CN104405414A - 液压盾构机管片拼装装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液压盾构机管片拼装装置，包括平移系统、回转系统、提升系统、微调系统以及抓紧系统；所述平移系统与回转系统通过移动盘体过渡连接，所述回转系统与提升系统通过旋转盘体过渡连接；所述提升系统与微调系统通过中心关节球轴承过渡连接；所述微调系统与抓紧系统通过微调轴过渡连接。本发明具有如下优点：在进行横摇、俯仰、偏转时，各个动作都互不干涉，增加了系统的稳定性；所述回转系统与平移系统之间通过单排四点接触球式回转支承连接，减小了所述回转系统的震动；设计了简单的自动抓取系统，使抓取更加方便。

Description

液压盾构机管片拼装装置

技术领域

本发明涉及一种隧道工程施工机械，特别涉及一种液压盾构机管片拼装装置。

背景技术

管片拼装装置是隧道施工时需要使用到的重要部件之一，在盾构掘进机向前掘进后，必须要用预制好的管片拼接成隧道衬砌，用于保护挖好的隧道表面，因此管片拼装装置功能的好坏也将直接影响到拼装的质量和施工的进度。

管片拼装装置主要由平移系统、回转系统、提升系统、微调系统以及抓紧系统拼装而成，经过对现有文件进行检索发现，公开日为2006年9月27日，公开号为CN 1837578A的中国发明专利公开了一种六自由度盾构管片拼装机，在所述管片拼装机中，实现盾构管片六自由度操作如下：管片配重、第一分支机构、三个第二分支机构和动平台组成了四自由度并联机构，该四自由度并联机构在四个移动副的联合作用下带动管片钳头装置上下移动以及绕第一连杆与动平台之间球副的三个不同方向的旋转。用上述方式实现的六自由度操作主要存在以下缺点：1、整个管片配重的力全部由四个移动副承载，所以在使用时必须使用大功率且高精度的移动副，这导致了成本的增加；2、移动副除了要承受轴向力，还要承受弯曲的扭矩力，这很容易导致移动副的活塞卡死或者活塞杆折断等问题，这不仅不利于工程的顺利进行，且会带来一定安全问题；3、回转系统在受到径向力和倾覆力时会发生震动，降低系统稳定性。

申请日为2006.03.29，申请号为200610025189.5的中国发明专利公开了一种具有六自由度的盾构管片拼装机，在所述管片拼装机中，微调系统与提升系统采用了中心球关节轴承连接；在微调系统中，采用了一个管片倾斜油缸和一个管片转动油缸，且管片倾斜油缸一端铰接在提升横梁上，管片倾斜油缸的另一端铰接在转动平台上，管片转动油缸一端铰接在提升横梁上，管片转动油缸另一端也铰接在转动平台上。上述发明的微调系统存在如下缺点：1、仅使用一个管片倾斜油缸和一个管片转动油缸来实现管片的转动，使管片倾斜油缸和管片转动油缸负载较大，这会降低整个管片拼装机的负载能力；2、当管片倾斜油缸工作时，转动平台不是固定的，可能会发生摇动，使管片发生错位，当然，管片转动油缸工作时，也可能会带来多余的作动，这使微调系统运动彼此相互干涉，大大降低了系统的稳定性；3、回转系统在受到径向力和倾覆力时会发生震动，这也降低了稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种液压盾构机管片拼装装置，使微调系统在进行横摇、俯仰、偏转动作时，彼此互不干涉，增加系统稳定性，同时减小了回转系统的震动，并设计了简单的抓取系统，使抓取更方便。

本发明是这样实现的：一种液压盾构机管片拼装装置，所述装置包括平移系统、回转系统、提升系统、微调系统以及抓紧系统；所述微调系统包括两横摇液压缸、一微调平台、一中心关节球轴承、一微调轴、一对背对背安装的圆锥滚子轴承、一俯仰液压缸及一偏转液压缸；所述微调平台通过所述圆锥滚子轴承装配在所述微调轴上，所述微调轴通过所述中心关节球轴承与所述提升系统的提升横梁装配一起；两所述横摇液压缸的一端均对称铰接在所述提升横梁两侧的端面上，另一端均铰接在所述微调平台上；所述俯仰液压缸的一端铰接在所述提升横梁的前端面，另一端铰接在所述微调平台上；所述微调平台上方设有一与所述微调轴键连接的辅助偏转块，该辅助偏转块向上设有一凸起，所述提升横梁的后端面向下设有一偏转块，所述偏转液压缸的一端铰接在所述偏转块上，另一端铰接在所述凸起上。

进一步地，所述抓紧系统包括一抓取锁紧液压缸和一抓取锁紧头，所述抓取锁紧头与所述微调轴花键连接，所述抓取锁紧头上设有一抓取槽；所述抓取锁紧液压缸位于所述微调轴内部，且该抓取锁紧液压缸的上端与所述微调轴的上端部固定连接，下端与所述抓取锁紧头固定连接。

