CN117283164B - 一种盾构机结构件切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机结构件切割装置，包括切割移动机构、矩阵式压力感应机构、双轴向定距机构和磁性吸附机构。本发明属于激光、火焰切割技术领域，具体是指一种盾构机结构件切割装置；本发明创造性地提出了对称设置四组压力感应组件的方式，一方面能够通过同一端的两组陶瓷感应球之间的间隙，为切割缝隙流出位置，避免陶瓷感应球压在切割完成的缝隙上，另一方面还能通过拉力传感器和压力传感器的不同示数，判断当前的工作状态，以及判断是否需要介入修正，以及介入修正的方向和幅度。

Description

一种盾构机结构件切割装置

技术领域

本发明属于激光、火焰切割技术领域，具体是指一种盾构机结构件切割装置。

背景技术

盾构机上的结构件一般体积巨大，要求具备极高的结构强度，同时又需要满足减重方面的要求，因此常常采用开槽或者镂空的方式来达到强度和重量两个参数之间的平衡；现有技术中常采用的镂空加工方式有激光切割和火焰切割两种。

由于结构件体积巨大，且形状不规则，因此一般将切割装置附着在工件上，通过工件静止、切割装置移动的方式来改变二者的相对位置。

无论是激光束还是火焰，其能量都会随着离发射器距离的增大而衰减，并且还会伴随着扩散、影响切割深度和精度，因此在计算机编程确定切割轨迹的情况下，还需要时刻保持发射器到工件之间距离的稳定。

由于结构件的切割面一般有平面和弧形面两种形式，当在弧形面上切割时，若切割头相对于切割小车固定，由于轮子存在一定的跨距，因此切割头到工件的距离实际已经与在平面上运动时不同，并且小车的运动方向是随着切割轨迹而定的，因此如何在弧形面上也保持切割头到工件的距离稳定，是本领域急需解决的问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种盾构机结构件切割装置，通过对弧形面的分析发现，弧形面都会具有脊线，即工件的表面与弧形侧截面相垂直的线（相当于与圆柱与平面紧贴时二者的交线），如果对称设置在切割头两侧的位置探测装置均位于同一根脊线上，那么根据三点一线原理，切割头也必然位于这根脊线上，由于同一根脊线上的三个点的高度实际是相等的，也就是说只要能保持探测装置与切割头的连线始终在同一根脊线上，就能依据探测装置的高度保证切割头和工件的距离稳定。

由于凹面、凸面、平面的交汇处容易产生应力集中，因此一般不会把切割位置设置在交汇处，因此实际工作时，只会有三种独立的工作状态（平面切割、内弧面切割、外弧面切割），不用考虑在转角处的工况；为了解决这一问题，本发明创造性地提出了对称设置四组压力感应组件的方式，一方面能够通过同一端的两组陶瓷感应球之间的间隙，为切割缝隙留出位置，避免陶瓷感应球压在切割完成的缝隙上，另一方面还能通过拉力传感器和压力传感器的不同示数，判断当前的工作状态，以及判断是否需要介入修正，以及介入修正的方向和幅度。

本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种盾构机结构件切割装置，包括切割移动机构，所述切割移动机构包括车架组件和驱动转向组件，所述驱动转向组件对称设于车架组件上；还包括矩阵式压力感应机构、双轴向定距机构和磁性吸附机构，所述矩阵式压力感应机构对称设于双轴向定距机构上，所述双轴向定距机构设于切割移动机构上，所述双轴向定距机构能够相对于切割移动机构发生旋转和升降运动，所述磁性吸附机构对称设于切割移动机构的两端。

通过对称设置的四个压力感应组件，能够从四个测量点处通过压力传感器反馈压力数值，从而通过同侧相邻的两个压力传感器的压力数值的差值，判断当前法兰压板的长度方向，是否与工件的脊线平行。

进一步地，所述矩阵式压力感应机构包括中空支腿、独立伸缩组件和压力感应组件，所述中空支腿对称设于双轴向定距机构上，所述中空支腿上设有方形滑槽，所述独立伸缩组件对称设有两组，所述独立伸缩组件卡合滑动设于中空支腿中，所述压力感应组件设于独立伸缩组件的末端。

