CN114320347B - 一种管片吊运系统及吊运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管片吊运系统及吊运方法，解决了现有管片吊运系统不适用大坡度管片吊运的问题。本发明管片吊运系统包括胶轮运输装置、管片快卸装置、吸盘式管片吊机和管片运输装置；吸盘式管片吊机包括行走架体，行走架体上设有倾角调节机构，倾角调节机构的下部设有真空吸盘，真空吸盘上设有防脱落机构；管片运输装置的行走底架的两侧设有同步起升机构，滑动架和顶升架上均设有限位机构。本发明物料运输系统是盾构法施工的重要组成部分，其设计的好坏直接关系到整机性能和施工总体。在大坡度工况下采用新型物料运输系统较常规运输模式，大大提高了施工效率，有效的缩短施工工期，同时降低了施工成本，提高了施工安全性、文明性。

Description

一种管片吊运系统及吊运方法

技术领域

本发明涉及隧道管片运输技术领域，特别是指一种大坡度管片吊运系统及吊运方法。

背景技术

目前隧道盾构法施工凭借安全、高效等优点在地下空间开发过程中得到了广泛的应用。随着越来越多复杂工程地质的出现，关于盾构/TBM的适应性也提出了更高的要求。常规大直径盾构/TBM施工一般仅适用于6°以内的隧道坡度，当隧道施工存在连续多变大坡度（≮10°）时，常规大直径盾构/TBM将无法满足施工掘进需求，盾构机的所有关键部件均需依据地质情况进行创新设计。其中管片吊运、设备安放等后配套物料运输系统是影响施工效率和安全的重要环节，直接影响着项目总体进度及安全文明施工要求，是大坡度（≮10°）大直径盾构/TBM整机集成研究的关键技术之一。

大坡度（≮10°）大直径盾构/TBM在国内还没有应用案例，对于适用于大坡度大直径盾构/TBM的管片吊运系统的研究也是少之又少。因此研制一套适用于大坡度隧道施工用管片吊运系统，很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种大坡度管片吊运系统及吊运方法，解决了现有技术中管片吊运系统不适用大坡度管片吊运的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种大坡度管片吊运系统，包括按管片运输工序依次设置的胶轮运输装置、管片快卸装置、吸盘式管片吊机和管片运输装置；吸盘式管片吊机包括行走架体，行走架体上设有倾角调节机构，所述倾角调节机构的下部设有真空吸盘，真空吸盘上设有用于承托管片的防脱落机构；所述管片运输装置包括行走底架，行走底架上设有滑动架和顶升架，行走底架的两侧设有同步起升机构，所述滑动架和顶升架上均设有限位机构，所述行走底架的接收管片端设有旋转式管片接收机构。

所述管片快卸装置包括底架总成，底架总成上部设有防倾覆机构，底架总成上滑动设有滑移架，滑移架通过提升驱动件与底架总成相连接，滑移架的下部设有管片托架总成，所述底架总成的底部设有自动调平机构；管片托架总成位于底架总成的一侧，底架总成的另一侧设有枕木操作台。

所述自动调平机构包括设置在底架总成一侧的限位支撑总成和设置在底架总成另一侧的调平油缸，底架总成的底部设有旋转座，底架总成通过旋转座与拖车相连接。

所述限位支撑总成包括设置在拖车上的限位座和固定在底架总成上的限位柱，限位座上设有若干个限位孔，限位柱通过固定件与限位孔铰接。

所述防倾覆机构包括设置在底架总成上的限位轮组、限位卡板和设置在拖车上的弧形限位滑道，限位卡板位于两个限位轮组之间，限位轮组和限位卡板均与弧形限位滑道相配合。

所述管片托架总成包括支撑座，支撑座的两端均转动设有L型旋转托架，L型旋转托架的上部与设置在支撑座上的旋转油缸铰接；所述L型旋转托架的支撑臂的上表面为防滑平面。

所述倾角调节机构包括固定在行走架体上的支撑臂，支撑臂上铰接有伸缩臂，伸缩臂与铰接在支撑臂上的提升油缸铰接，伸缩臂、提升油缸与支撑臂组成三角形结构体；所述伸缩臂的伸缩端设有旋转铰接件，真空吸盘通过旋转铰接件与伸缩臂相连接。

所述旋转铰接件包括铰接在伸缩臂伸缩端的摆动板和设置在伸缩臂上的旋转油缸，旋转油缸与摆动板铰接，伸缩臂、摆动板与旋转油缸组成三角形结构体，所述真空吸盘转动设置在摆动板上。

所述倾角调节机构包括小车架，小车架通过纵向驱动机构与行走架体相对运动设置，所述小车架下部设有起升框架，起升框架与小车架之间设有防摆动组件，起升框架通过环链葫芦与小车架相连接，所述真空吸盘设置在起升框架下部。

所述防摆动组件包括相对应的限位套筒和限位柱，限位套筒铰接在小车架上，限位柱的一端铰接在起升框架上，起升框架上铰接有限位油缸，限位油缸的伸缩端与限位柱铰接。

真空吸盘上设有两个防脱落机构，两个防脱落机构对称设置在真空吸盘的两端，所述防脱落机构包括设置在真空吸盘上部的旋转底座和设置在真空吸盘侧壁的摆动油缸，旋转底座上铰接有闭环托架，摆动油缸驱动闭环托架摆动。

所述同步起升机构包括设置在行走底架上的伸缩驱动件和固定块，固定块上设有支撑杆，支撑杆的一端与固定块铰接、另一端设有底部撑靴，伸缩驱动件与支撑杆相连接。

所述滑动架包括前滑动架和后滑动架，后滑动架铰接在前滑动架的后部，且后滑动架与旋转式管片接收机构相对应，限位机构设置在前滑动架上。

所述限位机构包括旋转限位块和旋转限位座，旋转限位块的中部通过销轴与旋转限位座铰接形成杠杆结构，旋转限位座内设有倾斜设置的限位槽，旋转限位块与限位槽相配合。所述旋转限位块为L型结构板，旋转限位块的底部设有一体成型的挡块，旋转限位块的上部设有圆角弧面。

