CN103306690B - 隧道加固机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道加固机器人，包括支撑机构、移动机构、回转机构、动臂机构、钳体机构和驱动装置。支撑机构用以支撑整台机器，连接移动机构。移动机构的另一端连接回转机构。回转机构与动臂机构相连。动臂机构的另一端与钳体机构相连。各个机械部件环环相扣。驱动装置包括电气驱动及液压驱动。整个隧道加固机器人主要是通过电气来控制各机械部件的动作，各机械部件的工作动力是由整体的液压系统来提供的。利用地铁停止营运的间隙，在不移除地铁管线的情况下，充分利用有限的隧道空间完成钢板内衬施工的机具。利用该机具可提高施工效率，保证地铁管线安全，使在地铁营运隧道内对隧道进行加固。
Description
技术领域
本发明涉及盾构法隧道施工的设备，尤其涉及一种属于隧道施工机械领域的隧道加固机器人，属于用于完成隧道加固钢质内衬施工的专用机械。
背景技术
在国内，盾构掘进机凭借着其优秀的地面沉降控制、高开挖效率和广泛的底层适应能力，在地铁、大直径隧道、地下管路等施工中得到了广泛的应用。其中建成后的隧道横截面在受外力作用下发生变形将危及隧道安全，为保证隧道的安全需要用钢质内衬对隧道内壁进行加固。然而对建成并已投入营运的大城市的地铁隧道而言，隧道内壁有众多的用于地铁营运的管线。为利用地铁停止营运的间隙，在不移除地铁管线的情况下，利用管线与隧道内壁100mm的间隙使用本专利提供的特制机械手完成钢质内衬的安装。
目前对于一般的隧道内壁加固，普遍的加固方法是工人进入地铁隧道区域进行加固。但是这种方法需要工人冒险进入危险环境作业，而且效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能满足施工条件安全、灵活、操纵可靠的隧道加固机器人，以解决现有的地铁隧道加固困难的问题。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种隧道加固机器人，包括：
一移动机构，所述移动机构可移动连接于隧道内的列车轨道上；
一支撑机构，所述支撑机构连接于所述移动机构上，并撑设于所述移动机构两侧的刚道板上；
一回转机构，所述回转机构包括一回转轴、一工作平台和一回转电动减速箱，所述回转轴的第一端连接于所述移动机构上，所述工作平台在所述回转电动减速箱的驱动下可转动连接于所述回转轴的第二端；
一动臂机构，所述动臂机构包括一动臂、一动臂油缸、一摆臂轴和摆臂油缸，所述摆臂油缸连接于所述工作平台与所述动臂之间，所述动臂的第一端在所述摆臂油缸的驱动下通过一销轴可转动连接于所述工作平台上，所述动臂油缸连接于所述动臂与所述摆臂轴之间，所述动臂的第二端在所述动臂油缸的驱动下通过一销轴与所述摆臂轴的第一端可转动连接；
一钳体机构，所述钳体机构包括一钳体、一钳体油缸、一回转轴和一摆动油缸，所述钳体的第一端连接钢板内衬，所述钳体的第二端在所述钳体油缸的驱动下通过一销轴可转动连接于所述回转轴的第一端，所述回转轴的第二端在所述摆动油缸的驱动下于所述摆臂轴的第二端绕轴转动。
本发明进一步的改进在于，所述隧道加固机器人还包括一驱动装置，所述驱动装置包括电气驱动及液压驱动。
本发明进一步的改进在于，所述钳体的第一端设有两根螺栓，所述钢板内衬上对应所述两根螺栓焊接有三个吊耳，所述螺栓连接所述吊耳。
本发明进一步的改进在于，所述回转电动减速箱连接于所述工作平台与所述回转轴之间。
本发明进一步的改进在于，所述钳体油缸连接于所述摆臂轴与所述钳体之间。
本发明进一步的改进在于，所述摆动油缸连接于所述摆臂轴与所述回转轴之间。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：
1、本发明的隧道加固机器人，其能在地铁营运隧道内，利用地铁停止营运的间隙，在不移除地铁管线的情况下，充分利用有限的隧道空间完成钢板内衬施工的机具。利用本发明提高施工效率，保证地铁管线安全，使在地铁营运隧道内对隧道进行加固。
