[发明专利]一种伞钻的大臂自动定位装置及方法

摘要

本发明公开了一种伞钻的大臂自动定位装置，包括与立柱相连接的转臂、支撑油缸、大臂、调垂油缸、滑移架、钻臂、大齿轮；转臂上设有液压马达，液压马达的输出端与大齿轮相配合，大臂的一端与转臂相连接、另一端与滑移架相连接，支撑油缸的尾端与转臂相连接，支撑油缸的伸缩端与大臂相连接，调垂油缸的尾端与大臂相连接，调垂油缸的伸缩端与滑移架相连接，钻臂与滑移架相连接，支撑油缸与调垂油缸串联。本发明操作简单，降低工作难度，提高了工作效率；本方法精度较高，使炮眼空间方位与理论设计重合，达到理想爆破效果，确保工作人员安全，降低施工成本。

主权项

1.一种伞钻的大臂自动定位装置，其特征在于：包括与立柱（20）相连接的转臂（1）、支撑油缸（2）、大臂（3）、调垂油缸（4）、滑移架（5）、钻臂（6）、与立柱相连接的大齿轮（7）；转臂（1）上设有液压马达（8），液压马达（8）的输出端与大齿轮（7）相配合，大臂（3）的一端与转臂（1）相连接、另一端与滑移架（5）相连接，支撑油缸（2）的尾端与转臂（1）相连接，支撑油缸（2）的伸缩端与大臂（3）相连接，调垂油缸（4）的尾端与大臂（3）相连接，调垂油缸（4）的伸缩端与滑移架（5）相连接，钻臂（6）与滑移架（5）相连接，支撑油缸（2）与调垂油缸（4）串联；所述伞钻的大臂自动定位过程为：根据目标孔位置信息算出各个油缸伸缩的长度及马达旋转的角度；每个钻孔的位置用极坐标（r，θ）或（r，θ，φ）表示，其中φ表示钻杆钻进角度；圆周方向上的定位：伞钻固定好后，三个大臂回到各自初始位置，相互之间保持120°夹角，进行初始位置的标定；钻孔时根据每一个孔位的角度坐标θ，推算液压马达转动角度：θ=β+α，α是大臂实际转过的角度，β=0°、120°、240°，液压马达实际转过的角度＝大臂转过的角度×减速比，减速比已知；半径方向上的定位：半径方向上的定位又分为两种情况，钻进角度φ＝0和φ≠0；当φ＝0时：钻杆垂直钻进，需计算支撑油缸和调垂油缸的伸缩长度；钻杆垂直钻进时，能够始终保持垂直，支撑油缸和调垂油缸联通，大臂定位时只需控制其中一个油缸即可；步骤1：以大臂为斜边，分别以上连接孔、下连接孔为两条直角边的起点，做出一个直角三角形，斜边长度已知且为上连接孔与下连接孔之间的距离，两个直角边的长度已知，根据反三角函数求得两锐角的角度；步骤2：在转臂、支撑油缸、大臂组成的三角形中，最短边a已知且为上连接孔到支撑油缸与转臂铰接点之间的距离，最长边c已知且为上连接孔到第一中间孔的距离，最短边a与最长边c之间的角度B为转臂与大臂之间的角度且已知，支撑油缸的总长度为b，根据余弦定理：b2=a2+c2‑2accosB，求得支撑油缸总长度，支撑油缸的总长度减去支撑油缸本身的长度，即可求得支撑油缸的伸缩长度；步骤3：在大臂、调垂油缸、滑移架组成的三角形中，最短边a1已知且为下连接孔到调垂油缸与滑移架铰接点之间的距离，最长边c1已知且为下连接孔到第二中间孔的距离，最短边a1与最长边c1之间的角度B1已知，支撑油缸的总长度为b1，根据余弦定理：b12=a12+c12‑2a1c1cosB1，求得调垂油缸总长度，调垂油缸的总长度减去调垂油缸本身的长度，即可求得调垂油缸的伸缩长度；当φ≠0时：钻杆斜向钻进，步骤1：过下连接孔中心做钻杆的平行线，以大臂为斜边，分别以上连接孔、下连接孔为两条直角边的起点，做出一个直角三角形，斜边长度已知且为上连接孔与下连接孔之间的距离，两个直角边的长度已知，求得上连接孔、下连接孔所在直线的直线方程；步骤2：以上连接孔为圆心，上连接孔与下连接孔之间的距离为半径做圆，圆心坐标为已知，半径已知，求得所做圆的方程；步骤3：联立直线方程和圆的方程，求得交点的坐标，交点即为下连接孔中心的坐标；步骤4：根据φ＝0时的步骤求出支撑油缸的伸缩长度和调垂油缸的伸缩长度。