CN104033156B - 一种矩形盾构管片安装机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩形盾构管片安装机，由立柱套筒升降机构、蜗轮蜗杆旋转机构、横臂伸缩机构和拼装头机构组成，立柱套筒升降机构由立柱、立柱套筒和立柱驱动机构组成，蜗轮蜗杆旋转机构由回转支撑、蜗轮蜗杆液压马达和蜗轮蜗杆回转减速器依次连接组成，横臂伸缩机构与立柱套筒升降机构的结构类似。横臂、横臂套筒和横臂驱动机构组成，拼装头机构由调整油缸、顶紧油缸、偏转油缸、旋转轴、偏转座、挂耳、移动座、滑移导轨、轴向滑移油缸和底座组成，本发明使用时通过管片安装机和盾构机的配合，可以实现对矩形隧道的管片安装。本发明的自由度高，可以实现灵活的管片安装；通过和盾构机的配合，可以实现对矩形隧道的管片安装；整个机构的结构简单，性能可靠，具有较强的实用性和较高的经济性。

Description

一种矩形盾构管片安装机

技术领域

本发明涉及一种管片安装机，特别涉及一种矩形盾构管片安装机。

背景技术

在我国，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。

管片安装机是盾构掘进机的重要组成部件，主要负责隧道管片的安装和拆卸。盾构机向前推进一段距离后，管片安装机立即开始工作，将管片及时拼装成隧道衬砌，管片安装机的性能直接影响到隧道成型质量及工程施工的进度。现有技术虽然可以实现管片旋转角度和位置的要求，但由于其与管片连接的转动平台仅可以实现两个运动：绕隧道径向水平方向及绕隧道径向铅垂方向的转动，其余的运动都是通过大行程的油缸和驱动装置来实现的。显然，其转动平台的运动并不灵活，即在管片旋转到预定角度后对于管片的姿态调整方面存在局限，对于隧道的成型质量会有一定的影响。

此外，现有的管片安装机大多适用于拱形的隧道，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有管片安装机的不足，提出了一种矩形盾构管片安装机。

本发明提出的矩形盾构管片安装机，由立柱套筒升降机构、蜗轮蜗杆旋转机构、横臂伸缩机构和拼装头机构组成，其中：

立柱套筒升降机构由立柱、立柱套筒和立柱驱动机构组成，立柱套筒套于立柱外，立柱驱动机构位于立柱套筒两侧；立柱由四块直立的钢板焊接而成框架结构，其两端密封，通过焊接固定于盾构机的盾尾上；两块处于对立面的钢板外侧的中央位置，通过螺栓联接，分别设有第一齿条和第二齿条，立柱套筒是由两块钢板折弯后，拼焊而成；立柱驱动机构由立柱液压马达和立柱回转减速器组成，立柱回转减速器两侧分别设有两组齿轮，立柱液压马达的输出轴通过立柱回转减速器与立柱回转减速器两侧的齿轮联接，通过同步驱动两组齿轮的旋转，使所述两组齿轮与立柱外侧上的两根齿条啮合；立柱套筒与立柱之间设有TMC尼龙板，所述TMC尼龙板位于立柱的四个面的长边边沿，起导向作用，同时提供限位摩擦，从而实现立柱套筒与立柱之间的升降运动；

蜗轮蜗杆旋转机构由回转支撑、蜗轮蜗杆液压马达和蜗轮蜗杆回转减速器依次连接组成，回转支撑的两个安装面分别与立柱套筒和横臂套筒的法兰面通过螺栓联接；蜗轮蜗杆液压马达通过驱动蜗轮蜗杆回转减速器带动回转支撑，从而实现横臂套筒与立柱之间的相对旋转；