作为优选地，所述独立伸缩组件包括导向杆、伸缩腿和伸缩弹簧，所述导向杆固接于方形滑槽的底部，所述伸缩腿上设有导向圆槽，所述伸缩腿通过导向圆槽卡合滑动设于导向杆上，所述伸缩弹簧设于方形滑槽的底部与伸缩腿之间。

正常工作时，伸缩腿完全回缩在导向杆中，在此情况下，矩阵式压力感应机构的自身高度决定了法兰压板的两端到工件的距离是恒定的，因此只需要保证法兰压板的长度方向与工件的脊线平行，就能够保证切割头到工件的距离也是固定，而脊线实际位于同一端的两个陶瓷感应球之间，但是由于陶瓷感应球的直径小，因此可以近似地认为陶瓷感应球接触的位置就是脊线所处的位置。

作为本发明的进一步优选，所述压力感应组件包括底部球套、压力传感器和陶瓷感应球，所述底部球套固接于伸缩腿的底部，所述底部球套上设有球套凹槽，所述压力传感器卡合设于球套凹槽中，所述陶瓷感应球转动设于底部球套中，所述陶瓷感应球和压力传感器接触并相互挤压。

陶瓷感应球和压力传感器之间的挤压力实际受到伸缩弹簧和预压弹簧变化的影响，在只有一个预压弹簧对四个压力感应组件作用的情况下，各组压力传感器的压力值差异实际是由于伸缩弹簧的伸缩量不同产生的；当位于同侧的a和b压力差值过大，或者位于同侧的c和d压力差值过大时，即可认为法兰压板的长度方向不在弧形面的脊线上，此时需要通过旋转传动组件和旋转驱动组件对法兰压板的角度进行调整，才能保证切割头和工件距离在设定的范围内。

陶瓷感应球为陶瓷材质，一方面具有耐高温的特性，另一方面还能在本装置和工件之间形成绝缘层，更重要的是，由于陶瓷具有高硬度、形变量小的特点，因此能够最大程度上降低测量误差。

进一步地，所述双轴向定距机构包括升降组件、旋转传动组件和旋转驱动组件，所述升降组件设于切割移动机构中，所述旋转传动组件设于切割移动机构上，所述旋转驱动组件设于切割移动机构上。

作为优选地，所述升降组件包括固定式套筒、升降套、法兰压板、预压弹簧和切割头，所述固定式套筒固接于切割移动机构上，所述固定式套筒的中间位置设有套筒缺口部，所述固定式套筒的底部设有套筒法兰部，所述升降套滑动设于固定式套筒中，所述升降套的上端设有齿轮部，所述法兰压板上设有压板中心孔，所述法兰压板通过压板中心孔卡合设于升降套的底部，所述中空支腿对称设于法兰压板上，所述法兰压板和升降套固接，所述预压弹簧设于套筒法兰部和法兰压板之间，所述切割头卡合设于升降套中。

只要法兰压板的长度方向与工件的脊线平行，那么切割头到工件的距离就始终由矩阵式压力感应机构的回缩状态的长度决定（也就是固定不变），不会因为工件带有弧度而导致切割头到工件的距离在移动过程中变化。

作为本发明的进一步优选，所述旋转传动组件包括惰轮轴和惰性齿轮，所述惰轮轴固接于切割移动机构上，所述惰性齿轮转动设于惰轮轴上，所述惰性齿轮上设有惰轮直齿部和惰轮锥齿部，所述惰轮直齿部和齿轮部啮合连接。

齿轮部的齿宽更宽，能够保证升降套在升降的过程中齿轮部始终和惰轮直齿部保持啮合。

作为本发明的进一步优选，所述旋转驱动组件包括驱动电机和驱动锥齿轮，所述驱动电机设于切割移动机构上，所述驱动锥齿轮卡合设于驱动电机的输出轴上，所述驱动锥齿轮和惰轮锥齿部啮合连接。

