CN105855849B - 一种盾构机单滚刀换刀机械手 - Google Patents
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Abstract
一种盾构机单滚刀换刀机械手，属于隧道掘进施工设备维护技术领域。该换刀机械手可以与伸缩机构配合使用来代替人工进行换刀作业，以提高盾构机换刀效率、保障施工人员的人身安全、加快隧道掘进工程的进度。本发明包括壳体，在壳体上设置有螺栓拆装模块、梯形楔块拆装模块、方形楔块拆装模块、轴向旋转模块和滚刀拆装固定模块；所述梯形楔块拆装模块包括第二固定法兰，第二固定法兰固定在壳体上，在第二固定法兰上固定有第一电磁铁；所述方形楔块拆装模块包括拆装伸缩部分和拆装旋转部分；所述滚刀拆装固定模块包括第三液压缸，第三液压缸固定在壳体上，第三液压缸的活塞杆与螺栓固定卡位块相连。
Description
技术领域
本发明属于隧道掘进施工设备维护技术领域，是涉及一种盾构机换刀机械手，特别是涉及一种盾构机单滚刀换刀机械手。
背景技术
盾构机常用的换刀方式为常压换刀和带压换刀，本发明涉及的泥水平衡盾构机单滚刀换刀目前采用的是人工带压换刀。换刀作业时，施工人员需要带压进入泥水舱内检查、更换刀具，该作业不仅施工难度大、工作效率低，而且风险系数高，极易发生安全事故。一般情况下，施工人员在进舱工作前，需穿戴好潜水服以及相应的保护措施，为避免发生意外，还需要在潜水学校医生和潜水教练的指导下，严格按照带压作业指导程序进行工作：先进入人闸舱完成逐级换压，之后进入气压舱，最后才能进入泥水舱进行换刀作业。在作业过程中，当刀盘需要旋转时，施工人员必须全部撤离，同时，为了避免有毒气体的侵入，还需要每隔一段时间进行一次空气质量检测，并且施工人员不能长时间连续在舱内进行换刀作业。
在整个隧道施工进程中，需要进行多次换刀，每次换刀都繁琐耗时，对整体的施工进度影响很大，因此，设计制造一款能够代替人工进行换刀作业的换刀机器人对施工人员的人身安全、换刀作业的效率及隧道掘进工程的进度都将带来有效的提升。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种盾构机单滚刀换刀机械手。该换刀机械手可以与伸缩机构配合使用来代替人工进行换刀作业，以提高盾构机换刀效率、保障施工人员的人身安全、加快隧道掘进工程的进度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种盾构机单滚刀换刀机械手，包括壳体，在壳体上设置有螺栓拆装模块、梯形楔块拆装模块、方形楔块拆装模块、轴向旋转模块和滚刀拆装固定模块；
所述梯形楔块拆装模块包括第二固定法兰，所述第二固定法兰固定在壳体上，在第二固定法兰上固定有第一电磁铁；
所述方形楔块拆装模块包括拆装伸缩部分和拆装旋转部分，所述拆装伸缩部分包括固定支架，所述固定支架固定在壳体上，在固定支架上设置有第一液压缸，在所述第一液压缸活塞杆上设置有连接支架，所述连接支架上倾斜固定有第二液压缸，在所述第二液压缸活塞杆上设置有第二电磁铁；所述拆装旋转部分包括第一摆动液压缸，所述第一摆动液压缸与壳体固定连接，第一摆动液压缸输出端与第二齿轮传动机构主动轮固定连接，所述第二齿轮传动机构从动轮与传动轴固定连接，所述传动轴通过第一轴承设置在壳体内，传动轴的端部与设置在壳体外的转动块固定连接，所述转动块上设置有第三电磁铁；
所述滚刀拆装固定模块包括第三液压缸，所述第三液压缸固定在壳体上，第三液压缸的活塞杆与螺栓固定卡位块相连。
所述螺栓拆装模块包括第一固定法兰，所述第一固定法兰固定在壳体上，在第一固定法兰上设置有液压马达，所述液压马达的输出端与第一齿轮传动机构的输入端连接，所述第一齿轮传动机构的输出端与螺栓套筒相接。
所述轴向旋转模块包括第二摆动液压缸，所述第二摆动液压缸与壳体固定连接，在壳体上固定有套筒，在第二摆动液压缸输出端设置有连接法兰，在所述套筒与连接法兰之间设置有第二轴承。
