CN113137253A - 一种穿行式隧道弧形件安装机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿行式隧道弧形件安装机，涉及隧道工程和盾构装备制造技术领域，包括主机架、副机架、调整平台及步进油缸；有益效果在于：通过4条支腿的不同组合动作，可以实现弧形件高度位置、俯仰角、滚转角的调整；通过调整平台上4个微调油缸的不同组合动作，可以进一步实现高度位置、俯仰角、滚转角的微调；通过主机架、副机架、步进油缸配动作，可以实现弧形件前后位置的调整；通过横移油缸驱动横移平台可以实现弧形件左右位置的调整；通过旋转油缸带动旋转平台绕回转支承轴线转动可以实现弧形件偏航角的调整；实现了弧形件在隧道内部的精确定位和安装，提高了装配式隧道内部结构的安装质量和效率，为实现隧道的无人化建造奠定基础。

Description

一种穿行式隧道弧形件安装机

技术领域

本发明涉及隧道工程和盾构装备制造技术领域，特别是涉及一种穿行式隧道弧形件安装机。

背景技术

隧道由盾构机开挖完成并拼装管片后，需要进一步建造内部结构以满足公路或轨道交通运营需要，由于隧道内部结构现浇存在作业环境差、结构质量不佳、施工组织困难等系列问题，导致工期和成本控制难度大，发展隧道内部装配式建造是大势所趋。

弧形件位于隧道下部，紧邻管片布置，是装配式隧道内部结构的重要组成部分，弧形件运输至隧道内安装作业面后，需将其按一定姿态与已安装好的相邻弧形件进行定位和组装，弧形件属于大型结构件，具有结构尺寸大、质量重、安装精度要求高的特点，安装质量直接影响其上部其他结构的安装，目前，弧形件只能利用盾构机配备的吊机通过吊装的方式进行安装，不仅位姿调整困难、难以保证安装精度，而且占用吊机作业时间，影响其他物料的运输，极大的制约了隧道施工效率。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种穿行式隧道弧形件安装机。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种穿行式隧道弧形件安装机，包括主机架、副机架、调整平台和步进油缸，主机架包括主机架结构、第一导轨、第一支腿箱、第一支腿、第一支腿油缸和底板；副机架包括副机架结构、第二支腿箱、第二支腿、第二支腿油缸和导向轮组；调整平台包括第二导轨、滑块、横移平台、旋转平台、旋转油缸、横移油缸、回转支承、微调油缸、支撑块和测距传感器；弧形件中部设置活动腔，调整平台上表面支撑在活动腔顶面，第一支腿和第二支腿穿过弧形件底部的支撑孔支撑在隧道管片上；副机架通过8个导向轮与固定在主机架结构上的第一导轨配合，第一导轨在主机架结构上、下各两根，均平行布置且固定安装在主机架结构上，对副机架起导向与支撑作用；步进油缸一端连接主机架，另一端连接副机架，步进油缸伸缩可以带动副机架相对主机架沿导轨前后移动；调整平台通过第二导轨、滑块安装在副机架上，可在横移油缸驱动下相对副机架沿第二导轨左右移动。

优选的：主机架中，第一支腿箱、第一支腿和第一支腿油缸的数量均为4个，底板的数量为2个；主机架结构和第一支腿箱固定连接；第一支腿上端插入第一支腿箱内部，第一支腿油缸上端连接第一支腿箱，下端连接第一支腿；第一支腿油缸伸缩可带动第一支腿相对第一支腿箱进行上下伸缩；第一支腿下部为球面结构，第一支腿下部球面支撑在底板上；底板下部为圆弧面，圆弧直径与隧道管片内径相等，底板通过下部圆弧面支撑在隧道管片内壁上，用来支撑主机架。

优选的：副机架中，第二支腿箱、第二支腿、第二支腿油缸各4个；副机架结构和第二支腿箱固定连接；第二支腿上端插入第二支腿箱内部，第二支腿油缸上端连接第二支腿箱，下端连接第二支腿；第二支腿油缸伸缩可带动第二支腿相对第二支腿箱进行上下伸缩；第二支腿下部为圆弧面，圆弧直径与隧道管片内径相等，第二支腿通过下部圆弧面支撑在隧道管片内壁上，用来支撑副机架。

优选的：调整平台中，导轨共2根，平行布置并固定安装在副机架结构上；滑块共4个，固定安装在横移平台上；2个滑块与1个导轨配合；横移油缸一端连接副机架结构，另一端连接横移平台,横移油缸伸缩可带动横移平台相对副机架结构左右移动；横移平台和旋转平台之间通过回转支承连接；旋转油缸一端转动连接在横移平台上，另一端转动连接在旋转平台上，旋转油缸伸缩可以带动旋转平台相对横移平台绕回转支承转动一定角度；测距传感器垂直共面安装在旋转平台上，共3个，通过测量旋转平台与弧形件顶面三点的距离可以判断旋转平台上表面与弧形件顶面是否平行；微调油缸的缸筒固定安装在回转平台四角，微调油缸的缸杆与支撑块铰接，通过支撑块支撑弧形件并对弧形件5的姿态进行微调。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、实现弧形件六自由度姿态调整和定位，解决了吊装作业时弧形件姿态调整困难、精度差、安全性难以保证等问题，并且避免了对吊机的长时间占用，提高了物料运输效率；

2、采用步进的运动形式，使整机能够充分利用场地在隧道施工复杂的作业环境下灵活移动；

3、采用穿行的结构形式，设备处于弧形件内部，充分利用了弧形件结构空间，使弧形件安装作业与其他施工工序不会相互干涉，提高了隧道施工效率；

4、通过机械机构进行弧形件姿态调整，提高了装配式隧道内部结构的安装质量和效率，并且便于实现弧形件自动化安装作业，减少作业人员，为实现无人化建造奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的立体结构示意图。

图2是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的A向安装示意图。

图3是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的主机架的立体结构示意图。

图4是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的副机架的立体结构示意图。

图5是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的副机架的局部结构示意图。

图6是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的调整平台的立体结构示意图。

图7是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的主要部件连接关系示意图。

图8是本发明所述一种穿行式隧道弧形件安装机的工作原理图。

附图标记说明如下：

1、主机架；2、副机架；3、调整平台；4、步进油缸；5、弧形件；6、隧道管片；11、主机架结构；12、导轨；13、支腿箱；14、支腿；15、支腿油缸；16、底板；21、副机架结构；22、支腿箱；23、支腿；24、支腿油缸；25、导向轮组；31、导轨；32、滑块；33、横移平台；34、旋转平台；35、旋转油缸；36、横移油缸；37、回转支承；38、微调油缸；39、支撑块；310、测距传感器；51、弧形件底部开口；52、弧形件中部开口顶面。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

为便于说明，弧形件安装机及弧形件各方位如图1所示。

如图1-图6所示，一种穿行式隧道弧形件安装机，包括主机架1、副机架2、调整平台3和步进油缸4，主机架1包括主机架结构11、第一导轨12、第一支腿箱13、第一支腿14、第一支腿油缸15和底板16；副机架2包括副机架结构21、第二支腿箱22、第二支腿23、第二支腿油缸24和导向轮组25；调整平台3包括第二导轨31、滑块32、横移平台33、旋转平台34、旋转油缸35、横移油缸36、回转支承37、微调油缸38、支撑块39和测距传感器310；弧形件5中部设置活动腔52，调整平台3上表面支撑在活动腔52顶面，第一支腿14和第二支腿23穿过弧形件5底部的支撑孔支撑在隧道管片6上。

如图7所示，副机架2通过8个导向轮25与固定在主机架结构11上的第一导轨12配合，第一导轨12在主机架结构11上、下各两根，均平行布置且固定安装在主机架结构11上，对副机架2起导向与支撑作用；步进油缸4一端连接主机架1，另一端连接副机架2，步进油缸4伸缩可以带动副机架2相对主机架1沿导轨12前后移动；调整平台3通过第二导轨31、滑块32安装在副机架2上，可在横移油缸36驱动下相对副机架2沿第二导轨31左右移动。

主机架1中，第一支腿箱13、第一支腿14和第一支腿油缸15的数量均为4个，底板16的数量为2个；主机架结构11和第一支腿箱13固定连接；第一支腿14上端插入第一支腿箱13内部，第一支腿油缸15上端连接第一支腿箱13，下端连接第一支腿14；第一支腿油缸15伸缩可带动第一支腿14相对第一支腿箱13进行上下伸缩；第一支腿14下部为球面结构，第一支腿14下部球面支撑在底板16上；底板16下部为圆弧面，圆弧直径与隧道管片6内径相等，底板16通过下部圆弧面支撑在隧道管片6内壁上，用来支撑主机架1。

副机架2中，第二支腿箱22、第二支腿23、第二支腿油缸24各4个；副机架结构21和第二支腿箱22固定连接；第二支腿23上端插入第二支腿箱22内部，第二支腿油缸24上端连接第二支腿箱22，下端连接第二支腿23；第二支腿油缸24伸缩可带动第二支腿23相对第二支腿箱22进行上下伸缩；第二支腿23下部为圆弧面，圆弧直径与隧道管片6内径相等，第二支腿23通过下部圆弧面支撑在隧道管片6内壁上，用来支撑副机架2。

调整平台3中，导轨31共2根，平行布置并固定安装在副机架结构21上；滑块32共4个，固定安装在横移平台33上；2个滑块32与1个导轨31配合；横移油缸36一端连接副机架结构21，另一端连接横移平台33,横移油缸36伸缩可带动横移平台33相对副机架结构21左右移动；横移平台33和旋转平台34之间通过回转支承37连接；旋转油缸35一端转动连接在横移平台33上，另一端转动连接在旋转平台34上，旋转油缸35伸缩可以带动旋转平台34相对横移平台33绕回转支承37转动一定角度；测距传感器310垂直共面安装在旋转平台34上，共3个，通过测量旋转平台34与弧形件顶面三点的距离可以判断旋转平台34上表面与弧形件顶面是否平行；微调油缸38的缸筒固定安装在回转平台34四角，微调油缸38的缸杆与支撑块39铰接，通过支撑块39支撑弧形件5并对弧形件5的姿态进行微调。

穿行式弧形件安装机具备穿行步进和安装作业两种工作状态。

（1）穿行步进状态

穿行步进状态主要通过主机架1、副机架2及步进油缸4配合动作将调整平台3移动至待安装弧形件正下方。

初始时，步进油缸全伸，主机架1的第一支腿14伸出穿过支撑孔51并通过底板16支撑在隧道管片6内壁上，副机架2的第二支腿23全部收缩；步进时，副机架2的第二支腿23从支撑孔51伸出支撑在隧道管片6内壁上，然后将主机架1的第一支腿14回缩，步进油缸4回缩一个行程，带动主机架1前移一个行程，如图8所示；随后主机架1的第一支腿14从支撑孔51伸出支撑在隧道管片6内壁上，副机架2的第二支腿23回缩，步进油缸4伸出一个行程，带动副机架2前移一个行程；如此循环动作，使主机架1和副机架2交替前移，实现安装机在弧形件内部的活动腔52内的穿行步进。

（2）安装作业状态

安装作业状态主要通过主机架1、副机架2、调整平台3、步进油缸4的配合动作，实现对弧形件5的前后、左右、上下3个方向位置及俯仰、滚转、偏航3个角度共6个自由度的调整，从而将弧形件5的位姿调整至设计状态；方向的定义如图1所示，安装作业过程如下：

1通过步进将调整平台3移动至待安装弧形件5的活动腔52内， 主机架1的4个第一支腿14同步伸长，使调整平台3接近活动腔52顶面，如图8所示；然后根据测距传感器310数据微调第一支腿14各自伸长量使调整平台3上表面与活动腔52顶面平行；随后，主机架1的4个第一支腿14慢速同步伸长，将弧形件初步提升至安装高度；

2调整滚转角：主机架1的第一支腿油缸15启动左右分组，使左侧两支油缸同步动作，右侧两支油缸同步动作，通过控制左右两组第一支腿油缸15的位移差调整滚转角；必要时，调整平台3的微调油缸38启动左右分组，左侧2支油缸同步动作，右侧2支油缸同步动作，通过控制左右两组油缸位移差进一步微调滚转角；

3调整俯仰角：主机架1的第一支腿油缸15启动前后分组，前部2支油缸同步动作，后部2支油缸同步动作，通过控制前后两组油缸位移差调整俯仰角；必要时，调整平台3的微调油缸38启动前后分组，前部2支油缸同步动作，后部2支油缸同步动作，通过控制前后2组油缸位移差进一步微调俯仰角；

4调整偏航角：通过旋转油缸35带动旋转平台34转动调整偏航角；

5特殊情况下，允许调整平台3的微调油缸38及主机架1的第一支腿油缸15独立控制动作进行角度调整。

6调整高度位置：主机架1所有第一支腿油缸15启动同步控制，初调高度位置至预定值；所有微调油缸38启动同步控制，进一步微调高度至误差允许范围；

7调整左右位置：通过横移油缸36带动横移平台33调整弧形件5左右位置至预定值；

8调整前后位置：通过步进油缸4将待安装弧形件与相邻弧形件间隙调整至允许范围。

弧形件5的姿态调整完成后，即可将弧形件5进行固定连接；随后主机架1的第一支腿油缸15同步回缩，与弧形件5脱离接触，并将调整平台3的旋转油缸35、横移油缸36回复中位，微调油缸38收回，安装机步进移动至下一作业工位；通过这种方式，即可实现隧道内部弧形件的精确定位和安装。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.一种穿行式隧道弧形件安装机，包括主机架（1）、副机架（2）、调整平台（3）和步进油缸（4），其特征在于：

