掘進(jìn)鉆車鉆臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種掘進(jìn)鉆車鉆臂，具體是指一種可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)快速精確逆向數(shù)值求解的新型掘進(jìn)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(jìn)工程中多數(shù)采用掘進(jìn)鉆車進(jìn)行打孔，然后填埋炸藥進(jìn)行爆破。
[0003]目前掘進(jìn)鉆車工作部分是在能夠利用履帶行走前進(jìn)的機(jī)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(jī)架8組成，鉆臂具有6個(gè)自由度，第I自由度為軸套7相對(duì)于機(jī)架8左右擺動(dòng)，第2自由度為鉆臂架體6相對(duì)于軸套7上下擺動(dòng)，第3自由度為支管5相對(duì)于鉆臂架體6順向逆向旋轉(zhuǎn)，第4自由度為支架4相對(duì)于支管5上下擺動(dòng)，第5自由度為定向滑道3相對(duì)于支架4左右擺動(dòng)，第6自由度為滑架2相對(duì)于定向滑道3伸出和縮回。
[0004]普通鉆臂結(jié)構(gòu)第I和第2自由度、第2和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸交錯(cuò)(如圖2-4所示)，而第I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(dòng)兩軸交點(diǎn)是變化的，從而使安裝在支管5上的機(jī)構(gòu)的自由度旋轉(zhuǎn)繞軸也是交錯(cuò)的，使得這種鉆臂結(jié)構(gòu)無(wú)法運(yùn)用數(shù)學(xué)方法求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值，對(duì)于這種鉆臂結(jié)構(gòu)想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打眼只能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)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(shí)極長(zhǎng)，且精度很低(精確到0.0lmm計(jì)算一組數(shù)據(jù)用時(shí)為1-2小時(shí))，不適于工業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種礦山巷道或工程隧道用掘進(jìn)鉆車鉆臂，這種鉆臂結(jié)構(gòu)可以運(yùn)用數(shù)學(xué)方法快速精確求解各自由度參數(shù)值，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位打眼。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種掘進(jìn)鉆車鉆臂，包括支管、鉆臂架體、軸套和機(jī)架，其中軸套安裝在機(jī)架的軸孔中，軸套相對(duì)機(jī)架以軸套中心線為軸左右擺動(dòng)，將軸套相對(duì)機(jī)架的擺動(dòng)命名為第I自由度，將軸套中心線命名為第I自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；鉆臂架體通過(guò)鉸接套筒鉸接在軸套上，鉆臂架體相對(duì)于軸套以鉸接套筒中心線上下擺動(dòng)，將鉆臂架體相對(duì)軸套的擺動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)臂架體以轉(zhuǎn)臂架體中心線正反旋轉(zhuǎn)，將支管相對(duì)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I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I自由度、第2自由度和第3自由度無(wú)論如何變化該交點(diǎn)坐標(biāo)均不變。
[0008]優(yōu)選的，第I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I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(diǎn)。
[0011]優(yōu)選的，第2自由度旋轉(zhuǎn)繞軸所在鉸接套筒為對(duì)稱焊接在軸套外側(cè)面兩側(cè)的兩個(gè)半截鉸接套筒，并且在兩個(gè)半截鉸接套筒中各穿一個(gè)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，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0013]本發(fā)明的的鉆臂結(jié)構(gòu)第1、第2和第3自由度旋轉(zhuǎn)繞軸相交于一點(diǎn)，且第1、第2和第3自由度無(wú)論如何變化該交點(diǎn)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(cuò)的，但是已經(jīng)可以運(yùn)用數(shù)學(xué)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(shí)極快，精度極高，精確到0.00000001mm計(jì)算一組數(shù)據(jù)用時(shí)為1_2毫秒，該鉆臂結(jié)構(gòu)輔以相應(yīng)的計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn)礦山巷道或工程隧道的自動(dòng)快速精確定位打眼。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是掘進(jìn)鉆車原鉆臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是掘進(jìn)鉆車原軸套和原鉆臂架組裝圖；
[0016]圖3是掘進(jìn)鉆車原軸套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是掘進(jìn)鉆車原鉆臂架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明掘進(jìn)鉆車軸套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6是本發(fā)明掘進(jìn)鉆車鉆臂架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7是本發(fā)明掘進(jìn)鉆車軸套和新型鉆臂架組裝圖；
[0021]圖8是本發(fā)明掘進(jìn)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(jī)架，
