CN114320306A - 一种用于竖井清渣的吊装机械臂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于竖井清渣的吊装机械臂，包括相连接的卡盘和转动臂，卡盘中部形成有与转动臂相适配的转动座，转动臂转动连接于转动座上，转动座转动连接于卡盘上；所述转动臂包括转动连接的第一支臂和第二支臂，且第一支臂上设有与第二支臂端部相连接的第一驱动件，转动座上设有与第一支臂相连的驱动电机；所述第二支臂端部设有转动连接件，且第二支臂上设有与转动连接件相连的第二驱动件；所述转动连接件上设有清渣铲或钻杆；与现有技术相比，通过设置吊装式的机械臂，可对竖井内进行机械清渣操作，转动连接件上可根据需要设置清渣铲或钻杆，实现将机械臂上升更换，下降清渣或钻孔操作，具有更好的安全性。

Description

一种用于竖井清渣的吊装机械臂及其使用方法

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，尤其是一种用于竖井清渣的吊装机械臂及其使用方法。

背景技术

随着高速公路网向广大山区延伸，长大公路隧道大量涌现，采用竖井分段纵向通风的隧道日益增多，在运营通风及防灾救灾的压力下，公路隧道通风竖井的直径也日益增大，竖井修建的成本和安全问题亦日益突出。

其中，反井钻机法开挖竖井施工技术，在公路隧道通风竖井施工中属于一项新技术，它具有施工速度快，无需专门的施工通风，施工排水方便，工程质量高，劳动强度低，提升能耗小，无需专用竖井弃渣场地，总投入少，机械化程度高，安全风险小的优点。

在现有技术中，通常在反井钻机法开挖竖井施工过程中采用人工扒渣的形式，而当断面竖井尺寸较大，且深度较深时，人工扒渣的方式劳动量大，效率低，且存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种结构稳定，安全可靠，效率高的用于竖井清渣和钻孔的吊装机械臂及其使用方法。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于竖井清渣的吊装机械臂，包括相连接的卡盘和转动臂，卡盘中部形成有与转动臂相适配的转动座，转动臂转动连接于转动座上，转动座转动连接于卡盘上；其特征在于，所述转动臂包括转动连接的第一支臂和第二支臂，且第一支臂上设有与第二支臂端部相连接的第一驱动件，转动座上设有与第一支臂相连的驱动电机；所述第二支臂端部设有转动连接件，且第二支臂上设有与转动连接件相连的第二驱动件；所述转动连接件上设有清渣铲或钻杆。

作为本发明的一种优选方案，所述卡盘为圆环结构，转动座与卡盘之间设有相连接的支撑片，且卡盘中部设有与转动座相连接的转轴，卡盘上形成有4个吊耳。

作为本发明的一种优选方案，所述卡盘上设有若干卡接组件，卡接组件相对设置于卡盘两侧，卡接组件包括底座和卡接头，底座位于卡盘侧壁上，卡接头转动连接于底座上，且支撑片上设有支撑卡接头的支撑杆。

作为本发明的一种优选方案，所述第一支臂为弯折结构，第一支臂端部设有同步转动的转动轴，转动轴插接于转动座上，转动轴与驱动电机相连。

作为本发明的一种优选方案，所述第一驱动件位于第一支臂的弯折处外角上，第一驱动件与第二支臂端部相连，且第一支臂与第二支臂的连接处位于第二支臂的两端部之间，第二支臂为长条状结构，且第一支臂与第二支臂的连接处靠近第一驱动件设置。

作为本发明的一种优选方案，所述转动连接件包括主动转动片、被动转动座和连接条，主动转动片相对设置于第二支臂两侧，且相对设置的主动转动片之间设有与第二支臂相连接的转动栓柱，被动转动座转动连接于第二支臂端部，且被动转动座上设有与第二支臂相连接的转动栓柱。

作为本发明的一种优选方案，相对设置的主动转动片之间设有主动移动栓柱，被动转动座上设有被动移动栓柱，主动移动栓柱和被动移动栓柱之间套接有两条相连接的连接条，两条连接条两侧同时与主动转动片和被动转动座的内壁相抵，且两条连接条之间设有加强筋，连接条始终与第二支臂平行设置。

