CN113006835B - 一种多轴式管片拼装机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多轴式管片拼装机，包括支撑架(1)和转动圈(2)，支撑架(1)的下端设有行走装置(13)，转动圈(2)套设于支撑架(1)外，转动圈(2)能够自转，转动圈(2)上设置有转动臂(5)，转动臂(5)能够绕第一轴线转动，转动臂(5)上设有机械手(7)，机械手(7)能够绕第二轴线转动，转动圈(2)的自转轴线、所述第一轴线和所述第二轴线均与所述多轴式管片拼装机的行进方向平行。该多轴式管片拼装机既可解决支护难题，又不影响钻爆法钻孔、出渣等其他工序正常进行，大大提高了工作效率，并改善施工环境，提高施工安全性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体的是一种多轴式管片拼装机。
背景技术
常规钻爆法施工中，常用初期支护方式为锚杆支护，但面临有岩爆、破碎带等特殊地质工况时，常规锚杆支护进度慢，且人为进行辅助插锚杆挂钢筋网等作业安全性较低，支护环节严重制约整个钻进进度。锚杆支护已满足不了支护需求，需临时拼装钢管片或混凝土管片进行初期支护，以保证隧道掘进支护的及时性及安全性。
发明内容
为了实现快速的管片拼装，本发明提供了一种多轴式管片拼装机，该多轴式管片拼装机既可解决支护难题，又不影响钻爆法钻孔、出渣等其他工序正常进行，大大提高了工作效率，并改善施工环境，提高施工安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多轴式管片拼装机，包括支撑架和转动圈，支撑架的下端设有行走装置，转动圈套设于支撑架外，转动圈能够自转，转动圈上设置有转动臂，转动臂能够绕第一轴线转动，转动臂上设有机械手，机械手能够绕第二轴线转动，转动圈的自转轴线、所述第一轴线和所述第二轴线均与所述多轴式管片拼装机的行进方向平行。
支撑架含有从前向后依次连接的前部支撑架、中部支撑环和后部支撑架，转动圈匹配地套设于中部支撑环外，行走装置位于前部支撑架的下端和后部支撑架的下端。
后部支撑架含有从左向右依次连接的左支撑梁柱、中间连接杆和右支撑梁柱，左支撑梁柱含有依次连接的水平段、过渡段和竖直段，左支撑梁柱与右支撑梁柱互为镜像，后部支撑架与前部支撑架互为镜像，转动圈的下端高于支撑架的下端。
支撑架和转动圈之间设有主驱动装置，主驱动装置能够驱动转动圈自转，主驱动装置与中部支撑环的下部连接，转动圈的外侧周向设有传动齿，转动圈与主驱动装置齿轮啮合连接。
支撑架的下部设有内置油缸和调节装置，内置油缸能够使支撑架、转动圈、转动臂和机械手同步升降，调节装置能够使行走装置绕第三轴线转动，所述第三轴线与所述多轴式管片拼装机的行进方向平行。
转动圈上固定连接有固定机架，固定机架为弧形的条状结构，转动臂的一端与固定机架铰接，转动臂与固定机架之间连接有第一变幅油缸，第一变幅油缸能够驱动转动臂绕所述第一轴线转动。
转动臂呈弧形结构，沿转动圈的直径方向，转动臂位于转动圈的外侧；沿转动圈的轴线方向，转动臂含有依次连接的前侧板、中间板和后侧板，转动圈位于前侧板和后侧板之间。
转动臂对应的圆心角为60度-120度，沿转动圈的轴线方向，前侧的固定机架位于前侧板和转动圈之间，后侧的固定机架位于后侧板和转动圈之间。
机械手为六轴机械手，机械手含有依次连接的内底板、伸缩杆和外面板，内底板通过安装座和第二变幅油缸与转动臂连接，第二变幅油缸能够驱动机械手绕所述第二轴线转动。
沿转动圈的直径方向，机械手位于转动臂的外侧，外面板的外侧设有管片固定座和缓冲器；沿转动圈的轴线方向，两个安装座前后间隔设置，第二变幅油缸位于两个安装座之间。
本发明的有益效果是：该多轴式管片拼装机既可解决支护难题，又不影响钻爆法钻孔、出渣等其他工序正常进行，大大提高了工作效率，并改善施工环境，提高施工安全性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述多轴式管片拼装机的主视图。
图2是本发明所述多轴式管片拼装机的立体示意图。
图3是图2中机械手部位的放大示意图。
图4是本发明所述多轴式管片拼装机的转动臂缩回时的示意图。
图5是本发明所述多轴式管片拼装机的转动臂伸出时的示意图。
图6是本发明所述多轴式管片拼装机升起时的示意图。
1、支撑架；2、转动圈；3、第一变幅油缸；4、固定机架；5、转动臂；6、第二变幅油缸；7、机械手；8、缓冲器；9、固定座；10、内置油缸；11、主驱动装置；12、调节装置；13、行走装置；
101、前部支撑架；102、中部支撑环；103、后部支撑架；
501、前侧板；502、中间板；503、后侧板；
701、内底板；702、伸缩杆；703、外面板；704、安装座；
1031、左支撑梁柱；1032、中间连接杆；1033、右支撑梁柱；
1041、第一种规格的隧道轮廓；1042、第二种规格的隧道轮廓；1043、第三种规格的隧道轮廓；1044、渣土车。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种多轴式管片拼装机，包括支撑架1和转动圈2，支撑架1的下端设有行走装置13，转动圈2套设于支撑架1外，转动圈2能够自转，转动圈2上设置有转动臂5，转动臂5能够绕第一轴线转动，转动臂5上设有机械手7，机械手7能够绕第二轴线转动，转动圈2的自转轴线、所述第一轴线和所述第二轴线均与所述多轴式管片拼装机的行进方向A平行，如图1至图3所示。
所述多轴式管片拼装机能够沿行进方向A前进或后退。转动圈2的自转轴线、所述第一轴线和所述第二轴线均为假想的直线。转动圈2为圆环形结构，转动圈2的自转轴线即为转动圈2的轴线，转动臂5能够以转动臂5的轴线为轴360度转动，转动臂5的轴线垂直于图1的纸面。转动臂5能够以第一轴线为轴摆动，机械手7能够以第二轴线为轴摆动。
在本实施例中，支撑架1大致呈倒立的凹字形结构，支撑架1含有从前向后依次连接的前部支撑架101、中部支撑环102和后部支撑架103，转动圈2匹配地套设于中部支撑环102外，转动圈2与中部支撑环102间隙配合，行走装置13位于前部支撑架101的下端和后部支撑架103的下端，如图1和图2所示。
在本实施例中，后部支撑架103含有从左向右依次连接的左支撑梁柱1031、中间连接杆1032和右支撑梁柱1033，中间连接杆1032与所述多轴式管片拼装机的行进方向A垂直，左支撑梁柱1031大致呈L形结构，左支撑梁柱1031含有依次连接的水平段、过渡段和竖直段，左支撑梁柱1031与右支撑梁柱1033互为镜像，后部支撑架103与前部支撑架101互为镜像，转动圈2的下端高于支撑架1的下端。
在本实施例中，支撑架1和转动圈2之间设有主驱动装置11，主驱动装置11能够驱动转动圈2自转，即主驱动装置11能够驱动转动圈2以转动圈2的轴线为轴360度转动。主驱动装置11与中部支撑环102的下部连接固定，转动圈2的外侧周向设有传动齿，转动圈2与主驱动装置11齿轮啮合连接。
转动圈2含有从前向后依次连接固定的前侧外齿圈、中间连接板环和后侧外齿圈，转动圈2的轴线、前侧外齿圈的轴线、中间连接板环的轴线和后侧外齿圈的轴线重合，主驱动装置11含有依次连接的双轴主电机和主齿轮，双轴主电机的轴线和主齿轮的轴线均与所述多轴式管片拼装机的行进方向A平行，所述传动齿位于前侧外齿圈和后侧外齿圈上，所述主齿轮与前侧外齿圈和后侧外齿圈啮合连接。
在本实施例中，支撑架1的下部设有内置油缸10和调节装置12，即两个左支撑梁柱1031和两个右支撑梁柱1033的下端均设有内置油缸10和调节装置12。内置油缸10伸缩从而使支撑架1、转动圈2、转动臂5和机械手7同步升降，调节装置12能够使行走装置13绕第三轴线转动，所述第三轴线与所述多轴式管片拼装机的行进方向平行。行走装置13可以为轮式或履带式结构。
所述第三轴线为假想的直线，行走装置13通过底部转轴与支撑架1的下部铰接，所述第三轴线与底部转轴的轴线重合，调节装置12含有液压杆，调节装置12能够使行走装置13以第三轴线为轴摆动，从而使多轴式管片拼装机和行走装置13合适于不同规格断面的隧道，如图4和图5所示。支撑架1、转动圈2、转动臂5和机械手7同步上升后，可以便于渣土车1044从下方通过，如图6所示。
在本实施例中，转动圈2上含有固定机架4，转动圈2与固定机架4螺栓连接，固定机架4为弧形的条状结构，转动臂5的一端与固定机架4的一端通过第一转轴铰接，该第一转轴的轴线与第一轴线重合，机械手7位于转动臂5的另一端。转动臂5与固定机架4之间连接有第一变幅油缸3，第一变幅油缸3能够驱动转动臂5绕所述第一轴线转动，如图4和图5所示。
在本实施例中，转动臂5呈弧形结构，沿转动圈2的直径方向，转动臂5位于转动圈2的外侧；沿转动圈2的轴线方向，转动臂5含有依次连接的前侧板501、中间板502和后侧板503，前侧板501、中间板502和后侧板503均为弧形结构，转动圈2位于前侧板501和后侧板503之间。
在本实施例中，转动臂5对应的圆心角可以为60度-120度，例如转动臂5对应的圆心角大致为90度。沿转动圈2的轴线方向，前侧的固定机架4位于前侧板501和转动圈2的前侧外齿圈之间，后侧的固定机架4位于后侧板503和转动圈2的后侧外齿圈之间。
在本实施例中，机械手7可以为现有的六轴机械手，机械手7含有依次连接的内底板701、伸缩杆702和外面板703，内底板701通过安装座704和第二变幅油缸6与转动臂5连接，第二变幅油缸6能够驱动机械手7绕所述第二轴线转动。安装座704与转动臂5的另一端螺栓连接，内底板701通过第二转轴与安装座704铰接，所述第二转轴的轴线与第二轴线重合，第二变幅油缸6能够驱动机械手7以所述第二轴线为轴摆动。
在本实施例中，沿转动圈2的轴线方向，两个安装座704前后间隔设置，第二变幅油缸6位于两个安装座704之间。沿转动圈2的直径方向，机械手7位于转动臂5的外侧，外面板703的外侧设有两个管片固定座9和四个缓冲器8，管片固定座9用于将管片与机械手7可拆卸连接固定，缓冲器8可以减缓缓冲管片与机械手7之间冲击力，起到扶稳作用，缓冲器8可以为橡胶垫。
本发明所述多轴式管片拼装机的工作对象管片不限于钢管片或混凝土管片。所述多轴式管片拼装机中含有十轴，第一轴至第六轴位于机械手7(即六轴机械手)，六轴机械手可实现管片任意姿态调整；第二变幅油缸6为第七轴，实现机械手7的摆动；第八轴为第一变幅油缸3，实现转动臂5的摆动开合，实现大距离管片安装；第九轴为转动圈2，可以实现整个机构360°回转，实现圆周范围内管片拼装；第十轴为内置油缸10，通过内置油缸10的伸缩实现机构升降，从而实现凿岩台车、出渣车等车辆顺利通行。
该多轴式管片拼装机可实现全轮廓面异性管片的拼装(如可以拼装第一种规格的隧道轮廓1401、第二种规格的隧道轮廓1402和第三种规格的隧道轮廓1403)，以其中一条隧道为例，介绍本发明所述多轴式管片拼装机的工作过程。
所述多轴式管片拼装机通过行走装置13行走在隧道内，其行走方式不局限于轮胎或履带式行走，因隧道轮廓面接近于圆形，故通过调节装置12对行走装置13进行微调以适应行走工况。
所述多轴式管片拼装机到达拼装区域后，转动圈2在主驱动装置11的作用下，转动圈2自转，将转动臂5和机械手7转动至管片抓取区域，其中主驱动装置11不局限于电机或马达驱动。
转动臂5和机械手7到达管片抓取区域后(通常为该多轴式管片拼装机的正下方)，在第一变幅油缸3与第二变幅油缸6的作用下，机械手7与管片接触，然后机械手7中的六根伸缩杆702(油缸)联锁控制，对姿态进行微调，从而实现机械手7与管片贴合，然后通过固定座9将管片进行连接固定，即机械手7抓取管片，缓冲器8进行维稳。第一变幅油缸3作用，将转动臂5转动回到初始位置。
抓取管片后，在主驱动装置11的驱动下，将转动圈2进行转动，转动圈2转动至管片拼装区域，在第一变幅油缸3的作用下，带动整个转动臂5和机械手7及管片摆向洞壁方向，待管片接近洞壁内轮廓时，在第二变幅油缸6与机械手7的作用下，对管片姿态进行调整，待管片放置正确位置后，人工辅助连接螺栓等作业后，机械手7解除对管片的固定，回归原位。此时一片管片安装完毕。
拼装过程重复上述操作。轮廓范围内一环管片拼接结束后，在行走装置13作用下可实现整个设备的前后移动，实现隧道掘进方向内管片的拼装。待凿岩台车或出渣机构需要在隧道内通行时，内置油缸10伸出，实现整个设备抬升，从而实现渣土车等设备无障碍通过。同时该设备上可设操作平台，便于人工辅助管片拼装作业等。
为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，如无特别说明，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，方位词“下”表示图1中的下侧方向，方位词“左”表示图1中的左侧方向，方位词“右”表示图1中的右侧方向，方位词“前”表示垂直于图1的纸面并指向纸面内侧的方向，方位词“后”表示垂直于图1的纸面并指向纸面外侧的方向。本发明采用了使用者或阅读的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (9)