进一步地，所述磁性吸附机构包括悬臂式支架、拉力传感器和电磁铁，所述悬臂式支架固接于切割移动机构上，所述拉力传感器设于悬臂式支架上，所述电磁铁设于拉力传感器上。

电磁铁能够产生和工件之间的相互吸引力，一方面无论切割面是水平还是竖直或者其他角度，切割移动机构都能被磁吸力按压在工件上；另一方面由于电磁铁的所在位置在防滑车轮的更外侧，因此通过拉力传感器的拉力变化能够反馈出电磁铁到工件之间的距离变化，以在平板上时拉力传感器的某一电流大小时的拉力数值为基准，若拉力传感器的拉力变大（或者电流变小、拉力不变），则表示当前位于工件的凹面处；若拉力传感器的拉力变小（或者电流变大、拉力不变），则表示当前位于工件的凸面处。

进一步地，所述车架组件包括车轴叉架和车架本体，所述车架本体上设有车架梁和中心圆环，所述车轴叉架对称设于车架本体的两端，所述固定式套筒固接于中心圆环中，所述惰轮轴固接于车架梁上，所述驱动电机固接于车架梁上，所述悬臂式支架固接于车轴叉架上。

作为优选地，所述驱动转向组件包括差速驱动装置和防滑车轮，所述差速驱动装置设于车轴叉架上，所述差速驱动装置的两端分别设有差速驱动轴，所述防滑车轮卡合设于差速驱动轴上。

获取拉力传感器处的拉力数值P以及四个压力传感器处的压力数值a、b、c、d，若P呈增大趋势，表示当前切割面为凸面，此时通过a和b处的压力差值来判断需要补偿的幅度，通过a处的压力数值减去b处的压力数值的数值正负情况，来判断补偿的方向；

若P呈减小趋势，表示当前切割面为凹面，此时通过a和b处的压力差值来判断需要补偿的幅度，通过b处的压力数值减去a处的压力数值的数值正负情况，来判断补偿的方向；

最后用二者相减后得到的数值乘以修正系数，即可控制驱动电机旋转对法兰压板的方向进行补偿，直到法兰压板的长度方向再次与工件的脊线平行。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

（1）通过对称设置的四个压力感应组件，能够从四个测量点处通过压力传感器反馈压力数值，从而通过同侧相邻的两个压力传感器的压力数值的差值，判断当前法兰压板的长度方向，是否与工件的脊线平行。

（2）正常工作时，伸缩腿完全回缩在导向杆中，在此情况下，矩阵式压力感应机构的自身高度决定了法兰压板的两端到工件的距离是恒定的，因此只需要保证法兰压板的长度方向与工件的脊线平行，就能够保证切割头到工件的距离也是固定，而脊线实际位于同一端的两个陶瓷感应球之间，但是由于陶瓷感应球的直径小，因此可以近似地认为陶瓷感应球接触的位置就是脊线所处的位置；并且切割缝位于陶瓷感应球的间隙中还能避免陶瓷感应球直接压在切割缝上的情况。

（3）陶瓷感应球和压力传感器之间的挤压力实际受到伸缩弹簧和预压弹簧变化的影响，在只有一个预压弹簧对四个压力感应组件作用的情况下，各组压力传感器的压力值差异实际是由于伸缩弹簧的伸缩量不同产生的；当位于同侧的a和b压力差值过大，或者位于同侧的c和d压力差值过大时，即可认为法兰压板的长度方向不在弧形面的脊线上，此时需要通过旋转传动组件和旋转驱动组件对法兰压板的角度进行调整，才能保证切割头和工件距离在设定的范围内。

（4）陶瓷感应球为陶瓷材质，一方面具有耐高温的特性，另一方面还能在本装置和工件之间形成绝缘层，更重要的是，由于陶瓷具有高硬度、形变量小的特点，因此能够最大程度上降低测量误差。

（5）只要法兰压板的长度方向与工件的脊线平行，那么切割头到工件的距离就始终由矩阵式压力感应机构的回缩状态的长度决定（也就是固定不变），不会因为工件带有弧度而导致切割头到工件的距离在移动过程中变化。

