CN112589404A - 一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂。包括摆动缸、伸缩臂基本臂、伸缩臂一伸臂和伸缩臂液压缸，伸缩臂一伸臂套装在伸缩臂基本臂中，伸缩臂一伸臂一端伸出伸缩臂基本臂外并安装连接摆动缸，伸缩臂液压缸一端和伸缩臂一伸臂靠近摆动缸的一端铰接，伸缩臂液压缸另一端和伸缩臂基本臂远离摆动缸的一端铰接。本发明为换刀机械臂提供结构紧凑、负载能力大、自调整能力佳、控制精度高的伸缩臂关节，以满足换刀机械臂在狭窄安装空间下大范围重载作业的要求。

Description

一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂

技术领域

本发明涉及机器人机械臂领域的伸缩结构，尤其涉及一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂。

背景技术

全断面掘进机是一种隧道施工机械，目前在实际工程中得到了广泛的应用。全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，换刀作业时间占隧道施工周期的10％以上，现有换刀工作主要依赖人工作业，大埋深、高水压等施工环境下作业安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故。随着我国地铁、公路、铁路等隧道建设工程量的增长，全断面掘进机的市场将不断扩大，以高效安全的“机器换人”作业模式实现换刀作业势在必行。然而全断面掘进机中的空间十分有限，可供换刀机械臂安装的空间为横截面1m×1m，长3m的长方体，而换刀机械臂运动范围需要覆盖直径8m的全断面掘进机刀盘中的所有滚刀，因此，需要在换刀机械臂适当的位置设置伸缩臂。换刀机械臂要求伸缩臂具备结构紧凑、负载能力大、控制精度高的特点。机械臂收储时伸缩臂全缩，节省存放空间，机械臂换刀过程中伸缩臂适当伸缩，增大可达范围。同时，增设的伸缩臂可增加换刀机械臂的自由度，增加运动灵活性。起重机械里的伸缩臂大多采用单缸插销式伸缩臂、多级液压缸驱动伸缩臂、液压缸-钢丝绳排系统伸缩臂等类型的方案，上述几种方案系统复杂，更多地适用于大吨位、大尺寸的起重机，难以应用于小尺寸、大负载的换刀机械臂。上述几种方案中，伸缩臂不同臂架之间往往通过MC尼龙滑块或者青铜滑块组成的滑动运动副连接，且需要合理布置滑动运动副的位置，限制内臂四周的相对运动。其中中小吨位的起重机多使用MC尼龙滑块，MC尼龙滑块具有抗压强度高、摩擦系数低、耐磨性好、重量轻、耐腐蚀、自润滑性能佳等优点。工业机器人的平动关节常用导轨-滑块的形式，适用于中小吨位的负载，但是导轨-滑块形式的结构，对臂架加工时的平面度要求较高。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，为换刀机械臂提供结构紧凑、负载能力大、自调整能力佳、控制精度高的伸缩臂关节，以满足换刀机械臂在狭窄安装空间下大范围重载作业的要求。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括摆动缸、伸缩臂基本臂、伸缩臂一伸臂和伸缩臂液压缸，伸缩臂一伸臂套装在伸缩臂基本臂中，伸缩臂一伸臂一端伸出伸缩臂基本臂外并安装连接摆动缸，伸缩臂液压缸一端和伸缩臂一伸臂靠近摆动缸的一端铰接，伸缩臂液压缸另一端和伸缩臂基本臂远离摆动缸的一端铰接。

