一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂的制作方法

本发明涉及全断面掘进机辅助设备，尤其涉及一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂。

背景技术：

1、煤矿斜井或岩巷采用敞开式隧道掘进机进行掘进，其中大部分岩渣通过截割部与运输装置的配合输送至外部；但当tbm（tunnel boring machine，敞开式隧道掘进机）穿过破碎地层时，其主机尾部的上方和两侧的岩石易发生垮落，进而会掉落在主机尾部和底拱拼装处。尤其是针对破碎度较高的地层进行掘进时，掉落的岩渣、岩块会卡在主机护盾与未支护的巷道顶板之间，严重阻碍正常掘进工作。

2、针对该问题现有的做法是，利用辅助清渣机械臂提前对隧洞顶部和侧壁易垮落的岩石进行粉碎清理，进而避免岩石掉落至主机；但现有的清渣机械臂利用冲击锤只针对岩壁进行粉碎处理，粉碎后的岩石则会掉落至地面，之后还需要利用铲斗将碎石铲至运输带上运至外部。此种作业方式效率低下，不利于掘进工作的推进，且大面积的掉落易砸伤作业人员和损坏掘进机；同时在需要对岩壁进行采样分析时，该种处理方式也无法对岩壁进行深层的钻进和采样。

技术实现思路

1、本发明提供一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，解决了现有技术中对岩壁粉碎后清渣效率低下、易砸伤作业人员和损坏掘进机以及无法对岩壁进行深层钻进采样的问题。

2、本发明提供一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，包括：

3、基座；

4、伸缩臂，包括固定臂和活动臂，所述固定臂与所述基座万向铰接，所述活动臂与所述固定臂滑动连接，且所述固定臂和所述活动臂均具有沿轴向布置的第一通道；

5、旋转座，具有沿轴向布置的第二通道，并与所述活动臂的外部端连接，用于支持钻进头转动；所述第二通道与所述第一通道连通；

6、第一驱动组件，设置于所述活动臂，且与所述旋转座驱动连接；

7、钻进头，与所述旋转座连接，所述钻进头包括壳体和多个旋进刀，所述壳体沿轴向具有第三通道，所述第三通道与所述第二通道连通；多个所述旋进刀以所述壳体的中心轴为轴线作环形阵列分布，且固定于所述壳体并处于所述第三通道的一端，部分所述旋进刀凸出于所述壳体；所述旋进刀具有同向螺旋角；相邻所述旋进刀之间具有第四通道，所述第四通道与所述第三通道连通；

8、叠螺叶片组件，沿所述伸缩臂的轴向设置，转动安装于所述活动臂内，并能够随所述活动臂同步移动；

9、导渣管，一端设置于所述固定臂，并与所述第一通道连通；

10、负压单元，与所述导渣管的内腔连通，用于给所述导渣管的内腔、所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道以及所述第四通道提供负压；

11、角度调节机构，一端与所述基座万向铰接，另一端与所述固定臂万向铰接，用于给所述伸缩臂提供角度偏转支持。

12、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述旋转座包括：

13、基板，与所述活动臂的外部端连接，同轴开设有环形限位腔；

14、限位环，设置于所述环形限位腔内，并与所述限位腔的腔壁形成滚动连接；

15、外筒，同轴固接于所述基板；

16、内筒，同轴固接于所述基板，且所述内筒的直径小于所述外筒的直径；

17、中筒，同轴设置于所述外筒和所述内筒之间，一端贯穿所述限位腔的腔壁并与所述限位环同轴固接，另一端同轴固接有第一安装法兰；所述中筒的外壁同轴固设有齿环；所述中筒的内壁和外壁分别同轴开设有多个第一滚珠滑槽，所述外筒的内壁和内筒的外壁分别同轴开设有多个第二滚珠滑槽，所述第一滚珠滑槽和所述第二滚珠滑槽对应设置，所述第一滚珠滑槽和所述第二滚珠滑槽之间设置有多个滚珠；

