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1.本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置。
背景技术：2.在隧道施工方法中，新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆支护、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初期支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。
3.新奥法的特点是在开挖面附近及时施作密贴于围岩的薄层柔性喷射混凝土和锚杆支护，以便控制围岩的变形和应力释放，从而在支护和围岩的共同变形过程中，调整围岩应力重分布而达到新的平衡，以求最大限度地保持围岩的固有强度和利用其自承能力。
4.自进式中空注浆锚杆本身兼作钻杆和注浆管。注浆前可作吹尘管，既排除凿岩形成的粉尘，注浆时浆液通过中空锚杆从钻头喷出，填空锚杆周围的钻孔和地层裂隙，使锚杆与周围土质凝固成一体，形成钢管水泥柱，起到加固的作用。
5.开挖隧道主要是由掘进机进行挖掘工作，开挖一段距离后停止挖掘，在刚开挖的断面上进行初期支护工作。初期支护主要有以下几个步骤：一是初喷混凝土，用混凝土喷浆设备对隧道拱面进行喷浆作业；二是施工锚杆，待混凝土凝固后，测量放样，确定锚杆钻孔位置，然后由人工手持锚杆钻机进行钻孔作业；三是挂钢筋网，四是钢架安装；步骤三和四都应在桁架台车上进行操作。
6.在进行步骤二的过程中，由于大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂、成本高，因此在很多场合，仍然使用开敞式掘进机。现有的开敞式掘进机只具备断面监视等功能，还未真正实现自动截割进尺和支护，这将严重影响掘进进尺速度，其中支护缓慢一直是影响掘进进尺的主要因素，它几乎占用了巷道进尺时间的2/3。目前，掘进机支护作业主要依靠人工支护，如果能实现支护机械化，让其配合掘进机施工，就能加快支护速度。
7.但随着隧道施工行业的不断更新与创造，机械设备逐渐应用在掘进机上，其机械连杆结构应用过程中因往复运动频繁，且连杆结构自身运动轴点部位较多，在任意一连杆结构轴接部位出现松动错位则会造成整套连杆结构的损坏，极易造成损坏，维修效率较高。并且，在针对定位后的锚点，现有的机械臂回转运动不灵活，需频繁移动位置确定锚点方向，使用操作不便捷。
技术实现要素：8.鉴于此，有必要设计一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置多节机械臂
配合转动，锚点定位快速精准，并采用旋转式的输送锚杆方式，操作简洁不易损坏。
9.一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，包括：安装基座、设置在所述安装基座上多节机械臂；其中，
10.所述多节机械臂的末端臂上设置有旋转机构，所述末端臂固定连接有安装筒，所述安装筒内部转动连接有可锁定在第一设定位置和第二设定位置的旋转轴，且所述旋转机构驱动所述旋转轴周向转动；
11.所述安装筒上方连接有锚杆箱，所述锚杆箱内部排列设置有可依次进入所述安装筒内部的锚杆，所述旋转轴上沿长度方向开设有用于卡合所述锚杆的卡槽，且所述安装筒的内部滑动装配有锚杆钻机装置；
12.所述旋转轴转动并锁定在所述第二设定位置时，所述锚杆钻机装置连接所述卡槽内部的锚杆进行钻入土体操作。
13.优选的，所述多节机械臂包括：连接在所述安装基座上的第一臂、连接所述第一臂的第二臂，以及连接所述第二臂的回转机构；
14.所述回转机构远离所述第二臂的一端连接所述末端臂。
15.优选的，所述锚杆箱位于所述安装筒的正上方，所述安装筒沿长度方向开设有供单根锚杆进入的长腰孔，所述锚杆箱的底端开设有供与所述长腰孔位置相对的出杆口。
16.优选的，所述锚杆箱的内部滑动装配有用于将排列设置的锚杆依次从所述出杆口压出的抵压板，且所述锚杆箱的顶部设置有连接所述抵压板的压簧。