在壳体上水平设置有连接支架的滑轨。
本发明的有益效果：
本发明可以与伸缩机构配合使用，能够代替人工进行泥水平衡盾构机单滚刀的换刀作业，保障了施工人员的人身安全，由于本发明的机械手可以安置于舱内的高压环境内随时进行连续作业，节省了人工换刀时施工人员换压进舱的时间，也克服了施工人员在舱内不能长时间连续作业的缺点，从而提升了盾构机的换刀效率，进而加快了隧道掘进工程的施工进度。
附图说明
图1是本发明盾构机单滚刀换刀机械手的结构示意图；
图2是机械手去除壳体后的内部结构示意图；
图3是轴向旋转模块结构示意图；
图4是梯形楔块拆装模块工作状态示意图；
图5是方形楔块拆装模块在伸出位的工作状态示意图；
图6是方形楔块拆装模块在收缩位的工作状态示意图；
图中，1-螺栓拆装模块，2-梯形楔块拆装模块，3-滚刀拆装固定模块，4-壳体，5-轴向旋转模块，6-方形楔块拆装模块，7-液压马达，8-第一齿轮传动机构，9-第一固定法兰，10-螺栓套筒，11-第一电磁铁，12-第二固定法兰，13-第三液压缸，14-螺栓固定卡位块，15-滑轨，16-第一摆动液压缸，17-第一液压缸，18-第二液压缸，19-第二电磁铁，20-第三电磁铁，21-转动块，22-固定支架，23-连接支架，24-传动轴，25-第一轴承，26-第二齿轮传动机构，27-第二摆动液压缸，28-套筒，29-连接法兰，30-第二轴承，31-刀箱，32-滚刀，33-梯形楔块，34-方形楔块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、图2所示，一种盾构机单滚刀换刀机械手，包括壳体4，在壳体4上设置有螺栓拆装模块1、梯形楔块拆装模块2、方形楔块拆装模块6、轴向旋转模块5和滚刀拆装固定模块3；
所述梯形楔块拆装模块2包括第二固定法兰12，所述第二固定法兰12固定在壳体4上，在第二固定法兰12上固定有第一电磁铁11；
所述方形楔块拆装模块6包括拆装伸缩部分和拆装旋转部分，所述拆装伸缩部分包括固定支架22，所述固定支架22固定在壳体4上，在固定支架22上设置有第一液压缸17，在所述第一液压缸17活塞杆上设置有连接支架23，所述连接支架23上倾斜固定有第二液压缸18，在所述第二液压缸18活塞杆上设置有第二电磁铁19，在壳体4上水平设置有连接支架23的滑轨15；所述拆装旋转部分包括第一摆动液压缸16，所述第一摆动液压缸16与壳体4固定连接，第一摆动液压缸16输出端与第二齿轮传动机构26主动轮固定连接，所述第二齿轮传动机构26从动轮与传动轴24固定连接，所述传动轴24通过第一轴承25设置在壳体4内，传动轴24的端部与设置在壳体4外的转动块21固定连接，所述转动块21上设置有第三电磁铁20；
所述滚刀拆装固定模块3包括第三液压缸13，所述第三液压缸13固定在壳体4上，第三液压缸13的活塞杆与螺栓固定卡位块14相连。
所述螺栓拆装模块1包括第一固定法兰9，所述第一固定法兰9固定在壳体4上，在第一固定法兰9上设置有液压马达7，所述液压马达7的输出端与第一齿轮传动机构8的输入端连接，所述第一齿轮传动机构8的输出端与螺栓套筒10相接。
如图3所示，所述轴向旋转模块5包括第二摆动液压缸27，所述第二摆动液压缸27与壳体4固定连接，在壳体4上固定有套筒28，在第二摆动液压缸27输出端设置有连接法兰29，在所述套筒28与连接法兰29之间设置有第二轴承30。
下面结合附图说明本发明针对φ6.66m泥水平衡盾构机单滚刀的一次换刀过程。
旧滚刀的拆卸，包括如下步骤：
步骤一：将本发明机械手的连接法兰29通过快速接头与伸缩机构相连接。通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，将螺栓套筒10对准并套住螺栓，令第一电磁铁11得电，吸住梯形楔块33，如图4所示。
步骤二：启动液压马达7，液压马达7通过第一齿轮传动机构8带动螺栓套筒10转动，将螺栓旋出约15mm，关闭液压马达7。