横臂伸缩机构与立柱套筒升降机构的结构类似。横臂、横臂套筒和横臂驱动机构组成，横臂套筒套于横臂外，横臂驱动机构位于横臂套筒两侧；横臂由四块直立的钢板焊接而成框架结构，其两端密封，通过焊接固定于盾构机的盾尾上；两块处于对立面的钢板外侧的中央位置，通过螺栓联接，分别设有第一齿条和第二齿条，横臂套筒是由两块钢板折弯后，拼焊而成；横臂驱动机构由横臂液压马达和横臂回转减速器组成，横臂回转减速器两侧分别设有两组齿轮，横臂液压马达的输出轴通过横臂回转减速器与横臂回转减速器两侧的齿轮联接，通过同步驱动两组齿轮的旋转，使所述两组齿轮与横臂外侧上的两根齿条啮合；横臂套筒与横臂之间设有TMC尼龙板，所述TMC尼龙板位于横臂的四个面的长边边沿，起导向作用，同时提供限位摩擦，从而实现套筒与横臂之间的伸缩运动；

拼装头机构由调整油缸、顶紧油缸、偏转油缸、旋转轴、偏转座、挂耳、移动座、滑移导轨、轴向滑移油缸和底座组成，底座通过螺栓联接于横臂的一端；调整油缸为4个，分别位于偏转座的四个端角，通过螺栓连接在偏转座上，用于管片的调整安装；顶紧油缸为2个，排列在偏转座的两侧中间，通过螺栓连接在偏转座上，用于顶紧管片；偏转座与移动座之间通过旋转轴联接，偏转油缸为2个，偏转油缸的两端分别通过螺栓联接于偏转座和移动座上，用于实现偏转座绕旋转轴的±3.5°的旋转运动；旋转轴上焊接有挂耳，用于抓取管片；底座中安装有一对轴向滑移油缸和一对滑移导轨，分别通过法兰联接固定于底座上，其中轴向滑移油缸为双向油缸，油缸缸体和滑移导轨穿过移动座，油缸缸体与移动座通过法兰联接为一体，可以实现移动座沿滑移导轨方向的双向往复轴向滑移，在移动座滑移过程中，顶紧油缸、调整油缸、偏转油缸、旋转轴和偏转座等随移动座一起，整体同步滑移。

本发明使用时通过管片安装机和盾构机的配合，可以实现对矩形隧道的管片安装。

本发明具有如下几大优点：

（1）管片安装机的自由度高，可以实现灵活的管片安装；

（2）通过和盾构机的配合，可以实现对矩形隧道的管片安装；

（3）整个机构的结构简单，性能可靠，具有较强的实用性和较高的经济性。

附图说明

图1为矩形盾构管片安装机的整体布局主视图；

图2为矩形盾构管片安装机的整体布局左视图；

图3为矩形盾构管片安装机的立柱套筒升降机构主视图；

图4为矩形盾构管片安装机的立柱套筒升降机构左视图；

图5为矩形盾构管片安装机的蜗轮蜗杆旋转机构主视图；

图6为矩形盾构管片安装机的横臂伸缩机构主视图；

图7为矩形盾构管片安装机的拼装头机构主视图；

图8为矩形盾构管片安装机的作业布局图。

图中标号：1为立柱套筒升降机构、2为蜗轮蜗杆旋转机构、3为横臂伸缩机构、4为拼装头机构、5为立柱、6为立柱套筒、7为立柱驱动机构、8为立柱液压马达、9为立柱回转减速器、10为蜗轮蜗杆液压马达、11为蜗轮蜗杆回转减速器、12为回转支承、13为横臂、14为横臂套筒、15为横臂驱动机构、16为横臂液压马达、17为横臂回转减速器、18为底座、19为调整油缸、20为顶紧油缸、21为偏转油缸、22为旋转轴、23为偏转座、24为挂耳、25为移动座、26为滑移导轨、27为轴向滑移油缸、28为左侧管片安装机、29为管片、30为右侧管片安装机。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明作进一步的阐述。

实施例1：如图所示，矩形盾构管片安装机由立柱套筒升降机构1、蜗轮蜗杆旋转机构2、横臂伸缩机构3和拼装头机构4组成。

立柱套筒升降机构1由立柱5、立柱套筒6和立柱驱动机构7组成，其中：立柱由四块直立的钢板焊接而成，两端密封，通过焊接固定在盾构机的盾尾上。两块处于对立面的钢板外侧的中央位置，通过螺栓联接，分别设有第一齿条和第二齿条，立柱套筒6是由两块钢板折弯后，拼焊而成。立柱驱动机构7由立柱液压马达8和立柱回转减速器9组成，立柱驱动机构7分别位于立柱套筒6的两侧，立柱液压马达8的输出轴通过立柱回转减速器9与齿轮联接，通过同步驱动两侧齿轮的旋转，与立柱5上位于两侧的齿条啮合。立柱套筒6与立柱5之间设有TMC尼龙板，位于每个立柱面的长边边沿，起导向作用，同时提供平面摩擦。从而实现立柱套筒6与立柱5之间的升降运动。

