CN112324449B - 盾构机换刀的运刀装置及运刀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种盾构机换刀的运刀装置及运刀方法，其中运刀装置包括:固定框架,固定框架包括第一楞框和垂直连接于第一楞框的两个第二楞框，两个第二楞框间形成有供容置刀具的联动臂；联动臂，包括至少两个夹持构件，至少两个所述夹持构件可张合地连接于两个第二楞框的底部，每个夹持构件有一联动组件控制张合，联动组件活动设置在第二楞框的底部，每一联动组件转动连接于一传动构件的下端，传动构件的上端枢接于第二楞框的顶部，传动构件的上端还延伸形成有一延长段，延长段的端部滑动连接于一抓举构件。通过架设于固定框架内的联动臂固定刀具，利用拼装机联动运刀装置运输刀具，实现遥控机械作业，操作方便，保障了刀具运输的稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工装备技术领域，尤指一种盾构机换刀的运刀装置及运刀方法。
背景技术
隧道盾构工法主要利用盾构机实现隧道掘进，盾构机掘进通过安装在刀盘上的刀具切削岩土实现隧道开挖，刀具在切削过程中必然存在磨损，最终耗尽使用寿命后必须对磨损过大，失去切削能力的刀具进行更换。尤其安装在刀盘上的盘型滚刀承担着最先破岩的功能，磨损概率最高，更换频率也最高，因此，通常更换刀具一般都是更换盘型滚刀。
在目前工程实践中，小直径盾构机更换刀具时通常采用电机车将刀具运到隧道内后再利用吊机将刀具吊运到拼装机工作区内，然后通过在拼装机上捆绑吊带挂起刀具后旋转拼装机将刀具由隧道底部带至盾构机上部人仓附近。利用捆绑在拼装机上的吊带悬吊刀具不能完全固定刀具，尤其滚刀容易产生滚转，易撞击机械设备造成设备损坏及人员伤害等，存在效率低、安全风险较高等问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种盾构机换刀的运刀装置及运刀方法，运刀装置可安装在拼装机上，利用拼装机抓举油缸实现快速、牢固的夹持刀具，然后通过拼装机旋转、平移动作将滚刀运至人仓附近，实现安全、快速转运滚刀的目的，提高运刀作业效率和安全性。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供一种盾构机换刀的运刀装置，包括:
固定框架，包括用于连接拼装机抓举头翻板的第一楞框和垂直连接于所述第一楞框的两个第二楞框，两个所述第二楞框间形成有供容置刀具的夹持空间；
联动臂，包括用于夹持刀具的至少两个夹持构件，至少两个所述夹持构件可张合地连接于两个所述第二楞框的底部，每个所述夹持构件有一联动组件控制张合，所述联动组件活动设置在所述第二楞框的底部，每一所述联动组件转动连接于一传动构件的下端，所述传动构件的上端枢接于所述第二楞框的顶部，所述传动构件的上端还延伸形成有一延长段，所述延长段的端部滑动连接于用于与拼装机的抓举头连接的一抓举构件；
当所述抓举构件相对于所述第一楞框向上移动时，所述传动构件相对于所述第二楞框转动，所述传动构件的下端推动所述联动组件向所述夹持空间内部移动，控制所述夹持构件合拢；
当所述抓举构件相对于所述第一楞框向下移动时，所述传动构件相对于所述第二楞框转动，所述传动构件的下端拉动所述联动组件向远离所述夹持空间的方向移动，控制所述夹持构件张开。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述第一楞框为矩形框架结构，所述第一楞框设有贯穿孔，所述贯穿孔上设有用于连接拼装机抓举头翻板的螺栓,所述第一楞框还固接有用于勾接拼装机抓举头翻板的挂耳。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述第二楞框包括两对楞柱，对称连接于所述第一楞框的下表面。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述第二楞框还包括加固块、横楞和隔板，所述加固块连接于所述第一楞框和所述楞柱，所述横楞跨接于两对所述楞柱，所述隔板连接于每一对所述楞柱对位的两侧壁底部以隔出供所述联动组件活动设置于其中的移动空间。