本發(fā)明屬于煤礦井下管道安裝，具體地說(shuō)是一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪。

背景技術(shù)：

1、煤礦能源開(kāi)采作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，井下巷道掘進(jìn)工作量巨大，每年新鋪設(shè)的管道長(zhǎng)度超過(guò)40000公里，而管道維護(hù)的長(zhǎng)度更是超過(guò)了20000公里。這些管道管徑范圍廣，直徑從0.1米至0.5米以上，在地下礦井中扮演著重要的角色，但它們的安裝與維護(hù)工程量卻異常巨大。因此，研制一種適用性強(qiáng)，具備防爆能力，可以廣泛在煤礦井下巷道應(yīng)用的管道安裝液壓機(jī)械夾爪具有很大的必要性。

2、傳統(tǒng)的巷道管道安裝模式主要依賴于人工安裝，煤礦井下巷道環(huán)境惡劣、空間狹小、管道沉重且長(zhǎng)度大，完成管道的安裝工作需要耗費(fèi)大量的人力，工作艱辛且伴隨著巨大的潛在危險(xiǎn)。安裝管道時(shí)，需要用人工手拉葫蘆起吊管道(管道重量最大可達(dá)600公斤)，通過(guò)多位工人的配合，調(diào)整管道的位姿，對(duì)管道進(jìn)行軸向旋轉(zhuǎn)、微調(diào)，繼而完成對(duì)接安裝；工人在螺栓對(duì)接過(guò)程中的配合方式主要依靠彼此喊話，經(jīng)常出現(xiàn)一孔對(duì)準(zhǔn)但另一孔對(duì)不準(zhǔn)等常見(jiàn)問(wèn)題。在這樣的環(huán)境下，工人們面臨著艱苦的工作條件和巨大的工作壓力。因此，用機(jī)器人代替人類來(lái)完成井下管道安裝的工作已成為未來(lái)發(fā)展的主流。

3、近年來(lái)，部分煤礦井下巷道管道安裝采取了機(jī)械化，機(jī)械化的操作形式也是通過(guò)液壓機(jī)械臂與夾爪。但當(dāng)前的機(jī)械夾爪僅適用于小變化范圍的管徑，應(yīng)用范圍窄，并且無(wú)法快速并順利地調(diào)整管道安裝法蘭螺栓孔的相對(duì)位置，功能非常有限。螺栓對(duì)接工作仍需人工配合完成，當(dāng)前的機(jī)械臂與夾爪事實(shí)上僅起到了一個(gè)起重機(jī)的作用。

4、為使操作工人在重體力勞動(dòng)下的身體生理安全得到保障，利用機(jī)器人來(lái)輔助或替代人力是需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有人工安裝煤礦井下管道存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明包括固定安裝件、固定爪、活動(dòng)爪、固定液壓缸及活動(dòng)液壓缸，其中固定安裝件一端的左右兩側(cè)均連接有固定爪，所述固定安裝件的另一端鉸接有活動(dòng)爪，所述固定液壓缸的一端鉸接在固定安裝件上、并在使用過(guò)程中與固定安裝件保持相對(duì)靜止，所述固定液壓缸的另一端與活動(dòng)液壓缸的一端能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述活動(dòng)液壓缸的另一端與活動(dòng)爪鉸接，通過(guò)所述固定液壓缸及活動(dòng)液壓缸的伸縮，控制所述活動(dòng)爪與固定爪之間的開(kāi)合；所述固定爪上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有兩大一小、共三組固定爪被動(dòng)橡膠滾輪，直徑小的一組所述固定爪被動(dòng)橡膠滾輪位于兩組直徑大的固定爪被動(dòng)橡膠滾輪之間；所述活動(dòng)爪上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪及一個(gè)活動(dòng)爪被動(dòng)橡膠滾輪，所述活動(dòng)爪上設(shè)有動(dòng)力源及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述動(dòng)力源通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪同步旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)爪被動(dòng)橡膠滾輪位于兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪之間。