所述的伸缩臂基本臂包括伸缩臂基本臂本体、伸缩臂基本臂第一滑块与伸缩臂基本臂第二滑块，伸缩臂基本臂本体为空心水平筒体结构，伸缩臂基本臂第一滑块与伸缩臂基本臂第二滑块分别通过伸缩臂基本臂第一螺栓组、伸缩臂基本臂第二螺栓组安装于伸缩臂基本臂本体内底面；所述的伸缩臂一伸臂包括伸缩臂一伸臂本体、伸缩臂一伸臂第一滑轨和伸缩臂一伸臂第二滑轨；伸缩臂一伸臂本体为空心水平筒体结构，伸缩臂一伸臂第一滑轨、伸缩臂一伸臂第二滑轨分别通过伸缩臂一伸臂第一螺栓组、伸缩臂一伸臂第二螺栓组安装于伸缩臂一伸臂本体外底面，伸缩臂一伸臂第一滑轨、伸缩臂一伸臂第二滑轨分别与伸缩臂基本臂第二滑块、伸缩臂基本臂第一滑块滑动连接配合，构成滑移运动副；伸缩臂一伸臂本体在靠近摆动缸的一端处设有伸缩臂一伸臂铰接轴，伸缩臂一伸臂本体在远离摆动缸一端的顶部开设通槽，通槽处安装有尼龙滑块结构，尼龙滑块结构上方的伸缩臂基本臂本体侧壁安装伸缩臂基本臂油嘴组；伸缩臂一伸臂铰接轴两端位于伸缩臂一伸臂本体外侧面的位置均开有环形凹槽，环形凹槽中安装卡簧，两端的卡簧限制伸缩臂一伸臂铰接轴轴向运动；

所述的尼龙滑块结构包括MC尼龙滑块安装槽、MC尼龙滑块调高垫板、橡胶环、青铜滑块和MC尼龙滑块；MC尼龙滑块安装槽焊接于通槽下端口，MC尼龙滑块安装槽的内底面布置MC尼龙滑块调高垫板，青铜滑块布置于MC尼龙滑块调高垫板上的MC尼龙滑块安装槽内，并通过滑块固定螺栓组固定连接，青铜滑块、MC尼龙滑块从下到上依次安装于MC尼龙滑块安装槽内，橡胶环安装于MC尼龙滑块调高垫板上包裹在青铜滑块周围，MC尼龙滑块置于青铜滑块上，且MC尼龙滑块和青铜滑块之间通过球面配合连接。

所述的MC尼龙滑块底面为凹球面，青铜滑块顶面为凸球面，MC尼龙滑块的凹球面与青铜滑块的凸球面贴合，使得MC尼龙滑块沿球面相对青铜滑块滑动和旋转。

所述的MC尼龙滑块的润滑油沟槽呈六角星形状。

所述的伸缩臂液压缸包括伸缩臂液压缸缸筒、伸缩臂液压缸活塞杆、传感器电子头、液压锁安装板和液压锁；伸缩臂液压缸活塞杆装入伸缩臂液压缸缸筒，液压锁通过液压锁阀板和压锁安装板固定安装在伸缩臂液压缸缸筒外壁，伸缩臂液压缸内的伸缩臂液压缸活塞杆装有位移传感器，位移传感器经电线和传感器电子头连接；伸缩臂液压缸缸筒的有杆腔和无杆腔分别设有伸缩臂液压缸A油口、伸缩臂液压缸B油口，伸缩臂液压缸A油口经第二硬油管和液压锁的液压锁第一油口连接，伸缩臂液压缸B油口经第一硬油管和液压锁的液压锁第四油口连接，液压锁第二油口、液压锁第三油口分别连接到电液作动器的两个输出油口；伸缩臂液压缸缸筒轴端和伸缩臂基本臂铰接轴铰接，伸缩臂液压缸活塞杆轴端和伸缩臂一伸臂铰接轴铰接。

还包括计算机，传感器电子头和电液作动器伺服电机均连接到计算机。

所述的伸缩臂基本臂安装在位于全断面掘进机刀盘一侧的换刀机械臂上，摆动缸的输出端与安装有换刀机械臂末端负重的后续臂架连接。

所述的摆动缸通过摆动缸固定螺栓组和摆动缸安装板固接，摆动缸安装板固定连接在伸缩臂基本臂的伸缩臂基本臂本体端部。

所述的伸缩臂基本臂本体的外顶面和两侧外侧面均设有垂直于伸缩臂基本臂延伸方向的加筋结构。

所述的MC尼龙滑块的顶面开有润滑油沟槽，润滑油沟槽用于存储通过伸缩臂基本臂油嘴组注入的润滑油。

本发明的有益效果：

本发明设计构建了一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，为换刀机械臂提供结构紧凑、负载能力大、自调整能力佳、控制精度高的伸缩臂关节，以满足换刀机械臂在狭窄安装空间下大范围重载作业的要求。