所述旋转式管片接收机构包括设置在行走底架上的固定支架，固定支架上铰接有旋转架，旋转架通过旋转驱动件与固定支架相连接；滑动架接收管片时，旋转式管片接收机构的旋转架处于水平状态。

滑动架通过滑动驱动件与行走底架相连接，所述顶升架通过顶升驱动件与行走底架相连接，顶升架位于滑动架的两侧，所述行走底架的底部设有行走轮。

所述胶轮运输装置包括运动车体，运动车体上设有至少一个用于承托管片的旋转调平机构。所述旋转调平机构包括弧形撑板，弧形撑板的一端与设置在运动车体上的铰接座铰接、另一端铰接有第一连杆，第一连杆与设置在运动车体上的第二连杆铰接，第一连杆与第二连杆的铰接点处连接有驱动油缸，驱动油缸设置在运动车体上。

一种所述的大坡度管片吊运系统的吊运方法，其特征在于：步骤如下：

S1：胶轮运输装置通过旋转调平机构调节载运的管片，在运输过程中使载运的管片始终处于水平状态；

S2：胶轮运输装置将管片运输至管片快卸装置的工作位点，管片快卸装置对胶轮运输装置上的管片进行卸载准备；

S3：管片快卸装置在提升驱动件的作用下，滑移架带动载有管片的管片托架总成向上提升，将管片脱离胶轮运输装置，在此过程中，自动调平机构提供支撑力，保证管片处于水平状态，完成大坡度下管片的卸载；

S4：吸盘式管片吊机运动至管片快卸装置处；倾角调节机构调节真空吸盘的高度和角度，使真空吸盘处于与管片平行状态；

S5：真空吸盘对管片快卸装置上的管片进行吸附抓取；然后防脱落机构的摆动油缸驱动闭环托架摆动，使闭环托架套设在管片上，从管片两端对管片进行承托；

S6：通过倾角调节机构调节真空吸盘的高度，使管片脱离管片快卸装置，吸盘式管片吊机在行走架体的作用下沿拖车运动，进行管片吊运；

S7：将管片运输装置的后滑动架叠放在旋转式管片接收机构后部的旋转架上；调节旋转式管片接收机构后部的旋转架，使后滑动架处于水平状态；

S8：吸盘式管片吊机将管片放置在管片运输装置的后滑动架上，进行水平下放管片；然后调节旋转式管片接收机构后部的旋转架，使后滑动架逐渐向下摆动至与滑动架的前滑动架处于同一斜度；

S9：在滑动架与顶升架的作用下，管片向前步进运输，在管片向前步进运输过程中，限位机构对管片进行自动限位固定；

S10：当隧洞中管片运输装置处需要进行清理渣土时，同步起升机构的伸缩驱动件推动底部撑靴伸出，将底部撑靴支撑到隧洞洞壁上，将管片运输装置整体抬高一段距离，使渣土顺利从管片输送装置下方通过；当渣土清理完成后，将管片运输装置复位；

S11：重复S1~S10，直至完成全部管片的运输。

本发明采用MSV胶轮运输车，利用旋转调平装置，保证运输的物料（管片、油脂同、滚刀等）始终处于水平状态，满足人员施工作业，提高运输效率。采用整体可旋转式管片卸载器，解决常规卸载器无法在大坡度隧道中进行位姿调整，该新型管片卸载器在大坡度施工中能够利用旋转机构使其整体始终处于水平状态，达到快速卸载管片的目的，同时方便吊机快速从卸载器上吊起的需求，提高工作效率。在真空吸盘上增加油缸驱动的防脱落机构，防止真空吸盘负载在大坡度施工掘进中出现真空吸盘密封失效导致管片掉落等安全隐患。采用环链葫芦或多油缸+多连杆的倾角调节机构，能够实现真空吸盘整体上下起升，局部旋转调整，满足不同坡度吊运管片的目的。大坡度状态下能够将处于水平状态的管片顺利吊起，且能够将管片顺利放置在斜坡状态的管片输送装置上，提高大坡度施工中管片吊运效率和施工安全系数。利用管片输送装置的同步提升机构，整体同步抬高管片输送装置，可以使渣土顺利通过管片输送装置底部，防止渣土堆积，方便清渣作业，从而提高了大坡度向上掘进时的施工效率。利用防止管片滑移的限位机构，对管片进行自动挡固与释放，能够使管片输送装置在大坡度施工时顺利运输管片，降低管片滑移产生的风险。管片运输装置利用末端的旋转式管片接收机构，能够使管片输送装置在大坡度施工时顺利接收管片，保证吊机始终水平放置管片于末端滑动架上，提高管片运输效率。本发明结构设计巧妙，在大坡度工况下采用新型物料运输系统较常规运输模式，大大提高了施工效率，有效的缩短施工工期，同时降低了施工成本，提高了施工安全性、文明性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为水平状态本发明整体结构示意图。

图2为实施例3中吸盘式管片吊机结构示意图。

图3为实施例4中吸盘式管片吊机结构示意图。

图4为实施例4中吸盘式管片吊机主视示意图。

图5为实施例4中吸盘式管片吊机俯视示意图。

图6为真空吸盘与防脱落机构连接状态示意图。

图7为管片运输装置处于水平正常状态示意图。

图8为管片运输装置俯视示意图。

图9为图7中A向视图。

图10为图7中E处局部放大图。

图11为管片完全压在限位机构上时状态示意图。

图12为管片未完全压在限位机构上时状态示意图。

图13为大坡度下管片输送装置运输管片示意图。

图14为管片快卸装置在拖车上布置示意图。

图15为管片快卸装置结构示意图。

图16为管片快卸装置的自动调平机构示意图。

图17为滑动架与管片托架总成结构示意图。

图18为管片快卸装置整体背部示意图。

图19为胶轮运输装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，实施例1，一种大坡度管片吊运系统，包括按管片运输工序依次设置的胶轮运输装置A、管片快卸装置B、吸盘式管片吊机C和管片运输装置D，依次进行管片的前期运输、中间暂存、管片吊运和后期管片运输，四个部分组成的管片运输系统针对大坡度管片运输设计，提高管片在大坡度下运输效率和运输安全系数。如图2所示，吸盘式管片吊机C包括行走架体C-1，行走架体上设有行走机构8，行走机构8与设置在行走车架前部的行走驱动装置C-4相连接，在行走机构的作用下，大车架沿拖车运动。行走机构8包括可拆卸设置在大车架前后两端的支撑架801，支撑架801上设有行走轮总成802。支撑架801上设有两组行走轮总成802，行走轮总成802成列设置。即所述每组行走轮总成包含两组行走轮，所述行走轮与支撑架铰接连接，行走轮带动整体框架结构前后移动，提高运动灵活性和吊运稳定性。行走架体C-1上设有倾角调节机构C-2，倾角调节机构C-2用于调节真空吸盘的高度和倾斜角度，以适应大坡度隧道施工。所述倾角调节机构C-2的下部设有真空吸盘C-3，真空吸盘在自身旋转驱动件的作用下能相对倾角调节机构转动，对管片进行灵活抓取。真空吸盘C-3上设有用于承托管片5的防脱落机构C-10；防脱落机构用于防止管片跌落，提高管片吊运安全系数。

如图7所示，管片运输装置D包括行走底架D-1，所述行走底架D-1的底部设有行走轮D-9，便于与盾构拖车一起运动。行走底架D-1上设有滑动架D-2和顶升架D-3，滑动架和顶升架与现有滑动架及顶升架相同的是：所述滑动架通过滑动驱动件D-7与行走底架相连接，所述滑动驱动件可采用伸缩油缸，在伸缩油缸的作用下，滑动架能相对于行走底架进行前后运动，用于对管的步进运送。所述顶升架3通过顶升驱动件D-8与行走底架1相连接，顶升架位于滑动架的两侧。顶升驱动件可采用顶升油缸，在顶升油缸的作用下顶升架能相对行走底架进行上下运动。行走底架D-1的两侧设有同步起升机构D-4，在同步起升机构的作用下，行走底架能相对于隧洞起升一段距离，实现管片输送装置相对隧洞的上下提升，便于渣土的顺利清理。所述滑动架D-2和顶升架D-3上均设有限位机构D-5，限位机构能相对滑动架和顶升架上的管片进行自动锁定和自动释放，既能保证管片在运输过程中不发生下滑，又能避免滑动架、顶升架的干涉，确保管片的安全运输。所述行走底架D-1的接收管片端设有旋转式管片接收机构D-6。在旋转式管片接收机构的作用下，管片吊机均能将管片水平放置在管片输送装置后端滑动架上，提高吊机的吊运效率。

如图14所示，实施例2，一种大坡度管片吊运系统，在实施例1的基础上，所述管片快卸装置B包括底架总成B-1，底架总成为整个快卸装置的支撑构件。底架总成B-1上部设有防倾覆机构B-6，防倾覆机构从上部对底架总成进行限位，保证管片快卸装置既能整体旋转调节角度又能在提升管片的时候不发生倾覆现象。底架总成B-1上滑动设有滑移架B-2，滑移架B-2通过提升驱动件B-3与底架总成B-1相连接，滑移架在提升驱动件的作用下能沿底座总成上下运动。滑移架B-2的下部设有管片托架总成B-7，管片托架总成自身能进行转动，用于撑托起运输车上的管片，然后在提升驱动件的作用下，管片托架总成带着管片向上运动，对管片进行暂存。所述底架总成B-1的底部设有自动调平机构B-4；在大坡度隧道施工过程中，通过自动调平机构调节管片托架总成的支撑角度，使其始终处于水平状态，对管片进行快速卸载和稳定支撑。管片托架总成B-7位于底架总成B-1的一侧，底架总成B-1的另一侧设有枕木操作台B-5。即枕木操作平台固定与管片快卸装置后部，保证管片快卸装置在旋转角度后，施工人员依然能够利用枕木操作平台快速取回枕木501。

进一步，如图15所示，所述自动调平机构B-4包括设置在底架总成B-1一侧的限位支撑总成402和设置在底架总成B-1另一侧的调平油缸401，限位支撑总成402和调平油缸401配合动作对底架总成进行调平，使其始终处于竖直状态，保证管片在大坡度隧道施工过程中始终处于水平状态，避免发生倾斜滑动，提高管片暂存的安全性。底架总成B-1的底部设有旋转座403，旋转座形成等长杠杆的支点。底架总成B-1通过旋转座403与拖车10相连接。旋转座为底架总成提供支撑同时改变底架总成的作业面，可实现管片与枕木的同时存取。

优选地，如图16所示，所述限位支撑总成402包括设置在拖车10上的限位座402-1和固定在底架总成B-1上的限位柱402-2，限位座402-1上设有若干个限位孔，限位柱402-2通过固定件与限位孔铰接。本实施例中固定件采用螺栓，调平油缸的伸缩带动整个管片快卸装置沿旋转销轴孔实现多次调节角度的目的，保证管片快卸装置始终处于水平待工作状态。在大坡度隧道施工过程中，根据隧道坡度值选择限位柱与合适位置的限位孔铰接，然后调节调平油缸的伸出量，使底架总成处于竖直状态，对编组列车上的多组水平放置的管片进行快速提升暂存。

