CN107461203A - 一种盾构机自动换刀装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾构机自动换刀装置，包括固定舱、旋转舱和换刀机构，所述旋转舱与所述固定舱可转动连接，所述换刀机构通过可伸缩导轨与所述旋转舱连接，所述换刀机构在所述可伸缩导轨的带动下，可伸出至所述旋转舱外或可缩入至所述旋转舱内；所述换刀机构包括升降机构、调整机构和换刀机构，所述升降机构连接在所述可伸缩导轨上并可相对于所述可伸缩导轨做升降运动，所述换刀机构通过所述调整机构与所述升降机构连接，所述调整机构用于调整所述换刀机构与所述升降机构之间的角度和位置。本申请的盾构机自动换刀装置，能对盾构机刀盘上安装的滚刀，刮刀等进行自动的更换，解决了人工换刀所面临的作业难度大，风险高，成本高等问题。

Description

一种盾构机自动换刀装置

技术领域

本公开一般涉及盾构机领域，具体涉及盾构机的换刀作业，尤其涉及盾构机自动换刀装置。

背景技术

盾构机是一种大型施工设备，常用于距离长、埋深大、地质情况复杂的隧道工程。根据国家战略需求和技术发展，一系列地下工程领域的“超级工程”，如烟烟大海底隧道、琼州海峡隧道和一些穿越大型山岭的水利工程等，都使用盾构机作为主要的开凿设备。在这些工程中，地质情况复杂、水压或岩压超高、施工风险极大，使用盾构机可减少暴露于危险环境的人员数量，盾构机还可以应对人员无法进入的作业环境，降低劳动强度，提高施工质量和效率。

但是，盾构机刀盘上安装的滚刀、刮刀等，在进行挖掘过程中会不断的磨损。在刀具磨损较小的沙土地层中换刀频率约为800米/次，而在较为坚硬的地层中可能会短至200-300米/次。目前，更换过程只能采用人员携带工具和新刀具进入开挖仓手工操作的方式。在施工过程中人员进入开挖仓需要采用潜水方法，即利用多道闸门的人舱逐渐升压和降压，使人员适应开挖仓内部的高压。使用这种方法时，维护人员进入开挖仓实施刀具更换作业的难度大、风险高，并且作业时间长、作业成本高。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能够自动完成换刀工作的盾构机自动换刀装置。

根据本公开的第一方面，提供了一种盾构机自动换刀装置，包括固定舱、旋转舱和换刀结构，所述旋转舱与所述固定舱可转动连接，所述换刀结构通过可伸缩导轨与所述旋转舱连接，所述换刀结构在所述可伸缩导轨的带动下，可伸出至所述旋转舱外或可缩入至所述旋转舱内；所述换刀结构包括升降机构、调整机构和换刀机构，所述升降机构连接在所述可伸缩导轨上并可相对于所述可伸缩导轨做升降运动，所述换刀机构通过所述调整机构连接在所述升降机构的顶部，所述调整机构用于调整所述换刀机构与所述升降机构之间的角度和位置。

优选地，所述旋转舱的旋转轴伸入至所述固定舱内并通过套设在所述固定舱外的法兰透盖压合，所述法兰透盖上设有电机，所述电机连接有第一齿轮，所述旋转舱在靠近所述固定舱的末端设有外齿轮，所述旋转舱通过所述外齿轮与所述第一齿轮之间的啮合运动可相对于所述固定舱转动。

优选地，所述升降机构为剪式升降台，所述调整机构包括旋转平台和双层伸缩平台，所述旋转平台可转动连接在所述剪式升降台的顶部，所述双层伸缩平台连接在所述旋转平台上，并可相对于所述旋转平台向前和向后伸缩运动，所述换刀机构固定在所述双层伸缩平台上，所述旋转平台用于调整所述换刀机构与所述剪式升降台之间的角度，双层伸缩平台用于调整所述换刀机构与所述剪式升降台之间的位置。