附图说明

图1是本发明伸缩臂整体装配图。

图2是本发明图1的全剖视图。

图3是本发明图1的局部右视图。

图4是本发明基本臂装配图。

图5是本发明一伸臂装配图。

图6是本发明滑块全剖装配图。

图7是本发明MC尼龙滑块润滑槽视图。

图8是本发明伸缩臂纵向总体受力图。

图9是本发明伸缩臂横向总体受力图。

图10是本发明液压缸整体装配图。

图11是本发明液压缸全剖视图。

图12是本发明液压缸局部剖视图。

图13是本发明液压缸应用原理图。

图14是本发明伸缩臂应用示意图。

图中：

101-摆动缸固定螺栓组；102-摆动缸；103-摆动缸安装板第一横筋；104-摆动缸安装板第二横筋；105-摆动缸安装板第一竖筋；106-摆动缸安装板；107-摆动缸安装板第三横筋；108-摆动缸安装板第二竖筋；

200-伸缩臂基本臂；201-伸缩臂基本臂本体；202-伸缩臂基本臂油嘴组；203-伸缩臂基本臂上横筋组；204-伸缩臂基本臂耳轴；205-伸缩臂基本臂第一竖筋组；206-伸缩臂基本臂铰接轴；207-伸缩臂基本臂第二竖筋组；208-伸缩臂基本臂内横筋；209-伸缩臂基本臂第一滑块；210-伸缩臂基本臂第二滑块；211-伸缩臂基本臂第一螺栓组；212-伸缩臂基本臂第二螺栓组；213-伸缩臂基本臂下横筋；

300-伸缩臂一伸臂；301-伸缩臂一伸臂本体；302-伸缩臂一伸臂铰接轴；303-伸缩臂一伸臂第一滑轨；304-伸缩臂一伸臂第二滑轨；305-伸缩臂一伸臂第一螺栓组；306-伸缩臂一伸臂第二螺栓组；307-MC尼龙滑块安装槽；308-MC尼龙滑块调高垫板；309-橡胶环；310-青铜滑块；311-MC尼龙滑块；312-滑块固定螺栓组；313-卡簧；

400-伸缩臂液压缸；401-液压锁第二油口；402-液压锁第三油口；403-伸缩臂液压缸缸筒；404-伸缩臂液压缸活塞杆；405-传感器电子头；406-第一硬油管；407-液压锁第四油口；408-第二硬油管；409-伸缩臂液压缸A油口；410-液压锁阀板；411-液压锁安装板；412-液压锁；413-伸缩臂液压缸B油口；414-液压锁第一油口；

500-换刀机械臂；501-换刀机械臂末端负重；502-电液作动器；503-电液作动器伺服电机；504-计算机；

600-全断面掘进机刀盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，具体实施的结构包括摆动缸102、伸缩臂基本臂200、伸缩臂一伸臂300和伸缩臂液压缸400，伸缩臂一伸臂300套装在伸缩臂基本臂200中，伸缩臂一伸臂300一端伸出伸缩臂基本臂200外并安装连接摆动缸102，伸缩臂液压缸400一端和伸缩臂一伸臂300靠近摆动缸102的一端铰接，伸缩臂液压缸400另一端和伸缩臂基本臂200远离摆动缸102的一端铰接。

摆动缸102通过摆动缸固定螺栓组101和摆动缸安装板106固接，摆动缸安装板106固定连接在伸缩臂基本臂200的伸缩臂基本臂本体201端部。

摆动缸102用以驱动换刀机械臂500后续关节绕摆动缸102轴线转动。

摆动缸安装板106和伸缩臂基本臂本体201端部之间设有多个竖筋和横筋的加筋结构。具体包括：摆动缸安装板第一横筋103、摆动缸安装板第二横筋104、摆动缸安装板第一竖筋105沿伸缩臂一伸臂本体301端部四周对称分布，且同时与摆动缸安装板106、伸缩臂一伸臂本体301焊接，用以增强结构强度，摆动缸安装板第二竖筋108与摆动缸安装板第一横筋103、摆动缸安装板第二横筋104、摆动缸安装板第一竖筋105、摆动缸安装板106之间均焊接连接，伸缩臂一伸臂本体301对称一侧同样的连接方式另安装有摆动缸安装板第二竖筋108。

