CN109968370A - 一种新型盾构机换刀末端执行装置 - Google Patents

一种新型盾构机换刀末端执行装置 Download PDF

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李庆党
刘华江
杨晓晖
张岩
王晓波
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
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Abstract

本发明公开了一种新型盾构机换刀末端执行装置，包括大手爪模块、小手爪模块、导向模块和轴向运动模块；所述大手爪模块包括第一下爪、第一销子、第一上爪、第二销子、第一液压缸、第一爪子支撑架和导向轴固定板；所述第一爪子支撑架焊接在第一下爪的后端上，第一上爪的后端与第一爪子支撑架的上端转动连接；所述导向轴固定板焊接在第一爪子支撑架上，所述小手爪模块包括第二下爪、第二上爪、第二液压缸、第二爪子支撑架和滑座固定板；本发明的有益效果：代替人工换刀，提高了换刀的工作效率，无需人员进入，防止对工作人员的安全造成损伤。

Description

一种新型盾构机换刀末端执行装置
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种新型盾构机换刀末端执行装置。
背景技术
随着社会的发展，车辆的增多让交通变得越来越拥挤，为此人们将空间开发利用的重点转向地下。地铁、海底隧道的需求增加，盾构机由此开始走上历史舞台。盾构机在工作过程中刀具会受到磨损，目前使用的方法都是人工进行换刀，这样不仅换刀效率低，而且恶劣的工作环境很容易对工作人员的人身安全造成损伤，为此专家提出了使用机械臂进行自动换刀。
当前国内并没有成功实现过使用机械臂自动换刀，现阶段该设想还停留在纸面，这是由于现阶段使用的刀箱结构复杂，拆刀过程，而且拆刀过程中还会产生干涉，为此我们新设计了一种刀箱结构（具体结构见另一专利），使得使用机械臂进行自动换刀成为可能，本发明是为了配合该刀箱结构换刀而设计的。
发明内容
针对现有技术中人工进行换刀，工作效率底，而且恶劣的工作环境很容易对工作人员的人身安全造成损伤的问题，提供了一种新型盾构机换刀末端执行装置。
一种新型盾构机换刀末端执行装置，包括大手爪模块、小手爪模块、导向模块和轴向运动模块；
所述大手爪模块包括第一下爪、第一销子、第一上爪、第二销子、第一液压缸、第一爪子支撑架和导向轴固定板；
所述第一爪子支撑架焊接在第一下爪的后端上，第一上爪的后端与第一爪子支撑架的上端转动连接；
所述导向轴固定板焊接在第一爪子支撑架上，所述第一液压缸的上下两端分别与第一下爪的中部和第一上爪的中部转动连接；
所述小手爪模块包括第二下爪、第二上爪、第二液压缸、第二爪子支撑架和滑座固定板；
所述第二爪子支撑架焊接在第二下爪的后端部，所述滑座固定板焊接在第二爪子支撑架的中部，所述第二液压缸的上下两端分别与第一下爪的中部和第二上爪的中部转动连接，所述第二上爪后端与第二爪子支撑架的上端转动连接；
所述快换安装板侧向焊接在第一爪子支撑架上，快换工具通过螺栓连接在快换安装板上。
优选的，所述导向模块由相互滑动连接的导向轴和滑台组成；
所述滑台由螺栓紧固件与滑座固定板可拆卸连接，所述导向轴由螺栓紧固件固定安装于导向轴固定板上。
优选的，所述轴向运动模块包括套筒液压缸和连接件，
所述套筒液压缸通过螺栓安装固定在第一下爪上，其杆端与连接件连接，所述连接件的另一端与小手爪模块中的第二下爪连接。
本发明的有益效果：
代替人工换刀，提高了换刀的工作效率，无需人员进入，防止对工作人员的安全造成损伤。
附图说明
