CN105178982B - 一种用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机 - Google Patents
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Abstract
一种用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机，其包括平移系统、回转系统、机械臂系统、机械手系统以及管片夹取装置，其中，平移系统与盾构机体固定相连，回转系统与平移系统连接且在该平移系统上沿盾构管片的轴线方向进行前后平移运动，机械臂系统连接于回转系统上且实现绕盾构管片轴线的回转运动和绕回转系统的摆动运动，机械手系统连接机械臂系统且绕该机械臂系统进行转动和摆动，管片夹取装置连接机械手系统的末端且与盾构管片连接。本发明的整体机构具有机构运动灵活的优点，实现了在矩形盾构空间范围内运动无死角，同时结合计算机控制大大提高了管片拼装效率，能够在矩形盾构中，特别是在具有中立柱的矩形盾构管片中完成管片的拼装。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程的施工装置，具体涉及一种用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机，属于建筑工程机械技术领域。
背景技术
随着城市地下空间的大规模开发，盾构法施工技术因其对地上、地下构筑物和周边环境影响小，保证交通通行、减少道路中断和管线搬迁等优势，越来越多地被应用于城市道路、地下共同沟、地铁隧道等等施工，纵观国内外盾构技术的发展，其趋势将多元化和多样化的。在隧道断面方面，除了向超大直径断面隧道发展以外，也向异形断面隧道发展。从隧道的使用功能来分析，公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、人行地道、地下共同沟的断面形式以矩形或类矩形最为合适，最为经济，因而矩形盾构的研发和应用意义十分重大。然而矩形盾构在发展的同时也面临着诸多挑战，其中管片拼装机就是重要的挑战之一。
现有管片拼装机的装置结构见附图1、2和3，行走梁1固定在盾构机上，移动盘体3沿行走梁1移动以实现管片的平移，旋转盘体2依靠二液压马达4在移动盘体3上旋转以实现管片的旋动，提升横梁5通过二升降油缸10上下移动完成对管片的提升和上推，转动平台7通过中心球关节轴承6连接在提升横梁5上用以拾取管片，并且通过偏转油缸8和俯仰油缸9的驱动对管片进行微小的姿态调节。
目前，常规的管片拼装机已广泛应用于圆形隧道施工中，而对于矩形管片的拼装其存在有以下问题：
1、现有的管片拼装机的结构是针对圆形隧道管片的拼装施工的，难以适应矩形隧道管片的拼装；
2、对于有中立柱的矩形隧道管片，现有管片拼装机的运动受到了空间的限制；
3、现有管片拼装机对于管片姿态调整复杂，降低了管片拼装的速度和施工效率。
发明内容
本发明对目的在于解决现有管片拼装机不能应用于矩形管片的局限性，提供一种用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机，扩大管片拼装机管片夹取机构的运动范围，从而能够在矩形盾构中，特别是在具有中立柱的矩形管片中完成管片的拼装。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机，其包括平移系统、回转系统、机械臂系统、机械手系统以及管片夹取装置，其中，平移系统与盾构机体固定相连，回转系统与平移系统连接且在该平移系统上沿盾构管片的轴线方向进行前后平移运动，机械臂系统连接于回转系统上且实现绕盾构管片轴线的回转运动和绕回转系统的摆动运动，机械手系统连接机械臂系统且绕该机械臂系统进行转动和摆动，管片夹取装置连接机械手系统的末端且与盾构管片连接。
进一步地，所述的平移系统包括行走轮系、导轨和平移油缸，其中，导轨与盾构机体固定相连，行走轮系通过平移油缸的伸缩在导轨上沿盾构管片的轴线方向行走平移。
进一步地，所述的回转系统包括固定盘和回转盘，其中，固定盘与所述行走轮系相连，回转盘与固定盘相连接且在该固定盘上绕盾构管片的轴线作回转运动。
进一步地，所述的机械臂系统包括大臂、大臂油缸和小臂油缸，其中，大臂的一端铰接在所述回转盘上，另一端连接所述机械手系统，大臂油缸的筒体连接在回转盘上，大臂油缸的杆件与大臂相铰接，大臂油缸驱动大臂绕着其与回转盘的铰接点作转动，小臂油缸的一端与大臂铰接，另一端与机械手系统相连。