如图4所示，伸缩臂基本臂200包括伸缩臂基本臂本体201、伸缩臂基本臂第一滑块209与伸缩臂基本臂第二滑块210，伸缩臂基本臂本体201为空心水平筒体结构，伸缩臂基本臂第一滑块209与伸缩臂基本臂第二滑块210分别通过伸缩臂基本臂第一螺栓组211、伸缩臂基本臂第二螺栓组212安装于伸缩臂基本臂本体201内底面；

伸缩臂基本臂本体201的外顶面和两侧外侧面均设有垂直于伸缩臂基本臂200延伸方向的加筋结构。

具体地，伸缩臂基本臂本体201的加筋结构包括：伸缩臂基本臂上横筋组203焊接于伸缩臂基本臂本体201的外侧上顶面，伸缩臂基本臂第一竖筋组205焊接于伸缩臂基本臂本体201外侧侧面，伸缩臂基本臂第二竖筋组207焊接于伸缩臂基本臂本体201另一外侧侧面面，伸缩臂基本臂第一竖筋组205与伸缩臂基本臂第二竖筋组207左右对称，伸缩臂基本臂内横筋208焊接于伸缩臂基本臂本体201内侧下底面，伸缩臂基本臂下横筋213焊接于伸缩臂基本臂本体201外侧下底面，布置上述筋板用于增加伸缩臂基本臂本体201的结构强度。

伸缩臂基本臂本体201的底部设有伸缩臂基本臂耳轴204，伸缩臂基本臂耳轴204焊接于伸缩臂基本臂本体201的外侧下底面，伸缩臂基本臂耳轴204中的圆孔用于与换刀机械臂500中其他液压缸的活塞杆铰接。

如图5和图6所示，伸缩臂一伸臂300包括伸缩臂一伸臂本体301、伸缩臂一伸臂第一滑轨303和伸缩臂一伸臂第二滑轨304；伸缩臂一伸臂本体301为空心水平筒体结构，伸缩臂一伸臂第一滑轨303、伸缩臂一伸臂第二滑轨304分别通过伸缩臂一伸臂第一螺栓组305、伸缩臂一伸臂第二螺栓组306安装于伸缩臂一伸臂本体301外底面，伸缩臂一伸臂第一滑轨303、伸缩臂一伸臂第二滑轨304分别与伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209滑动连接配合，构成滑移运动副；便于在伸缩臂一伸臂300整体焊接成形后，再加工外侧下底面，以保证伸缩臂一伸臂第一滑轨303、伸缩臂一伸臂第二滑轨304安装平面所需的平面度。

伸缩臂一伸臂本体301在靠近摆动缸102的一端处设有伸缩臂一伸臂铰接轴302，伸缩臂一伸臂本体301在远离摆动缸102一端的顶部开设通槽，通槽处安装有尼龙滑块结构，尼龙滑块结构上方的伸缩臂基本臂本体201侧壁安装伸缩臂基本臂油嘴组202；伸缩臂基本臂油嘴组202通过螺纹连接的方式安装于伸缩臂基本臂本体201，各个伸缩臂基本臂油嘴组202中间均有通孔，伸缩臂基本臂油嘴组202用于注入润滑油，维护人员通过伸缩臂基本臂油嘴组202向位于伸缩臂一伸臂本体301的MC尼龙滑块311注入润滑油。

伸缩臂一伸臂铰接轴302两端位于伸缩臂一伸臂本体301外侧面的位置均开有环形凹槽，环形凹槽中安装卡簧313，两端的卡簧313限制伸缩臂一伸臂铰接轴302轴向运动；

尼龙滑块结构包括MC尼龙滑块安装槽307、MC尼龙滑块调高垫板308、橡胶环309、青铜滑块310和MC尼龙滑块311；MC尼龙滑块安装槽307焊接于通槽下端口，MC尼龙滑块安装槽307的内底面布置MC尼龙滑块调高垫板308，青铜滑块310布置于MC尼龙滑块调高垫板308上的MC尼龙滑块安装槽307内，并通过滑块固定螺栓组312和MC尼龙滑块安装槽307槽底固定连接，青铜滑块310、MC尼龙滑块311从下到上依次安装于MC尼龙滑块安装槽307内，橡胶环309安装于MC尼龙滑块调高垫板308上包裹在青铜滑块310周围，MC尼龙滑块311置于青铜滑块310上，且MC尼龙滑块311和青铜滑块310之间通过球面配合连接，MC尼龙滑块311的顶面，即与凹球面相对一面开有润滑油沟槽，润滑油沟槽用于存储通过伸缩臂基本臂油嘴组202注入的润滑油；