17.优选的，所述旋转轴转动并锁定在所述第一设定位置时，所述卡槽与所述长腰孔位置重合。
18.优选的，所述旋转轴偏心位于所述安装筒内部，且所述旋转轴与所述安装筒的顶部间隙仅供单根锚杆进入所述卡槽内部。
19.优选的，所述安装筒的内壁底部纵向开设有两条滑槽，所述锚杆钻机装置滑动装配在所述两条滑槽内部。
20.优选的，所述锚杆钻机装置包括：滑动装配在所述两条滑槽内部的钻杆小车，以及固定安装在所述钻杆小车上的锚杆钻机。
21.优选的，所述旋转轴沿长度方向间隔开合有环形槽，所述环形槽内部装配有用于固定所述卡槽内部锚杆的卡合机构。
22.优选的，所述卡合机构包括：相对镜像设置的抵压机构；每个抵压机构均包括铰接在所述卡槽内壁的弧形板，所述弧形板外弧面抵压有夹持伸缩杆，且所述夹持伸缩杆铰接在对应的环形槽内部。
23.本发明中，通过多节机械臂的配合，使锚杆定位方向多节调节，灵活应对不同位置的定位点；并采用旋转式传输锚杆的方式，操作简洁，不易发生损坏。
附图说明：
24.图1为本发明提供的一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置的结构示意图；
25.图2为本发明提供的安装筒和锚杆箱的剖视图；
26.图3为本发明提供的安装筒的结构示意图；
27.图4为本发明提供的旋转轴的结构示意图；
28.图5为本发明提供的卡合机构的结构示意图。
29.图中:安装基座-1、第一臂-2、第二臂-3、回转机构-4、末端臂-5、锚杆箱-6、抵压板-61、压簧-62、锚杆-63、锚杆钻机装置-7、安装筒-8、滑槽-81、长腰孔-82、旋转轴-9、卡槽-91、环形槽-92、弧形板-93、夹持伸缩杆-94。
具体实施方式：
30.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
31.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
32.如附图1中所示，一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，包括：安装基座1；该安装基座1作为本技术实施例中的支撑主体，用于与掘进机进行适配安装，在安装基座1上设置有多节转动的机械臂，机械臂沿x轴、y轴、以及z轴转动，从而实现机械化带动锚杆钻机装置7朝向不同位置的定位点，减少由人工手持锚杆63钻机进行钻孔作业。
33.具体在安装基座1上装配多节机械臂时，多节机械臂包括连接在安装基座1上的第一臂2、连接第一臂2的第二臂3，以及连接第二臂3的回转机构4；回转机构4远离第二臂3的一端连接末端臂5。结合图1中可以看出，第一臂2为竖直装配在安装基座1上，并沿安装基座1可进行360
°
周向运转。
34.第二臂3水平安装在第一臂2上，并沿第一臂2可进行360
°
周向运转；回转机构4安装第二臂3上，从而可进行多角度多方向调整。多节机械臂的操作终端为末节臂，末节臂用于实现自动上料和驱动锚杆钻机装置7进行钻入锚杆63操作。
35.需要具体说明的，第一臂2和第二臂3之间、第二臂3和回转机构4之间、回转机构4和末节臂之间均由电机驱动并设置减速机构，多节机械臂根据定位点信息，将锚杆钻机装置7移动至对应位置，均为现有机器人控制领域中常用的技术方法，再此不做过多赘述。
36.参考图2，为了实现自动上料和自动化钻杆操作，在末节臂上设置有旋转机构，末端臂5固定连接有安装筒8，安装筒8内部转动连接有旋转轴9，旋转轴9由旋转机构驱动旋转。
37.该旋转机构可采用旋转电机，在旋转机构启动过程中，旋转轴9进行周向旋转，本技术实施例中优选采用旋转机构带动旋转轴9每转动180
°
为一个行程；为了方便理解，描述为旋转轴9可转动并锁定在第一设定位置和第二设定位置；第一设定位置和第二设定位置之间相距180
°
。
38.将旋转轴9转动并锁定在第一设定位置和第二设定位置时，使旋转轴9进行锚杆63
的输送并与锚杆钻机装置7配合进行钻入土体的操作。
39.采用旋转式送杆操作，降低连杆使用时易发生损坏错位的问题，操作简单便捷，从而在采用旋转的方式增加使用时的可靠性。
40.在具体实现送杆操作时，在安装筒8的正上方安装有锚杆箱6，锚杆箱6内部排列设置有可依次进入安装筒8内部的锚杆63。