进一步地，所述回转系统包括一回转盘体、两液压马达、一单排四点接触球式回转支承，所述单排四点接触球式回转支承环设在所述回转盘体上，该单排四点接触球式回转支承还与所述平移系统套设连接，所述单排四点接触球式回转支承环设有内齿；所述两液压马达对称设在所述平移系统上，每一所述液压马达的转动轴上均设有小齿轮，且所述小齿轮与所述单排四点接触球式回转支承环设有的内齿啮合设置，以带动所述回转盘体进行旋转。

本发明具有如下优点：1、横摇采用了两个对称的液压缸，微调平台与微调轴间采用圆锥滚子轴承连接，横摇、俯仰、偏转的液压缸都采用了关节球铰接方式，且各液压缸之间不存在互相干涉问题，使整个微调系统非常稳定，微调精度高；2、回转系统与平移系统之间通过单排四点接触球式回转支承连接，单排四点接触球式回转支承同时承受了径向力和倾覆力，减小了回转系统的震动，使回转更加稳定；3、设计了简单的自动抓取系统，使抓取更加方便。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明液压盾构机管片拼装装置结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为本发明中平移系统的结构示意图。

图4为本发明中回转系统的结构示意图。

图5为本发明中提升系统的结构示意图。

图6为本发明中微调系统的正视图。

图7为图6的左视图。

图8为图6的后视图。

图9为图8的局部剖视图。

具体实施方式

请参照图1和图2所示，本发明液压盾构机管片拼装装置，该装置包括平移系统1、回转系统2、提升系统3、微调系统4以及抓紧系统5；

如图3所示，所述平移系统1包括两平移油缸11、两滚轮组12、移动盘体13及两行走梁14；所述两行走梁14沿垂直于所述移动盘体13的方向平行布置，所述行走梁14两侧表面沿平行于所述行走梁14方向设有行走梁导轨141；所述两滚轮组12设在所述行走梁导轨141上，并通过螺栓(未图示)与所述移动盘体13固定连接；所述移动盘体13上设有两固定块131，且两固定块131均为L型固定块，所述两平移油缸11一端铰接在所述行走梁14上，另一端铰接在所述固定块131上，并带动所述移动盘体13沿所述行走梁导轨141轴线运动；所述移动盘体13还连接所述回转系统2，即该移动盘体13起到了过渡支撑的作用。其中，所述两行走梁14通过两根工字钢142和一弯曲横梁143连接，所述弯曲横梁143是为了方便螺旋输送管道的通过，保证中间有足够的空间；所述行走梁导轨141起到导向和支撑整个管片拼装装置的重量，所以行走梁14的刚性起到了重要的作用，如果刚性不够变弯曲了，那么管片的定位精度就不够准确；所述两平移油缸11要同步运动，从而保证移动盘体13的精准运动，如果不同步就会使平移油缸11弯曲和移动盘体13偏转，进而使管片定位不准确，同时平移油缸11的行程要保证能达到2000mm，且有足够的动力；所述两滚轮组12的中间还留有窗口121，以方便添加润滑油进行润滑；所述移动盘体13上还设有吊孔132，方便进行管片拼装时的吊取。

如图4所示，所述回转系统2包括一回转盘体21、两液压马达22、一单排四点接触球式回转支承23；所述单排四点接触球式回转支承23环设在所述回转盘体21上，该单排四点接触球式回转支承23还与所述平移系统1套设连接，所述单排四点接触球式回转支承23环设有内齿(未图示)，该单排四点接触球式回转支承23主要用于承受所述回转盘体21的径向力和整个管片的倾覆力矩；所述两液压马达22对称设在所述平移系统1上(所述两液压马达22对称装在所述平移系统1的移动盘体13上，且两所述液压马达22中有一个带有高性能旋转编码器,用于对回转角度进行精确控制)，每一所述液压马达22的转动轴221上均设有小齿轮222，且所述小齿轮222与所述单排四点接触球式回转支承23环设有的内齿啮合设置，用于带动所述回转盘体21进行旋转；所述回转盘体21的上表面还配设了两吊耳211，该两吊耳211起到吊装和平衡一些回转力矩的作用，可以减小回转盘体21的震动，使回转盘体21更加稳定。

如图5所示，所述提升系统3包括两提升导杆31、两提升液压缸32及一提升横梁33，所述回转盘体2上设有两对称的导杆套24；两所述提升导杆31插设在所述导杆套24内，且底端均与所述提升横梁33连接；所述两提升液压缸32的一端铰接在所述导杆套24上，另一端铰接在所述提升横梁33上，并推动所述提升横梁33上升或者下降。需要注意的是：两提升液压缸32在作动时要同步运行，以防造成卡死或者折断情况。

