CN114161130A - 一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统 - Google Patents

一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统。本发明包括送料盘、行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统和PLC控制系统，所述行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统均与PLC控制系统通信连接。本发明与传统的人工施拧的安装工序相比，通过自动化控制采用机械手的安装方式替代人工的施拧方式，提高管片连接固定的工作效率，使其安装质量具体可控，通过自动化机械替代人工劳作的方式，减轻工人劳动强度，降低安全隐患，提高设备自动化智能化程度，节约成本。

Description

一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统
技术领域
本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统。
背景技术
目前盾构法施工的地铁隧道工程，隧道内堆砌的管片连接方式均采用螺栓连接。以22.5°管片的标准块为例，1块标准块上有8个螺栓孔，均匀分布在管片的上下左右，每一块相邻管片之间由2颗螺栓连接。1环管片由3块标准块，2块邻接块，1块封顶块组成。当隧道内完成1环管片的堆砌后，需要操作工人将6块管片通过螺栓连接的方式固定、拧紧，同时需要将本环管片与上一环安装完成的管片通过螺栓连接的方式固定、拧紧。由于隧道内管片上的螺栓孔为360°均匀分布，因此现场操作工作需要空间上上下交叉作业，同时由于地下隧道施工环境恶劣、复杂多变，因此此项工序工作劳动强度大，不确定因素较多，有一定的安全隐患。
发明内容
针对现有技术中对人工对管片进行螺栓连接过程中存在的环境恶劣、工序工作劳动强度大、有一定的安全隐患等问题，本发明提供了一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统包括送料盘、行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统和PLC控制系统，所述行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统均与PLC控制系统通信连接。
采用该技术方案后，通过控制PLC控制系统调节行走系统将管片螺栓自动安装及紧固系统本体移动到指定位置，螺栓安装系统从送料盘上取下螺栓并在PLC控制系统的控制下对螺栓进行安装，然后螺母紧固系统从送料盘上取下螺母，并在PLC控制系统的控制下对螺母进行安装和紧固。
作为优选，所述送料盘包括螺栓送料盘和螺母送料盘。
采用该技术方案后，螺栓送料盘上放置螺栓，螺母送料盘上放置螺母，分开放置便于拿取。
作为优选，所述螺栓送料盘上设置有数个螺栓上料孔，所述螺母送料盘上设置有数个螺母定位销。
采用该技术方案后，根据螺栓和螺母的结构特征，在螺栓送料盘上设置有数个螺栓上料孔放置螺栓，在螺母送料盘上设置有数个螺母定位销放置螺母。
作为优选，所述螺栓安装系统包括安装在行走系统上的第一机械手，所述第一机械手由第一套管、第一三抓手、顶管、位移传感器和电机组成，所述第一三抓手设置在第一套管内，所述顶管设置在第一三抓手内部中心，所述位移传感器设置在第一三抓手的抓手的中心。
采用该技术方案后，在PLC控制系统的控制下第一机械手的第一套管将管片螺栓圈入，第一套管内的第一三抓手的抓手伸出将管片螺栓抓取(抓取螺栓头的位置)，管片螺栓抓取后第一三爪抓手向后回缩，使得管片螺栓不得伸出第一套管的管口。然后第一机械手将管片螺栓运输到管片连接螺栓口处，第一机械手将第一套管移动到管片螺栓孔处使第一套管管口与管片螺栓孔对接。紧接着第一套管内的第一三抓手的抓手松开，第一三抓手的抓手中心的顶管伸出，将管片螺栓从第一套管内顶出，当顶管顶出的距离满足位第一移传感器的设定值后，说明弧形管片螺栓已完全顶入至管片螺栓孔内，随即第一三抓手的抓手将螺栓头抓紧，等待螺母紧固系统紧固，当螺栓被紧固后，第一机械手的第一三抓手的抓手内的顶管缩回，同时第一机械手的第一套管离开管片螺栓头端，移动到螺栓送料盘下个位置准备第二颗螺栓的抓取，进行下一颗螺栓的安装。
作为优选，所述螺母紧固系统包括安装在行走系统上的第二机械手，所述第二机械手由第二套管、第二三抓手、位移传感器和电机组成，所述位移传感器设置在第一三抓手的抓手的中心。