（6）齿轮部的齿宽更宽，能够保证升降套在升降的过程中齿轮部始终和惰轮直齿部保持啮合。

（7）电磁铁能够产生和工件之间的相互吸引力，一方面无论切割面是水平还是竖直或者其他角度，切割移动机构都能被磁吸力按压在工件上；另一方面由于电磁铁的所在位置在防滑车轮的更外侧，因此通过拉力传感器的拉力变化能够反馈出电磁铁到工件之间的距离变化，以在平板上时拉力传感器的某一电流大小时的拉力数值为基准，若拉力传感器的拉力变大（或者电流变小、拉力不变），则表示当前位于工件的凹面处；若拉力传感器的拉力变小（或者电流变大、拉力不变），则表示当前位于工件的凸面处。

附图说明

图1为本发明提出的一种盾构机结构件切割装置的立体图；

图2为本发明提出的一种盾构机结构件切割装置的主视图；

图3为本发明提出的一种盾构机结构件切割装置的俯视图；

图4为图2中沿着剖切线A-A的剖视图；

图5为图4中沿着剖切线B-B的剖视图；

图6为图4中沿着剖切线C-C的剖视图；

图7为图4中沿着剖切线D-D的剖视图；

图8为图4中Ⅰ处的局部放大图；

图9为图5中Ⅱ处的局部放大图；

图10为图6中Ⅲ处的局部放大图；

图11为工件的待切割面为平面、凸面和凹面状态时防滑车轮与切割头的相对位置变化示意图；

图12为俯视视角下四组压力感应组件与工件脊线的相对位置示意图；

图13为工作过程中法兰压板的长度方向与工件脊线的夹角变化趋势图；

图14为补偿修正程序的控制逻辑示意图。

其中，1、矩阵式压力感应机构，2、双轴向定距机构，3、磁性吸附机构，4、切割移动机构，5、中空支腿，6、独立伸缩组件，7、压力感应组件，8、方形滑槽，9、导向杆，10、伸缩腿，11、伸缩弹簧，12、底部球套，13、压力传感器，14、陶瓷感应球，15、导向圆槽，16、球套凹槽，17、升降组件，18、旋转传动组件，19、旋转驱动组件，20、固定式套筒，21、升降套，22、法兰压板，23、预压弹簧，24、切割头，25、惰轮轴，26、惰性齿轮，27、驱动电机，28、驱动锥齿轮，29、套筒缺口部，30、套筒法兰部，31、齿轮部，32、压板中心孔，33、惰轮直齿部，34、惰轮锥齿部，35、悬臂式支架，36、拉力传感器，37、电磁铁，38、车架组件，39、驱动转向组件，40、车轴叉架，41、车架本体，42、差速驱动装置，43、防滑车轮，44、车架梁，45、中心圆环，46、差速驱动轴。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

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做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示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。

如图1~图10所示，本发明提出了一种盾构机结构件切割装置，包括切割移动机构4，切割移动机构4包括车架组件38和驱动转向组件39，驱动转向组件39对称设于车架组件38上；还包括矩阵式压力感应机构1、双轴向定距机构2和磁性吸附机构3，矩阵式压力感应机构1对称设于双轴向定距机构2上，双轴向定距机构2设于切割移动机构4上，双轴向定距机构2能够相对于切割移动机构4发生旋转和升降运动，磁性吸附机构3对称设于切割移动机构4的两端。

通过对称设置的四个压力感应组件7，能够从四个测量点处通过压力传感器13反馈压力数值，从而通过同侧相邻的两个压力传感器13的压力数值的差值，判断当前法兰压板22的长度方向，是否与工件的脊线平行。

矩阵式压力感应机构1包括中空支腿5、独立伸缩组件6和压力感应组件7，中空支腿5对称设于双轴向定距机构2上，中空支腿5上设有方形滑槽8，独立伸缩组件6对称设有两组，独立伸缩组件6卡合滑动设于中空支腿5中，压力感应组件7设于独立伸缩组件6的末端。

独立伸缩组件6包括导向杆9、伸缩腿10和伸缩弹簧11，导向杆9固接于方形滑槽8的底部，伸缩腿10上设有导向圆槽15，伸缩腿10通过导向圆槽15卡合滑动设于导向杆9上，伸缩弹簧11设于方形滑槽8的底部与伸缩腿10之间。