作为本发明的一种优选方案，所述主动移动栓柱与第二驱动件相连，清渣铲或钻杆连接于被动转动座上。

一种用于竖井清渣的吊装机械臂的使用方法，包括如权利要求1-8所述的机械臂，包括以下步骤：

步骤A：将卡盘吊装于双层施工盘下方，并起吊双层施工盘，将双层施工盘移动至竖井井口位置；

步骤B：在转动连接件上安装钻杆，下降双层施工盘，同步带动机械臂的下降，直至卡盘卡接于竖井四周的混凝土壁上，钻杆对竖井井口所需位置进行钻孔作用；

步骤C：上升双层施工盘，同步带动机械臂的上升，在钻孔位置内放置炸药，对竖井井口进行爆破作业；

步骤D：将转动连接件上的钻杆更换为清渣铲，下降双层施工盘，同步带动机械臂的下降，直至卡盘卡接于竖井四周的混凝土壁上；

步骤E：通过清渣铲的转动将爆破产生的碎渣铲入竖井中部的出渣口内；

步骤F：在双层施工盘上对竖井四周的混凝土壁进行浇筑；

步骤G：重复上述步骤B-步骤F。

作为本发明的一种优选方案，所述机械臂上设有与驱动电机、第一驱动件和第二驱动件相连的控制模块，且控制模块上连有通讯模块。

本发明的有益效果是，与现有技术相比：

1、在第一驱动件和第二驱动件的作用下，实现对清渣铲或钻杆的双重转动加速，便于清渣铲的清渣操作，也便于钻杆撞碎大颗粒渣土；

2、第一驱动件、第一支臂和第二支臂之间采用杠杆原理，从而起到省力和省距离的作用，第二支臂的转动量对第一驱动件伸缩量进行放大，便于第二支臂的转动；

3、转动连接件的设置，对第二驱动件的推力进行分散，转动连接件在受力过程中具有更好的稳定性，从而使得清渣铲或钻杆在转动过程中具有更好的稳定性；

4、通过设置吊装式的机械臂，可对竖井内进行机械清渣操作，被动转动座上可根据需要设置清渣铲或钻杆，实现将机械臂上升更换，下降清渣或碎渣操作，具有更好的安全性，且提高整体的清渣效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是带有清渣铲的机械臂的结构示意图；

图3是带有清渣铲的机械臂的主视图；

图4是带有清渣铲的机械臂的侧视图；

图5是图2中A处的局部放大图；

图6是转动连接件的结构示意图；

图7是带有钻杆的机械臂的结构示意图；

图8是带有钻杆的机械臂的主视图；

图9是带有钻杆的机械臂的侧视图；

图10是双层施工盘的俯视图；

图11是双层施工盘的仰视图；

图中附图标记：卡盘1，环形凹槽1-1，支撑片1-2，卡接组件1-3，卡接头1-4，底座1-5，支撑杆1-6，吊耳1-7，转动臂2，转动座3，转动电机3-1，驱动电机4，第一支臂5，转动轴5-1，第二支臂6，第一驱动件7，第二驱动件8，转动连接件9，主动转动片9-1，被动转动座10，连接条11，转动栓柱12，主动移动栓柱13，被动移动栓柱14，加强筋15，双层施工盘16，施工盘吊耳16-1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1-11所示，一种用于竖井清渣的吊装机械臂，包括相连接的卡盘1和转动臂2，卡盘1中部形成有与转动臂2相适配的转动座3，转动臂2转动连接于转动座3上，转动座3转动连接于卡盘1上；所述转动臂2包括转动连接的第一支臂5和第二支臂6，且第一支臂5上设有与第二支臂6端部相连接的第一驱动件7，转动座3上设有与第一支臂5相连的驱动电机4；所述第二支臂6端部设有转动连接件9，且第二支臂6上设有与转动连接件9相连的第二驱动件8；所述转动连接件9上设有清渣铲10或钻杆11。

第一支臂5、第二支臂6和转动连接件9在同一平面上进行转动，从而实现清渣铲10或钻杆11的大角度翻转，通过实现清渣铲10的大角度翻转，从而铲动清渣铲10所对应的渣土，而钻杆11的大角度翻转，便于钻杆11的钻孔作业。

在驱动电机4的作用下带动第一支臂5在转动座3上的转动，而在第一驱动件7静止状态下，第一支臂5上设有两处与第二支臂6相连接的点，实现第一支臂5与第二支臂6之间的相对静止，从而在第一支臂5的转动状态下实现第二支臂6的同步转动。

在第一驱动件7的作用下，可实现第一支臂5与第二支臂6之间的相对转动，从而可实现在第一支臂5的转动过程中，同时对第二支臂6进行转动，实现第二支臂6的转速增加，从而增加了清渣铲10或钻杆11的移动速度，增大了力矩，便于清渣铲10的清渣操作，也便于钻杆11的钻孔作业。