2、本发明的隧道加固机器人，具有6自由度的动作，靠液压和电机驱动，有有线和无线两种控制方式，能在地铁营运隧道内，利用地铁停止营运的间隙，在不移除地铁管线的情况下，充分利用有限的隧道空间完成钢板内衬施工。
3、本发明的隧道加固机器人，可替代工人进入地铁隧道进行隧道加固，降低了工人在现场施工的风险，同时提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明隧道加固机器人的一种实施例的结构示意图。
图2为本发明隧道加固机器人的钳体部分抓取钢板内衬的结构原理图。
图3为本发明隧道加固机器人的钢板内衬的在3°位置的安装示意图。
图4为本发明隧道加固机器人的钢板内衬的在70°位置的安装示意图。
图5为本发明隧道加固机器人的钢板内衬的在37.5°位置的安装示意图。
图6为本发明隧道加固机器人的钢板内衬的在50.5°位置的安装示意图。
具体实施方式
本发明的隧道加固机器人能在地铁营运隧道内，利用地铁停止营运的间隙，在不移除地铁管线的情况下，充分利用有限的隧道空间完成钢板内衬施工的机具。利用该机具可提高施工效率，保证地铁管线安全，使在地铁营运隧道内对隧道进行加固。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
首先参阅图1所示，本发明的隧道加固机器人1主要有一支撑机构11、一移动机构12、一回转机构13、一动臂机构14、一钳体机构15和一驱动装置16。移动机构12可移动连接于隧道内的列车轨道上，通过隧道内的列车轨道被牵引至隧道加固位置，用以整台机器的整体移动，拼装位置的整体调整。移动机构12两侧设有支撑机构11，撑设于移动机构12两侧的刚道板上，用以支撑整台机器，使其在工作中保持稳定的状态。回转机构13设于移动机构12上，并与动臂机构14相连，用于隧道加固机器人1钳取钢板内衬后水平回转到拼装位。动臂机构14的另一端与钳体机构15相连，动臂机构14用于完成钢板内衬的就位动作，钳体机构15用于调整弧形钢板内衬角度，保证钢板内衬弧面与管片弧面就位精确，各个机械部件环环相扣。驱动装置16包括电气驱动及液压驱动，整个隧道加固机器1主要是通过电气来控制各机械部件的动作，各机械部件的工作动力是由整体的液压系统来提供的。
本发明的隧道加固机器人1具有6自由度的动作，通过移动机构12实现隧道加固机器人1沿隧道内的列车轨道平移运动，为第一个自由度。回转机构13进一步包括一回转轴131、一工作平台132和一回转电动减速箱133，回转轴131的第一端1311连接于移动机构12上，工作平台132在回转电动减速箱133的驱动下通过齿轮传动副传递动力，实现绕回转轴131的第二端1312的360度回转，为第二个自由度。动臂机构14包括一动臂141、一动臂油缸142、一摆臂轴143和一摆臂油缸144，动臂141的第一端1411与工作平台132通过一销轴21枢接连接，并且动臂141的第一端1411在摆臂油缸144的驱动下相对于工作平台132绕销轴21转动，为第三个自由度。摆臂轴143的第一端1431与动臂141的第二端1412通过一销轴22枢接连接，并且摆臂轴143的第一端1431在动臂油缸142的驱动下相对于动臂141绕销轴22转动，为第四个自由度。钳体机构15包括一钳体151、一钳体油缸152、一回转轴153和一摆动油缸154，配合图2所示，钳体151的第一端1511设有两根相互平行的螺栓31，钢板内衬3上对应两根螺栓31焊接有3个呈三角形分布的吊耳32，通过螺栓31连接吊耳32，从而实现钳体151抓取钢板内衬3的目的，钳体151的第二端1512通过一销轴23枢接连接于回转轴153的第一端1531，钳体油缸152连接于钳体151与摆臂轴143之间，钳体151在钳体油缸152的驱动下相对于回转轴153与摆臂轴143绕销轴23转动，为第五个自由度。回转轴153的第二端1532在摆动油缸154的驱动下通过齿轮齿条机构的传动，于摆臂轴143的第二端1432绕轴转动，从而带动回转轴153上的钳体151随回转轴153摆动，为第六个自由度。六个自由度的动作可以相互叠加。