正常工作时，伸缩腿10完全回缩在导向杆9中，在此情况下，矩阵式压力感应机构1的自身高度决定了法兰压板22的两端到工件的距离是恒定的，因此只需要保证法兰压板22的长度方向与工件的脊线平行，就能够保证切割头24到工件的距离也是固定，而脊线实际位于同一端的两个陶瓷感应球14之间，但是由于陶瓷感应球14的直径小，因此可以近似地认为陶瓷感应球14接触的位置就是脊线所处的位置。

压力感应组件7包括底部球套12、压力传感器13和陶瓷感应球14，底部球套12固接于伸缩腿10的底部，底部球套12上设有球套凹槽16，压力传感器13卡合设于球套凹槽16中，陶瓷感应球14转动设于底部球套12中，陶瓷感应球14和压力传感器13接触并相互挤压。

陶瓷感应球14和压力传感器13之间的挤压力实际受到伸缩弹簧11和预压弹簧23变化的影响，在只有一个预压弹簧23对四个压力感应组件7作用的情况下，各组压力传感器13的压力值差异实际是由于伸缩弹簧11的伸缩量不同产生的；当位于同侧的a和b压力差值过大，或者位于同侧的c和d压力差值过大时，即可认为法兰压板22的长度方向不在弧形面的脊线上，此时需要通过旋转传动组件18和旋转驱动组件19对法兰压板22的角度进行调整，才能保证切割头24和工件距离在设定的范围内。

陶瓷感应球14为陶瓷材质，一方面具有耐高温的特性，另一方面还能在本装置和工件之间形成绝缘层，更重要的是，由于陶瓷具有高硬度、形变量小的特点，因此能够最大程度上降低测量误差。

双轴向定距机构2包括升降组件17、旋转传动组件18和旋转驱动组件19，升降组件17设于切割移动机构4中，旋转传动组件18设于切割移动机构4上，旋转驱动组件19设于切割移动机构4上。

升降组件17包括固定式套筒20、升降套21、法兰压板22、预压弹簧23和切割头24，固定式套筒20固接于切割移动机构4上，固定式套筒20的中间位置设有套筒缺口部29，固定式套筒20的底部设有套筒法兰部30，升降套21滑动设于固定式套筒20中，升降套21的上端设有齿轮部31，法兰压板22上设有压板中心孔32，法兰压板22通过压板中心孔32卡合设于升降套21的底部，中空支腿5对称设于法兰压板22上，法兰压板22和升降套21固接，预压弹簧23设于套筒法兰部30和法兰压板22之间，切割头24卡合设于升降套21中。

只要法兰压板22的长度方向与工件的脊线平行，那么切割头24到工件的距离就始终由矩阵式压力感应机构1的回缩状态的长度决定（也就是固定不变），不会因为工件带有弧度而导致切割头24到工件的距离在移动过程中变化。

旋转传动组件18包括惰轮轴25和惰性齿轮26，惰轮轴25固接于切割移动机构4上，惰性齿轮26转动设于惰轮轴25上，惰性齿轮26上设有惰轮直齿部33和惰轮锥齿部34，惰轮直齿部33和齿轮部31啮合连接。

齿轮部31的齿宽更宽，能够保证升降套21在升降的过程中齿轮部31始终和惰轮直齿部33保持啮合。

旋转驱动组件19包括驱动电机27和驱动锥齿轮28，驱动电机27设于切割移动机构4上，驱动锥齿轮28卡合设于驱动电机27的输出轴上，驱动锥齿轮28和惰轮锥齿部34啮合连接。

磁性吸附机构3包括悬臂式支架35、拉力传感器36和电磁铁37，悬臂式支架35固接于切割移动机构4上，拉力传感器36设于悬臂式支架35上，电磁铁37设于拉力传感器36上。

电磁铁37能够产生和工件之间的相互吸引力，一方面无论切割面是水平还是竖直或者其他角度，切割移动机构4都能被磁吸力按压在工件上；另一方面由于电磁铁37的所在位置在防滑车轮43的更外侧，因此通过拉力传感器36的拉力变化能够反馈出电磁铁37到工件之间的距离变化，以在平板上时拉力传感器36的某一电流大小时的拉力数值为基准，若拉力传感器36的拉力变大（或者电流变小、拉力不变），则表示当前位于工件的凹面处；若拉力传感器36的拉力变小（或者电流变大、拉力不变），则表示当前位于工件的凸面处。

