CN203742626U - 一种电动数控管片拼装机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电动数控管片拼装机，其能够实现管片拼装机的高精度协调运动，提高环境适应性，其包括回转装置、平移装置、提升装置和管片微调装置，平移装置的二个平移横梁水平且对称固定于盾构内，回转装置的移动盘体套装在平移横梁上，二个平移滚珠丝杠电动缸分别固定在二个平移横梁内侧，且轴向端部均与移动盘体固连；提升装置的二个提升滚珠丝杠电动缸分别固定在回转装置的旋转盘体两侧，且其轴向端部均与提升横梁固定连接；微调机构的固定平台固定在提升横梁下方，转动平台与固定平台之间通过销柱连接，销柱与转动平台通过球关节轴承连接，四个微调滚珠丝杠电动缸均固定于固定平台和转动平台之间。
Description
技术领域
本实用新型涉及隧道盾构施工设备，尤其涉及一种电动数控管片拼装机。
背景技术
全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程施工装备，是大规模开发和利用地下空间的先决条件。管片拼装机是盾构掘进机的重要组成部件之一，是在开挖的隧道上安装预制好的管片作为永久性支护，管片拼装的质量和速度直接影响了整个隧道施工的质量和速度。
通过对现有相关技术文献检索发现，专利申请号为:200610025189.5的中国专利《具有六个自由度的盾构管片拼装机》，公开了一种六自由度隧道管片拼装机，包括有旋转盘体、驱动装置、二悬臂梁、二平移油缸、二提升油缸、提升横梁、转动平台、中心球关节轴承、管片倾斜油缸、管片转动油缸等装置，该机构具有六个自由度，从而使抓取管片的管片钳头装置的移动、位置和姿态能充分的满足拼装管片的需要，该发明改进提高了设备整体结构的刚度和机构运动的平稳性，能用于盾构掘进机中进行长时间、高负载的管片拼装作业。然而，此发明采用液压驱动方式，由液体媒介传递动力，工作时产生的背压力消耗部分功率，使工作效率降低。当使用多个独立的液压缸时，很难使各个液压缸控制回路的频率特性保持一致，即很难达到高精度的协调运动。而且，液压驱动需要液压泵、油道管路、冷却系统、电液伺服阀等辅助设施，成本较高，布局复杂。此外，系统控制性能受环境温度、易污染的液压阀和流体介质等因素影响，需随使用环境条件变化做相应的调整，技术难度较大，设计维护复杂。另外，还存在较大的振动及噪声、漏油等不足，施工环境恶劣。
发明内容
本实用新型目的在于针对上述问题，提供一种电动数控驱动管片拼装机，实现管片拼装机的高精度协调运动，降低成本，提高工作效率和环境适应性。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，结合附图：
提供一种电动数控驱动管片拼装机，其包括回转装置I、平移装置II、提升装置III和微调装置IV，回转装置I包括二个变频调速电机11、移动盘体12、回转支承13、旋转盘体14、二个小齿轮15，移动盘体12与旋转盘体14通过回转支承13连接，二个小齿轮15分别与回转支承13内齿圈啮合；
平移装置II包括二个平移滚珠丝杠电动缸21及二个平移横梁22，二个平移横梁22水平且对称固定于盾构内，所述移动盘体12通过其上的平移横梁安装孔套装在平移横梁22上，二个平移滚珠丝杠电动缸21分别固定在二个平移横梁22内侧，且二个平移滚珠丝杠电动缸21的轴向端部均与移动盘体12固连；
提升装置III包括二个提升滚珠丝杠电动缸31和一个提升横梁32，二个提升滚珠丝杠电动缸31分别固定在旋转盘体14两侧，且二个提升滚珠丝杠电动缸31的轴向端部均与提升横梁32固定连接；
微调装置IV包括固定平台41、转动平台42、四个结构相同的微调滚珠丝杠电动缸43、销柱44和球关节轴承45，固定平台41固定在提升横梁32下方，转动平台42与固定平台41之间通过销柱44连接，销柱44与转动平台42通过球关节轴承45连接，四个微调滚珠丝杠电动缸43均固定于固定平台41和转动平台42之间，且四个微调滚珠丝杠电动缸与转动平台42均采用球关节轴承连接，其中三个微调滚珠丝杠电动缸43竖直放置且呈三角形分布，另一个微调滚珠丝杠电动缸43水平放置。
作为本实用新型提供的一种电动数控驱动管片拼装机的改进方案，平移装置II还包括二个滚轮装置23，滚轮装置23安装在移动盘体12的平移横梁安装孔与平移横梁22的接触上下表面处。