步骤三：启动第三液压缸13，第三液压缸13带动螺栓固定卡位块14伸出，使螺栓固定卡位块14定位于螺栓杆处。
步骤四：通过伸缩机构将机械手整体退出约10mm，重新启动液压马达7，继续由液压马达7通过第一齿轮传动机构8带动螺栓套筒10转动来拆卸螺栓，直至将螺栓从滚刀32中旋出，关闭液压马达7，机械手整体后退，将螺栓与梯形楔块33拆出。
步骤五：如图3所示，启动第二摆动液压缸27，由于第二摆动液压缸27的缸体与壳体4固定连接、输出端与连接法兰29固定连接，且连接法兰29通过快速接头与伸缩机构相固连，所以在启动第二摆动液压缸27后，第二摆动液压缸27的缸体带动整个机械手旋转，旋转90°后，关闭第二摆动液压缸27。
步骤六：如图5所示，通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，令第一液压缸17活塞杆伸出，将连接支架23和第二液压缸18送至刀箱31处，之后，令第二液压缸18活塞杆伸出至一侧方形楔块34处，令第二电磁铁19得电，吸住方形楔块34。
步骤七：如图6所示，令第二液压缸18活塞杆缩回，将方形楔块34从刀箱31拆出，之后，令第一液压缸17活塞杆缩回，将第二液压缸18和方形楔块34带回初始位置。
步骤八：令第三电磁铁20得电，吸住方形楔块34，之后，令第二电磁铁19失电，与方形楔块34脱离。此时启动第一摆动液压缸16，第一摆动液压缸16通过第二齿轮传动机构26和传动轴24，带动转动块21转动，转动块21带动第三电磁铁20和方形楔块34向远离第二液压缸18的方向旋转130°。
步骤九：通过伸缩机构将机械手整体后退，启动第二摆动液压缸27，在第二摆动液压缸27的带动下，机械手整体旋转180°。
步骤十：通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，令第一液压缸17活塞杆伸出，将连接支架23和第二液压缸18送至刀箱31处，之后，令第二液压缸18活塞杆伸出至另一侧的方形楔块34处，令第二电磁铁19得电，吸住方形楔块34。
步骤十一：令第二液压缸18活塞杆缩回，将方形楔块34从刀箱31拆出，之后，令第一液压缸17活塞杆缩回，将第二液压缸18和方形楔块34带回初始位置。
步骤十二：通过伸缩机构将机械手整体后退，启动第二摆动液压缸27，在第二摆动液压缸27的带动下，机械手整体旋转90°。
步骤十三：通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，将螺栓与滚刀32上的螺栓孔对准，启动液压马达7，液压马达7通过第一齿轮传动机构8带动螺栓套筒10转动，旋紧螺栓，从而通过螺栓将滚刀32、梯形楔块33和螺栓固定卡位块14固定在一起。
步骤十四：通过伸缩机构将机械手整体后退，从而将滚刀32整体从刀箱31中拆出。
新滚刀的安装，包括如下步骤：
步骤一：在刀具库将新滚刀按旧滚刀拆卸时的状态固定在机械手上。
步骤二：通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，将固定有梯形楔块33的新滚刀装入刀箱31中。
步骤三：启动液压马达7，液压马达7通过第一齿轮传动机构8带动螺栓套筒10转动，将螺栓旋出约15mm，关闭液压马达7。
步骤四：启动第三液压缸13，第三液压缸13带动螺栓固定卡位块14缩回。
步骤五：通过伸缩机构将机械手整体退出约10mm，重新启动液压马达7，继续由液压马达7通过第一齿轮传动机构8带动螺栓套筒10转动来拆卸螺栓，直至将螺栓从滚刀32中旋出，关闭液压马达7，机械手整体后退，将螺栓与梯形楔块33拆出。
步骤六：启动第二摆动液压缸27，在第二摆动液压缸27的带动下，机械手整体旋转90°。
