CN109763836B - 适用于柔臂掘进机的重载柔性输送机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于柔臂掘进机的重载柔性输送机，解决的技术问题是采用柔臂掘进机开挖硬岩隧道时，要求输送机能够实时跟随刀盘的运动以确保出渣效率。本发明包括输送机，输送机上设有驱动张紧系统，输送机两端设有支撑铰接装置；所述的输送机包括滑动连接的若干级传送带。本发明可以适用于刀盘复杂的运动形式，能够随刀盘的运动完成俯仰、摆动和伸缩等动作，适用于柔臂掘进机，辅助柔臂掘进机完成出渣工作。

Description

适用于柔臂掘进机的重载柔性输送机

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机。

背景技术

目前输送机多为固定尺寸，运输距离受限，有些输送机本体具有伸缩功能，但运动方向单一，且上进料点和出料点位置固定，特别是在重载情况下，难以移动和改变输送机的位置及传送距离。在全断面隧道施工领域，有以下三项专利申请：1、专利号为2018112570945、专利名称为并联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机；2、专利号为2018112571238、专利名称为串联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机；3、专利号为2018112567232、专利名称为串并联机器人支撑、开挖任意断面隧道的柔臂掘进机；根据以上三项专利的记载，柔臂掘进机可采用并联、串联或串并联机器人来支撑掘进机主机，使掘进机刀盘可到达机器人工作空间的任意位置，达到小直径刀盘开挖任意形状断面隧洞的目的。采用柔臂掘进机开挖硬岩隧道时，要求输送机能够时刻跟随刀盘的运动以确保出渣效率，传统的主机皮带机显然难以适应刀盘复杂的运动形式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是采用柔臂掘进机开挖硬岩隧道时，要求输送机能够实时跟随刀盘的运动以确保出渣效率，提供一种可随动的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，包括主梁和掘进机主机，掘进机主机前部设有刀盘，所述主梁和掘进机主机之间通过机器人连接，所述刀盘的中心设有出渣系统，所述的出渣系统包括主机皮带机，主机皮带机与输送机相连，所述的输送机包括滑动连接的若干级传送带。

所述的输送机包括传送带和驱动张紧系统，输送机两端设有支撑铰接装置。

所述的驱动张紧系统包括驱动滚筒、定滚筒、动滚筒和张紧油缸，所述的张紧油缸的底座固定在输送机上，张紧油缸的自由端与动滚筒连接，传送带卷绕在驱动滚筒、定滚筒和动滚筒上。

所述的定滚筒包括支撑滚筒和端部滚筒，支撑滚筒设置在驱动滚筒和端部滚筒之间。

所述的端部滚筒至少有两个，两个端部滚筒上下设置，所述的动滚筒至少有一个，动滚筒设置在端部滚筒的内侧。

所述的动滚筒一端设有连接板，连接板上设有凹槽，所述的输送机的内部侧壁上设有导向杆，导向杆与凹槽滑动配合，张紧油缸的自由端与连接板连接。

所述的支撑铰接装置包括支撑轴和固定座，支撑轴与固定座铰接连接，固定座下部设有连接轴，连接轴外侧设有轴承；所述输送机的端部通过固定座与掘进机主机连接，轴承设置在连接轴与掘进机主机之间。

所述的支撑轴包括垂直连接的竖轴和横轴，所述的固定座为U型座，U型座上设有通孔，横轴两端伸进通孔内与U型座铰接连接。

所述的支撑铰接装置还包括机器人，机器人末端与输送机底部铰接连接。

所述的输送机包括一级传送带和二级传送带，所述的一级传送带上设有滑槽，二级传送带上设有滑轨，滑槽与滑轨相配合。

本发明的输送机可以适用于刀盘复杂的运动形式，能够随刀盘的运动完成俯仰、摆动和伸缩等动作，适用于柔臂掘进机，辅助柔臂掘进机完成出渣工作，结构简单，使用方便。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明柔臂掘进机的内部结构示意图；