同理在第二驱动件8静止状态下，转动连接件9处于静止状态，从而第二驱动件8、转动连接件9和第二支臂6为整体式结构，在第二支臂6的转动状态下实现第二驱动件8和转动连接件9的同步转动。

而在第二驱动件8的作用下，可实现第二支臂6与转动连接件9的相对转动，从而可实现在第一支臂5的转动过程中，同时对转动连接件9进行转动，实现转动连接件9的转速增加，从而增加了清渣铲10或钻杆11的移动速度，增大了力矩，便于清渣铲10的清渣操作，也便于钻杆11的钻孔作业。

在第一驱动件7和第二驱动件8的作用下，实现对清渣铲10或钻杆11的双重加速，便于清渣铲10的清渣操作，也便于钻杆11的钻孔作业。

卡盘1为圆环结构，转动座3与卡盘1之间设有相连接的支撑片1-2，支撑片1-2内侧与转动座3相连，卡盘1中部设有与转动座3相连接的转轴，卡盘1卡接于吊机上，在吊机的作用下实现整体吊装机械臂的架空设置。

转轴上设有转动电机3-1，转轴与转动电机3-1相连，且转轴与转动座3通过键和键槽的方式同步转动连接，当卡盘1处于水平状态时，在转动电机3-1的作用下带动机械臂在水平方向上进行转动，而第一驱动件7、第二驱动件8和驱动电机4带动机械臂在竖直方向进行转动，从而实现机械臂的自由无死角转动。

卡盘1上设有若干卡接组件1-3，卡接组件1-3相对设置于卡盘1两侧，环形凹槽1-1可为卡接导轨，卡接组件1-3可内嵌于吊机上，实现整体卡盘1与吊机的多点连接，同时梯形结构的支撑片1-2外侧延伸与卡盘1外，可通过拨动支撑片1-2实现整体卡盘1的转动，从而实现对转动臂2的转动。

卡接组件1-3包括底座1-5和卡接头1-4，底座1-5位于卡盘1侧壁上，卡接头1-4转动连接于底座1-5上，且支撑片1-2上设有支撑卡接头1-4的支撑杆1-6。

卡接头1-4端部与底座1-5之间设有转动连接的转轴，支撑杆1-6连接于卡接头1-4外侧中部，且支撑杆1-6端部也设有与卡接头1-4转动连接的转轴，支撑片1-2上设有与支撑杆1-6转动连接的支撑座。

由于底座1-5与卡接头1-4的连接处、卡接头1-4与支撑杆1-6的连接处和支撑杆1-6与支撑片1-2的连接处为固定点，且三者不位于同一直线上，卡接头1-4和支撑杆1-6均为强度材料，实现在支撑杆1-6的作用下实现对卡接头1-4的定位支撑作用，卡接组件1-3整体为固定结构。

卡盘1在使用过程中，卡接组件1-3卡接于竖井四周的混凝土壁上，从而实现对卡盘1位置的定位和支撑。

第一支臂5为弯折结构，第一支臂5端部设有同步转动的转动轴5-1，转动轴5-1插接于转动座3上，转动轴5-1与驱动电机4相连，在驱动电机4的作用下带动转动轴5-1的转动，从而同步带动第一支臂5的转动。

第一驱动件7位于第一支臂5的弯折处外角上，第一驱动件7与第二支臂6端部相连，且第一支臂5与第二支臂6的连接处位于第二支臂6的两端部之间，第二支臂6为长条状结构，且第一支臂5与第二支臂6的连接处靠近第一驱动件7设置。

第一支臂5弯折处尺寸较大，具有更好的强度，便于第一驱动件7的安装，且第一支臂5上设有与第一驱动件7相连接的支撑座，支撑座上设有与第一驱动件7端部相连接的支撑轴。

第一驱动件7为气缸或油缸结构，在第一驱动件7的伸缩过程中，第一驱动件7与第二支臂6之间的角度会发生变化，第一支臂5上的支撑座便于第一驱动件7在伸缩过程中发生一定转动，第二支臂6上也设有与第一驱动件7相连接的支撑轴。

第一支臂5与第二支臂6的连接处靠近第一驱动件7设置，从而第一支臂5和第二支臂6之间形成杠杆原理，从而起到省力和省距离的作用，第二支臂6的转动量对第一驱动件7伸缩量进行放大，便于第二支臂6的转动。

