CN116146252A - 用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置及管片卸载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明提出一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置的管片卸载方法，解决了现有技术中小曲线转弯盾构施工管片卸载不对中的问题。本发明卸载装置，包括相对设置的自适应执行单元，自适应执行单元上或对应的拖车上设有视觉监测系统；自适应执行单元与视觉监测系统均与后台控制系统相连接。自适应执行单元包括设置在拖车上的横移机构，横移机构上设有旋转机构；旋转机构上设有提升机构，提升机构能相对旋转机构进行升降，提升机构的升降部设有用于承托管片的托架。本发明自适应管片卸载装置解决了盾构机小曲线转弯时编组车上的管片偏斜、旋斜时，不利于管片吊机吊取的问题，提高了吊运效率，减少了吊运过程中的晃动，保证了施工安全。

Description

用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置及管片卸载方法

技术领域

本发明涉及隧道管片卸载技术领域，特别是指一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置及管片卸载方法。

背景技术

近年来盾构施工过程中，盾构成套化设备能够完成一次性全断面隧道开挖、支护、渣土输送，具有安全、高效、环保及自动化程度高等特点。隧道支护所用材料为预制具有一定宽度和厚度的环形钢筋混凝土管片，在施工过程中通过管片拼装设备将管片抓到适当位置，管片之间通过螺栓连接和固定形成单环管片。支护时，由编组车运输管片，管片卸载装置将叠放布置的多个管片从编组车上卸下，再由管片吊机一块一块地将管片转送至管片存储区域来为后续的施工做准备。

盾构机小曲线转弯掘进时，编组车在隧道行驶过程中经过此小曲线弯段，叠放在编组车上的多个管片，会出现跑偏现象即管片相对于隧道中线发生错位。需要注意的是，偏斜指的是管片整体在水平横向上靠近隧道一侧，旋斜指的是管片整体在水平面内旋转，不对中。管片吊机沿着隧道中线吊运管片，若卸载器上的管片不在中间，会使管片吊机吊取管片困难，同时还会出现拉拽的问题，在吊运过程中造成管片晃动，效率低，同时对施工人员造成极大的安全隐患。

现有授权公告号为CN209724357U的实用新型专利公开了一种新型盾构机管片快速卸载装置，包括两个协同作用且关于隧道轴线左右对称设置的卸载机构，卸载机构与盾构拖车固定连接，连接底板上设有底架，底架内设有提升架，提升架通过提升油缸与连接底板相连接，提升油缸带动提升架沿底架上下移动进而来卸载管片。但这种管片卸载装置以整体平动的方式将管片卸载下来，当管片相对隧道中线错位的话，经卸载装置卸载下来的管片依然错位。

现有授权公告号为CN215974568U的实用新型专利公开了一种具备自动纠偏功能的管片卸载装置，包括两侧卸载架，两侧卸载架上设有管片对中结构，对中结构顶推相对应的管片使管片调整至对中位置。但在小曲线转弯时，凸出来来的管片卸载装置容易和偏转的管片干涉；而且用对中结构顶推管片时会产生很大的摩擦力带动相邻的管片移动，很大程度降低了管片对中效果。

综上所述，在盾构成套化设备中，对管片卸载装置的研究虽取得了一定的进展，但是仍无法满足小曲线转弯盾构施工的需求，严重影响着施工安全，因此，设计一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置及管片卸载方法，解决了现有技术中小曲线转弯盾构施工管片卸载不对中的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，包括相对设置的自适应执行单元，自适应执行单元上或对应的拖车上设有视觉监测系统；自适应执行单元与视觉监测系统均与后台控制系统相连接。

其中，所述自适应执行单元包括设置在拖车上的横移机构，横移机构能相对拖车进行横移运动；横移机构上设有旋转机构，旋转机构能相对横移机构进行转动；旋转机构上设有提升机构，提升机构能相对旋转机构进行升降，提升机构的升降部设有用于承托管片的托架。