进一步地，所述的机械手系统包括连接座、连接筒、转动板、仰俯油缸和转动油缸，其中，连接座分别与所述大臂的末端和所述小臂油缸的杆件相铰接，小臂油缸驱动连接座绕大臂的末端作转动，连接筒为筒体结构，筒体的上部设有与连接座连接的转动轴，筒体的下部设有通过仰俯油缸与连接座相连的耳座，仰俯油缸驱动连接筒在连接座上作摆动，转动板的上部设有轴体，该轴体嵌套连接在连接筒的筒体内，转动板通过转动油缸与连接筒相连，转动油缸驱动转动板绕连接筒作转动，
进一步地，所述的管片夹取装置包括内置油缸、吊装筒和吊装螺栓，其中，内置油缸设置于所述转动板的轴体内部，吊装筒嵌套在内置油缸的下部，内置油缸的杆件连接吊装筒且带动该吊装筒沿内置油缸移动，吊装筒内设有卡槽，吊装筒的壁上设有卡槽口，吊装螺栓的一端通过卡槽口置放于卡槽中，另一端通过螺纹与所述盾构管片连接，该盾构管片通过所述单机械臂管片拼装机的整体机构实现在矩形盾构的空间范围内全方位运动而无死角。
与现有管片拼装机相比较，本发明提出了适用于大断面矩形盾构管片拼装的新装置，其采用单机械臂驱动，同时管片夹取装置采用内置结构，从而节省了空间，特别在具有中立柱的矩形盾构管片空间范围内整体机构运动无死角，因此具有机构运动灵活的优点，同时结合计算机控制大大提高了管片拼装效率。
附图说明
图1为现有管片拼装机的结构示意图之一。
图2为现有管片拼装机的结构示意图之二。
图3为现有管片拼装机管片夹取装置的结构放大图。
图4为本发明的结构示意图。
图5为平移系统和回转系统的结构示意图。
图6为机械臂系统的结构示意图。
图7为小臂油缸张开的状态图。
图8为机械手系统的结构爆炸图。
图9为管片夹取装置的结构剖视示意图。
图10为本发明的工作状态图1。
图11为本发明的工作状态图2。
图12为本发明的一组实际施工应用流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图4本发明的结构示意图，图示用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机包括平移系统01、回转系统02、机械臂系统03、机械手系统04以及管片夹取装置05。所述平移系统01与盾构机体固定相连，所述回转系统02与平移系统01连接且在该平移系统01上沿盾构管片的轴线方向进行前后平移运动，所述机械臂系统03连接于所述回转系统02上且实现绕盾构管片轴线的回转运动和绕所述回转系统02的摆动运动，所述机械手系统04连接所述机械臂系统03且绕该机械臂系统03进行转动和摆动，所述管片夹取装置05连接所述机械手系统04的末端且与盾构管片连接。所述盾构管片通过所述回转系统02沿管片轴线方向的前后平移运动、所述机械臂系统03绕盾构管片轴线的回转运动和绕所述回转系统02的摆动运动以及所述机械手系统04绕该机械臂系统03的转动和摆动，实现在矩形盾构的空间范围内全方位运动而无死角。
请参阅图5，所述的平移系统01包括行走轮系11、导轨12和平移油缸13。所述导轨12与盾构机体固定相连；所述平移油缸13移动固定于盾构机体上，另一端固定于所述行走轮系11上；所述行走轮系11通过所述平移油缸13的伸缩在所述导轨12上沿盾构管片的轴线方向行走平移。
请参阅图5，所述的回转系统02包括固定盘21和回转盘22。所述固定盘21与所述行走轮系11相连，并且随所述行走轮系11一起在所述导轨12上沿管片的轴线方向进行前后平移运动。所述回转盘22与所述固定盘21同轴线地相连接，并且通过液压马达在该固定盘21上绕盾构管片的轴线作回转运动。当所述固定盘21作沿管片轴线方向的前后平移运动时，所述回转盘22也随之一起平移。
请参阅图6，所述的机械臂系统03包括大臂31、大臂油缸32和小臂油缸33。所述大臂31的一端铰接在所述回转盘22上，另一端连接所述机械手系统04。所述大臂油缸32的筒体连接在所述回转盘22上，该大臂油缸32的杆件与所述大臂31相铰接，所述大臂油缸32的伸缩能够驱动所述大臂31绕着该大臂31与所述回转盘22的铰接点作转动。所述小臂油缸33的一端与所述大臂31铰接，另一端与所述机械手系统04相连。