图1为如下实施方式提供的盾构机滚刀刀箱的立体结构示意图；
图2为如下实施方式提供的盾构机滚刀刀箱拆换刀具时将滑轨拉出的的立体结构示意图；
图3为如下实施方式提供的盾构机滚刀刀箱的滚刀夹持装置和滑轨装置的立体结构示意图；
图4为一种可以应用新型刀箱的盾构机换刀机械臂末端执行器结构示意图；
图5为轴向运动模块；
图6为导向模块；
图7为大爪子模块结构图；
图8为小爪子模块结构图；
图9为刀箱外壳结构图；
其中，1为挡块，2为刀座，3为滚刀，4为刀箱外壳，5为大爪子模块，6为小爪子模块，7为轴向运动模块，8为导向模块，9为套筒液压缸，11为连接件，12为滑台，15为导向轴， 18为第一上爪，19为第一爪子支撑架，20为导向轴固定板，21为快换安装板，22为第一下爪,24为第一液压缸，25为第二上爪，26为第二爪子支撑架，27为滑座固定板，28为第二下爪，30为第二液压缸。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案做进一步说明。
一种新型盾构机换刀末端执行装置，包括大手爪模块5、小手爪模块6、导向模块8和轴向运动模块7，
所述大手爪模块5包括第一下爪22、第一销子23、第一上爪18、第二销子29、第一液压缸24、第一爪子支撑架19和导向轴固定板20，
所述第一爪子支撑架19焊接在第一下爪22的后端上，第一上爪18的后端与第一爪子支撑架19的上端转动连接，
所述导向轴固定板20焊接在第一爪子支撑架19上，所述第一液压缸24的上下两端分别与第一下爪22的中部和第一上爪18的中部转动连接，
所述小手爪模块6包括第二下爪28、第二上爪25、第二液压缸30、第二爪子支撑架26和滑座固定板27；
所述第二爪子支撑架26焊接在第二下爪28的后端部，所述滑座固定板27焊接在第二爪子支撑架26的中部，所述第二液压缸30的上下两端分别与第一下爪22的中部和第二上爪25的中部转动连接，所述第二上爪25后端与第二爪子支撑架26的上端转动连接，
所述快换安装板侧向焊接在第一爪子支撑架19上。快换工具(型号为NITTAOMEGAXC300快换系统)通过螺栓连接在快换安装板21上。
所述导向模块8由相互滑动连接的导向轴15和滑台12组成；
所述滑台12由螺栓紧固件与滑座固定板27可拆卸连接，所述导向轴15由螺栓紧固件固定安装于导向轴固定板20上。
所述轴向运动模块7包括套筒液压缸9和连接件11，
所述套筒液压缸9通过螺栓安装固定在第一下爪22上，其杆端与连接件11连接，所述连接件11的另一端与小手爪模块6中的第二下爪28连接。
滚刀刀箱，如图1、2、3所示，包括挡块1、刀座2和刀箱壳4，所述刀箱壳4前后两端敞开，后端敞开用于供滚刀3伸出进行工作，前端敞开用于装卸滚刀3，所述刀座2将滚刀3夹持固定，
所述刀座2与挡块1滑动连接，所述刀箱壳4上开设滑槽402，所述刀座2和挡块1设置于滑槽402中，可相对于刀箱壳4向前滑动。
进一步的，所述刀座2和挡块1之间通过燕尾槽导轨滑动连接。
进一步的，所述挡块1上设置有若干个碰珠销102，所述滑槽402中开设于碰珠销102相适配的凹坑401。
优选的，所述刀座2上向外凸起形成第一防滑凸起201，所述挡块1上向外凸起形成第二防滑凸起101。其中第一防滑凸起201和第二防滑凸起101是与大爪子模块5和小爪子模块6上的凹坑相配合使用的，起到防滑的作用。
优选的，所述刀座2有第一夹持体202和第二夹持体203两部分组成，第一夹持体202和第二夹持体203可拆卸连接，将滚刀3夹持在中间。
该滚刀刀箱，其中的刀具夹持装置刀座2只需要两部分夹持体通过螺栓组合而成，比以往需要几个锁紧装置对刀具进行固定夹持的夹持装置更加简单，上锁和解锁动作简便，可适用于采用机械臂自动换刀技术，提高换刀速率，降低刀箱损坏率，安全稳定系数更高，将换刀作业人员从恶劣的工作环境中解放出来，降低施工风险，提高施工效率，保障工作人员的人身安全。
