技术领域

本发明属于煤矿辅助运输设备技术领域，具体涉及一种全气动迈步式行走机构及其气动控制系统。

背景技术

随着煤矿开采效率和开采强度的不断增加，不仅煤矿井下运输安全问题的重要性愈加突出，井下大型设备的运输也变得越来越频繁。

例如，将采煤机、掘进机、运输机、液压支架等大型机构或者零部件运到工作面维修或更换，面临的问题是将大而重的东西运到工作面的过程。目前大部分井下辅助运输机构是采用铺设轨道的运输方式进行运输，但在井下的一些特殊地段(如加工面)不能铺设轨道，或者铺设轨道太过浪费，增加了整体成本，不符合经济效益，所以井下大型设备的运输存在较大的困难。显然在井下无轨地段运输这些大型部件仅靠人工是相当困难的，而且费时费力，严重影响了井下开采效率，同时大大增加了井下安全隐患。

而且，矿用运输机械装备以机、电、液产品居多，多采用电动机作为动力输出。由于井下多为瓦斯、粉尘工作环境，对其防爆性能要求很高，产品制造成本高，在实际作业中仍存在一定的安全隐患。

综上所述，针对矿井下开采过程中在无轨地段复杂巷道路面上的矿物运输及大型部件运输困难的问题，发明一种安全、适用于矿井下无轨地段辅助运输的机构是十分必要的，既能节省人力物力、提高运输效率，又能从源头上减少井下安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作灵活、负荷能力强，可实现矿井中不同环境下的辅助运输工作，且工作稳定、安全高效的全气动迈步式行走机构。

本发明的另一目的在于提供一种上述行走机构的气动控制系统。

一种全气动迈步式行走机构，包括平行间隙设置的上承重板及下承重板，上承重板的底部设有第一迈步机构，下承重板的底部设有第二迈步机构，第一迈步机构包括设置在上承重板底部一侧中间位置的第一推拉滑轨以及对称设置在上承重板底部另一侧前后位置的第二推拉滑轨及第三推拉滑轨，第二迈步机构包括设置在下承重板底部一侧，第二推拉滑轨及第三推拉滑轨之间位置的第四推拉滑轨，以及对称设置在下承重板底部另一侧，第一推拉滑轨前后位置的第五推拉滑轨及第六推拉滑轨，上述推拉滑轨均沿着上承重板的长度方向设置，上述推拉滑轨底部垂直设有可沿其轨道滑动的承重气缸，承重气缸的活塞杆端朝下，并安装有支撑足，第一推拉滑轨分别与第二推拉滑轨、第三推拉滑轨之间，第四推拉滑轨分别与第五推拉滑轨、第六推拉滑轨之间，均铰接有连接杆，上承重板及下承重板之间还设有转向机构，转向机构的两侧水平对称设有第一推拉气缸及第二推拉气缸，第一推拉气缸连接第一推拉滑轨处承重气缸的滑动端及上承重板，第二推拉气缸连接第四推拉滑轨处承重气缸的滑动端及下承重板，转向机构包括摆动气缸，摆动气缸的摆动盘连接在上承重板底面，摆动气缸的底端连接在下承重板上。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述连接杆通过球铰连接在承重气缸上。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述转向机构包括位于上承重板及下承重板之间的连接轴，连接轴的轴向顶部固定在上承重板底面，轴向底部穿过下承重板的轴孔，连接在π型固定板上，π型固定板的底面边缘处固定在摆动气缸的摆动盘上，下承重板的轴孔上下侧，分别设有套设在连接轴上的推力圆柱滚子轴承与角接触球轴承。