请参阅图8，所述的机械手系统04包括连接座41、连接筒42、转动板43、仰俯油缸44和转动油缸45。所述连接座41分别与所述大臂31的末端和所述小臂油缸33的杆件相铰接，所述小臂油缸33的伸缩能够驱动所述连接座41绕所述大臂31的末端作转动，见图7，即整个机械手系统04绕所述大臂31的末端作转动。所述连接筒42为筒体结构，包括有筒体421，该筒体421的上部设有与所述连接座41连接的转动轴422，该筒体421的下部设有耳座423，该耳座423通过所述仰俯油缸44与所述连接座41相连，该仰俯油缸44的伸缩能够驱动所述连接筒42在该连接座41上作摆动。所述转动板43的上部设有轴体431，该轴体431嵌套连接在所述连接筒42的筒体421内，该转动板43通过所述转动油缸45与所述连接筒42相连，该转动油缸45的伸缩能够驱动所述转动板43绕所述连接筒42作转动。依靠上述机构，所述机械手系统04实现了绕所述机械臂系统03的转动和摆动。
请参阅图9，所述的管片夹取装置05包括内置油缸51、吊装筒52和吊装螺栓53。所述内置油缸51设置于所述转动板43的轴体431的内部。所述吊装筒52嵌套在该内置油缸51的下部，所述内置油缸51的杆件511连接所述吊装筒52，并且带动该吊装筒52沿所述内置油缸51移动。所述吊装筒52内的底部设有卡槽521，该吊装筒52的壁上设有卡槽口522。所述吊装螺栓53的一端能够通过所述卡槽口522进入所述吊装筒52内且置放于所述卡槽521中，该吊装螺栓53的另一端通过螺纹与所述盾构管片连接，该盾构管片通过所述单机械臂管片拼装机的整体机构实现在矩形盾构的空间范围内全方位运动而无死角。
请参阅图10，本发明的工作简要过程如下：
1)抓取盾构管片
通过平移系统01、回转系统02以及机械臂系统03的运动将机械手系统04移动至盾构管片吊装位置，将管片夹取装置05的内置油缸51伸出，使吊装筒52的卡槽口522露出转动板43的底部，如图9所示，再将已经旋入盾构管片的吊装螺栓53通过卡槽口522放入卡槽521内，缩回内置油缸51提起盾构管片至与转动板43贴合。
2)盾构管片就位与拼装
通过平移系统01、回转系统02以及机械臂系统03的组合运动，将盾构管片运送至安装点进行拼装。在具有中立柱的大断面矩形盾构管片拼装中，使用两台所述单机械臂管片拼装机，即可同时完成全部盾构管片的拼装施工，如图10所示。
请参阅图11，本发明对中立柱管片进行拼装的过程示意图，该段管片拼装为大断面矩形隧道管片拼装的难点问题：
如图所示，管片沿隧道轴线方向运输至断面，之后须通过绕不同轴的两次九十度旋转，才能完成将待安装管片调整至目标姿态，进而完成管片拼装。
以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机，其特征在于：所述管片拼装机包括平移系统、回转系统、机械臂系统、机械手系统以及管片夹取装置，其中，平移系统与盾构机体固定相连，回转系统与平移系统连接且在该平移系统上沿盾构管片的轴线方向进行前后平移运动，机械臂系统连接于回转系统上且实现绕盾构管片轴线的回转运动和绕回转系统的摆动运动，机械手系统连接机械臂系统且绕该机械臂系统进行转动和摆动，管片夹取装置连接机械手系统的末端且与盾构管片连接；
所述的平移系统包括行走轮系、导轨和平移油缸，其中，导轨与盾构机体固定相连，行走轮系通过平移油缸的伸缩在导轨上沿盾构管片的轴线方向行走平移；
所述的回转系统包括固定盘和回转盘，其中，固定盘与所述行走轮系相连，回转盘与固定盘相连接且在该固定盘上绕盾构管片的轴线作回转运动；
所述的机械臂系统包括大臂、大臂油缸和小臂油缸，其中，大臂的一端铰接在所述回转盘上，另一端连接所述机械手系统，大臂油缸的筒体连接在回转盘上，大臂油缸的杆件与大臂相铰接，大臂油缸驱动大臂绕着其与回转盘的铰接点作转动，小臂油缸的一端与大臂铰接，另一端与机械手系统相连；
所述的机械手系统包括连接座、连接筒、转动板、仰俯油缸和转动油缸，其中，连接座分别与所述大臂的末端和所述小臂油缸的杆件相铰接，小臂油缸驱动连接座绕大臂的末端作转动，连接筒为筒体结构，筒体的上部设有与连接座连接的转动轴，筒体的下部设有通过仰俯油缸与连接座相连的耳座，仰俯油缸驱动连接筒在连接座上作摆动，转动板的上部设有轴体，该轴体嵌套连接在连接筒的筒体内，转动板通过转动油缸与连接筒相连，转动油缸驱动转动板绕连接筒作转动。
2.如权利要求1所述的用于矩形盾构的单机械臂管片拼装机，其特征在于：所述的管片夹取装置包括内置油缸、吊装筒和吊装螺栓，其中，内置油缸设置于所述转动板的轴体内部，吊装筒嵌套在内置油缸的下部，内置油缸的杆件连接吊装筒且带动该吊装筒沿内置油缸移动，吊装筒内设有卡槽，吊装筒的壁上设有卡槽口，吊装螺栓的一端通过卡槽口置放于卡槽中，另一端通过螺纹与所述盾构管片连接，该盾构管片通过所述单机械臂管片拼装机的整体机构实现在矩形盾构的空间范围内全方位运动而无死角。
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