CN106593461B - 一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构及其使用方法，所述的刀箱机构包括：箱体，箱体内设置有滚刀安装机构，滚刀安装机构一侧固接滚刀，另一侧安装有旋转机构；旋转机构包括旋转机构安装块和旋转盒，旋转盒安装在旋转机构安装块上。刀箱结构简单，容易加工，满足强度要求；刀箱结构一体化，避免出现单独的小零件，便于机器人操作；在配合机械手使用时，刀箱上旋转机构在转动过程中产生的扭矩可以通过机械手指传递到箱体本身，机械臂不需要承受转矩；在旋转机构安装块的左挡板和右挡板上设置的倾斜面能够防止左挡板和右挡板卡死在箱体上；旋转机构安装在滚刀安装机构后面，防止在滚刀切削岩土过程中被脱落的岩土剐蹭。

Description

一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构及其使用方法

技术领域：

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构及其使用方法。

背景技术：

该设计是针对北方重工直径6.66m泥水平衡盾构机的盘形滚刀换刀机器人使用的可拆卸盘形滚刀的刀箱机构。目前泥水平衡盾构机的换刀方式有两种，常压换刀和带压换刀，北方重工的这款泥水平衡盾构机通常采用的是人工带压换刀。泥水平衡盾构机的泥水舱(开挖舱)内部在工作过程中充满高压气体，在带压力条件下人工换刀条件苛刻。操作工人在有压力条件下进入泥水舱内部进行检查和更换磨损的滚刀，不仅需要承受高压高湿度，极易发生具有生命危险的事故。所以进舱作业是盾构施工的最大风险之一。

泥水平衡盾构机的盘形滚刀在整个工程期限内需要多次更换，每一次更换滚刀都要消耗大量的人力、财力和时间。人工换刀的滚刀的刀箱结构采用压紧块和螺栓紧固结构，对于这种滚刀安装方式机器人机械手不仅携带新零件进入，还要回收旧的盘形滚刀和旧的螺栓，需要设计一个超级复杂且灵活的机械手才能满足要求。

因此设计一种面向工程应用同时适合机械手操作并且简单可靠的盾构机盘形滚刀的刀箱机构的显得十分必要。

发明内容：

本发明的目的是提供一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构及其使用方法，用于辅助盾构机进行盘形滚刀的更换。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，包括：箱体，箱体内设置有滚刀安装机构，所述滚刀安装机构一侧固接滚刀，另一侧安装有旋转机构；

所述箱体包括上箱板，下箱板，左箱板及右箱板，所述左箱板和右箱板上对应设置有滚刀定位槽，所述左箱板和右箱板朝向彼此的一侧的两端均设置有定位块，所述左箱板和右箱板上的定位块均朝向彼此设置有第一凸台，所述定位块上设置有第一凹槽，所述上箱板和下箱板插设在所述第一凹槽上，且和左、右箱板围设成所述箱体；

所述滚刀安转机构包括滚刀安装块，所述滚刀安装块远离旋转机构的一侧凸设有两个第二凸台，滚刀夹持在两第二凸台之间，所述第二凸台上设置有第二凹槽，滚刀两侧轴端卡置于所述第二凹槽中，所述滚刀安装块靠近旋转机构的一侧设置有两平行滑轨，所述滚刀安装块的中心处设置有定位孔；

所述旋转机构，包括旋转机构安装块和旋转盒，所述旋转盒安装在旋转机构安装块上，所述旋转机构安装块包括左挡板和右挡板，所述左挡板和右挡板之间设置有伸缩装置，用以拉伸和收缩所述左挡板和右挡板，所述左挡板和右挡板靠近所述滚刀安装块的一侧设置有第三凹槽，所述第三凹槽与所述平行滑轨相配合，所述左挡板和右挡板朝向彼此的端面上分别设置有定位销孔；

所述旋转盒上、下端均开设有第四凹槽，定位销插设在所述第四凹槽中，所述定位销朝向彼此一侧设置有固定板，所述固定板和定位销之间设置有顶紧弹簧，所述固定板远离定位销一侧通过联动杆连接转动芯拨块，所述转动芯拨块固接在转动芯上，所述旋转盒内壁上固接有挡块，且所述挡块设置在所述转动芯拨块之间，用于挡止所述转动芯拨块，所述转动芯一端开设第五凹槽，所述旋转盒上对应第五凹槽开设通孔，所述转动芯另一端与所述定位孔相配合。