采用该技术方案后，第二机械手的第二套管将管片螺栓的伸出端套入，第二三抓手的抓手将抓取的螺母靠近管片螺栓的伸出端，当第二三抓手的抓手中心安装的位移传感器检测到位移值小于等于一个螺母的厚度时，PLC控制系统发出螺母紧固指令，控制三爪抓手顺时针旋转同时三爪抓手向前位移，当扭矩控制器检测到螺栓的紧固扭矩满足要求时，PLC控制系统发出停止指令，三爪抓手停止旋转同时三爪抓手松开且向后缩回，完成螺栓的紧固步骤。
作为优选，所述螺母紧固系统包括扭矩检测器，所述扭矩检测器与电机和PLC控制系统通信连接。
采用该技术方案后，通过检测第二机械手旋转紧固螺栓时电机的转速，然后扭矩检测器利用转速来换算出扭矩，然后再通过PLC控制系统控制，从而达到控制效果。
作为优选，所述行走系统包括行走机架，所述行走机架由4个圆形机架及6个连接架组成，所述每个圆形机架的外圈及连接架的外表面中间设置有滑槽，所述圆形机架的上的滑槽与连接架上的滑槽相连通，所述滑槽内设置有链条槽，螺栓安装系统和螺母紧固系统上均设置有与链条槽配合的齿轮。
采用该技术方案后，在PLC控制系统的控制下螺栓安装系统和螺母紧固系统与滑槽通过齿轮与链条槽的方式配合，电机为螺栓安装系统和螺母紧固系统在圆形机架上正反转提供动力及控制。
作为优选，管片螺栓自动安装及紧固系统本体设置在盾构机管片拼装机上。
采用该技术方案后，与盾构机管片拼装机协同作业，在管片完成拼接后立即进行螺栓自动安装及紧固。
本发明中涉及的PLC控制程序，以及相应的电路连接方式，本领域技术人员均可根据现有技术中的相似原理得以实现，该部分不是本发明的创新所在。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.改变原有的人工施拧的安装工序，通过自动化控制采用机械手的安装方式替代人工的施拧方式。提高管片连接固定的工作效率，使其安装质量具体可控。
2.通过自动化机械替代人工劳作的方式，避免了人工作业的意外事故风险。
3.通过自动化机械替代人工劳作的方式，减轻工人劳动强度，提高设备自动化智能化程度，节约成本。
附图说明
图1是本发明的第一机械手和第二机械手配合安装弧形片螺栓时的结构示意图；
图2是本发明的螺栓送料盘结构示意图；
图3是本发明的螺母送料盘结构示意图；
其中，1-第二三抓手，2-第一套筒，3-螺母，4-弧形片螺栓，5-第二套筒，6-第一三抓手，7-顶管。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1、图2和图3对本发明作详细说明。
一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，包括管片螺栓自动安装及紧固系统本体，所述管片螺栓自动安装及紧固系统本体包括送料盘、行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统和PLC控制系统，所述行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统均与PLC控制系统通信连接。
本实施例中，所述送料盘包括螺栓送料盘和螺母送料盘；
本实施例中，所述螺栓送料盘上设置有25个螺栓上料孔，25个螺栓依次进行标号，25个螺栓呈矩形均匀分布螺栓送料盘上，所述螺母送料盘上设置有25个螺母定位销，25个螺母依次进行标号，25个螺母呈矩形均匀分布螺母送料盘上；
本实施例中，所述螺栓安装系统包括安装在行走系统上的第一机械手，所述第一机械手由第一套管5、第一三抓手6、顶管7、位移传感器和电机组成，所述第一三抓手6设置在第一套管5内，所述顶管7设置在第一三抓手6内部中心，所述位移传感器设置在第一三抓手6的抓手的中心；
本实施例中，所述螺母紧固系统包括安装在行走系统上的第二机械手，所述第二机械手由第二套管2、第二三抓手1、位移传感器和电机组成，所述位移传感器设置在第一三抓手1的抓手的中心；
本实施例中，所述螺母紧固系统包括扭矩检测器，所述扭矩检测器与电机和PLC控制系统通信连接；
本实施例中，所述行走系统包括行走机架，所述行走机架由4个圆形机架及6个连接架组成，所述每个圆形机架的外圈及连接架的外表面中间设置有滑槽，所述圆形机架的上的滑槽与连接架上的滑槽相连通，所述滑槽内设置有链条槽，螺栓安装系统和螺母紧固系统上均设置有与链条槽配合的齿轮。
本实施例中，所述管片螺栓自动安装及紧固系统本体设置在盾构机管片拼装机上；
本实施例中，X1-X2表示上下两个环管片的连接固定方式，Y1-Y2表示同一环管片，标准块之间或标准块与邻接块之间的连接方式，X1-X2连接方式的弧形管片螺栓4为水平方向横着穿入，Y1-Y2连接方式的弧形管片螺栓4为竖直方向穿入，本实施例为第一标准块管片的拼接后螺栓的自动安装与紧固，第一标准块只有X1-X2连接方式的两颗弧形片螺栓4安装固定。
本实施例中，所用位移传感器均为红外位移传感器。
本发明的具体操作步骤如下：
步骤1：操作工人将螺栓送料盘和螺母送料盘和螺母送料盘的弧形片螺栓4和螺母3完成上料；