一种上述全气动迈步式行走机构的气动控制系统，包括气源，气源通过电磁阀、减压阀、调速阀，控制第一、第二迈步机构中各推拉滑轨处承重气缸的伸缩，通过电磁阀、减压阀，控制第一推拉气缸及第二推拉气缸的伸缩；通过电磁阀、减压阀控制转向机构中的摆动气缸的摆动。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述气源包括储气罐，第一迈步机构和第二迈步机构包括承重气缸、摆动气缸，所述承重气缸包括与第一至第六推拉滑轨相对应的第一承重气缸、第二承重气缸、第三承重气缸、第四承重气缸、第五承重气缸及第六承重气缸，第一承重气缸的进气腔与第二、三承重气缸的进气腔相通，第一承重气缸的活塞腔与第二、三承重气缸的活塞腔相通，第四承重气缸与第五、六承重气缸的进气腔相通，第四承重气缸与第五、六承重气缸的活塞腔相通，第一承重气缸的进气腔与第四承重气缸的进气腔之间的管路上依次设有速度控制阀Ⅰ、减压阀Ⅰ、二位四通电磁阀Ⅰ、速度控制阀Ⅱ、减压阀Ⅱ，二位四通电磁阀Ⅱ，第一承重气缸的活塞腔与第四承重气缸的活塞腔之间的管路上依次速度控制阀Ⅲ、减压阀Ⅲ、二位四通电磁阀Ⅰ、速度控制阀Ⅳ、减压阀Ⅳ、二位四通电磁阀Ⅱ，连接二位四通电磁阀Ⅰ与二位四通电磁阀Ⅱ的主管路上，连接摆动气缸、第一推拉气缸、第二推拉气缸及空压机，与摆动气缸连接的管路上设有三位四通电磁阀，三位四通电磁阀通过并列设置的速度控制阀Ⅴ、速度控制阀Ⅵ连接在摆动气缸上，与空压机连接的管路上依次设有二通单线圈电磁阀、气动三联件、储气罐、油水分离器及冷却器，与第一推拉气缸、第二推拉气缸连接的管路上设有二位四通电磁阀Ⅲ，二位四通电磁阀Ⅲ通过速度控制阀Ⅶ连接在第一推拉气缸、第二推拉气缸的进气腔，通过速度控制阀Ⅷ连接在第一推拉气缸、第二推拉气缸的活塞腔上。

本发明可实现矿井复杂环境下的辅助运输工作，且工作稳定、安全可靠，既能节省人力物力、提高运输效率，又能从源头上减少井下安全隐患，可有效解决目前矿井下开采过程中在无轨地段等复杂巷道路面上的矿物运输，以及大型部件运输困难等难题。

具体体现在：

1、采用压缩空气作为动力源，气缸作为执行件，可直接利用矿井下压缩空气，安全、便捷，在井下瓦斯、粉尘工作环境下具有较高防爆性能；

2、迈步机构由推拉滑轨、承重气缸、支撑足组成，并通过连接杆和球铰相互连接形成三足机构，结构稳定可靠，承重性强；

3、转向机构可实现上、下承重板的相对转动进而实现整个机构的原地转向，灵活转弯，避免了因空间狭小而转弯困难的问题。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的主视结构示意图；

图4为本发明中转向机构的结构示意图；

图5为本发明的气动控制系统示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供的一种全气动迈步式行走机构，包括平行间隙设置的上承重板1及下承重板2，上承重板1的底部设有第一迈步机构3，下承重板2的底部设有第二迈步机构4，结合图2，第一迈步机构3包括设置在上承重板1底部一侧中间位置的第一推拉滑轨31以及对称设置在上承重板1底部另一侧前后位置的第二推拉滑轨32及第三推拉滑轨33，第二迈步机构4包括设置在下承重板2底部一侧，第二推拉滑轨32及第三推拉滑轨33之间位置的第四推拉滑轨41，以及对称设置在下承重板2底部另一侧，第一推拉滑轨31前后位置的第五推拉滑轨42及第六推拉滑轨43，上述推拉滑轨均沿着上承重板1的长度方向设置，上述推拉滑轨底部垂直设有可沿其轨道滑动的承重气缸5，承重气缸5的活塞杆端朝下，并安装有支撑足6，第一推拉滑轨31分别与第二推拉滑轨32、第三推拉滑轨33之间，第四推拉滑轨41分别与第五推拉滑轨42、第六推拉滑轨43之间，均铰接有连接杆7，结合图3，上承重板1及下承重板2之间还设有转向机构8，转向机构8的两侧水平对称设有第一推拉气缸9及第二推拉气缸10，第一推拉气缸9连接第一推拉滑轨31处承重气缸5的滑动端及上承重板1，第二推拉气缸10连接第四推拉滑轨41处承重气缸5的滑动端及下承重板2，转向机构8包括摆动气缸81(可采用MSQ摆动气缸)，摆动气缸81的摆动盘和底端分别连接上承重板1和下承重板2。

运行时：第一推拉气缸9通过其活塞杆的伸缩，带动第一迈步机构3中第一推拉滑轨31处的承重气缸5实现沿第一推拉滑轨31滑动，从而再通过连接杆7带动第二推拉滑轨32及第三推拉滑轨33处的承重气缸5实现沿第二推拉滑轨32及第三推拉滑轨33滑动；