如图6至图9所示，所述微调系统4包括两横摇液压缸41、一微调平台42、一中心关节球轴承43、一微调轴44、一对背对背安装的圆锥滚子轴承45、一俯仰液压缸46及一偏转液压缸47；所述微调平台42通过所述圆锥滚子轴承45装配在所述微调轴44上，所述微调轴44通过所述中心关节球轴承43与所述提升系统3的提升横梁33装配一起；两所述横摇液压缸41的一端均对称铰接在所述提升横梁33两侧的端面上，另一端均铰接在所述微调平台42上，在推动两所述横摇液压缸41时，就能带动所述微调平台42和所述微调轴44以所述中心关节球轴承43为中心进行摇动，进而带动管片的摇动；所述俯仰液压缸46的一端铰接在所述提升横梁33的前端面，另一端铰接在所述微调平台42上，在推动所述俯仰液压缸46时，就能带动所述微调平台42和所述微调轴44以所述中心关节球轴承43为中心进行俯仰，进而带动管片俯仰；所述微调平台42上方设有一与所述微调轴44键连接的辅助偏转块48，该辅助偏转块48向上设有一凸起481，所述提升横梁33的后端面向下设有一偏转块331(为了铰接的方便和偏转块331牢固连接，我们优先采用呈倒L型的偏转块331)，所述偏转液压缸47的一端铰接在所述偏转块331上，另一端铰接在所述凸起481上，该偏转液压缸47既可以与所述辅助偏转块48平行铰接，也可以倾斜铰接，在推动所述偏转液压缸47时，就能带动所述辅助偏转块48和所述微调轴44以所述中心关节球轴承43为中心进行偏转，进而实现管片的偏转。上述铰接均通过关节球(未图示)来实现。

所述抓紧系统5包括一抓取锁紧液压缸51和一抓取锁紧头52，所述抓取锁紧头52与所述微调轴44花键连接，所述抓取锁紧头52上设有一抓取槽521；所述抓取锁紧液压缸51位于所述微调轴44内部，且该抓取锁紧液压缸51的上端与所述微调轴44的上端部固定连接，下端与所述抓取锁紧头52固定连接。在进行管片拼装时，先用所述抓取锁紧头52的抓取槽521抓取管片，然后所述抓取锁紧液压缸51就向上动作锁紧管片，待管片拼装上去后，所述抓取锁紧液压缸51就向下动作松开管片。

本发明实现六自由度的工作原理如下(这里主要参照图1进行说明)：在管片拼装过程中，通过平移系统1中平移油缸11的带动，实现带动管片(在进行拼装时，管片将被锁紧在所述抓取锁紧头52上)的平移；通过液压马达22的小齿轮222带动单排四点接触球式回转支承23的内齿轮旋转，进而带动回转盘体21进行旋转，实现管片的转动；通过提升系统3中提升液压缸32的带动，实现带动管片的升降；通过微调系统4中两横摇液压缸41的带动，实现带动管片的摇动，通过微调系统4中俯仰液压缸46的带动，实现管片的俯仰，通过微调系统4中偏转液压缸47的带动，实现管片的的偏转。

本发明优点如下：1、横摇采用了两个对称的液压缸，微调平台与微调轴间采用圆锥滚子轴承连接，横摇、俯仰、偏转的液压缸都采用了关节球铰接方式，且各液压缸之间不存在互相干涉问题，使整个微调系统非常稳定，微调精度高；2、回转系统与平移系统之间通过单排四点接触球式回转支承连接，单排四点接触球式回转支承同时承受了径向力和倾覆力，减小了回转系统的震动，使回转更加稳定；3、设计了简单的自动抓取系统，使抓取更加方便。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种液压盾构机管片拼装装置，包括平移系统、回转系统、提升系统、微调系统以及抓紧系统；其特征在于：所述微调系统包括两横摇液压缸、一微调平台、一中心关节球轴承、一微调轴、一对背对背安装的圆锥滚子轴承、一俯仰液压缸及一偏转液压缸；所述微调平台通过所述圆锥滚子轴承装配在所述微调轴上，所述微调轴通过所述中心关节球轴承与所述提升系统的提升横梁装配一起；两所述横摇液压缸的一端均对称铰接在所述提升横梁两侧的端面上，另一端均铰接在所述微调平台上；所述俯仰液压缸的一端铰接在所述提升横梁的前端面，另一端铰接在所述微调平台上；所述微调平台上方设有一与所述微调轴键连接的辅助偏转块，该辅助偏转块向上设有一凸起，所述提升横梁的后端面向下设有一偏转块，所述偏转液压缸的一端铰接在所述偏转块上，另一端铰接在所述凸起上。

2.根据权利要求1所述的液压盾构机管片拼装装置，其特征在于：所述抓紧系统包括一抓取锁紧液压缸和一抓取锁紧头，所述抓取锁紧头与所述微调轴花键连接，所述抓取锁紧头上设有一抓取槽；所述抓取锁紧液压缸位于所述微调轴内部，且该抓取锁紧液压缸的上端与所述微调轴的上端部固定连接，下端与所述抓取锁紧头固定连接。

3.根据权利要求1所述的液压盾构机管片拼装装置，其特征在于：所述回转系统包括一回转盘体、两液压马达、一单排四点接触球式回转支承，所述单排四点接触球式回转支承环设在所述回转盘体上，该单排四点接触球式回转支承还与所述平移系统套设连接，所述单排四点接触球式回转支承环设有内齿；所述两液压马达对称设在所述平移系统上，每一所述液压马达的转动轴上均设有小齿轮，且所述小齿轮与所述单排四点接触球式回转支承环设有的内齿啮合设置，以带动所述回转盘体进行旋转。