步骤2：盾构机管片拼装机完成第一标准块管片的拼接及固定；
步骤3：启动PLC控制系统,在PLC控制系统的控制下通过将第一机械手移动到螺栓送料盘1号点位处上方；
步骤4：第一机械手的第一套管5将1号点位的螺栓1圈入，第一套管5内的第一三抓手6的抓手伸出将弧形片螺栓4抓取螺栓头的位置，弧形片螺栓4抓取后第一三爪手6的抓手向后回缩，使得弧形片螺栓4不得伸出第一套管5的管口；
步骤5：第一机械手将弧形片螺栓4运输到管片连接螺栓口处，第一机械手将第一套管5移动到管片螺栓孔处使第一套管5管口与管片螺栓孔对接；
步骤6：紧接着第一套管5内的第一三抓手6的抓手松开，第一三抓手6的抓手中心的顶管7伸出，将弧形片螺栓4从第一套管5内顶出，当顶管7顶出的距离满足位第一移传感器的设定值后，说明弧形片螺栓4已完全顶入至管片螺栓孔内，随即第一三抓手5的抓手将弧形片螺栓4头抓紧；
步骤7：在PLC控制系统的控制下第二机械手在滑槽内滑动，移动到螺母送料盘上方；
步骤8：第二套管2将第一点位的螺母3圈入，第二套管2内的第二三抓手1的抓手伸出将螺母3抓取，螺母3抓取后第二三抓手1的抓手向后缩回；
步骤9：第二机械手移动到弧形片螺栓4伸出端，接着第二机械手的第二套管2将弧形片螺栓4的伸出端套入，紧接着第二三抓手1的抓手缓缓伸出当其所抓取的螺母紧贴螺栓3时，第二三抓手1的抓手顺时针旋转带动螺母4拧入至螺栓3上，当扭矩达到扭矩控制器设置的标准值时，第二三抓手1的抓手停止旋转并松开，同时第一机械手的第一三抓手6的抓手内的顶管7缩回，第一机械手的第一套管5离开弧形片螺栓4头端，移动到螺栓送料盘第二个点位准备第二颗弧形片螺栓4的抓取，进行第二颗弧形片螺栓4的安装；
步骤10：第二三抓手1的抓手回缩，然后第二机械手的第二套管2离开弧形片螺栓4的伸出端，移动到螺母送料盘第二个点位准备第二颗螺母3的抓取，进行下一颗弧形片螺栓4的紧固；
步骤11：重复第一颗管片弧形螺栓4的安装紧固步骤完成第二颗弧形管片螺栓4的安装与紧固。
本发明与传统的人工施拧的安装工序相比，通过自动化控制采用机械手的安装方式替代人工的施拧方式，提高管片连接固定的工作效率，使其安装质量具体可控。
本发明中涉及的PLC控制程序，以及相应的电路连接方式，本领域技术人员均可根据现有技术中的相似原理得以实现，该部分不是本发明的创新所在。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：包括送料盘、行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统和PLC控制系统，所述行走系统、螺栓安装系统、螺母紧固系统均与PLC控制系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述送料盘包括螺栓送料盘和螺母送料盘。
3.根据权利要求2所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述螺栓送料盘上设置有数个螺栓上料孔，所述螺母送料盘上设置有数个螺母定位销。
4.根据权利要求1所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述螺栓安装系统包括第一机械手，所述第一机械手由第一套管(5)、第一三抓手(6)、顶管(7)、位移传感器和电机组成，所述第一三抓手(6)设置在第一套管(5)内，所述位移传感器设置在第一三抓手(6)的抓手的中心。
5.根据权利要求1所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述螺母紧固系统包括第二机械手，所述第二机械手由第二套管(2)、第二三抓手(1)、位移传感器和电机组成，所述第二三抓手(1)设置在第二套管(2)内，所述位移传感器设置在第二三抓手(1)的抓手的中心。
6.根据权利要求5所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述螺母紧固系统包括扭矩检测器，所述扭矩检测器分别与电机和PLC控制系统通信连接。
7.根据权利要求1所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述行走系统包括行走机架，所述行走机架由4个圆形机架及6个连接架组成，所述每个圆形机架的外圈及连接架的外表面中间均设置有滑槽，所述圆形机架的上的滑槽与连接架上的滑槽相连通，所述滑槽内均设置有链条槽，螺栓安装系统和螺母紧固系统上均设置有与链条槽配合的齿轮。
8.根据权利要求1所述的一种盾构机管片螺栓自动安装紧固系统，其特征在于：所述管片螺栓自动安装及紧固系统本体设置在盾构机管片拼装机上。
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