优选地，所述剪式升降台的顶部设有由电机驱动的第二齿轮，所述旋转平台靠近所述第二齿轮的一侧设有外齿条，所述第二齿轮与所述外齿条啮合，所述旋转平台在远离所述第二齿轮的一侧通过转轴与固定在所述剪式升降台顶部的旋转底座连接，通过所述第二齿轮与所述外齿条之间的啮合运动，所述旋转平台可绕所述转轴相对于所述剪式升降台转动。

优选地，所述双层伸缩平台包括第一液压缸、下层底板、第二液压缸和上层底板，所述第一液压缸设置在所述旋转平台上，并可沿平行于所述旋转平台长度上的方向伸缩，所述下层底板固定在所述第一液压缸的伸出端，所述第二液压缸设置在所述下层底板上，并可沿平行于所述旋转平台长度上的方向伸缩，所述第一液压缸与所述第二液压缸的伸出端相对设置，所述上层底板固定在所述第二液压缸的伸出端，所述换刀机构设置在所述上层底板上。

优选地，所述旋转平台上设有下层导轨，所述下层底板的底部设有下层导块，所述下层导轨与所述下层导块之间滑动连接，所述下层底板的上部设有上层导轨，所述上层底板的底部设有上层导块，所述上层导轨与所述上层导块之间滑动连接。

优选地，所述换刀机构包括设置在所述上层底板上的换刀座与槽插，所述槽插用于钳住滚刀，所述换刀座上设有由电机驱动的螺栓拆卸机构，所述螺栓拆卸机构用于拆卸滚刀上的螺栓。

优选地，所述升降机构为剪式升降台，所述调整机构为六自由度并联平台，所述六自由度并联平台设置在所述剪式升降台的顶部，所述换刀机构设置在所述六自由度并联平台上。

优选地，所述换刀结构对称设置在所述可伸缩导轨的上部和下部。

优选地，所述伸缩导轨包括第一导轨和第二导轨，所述第二导轨设置在所述第一导轨的上方，所述第一导轨和所述第二导轨均可相对于固定在所述旋转舱内的固定块滑动，所述第二导轨上滑动连接有移动块，所述升降机构连接在所述移动块上。

根据本申请的盾构机自动换刀装置，由于设置了固定舱、旋转舱和换刀结构，并通过它们之间的相互配合，可以自动地完成对盾构机刀盘上滚刀的换刀工作。从而，解决了人工换刀所面临的作业难度大，风险高，成本高等问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的整体结构示意图；

图2根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的旋转舱的结构示意图；

图3根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的可伸缩导轨和升降机构的结构示意图；

图4根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的调整机构的示意图；

图5根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的调整机构的后视角示意图；

图6根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的换刀结构在第二种实施例中的示意图；以及

图7根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的换刀结构在第三种实施例中的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1-图7，其示出了根据本发明实施例的盾构机自动换刀装置的技术方案。如图1所示，盾构机自动换刀装置，包括固定舱1、旋转舱2和换刀结构。固定舱1放置在整个装置的最后面，起固定整个装置作用，同时兼顾对于换下来的旧滚刀进行更换和添加等作业。旋转舱2与固定舱1可转动连接，旋转舱2可相对与固定舱1转动，实现对于旋转舱2内的换刀结构姿态的第一次调整。换刀结构通过可伸缩导轨3与旋转舱2连接，换刀结构在可伸缩导轨3的带动下，可伸出至旋转舱2外，以完成后续的换刀工作。在换刀结构完成换刀工作后，在可伸缩导轨3的带动下换刀结构可缩入至旋转舱内2。换刀结构包括升降机构4、调整机构8和换刀机构7。升降机构4连接在可伸缩导轨3上并可相对于可伸缩导轨3做升降运动，在需要换刀时，升降机构4将换刀机构7升高到盾构机刀盘上滚刀的高度处，在换刀完成后，将换刀机构7和换下的滚刀降落回旋转舱2的高度处。换刀机构7通过调整机构8连接在升降机构4的顶部，并且调整机构8可以用于调整换刀机构7与升降机构4之间的角度和位置，从而使得换刀机构7能够进一步适合盾构机刀盘上滚刀的角度和位置。