所述第一凸台靠近所述滚刀定位槽的一侧设置为斜面，所述第二凸台与第一凸台的接触面也设置为斜面，与第一凸台的斜面相配合，用以限制滚刀进入箱体的深度。

所述滚刀安装块上还设置有第六凹槽，且所述第六凹槽与第二凹槽相对应，螺栓孔贯穿所述滚刀安装块，并连通所述第二凹槽和第六凹槽。

所述左挡板和右挡板均为L型结构，所述L型结构包括凸台部和延伸部，所述伸缩装置两端分别设置在两凸台部上，所述延伸部远离所述凸台部的一侧设置有倾斜面。

所述倾斜面的倾斜角度为3°～8°。

所述第三凹槽为燕尾槽，所述平行滑轨与所述燕尾槽相配合。

所述伸缩装置为拉紧弹簧。

所述旋转盒为方形盒体，所述方形盒体的两对角设置为弧形曲面。

所述转动芯为销钉结构。

所述定位销孔为方形孔，所述定位销为与定位销孔相配合的方形销。

所述上箱板和下箱板靠近旋转盒的一侧分别凸设有上定位板和下定位板，且所述上定位板的上端面超出上箱板的上端面，所述下定位板的下端面超出下箱板的下端面，上、下定位板上分别开设有槽形孔，用以抓取箱体进行箱体的搬运。

本发明一种上述盾构机盘形滚刀的刀箱机构的使用方法，具体步骤如下：

第一步：固定滚刀

将滚刀固定到所述滚刀安装块上，并通过两个第二凸台对滚刀进行夹持，同时通过所述第二凹槽卡持于卡持滚刀两侧轴端；

第二步：固定旋转盒

将所述旋转盒的转动芯套装到所述滚刀安装块上的定位孔上，进而将所述旋转盒固定在旋转机构安装块的中心位置，且此时定位销插设在第四凹槽中；

第三步：组装旋转机构安装块

通过相配合的第三凹槽和滑轨，将所述旋转机构安装块的左、右挡板安装至滚刀安装块上，然后在所述左、右挡板之间安装伸缩装置；

第四步：拼装箱体

将所述左、右箱板扣合到滚刀安装块上，然后把上、下箱板插接到左、右箱板上，进行焊接，将四块箱板焊接成一个整体，完成箱体的拼装；

第五步：锁紧滚刀至箱体

转动所述旋转盒的转动芯，使得定位销进入旋转盒内，当旋转到一定角度时，转动芯拨片被挡块挡止，进而使得旋转盒随着转动芯一起转动，当继续转动九十度时，定位销从旋转盒内弹出，嵌装入左挡板和右挡板端面上设置的定位销孔内，将旋转盒固定锁死，进而将滚刀安装块固定至箱体上，实现滚刀的锁紧；

第六步：通过机械手对整个刀箱机构进行抓取及运输，将滚刀送入或者送出盾构机；

第七步：更换滚刀

转动所述旋转盒的转动芯，使得定位销进入旋转盒内，当旋转到一定角度时，转动芯拨片被挡块挡止，进而使得旋转盒随着转动芯一起转动，当继续转动九十度时，定位销从旋转盒的第四凹槽中弹出，解除旋转盒的锁定，即解除箱体对滚刀安装块的锁定，进行滚刀的更换。

本发明一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构及其使用方法的有益效果：

1.刀箱结构简单，容易加工，满足强度要求，符合实际工程应用；

2.刀箱结构一体化，避免出现单独的小零件，便于机器人操作；

3.在配合机械手使用时，刀箱上旋转机构在转动过程中产生的扭矩可以通过机械手指传递到箱体本身，机械臂不需要承受转矩；

4.在旋转机构安装块的左挡板和右挡板上设置的凸台可以用机械手进行夹持，在拉紧弹簧脱落的情况下，保证机械手对滚刀安装块的抓取，且左挡板和右挡板上设置的倾斜面能够防止左挡板和右挡板卡死在箱体上；