4、其中：所述機(jī)械夾爪在夾持大直徑管道時(shí)，通過(guò)至少三個(gè)點(diǎn)位的直徑大的橡膠滾輪與大直徑管道外表面接觸；所述機(jī)械夾爪在夾持小直徑管道時(shí)，通過(guò)至少三個(gè)點(diǎn)位的直徑大的橡膠滾輪及直徑小的橡膠滾輪共同與小直徑管道外表面接觸。

5、所述大直徑管道或小直徑管道被夾緊后，至少有一個(gè)點(diǎn)位的直徑大的橡膠滾輪為具有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)自由度的活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪。

6、所述固定安裝件上設(shè)有承受彎矩組件，所述承受彎矩組件包括軸a、滑動(dòng)導(dǎo)槽、導(dǎo)軌及軸b，所述固定液壓缸的左側(cè)和/或右側(cè)的固定安裝件上安裝有滑動(dòng)導(dǎo)槽，所述滑動(dòng)導(dǎo)槽內(nèi)穿設(shè)有能夠相對(duì)滑動(dòng)的導(dǎo)軌，所述固定液壓缸的另一端、活動(dòng)液壓缸的一端及導(dǎo)軌通過(guò)軸a鉸接在一起，所述固定液壓缸的一端通過(guò)軸b與固定安裝件鉸接。

7、所述滑動(dòng)導(dǎo)槽、導(dǎo)軌的長(zhǎng)度方向與固定液壓缸的伸縮方向一致。

8、所述動(dòng)力源為液壓馬達(dá)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪箱，所述齒輪箱安裝在活動(dòng)爪上，所述液壓馬達(dá)與齒輪箱的輸入端相連，所述齒輪箱的兩個(gè)輸出端分別與兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪連接。

9、兩個(gè)所述活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪中任一個(gè)的末端伸出軸上安裝有增量編碼器。

10、所述固定爪上位于最下方的固定爪被動(dòng)橡膠滾輪的下方具有爪鉤末端，所述活動(dòng)爪上位于最下方的活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪的下方具有爪鉤末端，所述爪鉤末端上穿設(shè)有軸c，所述軸c上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有滾輪。

11、所述滾輪的半徑大于爪鉤末端的圓角半徑。

12、每組所述固定爪被動(dòng)橡膠滾輪均為兩個(gè)，分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述固定安裝件兩側(cè)的固定爪上，每組中的兩個(gè)固定爪被動(dòng)橡膠滾輪同軸設(shè)置。

13、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

14、1.本發(fā)明僅使用兩個(gè)液壓缸、設(shè)置固定爪，減少了自由度數(shù)。占用空間小，適用于狹窄的煤礦井下巷道。

15、2.本發(fā)明可夾取的管道直徑范圍大，承載重量大。

16、3.本發(fā)明的夾爪上安裝能夠主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的滾輪，帶動(dòng)管道在夾爪內(nèi)滾動(dòng)，能夠精確調(diào)整管道安裝法蘭螺栓孔的相對(duì)位置，以便順利對(duì)接、穿插螺栓，極大的降低了工人的工作強(qiáng)度。

17、4.本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)空間小、管徑范圍廣、操作方便的特點(diǎn)。。