步骤七：通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，令第一液压缸17活塞杆伸出，将一侧的方形楔块34和第二液压缸18送至刀箱31处，之后，令第二液压缸18活塞杆伸出，将方形楔块34安装进入刀箱31与滚刀32的卡槽内，令第二电磁铁19失电，与方形楔块34脱离。
步骤八：令第二液压缸18活塞杆缩回，之后，令第一液压缸17活塞杆缩回，将第二液压缸18带回初始位置。
步骤九：通过伸缩机构将机械手整体后退，启动第二摆动液压缸27，在第二摆动液压缸27的带动下，机械手整体旋转180°。
步骤十：启动第一摆动液压缸16，第一摆动液压缸16通过第二齿轮传动机构26和传动轴24，带动转动块21转动，转动块21带动第三电磁铁20和另一侧的方形楔块34向靠近第二液压缸18的方向旋转130°，使方形楔块34与第二电磁铁19接触，此时，令第二电磁铁19得电，之后，令第三电磁铁20失电，与方形楔块34脱离。
步骤十一：通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，令第一液压缸17活塞杆伸出，将方形楔块34和第二液压缸18送至刀箱31处，之后，令第二液压缸18活塞杆伸出，将方形楔块34安装进入刀箱31与滚刀32的卡槽内，令第二电磁铁19失电，与方形楔块34脱离。
步骤十二：令第二液压缸18活塞杆缩回，之后，令第一液压缸17活塞杆缩回，将第二液压缸18带回初始位置。
步骤十三：通过伸缩机构将机械手整体后退，启动第二摆动液压缸27，在第二摆动液压缸27的带动下，机械手整体旋转90°。
步骤十四：通过伸缩机构将机械手整体前进至刀箱31处，将螺栓与滚刀32上的螺栓孔对准，启动液压马达7，液压马达7通过第一齿轮传动机构8带动螺栓套筒10转动，将螺栓旋紧。
步骤十五：令第一电磁铁11失电，与梯形楔块33脱离。机械手整体退出。
Claims (4)
1.一种盾构机单滚刀换刀机械手，其特征在于包括壳体，在壳体上设置有螺栓拆装模块、梯形楔块拆装模块、方形楔块拆装模块、轴向旋转模块和滚刀拆装固定模块；
所述梯形楔块拆装模块包括第二固定法兰，所述第二固定法兰固定在壳体上，在第二固定法兰上固定有第一电磁铁；
所述方形楔块拆装模块包括拆装伸缩部分和拆装旋转部分，所述拆装伸缩部分包括固定支架，所述固定支架固定在壳体上，在固定支架上设置有第一液压缸，在所述第一液压缸活塞杆上设置有连接支架，所述连接支架上倾斜固定有第二液压缸，在所述第二液压缸活塞杆上设置有第二电磁铁；所述拆装旋转部分包括第一摆动液压缸，所述第一摆动液压缸与壳体固定连接，第一摆动液压缸输出端与第二齿轮传动机构主动轮固定连接，所述第二齿轮传动机构从动轮与传动轴固定连接，所述传动轴通过第一轴承设置在壳体内，传动轴的端部与设置在壳体外的转动块固定连接，所述转动块上设置有第三电磁铁；
所述滚刀拆装固定模块包括第三液压缸，所述第三液压缸固定在壳体上，第三液压缸的活塞杆与螺栓固定卡位块相连。
2.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀换刀机械手，其特征在于所述螺栓拆装模块包括第一固定法兰，所述第一固定法兰固定在壳体上，在第一固定法兰上设置有液压马达，所述液压马达的输出端与第一齿轮传动机构的输入端连接，所述第一齿轮传动机构的输出端与螺栓套筒相接。
3.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀换刀机械手，其特征在于所述轴向旋转模块包括第二摆动液压缸，所述第二摆动液压缸与壳体固定连接，在壳体上固定有套筒，在第二摆动液压缸输出端设置有连接法兰，在所述套筒与连接法兰之间设置有第二轴承。
4.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀换刀机械手，其特征在于在壳体上水平设置有连接支架的滑轨。
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