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述传动构件的上端与每一对所述楞柱的顶部枢接，所述夹持构件与所述隔板枢接。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述抓举构件包括吊耳和对称于所述吊耳两侧的连接耳，所述连接耳包括滑槽，所述传动构件的所述延长段通过滑轴与所述滑槽连接，或者，所述传动构件的所述延长段包括滑槽，所述连接耳通过滑轴与所述滑槽连接。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述夹持构件包括两个相对设置的夹爪，所述夹爪用于夹持刀具的一端设有用于卡设刀具外缘的凹槽。
本发明盾构机换刀的运刀装置的进一步改进在于，所述联动组件包括两个相对设置的第一链杆，每个所述第一链杆的一端铰接于所述夹爪远离刀具的另一端，两个所述第一链杆的另一端均铰接于一滑动连接块，所述滑动连接块通过一连接端与一第二链杆的一端铰接，所述第二链杆的另一端与所述传动构件的下端铰接。
本发明还提供一种盾构机换刀的运刀方法，包括：
步骤S1，提供盾构机换刀的运刀装置，连接所述第一楞框至拼装机的抓举头翻板上；
步骤S2，利用吊机将刀具运至拼装机的工作区域内，操作所述拼装机使所述运刀装置移动至所述刀具正上方；
步骤S3，使拼装机抓举油缸的抓举头卡住所述运刀装置的所述抓举构件并提升所述抓举构件使所述夹持构件合拢夹持刀具；
步骤S4，操作所述拼装机带动所述运刀装置运送刀具。
本发明盾构机换刀的运刀方法的进一步改进在于，在执行所述步骤S3中，当拼装机的抓举头提升所述抓举构件时，所述传动构件相对于所述第二楞框转动，所述传动构件的下端推动所述联动组件向所述夹持空间内部移动，控制所述夹持构件合拢直至所述夹持构件卡紧固定刀具，再执行步骤S4。
本发明盾构机换刀的运刀装置及运刀方法的有益效果为：
本发明的运刀装置通过架设于固定框架内的联动臂固定刀具，结构安全稳定，方便刀具装卸运输。同时利用拼装机联动运刀装置运输刀具，操作方便，实现遥控机械作业，提高了效率，也充分保障刀具运输过程的稳定性和安全性。
附图说明
图1是本发明盾构机换刀的运刀装置的立体结构示意图；
图2是本发明盾构机换刀的运刀装置不连接刀具状态的结构主视图；
图3是本发明盾构机换刀的运刀装置连接刀具状态的结构主视图；
图4是本发明盾构机换刀的运刀装置连接刀具状态的结构俯视图；
图5是本发明盾构机换刀的运刀装置连接拼装机和刀具状态的结构主视图；
图6是本发明盾构机换刀的运刀装置连接拼装机和刀具状态的结构侧视图；
图7是本发明盾构机换刀的运刀装置连接的拼装机抓举头翻板的结构示意图；
图8是本发明盾构机换刀的运刀方法的步骤流程图。
附图标记：
1-固定框架，11-第一楞框，12-第二楞框，121-楞柱，122-加固块，123-横楞，124-隔板，2-联动臂，21-抓举构件，211-吊耳，212-连接耳，22-传动构件，221-延长段，23-夹持构件，231-夹爪，24-联动组件，241-第一链杆，242-滑动连接块，243-第二链杆，3-拼装机，31-抓举头，32-抓举头翻板，4-夹持空间，7-凹槽，8-刀具，9-螺栓，10-挂耳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，本发明提供一种盾构机换刀的运刀装置，包括固定框架1以及架设于固定框架1内的联动臂2。
固定框架1，包括用于连接拼装机抓举头翻板32的第一楞框11和垂直连接于第一楞框11的两个第二楞框12，两个第二楞框12间形成有供容置刀具8的夹持空间4。