车架组件38包括车轴叉架40和车架本体41，车架本体41上设有车架梁44和中心圆环45，车轴叉架40对称设于车架本体41的两端，固定式套筒20固接于中心圆环45中，惰轮轴25固接于车架梁44上，驱动电机27固接于车架梁44上，悬臂式支架35固接于车轴叉架40上。

驱动转向组件39包括差速驱动装置42和防滑车轮43，差速驱动装置42设于车轴叉架40上，差速驱动装置42的两端分别设有差速驱动轴46，防滑车轮43卡合设于差速驱动轴46上。

如图11所示，h为切割移动机构4行走在工件平板面时的状态，j为切割移动机构4行走在工件凸面并且法兰压板22的长度方向与工件脊线平行时的状态，k为切割移动机构4行走在工件凹面并且法兰压板22的长度方向与工件脊线平行时的状态，处于工件的不同状态面时，切割头24相对于切割移动机构4的高度实际上是不同的，与工件平板面时比较，行走在工件凸面上时切割头24相对车架本体41向上滑动；行走在工件凹面上时切割头24相对车架本体41向下滑动。

如图12、图14所示，a、b、c、d分别表示四组压力传感器13，中间横向的点划线表示工件的脊线，左右两侧的箭头表示在工件和脊线固定不同的情况下，法兰压板22可能发生相对于脊线的顺时针或者逆时针旋转；将四组压力传感器13的示数分别赋值给参数pressure-a、pressure-b、pressure-c、pressure-d，并获取拉力传感器36的数值P；

当pressure-a与pressure-b的差值的绝对值大于一定范围时，启动补偿修正程序（a、b的差值与c、d的差值相等，故只判断一组即可；当然也可以两组分别判断作为相互验证）；

首先将P与标准值进行比较，若P增大，表示当前切割面为凸面；若P减小，表示当前切割面为凹面；

当前切割面为凸面时，若pressure-a＞pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了逆时针偏转，应当顺时针补偿；若pressure-a＜pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了顺时针偏转，应当逆时针补偿；此时，令补偿数值S=（pressure-a）-(pressure-b)，S能够反映检测架相对于脊线偏转的方向和角度；

当前切割面为凹面时，若pressure-a＜pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了逆时针偏转，应当顺时针补偿；若pressure-a＞pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了顺时针偏转，应当逆时针补偿；此时，令补偿数值S=（pressure-b）-(pressure-a)，S能够反映检测架相对于脊线偏转的方向和角度；

驱动电机27的补偿旋转角度=S*（系数），直到a、b、c、d的数值重新接近相等。

如图13所示，横轴S表示本装置的行进路程，纵轴θ表示法兰压板22的长度方向与工件脊线的夹角，横向弯曲的实线表示该夹角在行进过程中的变化趋势，位于实线上下的两根横点划线表示θ的允许范围，当θ超过这个范围时，就会启动补偿修正程序；

三个虚线方框的左边两个表示补偿修正程序介入时对θ的影响，当θ超过一定范围时，通过补偿修正程序使法兰压板22的长度方向与工件脊线保持平行；右边虚线方框表示在θ没有超过这个范围时，补偿修正程序不介入，由于这种角度变化是随机的，因此θ是有可能自动归零的。

具体使用时，首先用户需要给电磁铁37通电，通过电磁铁37和工件之间的磁性吸附力保证无论切割面是水平还是竖直或者其他角度，切割移动机构4都能被磁吸力按压在工件上；然后按照预先设定的轨迹，通过差速驱动装置42带着防滑车轮43旋转，从而完成切割移动机构4的驱动，通过差速驱动装置42两侧的转速不同可以控制切割移动机构4进行转向；