蜗轮蜗杆旋转机构2由蜗轮蜗杆液压马达10、蜗轮蜗杆回转减速器11和回转支承12组成。回转支承12的两个安装面分别与立柱套筒6和横臂套筒14的法兰面，通过螺栓联接。蜗轮蜗杆液压马达10通过驱动蜗轮蜗杆回转减速器11带动回转支承12，从而实现横臂套筒14与立柱5之间的相对360°旋转。

横臂伸缩机构3与立柱套筒升降机构1的结构类似，由横臂13、横臂套筒14和横臂驱动机构15组成，其中横臂13由四块横向放置的钢板焊接而成，两端密封，其中一端与拼装头机构4联接。其中两块处于对立面的钢板中央，分别通过螺栓联接有一根齿条。横臂套筒14是由两块钢板折弯后，拼焊而成。横臂驱动机构15由横臂液压马达16和横臂回转减速器17组成，横臂驱动机构15分别位于横臂套筒14的两侧，横臂液压马达16的输出轴通过横臂回转减速器17与齿轮联接，通过同步驱动两侧齿轮的旋转，与横臂13上位于两侧的齿条啮合。横臂套筒14与横臂13之间设有TMC尼龙板，位于每个横臂面的长边边沿，起导向作用，同时提供平面摩擦。从而实现横臂套筒14与横臂13之间的伸缩运动。

拼装头机构4由调整油缸19、顶紧油缸20、偏转油缸21、旋转轴22、偏转座23、挂耳24、移动座25、滑移导轨26、轴向滑移油缸27和底座18组成，通过螺栓联接于横臂13的一端。其中，调整油缸19的数量为4个，分别位于偏转座23的四个端角，通过螺栓连接在偏转座23上，用于管片的调整安装。顶紧油缸20的数量为2个，排列在偏转座23的两侧中间，通过螺栓连接在偏转座23上，用于顶紧管片。偏转座23与移动座25之间通过旋转轴22联接。偏转油缸21的数量为2个，偏转油缸21的两端分别通过螺栓联接于偏转座23和移动座25上，用于实现偏转座23绕旋转轴22的±3.5°的旋转运动。旋转轴22上焊接有挂耳24，用于抓取管片。在底座18中安装有一对轴向滑移油缸27和一对滑移导轨26，分别通过法兰联接固定在底座18上。其中轴向滑移油缸27为双向油缸，油缸缸体和滑移导轨26穿过移动座25，油缸缸体与移动座25通过法兰联接为一体，可以实现移动座25沿滑移导轨26方向的双向往复轴向滑移，滑移距离为±500mm。在移动座25滑移过程中，调整油缸19、顶紧油缸20、偏转油缸21、旋转轴22和偏转座23等随移动座25一起，整体同步滑移。

本发明的工作过程具体如下：

拼装头机构4先用挂耳24抓取管片，然后通过调整油缸19、顶紧油缸20、轴向滑移油缸27和偏转油缸21的相互配合，对管片进行安装。根据安装位置的不同，横臂伸缩机构3可以相对于立柱套筒升降机构1自由升降、伸缩和旋转。跟随盾构机的移动，可以实现对矩形隧道的管片安装。

在实际的矩形隧道管片安装作业中，可以根据隧道的尺寸，灵活布置多台矩形盾构管片安装机并排放置，同时作业，从而快速高效地完成矩形隧道的管片安装作业。如图8所示的矩形盾构管片安装机的作业布局图，两台管片安装机在隧道内并排放置，需要将管片铺满整个隧道的四周。管片29由左侧管片、右侧管片、顶部管片和底部管片四大部分组成。左侧管片安装机28负责安装左侧管片，右侧管片安装机30负责安装右侧管片，顶部管片和底部管片由左侧管片安装机28和右侧管片安装机30协同作业，共同完成安装。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明给出的一种矩形盾构管片安装机，结构简单，性能可靠，具有较强的实用性和较高的经济性。

