权利要求
1.一种双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：它包括公共供气单元、机操控制单元、远控单元、气路隔离单元和安全切断单元;
公共供气单元配置为提供压缩空气并分流至机操回路与远控回路;机操控制单元包含并联设置的变幅回转气路子单元和提升抓斗气路子单元，通过左操纵阀和右操纵阀手动控制抓岩机动作;远控单元包含电磁阀组以实现地表远程控制;
气路隔离单元设置于机操控制单元的执行机构入口端，用于阻断远控操作时压缩空气向机操控制单元泄漏;安全切断单元配置为在远控模式下实时监测动作状态，并在异常时切断气源。
2.一种如权利要求1所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：所述气路隔离单元包括并联设于左操纵阀与回转马达之间的两给止回阀;以及并联设于右操纵阀与提升马达之间的两止回阀。
3.一种如权利要求1所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：所述安全切断单元包括联于远控单元气路入口的常闭式电磁阀;连接至电控系统的回转编码器、提升编码器、气压
传感器和油压传感器，用于实时反馈动作参数。
4.一种如权利要求2所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：所述提升抓斗气路子单元还包括顺序阀，其设于右操纵阀与第二止回阀组之间，用于协调提升动作与抓斗开闭动作间的压力分配。
5.一种如权利要求1所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：所述公共供气单元包括依次连接的总进气阀、过滤器、油雾器;分流机操回路与远控回路的回转接头;独立控制两回路通断的手动球阀。
6.一种如权利要求1所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：所述远控单元的电磁阀组包括直接驱动提升马达和回转马达的大口径提升控制阀和回转控制阀;以及通过气控阀间接控制变幅油缸和抓斗气缸的变幅控制阀和抓斗开闭控制阀。
7.一种如权利要求1所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：所述变幅回转气路子单元还包括增压油缸，其通过气顶油方式驱动变幅油缸，且增压油缸下腔设有辅助臂杆快速下降的加压气路。
8.一种如权利要求1所述的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，其特征在于：压缩空气管路采用硬管与双层钢丝编织液压胶管的组合，接头采用扣压式结构。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于竖井施工装备技术领域，具体为一种双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统。
背景技术
[0002]近年来，随着科技水平的提高、施工设备的进步以及社会发展带来的新需求，开发利用深层地下资源成为热点，立井施工作为工程的核心部分，其施工速度和施工质量对整个工程有着巨大的影响。在竖井施工领域，抓岩机作为核心装备，承担着爆破后碎岩抓取、装桶及清底的关键任务，其作业效率与安全性直接影响竖井施工周期与人员安全。抓岩机主要用于在爆破后抓装松散的碎岩，将抓取的碎岩放置于吊桶中，利用吊桶将碎岩提升出立井，完成凿岩-爆破-抓取-装岩-清底的工作循环。
[0003]传统抓岩机采用纯气动驱动模式，以压缩空气为动力源，通过井下操作员手动操纵多路阀组控制抓斗的回转、变幅、提升及开闭动作。该技术模式因无电气元件介入，具备天然防爆特性，适应竖井内高湿度、多粉尘及潜在瓦斯环境，长期被视为矿山深井施工的可靠解决方案。其机械结构简单、维护成本低的优势，支撑了数十年来竖井工程的规模化发展。然而，随着竖井向大于1000米的超深化发展，该技术暴露出以下严重缺陷：
[0004]1、人员安全风险突出：操作员需长期驻留井下狭窄驾驶室，直面岩块掉落、设备摆动等突发风险;恶劣环境如高分贝噪音、高湿度等导致职业疾病高发，人员流失严重。
[0005]2、作业效率受限：纯手动操作依赖操作员经验，抓岩循环时间长，且疲劳作业易引发误操作;驾驶室固定于吊盘下方，操作员往返耗时且存在高空跌落隐患。
[0006]3、系统可靠性不足：气路无隔离设计，多动作并行时易因压力波动导致驱动力衰减;缺乏故障应急机制，设备异常时无法快速切断动力源，加剧事故风险。
发明内容
[0007]本发明的目的在于提供一种可避免人员安全风险和气路干扰风险，同时拥有应急保护的双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统。