转动连接件9包括主动转动片9-1、被动转动座10和连接条11，主动转动片9-1相对设置于第二支臂6两侧，且相对设置的主动转动片9-1之间设有与第二支臂6相连接的转动栓柱12，被动转动座10转动连接于第二支臂6端部，且被动转动座10上设有与第二支臂6相连接的转动栓柱12。

主动转动片9-1、被动转动座10和连接条11之间围成平行四边形结构，且在主动转动片9-1、被动转动座10和连接条11的转动过程中始终保持平行四边形结构。

当主动转动片9-1转动到一定位置后，连接条11与第二支臂6表面相抵，实现对清渣铲10或钻杆11的转动角度进行限位。

相对设置的主动转动片9-1之间设有主动移动栓柱13，被动转动座10上设有被动移动栓柱14，主动移动栓柱13和被动移动栓柱14之间套接有两条相连接的连接条11，两条连接条11两侧同时与主动转动片9-1和被动转动座10的内壁相抵，且两条连接条11之间设有加强筋15，连接条11始终与第二支臂6平行设置，主动移动栓柱13与第二驱动件8相连，清渣铲10或钻杆11连接于被动转动座10上。

主动转动片9-1通过第二驱动件8进行带动，由于主动转动片9-1一端与第二支臂6相连，在第二驱动件8的伸缩作用下实现主动转动片9-1的转动，在主动转动片9-1的转动过程中，通过连接条11同步带动被动转动座10，同理被动转动座10一端与第二支臂6相连，在连接条11的推力作用下实现被动转动座10的转动，同步带动清渣铲10或钻杆11的转动。

在主动转动片9-1和被动转动座10的作用下，对第二驱动件8的推力进行分散，且主动转动片9-1和被动转动座10为一体式结构，整体在受力过程中具有更好的稳定性，连接条11的对力的传导的同时，用于支撑和限位动转动片9和被动转动座10，使得整体具有更好的稳定性。

在实际使用过程中，包括以下步骤：

步骤A：将卡盘1吊装于双层施工盘16下方，并起吊双层施工盘16，将双层施工盘16移动至竖井井口位置，双层施工盘16下表面上形成有与卡盘1的吊耳1-7位置相对应的施工盘吊耳16-1，吊耳1-7与施工盘吊耳16-1之间通过绳索相连，在4个吊耳1-7与施工盘吊耳16-1的作用下，实现卡盘1吊装于双层施工盘16下方，双层施工盘16上表面也形成有施工盘吊耳16-1，可吊装于吊机上，在吊机的作用下带动卡盘1和双层施工盘16的同步移动。

步骤B：在转动连接件9上安装钻杆11，下降双层施工盘16，同步带动机械臂的下降，直至卡盘1卡接于竖井四周的混凝土壁上，钻杆11对竖井井口所需位置进行钻孔作用，钻杆11上连有钻杆电机，在卡接组件1-3内嵌于竖井四周的混凝土壁上后，钻杆电机带动钻杆11，实现对竖井井口进行钻孔作业。

步骤C：在吊机作用下上升双层施工盘16，同步带动机械臂的上升，在钻孔位置内放置炸药，对竖井井口进行爆破作业，机械臂的高度需大于炸药的范围，确保炸药不对机械臂造成影响。

步骤D：将转动连接件9上的钻杆11更换为清渣铲10，在吊机的作用下下降双层施工盘16，同步带动机械臂的下降，直至卡盘1卡接于竖井四周的混凝土壁上，可通过整体更换转动连接件9实现清渣铲10与钻杆11的更换。

步骤E：在第一驱动件7、第二驱动件8和驱动电机4带动清渣铲10的转动，通过清渣铲10的转动将爆破产生的碎渣铲入竖井中部的出渣口内，同时在转动电机3-1的作用下对清渣铲10的位置进行调节，从而使得清渣铲10对应竖井内不同位置的碎渣。