5.旋转机构安装在滚刀安装机构后面，防止在滚刀切削岩土过程中被脱落的岩土剐蹭。

附图说明：

图1为本发明一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构的结构示意图；

图2为箱体的结构示意图；

图3为滚刀安装块的结构示意图；

图4为图3另一视角的结构示意图；

图5为旋转机构安装块的结构示意图；

图6为图5另一视角的结构示意图；

图7为右挡板的剖视图；

图8为旋转盒的结构示意图；

图9为旋转盒内部结构示意图；

图10为图9另一视角的结构示意图；

图11为旋转盒工作原理示意图；

1-箱体，2-滚刀安装机构，3-旋转机构安装块，4-旋转盒，5-上箱板，6-下箱板，7-左箱板，8-右箱板，9-滚刀定位槽，10-定位块，11-第一凸台，12-第一凹槽，13-上定位板，14-下定位板，15-槽形孔，16-滚刀安装块，17-第二凸台，18-第二凹槽，19-第六凹槽，20-平行滑轨，21-定位孔，22-左挡板，23-右挡板，24-拉紧弹簧，25-凸台部，26-延伸部，27-倾斜面，28-第三凹槽，29-定位销孔，30-第四凹槽，31-定位销，32-固定板，33-顶紧弹簧，34-联动杆，35-转动芯拨块，36-转动芯，37-挡块，38-第五凹槽，39-通孔，40-方形盒体。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据图1所示，本发明提供的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，包括：箱体1，箱体1内设置有滚刀安装机构2，所述滚刀安装机构2一侧固接滚刀，另一侧安装有旋转机构。

根据图2所示，所述箱体1包括上箱板5，下箱板6，左箱板7及右箱板8，所述左箱板7和右箱板8上对应设置有滚刀定位槽9，所述左箱板7和右箱板8朝向彼此的一侧的两端均设置有定位块10，所述左箱板7和右箱板8上的定位块10均朝向彼此设置有第一凸台11，所述第一凸台11靠近所述滚刀定位槽9的一侧设置为斜面，所述定位块10上设置有第一凹槽12，所述上箱板5和下箱板6插设在所述第一凹槽12上，且和左、右箱板围设成所述箱体1，在所述上箱板5和下箱板6靠近旋转盒4的一侧还分别凸设有上定位板13和下定位板14，且所述上定位板13的上端面超出上箱板5的上端面，所述下定位板14的下端面超出下箱板6的下端面，上、下定位板上分别开设有槽形孔15，用以抓取箱体1进行箱体的搬运。

根据图3-图4所示，所述滚刀安转机构包括滚刀安装块16，所述滚刀安装块16远离旋转机构的一侧凸设有两个第二凸台17，滚刀夹持在两第二凸台17之间，所述第二凸台17与第一凸台11的接触面也设置为斜面，与第一凸台11的斜面相配合，用以限制滚刀进入箱体1的深度，所述第二凸台17上设置有第二凹槽18，滚刀两侧轴端卡置于所述第二凹槽18中，所述滚刀安装块16上还设置有第六凹槽19，且所述第六凹槽19与第二凹槽18相对应，螺栓孔贯穿所述滚刀安装块16，并连通所述第二凹槽18和第六凹槽19，所述滚刀安装块16靠近旋转机构的一侧设置有两平行滑轨20，所述滚刀安装块16的中心处设置有定位孔21。

所述旋转机构，包括旋转机构安装块3和旋转盒4，所述旋转盒4安装在旋转机构安装块3上，根据图5和图7所示，所述旋转机构安装块3包括左挡板22和右挡板23，所述左挡板22和右挡板23之间设置有伸缩装置，用以拉伸和收缩所述左挡板22和右挡板23，在本实施例中，具体地说，伸缩装置为拉紧弹簧24，且所述左挡板22和右挡板23均为L型结构，根据图6所示，所述L型结构包括凸台部25和延伸部26，在本实施例中，配合机械手使用时，凸台高20mm，长162mm，宽10mm，所述伸缩装置两端分别设置在两凸台部25上，在拉紧弹簧24脱落的情况下，机械手可对凸台部25进行夹持，以保证机械手对滚刀安装块16的抓取，所述延伸部26远离所述凸台部25的一侧设置有倾斜面27，能够防止左挡板22和右挡板23卡死在箱体1上，且在本实施例中，倾斜面27的倾斜角度为5°，避免倾斜角度过小，起不到防卡死的作用，倾斜角度过大，则防卡死效果不佳，所述左挡板22和右挡板23靠近所述滚刀安装块16的一侧设置有第三凹槽28，且第三凹槽28为燕尾槽，所述平行滑轨20与所述燕尾槽相配合，所述左挡板22和右挡板23朝向彼此的端面上分别设置有定位销孔29，在本实施例中，定位销孔29为方形孔，所述定位销31为与定位销孔29相配合的方形销，在定位销进出定位销孔时，更加稳定。上述旋转机构安装块的工作原理是：左、右挡板在拉紧弹簧24的作用下，沿着平行滑轨20向两侧滑动，左、右挡板分别滑入左、右箱板上开设的滚刀定位槽9中，进而将旋转机构安装块3锁死在箱体1上，从而将滚刀锁死在箱体1上，限制滚刀退出，当左、右挡板在拉紧弹簧24的作用下，沿着平行滑轨20向中心滑动，左、右挡板分别从左、右箱板上开设的滚刀定位槽9中滑出，进而将旋转机构安装块3从箱体1上解锁，从而将滚刀从箱体1上拆卸出来。