18、其中，所述外筒沿周向开设有多个动力窗口，所述动力窗口与所述齿环的设置位置对应；所述第一安装法兰与所述钻进头连接。

19、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述第一驱动组件包括：

20、第一电机，安装于所述活动臂；

21、第一减速箱，具有第一输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述第一电机连接；

22、第一主动齿，与所述第一输出端同轴固接，并通过所述动力窗口与所述齿环啮合，所述第一主动齿的直径小于所述齿环的直径。

23、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述叠螺叶片组件包括：

24、第一支架，固定于所述活动臂的内壁；

25、第一旋转轴，沿所述活动臂的轴向设置，并贯穿所述第一支架与所述第一支架转动连接，所述第一旋转轴的一端延伸至所述钻进头并与所述钻进头同轴可拆卸连接；

26、第一叶片本体，同轴设置于所述第一旋转轴。

27、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂：

28、所述叠螺叶片组件包括：

29、第二支架，固定于所述活动臂的内壁；

30、第二旋转轴，沿所述活动臂的轴向设置，并贯穿所述第二支架与所述第二支架转动连接，所述第二旋转轴沿轴向开设有花键孔；

31、第二叶片本体，同轴设置于所述第二旋转轴；

32、其中，所述第二支架与所述第二旋转轴的连接处设置有轴向限位机构；

33、还包括第二驱动组件，所述第二驱动组件包括：

34、花键轴，与所述第二旋转轴同轴设置，并与所述花键孔滑动连接；

35、万向轴，两端分别具有第一万向节和第二万向节，所述第一万向节与所述花键轴的一端连接；

36、输出轴，沿所述固定臂的轴向设置，并与所述固定臂转动连接，且所述输出轴的一端与所述第二万向节连接；

37、第二电机，安装于所述固定臂；

38、第二减速箱，具有第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与所述第二电机连接；

39、第二主动齿，与所述第二输出端同轴固接；

40、第二被动齿，同轴固接于所述输出轴，并与所述第二主动齿啮合；

41、其中，所述输出轴与所述花键轴非共轴设置。

42、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述角度调节机构包括：

43、第一十字连接座，与所述基座连接；

44、伸缩件，一端与所述第一十字连接座连接，另一端与所述固定臂球式铰接；

45、其中，所述第一十字连接座和所述伸缩件均具有关于所述固定臂的轴线而对称的两组。

46、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述导渣管的入口设置于所述固定臂的端部，且所述导渣管的入口与所述输出轴关于所述花键轴对向设置。

47、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述钻进头同轴设置有锥形钻头，所述锥形钻头凸出于所述旋进刀。

48、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述第一安装法兰靠近所述钻进头的一端固接有多个减震臂，多个所述减震臂以所述第一安装法兰的轴线为中心轴做等角分布，所述减震臂的另一端固接有第二安装法兰，所述第二安装法兰与所述第一安装法兰同轴且内孔孔径相等；所述第一安装法兰和所述第二安装法兰之间连接有波纹管，所述波纹管的内径与所述第一安装法兰的内径相同。

49、根据本发明提供的全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，所述第一旋转轴的端头上同轴连接有挡盘，且所述挡盘的直径大于所述第一旋转轴的直径，在所述挡盘上同轴环形阵列分布有多个止转板；

50、所述钻进头同轴开设有连接盲孔，在所述连接盲孔的底端同轴开设有与所述止转板对应的止转槽；

51、在所述连接盲孔的侧壁上环形阵列有多个楔形弹力锁舌，且所述楔形弹力锁舌的斜面朝向所述挡盘，在所述止转板完全插入所述止转槽时，所述楔形弹力锁舌卡接至所述挡盘背离于所述止转板的一面。

52、本发明提供的一种全断面掘进机用钻进式清渣取样机械臂，通过在伸缩臂内沿轴向开设第一通道，可以为叠螺叶片组件的安装以及岩石渣的收集回流提供通道基础；通过旋转座的设置可以支持钻进头的转动与安装；通过在旋转座内开设第二通道，可以实现与第一通道的连通，同时为岩石渣的收集回流提供通道基础；通过第一驱动组件的设置，可以为旋转座提供转动力；

53、通过钻进头的设置，可以实现对突出岩石的粉碎、岩壁的钻进采样以及对粉碎后的岩石渣进行收集；具体的，通过壳体的设置，即第三通道的设置，可以保证钻进头整体的空心性，进而为岩石渣的收集提供通道基础；通过将多个旋进刀以壳体的中心轴为轴线作环形阵列分布，以及旋进刀具有同向的螺旋角，可以实现钻进头对岩壁的钻进式粉碎，同时能通过相邻旋进刀之间的第四通道进入第三通道内，进而实现钻进、粉碎和收集的同步进行；通过将部分旋进刀凸出于壳体，可以使得旋进刀更直接的接触岩石，尤其是带有凹面的岩壁，其可以直接与岩壁接触，不受壳体的干扰；

54、通过将叠螺叶片组件转动安装于活动臂内，可以实现对进入第三通道、第二通道和第一通道内的岩石渣进行进一步的粉碎和传输，至固定臂的尾部，最终进入导渣管中；通过导渣管的设置可以将通道内的岩石渣导向至运渣带或运渣车；如此便可解决了技术中对岩壁粉碎后清渣效率低下、易砸伤作业人员和损坏掘进机以及无法对岩壁进行深层钻进采样的问题；

55、通过负压单元的设置，可以进一步的对岩石渣进行负压吸取，以保证大部分岩石渣能进入通道内；通过角度调节机构的设置，可以实现伸缩臂角度的调节，以适应不同角度的开采和清障。

56、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。