臂左底支座(625)组成转动副，从而解决一对变长截割臂关于巷道的左右摆动，截割臂下端上支轴(903)与截割臂下端下支轴(908)均为阶梯轴；所述的截割臂下水平支轴(902)与截割臂下中心支座(901)为轴孔连接并通过截割臂下端上支轴(903)与截割臂下端下支轴(908)定位，截割臂下水平支轴(902)的两端与左右各一个下支轴套(906)组成转动副，左右各一个下支轴套(906)与左右各一个截割臂下水平支座(1101)为过盈连接，下水平支轴的销轴(907)将截割臂下水平支轴(902)定位在底架支撑组件(1100)上；一对变长截割臂组件(600)以截割臂下支撑轴心O1点的最大仰角为β
gs
，最大俯角为β
gx
；一对变长截割臂组件(600)向巷道左侧摆动的最大角为α
kz
，向右侧摆动的最大角为α
ky
；一对变长截割臂组件(600)以截割臂下支撑轴心O1点、在截割臂的最大仰角β
gs
、截割臂的最大俯角β
gx
区间与截割臂向左摆动的最大角为α
kz
、截割臂向右摆动的最大角为α
ky
区间内做万向运动。4.根据权利要求1或2所述的超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置，其特征在于：单个俯仰油缸顶部支撑的万向节组件包括第二节截割臂底支座(614)，左右连接板(615)，连接板后支轴(616)，俯仰油缸上支板(617)，球头轴左压板(618)，截割臂中心上球头轴(619)，球头轴右压板(620)，连接板前支轴(621)，前后支轴的销轴(627)，球头压板螺栓(628)，球头压板螺母(629)，底支座右半卡环(630)，底支座左半卡环(631)，左右半
卡环销轴(632)，俯仰油缸的活塞杆(701)，俯仰油缸上支轴(703)，俯仰油缸上销轴(704)；所述的第二节截割臂底支座(614)焊接在第二节截割臂底侧板(611)的下方，左右连接板(615)通过连接板后支轴(616)与第二节截割臂底支座(614)组成转动副，前后支轴的销轴(627)将连接板前支轴(621)定位在左右连接板(615)上，截割臂中心上球头轴(619)过盈装配在左右连接板(615)中间的孔中，底支座右半卡环(630)和底支座左半卡环(631)卡在截割臂中心上球头轴(619)上部的槽中并通过左右半卡环销轴(632)定位，截割臂中心上球头轴(619)与俯仰油缸上支板(617)组成球面副，左右连接板(615)的左右下侧面为宽度B
s
的凸弧体，凸弧体的端面函数的表述式如下:R
st
＝H2‑
H3/cosβ
gt
；H2为截割臂中心上球头轴的支撑高度，H3为俯仰油缸上支板的支撑高度，R
st
为左右支撑凸弧端面的向径，β
gt
为截割臂关于水平轴的任意俯仰角；该凸弧体与俯仰油缸上支板(617)的顶面组成高副；截割臂中心上球头轴(619)通过球头轴左压板(618)与球头轴右压板(620)限位并通过球头压板螺栓(628)与球头压板螺母(629)固定，俯仰油缸的活塞杆(701)通过俯仰油缸上支轴(703)与俯仰油缸上支板(617)转动连接并通过俯仰油缸上销轴(704)定位，截割臂中心上球头轴(619)与俯仰油缸上支板(617)、球头轴左压板(618)和球头轴右压板(620)组成万向传动。5.根据权利要求1或2所述的超前切槽与相间截割的硬岩掘进机截割臂与截割头装置，其特征在于：所述俯仰油缸底部支撑的万向节组件包括一对俯仰油缸的缸体(702)，下摆动十字轴(1001)，下十字轴挡圈(1002)，下十字轴销轴(1003)，底板连接螺栓(1106)，底板连接螺母(1107)，中心上水平支板(1108)，中心上垂直支板(1109)，垂直支板销轴(1110)，垂直支板连接螺栓(1111)，垂直支板连接螺母(1112)，中心上支座(1113)，中心上套筒(1114)，中心下推力板(1115)，中心下水平支板(1116)，中心下支座(1117)，中心下套筒(1118)，后横向支板(1123)；所述一对俯仰油缸的缸体(702)与下摆动十字轴(1001)的两侧组成转动副，下摆动十字轴(1001)的两端安装下十字轴挡圈(1002)与下十字轴销轴(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜迈，王洪欣，戴宁，刘送永，江红祥，左辉，
申请(专利权)人：国科中迈徐州能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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