MC尼龙滑块311底面为凹球面，青铜滑块310顶面为凸球面，MC尼龙滑块311的凹球面与青铜滑块310的凸球面贴合，使得MC尼龙滑块311沿球面相对青铜滑块310滑动和旋转。

如图7所示，MC尼龙滑块311的润滑油沟槽呈六角星形状，如*符号。

如图10-图12所示，伸缩臂液压缸400包括伸缩臂液压缸缸筒403、伸缩臂液压缸活塞杆404、传感器电子头405、液压锁安装板411和液压锁412；伸缩臂液压缸活塞杆404装入伸缩臂液压缸缸筒403，液压锁412通过液压锁阀板410和压锁安装板411固定安装在伸缩臂液压缸缸筒403外壁，具体地，液压锁412通过螺纹连接的形式安装于液压锁阀板410，液压锁阀板410通过螺栓安装于液压锁安装板411。器电子头405安装在伸缩臂液压缸缸筒403外壁，传感器电子头405通过螺栓安装于伸缩臂液压缸缸筒403，伸缩臂液压缸400内的伸缩臂液压缸活塞杆404装有位移传感器，位移传感器用于检测伸缩臂液压缸活塞杆404实际位置，位移传感器经穿设过伸缩臂液压缸缸筒403的电线和传感器电子头405连接，通过传感器电子头405传送至计算机504；

如图3所示，伸缩臂液压缸缸筒403的有杆腔和无杆腔分别设有伸缩臂液压缸A油口409、伸缩臂液压缸B油口413，伸缩臂液压缸A油口409经第二硬油管408和液压锁412的液压锁第一油口414连接，伸缩臂液压缸B油口413经第一硬油管406和液压锁412的液压锁第四油口407连接，液压锁第二油口401、液压锁第三油口402分别连接到电液作动器502的两个输出油口；伸缩臂液压缸缸筒403轴端和伸缩臂基本臂铰接轴206铰接，伸缩臂液压缸活塞杆404轴端和伸缩臂一伸臂铰接轴302铰接，这样伸缩臂液压缸缸筒403轴端通过伸缩臂基本臂铰接轴206与伸缩臂基本臂200铰接，伸缩臂液压缸活塞杆404轴端通过伸缩臂一伸臂铰接轴302与伸缩臂一伸臂300铰接，如图3所示。

伸缩臂液压缸B油口413和伸缩臂液压缸A油口409轴线所在平面与传感器电子头405对称面成90°角，液压锁安装板411焊接于伸缩臂液压缸缸筒403外侧面，与传感器电子头405对称面成45°角并更靠近伸缩臂液压缸B油口413一侧，以使得伸缩臂液压缸400占用更少的伸缩臂一伸臂300内侧空间。

伸缩臂液压缸400布置在伸缩臂一伸臂300内侧空间中更靠近伸缩臂基本臂第二滑块210一侧的位置，伸缩臂液压缸B油口413朝向伸缩臂基本臂第一滑块209一侧，预留空间连接电液作动器502中引出的液压软管。

伸缩臂液压缸活塞杆404伸缩时，通过伸缩臂一伸臂铰接轴302带动伸缩臂一伸臂本体301伸缩，安装于伸缩臂一伸臂本体301的伸缩臂一伸臂第一滑轨303、伸缩臂一伸臂第二滑轨304随伸缩臂一伸臂本体301分别沿伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209滑移，MC尼龙滑块311随伸缩臂一伸臂本体301运动，润滑油沟槽所在面与伸缩臂基本臂本体201内侧上顶面面接触贴合滑动。

还包括计算机504，传感器电子头405和电液作动器伺服电机503均连接到计算机504。

伸缩臂基本臂200安装在位于全断面掘进机刀盘600一侧的换刀机械臂500上，摆动缸102的输出端与安装有换刀机械臂末端负重501的后续臂架连接。

如图8所示，摆动缸102等自重及换刀机械臂末端负重501产生的负载在伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209处产生负重转矩，伸缩臂基本臂本体201对MC尼龙滑块311的压力在伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209处产生支撑转矩，负重转矩和支撑转矩方向相反，大小接近。