18、5.本發(fā)明對(duì)夾取管道的初始定位要求不高，有效地降低了操作難度。

技術(shù)特征：

1.一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：包括固定安裝件(1)、固定爪(2)、活動(dòng)爪(3)、固定液壓缸(4)及活動(dòng)液壓缸(5)，其中固定安裝件(1)一端的左右兩側(cè)均連接有固定爪(2)，所述固定安裝件(1)的另一端鉸接有活動(dòng)爪(3)，所述固定液壓缸(4)的一端鉸接在固定安裝件(1)上、并在使用過(guò)程中與固定安裝件(1)保持相對(duì)靜止，所述固定液壓缸(4)的另一端與活動(dòng)液壓缸(5)的一端能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述活動(dòng)液壓缸(5)的另一端與活動(dòng)爪(3)鉸接，通過(guò)所述固定液壓缸(4)及活動(dòng)液壓缸(5)的伸縮，控制所述活動(dòng)爪(3)與固定爪(2)之間的開(kāi)合；所述固定爪(2)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有兩大一小、共三組固定爪被動(dòng)橡膠滾輪(10)，直徑小的一組所述固定爪被動(dòng)橡膠滾輪(10)位于兩組直徑大的固定爪被動(dòng)橡膠滾輪(10)之間；所述活動(dòng)爪(3)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)及一個(gè)活動(dòng)爪被動(dòng)橡膠滾輪(9)，所述活動(dòng)爪(3)上設(shè)有動(dòng)力源及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述動(dòng)力源通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)同步旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)爪被動(dòng)橡膠滾輪(9)位于兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述機(jī)械夾爪在夾持大直徑管道時(shí)，通過(guò)至少三個(gè)點(diǎn)位的直徑大的橡膠滾輪與大直徑管道外表面接觸；所述機(jī)械夾爪在夾持小直徑管道時(shí)，通過(guò)至少三個(gè)點(diǎn)位的直徑大的橡膠滾輪及直徑小的橡膠滾輪共同與小直徑管道外表面接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述大直徑管道或小直徑管道被夾緊后，至少有一個(gè)點(diǎn)位的直徑大的橡膠滾輪為具有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)自由度的活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述固定安裝件(1)上設(shè)有承受彎矩組件，所述承受彎矩組件包括軸a(11)、滑動(dòng)導(dǎo)槽(12)、導(dǎo)軌(13)及軸b(14)，所述固定液壓缸(4)的左側(cè)和/或右側(cè)的固定安裝件(1)上安裝有滑動(dòng)導(dǎo)槽(12)，所述滑動(dòng)導(dǎo)槽(12)內(nèi)穿設(shè)有能夠相對(duì)滑動(dòng)的導(dǎo)軌(13)，所述固定液壓缸(4)的另一端、活動(dòng)液壓缸(5)的一端及導(dǎo)軌(13)通過(guò)軸a(11)鉸接在一起，所述固定液壓缸(4)的一端通過(guò)軸b(14)與固定安裝件(1)鉸接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述滑動(dòng)導(dǎo)槽(12)、導(dǎo)軌(13)的長(zhǎng)度方向與固定液壓缸(4)的伸縮方向一致。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述動(dòng)力源為液壓馬達(dá)(6)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪箱(7)，所述齒輪箱(7)安裝在活動(dòng)爪(3)上，所述液壓馬達(dá)(6)與齒輪箱(7)的輸入端相連，所述齒輪箱(7)的兩個(gè)輸出端分別與兩個(gè)活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：兩個(gè)所述活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)中任一個(gè)的末端伸出軸上安裝有增量編碼器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述固定爪(2)上位于最下方的固定爪被動(dòng)橡膠滾輪(10)的下方具有爪鉤末端(15)，所述活動(dòng)爪(3)上位于最下方的活動(dòng)爪主動(dòng)橡膠滾輪(8)的下方具有爪鉤末端(15)，所述爪鉤末端(15)上穿設(shè)有軸c(17)，所述軸c(17)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有滾輪(16)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：所述滾輪(16)的半徑大于爪鉤末端(15)的圓角半徑。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，其特征在于：每組所述固定爪被動(dòng)橡膠滾輪(10)均為兩個(gè)，分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述固定安裝件(1)兩側(cè)的固定爪(2)上，每組中的兩個(gè)固定爪被動(dòng)橡膠滾輪(10)同軸設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于煤礦井下管道安裝技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種適用于煤礦井下巷道的大管徑范圍管道安裝機(jī)械夾爪，包括固定安裝件、固定爪、活動(dòng)爪、固定液壓缸及活動(dòng)液壓缸，通過(guò)固定液壓缸及活動(dòng)液壓缸的逐次伸縮，能夠完成大管徑變化范圍的不同直徑管道的抓??；固定爪和活動(dòng)爪上共安裝了六組橡膠滾輪，通過(guò)橡膠滾輪與管道的擠壓接觸，保證至少有一組主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)橡膠滾輪能夠擠壓管道，帶動(dòng)管道在夾爪內(nèi)滾動(dòng)，用來(lái)調(diào)整管道安裝法蘭螺栓孔的相對(duì)位置，以便順利對(duì)接、穿插螺栓。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)空間小、管徑范圍廣、操作方便的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：卜春光,郎智明,范曉亮,高英麗,眭晉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6