根据图8-10所示，所述旋转盒4为方形盒体40，所述方形盒体40的两对角设置为弧形曲面，如图11所示，在旋转盒4进行旋转时，弧形曲面可起到过渡作用，避免旋转盒4和左、右挡板23刚性接触，容易损伤旋转盒4的盒体，旋转盒4上、下端均开设有第四凹槽30，定位销31插设在所述第四凹槽30中，在本实施例中，定位销伸出第四凹槽6mm，所述定位销31朝向彼此一侧设置有固定板32，所述固定板32和定位销31之间设置有顶紧弹簧33，所述固定板32远离定位销31一侧通过联动杆34连接转动芯拨块35，所述转动芯拨块35固接在转动芯36上，所述旋转盒4内壁上固接有挡块37，且所述挡块37设置在所述转动芯拨块35之间，用于挡止所述转动芯拨块35，在本实施例中，转动芯36具体可采用销钉结构，所述转动芯36一端开设第五凹槽38，所述旋转盒4上对应第五凹槽38开设通孔39，所述转动芯36另一端与所述定位孔21相配合，所述第五凹槽38为方形槽。上述旋转盒的工作原理如图11所示：定位销31插设在第四凹槽30中，在旋转转动芯36一定角度后，带动转动芯拨块35和定位销31移动，转动芯拨块35在挡块37作用下被挡止，转动芯36继续转动，此时，转动芯36带动旋转盒盒体转动，定位销31从第四凹槽30中滑入旋转盒盒体内，在将旋转盒转动90°时，旋转盒4上开设的第四凹槽30与旋转机构安装块3的左、右挡板上开设的定位销孔29重合，定位销31从第四凹槽30中滑出，并插设于定位销孔29中，将旋转盒4锁死至旋转机构安装块3上，继续将旋转盒转动90°时，定位销31从第四凹槽30和定位销孔29中滑出，滑入旋转盒盒体内，解除对旋转盒4的锁定。

本发明一种上述盾构机盘形滚刀的刀箱机构的使用方法，具体步骤如下：

第一步：固定滚刀

将滚刀固定到所述滚刀安装块16上，并通过两个第二凸台17对滚刀进行夹持，同时通过所述第二凹槽18卡持于卡持滚刀两侧轴端；

第二步：固定旋转盒4

将所述旋转盒4的转动芯36套装到所述滚刀安装块16上的定位孔21上，进而将所述旋转盒4固定在旋转机构安装块3的中心位置，且此时定位销31插设在第四凹槽30中；

第三步：组装旋转机构安装块3

通过相配合的第三凹槽28和滑轨，将所述旋转机构安装块3的左、右挡板23安装至滚刀安装块16上，然后在所述左、右挡板23之间安装伸缩装置；

第四步：拼装箱体1

将所述左、右箱板8扣合到滚刀安装块16上，然后把上、下箱板6插接到左、右箱板8上，进行焊接，将四块箱板焊接成一个整体，完成箱体1的拼装；

第五步：锁紧滚刀至箱体1

转动所述旋转盒4的转动芯36，使得定位销31进入旋转盒4内，当旋转到28°时，带动定位销31移动9.5mm，转动芯拨片被挡块37挡止，进而使得旋转盒4随着转动芯36一起转动，当继续转动90°时，定位销31从旋转盒4内弹出，嵌装入左挡板22和右挡板23端面上设置的定位销孔29内，将旋转盒4固定锁死，进而将滚刀安装块16固定至箱体1上，实现滚刀的锁紧；

第六步：通过机械手对整个刀箱机构进行抓取及运输，将滚刀送入或者送出盾构机；

第七步：更换滚刀

转动所述旋转盒4的转动芯36，使得定位销31进入旋转盒4内，当再继续旋转28°时，带动定位销31移动9.5mm，转动芯拨片被挡块37挡止，进而使得旋转盒4随着转动芯36一起转动，当继续转动九十度时，定位销31从旋转盒4的第四凹槽30中弹出，解除旋转盒4的锁定，即解除箱体1对滚刀安装块16的锁定，进行滚刀的更换。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：包括：箱体，箱体内设置有滚刀安装机构，所述滚刀安装机构一侧固接滚刀，另一侧安装有旋转机构；

所述箱体包括上箱板，下箱板，左箱板及右箱板，所述左箱板和右箱板上对应设置有滚刀定位槽，所述左箱板和右箱板朝向彼此的一侧的两端均设置有定位块，所述左箱板和右箱板上的定位块均朝向彼此设置有第一凸台，所述定位块上设置有第一凹槽，所述上箱板和下箱板插设在所述第一凹槽上，且和左、右箱板围设成所述箱体；