如图2所示，固定舱1包括呈圆筒状的舱体11，在舱体11上还连接有可以自由打开的舱盖12。旋转舱2的旋转轴21伸入至固定舱的轴承13内，并通过套设在固定舱外的法兰透盖22压合，法兰透盖22固定在法兰上。法兰透盖22上设有电机23，电机23连接有第一齿轮24，旋转舱2在靠近所述固定舱1的末端设有外齿轮25，旋转舱2通过外齿轮25与第一齿轮24之间的啮合运动可相对于固定舱1转动，从而完成了旋转舱2的旋转功能，实现对于旋转舱2内的换刀结构姿态的第一次调整。进一步，旋转舱2的末端还可以连接能够自由打开的舱门26，起到对于舱内装置的保护。

如图3所示，伸缩导轨3包括第一导轨31和第二导轨32，第二导轨32设置在第一导轨31的上方。第一导轨31和第二导轨32均可相对于固定在旋转舱2内的固定块33滑动。第二导轨上滑动连接有移动块34，升降机构4连接在移动块34上。通过移动块34的移动带动，升降机构4可以进一步向前延伸，实现将换刀结构带到合适位置。升降机构4为剪式升降台，主要包括下底板42、支撑方管41和上底板43。各个支撑方管41之间通过螺栓连接，形成一种剪式结构。下底板42固定在移动块34上，剪式结构的底部通过连接杆44固定在下底板42上。上底板43设置在剪式结构的顶部，通过改变各个支撑方管41之间的角度，即压缩或者伸长各个支撑方管41，完成对于上底板43的升降，从而使得换掉机构7到达合适的高度。

如图3所示，调整机构8包括旋转平台5和双层伸缩平台6。旋转平台5可转动连接在剪式升降台的顶部，双层伸缩平台6连接在旋转平台5上。双层伸缩平台6可相对于旋转平台5向前和向后伸缩运动，换刀机构7固定在双层伸缩平台6上。旋转平台5用于调整换刀机构7与剪式升降台之间的角度，双层伸缩平台6用于调整换刀机构7与剪式升降台之间的位置。

如图4至图5所示，剪式升降台的顶部设有由电机52驱动的第二齿轮54，其中，电机52通过电机座51固定在的剪式升降台的上底板43上。旋转平台5靠近所述第二齿轮54的一侧设有外齿条53，第二齿轮54与外齿条啮合。如图5所示，旋转平台5在远离第二齿轮54的一侧通过转轴56与固定在剪式升降台顶部的旋转底座55连接。通过第二齿轮54与外齿条53之间的啮合运动，旋转平台5可绕转轴相对于剪式升降台转动。从而，带动其上的双层伸缩平台6和换刀机构7转动，使得换刀机构7可以与盾构机刀盘上滚刀对正。

如图4至图5所示，双层伸缩平台6包括第一液压缸61、下层底板62、第二液压缸63和上层底板64。第一液压缸61设置在旋转平台5上，第一液压缸61可沿平行于旋转平台5长度上的方向伸缩，从而实现相对于旋转平台5向前和向后伸缩运动。其中，旋转平台5上设有第一底座65，第一液压缸61的固定端通过第一销66与所述第一底座65连接。下层底板62固定在第一液压缸61的伸出端，其中，下层底板62的底部设有第二底座69，第一液压缸61的伸出端通过第二销68与第二底座69连接。进一步地，第二液压缸63设置在下层底板62上，并可沿平行于旋转平台5长度上的方向伸缩，从而实现相对于旋转平台5向前和向后伸缩运动。上层底板64固定在第二液压缸63的伸出端，换刀机构7设置在上层底板64上。其中，第二液压缸63与下层底板62之间的连接方式与第一液压缸61与旋转平台5之间的连接方式相同，上层底板64与第二液压缸63的伸出端之间的连接方式与下层底板62和第一液压缸61的伸出端之间的连接方式相同，在这里不再赘述。

优选地，第一液压缸61与第二液压缸63的伸出端相对设置，从而可以在双向(向前和向后)上对换刀机构7相对于盾构机滚刀的位置进行微调。也可以在完成换到工作后，换刀结构回降到旋转舱2的高度时，第一液压缸61向后带动换刀结构回到旋转舱内。

进一步优选地，所述旋转平台5上设有下层导轨57，下层底板62的底部设有下层导块621，下层导轨62与下层导块621之间滑动连接。下层底板62的上部设有上层导轨622，上层底板64的底部设有上层导块641，上层导轨622与上层导块641之间滑动连接。在使用第一液压缸61和第二液压缸63双向上对换刀机构7相对于盾构机滚刀的位置进行微调时，通过下层导轨62与下层导块621之间，上层导轨622与上层导块641之间的滑动连接，可以对第一液压缸61和第二液压缸63的伸缩运动起到导向作用，使得伸缩运动过程更加稳定。

如图4至图5所示，换刀机构7包括设置在上层底板上64的换刀座71与槽插72。槽插72固定在换刀座71上，槽插72用于钳住滚刀。当调整好换刀机构7的位置与角度时，将槽插插入滚刀两侧，将滚刀抱住。换刀座71上设有由电机73驱动的螺栓拆卸机构74，螺栓拆卸机构用于拆卸滚刀上的螺栓，从而将损坏的滚刀取出。

综上所述，在进行换刀作业时，首先将盾构机刀盘停在靠近人孔的地方。在确定损坏滚刀的位置时，需要确定位置是在人孔的上方或下方，从而相对固定舱1转动旋转舱2，调整旋转舱2的角度，使之适应。在位置调整好以后，舱门26打开，可伸缩导轨3带着其上的换刀结构出舱，到达合适位置以后，升降机构4进行伸长作业，将其上的调整机构和换刀机构送到合适的高度。在到达合适的高度以后，双层伸缩平台6的上层底板64在第一液压缸61和第二液压缸62的作用下向靠近盾构机刀盘的方向伸出并调整。接着，在第二齿轮54的一侧与外齿条53的啮合作用下，旋转平台5可相对于升降机构4旋转，再次调整其上换刀机构的姿态，使之与所要拆卸的滚刀的螺钉的位置相对应。调整好以后，换刀机构7上的槽插72插入滚刀两侧，将滚刀抱住，换刀座71上的螺栓拆卸机构74将固定滚刀的螺钉拆下，从而将损坏的滚刀取出。在取出损坏的滚刀以后，整个换刀结构回到旋转舱2中，双层伸缩平台6的下层底板62在第一液压缸61的带动下往回缩回到旋转舱2内，并将损坏的滚刀运送到固定舱1并取出。之后，再将新刀放置在槽插72上，用同样的方式将滚刀安装在盾构机刀盘之前的位置，达到自动换刀的目的。

如图6所示，其出示了盾构机自动换刀装置的换刀结构的第二实施例。升降机构4为剪式升降台，调整机构为六自由度并联平台9，六自由度并联平台9设置在剪式升降台的顶部，换刀机构7设置在六自由度并联平台上。在本实施例中，使用可伸缩导轨3将换刀结构带出旋转舱2，通过剪式升降台将其上换刀机构7带入到合适的位置。由于盾构机大刀盘停车时，损坏的滚刀无法精确地与换刀装置停在同一径线上。因此，在剪式升降台上架设六自由度并联平台，利用六自由度并联平台的可调节性将其上的换刀机构7与所要更换的滚刀对正，从而进行换刀作业。

如图7所示，其出示了盾构机自动换刀装置的换刀结构的第三实施例。换刀结构对称设置在可伸缩导轨3的上部和下部。由于人孔并不是位于盾构机的轴线上，因此在进行换刀作业时，会涉及到在人孔上部和人孔下部进行换刀作业。因此要求盾构机自动换刀装置能够实现向上和向下的伸展，使得各个方位的换刀作业都能够实现。因此，在可伸缩导轨3的上部和下部都设置换刀结构。

本申请可以调整多自由度，可实现多角度，多方位的盾构机刀盘上滚刀的换刀作业。并且，在不改变原有的盾构机结构的前提下，利用现有的人孔安放装置，省去了大量的省查工作。本申请能够完全使用机械代替人工完成相应的取刀和换刀作业，使得工作人员可以不再暴露在高压环境中，避免了维修工人更换作业难度大、风险和成本高的问题。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种盾构机自动换刀装置，其特征在于，包括固定舱、旋转舱和换刀结构，所述旋转舱与所述固定舱可转动连接，所述换刀结构通过可伸缩导轨与所述旋转舱连接，所述换刀结构在所述可伸缩导轨的带动下，可伸出至所述旋转舱外或可缩入至所述旋转舱内；所述换刀结构包括升降机构、调整机构和换刀机构，所述升降机构连接在所述可伸缩导轨上并可相对于所述可伸缩导轨做升降运动，所述换刀机构通过所述调整机构连接在所述升降机构的顶部，所述调整机构用于调整所述换刀机构与所述升降机构之间的角度和位置。

2.根据权利要求1所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述旋转舱的旋转轴伸入至所述固定舱内并通过套设在所述固定舱外的法兰透盖压合，所述法兰透盖上设有电机，所述电机连接有第一齿轮，所述旋转舱在靠近所述固定舱的末端设有外齿轮，所述旋转舱通过所述外齿轮与所述第一齿轮之间的啮合运动可相对于所述固定舱转动。

3.根据权利要求2所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述升降机构为剪式升降台，所述调整机构包括旋转平台和双层伸缩平台，所述旋转平台可转动连接在所述剪式升降台的顶部，所述双层伸缩平台连接在所述旋转平台上，并可相对于所述旋转平台向前和向后伸缩运动，所述换刀机构固定在所述双层伸缩平台上，所述旋转平台用于调整所述换刀机构与所述剪式升降台之间的角度，双层伸缩平台用于调整所述换刀机构与所述剪式升降台之间的位置。

4.根据权利要求3所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述剪式升降台的顶部设有由电机驱动的第二齿轮，所述旋转平台靠近所述第二齿轮的一侧设有外齿条，所述第二齿轮与所述外齿条啮合，所述旋转平台在远离所述第二齿轮的一侧通过转轴与固定在所述剪式升降台顶部的旋转底座连接，通过所述第二齿轮与所述外齿条之间的啮合运动，所述旋转平台可绕所述转轴相对于所述剪式升降台转动。

5.根据权利要求4权利要求所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述双层伸缩平台包括第一液压缸、下层底板、第二液压缸和上层底板，所述第一液压缸设置在所述旋转平台上，并可沿平行于所述旋转平台长度上的方向伸缩，所述下层底板固定在所述第一液压缸的伸出端，所述第二液压缸设置在所述下层底板上，并可沿平行于所述旋转平台长度上的方向伸缩，所述第一液压缸与所述第二液压缸的伸出端相对设置，所述上层底板固定在所述第二液压缸的伸出端，所述换刀机构设置在所述上层底板上。

6.根据权利要求5所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述旋转平台上设有下层导轨，所述下层底板的底部设有下层导块，所述下层导轨与所述下层导块之间滑动连接，所述下层底板的上部设有上层导轨，所述上层底板的底部设有上层导块，所述上层导轨与所述上层导块之间滑动连接。

7.根据权利要求6所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述换刀机构包括设置在所述上层底板上的换刀座与槽插，所述槽插用于钳住滚刀，所述换刀座上设有由电机驱动的螺栓拆卸机构，所述螺栓拆卸机构用于拆卸滚刀上的螺栓。

8.根据权利要求1或2所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述升降机构为剪式升降台，所述调整机构为六自由度并联平台，所述六自由度并联平台设置在所述剪式升降台的顶部，所述换刀机构设置在所述六自由度并联平台上。

9.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述换刀结构对称设置在所述可伸缩导轨的上部和下部。

10.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的盾构机自动换刀装置，其特征在于，所述伸缩导轨包括第一导轨和第二导轨，所述第二导轨设置在所述第一导轨的上方，所述第一导轨和所述第二导轨均可相对于固定在所述旋转舱内的固定块滑动，所述第二导轨上滑动连接有移动块，所述升降机构连接在所述移动块上。