[0008]本发明提供的这种双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，包括公共供气单元、机操控制单元、远控单元、气路隔离单元和安全切断单元;公共供气单元配置为提供压缩空气并分流至机操回路与远控回路;机操控制单元包含并联设置的变幅回转气路子单元和提升抓斗气路子单元，通过左操纵阀和右操纵阀手动控制抓岩机动作;远控单元包含电磁阀组以实现地表远程控制;气路隔离单元设置于机操控制单元的执行机构入口端，用于阻断远控操作时压缩空气向机操控制单元泄漏;安全切断单元配置为在远控模式下实时监测动作状态，并在异常时切断气源。
[0009]上述控制系统的一种实施方式中，所述气路隔离单元包括并联设于左操纵阀与回转马达之间的两给止回阀;以及并联设于右操纵阀与提升马达之间的两止回阀。
[0010]上述控制系统的一种实施方式中，所述安全切断单元包括联于远控单元气路入口的常闭式电磁阀;连接至电控系统的回转编码器、提升编码器、气压传感器和油压传感器，用于实时反馈动作参数。
[0011]上述控制系统的一种实施方式中，所述提升抓斗气路子单元还包括顺序阀，其设于右操纵阀与第二止回阀组之间，用于协调提升动作与抓斗开闭动作间的压力分配。
[0012]上述控制系统的一种实施方式中，所述公共供气单元包括依次连接的总进气阀、过滤器、油雾器;分流机操回路与远控回路的回转接头;独立控制两回路通断的手动球阀。
[0013]上述控制系统的一种实施方式中，所述远控单元的电磁阀组包括直接驱动提升马达和回转马达的大口径提升控制阀和回转控制阀;以及通过气控阀间接控制变幅油缸和抓斗气缸的变幅控制阀和抓斗开闭控制阀。
[0014]上述控制系统的一种实施方式中，所述变幅回转气路子单元还包括增压油缸，其通过气顶油方式驱动变幅油缸，且增压油缸下腔设有辅助臂杆快速下降的加压气路。
[0015]上述控制系统的一种实施方式中，压缩空气管路采用硬管与双层钢丝编织液压胶管的组合，接头采用扣压式结构。
[0016]本发明的有益效果如下：
[0017]1、通过机操回路与远控回路的分路供气，实现井下手动操作与地表远程控制的物理隔离;两回路共用总气源，经回转接头分流后，分别由独立的手动球阀控制通断;操作模式可无缝切换，电气故障时仍可通过机操回路维持施工;远程模式将工人转移至地表，彻底规避井底岩块掉落、机械故障等安全风险，实现竖井出渣无人化;
[0018]2、设置双向防干扰的止回阀隔离机制，在机操回路的左操纵阀与回转马达间以及右操纵阀与提升马达间均增设止回阀;阻断远控操作时压缩空气向机操回路泄漏，避免因漏气导致驱动力衰减，确保回转与提升动作的速度稳定性;消除双模式间的气路干扰，保障独立运行的可靠性;
[0019]3、远控回路设置常闭式电磁阀作为总控开关，联动编码器与压力传感器实时监测动作状态;失电或检测到越限/失速时，电磁阀自动切断气源，防止执行机构误动作;地表可远程监控气源压力与抓斗状态，双重保障设备与人员安全。
附图说明
[0020]图1为本发明一个实施例中双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统的路线示意图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对相关技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]如图1所示，本实施例公开的这种双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统，包括公共供气部分100、机操变幅与回转气路部分200、机操提升与抓斗开闭气路部分300和远控气路部分400，各部分并行设置且相互独立、隔离，可依据竖井施工需求选择操作模式。
[0023]公共供气部分100包括总进气阀101、过滤器102、油雾器103、回转接头104、手动球阀105、压力表106、气压传感器107、放水截止阀108、增加油缸加油及排气截止阀109、排气截止阀110。
[0024]压缩空气先经总进气阀101进入，依次通过过滤器102过滤杂质、油雾器103获得润滑后，由回转接头104实现固定管路与随设备回转管路的连接。
[0025]随后压缩空气分为两路，一路通向机操回路，经手动球阀105进一步分流至机操变幅与回转气路部分200、机操提升与抓斗开闭气路部分300;另一路通向远控回路，经手动球阀401和电磁阀402后分流。手动球阀105与手动球阀401可实现本地操作与远程操作对气源的硬性隔离。
[0026]总进气阀101控制整个气路系统的气源通断;压力表106用于井下观察气路压力，气压传感器107将压力信号传递至电控系统以供地表远程查看;放水截止阀108用于排放机架下部的冷凝水;增压油缸加油及排气截止阀109与排气截止阀110配合，为增压油缸207的加油和排气提供控制。
[0027]机操变幅与回转气路部分200包括左操纵阀201、止回阀A202、止回阀B203、回转马达204、回转编码器205、变幅配气阀206、增压油缸207、控油阀208、变幅油缸A209、变幅油缸B210、油缸位移传感器211、油压传感器212。
[0028]从公共供气部分100分流的压缩空气进入左操纵阀201，左操纵阀为五位六通手动操作阀，中位呈截止状态，其不同阀位分别控制回转和变幅动作。
[0029]左操纵阀与回转马达204之间并联设置止回阀A202和止回阀B203，以防止远控操作时压缩空气从左操纵阀泄漏，从而影响回转速度。
[0030]回转马达204用于驱动抓岩机本体回转，回转编码器205实时监测回转动作的精确位置;变幅配气阀206为三位三通气控阀，中位截止，其与控油阀208配合，控制压缩空气进入增压缸的气缸活塞腔或实现油液返回;增压油缸207通过气顶油的方式使油液进入变幅油缸A209和变幅油缸B210，进而实现臂杆升降;油缸位移传感器211实时提供油缸位移信号，以便进行定位控制;油压传感器212监测油压状态。
[0031]增压油缸207下腔设一路气源，通过截止阀109控制，一方面可以使活塞回位到最高位置方便增加油缸加油，另一方面可以辅助臂杆快速下降收缩。
[0032]机操提升与抓斗开闭气路部分300包括右操纵阀301、止回阀C302、顺序阀303、止回阀D304、提升编码器305、提升马达306、制动配气阀307、制动器气缸308、抓斗配气阀309、消声器310、抓斗气缸311、压力开关312、压力开关313。
[0033]公共供气部分100分流的压缩空气进入右操纵阀301，右操纵阀为五位六通手动操作阀，中位截止，不同阀位分别控制提升和抓斗开闭动作。
[0034]右操纵阀301与提升马达306之间并联设置止回阀C302和止回阀D304，避免远控操作时压缩空气从右操纵阀泄漏，从而影响提升速度与性能。
[0035]止回阀D304与右操纵阀301之间设置顺序阀303，协调提升与抓斗开闭等相关动作的先后顺序，避免动作间的压力冲突。
[0036]制动配气阀307为三位三通气控阀，中位卸荷，其控制制动器气缸308的通断，实现常闭制动器的打开或关闭;提升马达306用于驱动抓斗提升或下降，提升编码器305实时监测提升动作的精确位置;抓斗配气阀309为三位四通气控阀，中位截止，其控制压缩空气进入抓斗气缸311的活塞腔或活塞杆腔，完成抓斗开闭;消声器310降低排气噪音，压力开关312和压力开关313用于判断抓斗开闭状态。
[0037]远控气路部分400包括手动球阀401、电磁阀402、提升控制阀403、抓斗开闭控制阀404、回转控制阀405、变幅控制阀406。
[0038]公共供气部分100的分流的压缩空气进入手动球阀401和电磁阀402后，分四路分别供给提升控制阀403、抓斗开闭控制阀404、回转控制阀405、变幅控制阀406。配置手动球阀401可以在电控出现故障时在线维修，不影响手动操作抓岩机影响竖井施工。
[0039]这些控制阀均为中封式三位五通电磁阀，其中提升控制阀403和回转控制阀405为大口径电磁阀，可直接驱动提升马达306和回转马达204正反转，实现抓斗提升、下降和回转动作;变幅控制阀406和抓斗开闭控制阀404通过控制变幅配气阀206和抓斗配气阀309两端的控制口，间接实现臂杆升降和抓斗开闭动作。
[0040]电磁阀402为常闭式，失电时切断远控气源，防止气动执行机构误动作。
[0041]本实施例的压缩空气管路采用硬管与软管结合方式，软管采用双层钢丝编织液压胶管，接头均采用扣压式接头，以便在竖井施工爆炸飞石、冲击波环境下可靠使用。
[0042]在另一实施例中，手动球阀105、401也可用相应规格的截止阀替代;同时左操纵阀201、右操纵阀301密封严密的情况下，可以采用在变幅配气阀206、抓斗配气阀309控制气路上开小孔，以防止“困气”现象，导致动作不畅;或在控制气路上增设电磁阀，通过电磁阀的通断向外部排气，以防止中封型中位机能阀间“困气”现象。
[0043]整体而言，本控制系统通过机操回路与远控回路的并行且独立设置，实现井下手动操作与地表远程控制的功能，且两者物理隔离、互不干扰。
[0044]公共供气部分为系统提供清洁、润滑的压缩空气，完成气源通断控制与压力监测;机操回路借助左、右操纵阀手动控制各动作，满足井下直接操作需求;远控回路通过电磁阀和各控制阀的电控，将操作地点转移至地表，实现远程智能控制。
[0045]止回阀阻断远控操作时压缩空气向机操回路的泄漏，保障回转、提升动作的速度稳定性;常闭式电磁阀作为远控回路总控开关，结合编码器、压力传感器等监测元件，可在失电或检测到越限、失速等异常时自动切断气源，保障设备与人员安全。
[0046]两种操作模式可无缝切换，电气故障时通过机操回路维持施工，确保竖井施工进度，同时远程模式让工人远离井下危险源，实现竖井出渣工序的井下无人化作业。
[0047]最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(1)
声明：
“双模隔离式抓岩机气动驱动控制系统” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：长沙矿山研究院有限责任公司
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