1.一种多轴式管片拼装机，其特征在于，所述多轴式管片拼装机包括支撑架（1）和转动圈（2），支撑架（1）的下端设有行走装置（13），转动圈（2）套设于支撑架（1）外，转动圈（2）能够自转，转动圈（2）上设置有转动臂（5），转动臂（5）能够绕第一轴线转动，转动臂（5）上设有机械手（7），机械手（7）能够绕第二轴线转动，转动圈（2）的自转轴线、所述第一轴线和所述第二轴线均与所述多轴式管片拼装机的行进方向平行；
支撑架（1）的下部设有内置油缸（10）和调节装置（12），内置油缸（10）能够使支撑架（1）、转动圈（2）、转动臂（5）和机械手（7）同步升降，调节装置（12）能够使行走装置（13）绕第三轴线转动，所述第三轴线与所述多轴式管片拼装机的行进方向平行。
2.根据权利要求1所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，支撑架（1）含有从前向后依次连接的前部支撑架（101）、中部支撑环（102）和后部支撑架（103），转动圈（2）匹配地套设于中部支撑环（102）外，行走装置（13）位于前部支撑架（101）的下端和后部支撑架（103）的下端。
3.根据权利要求2所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，后部支撑架（103）含有从左向右依次连接的左支撑梁柱（1031）、中间连接杆（1032）和右支撑梁柱（1033），左支撑梁柱（1031）含有依次连接的水平段、过渡段和竖直段，左支撑梁柱（1031）与右支撑梁柱（1033）互为镜像，后部支撑架（103）与前部支撑架（101）互为镜像，转动圈（2）的下端高于支撑架（1）的下端。
4.根据权利要求2所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，支撑架（1）和转动圈（2）之间设有主驱动装置（11），主驱动装置（11）能够驱动转动圈（2）自转，主驱动装置（11）与中部支撑环（102）的下部连接，转动圈（2）的外侧周向设有传动齿，转动圈（2）与主驱动装置（11）齿轮啮合连接。
5.根据权利要求1所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，转动圈（2）上固定连接有固定机架（4），固定机架（4）为弧形的条状结构，转动臂（5）的一端与固定机架（4）铰接，转动臂（5）与固定机架（4）之间连接有第一变幅油缸（3），第一变幅油缸（3）能够驱动转动臂（5）绕所述第一轴线转动。
6.根据权利要求5所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，转动臂（5）呈弧形结构，沿转动圈（2）的直径方向，转动臂（5）位于转动圈（2）的外侧；沿转动圈（2）的轴线方向，转动臂（5）含有依次连接的前侧板（501）、中间板（502）和后侧板（503），转动圈（2）位于前侧板（501）和后侧板（503）之间。
7.根据权利要求6所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，转动臂（5）对应的圆心角为60度-120度，沿转动圈（2）的轴线方向，前侧的固定机架（4）位于前侧板（501）和转动圈（2）之间，后侧的固定机架（4）位于后侧板（503）和转动圈（2）之间。
8.根据权利要求1所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，机械手（7）为六轴机械手，机械手（7）含有依次连接的内底板（701）、伸缩杆（702）和外面板（703），内底板（701）通过安装座（704）和第二变幅油缸（6）与转动臂（5）连接，第二变幅油缸（6）能够驱动机械手（7）绕所述第二轴线转动。
9.根据权利要求8所述的多轴式管片拼装机，其特征在于，沿转动圈（2）的直径方向，机械手（7）位于转动臂（5）的外侧，外面板（703）的外侧设有管片固定座（9）和缓冲器（8）；沿转动圈（2）的轴线方向，两个安装座（704）前后间隔设置，第二变幅油缸（6）位于两个安装座（704）之间。
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