作为本实用新型提供的一种电动数控驱动管片拼装机的改进方案，平移滚珠丝杠电动缸21采用二级电动缸，包括一号缸体210、一号伺服电机211、一号联轴器212、外导向筒213、一号丝杠214、空心丝杠215、空心丝杠螺母216、内导向筒217和一号丝杠螺母2112；其中，一号缸体210固定在平移横梁22内侧，一号伺服电机211固定在一号缸体210底部，通过一号联轴器212连接一号丝杠214，外导向筒213与一号丝杠螺母2112焊接并套在一号丝杠214外，一号丝杠214通过空心丝杠215内部并与空心丝杠215花键连接，内导向筒217与空心丝杠螺母216焊接并套在空心丝杠215外，内导向筒217部分位于外导向筒213内部且其轴端部穿过外导向筒213和一号缸体210与移动盘体12固连。
作为本实用新型提供的一种电动数控驱动管片拼装机的改进方案，平移滚珠丝杠电动缸21还包括一号滚珠219、轴承2110和轴承座2111，外导向筒213与一号丝杠214之间装有一号滚珠219，轴承座2111位于外导向筒213内且与一号丝杠螺母2112焊接，轴承座2111用于固定空心丝杠215，空心丝杠螺母216和空心丝杠215之间装有一号滚珠219。
作为本实用新型提供的一种电动数控驱动管片拼装机的改进方案，提升滚珠丝杠电动缸31包括二号缸体311、二号伺服电机312、二号联轴器313、二号丝杠314、二号丝杠螺母315和套筒316；其中，二号缸体311对称固定在所述旋转盘体14两侧，二号伺服电机312固定在二号缸体311底部，二号伺服电机312通过二号联轴器313与二号丝杠314连接，二号丝杠螺母315与套筒316固连，二号丝杠螺母315和二号丝杠314之间装有二号滚珠317，套筒316轴端穿过二号缸体311且与提升横梁32固定连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于，采用电动数控驱动管片拼装机，用平移滚珠丝杠电动缸取代平移液压缸，用提升滚珠丝杠电动缸取代提升液压缸，用变频调速电机取代液压马达，用三个微调滚珠丝杠电动缸取代倾斜液压缸和转动液压缸。相比液压驱动，电动数控驱动克服了协调控制难、精度低、设计维护复杂、成本高以及环境适应性不强等不足，提高了管片拼装机的控制性能、定位精度、传动效率和环境适应性，承载能力更高，寿命更长，调试维护简单方便。
此外，本实用新型采用伺服驱动器直接控制电动缸，系统使用交流电源，简化了液压系统中复杂的液压泵、管路、冷却系统以及其他附属设施，使结构更加紧凑，电能成本较低，且易获得，绿色环保。
附图说明
图1为本实用新型的电动数控管片拼装机的整体示意图；
图2为电动数控管片拼装机回转装置示意图；
图3为电动数控管片拼装机微调装置示意图；
图4为电动数控管片拼装机平移装置平移滚珠丝杠电动缸示意图；
图5为电动数控管片拼装机提升装置提升滚珠丝杠电动缸示意图。
图中：
I.回转装置，II.平移装置，III.提升装置，IV.微调装置；
11.变频调速电机，12.移动盘体，13.回转支承，14.旋转盘体，15.小齿轮；
21.平移滚珠丝杠电动缸，22.平移横梁，23.滚轮装置；
31.提升滚珠丝杠电动缸，32.提升横梁；
41.固定平台，42.转动平台，43.微调滚珠丝杠电动缸，44.销柱，45.球关节轴承；
210.一号缸体，211.一号伺服电机，212.一号联轴器，213.外导向筒，214.一号丝杠，215.空心丝杠，216.空心丝杠螺母，217.内导向筒，218.花键，219.一号滚珠，2110.轴承，2111.轴承座，2112.一号丝杠螺母；
311.二号缸体，312.二号伺服电机，313.二号联轴器，314.二号丝杠，315.二号丝杠螺母，316.套筒，317.二号滚珠。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的电动数控管片拼装机进行详细描述：
参照图1，本实用新型所提供的电动数控管片拼装机包括回转装置I、平移装置II、提升装置III和管片微调装置IV。将沿盾构轴线方向设为X轴，盾构径向水平方向设为Y轴，盾构径向垂直方向设为Z轴。
参照图2，回转装置I包括二个变频调速电机11、移动盘体12、回转支承13、旋转盘体14、二个小齿轮15。移动盘体12与旋转盘体14通过回转支承13连接，移动盘体12通过均布的螺钉与回转支承13的外圈固接，回转支承13的内齿圈通过均布的螺钉与旋转盘体14固接。二个变频调速电机11分别固设于移动盘体12上方左右两侧，二个小齿轮15分别通过花键连接到电机的输出轴上，与输出轴固定，输出轴的转动同步带动小齿轮的转动，二个小齿轮15分别与回转支承13内齿圈啮合。电机工作时，带动小齿轮15转动，即可带动与之啮合的内齿圈转动，从而带动旋转盘体14绕X轴转动，即实现管片绕X轴转动。
