CN101705830B - 真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其包括盘体、设于盘体上的两个悬臂梁、两提升导柱、两提升油缸、一提升横梁、沿盾构轴线方向平行设置的两平移导柱、通过该两个平移导柱与提升横梁连接的一机架、平移油缸、一真空吸盘、一球铰以及三个支撑油缸；其中盘体可绕盾构轴线旋转，提升导柱可在提升油缸的作用下上下移动，平移油缸可使机架沿平移导柱沿盾构轴线移动，三个支撑油缸的调节可以使吸盘以球铰为中心绕竖直方向、围绕盾构轴线方向，沿盾构轴线方向旋转微调。通过以上所述的技术方案，使管片的定位更加的准确，而且真空吸盘式拼装的功能，能够提高夹取和拼装管片的安全性和精准性，达到更加可靠和更强的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工中的一种管片拼装机，尤其涉及一种六自由度的真空吸盘式管片拼装机。
背景技术
随着城市建设的发展，地铁、地下排管工程不断增加，隧道盾构法开挖凭借自身的优势逐渐成为城市地下施工的主要手段。盾构推进过程中管片拼装的速度与质量直接关系到盾构施工的速度以及隧道的质量。如：圆环管片环面高差不平整，管片环面与隧道设计轴线不垂直，纵缝质量不符合要求，圆环整环旋转等等，都会对管片的拼装产生影响，从而影响整个隧道的施工质量，在管片的拼装过程中需要用到管片拼装机，而管片拼装机技术是直接影响管片拼装质量的主要因素之一。
现有的拼装机很多都是四自由度的，分别为沿盾构轴线方向的移动、环绕盾构轴线方向的运动、竖直方向的运动、以及管片的两端分别在竖直方向的微调，然而在实际的拼装过程中，管片的实际位置并不会这么规则的沿着这四个自由度，因此会造成实际拼装管片过程中造成管片定位的不准确，影响管片拼装的速度以及质量。
为了改善现有的四自由度拼装机的定位不准确，给管片拼装过程带来的缺点，公开号为1837578的中国发明专利公开了名称为“具有六个自由度的管片拼装机”，可以使管片的定位更加的准确，但是该具有六个自由度的管片拼装机造价高，而且应用性不强；因此针对现有的管片拼装机的缺点，有必要提出一种新的六自由度管片拼装机。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，以解决现有技术的管片拼装机定位不准确，应用性不强，另外提高拼装机抓举管片的安全性和可靠性，能够节省更多的拼装时间和更好的保证工人的安全。
为解决所述的技术问题，本发明提供一种真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，该盘体组件包括一圆环状盘体，设于圆环状盘体内侧圆周的齿条；
竖直方向提升管片组件，其包括两个悬臂梁，该两个悬臂梁分别设于所述圆环状盘体的盘面圆周上，与其固定连接；两套筒，分别固定连接于所述两个悬臂梁的顶面；两提升导柱，分别套设于所述两套筒内；两提升油缸，设于所述两套筒的外侧；一提升横梁，该提升横梁的两端分别与所述的两提升油缸以及所述的两提升导柱固定连接；
沿盾构轴线方向移动管片的组件，其包括一机架，沿盾构轴线方向平行设置的两平移导柱，一平移油缸；其中所述两平移导柱的两端与所述提升横梁的中部固定连接，两平移导柱套设于机架具有的两圆筒，且机架可沿该两个平移导柱移动，平移油缸设于机架内，可带动机架沿平移导柱移动；
其特征在于还包括真空吸盘系统，该真空吸盘系统包括一真空吸盘，一球铰，三个支撑油缸，该真空吸盘通过所述球铰以及所述的三个支撑油缸与所述机架连接，通过三个支撑油缸的调节可以使吸盘以球铰为中心绕竖直方向、围绕盾构轴线方向、沿盾构轴线方向旋转微调。
本发明的进一步改进在于：所述真空吸盘的盘底周边设有一圈第一沟槽，且于真空吸盘的盘底配合管片镂空部设有两第二沟槽，于该第一沟槽和第二沟槽内设有密封条；且于真空吸盘盘底设有复数个孔。
本发明的进一步改进在于：所述球铰可旋转卡设于第一球铰盖和第二球铰盖内，且通过该第一球铰盖和第二球铰盖与所述提升横梁的中部螺接；所述球铰通过一球铰座与所述的真空吸盘螺接。
本发明的进一步改进在于：所述真空吸盘的盘底设有两抗剪销。
本发明的进一步改进在于：所述提升导柱具有提升导柱底座，提升油缸通过提升油缸销与提升导柱底座连接；
所述提升横梁包括两侧翼部和连接两侧翼部的一中间部，其中，两侧翼部的一端通过侧翼座与所述的提升导柱底座螺接固定。
本发明的进一步改进在于：所述提升横梁中间部设有一平移油缸罩，且所述平移油缸的轴线与该平移油缸罩的轴线在一条直线上。
通过以上所述的技术方案，本发明提供的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，通过设置真空吸盘系统，通过真空吸盘吸取管片，并且通过吸盘盘底设置的两个抗剪销可以轻松的完成管片的抓举，应用性以及可操作性很强，而且通过三个支撑油缸可以使管片以球铰为中心绕竖直方向、围绕盾构轴线方向，沿盾构轴线方向旋转微调，使管片的定位更加的准确， 而且真空吸盘式拼装的功能，能够提高夹取和拼装管片的安全性和精准性，达到更加可靠和更强的适应性。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机的立体图；
图2为图1所示的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机的主视图；
图3为图2所示的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机沿A-A方向的剖面图；
图4为图2所示的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机沿C-C方向的剖面图；
图5为图3所示的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机沿B-B方向的剖面图；
图6为本发明一较佳实施例的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机的局部立体图；
图7为图6所示的局部立体图的底视图；以及
图8为本发明一较佳实施例的拼装机可调节的六个自由度的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一较佳实施例的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机进行详细描述。
参考图1为本发明一较佳实施例的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机的立体图。该真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，包括盘体组件10，竖直方向提升管片组件20，沿盾构轴线方向移动管片的组件30以及真空吸盘系统40。其中
盘体组件10，同时参考图2，包括一圆环状盘体11，设于圆环状盘体内侧圆周的齿条12；另外于圆环状盘体的内侧可设复数个吊耳13，该吊耳13可用于该圆环状盘体的吊装。
竖直方向提升管片组件20，同时参考图2～3，其包括两个悬臂梁21，其为梯台状，具有梁座211以及顶面为圆弧凹面212，该两个悬臂梁21分别设于所述圆环状盘体11的盘面圆周上，通过该两个悬臂梁的梁座211与所述圆环状盘体11固定连接(在该具体实施例中采用螺接的形式固定连接)，且两个悬臂梁21的中心的连线平行于所述圆环状盘体11的盘面所在圆周的一直径；两套筒22，在该实施例中为铜套筒，其为圆筒形套 筒，分别嵌设固定于所述两个悬臂梁21的圆弧凹面212；两提升导柱23，分别套设于所述两套筒22内，且可以在该两个套筒内沿套筒移动，且该两提升导柱23具有提升导柱底座231；两提升油缸24，设于所述两套筒22的与悬臂梁21的圆弧凹面接触面的相对面，并通过两卡箍241分别螺接固定于两套筒22的侧壁，且该两提升油缸24分别通过两提升油缸销242与提升导柱底座231连接；一提升横梁26，该提升横梁26包括两侧翼部261和连接两侧翼部261的一中间部262，其中，两侧翼部261的一端通过侧翼座263与所述的两提升导柱底座231固定连接(在该具体实施例中为螺接固定)，另一端分别与中间部262固定连接；所述提升横梁中间部262设有一平移油缸罩264。
沿盾构轴线方向运动管片的组件30，同时参考图2～5，其包括一机架31，沿盾构轴线方向平行设置的两平移导柱32，一平移油缸33；其中所述平移导柱32的两端与所述提升横梁26的中间部262固定连接，两平移导柱32套设于机架31具有的两圆筒，且机架31可沿该两个平移导柱32移动；平移油缸33设于机架31内，且平移油缸33的轴线与所述平移油缸罩264的轴线在一条直线上。
真空吸盘系统40，同时参考图2～7，该真空吸盘系统40包括一真空吸盘41；一球铰42，三个支撑油缸43，该真空吸盘41通过所述球铰以及所述的三个支撑油缸43与所述机架31连接，通过三个支撑油缸43的调节可以使吸盘41以球铰为中心绕竖直方向、围绕盾构轴线方向，沿盾构轴线方向旋转微调。其中
所述球铰42可旋转卡设于第一球铰盖421和第二球铰盖422内，且通过该第一球铰盖421和第二球铰盖422与所述机架31螺接；所述球铰42通过一球铰座423与所述的真空吸盘41螺接。
其中，所述真空吸盘41的盘底周边设有一圈第一沟槽411，于该第一沟槽411内设有第一密封条412，且于真空吸盘盘底设有复数个圆孔413，该复数个圆孔413用于抽真空；且于真空吸盘41的盘底配合管片镂空部设有两第二沟槽414，于该第二沟槽414内设有第二密封条415；另外于盘底设有两抗剪销416；另外，第一沟槽411，第二沟槽414为焊接的钢制沟槽。
参考图8，本发明的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机在使用时，利用挡托轮把拼装机盘体定位在支撑环上，盘体11可以在马达的驱动下，通过一与盘体11内侧的齿条12啮合的齿轮(驱动齿轮的油泵安装在支撑环上面)带动盘体11绕盾构轴线旋转，实现该管片拼装机的第一个自由度，即y方向；利用固定在圆环状盘体11圆周上的悬臂梁21作为提升横 梁26的导向安装座，将提升横梁26的提升导柱23安装在悬臂梁21的套筒22内，这样，通过两提升油缸24，提升横梁26可以沿提升导柱23的方向上下运动，实现该管片拼装机管片的第二个自由度，即x方向；平移油缸33可以使机架沿平移导柱32在与盾构轴线平行方向进行前后移动，实现该拼装机管片的第三个自由度，即z方向；另外，真空吸盘系统40实现另外三个自由度，通过安装在真空吸盘41的球铰42和三个支撑油缸43可以实现拼装机管片的偏转，俯仰，横摇等另外3个自由度，即通过三个支撑油缸43的调节可以使真空吸盘以球铰41为中心绕竖直方向、围绕盾构轴线方向，沿盾构轴线方向旋转微调，即θy，θx，θz。
在真空吸盘41工作时，不需要人工安装管片拼装螺栓，只需要将管片利用双梁将管片运送至真空吸盘41下方，然后通过拼装机平移油缸33的平移调节，提升油缸24的升降调节，小齿轮驱动使得真空吸盘41降至管片正上方，再利用三个支撑油缸43进行微调，使真空吸盘41下面的密封条412、415能够完全与管片接触，再将真空吸盘41向下微调至密封条412、415有挤压效果，然后利用真空泵通过真空吸盘41底部的圆孔413将真空吸盘41抽取真空，这样，真空吸盘的真空效果就会显示出来，当达到一定的真空度时，管片就可以随着吸盘一起运动了。
在利用本发明的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机夹取管片时吸盘内的空气被真空泵排出，形成真空度，管片在内外大气压力差的作用下紧贴吸盘，真空泵产生的100mbar的真空度使拼装机非常可靠地夹取管片，管片使用真空吸盘41吸取，在正常工作状态下真空度为95％-80％。即使真空度低至80％，其产生的吸取力仍然具有2倍的安全系数。即使真空泵出现故障，真空吸盘也可以把持住管片三十分钟以上，这主要取决于吸盘密封的状况。而且吸盘41的中心有两个抗剪销416，它们可以吸收放置管片时产生的剪切力以防止真空失效。运用真空吸盘41吸附管片时，必须将抗剪销416安装上，以抵消吸盘在90度，270度时管片的重力，将吸盘41调节至管片上方，然后通过三个支撑油缸43和球铰42进行微调，使得吸盘41底面与管片面的间隙基本一致，吸盘41底面焊接有钢制沟槽411及414，密封条412及415安装在钢制沟槽411、414内，密封条412、415受挤压会起到密封效果，用提升油缸24使吸盘41的密封条412、415与管片上表面接触并有一定的挤压，这时通过控制阀、管路和真空泵将管片与吸盘41之间的空气抽出，当真空度达到85％时，管片就可以提升，进行拼装了。
本发明所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其油缸包括有提升油缸24，平移油缸33，三个支撑油缸43，这些油缸根据工程的需要设定一定的行程，其中提升油缸1000mm，平移油缸1250mm，支撑油缸能够使得管片绕管片自身中心的x，y，z方向旋转正负3度，这使得管片的抓举以及安装适应性更好。
综上所述，本发明所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机装置实现了六自由度的多角度调节，避免了管片安装时缺少微调的情况，并且能够实现真空吸盘式管片拼装，更好的节省了时间以及提高了施工的安全性，说明了此拼装机更可靠的管片性能，适用于盾构法中的拼装机管片施工。
Claims (8)
1.真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其包括盘体组件，该盘体组件包括一圆环状盘体，设于圆环状盘体内侧圆周的齿条；
竖直方向提升管片组件，其包括两个悬臂梁，该两个悬臂梁分别设于所述圆环状盘体的盘面圆周上，与其固定连接；两套筒，分别固定连接于所述两个悬臂梁的顶面；两提升导柱，分别套设于所述两套筒内；两提升油缸，设于所述两套筒的外侧；一提升横梁，该提升横梁的两端分别与所述的两提升油缸以及所述的两提升导柱固定连接；
沿盾构轴线方向移动管片的组件，其包括一机架，沿盾构轴线方向平行设置的两平移导柱，一平移油缸；其中所述两平移导柱的两端与所述提升横梁的中部固定连接，两平移导柱套设于机架具有的两圆筒，且机架可沿该两个平移导柱移动，平移油缸设于机架内，可带动机架沿平移导柱移动；
其特征在于还包括真空吸盘系统，该真空吸盘系统包括一真空吸盘，一球铰，三个支撑油缸，该真空吸盘通过所述球铰以及所述的三个支撑油缸与所述机架连接，通过三个支撑油缸的调节可以使吸盘以球铰为中心绕竖直方向、围绕盾构轴线方向、沿盾构轴线方向旋转微调。
2.如权利要求1所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述真空吸盘的盘底周边设有一圈第一沟槽，且于真空吸盘的盘底配合管片镂空部设有两第二沟槽，于该第一沟槽和第二沟槽内设有密封条；且于真空吸盘盘底设有复数个孔。
3.如权利要求1所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述球铰可旋转卡设于第一球铰盖和第二球铰盖内，且通过该第一球铰盖和第二球铰盖与所述提升横梁的中部螺接；所述球铰通过一球铰座与所述的真空吸盘螺接。
4.如权利要求1～3任一所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述真空吸盘的盘底设有两抗剪销。
5.如权利要求1～3任一所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述提升导柱具有提升导柱底座，提升油缸通过提升油缸销与提升导柱底座连接；
所述提升横梁包括两侧翼部和连接两侧翼部的一中间部，其中，两侧翼部的一端通过侧翼座与所述的提升导柱底座螺接固定。
6.如权利要求4所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述提升导柱具有提升导柱底座，提升油缸通过提升油缸销与提 升导柱底座连接；
所述提升横梁包括两侧翼部和连接两侧翼部的一中间部，其中，两侧翼部的一端通过侧翼座与所述的提升导柱底座螺接固定。
7.如权利要求5所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述提升横梁中间部设有一平移油缸罩，且所述平移油缸的轴线与该平移油缸罩的轴线在一条直线上。
8.如权利要求6所述的真空吸盘式六自由度盾构管片拼装机，其特征在于：所述提升横梁中间部设有一平移油缸罩，且所述平移油缸的轴线与该平移油缸罩的轴线在一条直线上。
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