作为本发明盾构机换刀的运刀装置一较佳实施例，第一楞框11为矩形框架结构，可由钢板焊接而成，第一楞框11的楞边上开有贯穿楞边上下面的贯穿孔，贯穿孔上设有用于连接第一楞框11和拼装机抓举头翻板32的螺栓9，第一楞框11还固接有用于勾接拼装机抓举头翻板32的挂耳10。具体的，本实施例中，挂耳10为一端为钩部的金属件，另一端焊接于第一楞框11上，挂耳10成对设置，在其他实施例中，挂耳10的数量可以为两个以上，当然，挂耳10也可以单个的条状设于第一楞框11上，满足连接固定装置的强度要求设置即可，螺栓9为U型，包括两个螺纹端、螺合于螺纹端的两个螺母以及一U型环部，贯穿孔对应为两个，参考图6，连接抓举头翻板32时，先将挂耳10勾接于抓举头翻板32的较宽端，之后将第一楞框11的上表面贴合抓举头翻板32，通过U型螺栓的U型环部扣住抓举头翻板32的较窄端(抓举头翻板32的具体结构请参考图7)，并将U型螺栓的两端螺纹部穿过两个贯穿孔，通过螺母螺合拧紧实现第一楞框11与抓举头翻板32连接，此种结构设计方便运刀装置与拼装机3的固定和拆卸，同时也能满足固定强度的要求。当然，在其他实施例中，也可以通过开口销等其他可拆卸连接件连接，此处不赘述。
本实施例中，第二楞框12包括两对楞柱121，对称连接于第一楞框11的下表面，优选的，楞柱121和第一楞框11通过加固块122固定连接，两对楞柱121之间跨接有横楞123，每一对所述楞柱121对位的两侧壁底部连接有两个隔板124以隔出供联动组件24活动设置于其中的空间，具体的，两对楞柱121为横截面形状为直角梯形的立柱，两对楞柱121按照横截面的直角梯形斜边向外，直角边朝内并相对的方式对称连接于第一楞框11的下表面，楞柱121的材料同第一楞框11，优选的，楞柱121的顶面可以与第一楞框11焊接，在楞柱121顶面与第一楞框11焊接的位置还可以再加焊加固块122，比如三角形钢块，矩形钢块等，用于更好的连接楞柱121与第一楞框11，当然，也可以通过其他加固块达到此效果，此处不赘述，两对楞柱121之间跨接有横楞123，横楞123的材质同第一楞框11，横楞123的数量为两个，即每一对楞柱121的其中一根对位的另一对楞柱121的一根均通过一根横楞123连接，具体的，横楞123可选两端带有牛腿结构的C型钢架，钢架的C型口朝下，两端的牛腿部分分别对应焊接于对位的两根楞柱121的内侧面，以加强两对楞柱121的横向结构的稳定性。每一对楞柱121对称设置于第一楞框11的楞边下表面，隔板124连接每一对楞柱121对位的两侧壁底部以隔出空间，以供后续设置联动组件24并能于其中移动，隔板124的材质与楞柱121相同，隔板124的两端与对称的一对楞柱121的对位的两侧壁焊接。
联动臂2包括用于夹持刀具的至少两个夹持构件23，至少两个夹持构件23可张合地连接于两个第二楞框12的底部，每个夹持构件23有一联动组件24控制张合，联动组件24活动设置在第二楞框12的底部，每一联动组件24转动连接传动构件22的下端，传动构件22的上端枢接于第二楞框12的顶部，传动构件22的上端还延伸形成有一延长段221，延长段221的端部滑动连接于用于与拼装机的抓举头连接的抓举构件21。
作为本发明盾构机换刀的运刀装置一较佳实施例，抓举构件21为“倒T”型结构，其材质同第一楞框11，抓举构件21包括吊耳211和对称于所述吊耳两侧的连接耳212，具体的，吊耳211的顶部为圆柱端头，下部连接有立柱，立柱的截面直径比圆柱端头的直径略小，以便抓举头31能够抓举吊耳211的立柱部分并卡住圆柱端头从而进行抓举，吊耳211的两侧对称设有连接耳212，本实施例中，传动构件22为曲柄结构，曲柄转折处设有贯穿孔，传动构件22的材质同第一楞框11，传动构件22的曲柄转折处通过一转轴穿过贯穿孔连接于一对楞柱121对位面的侧壁，从而实现传动构件22与第二楞框12的枢接，优选的，传动构件22的延长段221设有凸起的滑轴，抓举构件21的连接耳211设有滑槽，滑轴嵌套于滑槽内以实现传动构件22的延长段221与抓举构件21的滑动连接，当然，也可以在传动构件22的延长段221设有滑槽，抓举构件21的连接耳211设有凸起的滑轴，能实现滑动连接即可，传动构件22的下端还设有另一贯穿孔，供后续与联动组件24实现转动连接。本实施例中，夹持构件23的材质同第一楞框11，夹持构件23包括两个相对设置的夹爪231，夹爪231夹持刀具8的一端设有用于卡设刀具8外缘的凹槽7。具体的，夹爪231包括一对“L型”结构的爪臂，每个爪臂的“L字转折处”均设有贯穿孔，夹爪231通过转轴穿过贯穿孔连接上下隔板124实现与第二楞框12枢接，夹爪231的爪臂一端设有连接圆头，开有贯穿孔，另一端设有爪头，爪头的中部开设有凹槽7，用于后续卡设刀具8的外缘。