所述滚刀安转机构包括滚刀安装块，所述滚刀安装块远离旋转机构的一侧凸设有两个第二凸台，滚刀夹持在两第二凸台之间，所述第二凸台上设置有第二凹槽，滚刀两侧轴端卡置于所述第二凹槽中，所述滚刀安装块靠近旋转机构的一侧设置有两平行滑轨，所述滚刀安装块的中心处设置有定位孔；

所述旋转机构，包括旋转机构安装块和旋转盒，所述旋转盒安装在旋转机构安装块上，所述旋转机构安装块包括左挡板和右挡板，所述左挡板和右挡板之间设置有伸缩装置，用以拉伸和收缩所述左挡板和右挡板，所述左挡板和右挡板靠近所述滚刀安装块的一侧设置有第三凹槽，所述第三凹槽与所述平行滑轨相配合，所述左挡板和右挡板朝向彼此的端面上分别设置有定位销孔；

所述旋转盒上、下端均开设有第四凹槽，定位销插设在所述第四凹槽中，所述定位销朝向彼此一侧设置有固定板，所述固定板和定位销之间设置有顶紧弹簧，所述固定板远离定位销一侧通过联动杆连接转动芯拨块，所述转动芯拨块固接在转动芯上，所述旋转盒内壁上固接有挡块，且所述挡块设置在所述转动芯拨块之间，用于挡止所述转动芯拨块，所述转动芯一端开设第五凹槽，所述旋转盒上对应第五凹槽开设通孔，所述转动芯另一端与所述定位孔相配合。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述第一凸台靠近所述滚刀定位槽的一侧设置为斜面，所述第二凸台与第一凸台的接触面也设置为斜面，与第一凸台的斜面相配合，用以限制滚刀进入箱体的深度。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述左挡板和右挡板均为L型结构，所述L型结构包括凸台部和延伸部，所述伸缩装置两端分别设置在两凸台部上，所述延伸部远离所述凸台部的一侧设置有倾斜面。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述倾斜面的倾斜角度为3°~8°。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述旋转盒为方形盒体，所述方形盒体的两个对角设置为弧形曲面。

6.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述第三凹槽为燕尾槽，所述平行滑轨与所述燕尾槽相配合。

7.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述滚刀安装块上还设置有第六凹槽，且所述第六凹槽与第二凹槽相对应，螺栓孔贯穿所述滚刀安装块，并连通所述第二凹槽和第六凹槽。

8.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述转动芯为销钉结构，且所述定位销孔为方形孔，所述定位销为与定位销孔相配合的方形销。

9.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构，其特征在于：所述伸缩装置为拉紧弹簧。

10.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀的刀箱机构的使用方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步：固定滚刀

将滚刀固定到所述滚刀安装块上，并通过两个第二凸台对滚刀进行夹持，同时通过所述第二凹槽卡持于滚刀两侧轴端；

第二步：固定旋转盒

将所述旋转盒的转动芯套装到所述滚刀安装块上的定位孔上，进而将所述旋转盒固定在旋转机构安装块的中心位置，且此时定位销插设在第四凹槽中；

第三步：组装旋转机构安装块

通过相配合的第三凹槽和平行滑轨，将所述旋转机构安装块的左、右挡板安装至滚刀安装块上，然后在所述左、右挡板之间安装伸缩装置；

第四步：拼装箱体

将所述左、右箱板扣合到滚刀安装块上，然后把上、下箱板插接到左、右箱板上，进行焊接，将四块箱板焊接成一个整体，完成箱体的拼装；

第五步：锁紧滚刀至箱体

转动所述旋转盒的转动芯，使得定位销进入旋转盒内，当旋转到一定角度时，转动芯拨片被挡块挡止，进而使得旋转盒随着转动芯一起转动，当继续转动九十度时，定位销从旋转盒内弹出，嵌装入左挡板和右挡板端面上设置的定位销孔内，将旋转盒固定锁死，进而将滚刀安装块固定至箱体上，实现滚刀的锁紧；

第六步：通过机械手对整个刀箱机构进行抓取及运输，将滚刀送入或者送出盾构机；

第七步：更换滚刀

转动所述旋转盒的转动芯，使得定位销进入旋转盒内，当旋转到一定角度时，转动芯拨片被挡块挡止，进而使得旋转盒随着转动芯一起转动，当继续转动九十度时，定位销从旋转盒的第四凹槽中弹出，解除旋转盒的锁定，即解除箱体对滚刀安装块的锁定，进行滚刀的更换。