CN208089295U - 一种微型盾构用六自由度管片拼装机 - Google Patents

一种微型盾构用六自由度管片拼装机 Download PDF

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苏延奇
徐昊朗
李留涛
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Abstract

本实用新型涉及一种微型盾构用六自由度管片拼装机,包括回转机构、举升机构、平动机构、连接平台、管片抓取与微调装置和液压与电气系统,回转机构设置在盾体支撑梁上,且回转机构通过举升机构与连接平台相连接,连接平台底部滑动地与平动机构相连接,管片抓取与微调装置设置在平动机构的底部,液压与电气系统用于控制回转机构、举升机构、平动机构和管片抓取与微调装置实现隧道管片在安装工作过程中的初步定位和精确定位。本实用新型实现了对隧道管片的抓取、夹紧和在安装过程中的初步定位、姿态的微调整以及精确定位,从而达到六自由度灵敏操作,定位过程简单,提高了工作效率。同时,本实用新型结构紧凑,空间尺寸小,设备布置和安装操作方便。

Description

一种微型盾构用六自由度管片拼装机
技术领域
[0001]本实用新型涉及拼装机技术领域,尤其涉及一种微型盾构用六自由度管片拼装 机。
背景技术
[0002] 微型盾构机常用于市政管线综合管廊工程施工中,其结构受施工工况与周边环境 的限制,其内部设备空间较为有限。管片拼装是盾构法施工中影响施工进度与掘进效率较 为关键的一环。在管片拼装过程中为了能够实现管片的精确定位,要求管片拼装机除了具 备管片位置实现功能外,还应有管片的姿态实现功能以及必不可少的管片抓取功能。目前 盾构上常用的管片拼装机主要有两种结构形式,其一是通过安装于中盾内H梁的基体,通过 横梁将管片拼装机安装在盾构机内。二是通过托轮与侧向支撑轮实现管片拼装机在盾构隧 道横截面内的安装。目前的管片拼装机在应用过程中存在着一些局限性:
[0003] 一、采用横梁将管片拼装机安装在盾构机内的结构形式,因其结构中部设计有拼 装机行走横梁,造成在小微型盾构机中空间紧凑,设备布置与安装操作维护不便。
[0004] 二、管片拼装机的抓取微调机构结构稍显复杂,同时结构刚性稍差。部分管片拼装 机的微调机构管片姿态调节能力不足,在管片拼装过程中定位过程复杂,效率低。
发明内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是设计一种微型盾构用六自由度管片拼装机,解决 现有的技术问题。
[0006] 为解决上述技术问题,本实用新型的微型盾构用六自由度管片拼装机,其包括回 转机构、举升机构、平动机构、连接平台、管片抓取与微调装置和液压与电气系统,所述回转 机构设置在盾体支撑梁上,且所述回转机构通过所述举升机构与所述连接平台相连接,所 述连接平台底部滑动地与所述平动机构相连接,所述管片抓取与微调装置设置在所述平动 机构的底部,且所述管片抓取与微调装置与隧道管片相匹配,所述液压与电气系统分别与 所述回转机构、举升机构、平动机构、管片抓取与微调装置相连接,用于控制所述回转机构、 举升机构、平动机构和管片抓取与微调装置实现所述隧道管片在安装工作过程中的初步定 位和精确定位。
[0007] 进一步地,所述回转机构包括液压马达、减速机、回转支撑和回转框架,所述液压 马达和减速机分别固定设置在所述盾体支撑梁上,且所述液压马达通过所述减速机与所述 回转支撑驱动连接,所述回转支撑与所述回转框架转动连接。
[0008] 进一步地,所述举升机构包括第一举升油缸、第二举升油缸、第一导向柱、第二导 向柱和固定夹,所述第一举升油缸和第二举升油缸分别通过所述固定夹对称地设置在所述 回转框架上,且所述第一举升油缸和第二举升油缸的推杆分别通过第一销轴与所述连接平 台对称连接,所述第一导向柱和第二导向柱的上部分别垂直与所述回转框架套筒连接,所 述第一导向柱和第二导向柱的下部分别通过多个紧固螺栓与所述连接平台相连接。