进一步，所述防倾覆机构B-6包括设置在底架总成B-1上的限位轮组601、限位卡板603和设置在拖车10上的弧形限位滑道602，限位卡板603位于两个限位轮组601之间，限位轮组601和限位卡板603均与弧形限位滑道602相配合。其中，优选地，所述限位轮组601包括包括轮座601-1，轮座601-1上对称设有两个限位轮601-2，配合状态时，弧形限位滑道602位于两个限位轮601-2之间，提高限位的稳定性，同时配合自动调平机构，使底架总成进行稳定摆动，以适应不同坡度下底架总成的稳定性，同时保证管片托架总成对管片撑托的水平度，完成对编组列车上管片的安全快速卸载。

作为优选方案，如图17、18所示，所述管片托架总成B-7包括支撑座701，支撑座701的两端均转动设有L型旋转托架702，L型旋转托架702的上部与设置在支撑座701上的旋转油缸703铰接；在旋转油缸的作用下，L型旋转托架能相对支撑座进行摆动，旋转油缸的伸缩能够实现L型旋转托架绕着旋转轴实现0到90°旋转，实现支撑臂的伸出与否。所述L型旋转托架702的支撑臂的上表面为防滑平面。防止管片的滑动，提高管片承载稳定性。本实施例中的L型旋转托架相对倾斜设置，使L型旋转托架702的支撑臂处于向上倾斜状态，防止管片外滑。

本实施例中底架总成为U型架，U型架的上部可拆卸设有顶部横梁B101，方便快速拆装。防倾覆机构设置在顶部横梁101上，防倾覆机构的限位轮组分别设置在顶部横梁的两端，限位卡板设置在顶部横梁的中部，与弧形限位滑道进行稳定滑动配合，对底架总成进行滑动限位，防止在大坡度施工环境下发生倾覆。所述U型架两侧的内壁上设有限位轨槽，滑移架上设有与限位轨槽相配合的滑动轮B201，确保滑动架稳定进行上下运动。优选地，所述滑移架B-2为倒U型结构，提升驱动件B-3为顶升油缸，顶升油缸位于倒U型结构中部，倒U型结构通过顶升油缸进行相对底架总成B-1的上下运动，实现对管片的稳定提升。具体地，滑动架的左右两侧布置四个滑动轮，所述滑动架的上部横梁中部布置有提升油缸耳板；所述提升油缸一端与滑动机构连接，另一端与底架总成连接，所述滑动机构的滑动轮在限位轨槽里利用提升油缸上下移动。

如图2所示，实施例3，一种大坡度管片吊运系统，在实施例1或2的基础上，所述倾角调节机构C-2包括固定在行走架体C-1上的支撑臂201，支撑臂201上铰接有伸缩臂202，伸缩臂自身长度能调节。伸缩臂202与铰接在支撑臂201上的提升油缸203铰接，伸缩臂202、提升油缸203与支撑臂201组成三角形结构体；所述支撑臂上设置两个销轴孔，提升油缸一端连接支撑臂，一端连接伸缩臂202。利用提升油缸的伸缩能够实现伸缩臂202以销轴孔为中心，沿弧轨迹旋转提升运动。所述伸缩臂202的伸缩端设有旋转铰接件，真空吸盘C-3通过旋转铰接件与伸缩臂202相连接。，在旋转铰接件的作用下，真空吸盘能相对伸缩臂转动，能够实现真空吸盘旋转不同的角度进而抓取或者释放管片。

优选地，所述旋转铰接件包括铰接在伸缩臂202伸缩端的摆动板204和设置在伸缩臂202上的旋转油缸205，旋转油缸205与摆动板204铰接，伸缩臂202、摆动板204与旋转油缸205组成三角形结构体，所述真空吸盘C-3转动设置在摆动板204上。在旋转油缸的作用下，旋转油缸的伸缩能够带动摆动板摆动，进而带动摆动板上的真空吸盘转动，实现真空吸盘旋转不同的角度进而抓取或者释放管片。优选地，所述伸缩臂202包括套筒202-1和伸缩杆202-2，套筒202-1铰接在伸缩臂202上，伸缩杆202-2套设在套筒202-1内且通过伸缩油缸202-3与套筒202-1相连接。利用伸缩油缸能够驱动伸缩杆202-2在套筒202-1的滑道中前后运动。

如图3、4所示，实施例4，一种大坡度管片吊运系统，在实施例1或2的基础上，所述倾角调节机构C-2包括小车架2-2，小车架2-2通过纵向驱动机构2-7与行走架体C-1相对运动设置，所述纵向驱动机构2-7为纵向设置的伸缩油缸，伸缩油缸带动小车架沿大车架移动，实现小车架的纵向平移。在本实施例中，大车架的前后两端均设有伸缩油缸，在前后两根伸缩油缸作用下，驱动小车架在大车架上左右微调，满足快速吊运管片的目的。所述小车架2-2下部设有起升框架2-4，起升框架位于小车架的下方。起升框架2-4与小车架2-2之间设有防摆动组件2-9，防止干涉和摆动。起升框架2-4通过环链葫芦2-3与小车架2-2相连接，本实施例中，作为优选方式，起升框架2-4为矩形框架，环链葫芦设置在矩形框架的四个角处。起升机构布置在环链葫芦的四个吊钩上，随环链葫芦上下运动。大坡度施工状态下，通过调节前端环链葫芦的高度，可使管片吊机的真空吸盘快速调整至水平状态，满足快速卸载管片的施工需求。然后配合防摆动组件2-9可使管片吊机在空载情况下起升到最高点，保证拖车内净空高度，避免吊机与编组列车干涉，进行管片的安全吊运，提高整体施工效率。所述真空吸盘C-3设置在起升框架2-4下部。在真空吸盘驱动件的作用下真空吸盘吸附到管片上，对管片进行稳定吸固，完成对管片的抓取；当管片吊运至合适位置处，真空吸盘驱动件驱动真空吸盘脱离管片，实现对管片的下放。

进一步，如图4所示，所述防摆动组件2-9包括相对应的限位套筒901和限位柱902，限位套筒901铰接在小车架2-2上，限位套筒能绕铰接点在小范围内摆动，便于与限位柱配合。限位柱902的一端铰接在起升框架2-4上，起升框架2-4上铰接有限位油缸903，限位油缸903的伸缩端与限位柱902铰接。在限位油缸的作用下，限位柱绕铰接点摆动，实现伸进限位套筒与否，完成与小车架的联锁与否。所述起升框架2-4上设有至少一个防摆动组件2-9。本实施例中当管片吊机重载运送管片时，限位油缸驱动限位柱使其处于竖直状态，限位柱插入小车架底部布置的限位导筒内，保证吊机重载防摆动；当管片吊机处于大坡度空载状态时，限位油缸驱动限位柱转动，使其处于整体水平状态，限位柱藏于起升机构框架内部，前后四个环链葫芦起升到最高点，保证管片吊机整体结构处于倾斜状态最高处，避免与编组列车等其他部件发生干涉现象。

进一步，如图5、6所示，所述真空吸盘C-3上设有两个防脱落机构C-10，两个防脱落机构C-10对称设置在真空吸盘C-3的两端，两个防脱落机构从管片的两端对真空吸盘吸附的管片进行承托，防止吊运过程中出现掉落。所述防脱落机构C-10包括设置在真空吸盘C-3上部的旋转底座101和设置在真空吸盘C-3侧壁的摆动油缸102，旋转底座101上铰接有闭环托架103，摆动油缸102驱动闭环托架103摆动。闭环托架为不规则矩形框，能将管片套住进行支托，提高管片吊运安全系数。当真空吸盘抓取管片后摆动油缸驱动闭环托架闭合，从而将管片前后两端固定，防止管片掉落；当真空吸盘处于空载状态时，摆动油缸驱动闭环托架打开，避免旋转托架与管片干涉。

如图7、10、13所示，实施例5，一种大坡度管片吊运系统，在实施例1或3或4的基础上，所述同步起升机构D-4包括设置在行走底架D-1上的伸缩驱动件4-1和固定块4-2，固定块固定在行走底架上。固定块4-2上设有支撑杆4-3，支撑杆4-3的一端与固定块4-2铰接、另一端设有底部撑靴4-4，伸缩驱动件4-1与支撑杆4-3相连接。在伸缩驱动件的作用下，支撑杆能绕与固定块的铰接点转动，实现底部撑靴支撑在洞壁上与否。 优选地，所述伸缩驱动件4-1为驱动油缸，驱动油缸的伸缩端与行走底架铰接、另一端与支撑杆4-3的中部铰接。驱动油缸的作用下，支撑杆能绕铰接点转动。

本实施例中，管片输送装置的行走底架的右上、左上、右下、左下四个位置分别设置一组同步提升机构。当管片输送装置需要抬高以便清理附近渣土时，通过人为操作或者上位机控制驱动油缸伸出带动支撑结构及撑靴整体向下移动，撑靴支撑到地面并进一步将管片输送装置抬高一段距离。此时渣土可以顺利从管片输送装置下方通过，方便渣土清理。当管片输送装置具备通行条件时，可以通过回收驱动油缸使支腿收回，直到将管片输送装置放回隧道管壁上。

起升作业的具体实施步骤：底部撑靴由支撑结构带动，并负责与地面直接接触；底部撑靴有防滑的作用，防止管片小车下滑；起升时，驱动油缸伸出带动支撑结构向下使底部撑靴与地面接触达到起升目的；回收时，驱动油缸缩回带动支撑结构向上使底部撑靴与地面脱离达到降落目的；驱动油缸可以保持在任意行程，实现不同高度的起降。

进一步，如图8、9所示，所述滑动架D-2包括前滑动架D201和后滑动架D202，后滑动架D202铰接在前滑动架D201的后部，后滑动架通过平销与前滑动架铰接。且后滑动架D202与旋转式管片接收机构D-6相对应，即吊机向后滑动架进行管片吊运时，后滑动架叠放在旋转式管片接收机构上，使其能够顺利放置在水平状态。限位机构D-5设置在前滑动架D201上，对前滑动架上的管片进行限位固定，防止下滑。

其中，所述限位机构D-5包括旋转限位块5-1和旋转限位座5-2，旋转限位块5-1的中部通过销轴与旋转限位座5-2铰接形成杠杆结构，类似于跷跷板结构。旋转限位座5-2内设有倾斜设置的限位槽，旋转限位块5-1与限位槽相配合。所述旋转限位块5-1为L型结构板，旋转限位块5-1的底部设有一体成型的挡块5-3，旋转限位块5-1的上部设有圆角弧面。如图11、12所示，正常状态下，受重力作用的影响，旋转限位块后端（后端比前端重）将绕销轴顺时针向下转动至旋转支座底部，此时滑动架能够正常前后循环运动；当管片放置在滑动架上时，旋转限位块前端受管片接触下压的影响，旋转限位块将绕销轴逆时针向上转动至管片端部，此时在大坡度段，滑动架上的管片受限位块的作用能够向前运动，不会发生下滑的情况。同理，起升架也是利用旋转限位块的工作原理防止管片产生向下滑移的情况。

此外，所述旋转式管片接收机构D-6包括设置在行走底架D-1上的固定支架D601，固定支架位于行走底架的后部。固定支架D601上铰接有旋转架D602，旋转架D602通过旋转驱动件603与固定支架D601相连接；滑动架D-2接收管片时，旋转式管片接收机构D-6的旋转架D602处于水平状态。旋转驱动件603可采用伸缩油缸，在伸缩油缸的的作用下，旋转架能绕固定支架转动，用以支撑后滑动架进行旋转作业，可以实现滑动架在不同坡度下都能够保持水平状态，保证管片顺利水平放置在滑动架上。

优选地，所述滑动架D-2通过滑动驱动件D-7与行走底架D-1相连接，所述滑动驱动件可采用伸缩油缸，在伸缩油缸的作用下，滑动架能相对于行走底架进行前后运动，用于对管的步进运送。所述顶升架D-3通过顶升驱动件D-8与行走底架D-1相连接，顶升驱动件可采用顶升油缸，在顶升油缸的作用下顶升架3能相对行走底架进行上下运动。顶升架D-3位于滑动架D-2的两侧，所述行走底架D-1的底部设有行走轮D-9，便于与盾构拖车一起运动。

进一步，如图19所示，所述胶轮运输装置A包括运动车体A1，运动车体A1上设有至少一个用于承托管片的旋转调平机构。优选地，所述旋转调平机构包括弧形撑板A2，弧形撑板A2与管片配合，弧形撑板A2的一端与设置在运动车体A1上的铰接座A3铰接，铰接座固定在运动车体上，弧形撑板A2的另一端铰接有第一连杆A4，第一连杆A4与设置在运动车体A1上的第二连杆A5铰接，第一连杆A4与第二连杆A5的铰接点处连接有驱动油缸A6，驱动油缸A6设置在运动车体A1上。在驱动油缸的作用下，第一二连杆带动弧形撑板运动，用于承托角度的调节，使弧形撑板上的管片始终处于水平状态，完成在大坡度隧道施工中管片的高效运送。采用MSV胶轮运输车，利用旋转调平装置，保证运输的物料（管片、油脂同、滚刀等）始终处于水平状态，满足人员施工作业，提高运输效率。

实施例6：一种如实施例5所述的大坡度管片吊运系统的吊运方法，步骤如下：

S1：胶轮运输装置A通过旋转调平机构调节载运的管片，在运输过程中使载运的管片始终处于水平状态；，完成在大坡度隧道施工中管片的高效运送。

S2：胶轮运输装置A将管片运输至管片快卸装置B的工作位点，管片快卸装置B对胶轮运输装置A上的管片进行卸载准备；根据隧道倾斜坡度调节自动调平机构，使底架总成始终处于竖直状态；具体为，调平油缸一端连接在拖车上，另一端连接在底架总成上，调平油缸的伸缩带动整个管片快卸装置沿旋转销轴孔实现多次调节角度的目的，保证管片快卸装置始终处于水平待工作状态。在调节自动调平机构调节过程中，防倾覆机构的限位轮组、限位卡板与设置在拖车上的弧形限位滑道滚动配合，保证底架总成的稳定；有效防止拖车在大坡度隧道内运动时，底架总成发生倾覆。当胶轮运输装置A将管片运输至卸载区域，管片托架总成的L型旋转托架702转动伸出至管片下方；即旋转油缸的伸出带动L型旋转托架绕着旋转轴实现0到90°的旋转，使L型旋转托架的支撑臂部分伸出至管片下方。

S3：管片快卸装置B在提升驱动件B-3的作用下，滑移架2带动载有管片的管片托架总成B-7向上提升，将管片脱离胶轮运输装置A，在此过程中，自动调平机构4提供支撑力，保证管片处于水平状态，完成大坡度下管片的卸载。

S4：吸盘式管片吊机C运动至管片快卸装置B处；倾角调节机构C-2调节真空吸盘C-3的高度和角度，使真空吸盘C-3处于与管片平行状态；

S5：真空吸盘C-3对管片快卸装置上的管片进行吸附抓取；然后防脱落机构C-10的摆动油缸102驱动闭环托架103摆动，使闭环托架103套设在管片上，从管片两端对管片进行承托；

S6：通过倾角调节机构C-2调节真空吸盘C-3的高度，使管片脱离管片快卸装置，吸盘式管片吊机C在行走架体C-1的作用下沿拖车运动，进行管片吊运。吊机将管片托架总成。上的管片吊运走之后，通过自动调平机构的旋转座转动底架总成，施工人员利用枕木操作台对枕木进行快速取回；实现管片与枕木的同步存取，提高装置利用率和施工效率。

S7：将管片运输装置D的后滑动架D202叠放在旋转式管片接收机构D-6后部的旋转架D602上；在吊机吊运管片时，后滑动架位于旋转架上，通过旋转架调节后滑动架的角度，使其保持水平，提高吊机吊运管片的效率。调节旋转式管片接收机构D-6后部的旋转架D602，使后滑动架D202处于水平状态；在水平状态下，进行管片的吊运，更加安全。

S8：吸盘式管片吊机C将管片放置在管片运输装置D的后滑动架D202上，进行水平下放管片；然后调节旋转式管片接收机构D-6后部的旋转架D602，使后滑动架D202逐渐向下摆动至与滑动架D-2的前滑动架D201处于同一斜度；便于前滑动架和后滑动架的同步运动。

S9：在滑动架D-2与顶升架D-3的作用下，管片向前步进运输，在管片向前步进运输过程中，限位机构D-5对管片进行自动限位固定；防止滑动架在斜坡上运动时，管片发生下滑。限位机构5的工作方式为：正常状态下，受重力作用的影响，旋转限位块5-1后端将绕铰接点顺时针向下转动至限位座5-2底部，此时滑动架、顶升架能够正常运动；当管片运动至旋转限位块5-1时，旋转限位块5-1前端受管片接触下压的影响，旋转限位块5-1将绕铰接点逆时针向上转动，使旋转限位块5-1底部的挡块5-3接触管片对管片挡固，避免发生下滑的情况。

S10：当隧洞中管片运输装置D处需要进行清理渣土时，同步起升机构D-4的伸缩驱动件4-1推动底部撑靴4-4伸出，将底部撑靴4-4支撑到隧洞洞壁上，将管片运输装置D整体抬高一段距离，使渣土顺利从管片输送装置下方通过；当渣土清理完成后，将管片运输装置D复位。

S11：重复S1~S10，直至完成全部管片的运输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种管片吊运系统，其特征在于：包括按管片运输工序依次设置的胶轮运输装置（A）、管片快卸装置（B）、吸盘式管片吊机（C）和管片运输装置（D）；吸盘式管片吊机（C）包括行走架体（C-1），行走架体（C-1）上设有倾角调节机构（C-2），所述倾角调节机构（C-2）的下部设有真空吸盘（C-3），真空吸盘（C-3）上设有用于承托管片的防脱落机构（C-10）；

所述管片运输装置（D）包括行走底架（D-1），行走底架（D-1）上设有滑动架（D-2）和顶升架（D-3），行走底架（D-1）的两侧设有同步起升机构（D-4），所述滑动架（D-2）和顶升架（D-3）上均设有限位机构（D-5），所述行走底架（D-1）的接收管片端设有旋转式管片接收机构（D-6）；

所述管片快卸装置（B）包括底架总成（B-1），底架总成（B-1）上部设有防倾覆机构（B-6），底架总成（B-1）上滑动设有滑移架（B-2），滑移架（B-2）通过提升驱动件（B-3）与底架总成（B-1）相连接，滑移架（B-2）的下部设有管片托架总成（B-7），所述底架总成（B-1）的底部设有自动调平机构（B-4）。

2.根据权利要求1所述的管片吊运系统，其特征在于：所述管片托架总成（B-7）位于底架总成（B-1）的一侧，底架总成（B-1）的另一侧设有枕木操作台（B-5）。

3.根据权利要求2所述的管片吊运系统，其特征在于：所述自动调平机构（B-4）包括设置在底架总成（B-1）一侧的限位支撑总成（402）和设置在底架总成（B-1）另一侧的调平油缸（401），底架总成（B-1）的底部设有旋转座（403），底架总成（B-1）通过旋转座（403）与拖车（10）相连接。

4.根据权利要求3所述的管片吊运系统，其特征在于：所述限位支撑总成（402）包括设置在拖车（10）上的限位座（402-1）和固定在底架总成（B-1）上的限位柱（402-2），限位座（402-1）上设有若干个限位孔，限位柱（402-2）通过固定件与限位孔铰接。

5.根据权利要求2~4任一项所述的管片吊运系统，其特征在于：所述防倾覆机构（B-6）包括设置在底架总成（B-1）上的限位轮组（601）、限位卡板（603）和设置在拖车（10）上的弧形限位滑道（602），限位卡板（603）位于两个限位轮组（601）之间，限位轮组（601）和限位卡板（603）均与弧形限位滑道（602）相配合。

6.根据权利要求5所述的管片吊运系统，其特征在于：所述管片托架总成（B-7）包括支撑座（701），支撑座（701）的两端均转动设有L型旋转托架（702），L型旋转托架（702）的上部与设置在支撑座（701）上的旋转油缸（703）铰接；所述L型旋转托架（702）的支撑臂的上表面为防滑平面。

7.根据权利要求1~4、6任一项所述的管片吊运系统，其特征在于：所述倾角调节机构（C-2）包括固定在行走架体（C-1）上的支撑臂（201），支撑臂（201）上铰接有伸缩臂（202），伸缩臂（202）与铰接在支撑臂（201）上的提升油缸（203）铰接，伸缩臂（202）、提升油缸（203）与支撑臂（201）组成三角形结构体；所述伸缩臂（202）的伸缩端设有旋转铰接件，真空吸盘（C-3）通过旋转铰接件与伸缩臂（202）相连接。

8.根据权利要求7所述的管片吊运系统，其特征在于：所述旋转铰接件包括铰接在伸缩臂（202）伸缩端的摆动板（204）和设置在伸缩臂（202）上的旋转油缸（205），旋转油缸（205）与摆动板（204）铰接，伸缩臂（202）、摆动板（204）与旋转油缸（205）组成三角形结构体，所述真空吸盘（C-3）转动设置在摆动板（204）上。

9.根据权利要求1~4、6任一项所述的管片吊运系统，其特征在于：所述倾角调节机构（C-2）包括小车架（2-2），小车架（2-2）通过纵向驱动机构（2-7）与行走架体（C-1）相对运动设置，所述小车架（2-2）下部设有起升框架（2-4），起升框架（2-4）与小车架（2-2）之间设有防摆动组件（2-9），起升框架（2-4）通过环链葫芦（2-3）与小车架（2-2）相连接，所述真空吸盘（C-3）设置在起升框架（2-4）下部。

10.根据权利要求9所述的管片吊运系统，其特征在于：所述防摆动组件（2-9）包括相对应的限位套筒（901）和限位柱（902），限位套筒（901）铰接在小车架（2-2）上，限位柱（902）的一端铰接在起升框架（2-4）上，起升框架（2-4）上铰接有限位油缸（903），限位油缸（903）的伸缩端与限位柱（902）铰接。

11.根据权利要求8或10所述的管片吊运系统，其特征在于：所述真空吸盘（C-3）上设有两个防脱落机构（C-10），两个防脱落机构（C-10）对称设置在真空吸盘（C-3）的两端，所述防脱落机构（C-10）包括设置在真空吸盘（C-3）上部的旋转底座（101）和设置在真空吸盘（C-3）侧壁的摆动油缸（102），旋转底座（101）上铰接有闭环托架（103），摆动油缸（102）驱动闭环托架（103）摆动。

12.根据权利要求1~4、6、8和10任一项所述的管片吊运系统，其特征在于：所述同步起升机构（D-4）包括设置在行走底架（D-1）上的伸缩驱动件（4-1）和固定块（4-2），固定块（4-2）上设有支撑杆（4-3），支撑杆（4-3）的一端与固定块（4-2）铰接、另一端设有底部撑靴（4-4），伸缩驱动件（4-1）与支撑杆（4-3）相连接。

13.根据权利要求12所述的管片吊运系统，其特征在于：所述滑动架（D-2）包括前滑动架（D201）和后滑动架（D202），后滑动架（D202）铰接在前滑动架（D201）的后部，且后滑动架（D202）与旋转式管片接收机构（D-6）相对应，限位机构（D-5）设置在前滑动架（D201）上。

14.根据权利要求13所述的管片吊运系统，其特征在于：所述限位机构（D-5）包括旋转限位块（5-1）和旋转限位座（5-2），旋转限位块（5-1）的中部通过销轴与旋转限位座（5-2）铰接形成杠杆结构，旋转限位座（5-2）内设有倾斜设置的限位槽，旋转限位块（5-1）与限位槽相配合。

15.根据权利要求12所述的管片吊运系统，其特征在于：所述旋转限位块（5-1）为L型结构板，旋转限位块（5-1）的底部设有一体成型的挡块（5-3），旋转限位块（5-1）的上部设有圆角弧面。

16.根据权利要求1~4、6、8、 10、13~15任一项所述的管片吊运系统，其特征在于：所述旋转式管片接收机构（D-6）包括设置在行走底架（D-1）上的固定支架（D601），固定支架（D601）上铰接有旋转架（D602），旋转架（D602）通过旋转驱动件（603）与固定支架（D601）相连接；滑动架（D-2）接收管片时，旋转式管片接收机构（D-6）的旋转架（D602）处于水平状态。

17.根据权利要求16所述的管片吊运系统，其特征在于：所述滑动架（D-2）通过滑动驱动件（D-7）与行走底架（D-1）相连接，所述顶升架（D-3）通过顶升驱动件（D-8）与行走底架（D-1）相连接，顶升架（D-3）位于滑动架（D-2）的两侧，所述行走底架（D-1）的底部设有行走轮（D-9）。

18.根据权利要求1或17所述的管片吊运系统，其特征在于：所述胶轮运输装置（A）包括运动车体（A1），运动车体（A1）上设有至少一个用于承托管片的旋转调平机构。

19.根据权利要求18所述的管片吊运系统，其特征在于：所述旋转调平机构包括弧形撑板（A2），弧形撑板（A2）的一端与设置在运动车体（A1）上的铰接座（A3）铰接、另一端铰接有第一连杆（A4），第一连杆（A4）与设置在运动车体（A1）上的第二连杆（A5）铰接，第一连杆（A4）与第二连杆（A5）的铰接点处连接有驱动油缸（A6），驱动油缸（A6）设置在运动车体（A1）上。

20.一种如权利要求1~19任一项所述的管片吊运系统的吊运方法，其特征在于：步骤如下：

S1：胶轮运输装置（A）通过旋转调平机构调节载运的管片，在运输过程中使载运的管片始终处于水平状态；

S2：胶轮运输装置（A）将管片运输至管片快卸装置（B）的工作位点，管片快卸装置（B）对胶轮运输装置（A）上的管片进行卸载准备；

S3：管片快卸装置（B）在提升驱动件（B-3）的作用下，滑移架（2）带动载有管片的管片托架总成（B-7）向上提升，将管片脱离胶轮运输装置（A），在此过程中，自动调平机构（B-4）提供支撑力，保证管片处于水平状态，完成大坡度下管片的卸载；

S4：吸盘式管片吊机（C）运动至管片快卸装置（B）处；倾角调节机构（C-2）调节真空吸盘（C-3）的高度和角度，使真空吸盘（C-3）处于与管片平行状态；

S5：真空吸盘（C-3）对管片快卸装置上的管片进行吸附抓取；然后防脱落机构（C-10）的摆动油缸（102）驱动闭环托架（103）摆动，使闭环托架（103）套设在管片上，从管片两端对管片进行承托；

S6：通过倾角调节机构（C-2）调节真空吸盘（C-3）的高度，使管片脱离管片快卸装置，吸盘式管片吊机（C）在行走架体（C-1）的作用下沿拖车运动，进行管片吊运；

S7：将管片运输装置（D）的后滑动架（D202）叠放在旋转式管片接收机构（D-6）后部的旋转架（D602）上；调节旋转式管片接收机构（D-6）后部的旋转架（D602），使后滑动架（D202）处于水平状态；

S8：吸盘式管片吊机（C）将管片放置在管片运输装置（D）的后滑动架（D202）上，进行水平下放管片；然后调节旋转式管片接收机构（D-6）后部的旋转架（D602），使后滑动架（D202）逐渐向下摆动至与滑动架（D-2）的前滑动架（D201）处于同一斜度；

S9：在滑动架（D-2）与顶升架（D-3）的作用下，管片向前步进运输，在管片向前步进运输过程中，限位机构（D-5）对管片进行自动限位固定；

S10：当隧洞中管片运输装置（D）处需要进行清理渣土时，同步起升机构（D-4）的伸缩驱动件（4-1）推动底部撑靴（4-4）伸出，将底部撑靴（4-4）支撑到隧洞洞壁上，将管片运输装置（D）整体抬高一段距离，使渣土顺利从管片输送装置下方通过；当渣土清理完成后，将管片运输装置（D）复位；

S11：重复S1~S10，直至完成全部管片的运输。