主机架（1）包括主机架结构（11）、第一导轨（12）、第一支腿箱（13）、第一支腿（14）、第一支腿油缸（15）和底板（16）；

副机架（2）包括副机架结构（21）、第二支腿箱（22）、第二支腿（23）、第二支腿油缸（24）和导向轮组（25）；

调整平台（3）包括第二导轨（31）、滑块（32）、横移平台（33）、旋转平台（34）、旋转油缸（35）、横移油缸（36）、回转支承（37）、微调油缸（38）、支撑块（39）和测距传感器（310）；

弧形件（5）中部设置活动腔（52），调整平台（3）上表面支撑在活动腔（52）顶面，第一支腿（14）和第二支腿（23）穿过弧形件（5）底部的支撑孔支撑在隧道管片（6）上。

副机架（2）通过8个导向轮（25）与固定在主机架结构（11）上的第一导轨（12）配合，第一导轨（12）在主机架结构（11）上、下各两根，均平行布置且固定安装在主机架结构（11）上，对副机架（2）起导向与支撑作用；步进油缸（4）一端连接主机架（1），另一端连接副机架（2），步进油缸（4）伸缩可以带动副机架（2）相对主机架（1）沿导轨（12）前后移动；调整平台（3）通过第二导轨（31）、滑块（32）安装在副机架（2）上，可在横移油缸（36）驱动下相对副机架（2）沿第二导轨（31）左右移动。

2.根据权利要求1所述的一种穿行式隧道弧形件安装机，其特征在于：主机架（1）中，第一支腿箱（13）、第一支腿（14）和第一支腿油缸（15）的数量均为4个，底板（16）的数量为2个；主机架结构（11）和第一支腿箱（13）固定连接；第一支腿（14）上端插入第一支腿箱（13）内部，第一支腿油缸（15）上端连接第一支腿箱（13），下端连接第一支腿（14）；第一支腿油缸（15）伸缩可带动第一支腿（14）相对第一支腿箱（13）进行上下伸缩；第一支腿（14）下部为球面结构，第一支腿（14）下部球面支撑在底板（16）上；底板（16）下部为圆弧面，圆弧直径与隧道管片（6）内径相等，底板（16）通过下部圆弧面支撑在隧道管片（6）内壁上，用来支撑主机架（1）。

3.根据权利要求1所述的一种穿行式隧道弧形件安装机，其特征在于：副机架（2）中，第二支腿箱（22）、第二支腿（23）、第二支腿油缸（24）各4个；副机架结构（21）和第二支腿箱（22）固定连接；第二支腿（23）上端插入第二支腿箱（22）内部，第二支腿油缸（24）上端连接第二支腿箱（22），下端连接第二支腿（23）；第二支腿油缸（24）伸缩可带动第二支腿（23）相对第二支腿箱（22）进行上下伸缩；第二支腿（23）下部为圆弧面，圆弧直径与隧道管片（6）内径相等，第二支腿（23）通过下部圆弧面支撑在隧道管片（6）内壁上，用来支撑副机架（2）。

4.根据权利要求1所述的一种穿行式隧道弧形件安装机，其特征在于：调整平台（3）中，导轨（31）共2根，平行布置并固定安装在副机架结构（21）上；滑块（32）共4个，固定安装在横移平台（33）上；2个滑块（32）与1个导轨（31）配合；横移油缸（36）一端连接副机架结构（21），另一端连接横移平台（33）,横移油缸（36）伸缩可带动横移平台（33）相对副机架结构（21）左右移动；横移平台（33）和旋转平台（34）之间通过回转支承（37）连接；旋转油缸（35）一端转动连接在横移平台（33）上，另一端转动连接在旋转平台（34）上，旋转油缸（35）伸缩可以带动旋转平台（34）相对横移平台（33）绕回转支承（37）转动一定角度；测距传感器（310）垂直共面安装在旋转平台（34）上，共3个，通过测量旋转平台（34）与弧形件顶面三点的距离可以判断旋转平台（34）上表面与弧形件（5）顶面是否平行；微调油缸（38）的缸筒固定安装在回转平台（34）四角，微调油缸（38）的缸杆与支撑块（39）铰接，通过支撑块（39）支撑弧形件（5）并对弧形件（5）的姿态进行微调。

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