[0009] 进一步地,所述平动机构包括平动油缸、平动导轨和平动支架,所述平动油缸和平 动导轨分别固定设置在所述连接平台的底部,所述平动支架的一端通过第二销轴与所述平 动油缸的推杆相连接,且所述平动支架与所述平动导轨滑动连接。
[0010] 进一步地,所述管片抓取与微调装置包括上平台、微调机构、下连接板、抓取夹紧 机构和安装座,所述上平台上部通过连接螺栓和销钉与所述平动支架可拆卸连接,所述上 平台下部通过所述微调机构分别与所述下连接板、抓取夹紧机构相连接,所述抓取夹紧机 构固定设置在所述安装座中,所述抓取夹紧机构用于抓取并夹紧所述隧道管片,所述安装 座穿设在所述下连接板的中心处。
[0011] 进一步地,所述抓取夹紧机构包括管片夹紧油缸、夹紧套和连接轴,所述管片夹紧 油缸固定设置在所述安装座上,且所述管片夹紧油缸头端通过螺钉与所述夹紧套相连接, 所述夹紧套滑动地设置在所述安装座的内部,所述连接轴的一端与所述夹紧套夹紧连接, 另一端与所述隧道管片匹配连接,且所述连接轴通过所述安装座限位锁紧。
[0012] 进一步地,所述微调机构包括第一伸缩油缸、第二伸缩油缸、第三伸缩油缸和中间 调节节点,所述第一伸缩油缸、第二伸缩油缸和第三伸缩油缸中心对称地设置在所述上平 台和下连接板之间外缘,且所述第一伸缩油缸、第二伸缩油缸和第三伸缩油缸的两端分别 设置有球铰接头,每个球铰接头具有3个转动自由度,用于伸缩调节所述隧道管片的姿态, 所述中间调节节点包括设置在所述管片夹紧油缸的缸筒尾部的球铰节点和设置在所述上 平台底部中心处的球窝以及防脱块,所述球绞节点与所述球窝相接触配合,且所述球绞节 点与所述球窝通过所述防脱块相连接。
[0013]本实用新型的有益效果:通过连接平台将回转机构、举升机构、平动机构和管片抓 取与微调装置组装成管片拼装机,并通过液压与电气系统智能控制回转机构、举升机构和 平动机构实现隧道管片在安装过程中的初步定位,通过液压与电气系统智能控制管片抓取 与微调装置实现隧道管片的抓取、夹紧和在安装过程中姿态的微调整以及精确定位,从而 达到六自由度的灵敏操作,定位过程简单,提高了工作效率。同时,本实用新型结构紧凑,空 间尺寸小,通用性强,结构刚性好,设备布置和安装操作维护方便。
附图说明
[00M]下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
[0015]图1为本实用新型的微型盾构用六自由度管片拼装机的回转、举升与平动动作示 意图;
[0016]图2为本实用新型的微型盾构用六自由度管片拼装机的结构正视图;
[0017]图3为本实用新型的微型盾构用六自由度管片拼装机的结构左视图;
[0018]图4为本实用新型的微型盾构用六自由度管片拼装机的管片抓取微调机构结构剖 视图; _9]图5为本实用新型的微麵构用六自由度管片拼装机的管片抓取微调机构结构 意图。
具体实施方式
[0020]结合图卜5,本实用新型的微麵构用六自由度管片拼装机,其包括回转机构2、举 升机构3、平动机构4、连接平台5、管片抓取与微调装置6和液压与电气系统7,回转机构2设 置在盾体支撑梁上,且回转机构2通过举升机构3与连接平台5相连接,连接平台5底部滑动 地与平动机构4相连接,管片抓取与微调装置6设置在平动机构4的底部,且管片抓取与微调 装置6与隧道管片8相匹配,液压与电气系统7分别与回转机构2、举升机构3、平动机构4、管 片抓取与微调装置6相连接,用于控制回转机构2、举升机构3、平动机构4和管片抓取与微调 装置6实现隧道管片8在安装工作过程中的初步定位和精确定位。
[0021] 本实用新型通过连接平台5将回转机构2、举升机构3、平动机构4和管片抓取与微 调装置6组装成管片拼装机,并通过液压与电气系统7智能控制回转机构2、举升机构3和平 动机构4实现隧道管片8在安装过程中的初步定位,通过液压与电气系统7智能控制管片抓 取与微调装置6实现隧道管片8的抓取、夹紧和在安装过程中姿态的微调整以及精确定位, 从而达到六自由度的灵敏操作,定位过程简单,提高了工作效率。同时,本实用新型结构紧 凑,空间尺寸小,通用性强,结构刚性好,设备布置和安装操作维护方便。