9、鉸接套筒。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明涉及一種掘進(jìn)鉆車鉆臂，包括支管5、鉆臂架體6、軸套7和機(jī)架8，其中軸套7安裝在機(jī)架8的軸孔中，軸套7相對(duì)機(jī)架8以軸套7中心線為軸左右擺動(dòng)，因此將軸套7相對(duì)機(jī)架8的擺動(dòng)命名為第I自由度，將軸套7中心線命名為第I自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；鉆臂架體6通過(guò)鉸接套筒9鉸接在軸套7上，鉆臂架體6相對(duì)于軸套7以鉸接套筒9中心線上下擺動(dòng)，將鉆臂架體6相對(duì)軸套7的擺動(dòng)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(duì)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(duì)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(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行窮舉搜索的方法找出各自由度參數(shù)值，進(jìn)而求解給定釬桿位姿狀態(tài)下各自由度參數(shù)值的問(wèn)題，設(shè)計(jì)新的鉆臂結(jié)構(gòu)，使其第I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I自由度、第2自由度和第3自由度無(wú)論如何變化該交點(diǎn)坐標(biāo)均不變。
[0024]為簡(jiǎn)化計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算定位，所述第I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I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(diǎn)，如圖7所示。
[0025]基于上述自由度設(shè)計(jì)，如圖8所示，鉸接套筒9設(shè)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(duì)稱焊接在軸套外側(cè)面兩側(cè)的兩個(gè)半截鉸接套筒，并且在兩個(gè)半截鉸接套筒中各穿一個(gè)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(cuò)的，已經(jīng)可以運(yùn)用數(shù)學(xué)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(shí)極快，精度極高，精確到0.00000001mm計(jì)算一組數(shù)據(jù)用時(shí)為1_2毫秒。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種掘進(jìn)鉆車鉆臂，包括支管(5)、鉆臂架體(6)、軸套(7)和機(jī)架(8)，其中軸套(7)安裝在機(jī)架⑶的軸孔中，軸套(7)相對(duì)機(jī)架⑶以軸套(7)中心線為軸左右擺動(dòng)，將軸套(7)相對(duì)機(jī)架(8)的擺動(dòng)命名為第I自由度，將軸套(7)中心線命名為第I自由度旋轉(zhuǎn)繞軸；鉆臂架體(6)通過(guò)鉸接套筒(9)鉸接在軸套(7)上，鉆臂架體(6)相對(duì)于軸套(7)以鉸接套筒(9)中心線上下擺動(dòng)，將鉆臂架體(6)相對(duì)軸套(7)的擺動(dòng)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(duì)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(duì)鉆臂架體(6)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；其特征在于:第I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I自由度、第2自由度和第3自由度無(wú)論如何變化該交點(diǎn)坐標(biāo)均不變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進(jìn)鉆車鉆臂，其特征在于:第I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(jìn)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(jìn)鉆車鉆臂，其特征在于:第I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(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的掘進(jìn)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(duì)稱焊接在軸套(7)外側(cè)面兩側(cè)的兩個(gè)半截鉸接套筒，并且在兩個(gè)半截鉸接套筒中各穿一個(gè)軸將鉆臂架體(6)與軸套(7)鉸接在一起。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種掘進(jìn)鉆車鉆臂，具體是指一種可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)快速精確逆向數(shù)值求解的新型掘進(jìn)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(wú)論如何變化該交點(diǎn)坐標(biāo)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(cuò)的，但是已經(jīng)可以運(yùn)用數(shù)學(xué)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(shí)極快，精度極高，精確到0.00000001mm計(jì)算一組數(shù)據(jù)用時(shí)為1-2毫秒。該鉆臂結(jié)構(gòu)輔以相應(yīng)的計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn)礦山巷道或工程隧道的自動(dòng)快速精確定位打眼。
【IPC分類】E21B7/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105134070
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510621048
【發(fā)明人】劉偉, 李樹(shù)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(qǐng)人】石家莊煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日