第二推拉气缸10通过其活塞杆的伸缩，带动第二迈步机构4中第四推拉滑轨41处的承重气缸5实现沿第四推拉滑轨41滑动，从而再通过连接杆7带动第五推拉滑轨42及第六推拉滑轨43处的承重气缸5实现沿第五推拉滑轨42及第六推拉滑轨43滑动；

承重气缸5通过其活塞杆的伸缩，实现三足支撑，三足迈步，配合滑动过程，便可实现第一迈步机构三足和第二迈步机构三足的交替迈步。

通过控制转向机构8中摆动气缸81的摆动，带动上承重板1及下承重板2之间的相对转动，实现迈步过程中的转向。

迈步行走原理具体如下：

1、初始状态下，第一推拉气缸9及第二推拉气缸10处于伸长状态，第一迈步机构3中三推拉滑轨处的三承重气缸伸长，第一迈步机构3的三足承重，支撑上承重板1，第二迈步机构4中三推拉滑轨处的三承重气缸处于收缩状态；

2、通过控制电磁阀，使第一推拉气缸9及第二推拉气缸10同时收缩，且第二迈步机构4中三推拉滑轨处的三承重气缸逐渐伸长，整体结构负重前进；

3、第一推拉气缸9及第二推拉气缸10收缩完毕后，第二迈步机构4的三足承重，支撑下承重板2，控制电磁阀，使第一推拉气缸9及第二推拉气缸10同时伸长，且第一迈步机构3中三推拉滑轨处的三承重气缸逐渐收缩，整体结构继续负重前进；

4、第一推拉气缸9及第二推拉气缸10伸长完毕后，第一迈步机构3的三足承重，支撑上承重板1，控制电磁阀，使第一推拉气缸9及第二推拉气缸10同时收缩，且第二迈步机构4中三推拉滑轨处的三承重气缸逐渐伸长，依此原理使整体结构在第一迈步机构3和第二迈步机构4的交替迈步中不间断前进。

机构转向原理如下：

1、机构负重或空载状态下需要转弯时，通过控制电磁阀，使第二迈步机构4承重支撑于地面，第一迈步机构3中三推拉滑轨处的三承重气缸收缩；

2、通过控制摆动气缸81动作，使上承重板1相对于下承重板2转动一定角度；

3、控制电磁阀，使第一迈步机构3承重支撑于地面，第二迈步机构4中三推拉滑轨处的三承重气缸收缩；

4、控制摆动气缸81复位使下承重板2相对于上承重板1转动一定角度，实现机构转弯。

本发明为了更进一步完善其结构，本发明的结构在具体实施时，还可以在以上所述的技术方案基础上，采用下面的实施例：

实施例1

连接杆7通过球铰11连接在承重气缸5上。目的在于，保证本发明在行走时的柔性迈步，使迈步过程更为平稳，防止位于上承重板1上支撑物体的掉落。

实施例2

参见图4，转向机构8包括位于上承重板1及下承重板2之间的连接轴82，连接轴82的轴向顶部固定在上承重板1底面，轴向底部穿过下承重板2的轴孔，连接在π型固定板83上，π型固定板83的底面边缘处固定在摆动气缸81的摆动盘上，下承重板2的轴孔上下侧，分别设有套设在连接轴82上的推力圆柱滚子轴承84与角接触球轴承85。目的在于，该种结构的转向机构，能够较为平稳的实现上承重板1及下承重板2之间的相对转动，确保转向速度及效果。

本发明还提供一种上述全气动迈步式行走机构的气动控制系统，包括气源，气源依次通过电磁阀、减压阀、调速阀，控制第一、第二迈步机构各推拉滑轨处承重气缸的伸缩，通过电磁阀、减压阀，控制第一推拉气缸9及第二推拉气缸10的伸缩，实现第一迈步机构3和第二迈步机构4的交替迈步；通过电磁阀、减压阀控制转向机构8中的摆动气缸81，实现运输过程中的转向。