图3是本发明输送机随刀盘动作的结构示意图之一；

图4是本发明输送机随刀盘动作的结构示意图之二；

图5是本发明输送机的结构示意图；

图6是本发明输送机底部结构示意图；

图7是本发明输送机局部放大结构示意图；

图8是本发明支撑铰接装置采用机器人臂时为六自由度机器人臂的结构示意图；

图9是本发明支撑铰接装置采用机器人臂时为五自由度机器人臂的结构示意图；

图10是本发明支撑铰接装置采用机器人臂时为1三自由度机器人臂的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图10所示，一种适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，包括主梁3和掘进机主机1，掘进机主机1前部设有刀盘101，所述主梁3和掘进机主机1之间通过机器人连接，所述刀盘101的中心设有出渣系统，所述的出渣系统包括主机皮带机6，主机皮带机6与输送机5相连，所述的输送机5包括滑动连接的若干级传送带7。

所述的输送机5包括传送带7和驱动张紧系统，输送机5两端设有支撑铰接装置4。

所述的驱动张紧系统包括传送带7、驱动滚筒503、定滚筒 504、动滚筒505和张紧油缸506，所述的张紧油缸506的底座固定在输送机5上，张紧油缸506的自由端与动滚筒505连接，传送带7卷绕在驱动滚筒503、定滚筒 504和动滚筒505上。

所述的定滚筒 504包括支撑滚筒5041和端部滚筒5042，支撑滚筒5041设置在驱动滚筒503和端部滚筒5042之间。支撑滚筒5041对输送机5上的传送带7以及传送带7上的输送物起支撑作用，根据输送机5的长度，可以设置多个支撑滚筒5041。

所述的端部滚筒5042至少有两个，两个端部滚筒5042上下设置，所述的动滚筒505至少有一个，动滚筒505设置在端部滚筒5042的内侧。传送带7交替卷绕在端部滚筒5042、动滚筒505、端部滚筒5042后卷绕至驱动滚筒503上。

所述的动滚筒505一端设有连接板5051，连接板5051上设有凹槽5052，所述的输送机5的内部侧壁上设有导向杆510，导向杆510与凹槽5052滑动配合，张紧油缸506的自由端与连接板5051连接。随着张紧油缸506的伸缩，张紧油缸506带动动滚筒505向前或向后，进而调节传送带的松紧。使用时，随着一级传送带501和二级传送带502的伸缩，张紧油缸506带动动滚筒505运动，动滚筒505运动时刻保证传送带7张紧；本发明可通过设置端部滚筒5042和动滚筒505的个数来控制冗余皮带的长短，单个动滚筒可存储的的冗余皮带长度为动滚筒与定滚筒之间最大距离的两倍。通过张紧油缸的伸缩量控制皮带的张紧度，同时可根据实际需求改变输送机5的级数。

所述的支撑铰接装置4包括支撑轴41和固定座42，支撑轴41与固定座42铰接连接，固定座42下部设有连接轴44，连接轴44外侧设有轴承43。输送机5的端部通过固定座42与掘进机主机1连接，轴承43设置在连接轴44与掘进机主机1之间；所述输送机5的端部通过固定座42与掘进机主机1连接，轴承43设置在连接轴44与掘进机主机1之间。

所述的支撑轴41包括垂直连接的竖轴45和横轴46，所述的固定座42为U型座，U型座上设有通孔，横轴46两端伸进通孔内与U型座铰接连接。本发明通过支撑轴41与U型座的配合完成俯仰动作，通过连接轴44完成摆动动作。

所述的支撑铰接装置4包括机器人，机器人末端与输送机5底部铰接连接。本发明机器人可以是并联机器人也可以是串联机器人，重载柔性输送机的两端约束形式可根据工程实际需要改变，这里为了适应柔臂掘进机的工作范围，设计为铰接和轴承的配合方式，限制了输送机的较多自由度，在实际应用中输送机的两端支撑可采用机器人支撑，如图8-10所示的常见机器人臂的并联机构，并联机构的杆件47数目和铰接方式可根据实际要求实现的自由度数目设计，可采用虎克铰、球铰、移动副或其相互混用等方式，采用多自由度的支撑方式可实现输送机的多自由度运动，从而适应不同的工作案例，不局限于柔臂掘进机，也可应用于采煤、矿石运输、粮食转运等其他行业。输送机也可能为刮渣板，螺旋输送机等传送机构。

所述的输送机包括一级传送带501和二级传送带502，所述的一级传送带501上设有滑槽508，二级传送带502上设有滑轨509，滑槽508与滑轨509相配合。滑槽508与滑轨509相配合可实现两级皮带机的自由伸缩。