隧道加固机器人1的电气系统主要由动力控制柜和回转控制柜组成。动力控制柜主要控制隧道加固机器人1及其他设备的动力输入与输出；回转控制柜主要控制隧道加固机器人1各部件的自由度动作，以便完成钢板内衬3的拼装。
隧道加固机器人1的液压系统主要由油箱、泵组、换向阀组、滤油器组成。
通过上述机械系统、液压系统和电气系统构成的隧道加固机器人1可以完成支撑、平移、回转、动臂、摆臂、钳体伸缩及钳体的摆动等个动作，可以使得钢板内衬3的安装更为精确。
动臂伸缩主要用以完成钢板内衬3的提升动作；摆臂伸缩主要用以完成钢板内衬3的就位动作；钳体伸缩主要用以完成弧形钢板内衬3角度调整，保证钢板内衬3沿隧道管臂，穿越管线就位；钳体绕摆臂轴摆动主要用以完成弧形钢板内衬3角度调整，保证钢板内衬3弧面与管片弧面就位精确；回转主要用以完成隧道加固机器人1从平板上钳取钢板内衬3后的水平回转到拼装位；平移主要用以完成钢板内衬3沿隧道纵向位置的调整，保证钢板内衬3能安装在隧道管片中心；支撑主要用以保证隧道加固机器人1整体的稳定性。
本发明的隧道加固机器人1通过6个自由度运动可以完成从移动机构自取施工用钢板内衬3的动作；回转至拼接、安装位置的动作；进行纵向对位的动作；钳取钢板内衬3在隧道空间内完成翻转，提升，穿越管线，进行就位的动作。
结合图3～图6为本发明各分块钢板内衬在3°、70°、37.5°、50.5°这四个位置的安装示意图。通过作图法验证该隧道加固机器人1主要负责各分块钢管衬在3°、70°、37.5°、50.5°这四个位置的安装，并保证隧道加固机器人1在各作业状态和运输状态其外形及所钳钢板内衬3不与隧道内管线干涉。
本发明的隧道加固机器人1，能在地铁营运隧道内，利用地铁停止营运的间隙，在不移除地铁管线的情况下，充分利用有限的隧道空间完成钢板内衬施工的机具。利用该隧道加固机器人1可提高施工效率，保证地铁管线安全，使在地铁营运隧道内对隧道进行加固变为可能。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种隧道加固机器人，其特征在于所述隧道加固机器人包括：
一移动机构，所述移动机构可移动连接于隧道内的列车轨道上；
一支撑机构，所述支撑机构连接于所述移动机构上，并撑设于所述移动机构两侧的刚道板上；
一回转机构，所述回转机构包括一回转轴、一工作平台和一回转电动减速箱，所述回转轴的第一端连接于所述移动机构上，所述工作平台在所述回转电动减速箱的驱动下可转动连接于所述回转轴的第二端；
一动臂机构，所述动臂机构包括一动臂、一动臂油缸、一摆臂轴和摆臂油缸，所述摆臂油缸连接于所述工作平台与所述动臂之间，所述动臂的第一端在所述摆臂油缸的驱动下通过一销轴可转动连接于所述工作平台上，所述动臂油缸连接于所述动臂与所述摆臂轴之间，所述动臂的第二端在所述动臂油缸的驱动下通过一销轴与所述摆臂轴的第一端可转动连接；
一钳体机构，所述钳体机构包括一钳体、一钳体油缸、一回转轴和一摆动油缸，所述钳体的第一端连接钢板内衬，所述钳体的第二端在所述钳体油缸的驱动下通过一销轴可转动连接于所述回转轴的第一端，所述回转轴的第二端在所述摆动油缸的驱动下于所述摆臂轴的第二端绕轴转动。
2.如权利要求1所述的隧道加固机器人，其特征在于：所述隧道加固机器人还包括一驱动装置，所述驱动装置包括电气驱动及液压驱动。
3.如权利要求2所述的隧道加固机器人，其特征在于：所述钳体的第一端设有两根螺栓，所述钢板内衬上对应所述两根螺栓焊接有三个吊耳，所述螺栓连接所述吊耳。
4.如权利要求3所述的隧道加固机器人，其特征在于：所述回转电动减速箱连接于所述工作平台与所述回转轴之间。
5.如权利要求4所述的隧道加固机器人，其特征在于：所述钳体油缸连接于所述摆臂轴与所述钳体之间。
6.如权利要求5所述的隧道加固机器人，其特征在于：所述摆动油缸连接于所述摆臂轴与所述回转轴之间。
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