本发明为了更进一步完善气动控制系统，本发明的结构在具体实施时，可以采用下面的实施例：

实施例3

参见图5，一种上述全气动迈步式行走机构的气动控制系统，包括承重气缸5、摆动气缸81、第一推拉气缸9、第二推拉气缸10及空压机11，承重气缸5包括与第一至第六推拉滑轨相对应的第一承重气缸5a、第二承重气缸5b、第三承重气缸5c、第四承重气缸5d、第五承重气缸5e及第六承重气缸5f，参见图3，第一承重气缸5a的进气腔与第二承重气缸5b、第三承重气缸5c的进气腔相通，第一承重气缸5a的活塞腔与第二承重气缸5b、第三承重气缸5c的活塞腔相通，第四承重气缸5d与第五承重气缸5e、第六承重气缸5f的进气腔相通，第四承重气缸5d与第五承重气缸5e、第六承重气缸5f的活塞腔相通，第一承重气缸5a的进气腔与第四承重气缸5d的进气腔之间的管路上依次设有速度控制阀Ⅰ6a、减压阀Ⅰ7a、二位四通电磁阀Ⅰ8a、速度控制阀Ⅱ6b、减压阀Ⅱ7b、二位四通电磁阀Ⅱ8b，第一承重气缸5a的活塞腔与第四承重气缸5d的活塞腔之间的管路上依次设有速度控制阀Ⅲ6c、减压阀Ⅲ7c、二位四通电磁阀Ⅰ8a、速度控制阀Ⅳ6d、减压阀Ⅳ8d、二位四通电磁阀Ⅱ8b，连接二位四通电磁阀Ⅰ8a与二位四通电磁阀Ⅱ8b的主管路上，连接摆动气缸8a、第一推拉气缸9、第二推拉气缸10及空压机11，与摆动气缸8a连接的管路上设有三位四通电磁阀9a，三位四通电磁阀9a通过并列设置的速度控制阀Ⅴ6e、速度控制阀Ⅵ6f连接在摆动气缸8a上，与空压机11连接的管路上依次设有二通单线圈电磁阀10a、气动三联件10b、储气罐10c、油水分离器10d及冷却器10e，与第一推拉气缸9、第二推拉气缸10连接的管路上设有二位四通电磁阀Ⅲ8c，二位四通电磁阀Ⅲ8c通过速度控制阀Ⅶ6g连接在第一推拉气缸9、第二推拉气缸10的进气腔，通过速度控制阀Ⅷ6h连接在第一推拉气缸9、第二推拉气缸10的活塞腔上。

运行过程为：

初始状态：所有承重气缸和推拉气缸均处于收缩状态；

行走控制：二通单线圈电磁阀10a线圈得电，压缩空气进入整个气动系统；控制二位四通电磁阀Ⅱ8b的Y1线圈、二位四通电磁阀Ⅲ8c的X2线圈同时得电，使第一迈步机构3中三个承重气缸伸长支撑于地面、第一推拉气缸9及第二推拉气缸10的推杆推出，承重板前进一步；

同一段时间内，在第一推拉气缸9及第二推拉气缸10推出后，二位四通电磁阀Ⅰ8a的Z1线圈得电，完成第二迈步机构4中三个承重气缸伸长并支撑于地面；

进入下一个时间段，第二迈步机构4中的承重气缸保持伸长状态，二位四通电磁阀Ⅱ8b的Y2线圈得电，第一迈步机构3中承重气缸收缩，与此同时二位四通电磁阀Ⅲ8c的X1线圈得电，第一推拉气缸9及第二推拉气缸10推杆收缩，承重板前进一步；

同一段时间内，在第一推拉气缸9及第二推拉气缸10收缩后，二位四通电磁阀Ⅱ8b的Y1线圈得电，完成第一迈步机构3中承重气缸伸长并支撑于地面；

如上步骤控制上述各电磁阀线圈得电和失电，实现第一迈步机构3与第二迈步机构4的循环迈步。

转向控制：二位四通电磁阀Ⅰ8a的Z1线圈得电，第二迈步机构4承重气缸支撑于地面，二位四通电磁阀Ⅱ8b的Y2线圈得电，第一迈步机构3中三个承重气缸收缩；

三位四通电磁阀9a的M1线圈得电，控制摆动气缸81动作，上承重板1相对于下承重板2转动一定角度；

二位四通电磁阀Ⅱ8b的Y1线圈得电，第一迈步机构3中三个承重支撑于地面，二位四通电磁阀Ⅰ8a的Z2线圈得电，第一迈步机构中三个承重气缸收缩；

三位四通电磁阀9a的M2线圈得电，摆动气缸81复位，使下承重板2相对于上承重板1转动一定角度，实现机构转弯。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。