本发明掘进机主机1和主梁3分别作为并联机器人的动平台和静平台，掘进机主机包含刀盘和主驱动，本发明采用并联油缸2作为机器人的主要运动执行单元，以球铰、虎克铰等形式铰接于掘进机主机1和主梁3上形成机器人结构。机器人的伸缩，带动输送机各级传送带之间的伸缩。在隧道掘进时采用中心出渣的方式，首先采用和目前TBM相同的中心出渣方式，采用主机皮带机6将渣石送到主机1末端，之后将渣石转到重载柔性输送机5上，重载柔性输送机5与位于主梁后部的配套皮带机相连，将渣石运出。

为了使输送机5适应刀盘101的运动且不造成运动干涉，分别在皮带机5的两端安装支撑铰接装置4，起到支撑皮带机并使皮带机完成俯仰动作的作用，支撑铰接装置4的下部通过轴承43安装在动平台（掘进机主机1）或静平台（主梁3）上，此时支撑铰接装置4和轴承43配合使输送机可实现两自由度的运动，相对于掘进机主机的运动形成冗余约束，两自由度的运动分别为随掘进机主机的运动实现的皮带机摆动动作和俯仰动作，既保证了皮带机时刻保持正向又使皮带机与主机皮带机6保持时刻衔接，从而完成柔臂掘进机的出渣操作。

Claims (7)

1.一种适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，包括主梁（3）和掘进机主机（1），掘进机主机（1）前部设有刀盘（101），所述主梁（3）和掘进机主机（1）之间通过机器人连接，所述刀盘（101）的中心设有出渣系统，其特征在于：所述的出渣系统包括主机皮带机（6），主机皮带机（6）与输送机（5）相连，所述的输送机（5）包括滑动连接的若干级传送带；

所述的输送机（5）包括传送带和驱动张紧系统，输送机（5）两端设有支撑铰接装置（4）；所述的驱动张紧系统包括驱动滚筒（503）、定滚筒（504）、动滚筒（505）和张紧油缸（506），所述的张紧油缸（506）的底座固定在输送机（5）上，张紧油缸（506）的自由端与动滚筒（505）连接，传送带卷绕在驱动滚筒（503）、定滚筒（504）和动滚筒（505）上；

所述的动滚筒（505）一端设有连接板（5051），连接板（5051）上设有凹槽（5052），所述的输送机（5）的内部侧壁上设有导向杆（510），导向杆（510）与凹槽（5052）滑动配合，张紧油缸（506）的自由端与连接板（5051）连接。

2.根据权利要求1所述的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，其特征在于：所述的定滚筒（504）包括支撑滚筒（5041）和端部滚筒（5042），支撑滚筒（5041）设置在驱动滚筒（503）和端部滚筒（5042）之间。

3.根据权利要求2所述的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，其特征在于：所述的端部滚筒（5042）至少有两个，两个端部滚筒（5042）上下设置，所述的动滚筒（505）至少有一个，动滚筒（505）设置在端部滚筒（5042）的内侧。

4.根据权利要求2所述的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，其特征在于：所述的支撑铰接装置（4）包括支撑轴（41）和固定座（42），支撑轴（41）与固定座（42）铰接连接，固定座（42）下部设有连接轴（44），连接轴（44）外侧设有轴承（43）；所述输送机（5）的端部通过固定座（42）与掘进机主机（1）连接，轴承（43）设置在连接轴（44）与掘进机主机（1）之间。

5.根据权利要求4所述的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，其特征在于：所述的支撑轴（41）包括垂直连接的竖轴（45）和横轴（46），所述的固定座（42）为U型座，U型座上设有通孔，横轴（46）两端伸进通孔内与U型座铰接连接。

6.根据权利要求4所述的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，其特征在于：所述的支撑铰接装置（4）还包括机器人，机器人末端与输送机（5）底部铰接连接。

7.根据权利要求1所述的适于柔臂掘进机使用的重载柔性输送机，其特征在于：所述的输送机包括一级传送带（501）和二级传送带（502），所述的一级传送带（501）上设有滑槽（508），二级传送带（502）上设有滑轨（509），滑槽（508）与滑轨（509）相配合。