参照图1、图4，平移装置II包括二个平移滚珠丝杠电动缸21、二个平移横梁22和二个滚轮装置23。二个平移横梁22水平且对称固定于盾构内，与盾构轴线平行，移动盘体12上加工有平移横梁安装孔，将移动盘体12套装在平移横梁22上，并在接触上下表面处安装滚轮装置23。二个平移滚珠丝杠电动缸21的一号缸体210分别固定在二个平移横梁22内侧，其内导向筒217轴端通过螺钉与移动盘体12固连，二个平移滚珠丝杠电动缸21的同步伸缩，即可带动移动盘体12在平移横梁22上沿X轴方向移动，即实现管片沿X轴方向移动。
参照图1、图3、图5，提升装置III包括二个提升滚珠丝杠电动缸31和一个提升横梁32。二个提升滚珠丝杠电动缸31的二号缸体311对称固定在旋转盘体14两侧，其套筒316轴端与提升横梁32固定连接，二个提升滚珠丝杠电动缸31同步伸缩，带动提升横梁32的上下移动，从而带动下方的微调机构IV沿Z轴方向移动，即实现管片沿Z轴方向移动。
参照图3，微调装置IV包括固定平台41、转动平台42、四个结构和规格均相同的微调滚珠丝杠电动缸43、销柱44和球关节轴承45。管片抓取装置即为转动平台42。固定平台41焊接在提升横梁32下方，转动平台42与固定平台41之间通过销柱44连接，销柱44与转动平台42通过球关节轴承45联接，从而限制转动平台42的三个移动自由度。四个微调滚珠丝杠电动缸43分布固定于固定平台41和转动平台42之间，其中三个呈三角形分布的微调滚珠丝杠电动缸43近似竖直放置，另一个微调滚珠丝杠电动缸43近似水平放置，其与固定平台的连接端与其他三个微调滚珠丝杠电动缸43呈四边形分布，四个微调滚珠丝杠电动缸的缸体均与固定平台41连接，套筒轴端均与转动平台42连接，连接处均采用球关节轴承连接，其中三个微调滚珠丝杠电动缸协调作用控制转动平台42进行绕X轴方向的横摇、绕Y轴方向的俯仰以及绕Z轴方向的偏转运动，即实现管片绕X、Y、Z三个旋转自由度，另一个微调滚珠丝杠电动缸起辅助支撑作用。
参考图4，为满足行程较大的平移运动，平移滚珠丝杠电动缸21采用二级电动缸，包括一号缸体210、一号伺服电机211、一号联轴器212、外导向筒213、一号丝杠214、空心丝杠215、空心丝杠螺母216、内导向筒217、花键218、一号滚珠219、轴承2110、轴承座2111和一号丝杠螺母2112。其中，一号伺服电机211固定在一号缸体210底部，通过一号联轴器212连接一号丝杠214，外导向筒213与一号丝杠螺母2112焊接并套在一号丝杠214外，外导向筒213与一号丝杠214中间装有一号滚珠219；轴承座2111位于外导向筒213内且与一号丝杠螺母2112焊接，轴承座2111用于固定空心丝杠215，一号丝杠214通过空心丝杠215内并通过花键218与空心丝杠215连接，内导向筒217与空心丝杠螺母216焊接并套在空心丝杠215外，空心丝杠螺母216和空心丝杠215之间装有一号滚珠219，内导向筒217部分位于外导向筒213内部且其轴端部穿过外导向筒213和一号缸体210。当一号伺服电机211工作时，通过一号联轴器212带动一号丝杠214转动，使得一号丝杠螺母2112和外导向筒213作直线运动，同时一号丝杠214通过花键218带动空心丝杠215转动，使得空心丝杠螺母216和内导向筒217作直线运动。内导向筒217端部承受外界载荷，外导向筒213对内导向筒217起导向和径向支撑的作用，在两导向筒做直线运动时，推动载荷物体同步作轴向运动。
参考图5，提升滚珠丝杠电动缸31包括二号缸体311、二号伺服电机312、二号联轴器313、二号丝杠314、二号丝杠螺母315、套筒316和二号滚珠317。其中，二号伺服电机312固定在二号缸体311底部，通过二号联轴器313连接二号丝杠314的一端，二号丝杠螺母315与套筒316固连，套在二号丝杠314外，二号丝杠螺母315和二号丝杠314之间装有二号滚珠317。当二号伺服电机312工作时，通过二号联轴器313带动二号丝杠314转动，从而转化为二号丝杠螺母315的直线运动，从而使套筒316作直线运动。套筒316端部承受外界载荷，在套筒316做直线运动时，推动载荷物体同步作轴向运动。
所述四微调滚珠丝杠电动缸结构与所述提升滚珠丝杠电动缸类似，在此不再赘述。