进一步，所述横移机构包括固定在拖车上的横移轨道，横移轨道上滑动连接有横移架，横移架通过横移驱动件与拖车相连接，横移驱动件驱动横移架沿横移轨道进行水平面内的移动。

作为优选方案，所述横移轨道包括上层轨道和下层轨道，上层轨道和下层轨道分上下两层设置在拖车上，上层轨道内的横移架与下层轨道内的横移架均与旋转机构相连接；所述横移驱动件为横移驱动油缸。

进一步，所述旋转机构包括与横移机构相连接的连接座，连接座上通过回转接头连接有回转架，连接座上设有驱动回转架转动的旋转驱动件。

作为优选方案，所述连接座包括上连接座和下连接座，回转接头包括上回转接头和下回转接头，回转架上部通过上回转接头与上连接座连接，回转架下部通过下回转接头与下连接座连接；所述旋转驱动件为旋转油缸，所述提升机构设置在回转架上。

进一步，所述提升机构包括连接在旋转机构上的底座，底座上设有用于驱动起升架的顶升驱动件，起升架上设有用于承托管片的托架。

其中，所述托架对称设置在起升架的两侧且托架为L型托架，L型托架的承托部设有垫块，起升架与旋转机构的回转架滑动配合。

作为优选方案，所述回转架的两侧设有滑槽，起升架的两侧设有限位轮，限位轮位于滑槽内且与滑槽相配合。

进一步，所述视觉监测系统包括设置在拖车上的视觉传感器，视觉传感器与后台控制系统相连接。此外，视觉监测系统还可采用现有摄像装置和角度测量装置，对管片状态进行及时在线监测。

一种上述用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置的管片卸载方法，步骤如下：S1：当载有N（N≥2）个管片的编组车到达指定区域时，后台控制系统通过视觉监测系统开始收集编组车上的管片的位置信息；

S2：根据视觉监测系统反馈的管片的位置信息，后台控制系统计算出管片的位置状态，控制横移机构和旋转机构在适当的位置来抓取编组车上的管片，控制起升机构将编组车上的管片抬起并脱离编组车，设此时管片卸载装置上的N个管片并不处于对中状态；

S3：当管片吊机要吊取管片卸载装置上最上部的管片时，根据该管片的位置信息，控制系统控制位于左侧的自适应执行单元的旋转机构，使其带动位于左侧的回转架顺时针或逆时针转动，同时控制系统控制位于右侧的自适应执行单元的旋转机构，使其带动位于右侧的回转架顺时针或逆时针转动，此时管片卸载装置上的管片顺时针或逆时针转动，将最上部的管片转至回正状态；S4：然后根据最上部的管片的位置信息，接着控制系统控制横移机构带动相应的旋转机构向左或向右移动，使最上部的管片处于对中状态；

S5：随后最上部的管片被管片吊机向着掘进方向吊运；

S6：重复步骤S3~S5直至N个管片全部全部完成吊运。

本发明的有益效果为：1、本发明自适应管片卸载装置，通过横移机构、旋转机构、提升机构及视觉监测系统的联合作用，解决了盾构机小曲线转弯时编组车上的管片偏斜、旋斜时，不利于管片吊机吊取的问题，提高了吊运效率，减少了吊运过程中的晃动，保证了施工安全。

2、本发明自适应管片卸载装置上左右两侧的起升机构均各由一根油缸进行驱动来卸载编组车上的管片，避免了因一侧使用两根油缸进行提升，造成载荷分布不均匀顶翻的情况；编组车上偏斜、旋斜的管片通过控制系统控制横移机构和旋转机构对其进行自适应对中，解决了机械对中对相邻管片的干扰，减少了机械对中对管片造成的损坏。

3、本发明自适应管片卸载装置进行的管片卸载方法，对管片进行的是先由旋转机构进行回正，然后通过横移机构进行对中，最后对中的管片由管片吊机一一吊走，整个过程安全有序，确保管片对中精度，提高吊运效率。

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为本发明施工状态结构示意图。

图2为本发明整体结构示意图。

图3为横移机构结构示意图。

图4为旋转机构主视示意图。

图5为旋转机构侧视示意图。

图6为提升机构主视示意图。

图7为提升机构侧视示意图。

图8为旋转机构与提升机构配合状态示意图。

图9为管片卸载装置抬起管片状态示意图。

图10为管片卸载装置上管片初始状态俯视示意图。

图11为管片卸载装置对管片进行回正操作状态图。

图12为管片卸载装置对管片进行对中操作状态图。

图13为管片卸载装置上最上部管片对中状态图。

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1，一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，在隧道施工中该管片卸载装置位于隧道内管道1的拖车2上。隧道内管道为盾构机掘进过程中已拼装管片环组成；拖车用于承载盾构机配套设备。管片卸载装置包括相对设置的自适应执行单元；即本实施例中该管片卸载装置包括左右相对设置的两个自适应执行单元，从管片的两侧进行对管片从编组车3上的卸载。编组车3在盾构施工过程中运输管片、浆液、拖车导轨、管道等物料。自适应执行单元上或对应的拖车2上设有视觉监测系统4，视觉监测系统与卸载区的管片对应，能对其位置及状态信息进行采集；视觉传感器，布置在拖车主框架两侧，可通过采集管片的不对中状态来反馈控制卸载器的动作；自适应执行单元与视觉监测系统4均与后台控制系统相连接。本实施例中视觉监测系统利用图像采集装置，对管片位置信息（比如偏斜方向、状态等信息）进行采集，然后经过后台控制系统进行信息处理，得到管片的位置状态（实际偏斜角度等），然后控制自适应执行单元进行相应的调整，以使管片卸载装置上的管片进行快速对中，便于管吊机的顺利吊运，进一步提高小曲线转弯盾构施工中管片吊运效率。

如图2所示，本实施例中所述自适应执行单元包括设置在拖车2上的横移机构5，优选的是横移机构设置在拖车的主框架上。横移机构5能相对拖车2进行横移运动；横移机构5上设有旋转机构6，旋转机构6能相对横移机构5进行转动；旋转机构6上设有提升机构7，提升机构7能相对旋转机构6进行升降，提升机构7的升降部设有用于承托管片的托架16。托架上的管片在提升机构作用下进行升降运动，主要用于将编组车上的多个管片以整体平动的方式卸载下来；旋转机构能带动提升机构进行转动，即根据视觉传感器反馈的数据，旋转调整管片的旋斜；横移机构5带动旋转机构6进行平面内的移动，即根据视觉传感器反馈的数据，横向移动调整管片横向的偏斜。

盾构施工掘进过程中，编组车将管片运输到指定区域，在该区域拖车主框架两侧布置有视觉传感器，通过视觉传感器来监测编组车上管片的对中状态。同时在该区域拖车主框架两侧布置有卸载架，沿着隧道掘进方向相对布置，每侧卸载架上均布置有横移机构、旋转机构和起升机构，起升机构用于卸载编组车上的管片，横移机构和旋转机构用于调整管片的对中状态。

本实施例中作为优选方案，如图3所示，所述横移机构5包括固定在拖车2上的横移轨道51，横移轨道51上滑动连接有横移架52，横移架52通过横移驱动件53与拖车2相连接，横移驱动件53驱动横移架52沿横移轨道51进行水平面内的移动。本实施例作为优选方案，所述横移轨道51包括上层轨道和下层轨道，上层轨道和下层轨道分上下两层设置在拖车2上，上层轨道内的横移架52与下层轨道内的横移架52均与旋转机构6相连接，提高旋转机构6平移的稳定性。作为优选所述横移驱动件53为横移驱动油缸；此外根据需要所述横移驱动件也可采用气缸或齿轮齿条。左右两侧的横移机构配合进行平移运动，可对托架16上的管片进行横向的偏斜的纠偏。

如图4、5所示，实施例2，在实施例1的基础上，本实施例中所述旋转机构6包括与横移机构5相连接的连接座61，连接座连接在横移架52上。连接座61上通过回转接头62连接有回转架63，连接座61上设有驱动回转架63转动的旋转驱动件64。

作为优选方案，所述连接座61包括上连接座和下连接座，回转接头62包括上回转接头和下回转接头，回转架63上部通过上回转接头与上连接座连接，回转架63下部通过下回转接头与下连接座连接，上下连接方式，提高了旋转机构的稳定性。所述旋转驱动件64为旋转油缸，根据需要旋转驱动件也可采用电机、液压马达等旋转驱动件。所述提升机构7设置在回转架63上；在旋转驱动件的作用下，回转架带动提升机构进行同步转动，用于调整管片的旋斜。