41.结合图3中所示，安装筒8沿长度方向开设有供单根锚杆63进入的长腰孔82，锚杆箱6的底端开设有供与长腰孔82位置相对的出杆口。该锚杆箱6可阵列排列装配多根锚杆63，并采用竖直排的锚杆63作为一列进行区分，采用倾斜的通道连接出杆口，使该列的锚杆63依次输送至出杆口。需要具体说明的，在增大锚杆箱6的容量后，则需对每列锚杆63进行区分输送，则倾斜的通道设置活动遮挡，在遮挡去除后则可使该列的锚杆63进入出杆口。
42.并且，在划分多列锚杆63后，锚杆箱6的顶部对应每列锚杆63均设置有抵压板61，且锚杆箱6的顶部设置有连接抵压板61的压簧62。
43.继续参阅1-4，为了保证进入安装筒8内部的为单根锚杆63，该旋转轴9偏心位于安装筒8内部，且旋转轴9与安装筒8的顶部间隙仅供单根锚杆63进入卡槽91内部。
44.由此可以看出，在旋转轴9上沿长度方向开设有用于固定锚杆63的卡槽91，并由于旋转轴9的偏心设置，利用锚杆63的圆形特征，在旋转轴9转动到第二设定位置后，卡槽91与长腰孔82重合，长腰孔82内部的锚杆63进入卡槽91内部。此时位于上方的锚杆63则掉落至长腰孔82内部，在旋转轴9向第二设定位置转动时，锚杆63与旋转轴9未开设卡槽91的外壁滚动接触，并始终位于长腰孔82内部。
45.同时，为了保证卡槽91紧密卡合锚杆63，在旋转轴9沿长度方向间隔开合有环形槽92，环形槽92内部装配有用于固定卡槽91内部锚杆63的卡合机构。如图5中所示，卡合机构包括：相对镜像设置的抵压机构；每个抵压机构均包括铰接在卡槽91内壁的弧形板93，弧形板93外弧面抵压有夹持伸缩杆94，且夹持伸缩杆94铰接在对应的环形槽92内部。
46.以上描述中可以，采用在卡槽91内部装配压力传感器，在控制系统检测到锚杆63掉落在卡槽91内部产生的压力信息后，控制两侧的夹持伸缩杆94相对抱合，从而对锚杆63进行卡合固定，使旋转轴9带动待安装的锚杆63与锚杆钻机装置7进行配合钻入土体操作。
47.在具体装配锚杆钻机装置7时，在安装筒8的内壁底部纵向开设有两条滑槽81，锚杆钻机装置7滑动装配在两条滑槽81内部。锚杆钻机装置7包括：滑动装配在两条滑槽81内部的钻杆小车，以及固定安装在钻杆小车上的锚杆钻机。在具体驱动钻杆小车沿两条滑槽81移动时，可采用在末端臂5上装配直线伸缩机构，直线伸缩机构连接钻杆小车，从而使钻杆小车沿两条滑槽81进行移动。
48.在旋转轴9由第一设定位置转动到第二设定位置后，此时的锚杆钻机与卡槽91内部的锚杆63位置相对，在钻杆小车直线运动的同时，锚杆钻机卡合锚杆63进行转动，因卡合机构卡合在锚杆63的外壁指定位置，在钻杆小车依次行进过程中，与钻杆小车相邻的卡合机构则使夹持伸缩杆94退位回缩。直至锚杆钻机将锚杆63钻入土体后，直线伸缩机构带动钻杆小车回位，继续锚杆63进行传输。
49.另外，需要具体说明的，在针对不同长度的锚杆63进行应用时，因旋转轴9位于具有中空腔体的安装筒8内部，因旋转轴9和锚杆63重量的原因使旋转轴9远离末端臂5的一端产生下垂；为此可在安装筒8远离末端臂5的一端设置封堵板，封堵板上装配轴承，轴承套装
旋转轴9的自由端，并在封堵板的下端开设供锚杆63旋出的通孔，从而可适配较长的锚杆63。
50.本发明中，通过多节机械臂的配合，使锚杆63定位方向多节调节，灵活应对不同位置的定位点；并采用旋转式传输锚杆63的方式，操作简洁，不易发生损坏。
51.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
52.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，传感器)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
53.尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
54.本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