如果待切割面为平面，那么本装置将作为一个整体在工件上平移，此时切割头24和车架本体41之间不会有相对滑动；

如果待切割面为弧形面，陶瓷感应球14所接触的位置便会与防滑车轮43所接触的位置存在高度差，此时切割头24和车架本体41就会有相对的滑动；由于切割头24的高度是由陶瓷感应球14的所在位置决定的，只要两端的陶瓷感应球14的连线与工件的脊线平行，那么切割头24到工件的距离就是初始设定的距离；

陶瓷感应球14和压力传感器13之间的挤压力实际受到伸缩弹簧11和预压弹簧23变化的影响，在只有一个预压弹簧23对四个压力感应组件7作用的情况下，各组压力传感器13的压力值差异实际是由于伸缩弹簧11的伸缩量不同产生的；当位于同侧的a和b压力差值过大，或者位于同侧的c和d压力差值过大时，即可认为法兰压板22的长度方向不在弧形面的脊线上，此时需要通过旋转传动组件18和旋转驱动组件19对法兰压板22的角度进行调整，才能保证切割头24和工件距离在设定的范围内，因此，在工作的过程中重复执行下列步骤。

如图12、14所示，将四组压力传感器13的示数分别赋值给参数pressure-a、pressure-b、pressure-c、pressure-d，并获取拉力传感器36的数值P；

当pressure-a与pressure-b的差值的绝对值大于一定范围时，启动补偿修正程序（a、b的差值与c、d的差值相等，故只判断一组即可；当然也可以两组分别判断作为相互验证）；

首先将P与标准值进行比较，若P增大，表示当前切割面为凸面；若P减小，表示当前切割面为凹面；

当前切割面为凸面时，若pressure-a＞pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了逆时针偏转，应当顺时针补偿；若pressure-a＜pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了顺时针偏转，应当逆时针补偿；此时，令补偿数值S=（pressure-a）-(pressure-b)，S能够反映检测架相对于脊线偏转的方向和角度；

当前切割面为凹面时，若pressure-a＜pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了逆时针偏转，应当顺时针补偿；若pressure-a＞pressure-b，表示检测架相对于脊线发生了顺时针偏转，应当逆时针补偿；此时，令补偿数值S=（pressure-b）-(pressure-a)，S能够反映检测架相对于脊线偏转的方向和角度；

驱动电机27的补偿旋转角度=S*（系数），直到a、b、c、d的数值重新接近相等。

驱动电机27带着驱动锥齿轮28旋转的时候，能够通过惰性齿轮26带着升降套21一起旋转，从而带着法兰压板22旋转，在法兰压板22相对于工件的脊线发生了旋转后通过驱动电机27的补偿能够使二者恢复平行状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种盾构机结构件切割装置，包括切割移动机构（4），所述切割移动机构（4）包括车架组件（38）和驱动转向组件（39），所述驱动转向组件（39）对称设于车架组件（38）上；其特征在于：

还包括矩阵式压力感应机构（1）、双轴向定距机构（2）和磁性吸附机构（3），所述矩阵式压力感应机构（1）对称设于双轴向定距机构（2）上，所述双轴向定距机构（2）设于切割移动机构（4）上，所述双轴向定距机构（2）能够相对于切割移动机构（4）发生旋转和升降运动，所述磁性吸附机构（3）对称设于切割移动机构（4）的两端；

所述矩阵式压力感应机构（1）包括中空支腿（5）、独立伸缩组件（6）和压力感应组件（7），所述中空支腿（5）对称设于双轴向定距机构（2）上，所述中空支腿（5）上设有方形滑槽（8），所述独立伸缩组件（6）对称设有两组，所述独立伸缩组件（6）卡合滑动设于中空支腿（5）中，所述压力感应组件（7）设于独立伸缩组件（6）的末端。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述独立伸缩组件（6）包括导向杆（9）、伸缩腿（10）和伸缩弹簧（11），所述导向杆（9）固接于方形滑槽（8）的底部，所述伸缩腿（10）上设有导向圆槽（15），所述伸缩腿（10）通过导向圆槽（15）卡合滑动设于导向杆（9）上，所述伸缩弹簧（11）设于方形滑槽（8）的底部与伸缩腿（10）之间。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述压力感应组件（7）包括底部球套（12）、压力传感器（13）和陶瓷感应球（14），所述底部球套（12）固接于伸缩腿（10）的底部，所述底部球套（12）上设有球套凹槽（16），所述压力传感器（13）卡合设于球套凹槽（16）中，所述陶瓷感应球（14）转动设于底部球套（12）中，所述陶瓷感应球（14）和压力传感器（13）接触并相互挤压。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述双轴向定距机构（2）包括升降组件（17）、旋转传动组件（18）和旋转驱动组件（19），所述升降组件（17）设于切割移动机构（4）中，所述旋转传动组件（18）设于切割移动机构（4）上，所述旋转驱动组件（19）设于切割移动机构（4）上；