Claims (1)

1.一种矩形盾构管片安装机，由立柱套筒升降机构、蜗轮蜗杆旋转机构、横臂伸缩机构和拼装头机构组成，其特征在于：

立柱套筒升降机构由立柱、立柱套筒和立柱驱动机构组成，立柱套筒套于立柱外，立柱驱动机构位于立柱套筒两侧；立柱由四块直立的钢板焊接而成框架结构，其两端密封，通过焊接固定于盾构机的盾尾上；其中两块处于对立面的钢板外侧的中央位置设有第一齿条和第二齿条，所述第一齿条和第二齿条通过螺栓联接钢板，立柱套筒是由两块钢板折弯后，拼焊而成；立柱驱动机构由立柱液压马达和立柱回转减速器组成，立柱回转减速器两侧分别设有两组齿轮，立柱液压马达的输出轴通过立柱回转减速器与立柱回转减速器两侧的齿轮联接，通过同步驱动两组齿轮的旋转，使所述两组齿轮与立柱外侧上的两根齿条啮合；立柱套筒与立柱之间设有TMC尼龙板，所述TMC尼龙板位于立柱的四个面的长边边沿，起导向作用，同时提供限位摩擦，从而实现立柱套筒与立柱之间的升降运动；

蜗轮蜗杆旋转机构由回转支撑、蜗轮蜗杆液压马达和蜗轮蜗杆回转减速器依次连接组成，回转支撑的两个安装面分别与立柱套筒和横臂套筒的法兰面通过螺栓联接；蜗轮蜗杆液压马达通过驱动蜗轮蜗杆回转减速器带动回转支撑，从而实现横臂套筒与立柱之间的相对旋转；

横臂伸缩机构与立柱套筒升降机构的结构类似，由横臂、横臂套筒和横臂驱动机构组成，横臂套筒套于横臂外，横臂驱动机构位于横臂套筒两侧；横臂由四块直立的钢板焊接而成框架结构，其两端密封，通过焊接固定于盾构机的盾尾上；两块处于对立面的钢板中央分别设有第一齿条，所述第一齿条通过螺栓联接对立面的钢板，另外两块对立面的钢板外侧分别设有第二齿条，横臂套筒是由两块钢板折弯后，拼焊而成；横臂驱动机构由横臂液压马达和横臂回转减速器组成，横臂回转减速器两侧分别设有两组齿轮，横臂液压马达的输出轴通过横臂回转减速器与横臂回转减速器两侧的齿轮联接，通过同步驱动两组齿轮的旋转，使所述两组齿轮与横臂外侧上的第二齿条啮合；横臂套筒与横臂之间设有TMC尼龙板，所述TMC尼龙板位于横臂的四个面的长边边沿，起导向作用，同时提供限位摩擦，从而实现套筒与横臂之间的伸缩运动；

拼装头机构由调整油缸、顶紧油缸、偏转油缸、旋转轴、偏转座、挂耳、移动座、滑移导轨、轴向滑移油缸和底座组成，底座通过螺栓联接于横臂的一端；调整油缸为4个，分别位于偏转座的四个端角，通过螺栓连接在偏转座上，用于管片的调整安装；顶紧油缸为2个，排列在偏转座的两侧中间，通过螺栓连接在偏转座上，用于顶紧管片；偏转座与移动座之间通过旋转轴联接，偏转油缸为2个，偏转油缸的两端分别通过螺栓联接于偏转座和移动座上，用于实现偏转座绕旋转轴的±3.5°的旋转运动；旋转轴上焊接有挂耳，用于抓取管片；底座中安装有一对轴向滑移油缸和一对滑移导轨，分别通过法兰联接固定于底座上，其中轴向滑移油缸为双向油缸，油缸缸体和滑移导轨穿过移动座，油缸缸体与移动座通过法兰联接为一体，可以实现移动座沿滑移导轨方向的双向往复轴向滑移，在移动座滑移过程中，顶紧油缸、调整油缸、偏转油缸、旋转轴和偏转座随移动座一起，整体同步滑移。