步骤F：在双层施工盘16上对竖井四周的混凝土壁进行浇筑。

步骤G：重复上述步骤B-步骤F，从而实现对竖井自上而下的扩孔作业。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：卡盘1，环形凹槽1-1，支撑片1-2，卡接组件1-3，卡接头1-4，底座1-5，支撑杆1-6，转动臂2，转动座3，转动电机3-1，驱动电机4，第一支臂5，转动轴5-1，第二支臂6，第一驱动件7，第二驱动件8，转动连接件9，主动转动片9-1，被动转动座10，连接条11，转动栓柱12，主动移动栓柱13，被动移动栓柱14，加强筋15等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种用于竖井清渣的吊装机械臂，包括相连接的卡盘（1）和转动臂（2），卡盘（1）中部形成有与转动臂（2）相适配的转动座（3），转动臂（2）转动连接于转动座（3）上，转动座（3）转动连接于卡盘（1）上；其特征在于，所述转动臂（2）包括转动连接的第一支臂（5）和第二支臂（6），且第一支臂（5）上设有与第二支臂（6）端部相连接的第一驱动件（7），转动座（3）上设有与第一支臂（5）相连的驱动电机（4）；所述第二支臂（6）端部设有转动连接件（9），且第二支臂（6）上设有与转动连接件（9）相连的第二驱动件（8）；所述转动连接件（9）上设有清渣铲（10）或钻杆（11）。

2.根据权利要求1所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，所述卡盘（1）为圆环结构，转动座（3）与卡盘（1）之间设有相连接的支撑片（1-2），且卡盘（1）中部设有与转动座（3）相连接的转轴，卡盘（1）上形成有4个吊耳（1-7）。

3.根据权利要求2所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，所述卡盘（1）上设有若干卡接组件（1-3），卡接组件（1-3）相对设置于卡盘（1）两侧，卡接组件（1-3）包括底座（1-5）和卡接头（1-4），底座（1-5）位于卡盘（1）侧壁上，卡接头（1-4）转动连接于底座（1-5）上，且支撑片（1-2）上设有支撑卡接头（1-4）的支撑杆（1-6）。

4.根据权利要求1所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，所述第一支臂（5）为弯折结构，第一支臂（5）端部设有同步转动的转动轴（5-1），转动轴（5-1）插接于转动座（3）上，转动轴（5-1）与驱动电机（4）相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，所述第一驱动件（7）位于第一支臂（5）的弯折处外角上，第一驱动件（7）与第二支臂（6）端部相连，且第一支臂（5）与第二支臂（6）的连接处位于第二支臂（6）的两端部之间，第二支臂（6）为长条状结构，且第一支臂（5）与第二支臂（6）的连接处靠近第一驱动件（7）设置。

6.根据权利要求1所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，所述转动连接件（9）包括主动转动片（9-1）、被动转动座（10）和连接条（11），主动转动片（9-1）相对设置于第二支臂（6）两侧，且相对设置的主动转动片（9-1）之间设有与第二支臂（6）相连接的转动栓柱（12），被动转动座（10）转动连接于第二支臂（6）端部，且被动转动座（10）上设有与第二支臂（6）相连接的转动栓柱（12）。

7.根据权利要求6所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，相对设置的主动转动片（9-1）之间设有主动移动栓柱（13），被动转动座（10）上设有被动移动栓柱（14），主动移动栓柱（13）和被动移动栓柱（14）之间套接有两条相连接的连接条（11），两条连接条（11）两侧同时与主动转动片（9-1）和被动转动座（10）的内壁相抵，且两条连接条（11）之间设有加强筋（15），连接条（11）始终与第二支臂（6）平行设置。

8.根据权利要求7所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂，其特征在于，所述主动移动栓柱（13）与第二驱动件（8）相连，清渣铲（10）或钻杆（11）连接于被动转动座（10）上。

9.一种用于竖井清渣的吊装机械臂的使用方法，包括如权利要求1-8所述的机械臂，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：将卡盘（1）吊装于双层施工盘（16）下方，并起吊双层施工盘（16），将双层施工盘（16）移动至竖井井口位置；

步骤B：在转动连接件（9）上安装钻杆（11），下降双层施工盘（16），同步带动机械臂的下降，直至卡盘（1）卡接于竖井四周的混凝土壁上，钻杆（11）对竖井井口所需位置进行钻孔作用；

步骤C：上升双层施工盘（16），同步带动机械臂的上升，在钻孔位置内放置炸药，对竖井井口进行爆破作业；

步骤D：将转动连接件（9）上的钻杆（11）更换为清渣铲（10），下降双层施工盘（16），同步带动机械臂的下降，直至卡盘（1）卡接于竖井四周的混凝土壁上；

步骤E：通过清渣铲（10）的转动将爆破产生的碎渣铲入竖井中部的出渣口内；

步骤F：在双层施工盘（16）上对竖井四周的混凝土壁进行浇筑；

步骤G：重复上述步骤B-步骤F。

10.根据权利要求9所述的一种用于竖井清渣的吊装机械臂的使用方法，其特征在于，所述机械臂上设有与驱动电机（4）、第一驱动件（7）和第二驱动件（8）相连的控制模块，且控制模块上连有通讯模块。

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