进一步，如图6、7、8所示，所述提升机构7包括连接在旋转机构6上的底座71，底座71上设有用于驱动起升架72的顶升驱动件73，起升架72上设有用于承托管片的托架16。在顶升驱动件的作用在，起升架带动托架进行升降运动，用于对管片进行竖直方向上的提升运动。作为优选方案，所述托架16对称设置在起升架72的两侧且托架16为L型托架，L型托架的承托部设有垫块74，垫块起到防止提升管片过程中，管片出现滑动的作用。起升架72与旋转机构6的回转架63滑动配合。滑动配合的具体结构为：所述回转架63的两侧设有滑槽，起升架72的两侧设有限位轮75，限位轮75位于滑槽内且与滑槽相配合。上述限位轮与滑槽的配合，将起升架72与回转架63之间的滑动转化为限位轮与滑槽之间的滚动，减小摩擦，同时限位起升的上下运动，使其运动更加稳定。

进一步，所述视觉监测系统4包括设置在拖车2上的视觉传感器，视觉传感器与后台控制系统相连接。此外，视觉监测系统还可采用现有摄像装置和角度测量装置，对管片状态进行及时在线监测。在拖车主框架两侧布置有视觉传感器来监测管片的对中状态，同时在两侧布置卸载架，每侧卸载架上均布置有横移机构、旋转机构、起升机构。工作时，通过视觉传感器反馈的数据，控制起升机构起升来卸载编组车上的管片，控制横移机构横向移动调整管片横向的偏斜，控制旋转机构旋转调整管片的旋斜，以实现管片的对中，方便管片吊机作业。

实施例3：一种如实施例2所述用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置的管片卸载方法，其特征在于：步骤如下：

S1：当载有N（N≥2）个管片的编组车到达指定区域时，后台控制系统通过视觉监测系统4开始收集编组车上的管片的位置信息。如图9所示，以N=3为例，编组车上的3个管片为一组，从上到下依次为管片Ⅲ、管片Ⅱ和管片Ⅰ。

S2：根据视觉监测系统4反馈的管片的位置信息，后台控制系统计算出管片的位置状态，控制横移机构和旋转机构在适当的位置来抓取编组车上的管片，控制起升机构将编组车上的管片抬起并脱离编组车，设此时管片卸载装置上的N个管片并不处于对中状态；如图10所示。由于小曲线转弯的存在，此时管片卸载装置上的3个管片，都会出现一定程度的偏斜。为了将管片吊机上的三个管片有利于管片吊机的抓取，需要将管片卸载装置上的三个管片一一调整至对中状态，由于管片吊机依次吊运管片卸载装置上的管片Ⅲ、管片Ⅱ和管片Ⅰ，所以需要对管片Ⅲ、管片Ⅱ和管片Ⅰ依次进行对中调整。

S3：当管片吊机要吊取管片卸载装置上最上部的管片（即管片Ⅲ）时，根据该管片的位置信息，控制系统控制位于左侧的自适应执行单元的旋转机构，使其带动位于左侧的回转架顺时针或逆时针转动，同时控制系统控制位于右侧的自适应执行单元的旋转机构，使其带动位于右侧的回转架顺时针或逆时针转动；此时管片卸载装置上的管片顺时针或逆时针转动，将最上部的管片转至回正状态；如图11所示。

S4：如图12所示，然后根据最上部的管片的位置信息，接着控制系统控制横移机构带动相应的旋转机构向左或向右移动，使最上部的管片处于对中状态；有利于管片吊机的吊取；如图13所示。

S5：随后最上部的管片被管片吊机向着掘进方向吊运。

S6：重复步骤S3~S5直至N个管片全部全部完成吊运。即同理，管片卸载装置上的管片Ⅱ和管片Ⅰ也是通过上述步骤，先由旋转机构进行回正，然后通过横移机构进行对中，最后对中的管片由管片吊机一一吊走。

本发明适用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置及方法，解决了盾构机小曲线转弯时编组车上的管片偏斜、旋斜时，不利于管片吊机吊取的问题，提高了吊运效率，减少了吊运过程中的晃动，保证了施工安全。

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 (10)

1.一种用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：包括相对设置的自适应执行单元，自适应执行单元上或对应的拖车（2）上设有视觉监测系统（4）；自适应执行单元与视觉监测系统（4）均与后台控制系统相连接；

所述自适应执行单元包括设置在拖车（2）上的横移机构（5），横移机构（5）能相对拖车（2）进行横移运动；横移机构（5）上设有旋转机构（6），旋转机构（6）能相对横移机构（5）进行转动；旋转机构（6）上设有提升机构（7），提升机构（7）能相对旋转机构（6）进行升降，提升机构（7）的升降部设有用于承托管片的托架（16）。

2.根据权利要求1所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述横移机构（5）包括固定在拖车（2）上的横移轨道（51），横移轨道（51）上滑动连接有横移架（52），横移架（52）通过横移驱动件（53）与拖车（2）相连接，横移驱动件（53）驱动横移架（52）沿横移轨道（51）进行水平面内的移动。

3.根据权利要求2所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述横移轨道（51）包括上层轨道和下层轨道，上层轨道和下层轨道分上下两层设置在拖车（2）上，上层轨道内的横移架（52）与下层轨道内的横移架（52）均与旋转机构（6）相连接；所述横移驱动件（53）为横移驱动油缸。

4.根据权利要求1~3任一项所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述旋转机构（6）包括与横移机构（5）相连接的连接座（61），连接座（61）上通过回转接头（62）连接有回转架（63），连接座（61）上设有驱动回转架（63）转动的旋转驱动件（64）。

5.根据权利要求4所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述连接座（61）包括上连接座和下连接座，回转接头（62）包括上回转接头和下回转接头，回转架（63）上部通过上回转接头与上连接座连接，回转架（63）下部通过下回转接头与下连接座连接；所述旋转驱动件（64）为旋转油缸，所述提升机构（7）设置在回转架（63）上。

6.根据权利要求5所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述提升机构（7）包括连接在旋转机构（6）上的底座（71），底座（71）上设有用于驱动起升架（72）的顶升驱动件（73），起升架（72）上设有用于承托管片的托架（16）。

7.根据权利要求6所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述托架（16）对称设置在起升架（72）的两侧且托架（16）为L型托架，L型托架的承托部设有垫块（74），起升架（72）与旋转机构（6）的回转架（63）滑动配合。

8.根据权利要求7所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述回转架（63）的两侧设有滑槽，起升架（72）的两侧设有限位轮（75），限位轮（75）位于滑槽内且与滑槽相配合。

9.根据权利要求1~3、5~8任一项所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置，其特征在于：所述视觉监测系统（4）包括设置在拖车（2）上的视觉传感器，视觉传感器与后台控制系统相连接。

10.一种如权利要求9所述的用于小曲线转弯的自适应管片卸载装置的管片卸载方法，其特征在于：步骤如下：

S1：当载有N（N≥2）个管片的编组车到达指定区域时，后台控制系统通过视觉监测系统（4）开始收集编组车上的管片的位置信息；

S2：根据视觉监测系统（4）反馈的管片的位置信息，后台控制系统计算出管片的位置状态，控制横移机构和旋转机构在适当的位置来抓取编组车上的管片，控制起升机构将编组车上的管片抬起并脱离编组车，设此时管片卸载装置上的N个管片并不处于对中状态；

S3：当管片吊机要吊取管片卸载装置上最上部的管片时，根据该管片的位置信息，控制系统控制位于左侧的自适应执行单元的旋转机构，使其带动位于左侧的回转架顺时针或逆时针转动，同时控制系统控制位于右侧的自适应执行单元的旋转机构，使其带动位于右侧的回转架顺时针或逆时针转动，此时管片卸载装置上的管片顺时针或逆时针转动，将最上部的管片转至回正状态；S4：然后根据最上部的管片的位置信息，接着控制系统控制横移机构带动相应的旋转机构向左或向右移动，使最上部的管片处于对中状态；

S5：随后最上部的管片被管片吊机向着掘进方向吊运；

S6：重复步骤S3~S5直至N个管片全部全部完成吊运。

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