技术特征：1.一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，包括：安装基座、设置在所述安装基座上多节机械臂；其中，所述多节机械臂的末端臂上设置有旋转机构，所述末端臂固定连接有安装筒，所述安装筒内部转动连接有可锁定在第一设定位置和第二设定位置的旋转轴，且所述旋转机构驱动所述旋转轴周向转动；所述安装筒上方连接有锚杆箱，所述锚杆箱内部排列设置有可依次进入所述安装筒内部的锚杆，所述旋转轴上沿长度方向开设有用于卡合所述锚杆的卡槽，且所述安装筒的内部滑动装配有锚杆钻机装置；所述旋转轴转动并锁定在所述第二设定位置时，所述锚杆钻机装置连接所述卡槽内部的锚杆进行钻入土体操作。2.如权利要求1所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述多节机械臂包括：连接在所述安装基座上的第一臂、连接所述第一臂的第二臂，以及连接所述第二臂的回转机构；所述回转机构远离所述第二臂的一端连接所述末端臂。3.如权利要求2所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述锚杆箱位于所述安装筒的正上方，所述安装筒沿长度方向开设有供单根锚杆进入的长腰孔，所述锚杆箱的底端开设有供与所述长腰孔位置相对的出杆口。4.如权利要求3所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述锚杆箱的内部滑动装配有用于将排列设置的锚杆依次从所述出杆口压出的抵压板，且所述锚杆箱的顶部设置有连接所述抵压板的压簧。5.如权利要求4所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述旋转轴转动并锁定在所述第一设定位置时，所述卡槽与所述长腰孔位置重合。6.如权利要求3所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述旋转轴偏心位于所述安装筒内部，且所述旋转轴与所述安装筒的顶部间隙仅供单根锚杆进入所述卡槽内部。7.如权利要求6所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述安装筒的内壁底部纵向开设有两条滑槽，所述锚杆钻机装置滑动装配在所述两条滑槽内部。8.如权利要求7所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述锚杆钻机装置包括：滑动装配在所述两条滑槽内部的钻杆小车，以及固定安装在所述钻杆小车上的锚杆钻机。9.如权利要求1所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述旋转轴沿长度方向间隔开合有环形槽，所述环形槽内部装配有用于固定所述卡槽内部锚杆的卡合机构。10.如权利要求9所述的搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，其特征在于，所述卡合机构包括：相对镜像设置的抵压机构；每个抵压机构均包括铰接在所述卡槽内壁的弧形板，所述弧形板外弧面抵压有夹持伸缩杆，且所述夹持伸缩杆铰接在对应的环形槽内部。
技术总结一种搭载于掘进机上的自动化钻锚杆机械臂装置，包括：安装基座、设置在安装基座上多节机械臂；多节机械臂的末端臂上设置有旋转机构，末端臂固定连接有安装筒，安装筒内部转动连接有旋转轴，且旋转机构驱动旋转轴转动；安装筒上方连接有锚杆箱，锚杆箱内部排列设置有可依次进入安装筒内部的锚杆，旋转轴上沿长度方向开设有用于卡合锚杆的卡槽，且安装筒的内部滑动装配有锚杆钻机装置；旋转轴转动指定位置时，锚杆钻机装置连接卡槽内部的锚杆钻入土体操作。以上描述中可以看出，通过多节机械臂的配合，使锚杆定位方向多节调节，灵活应对不同位置的定位点；并采用旋转式传输锚杆的方式，操作简洁，不易发生损坏。不易发生损坏。不易发生损坏。
技术研发人员：李伟民 张卓健 石鸿超 于林超 安克银 孙长青 张军
受保护的技术使用者：中国铁建大桥工程局集团有限公司
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/5