所述升降组件（17）包括固定式套筒（20）、升降套（21）、法兰压板（22）、预压弹簧（23）和切割头（24），所述固定式套筒（20）固接于切割移动机构（4）上，所述固定式套筒（20）的中间位置设有套筒缺口部（29），所述固定式套筒（20）的底部设有套筒法兰部（30），所述升降套（21）滑动设于固定式套筒（20）中，所述升降套（21）的上端设有齿轮部（31），所述法兰压板（22）上设有压板中心孔（32），所述法兰压板（22）通过压板中心孔（32）卡合设于升降套（21）的底部，所述中空支腿（5）对称设于法兰压板（22）上，所述法兰压板（22）和升降套（21）固接，所述预压弹簧（23）设于套筒法兰部（30）和法兰压板（22）之间，所述切割头（24）卡合设于升降套（21）中。

5.根据权利要求4所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述旋转传动组件（18）包括惰轮轴（25）和惰性齿轮（26），所述惰轮轴（25）固接于切割移动机构（4）上，所述惰性齿轮（26）转动设于惰轮轴（25）上，所述惰性齿轮（26）上设有惰轮直齿部（33）和惰轮锥齿部（34），所述惰轮直齿部（33）和齿轮部（31）啮合连接。

6.根据权利要求5所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述旋转驱动组件（19）包括驱动电机（27）和驱动锥齿轮（28），所述驱动电机（27）设于切割移动机构（4）上，所述驱动锥齿轮（28）卡合设于驱动电机（27）的输出轴上，所述驱动锥齿轮（28）和惰轮锥齿部（34）啮合连接。

7.根据权利要求6所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述磁性吸附机构（3）包括悬臂式支架（35）、拉力传感器（36）和电磁铁（37），所述悬臂式支架（35）固接于切割移动机构（4）上，所述拉力传感器（36）设于悬臂式支架（35）上，所述电磁铁（37）设于拉力传感器（36）上。

8.根据权利要求7所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述车架组件（38）包括车轴叉架（40）和车架本体（41），所述车架本体（41）上设有车架梁（44）和中心圆环（45），所述车轴叉架（40）对称设于车架本体（41）的两端，所述固定式套筒（20）固接于中心圆环（45）中，所述惰轮轴（25）固接于车架梁（44）上，所述驱动电机（27）固接于车架梁（44）上，所述悬臂式支架（35）固接于车轴叉架（40）上。

9.根据权利要求8所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：所述驱动转向组件（39）包括差速驱动装置（42）和防滑车轮（43），所述差速驱动装置（42）设于车轴叉架（40）上，所述差速驱动装置（42）的两端分别设有差速驱动轴（46），所述防滑车轮（43）卡合设于差速驱动轴（46）上。

10.根据权利要求9所述的一种盾构机结构件切割装置，其特征在于：获取拉力传感器（36）处的拉力数值P以及四个压力传感器（13）处的压力数值a、b、c、d，若P呈增大趋势，表示当前切割面为凸面，此时通过a和b处的压力差值来判断需要补偿的幅度，通过a处的压力数值减去b处的压力数值的结果正负情况，来判断补偿的方向；

若P呈减小趋势，表示当前切割面为凹面，此时通过a和b处的压力差值来判断需要补偿的幅度，通过b处的压力数值减去a处的压力数值的结果正负情况，来判断补偿的方向；

最后用二者相减后得到的数值乘以修正系数，即可控制驱动电机（27）旋转对法兰压板（22）的方向进行补偿，直到法兰压板（22）的长度方向再次与工件的脊线平行。