如图9所示，伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209承受摆动缸102等自重及换刀机械臂末端负重501产生的负载，以及伸缩臂基本臂本体201对MC尼龙滑块311的压力。

具体实施中的电液作动器502采用申请号为2020112859933，申请日为2020.11.17的中国专利申请中的电液作动器单元或者申请号为2020112841817，申请日为2020.11.17的中国专利申请中的电液作动器单元。

具体实施中伸缩臂液压缸400活塞直径40mm，活塞杆直径28mm，在25MPa压力下的推力为31.4kN，拉力为16.0kN。如图8～图10所示，通过合理布置传感器电子头405、第一硬油管406、第二硬油管408、伸缩臂液压缸A油口409、液压锁阀板410、伸缩臂液压缸B油口413控制伸缩臂液压缸400总高111mm，不接液压软管时总宽94mm。伸缩臂液压缸400内置位移传感器，传感器反馈伸缩臂液压缸活塞杆404实际位置，数据通过传感器电子头405传送至计算机504做位置闭环控制，计算机504再控制电液作动器伺服电机503转动，从而调整伸缩臂液压缸活塞杆404位移最终达到目标值。

具体实施中伸缩臂一伸臂本体301内侧为高146mm，宽118mm的矩形面，该尺寸最小值主要受限于伸缩臂液压缸400以及MC尼龙滑块安装槽307。伸缩臂基本臂本体201外侧为高238mm，宽160mm的矩形面，该最小尺寸主要受限于伸缩臂一伸臂本体301的外形尺寸、伸缩臂一伸臂第一滑轨303与伸缩臂基本臂第二滑块210或伸缩臂一伸臂第二滑轨304与伸缩臂基本臂第一滑块209的组合高度、MC尼龙滑块安装槽307与伸缩臂基本臂本体201的组合高度。

具体实施中换刀机械臂末端负重501质量为800kg，换刀机械臂500中伸缩臂一伸臂300至换刀机械臂末端负重501一段的自重403kg，最极端工况下机械臂不同姿态，受力不同，换刀机械臂末端负重501与换刀机械臂500其余零件自重在伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209上作用的压力共计约为89kN，而伸缩臂一伸臂第一滑轨303与伸缩臂基本臂第二滑块210以及伸缩臂一伸臂第二滑轨304与伸缩臂基本臂第一滑块209共能承受188kN的负载，承受能力远高于负载值。如图9所示，伸缩臂一伸臂本体301在伸缩运动过程中，会受到较小的F3、F4作用，F3、F4的作用力在伸缩臂基本臂第二滑块210、伸缩臂基本臂第一滑块209上会产生水平方向的转矩，而伸缩臂一伸臂第一滑轨303与伸缩臂基本臂第二滑块210以及伸缩臂一伸臂第二滑轨304与伸缩臂基本臂第一滑块209共能承受1.84kNm的转矩，足够承受侧向的F3、F4载荷。最极端工况下，MC尼龙滑块311所受到的压力约为77.6kN，MC尼龙滑块311润滑油沟槽一侧面积为0.0054m²，由此计算可知该表面所受负载压强约为14.37MPa，而MC尼龙滑块311材料的抗压强度在137MPa以上，足够承受负载压力。

具体实施中伸缩臂基本臂本体201焊接成形，由于焊接时的热变形，伸缩臂基本臂本体201表面的平面度较差，且伸缩臂基本臂本体201内侧面难以通过机加工的方式二次加工以提高内侧面平面度。

如图6所示，MC尼龙滑块安装槽307焊接于伸缩臂一伸臂本体301，MC尼龙滑块调高垫板308安装于MC尼龙滑块安装槽307，青铜滑块310安装于MC尼龙滑块调高垫板308上，MC尼龙滑块调高垫板308与青铜滑块310通过滑块固定螺栓组312与MC尼龙滑块安装槽307固定，橡胶环309安装于MC尼龙滑块调高垫板308上，并包裹在青铜滑块310四周，青铜滑块310的凸球面与MC尼龙滑块311的凹球面贴合，MC尼龙滑块311与橡胶环309之间存在间隙。

实际安装时，通过增减MC尼龙滑块调高垫板308的数量调节MC尼龙滑块311与伸缩臂基本臂本体201内侧上顶面的间隙。青铜滑块310的材质为青铜，青铜滑块具有良好的抗压性、耐磨性以及低摩擦系数，常用作大吨位起重机械的伸缩臂滑块。伸缩臂一伸臂本体301相对伸缩臂基本臂本体201移动时，带动青铜滑块310、MC尼龙滑块311跟随运动，伸缩臂基本臂本体201内侧上顶面平面度较差，不是绝对平整的平面，运动过程中会对MC尼龙滑块311有侧向力作用的作用，受侧向力作用时，MC尼龙滑块311可沿与青铜滑块310相贴合的球面少量转动，自调整姿态，使润滑油沟槽一面始终与伸缩臂基本臂本体201内侧上顶面平行，保持两者为面接触而非线接触，从而增加MC尼龙滑块311的使用寿命。

橡胶环309为橡胶材质，与MC尼龙滑块311之间存在间隙，预留MC尼龙滑块311活动空间，橡胶环309用于给MC尼龙滑块311提供缓冲，以避免MC尼龙滑块311直接与金属材质的伸缩臂一伸臂本体301、MC尼龙滑块安装槽307撞击，延长MC尼龙滑块311使用寿命。

具体实施中伸缩臂一伸臂本体301焊接成形，焊接完成后需要二次机加工安装伸缩臂一伸臂第一滑轨303、伸缩臂一伸臂第二滑轨304的外侧下底面，以保证其安装所需的平面度。伸缩臂一伸臂本体301总长750mm，易通过机加工方式保证直线导轨安装平面所需的平面度，而常见的起重机械，伸缩臂臂长很大，若需要加工满足直线导轨安装平面度要求的平面，加工难度较大。

由此实施可见，本发明为换刀机械臂提供了这样结构紧凑、负载能力大、自调整能力佳、控制精度高的伸缩臂关节，能够满足换刀机械臂在狭窄安装空间下大范围重载作业的要求。

Claims (10)

1.一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：

包括摆动缸(102)、伸缩臂基本臂(200)、伸缩臂一伸臂(300)和伸缩臂液压缸(400)，伸缩臂一伸臂(300)套装在伸缩臂基本臂(200)中，伸缩臂一伸臂(300)一端伸出伸缩臂基本臂(200)外并安装连接摆动缸(102)，伸缩臂液压缸(400)一端和伸缩臂一伸臂(300)靠近摆动缸(102)的一端铰接，伸缩臂液压缸(400)另一端和伸缩臂基本臂(200)远离摆动缸(102)的一端铰接。

2.根据权利要求1所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的伸缩臂基本臂(200)包括伸缩臂基本臂本体(201)、伸缩臂基本臂第一滑块(209)与伸缩臂基本臂第二滑块(210)，伸缩臂基本臂本体(201)为空心水平筒体结构，伸缩臂基本臂第一滑块(209)与伸缩臂基本臂第二滑块(210)分别通过伸缩臂基本臂第一螺栓组(211)、伸缩臂基本臂第二螺栓组(212)安装于伸缩臂基本臂本体(201)内底面；

所述的伸缩臂一伸臂(300)包括伸缩臂一伸臂本体(301)、伸缩臂一伸臂第一滑轨(303)和伸缩臂一伸臂第二滑轨(304)；伸缩臂一伸臂本体(301)为空心水平筒体结构，伸缩臂一伸臂第一滑轨(303)、伸缩臂一伸臂第二滑轨(304)分别通过伸缩臂一伸臂第一螺栓组(305)、伸缩臂一伸臂第二螺栓组(306)安装于伸缩臂一伸臂本体(301)外底面，伸缩臂一伸臂第一滑轨(303)、伸缩臂一伸臂第二滑轨(304)分别与伸缩臂基本臂第二滑块(210)、伸缩臂基本臂第一滑块(209)滑动连接配合，构成滑移运动副；

伸缩臂一伸臂本体(301)在靠近摆动缸(102)的一端处设有伸缩臂一伸臂铰接轴(302)，伸缩臂一伸臂本体(301)在远离摆动缸(102)一端的顶部开设通槽，通槽处安装有尼龙滑块结构，尼龙滑块结构上方的伸缩臂基本臂本体(201)侧壁安装伸缩臂基本臂油嘴组(202)；

伸缩臂一伸臂铰接轴(302)两端位于伸缩臂一伸臂本体(301)外侧面的位置均开有环形凹槽，环形凹槽中安装卡簧(313)，两端的卡簧(313)限制伸缩臂一伸臂铰接轴(302)轴向运动；

所述的尼龙滑块结构包括MC尼龙滑块安装槽(307)、MC尼龙滑块调高垫板(308)、橡胶环(309)、青铜滑块(310)和MC尼龙滑块(311)；MC尼龙滑块安装槽(307)焊接于通槽下端口，MC尼龙滑块安装槽(307)的内底面布置MC尼龙滑块调高垫板(308)，青铜滑块(310)布置于MC尼龙滑块调高垫板(308)上的MC尼龙滑块安装槽(307)内，并通过滑块固定螺栓组(312)固定连接，青铜滑块(310)、MC尼龙滑块(311)从下到上依次安装于MC尼龙滑块安装槽(307)内，橡胶环(309)安装于MC尼龙滑块调高垫板(308)上包裹在青铜滑块(310)周围，MC尼龙滑块(311)置于青铜滑块(310)上，且MC尼龙滑块(311)和青铜滑块(310)之间通过球面配合连接。

3.根据权利要求2所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的MC尼龙滑块(311)底面为凹球面，青铜滑块(310)顶面为凸球面，MC尼龙滑块(311)的凹球面与青铜滑块(310)的凸球面贴合，使得MC尼龙滑块(311)沿球面相对青铜滑块(310)滑动和旋转。

4.根据权利要求2所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的MC尼龙滑块(311)的润滑油沟槽呈六角星形状。

5.根据权利要求1所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的伸缩臂液压缸(400)包括伸缩臂液压缸缸筒(403)、伸缩臂液压缸活塞杆(404)、传感器电子头(405)、液压锁安装板(411)和液压锁(412)；伸缩臂液压缸活塞杆(404)装入伸缩臂液压缸缸筒(403)，液压锁(412)通过液压锁阀板(410)和压锁安装板(411)固定安装在伸缩臂液压缸缸筒(403)外壁，伸缩臂液压缸(400)内的伸缩臂液压缸活塞杆(404)装有位移传感器，位移传感器经电线和传感器电子头(405)连接；

伸缩臂液压缸缸筒(403)的有杆腔和无杆腔分别设有伸缩臂液压缸A油口(409)、伸缩臂液压缸B油口(413)，伸缩臂液压缸A油口(409)经第二硬油管(408)和液压锁(412)的液压锁第一油口(414)连接，伸缩臂液压缸B油口(413)经第一硬油管(406)和液压锁(412)的液压锁第四油口(407)连接，液压锁第二油口(401)、液压锁第三油口(402)分别连接到电液作动器(502)的两个输出油口；伸缩臂液压缸缸筒(403)轴端和伸缩臂基本臂铰接轴(206)铰接，伸缩臂液压缸活塞杆(404)轴端和伸缩臂一伸臂铰接轴(302)铰接。

6.根据权利要求1所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：还包括计算机(504)，传感器电子头(405)和电液作动器伺服电机(503)均连接到计算机(504)。

7.根据权利要求1所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的伸缩臂基本臂(200)安装在位于全断面掘进机刀盘(600)一侧的换刀机械臂(500)上，摆动缸(102)的输出端与安装有换刀机械臂末端负重(501)的后续臂架连接。

8.根据权利要求1所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的摆动缸(102)通过摆动缸固定螺栓组(101)和摆动缸安装板(106)固接，摆动缸安装板(106)固定连接在伸缩臂基本臂(200)的伸缩臂基本臂本体(201)端部。

9.根据权利要求2所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的伸缩臂基本臂本体(201)的外顶面和两侧外侧面均设有垂直于伸缩臂基本臂(200)延伸方向的加筋结构。

10.根据权利要求2所述的一种全断面掘进机单滚刀更换机械臂的伸缩臂，其特征在于：所述的MC尼龙滑块(311)的顶面开有润滑油沟槽，润滑油沟槽用于存储通过伸缩臂基本臂油嘴组(202)注入的润滑油。

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