换刀时，向前拉挡块1，碰珠销102松开，挡块1被拉出，如图2所示。再将刀座2和挡块1一同向右移动，进而与滚刀3共同被拉出。刀座2上的第一夹持体202和第二夹持体203由螺栓相连接，拧出螺栓，第一夹持体202和第二夹持体203分开，将滚刀3进行拆换。
拆刀时，小爪子模块6的第二下爪28和第二上爪25分别从上下两侧抓住挡块1，大爪子模块5的第一下爪22和第一上爪18分别从上下两侧抓住刀座2，刀座2和挡块1上向外凸出形成凸起与第二下爪28、第二上爪25、第一下爪22和第一上爪18上的开设的凹孔相适配，防止打滑；
在套筒液压缸9的驱动下，小爪子模块6沿导向轴15滑动，将挡块1拉出刀箱壳4，如图2所示的状态图；
如果9所示，滑槽402为L形状，刀座2的前端为与滑槽402相适配的L形状，刀座2的前端插入到滑槽402中，由挡块1挡住其往右滑动，有其L形状的滑槽402限制其往外滑动。
挡块1被拉出后，需要先将其向右横向移动，前端的L形状从滑槽402中滑出，至完全不被限制的状态（此时其右侧正好与刀箱壳内壁接触），然后才能从刀箱外壳4中向前拉出。快换装置将爪子与机械臂相连，由机械臂驱动末端执行机构横向移动，带动刀座2横向移动；
所述刀座2横向移动到与刀箱外壳4内壁接触时，机械臂驱动末端执行机构做轴向运动，将与刀座2相连的滚刀3拉出，完成拆刀；
装刀拆刀的步骤正好相反，先将与刀座2相连的刀盘3装入，再将挡块1装入。
可理解的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种新型盾构机换刀末端执行装置，其特征在于，包括大手爪模块(5)、小手爪模块(6)、导向模块(8)和轴向运动模块(7)；
所述大手爪模块(5)包括第一下爪(22)、第一销子(23)、第一上爪(18)、第二销子(29)、第一液压缸(24)、第一爪子支撑架(19)和导向轴固定板(20)；
所述第一爪子支撑架(19)焊接在第一下爪(22)的后端上，第一上爪(18)的后端与第一爪子支撑架(19)的上端转动连接；
所述导向轴固定板(20)焊接在第一爪子支撑架(19)上，所述第一液压缸(24)的上下两端分别与第一下爪(22)的中部和第一上爪(18)的中部转动连接；
所述小手爪模块(6)包括第二下爪(28)、第二上爪(25)、第二液压缸(30)、第二爪子支撑架(26)和滑座固定板(27)；
所述第二爪子支撑架(26)焊接在第二下爪(28)的后端部，所述滑座固定板(27)焊接在第二爪子支撑架(26)的中部，所述第二液压缸(30)的上下两端分别与第一下爪(22)的中部和第二上爪(25)的中部转动连接，所述第二上爪(25)后端与第二爪子支撑架(26)的上端转动连接；
所述快换安装板(21)侧向焊接在第一爪子支撑架(19)上，快换工具通过螺栓连接在快换安装板(21)上。
2.如权利要求1所述的新型盾构机换刀末端执行装置，其特征在于，所述导向模块(8)由相互滑动连接的导向轴(15)和滑台(12)组成；
所述滑台(12)由螺栓紧固件与滑座固定板(27)可拆卸连接，所述导向轴(15)由螺栓紧固件固定安装于导向轴固定板(20)上。
3.如权利要求1所述的新型盾构机换刀末端执行装置，其特征在于，所述轴向运动模块(7)包括套筒液压缸(9)和连接件(11)，
所述套筒液压缸(9)通过螺栓安装固定在第一下爪(22)上，其杆端与连接件(11)连接，所述连接件(11)的另一端与小手爪模块(6)中的第二下爪(28)连接。
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