上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (5)
1.一种电动数控管片拼装机，其包括回转装置(I)、平移装置(II)、提升装置(III)和微调装置(IV)，回转装置(I)包括二个变频调速电机(11)、移动盘体(12)、回转支承(13)、旋转盘体(14)、二个小齿轮(15)，移动盘体(12)与旋转盘体(14)通过回转支承(13)连接，二个小齿轮(15)分别与回转支承(13)内齿圈啮合，其特征在于，所述平移装置(II)包括二个平移滚珠丝杠电动缸(21)及二个平移横梁(22)，二个平移横梁(22)水平且对称固定于盾构内，所述移动盘体(12)通过其上的平移横梁安装孔套装在平移横梁(22)上，二个平移滚珠丝杠电动缸(21)分别固定在二个平移横梁(22)内侧，且二个平移滚珠丝杠电动缸(21)的轴向端部均与移动盘体(12)固连；所述提升装置(III)包括二个提升滚珠丝杠电动缸(31)和一个提升横梁(32)，二个提升滚珠丝杠电动缸(31)分别固定在旋转盘体(14)两侧，且二个提升滚珠丝杠电动缸(31)的轴向端部均与提升横梁(32)固定连接；所述微调装置(IV)包括固定平台(41)、转动平台(42)、四个结构相同的微调滚珠丝杠电动缸(43)、销柱(44)和球关节轴承(45)，固定平台(41)固定在提升横梁(32)下方，转动平台(42)与固定平台(41)之间通过销柱(44)连接，销柱(44)与转动平台(42)通过球关节轴承(45)连接，四个微调滚珠丝杠电动缸(43)均固定于固定平台(41)和转动平台(42)之间，且四个微调滚珠丝杠电动缸与转动平台(42)均采用球关节轴承连接，其中三个呈三角形分布的微调滚珠丝杠电动缸(43)竖直放置，另一个微调滚珠丝杠电动缸(43)水平放置。
2.按照权利要求1所述的一种电动数控管片拼装机，其特征在于，所述平移装置(II)还包括二个滚轮装置(23)，滚轮装置(23)安装在移动盘体(12)的平移横梁安装孔与平移横梁(22)的接触上下表面处。
3.按照权利要求1所述的一种电动数控管片拼装机，其特征在于，所述平移滚珠丝杠电动缸(21)采用二级电动缸，包括一号缸体(210)、一号伺服电机(211)、一号联轴器(212)、外导向筒(213)、一号丝杠(214)、空心丝杠(215)、空心丝杠螺母(216)、内导向筒(217)和一号丝杠螺母(2112)；其中，一号缸体(210)固定在平移横梁(22)内侧，一号伺服电机(211)固定在一号缸体(210)底部，通过一号联轴器(212)连接一号丝杠(214)，外导向筒(213)与一号丝杠螺母(2112)焊接并套在一号丝杠(214)外，一号丝杠(214)通过空心丝杠(215)内部并与空心丝杠(215)花键连接，内导向筒(217)与空心丝杠螺母(216)焊接并套在空心丝杠(215)外，内导向筒(217)部分位于外导向筒(213)内部且其轴端部穿过外导向筒(213)和一号缸体(210)与移动盘体(12)固连。
4.按照权利要求3所述的一种电动数控管片拼装机，其特征在于，所述平移滚珠丝杠电 动缸(21)还包括一号滚珠(219)、轴承(2110)和轴承座(2111)，外导向筒(213)与一号丝杠(214)之间装有一号滚珠(219)，轴承座(2111)位于外导向筒(213)内且与一号丝杠螺母(2112)焊接，轴承座(2111)用于固定空心丝杠(215)，空心丝杠螺母(216)和空心丝杠(215)之间装有一号滚珠(219)。
5.按照权利要求1所述的一种电动数控管片拼装机，其特征在于，所述提升滚珠丝杠电动缸(31)包括二号缸体(311)、二号伺服电机(312)、二号联轴器(313)、二号丝杠(314)、二号丝杠螺母(315)和套筒(316)；其中，二号缸体(311)对称固定在所述旋转盘体(14)两侧，二号伺服电机(312)固定在二号缸体(311)底部，二号伺服电机(312)通过二号联轴器(313)与二号丝杠(314)连接，二号丝杠螺母(315)与套筒(316)固连，二号丝杠螺母(315)和二号丝杠(314)之间装有二号滚珠(317)，套筒(316)轴端穿过二号缸体(311)且与提升横梁(32)固定连接。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140730 Termination date: 20150228 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |