CN109236310A - 一种适用于tbm换刀机器人快速拆装的新型刀座 - Google Patents

一种适用于tbm换刀机器人快速拆装的新型刀座 Download PDF

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Abstract

本发明属于全断面隧道掘进机地下施工设备技术领域，提供了一种适用于TBM换刀机器人快速拆装的新型刀座，包括滚刀刀架、滚刀支撑机构、支撑架、传力机构、升降机构和收放机构。本发明的目的在于为全断面隧道掘进机自动化换刀设备提供一种新型的一体化刀座，便于换刀机器人对损坏的滚刀进行自动化更换，从而大幅减少全断面隧道掘进机地下设备维修人员的事故发生率，保障了维修人员的生命安全，同时该设备能够提高全断面隧道掘进机装备的自动化程度，提高换刀效率，缩短隧道施工的项目周期，减少整个项目的成本，为企业创造更多的效益。

Description

一种适用于TBM换刀机器人快速拆装的新型刀座
技术领域
本发明涉及一种适用于TBM自动化换刀设备换刀的一体化新型刀座，属于隧道掘进施工设备技术领域。
背景技术
随着我国经济社会的不断发展，基础设施建设的步伐越来越快。无论是在铁路工程中的穿山隧道或为解决城市交通问题而实施的地下交通工程还是油气运输中的隧道工程都离不开一项核心技术装备——全断面隧道掘进机(TBM)。全断面隧道掘进机在施工的过程中，主要是依靠位于设备最前方刀盘上分布的滚刀进行破碎岩石的，滚刀工作的原理是刀盘旋转带动滚刀实现自身的旋转，进而破碎前方与滚刀接触的岩石。
在隧道施工的过程中，由于地质条件极其复杂，全断面隧道掘进机的滚刀与岩石相互作用将会导致滚刀长期受到交变载荷以及剧烈冲击的影响，使得滚刀很容易就出现疲劳损伤、疲劳断裂以及磨损失效等现象。
滚刀的磨损或者失效将会影响全断面隧道掘进机的掘进速度，所以当滚刀一旦失效必须更换，而目前世界范围内全断面隧道掘进机的滚刀更换基本依靠人工进行。据统计，在全断面岩石掘进机的施工总时间内，人工换刀所用时长基本要达到总时间的20％左右，所以人工换刀极大的降低了施工的效率，增加了施工成本。同时，进行换刀作业的施工工人将会面临施工隧道中可能会发生的涌水、岩爆、碎石脱落以及高压力等突发情况，人工换刀给施工工人的人身安全造成了极大的威胁。所以研制全断面岩石掘进机滚刀自动更换设备替代人工换刀在当前显得十分重要，而实现滚刀自动化更换的前提是需要研制出一种适用于全断面隧道掘进机自动化换刀设备换刀的一体化新型刀座替代传统的刀座。
为保障隧道施工人员的人身安全，提高隧道的施工效率，节约施工成本，发明本全断面岩石掘进机一体化刀座。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于全断面隧道掘进机自动化换刀设备换刀的一体化新型刀座用于替代需要人工更换的传统刀座。这样不仅能够避免了施工工人的人身安全因进行换刀作业而受到威胁，还能够提高换刀的效率，缩短项目施工的周期，提升企业的效益。
本发明的技术方案：
一种适用于TBM换刀机器人快速拆装的新型刀座，包括滚刀刀架1、滚刀支撑机构、支撑架3、传力机构、升降机构2和收放机构4；
所述的滚刀刀架1为滚刀支撑机构、传力机构、升降机构2和收放机构4提供安装机架；滚刀刀架1主要由刀箱侧板和刀箱连接板拼接而成，两刀箱侧板相对布置，通过两个相对布置的连接板相连接；刀箱侧板的下部内表面为与传力块6、刀轴支撑块7相互配合的型面，该型面为传力块6、刀轴支撑块7提供安装导向与限位；刀箱侧板的上部内表面开有弧形槽，为收放块4-6提供旋转导向、限位以及增大收放块4-6上部的受力面；
所述的滚刀支撑机构，包括滚刀刀架1、滚刀5、传力块6和刀轴支撑块7；滚刀5通过螺钉与左右两个刀轴支撑块7相连，刀轴支撑块7与其上部的传力块6通过螺钉相连，传力块6与刀轴支撑块7与滚刀刀架1下部内表面的型面相互配合，使滚刀5被固定安装在滚刀刀架1中；
所述的支撑架3为传力机构、升降机构2和收放机构4提供支撑与连接；支撑架3的下部开有阶梯型槽，为滚刀5提供安装与工作空间；支撑架3的上部左右两侧开有弧形槽，与收放块4-6的下表面相互配合，为收放块4-6提供旋转导向以及增大收放块4-6下部的受力面；支撑架3上部开有圆柱孔，为丝杠轴2-1提供安装支撑；
所述的传力机构，包括滚刀刀架1、支撑架3、收放块4-6、销轴4-7、滚刀5、传力块6和刀轴支撑块7；传力块6与支撑架3通过螺钉联结，支撑架3与收放块4-6通过销轴4-7联结，并且支撑架3上部左右两侧的弧形槽与收放块4-6下部的弧形面相互配合；滚刀5受到的力传递给刀轴支撑块7，刀轴支撑块7将力传递给传力块6，传力块6将力传递给支撑架3，支撑架3通过其上部左右两侧的弧形槽将力传递到收放块4-6，收放块4-6通过其上部的弧形面与滚刀刀架1上部内表面的弧形槽相互配合进而将力传递给滚刀刀架1；传力机构中的所有零件均为面接触，具有良好的受力效果；
所述的升降机构2，包括丝杠轴2-1、螺母套2-2、轴承端盖2-3、外环2-4、丝杠轴固定架2-5、螺钉2-6和支撑架3；丝杠轴固定架2-5通过螺钉2-6固定在支撑架3的上表面；支撑架3与丝杠轴固定架2-5为丝杠轴2-1提供安装支撑，使得丝杠轴2-1固定在支撑架3上；螺母套2-2通过自锁螺纹套装于丝杠轴2-1的上部；外环2-4通过推力球轴承与螺母套2-2相连，轴承端盖2-3通过螺纹与螺母套2-2相连，当螺母套2-2顺时针旋转上升时，螺母套2-2通过下部的轴肩带动外环2-4向上移动，并且由于外环2-4与螺母套2-2之间有推力球轴承，所以外环2-4在上升的过程中不会随着螺母套2-2一起转动；当螺母套2-2逆时针旋转时下降时，与螺母套2-2相连的轴承端盖2-3带动外环2-4向下移动，并且由于轴承端盖2-3与外环2-4之间有推力球轴承，所以外环2-4在下降过程中不会随着螺母套2-2一起转动；
所述的收放机构4，包括升降机构2、支撑架3、连杆上支撑架4-1、连杆上销轴4-2、连杆4-3、连杆下销轴4-4、连杆下支撑架4-5、收放块4-6和收放块销轴4-7；两连杆上支撑架4-1通过螺钉对称联结在外环2-4的外表，连杆上支撑架4-1随外环2-4一起上下移动；连杆上支撑架4-1与连杆4-3的上端通过连杆上销轴4-2相联结；连杆下支撑架4-5与连杆4-3的下端通过连杆下销轴4-4相联结；连杆下支撑架4-5与收放块4-6通过螺钉相联结；连杆上支撑架4-1的上下移动通过连杆机构带动收放块4-6绕收放块销轴4-7做旋转运动，进而实现滚刀5的锁紧以及解锁。
本发明的有益效果：本发明可与全断面隧道掘进机自动化换刀设备相互配合使用，能够替换全断面隧道掘进机更换滚刀的工人，有效的保障了隧道施工工人的生命安全，同时能够大幅提高全断面隧道掘进机更换滚刀的效率，提高全断面隧道掘进机的掘进速度，降低隧道施工成本，提升企业效益。
附图说明
图1是新型刀座结构示意图。
图2是滚刀刀架结构示意图。
图3是滚刀支撑机构示意图。
图4是滚刀传力机构示意图。
图5是支撑架结构示意图。
图6是升降机构示意图。
图7是收放机构示意图。
图中：1滚刀刀架；2升降机构；2-1丝杠轴；2-2螺母套；2-3轴承端盖；2-4外环；2-5丝杠轴固定架；2-6螺钉；3支撑架；4收放机构；4-1连杆上支撑架；4-2连杆上销轴；4-3连杆；4-4连杆下销轴；4-5连杆下支撑架；4-6收放块；4-7收放块销轴；5滚刀；6传力块；7刀轴支撑块。
具体实施方式
本发明所提供的一种适用于TBM自动化换刀设备的新型刀座，包括滚刀刀架1、滚刀支撑机构、支撑架3、传力机构、升降机构2和收放机构4；
所述的滚刀刀架1为滚刀支撑机构、传力机构、升降机构2和收放机构4提供安装机架；滚刀刀架1下部内表面为与传力块6、刀轴支撑块7相互配合的型面，该型面为传力块6、刀轴支撑块7提供安装导向与限位；滚刀刀架1的上部开有弧形槽，为收放块4-6提供旋转导向、限位以及增大收放块4-6上部的受力面；
所述的滚刀支撑机构，包括滚刀刀架1、滚刀5、传力块6和刀轴支撑块7；滚刀5通过螺钉与左右两个刀轴支撑块7相连，刀轴支撑块7与传力块6通过螺钉相连，传力块6与刀轴支撑块7与滚刀刀架1下部内表面的型面相互配合，使滚刀5被固定安装在滚刀刀架1中；
所述的支撑架3为传力机构、升降机构2和收放机构4提供支撑与连接；支撑架3的下部开有阶梯型槽，为滚刀5提供安装与工作空间；支撑架3的上部左右两侧开有弧形槽，与收放块4-6的下表面相互配合，为收放块4-6提供旋转导向以及增大受力块4-6下部的受力面；支撑架3上部开有圆柱孔，为丝杠轴2-1提供安装支撑；
所述的传力机构，包括滚刀刀架1、支撑架3、收放块4-6、销轴4-7、滚刀5、传力块6和刀轴支撑块7；传力块6与支撑架3通过螺钉联结，支撑架3与收放块4-6通过销轴4-7联结，并且支撑架3上部左右两侧的弧形面与收放块4-6下部的弧形面相互配合；滚刀5受到的力传递给刀轴支撑块7，刀轴支撑块7将力传递给传力块6，传力块6将力传递给支撑架3，支撑架3通过其上部左右两侧的弧形面将力传递到收放块4-6，收放块4-6通过其上部的弧形面与滚刀刀架1上部内表面的弧形槽相互配合进而将力传递给滚刀刀架1；传力机构中的所有零件均为面接触，具有良好的受力效果。
所述的升降机构2，包括丝杠轴2-1、螺母套2-2、轴承端盖2-3、外环2-4、丝杠轴固定架2-5、螺钉2-6和支撑架3；丝杠轴固定架2-5通过螺钉2-6与支撑架3相联结；支撑架3与丝杠轴固定架2-5为丝杠轴2-1提供安装支撑，使得丝杠轴2-1固定在支撑架3上；螺母套2-2通过自锁螺纹与丝杠轴2-1相联结；外环2-4通过推力球轴承与螺母套2-2相连，轴承端盖2-3通过螺纹与螺母套2-2相连，当螺母套2-2顺时针旋转上升时，螺母套2-2通过下部的轴肩带动外环2-4向上移动，并且由于外环2-4与螺母套2-2之间有推力球轴承，所以外环2-4在上升的过程中不会随着螺母套2-2一起转动；当螺母套2-2逆时针旋转下降时，与螺母套2-2相连的轴承端盖2-3会带动外环2-4向下移动，并且由于轴承端盖2-3与外环2-4之间有推力球轴承，所以外环2-4在下降过程中不会随着螺母套2-2一起转动；
所述的收放机构4，包括升降机构2、支撑架3、连杆上支撑架4-1、连杆上销轴4-2、连杆4-3、连杆下销轴4-4、连杆下支撑架4-5、收放块4-6和收放块销轴4-7；连杆上支撑架4-1与外环2-4通过螺钉联结，连杆上支撑架4-1随外环2-4一起上下移动；连杆上支撑架4-1与连杆4-3通过连杆上销轴4-2相联结；连杆下支撑架4-5与连杆4-3通过连杆下销轴4-4相联结；连杆下支撑架4-5与收放块4-6通过螺钉相联结；连杆上支撑架4-1的上下移动通过连杆机构会带动收放块4-6绕收放块销轴4-7做旋转运动，进而实现滚刀5的锁紧以及解锁；
下面结合附图说明本发明的一次拆卸损坏滚刀的过程。如下：
步骤一：自动化换刀设备到达预定位置，逆时针旋转螺母套2-2，螺母套2-2沿丝杠轴2-1下降，带动外环2-4沿丝杠轴2-1下降，通过连杆作用，使得收放块4-6从滚刀刀架1上部内表面的弧形槽中旋出，滚刀解锁；
步骤二：自动化换刀设备抓住支撑架3，将除滚刀刀架1的刀座整体拔出，送到滚刀5的更换处；
至此，完成损坏滚刀的拆卸工作。新滚刀的安装过程为以上过程的逆过程。

Claims (1)

1.一种适用于TBM换刀机器人快速拆装的新型刀座，包括滚刀刀架(1)、滚刀支撑机构、支撑架(3)、传力机构、升降机构(2)和收放机构(4)；
所述的滚刀刀架(1)为滚刀支撑机构、传力机构、升降机构(2)和收放机构(4)提供安装机架；滚刀刀架(1)主要由刀箱侧板和刀箱连接板拼接而成，两刀箱侧板相对布置，通过两个相对布置的连接板相连接；刀箱侧板的下部内表面为与传力块(6)、刀轴支撑块(7)相互配合的型面，该型面为传力块(6)、刀轴支撑块(7)提供安装导向与限位；刀箱侧板的上部内表面开有弧形槽，为收放块(4-6)提供旋转导向、限位以及增大收放块(4-6)上部的受力面；
所述的滚刀支撑机构，包括滚刀刀架(1)、滚刀(5)、传力块(6)和刀轴支撑块(7)；滚刀(5)通过螺钉与左右两个刀轴支撑块(7)相连，刀轴支撑块(7)与其上部的传力块(6)通过螺钉相连，传力块(6)与刀轴支撑块(7)与滚刀刀架(1)下部内表面的型面相互配合，使滚刀(5)被固定安装在滚刀刀架(1)中；
所述的支撑架(3)为传力机构、升降机构(2)和收放机构(4)提供支撑与连接；支撑架(3)的下部开有阶梯型槽，为滚刀(5)提供安装与工作空间；支撑架(3)的上部左右两侧开有弧形槽，与收放块(4-6)的下表面相互配合，为收放块(4-6)提供旋转导向以及增大收放块(4-6)下部的受力面；支撑架(3)上部开有圆柱孔，为丝杠轴(2-1)提供安装支撑；
所述的传力机构，包括滚刀刀架(1)、支撑架(3)、收放块(4-6)、销轴(4-7)、滚刀(5)、传力块(6)和刀轴支撑块(7)；传力块(6)与支撑架(3)通过螺钉联结，支撑架(3)与收放块(4-6)通过销轴(4-7)联结，并且支撑架(3)上部左右两侧的弧形槽与收放块(4-6)下部的弧形面相互配合；滚刀(5)受到的力传递给刀轴支撑块(7)，刀轴支撑块(7)将力传递给传力块(6)，传力块(6)将力传递给支撑架(3)，支撑架(3)通过其上部左右两侧的弧形槽将力传递到收放块(4-6)，收放块(4-6)通过其上部的弧形面与滚刀刀架(1)上部内表面的弧形槽相互配合进而将力传递给滚刀刀架(1)；传力机构中的所有零件均为面接触，具有良好的受力效果；
其特征在于，所述的升降机构(2)，包括丝杠轴(2-1)、螺母套(2-2)、轴承端盖(2-3)、外环(2-4)、丝杠轴固定架(2-5)、螺钉(2-6)和支撑架(3)；丝杠轴固定架(2-5)通过螺钉(2-6)固定在支撑架(3)的上表面；支撑架(3)与丝杠轴固定架(2-5)为丝杠轴(2-1)提供安装支撑，使得丝杠轴(2-1)固定在支撑架(3)上；螺母套(2-2)通过自锁螺纹套装于丝杠轴(2-1)的上部；外环(2-4)通过推力球轴承与螺母套(2-2)相连，轴承端盖(2-3)通过螺纹与螺母套(2-2)相连，当螺母套(2-2)顺时针旋转上升时，螺母套(2-2)通过下部的轴肩带动外环(2-4)向上移动，并且由于外环(2-4)与螺母套(2-2)之间有推力球轴承，所以外环(2-4)在上升的过程中不会随着螺母套(2-2)一起转动；当螺母套(2-2)逆时针旋转时下降时，与螺母套(2-2)相连的轴承端盖(2-3)带动外环(2-4)向下移动，并且由于轴承端盖(2-3)与外环(2-4)之间有推力球轴承，所以外环(2-4)在下降过程中不会随着螺母套(2-2)一起转动；
所述的收放机构(4)，包括升降机构(2)、支撑架(3)、连杆上支撑架(4-1)、连杆上销轴(4-2)、连杆(4-3)、连杆下销轴(4-4)、连杆下支撑架(4-5)、收放块(4-6)和收放块销轴(4-7)；两连杆上支撑架(4-1)通过螺钉对称联结在外环(2-4)的外表，连杆上支撑架(4-1)随外环(2-4)一起上下移动；连杆上支撑架(4-1)与连杆(4-3)的上端通过连杆上销轴(4-2)相联结；连杆下支撑架(4-5)与连杆(4-3)的下端通过连杆下销轴(4-4)相联结；连杆下支撑架(4-5)与收放块(4-6)通过螺钉相联结；连杆上支撑架(4-1)的上下移动通过连杆机构带动收放块(4-6)绕收放块销轴(4-7)做旋转运动，进而实现滚刀(5)的锁紧以及解锁。
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