本实施例中，联动组件24包括两个相对设置的第一链杆241，每个第一链杆241的一端铰接于夹爪231远离刀具8的另一端，两个第一链杆241的另一端均铰接于一滑动连接块242，滑动连接块242通过一连接端与一第二链杆243的一端铰接，第二链杆243的另一端与传动构件22的下端铰接。具体的，第一链杆241、滑动连接块242和第二链杆243的材质同第一框楞11，第一链杆241为两端的正反面对称设有凸起轴的杆件，数量为二并相对设置，夹爪231的连接圆头设有用于嵌设第一链杆241一端的凸起轴的贯穿孔，两个第一链杆241一端的凸起轴嵌设于夹爪231的连接圆头中实现铰接，同理，两个第一链杆241另一端凸起轴嵌设于滑动连接块242的两个贯穿孔实现铰接，滑动连接块242的连接端设有另一贯穿孔，第二链杆243的结构同第一链杆241，同理，第二链杆243一端的凸起轴通过嵌设于滑动连接块242的连接端的另一贯穿孔中实现铰接，第二链杆243另一端的凸起轴通过嵌设于传动构件22的另一贯穿孔中实现铰接。
继续参考图3，当抓举构件21相对于第一楞框11向上移动时，传动构件22相对于第二楞框12转动，传动构件22的下端推动所联动组件24向夹持空间4内部移动，控制夹持构件23合拢夹持刀具8。
继续参考图2，当抓举构件21相对于第一楞框11向下移动时，传动构件22相对于第二楞框12转动，传动构件22的下端拉动所联动组件24向远离夹持空间4的方向移动，控制夹持构件23张开卸载刀具8。
在联动臂2的设计中，滑槽和滑轴的设置能使传动构件22的延长段221适应抓举构件21上下移动时所带来的长度变化需求，结构合理，第二链杆242的转动能抵消传动构件22的高度变化对夹持构件23带来的竖直方向的压力，从而控制夹持构件23于第二楞框12的底部水平位移，避免夹持构件23被卡住影响构件的使用。当然，在其他实施例中，联动组件24的结构以及连接方式可能为其他形式，抓举构件21和传动构件22的连接方式也不仅限于滑槽和滑轴形式的滑动连接，其结构满足使用条件设计即可，此处不赘述。
如图8所示，本发明还提供一种盾构机换刀的运刀方法，包括：
步骤S1：提供盾构机换刀的运刀装置，连接第一楞框11至拼装机3的抓举头翻板32上。
在本实施例的步骤S1中，可通过先将挂耳10勾接于抓举头翻板32的较宽端，之后将第一楞框11的上表面贴合抓举头翻板32，通过U型螺栓的U型环部扣住抓举头翻板32的较窄端(抓举头翻板32的具体结构参考图7)，并将U型螺栓的两端螺纹部穿过两个贯穿孔，通过螺母螺合拧紧实现第一楞框11与抓举头翻板32连接，当然，也可以通过开口销等其他可拆卸连接件实现连接。
步骤S2：利用吊机(图未示)将刀具8运至拼装机3的工作区域内，操作拼装机3使运刀装置移动至刀具8正上方。
在本实施例的步骤S2中，刀具8的运送方式可参考盾构机施工中管片的运送方式，通过在步骤S1中将运刀装置固定于拼装机3上，便于通过拼装机3带动运刀装置至刀具8正上方，更方便的抓取刀具8。
步骤S3：使拼装机3抓举油缸的抓举头31卡住运刀装置的抓举构件21并提升抓举构件21使夹持构件23合拢夹持刀具8。
在本实施例的步骤S3中，抓举头31抓取抓举构件21的方式参考盾构机施工中拼装机抓取管片的吊装头的方式，通过操作抓举油缸提升抓举构件21，当拼装机的抓举头31提升抓举构件21时，传动构件22相对于第二楞框12转动，传动构件22的下端推动联动组件24向夹持空间4内部移动，控制夹持构件23合拢直至夹持构件23卡紧固定刀具8，方可进行下一步骤。
步骤S4：操作拼装机3带动运刀装置运送刀具8。在本实施例的步骤S4中，结合实际施工过程，拼装机3旋转和前后平移运输刀具8并送至人仓附近供后续换刀，其具体方式参考盾构机施工中拼装机运输管片的方式，利用拼装机3联动运刀装置运输刀具，操作方便，实现遥控机械作业，提高了效率，也充分保障刀具8运输过程的稳定性和安全性。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，包括:
固定框架，包括用于连接拼装机抓举头翻板的第一楞框和垂直连接于所述第一楞框的两个第二楞框，两个所述第二楞框间形成有供容置刀具的夹持空间；
联动臂，包括用于夹持刀具的至少两个夹持构件，至少两个所述夹持构件可张合地连接于两个所述第二楞框的底部，每个所述夹持构件由一联动组件控制张合，所述联动组件活动设置在所述第二楞框的底部，每一所述联动组件转动连接于一传动构件的下端，所述传动构件的上端枢接于所述第二楞框的顶部，所述传动构件的上端还延伸形成有一延长段，所述延长段的端部滑动连接于用于与拼装机的抓举头连接的一抓举构件；
当所述抓举构件相对于所述第一楞框向上移动时，所述传动构件相对于所述第二楞框转动，所述传动构件的下端推动所述联动组件向所述夹持空间内部移动，控制所述夹持构件合拢；
当所述抓举构件相对于所述第一楞框向下移动时，所述传动构件相对于所述第二楞框转动，所述传动构件的下端拉动所述联动组件向远离所述夹持空间的方向移动，控制所述夹持构件张开。
2.根据权利要求1所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述第一楞框为矩形框架结构，所述第一楞框设有贯穿孔，所述贯穿孔上设有用于连接拼装机抓举头翻板的螺栓，所述第一楞框还固接有用于勾接拼装机抓举头翻板的挂耳。
3.根据权利要求2所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述第二楞框包括两对楞柱，对称连接于所述第一楞框的下表面。
4.根据权利要求3所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述第二楞框还包括加固块、横楞和隔板，所述加固块连接于所述第一楞框和所述楞柱，所述横楞跨接于两对所述楞柱，所述隔板连接于每一对所述楞柱对位的两侧壁底部以隔出供所述联动组件活动设置于其中的移动空间。
5.根据权利要求4所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述传动构件的上端与每一对所述楞柱的顶部枢接，所述夹持构件与所述隔板枢接。
6.根据权利要求1所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述抓举构件包括吊耳和对称于所述吊耳两侧的连接耳，所述连接耳包括滑槽，所述传动构件的所述延长段通过滑轴与所述滑槽连接，或者，所述传动构件的所述延长段包括滑槽，所述连接耳通过滑轴与所述滑槽连接。
7.根据权利要求1所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述夹持构件包括两个相对设置的夹爪，所述夹爪用于夹持刀具的一端设有用于卡设刀具外缘的凹槽。
8.根据权利要求7所述的盾构机换刀的运刀装置，其特征在于，所述联动组件包括两个相对设置的第一链杆，每个所述第一链杆的一端铰接于所述夹爪远离刀具的另一端，两个所述第一链杆的另一端均铰接于一滑动连接块，所述滑动连接块通过一连接端与一第二链杆的一端铰接，所述第二链杆的另一端与所述传动构件的下端铰接。
9.一种盾构机换刀的运刀方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供如权利要求1-8中任一项所述的盾构机换刀的运刀装置，连接所述第一楞框至拼装机的抓举头翻板上；
步骤S2，利用吊机将刀具运至拼装机的工作区域内，操作所述拼装机使所述运刀装置移动至所述刀具正上方；
步骤S3，使拼装机抓举油缸的抓举头卡住所述运刀装置的所述抓举构件并提升所述抓举构件使所述夹持构件合拢夹持刀具；
步骤S4，操作所述拼装机带动所述运刀装置运送刀具。
10.根据权利要求9所述的盾构机换刀的运刀方法，其特征在于，在执行所述步骤S3中，当拼装机的抓举头提升所述抓举构件时，所述传动构件相对于所述第二楞框转动，所述传动构件的下端推动所述联动组件向所述夹持空间内部移动，控制所述夹持构件合拢直至所述夹持构件卡紧固定刀具，再执行步骤S4。
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