[0022]具体地,回转机构2包括液压马达21、减速机22、回转支撑23和回转框架24,液压马 达21和减速机22分别固定设置在盾体支撑梁上,且液压马达21通过减速机22与回转支撑23 驱动连接,回转支撑23与回转框架24转动连接。本实用新型中,以盾构掘进方向为Z轴,通过 液压与电气系统7控制液压马达21和减速机22驱动拼装机的回转支撑23转动,回转支撑23 带动回转框架24和安装在回转框架24上的举升机构3、平动机构4、管片抓取与微调装置6以 及隧道管片8绕Z轴转动,实现隧道管片8在安装过程中径向的初步定位。
[0023]具体地,举升机构3包括第一举升油缸31、第二举升油缸32、第一导向柱33、第二导 向柱34和固定夹35,第一举升油缸31和第二举升油缸32分别通过固定夹35对称地设置在回 转框架24上,且第一举升油缸31和第二举升油缸32的推杆分别通过第一销轴36与连接平台 5对称连接,第一导向柱33和第二导向柱34的上部分别垂直与回转框架24套筒连接,第一导 向柱33和第二导向柱34的下部分别通过多个紧固螺栓37与连接平台5相连接。通过液压与 电气系统7同步控制第一举升油缸31和第二举升油缸32运行工作,第一举升油缸31和第二 举升油缸32同步带动连接平台5沿着第一导向柱33和第二导向柱34实现Y轴升降,从而连接 平台5通过平动机构4带动管片抓取与微调装置6升降,实现管片抓取与微调装置6上的隧道 管片8在安装过程中Y向的初步定位。
[0024] 具体地,平动机构4包括平动油缸41、平动导轨42和平动支架43,平动油缸41和平 动导轨42分别固定设置在连接平台5的底部,平动支架43的一端通过第二销轴44与平动油 缸41的推杆相连接,且平动支架43与平动导轨42滑动连接。通过液压与电气系统7控制平动 油缸41直线运动,平动油缸41推动平动支架43沿着平动导轨42进行相应的滑动,从而使安 装在平动支架43上的管片抓取与微调装置6带动隧道管片8实现在Z轴方向的平移。
[0025]具体地,管片抓取与微调装置6包括上平台61、微调机构62、下连接板63、抓取夹紧 机构64和安装座65,上平台61上部通过连接螺栓和销钉与平动支架43可拆卸连接,上平台 61下部通过微调机构62分别与下连接板63、抓取夹紧机构64相连接,抓取夹紧机构64固定 设置在安装座65中,抓取夹紧机构64用于抓取并夹紧隧道管片8,安装座65穿设在下连接板 63的中心处。具体地,抓取夹紧机构M包括管片夹紧油缸641、夹紧套642和连接轴643,管片 夹紧油缸Ml固定设置在安装座65上,且管片夹紧油缸641的活塞杆端设置有螺纹孔,管片 夹紧油缸Ml头端通过螺钉与夹紧套M2相连接,夹紧套642滑动地设置在安装座65的内部, 优选的,夹紧套642上安装有导向平键,在安装座65上加工有键槽,导向平键与键槽相配合。 连接轴643的一端与夹紧套642夹紧连接,另一端设计有螺纹与隧道管片8匹配连接,且连接 轴643通过安装座65限位锁紧。本实施例中,当抓取隧道管片8时,连接轴643预先安装在隧 道管片8上,管片夹紧油缸641的活塞杆带动夹紧套642伸出并在安装座65内滑动至机械限 位,在举升机构3与平动机构4的配合下,连接轴643进入夹紧套642后,管片夹紧油缸641的 活塞杆带动夹紧套642收回,夹紧套642带动连接轴643向上运动至连接轴643与安装座65接 触限位锁定,实现隧道管片8的抓取与锁紧。
[0026]当隧道管片8完成抓取与锁紧后,在液压与电气系统7控制回转、举升、平动机构 (2、3、4)执行元件作用下实现隧道管片S初步定位,此时通过微调机构62实现隧道管片8姿 态调整,并最终精确定位,完成隧道管片8的安装过程。具体地,微调机构62包括第一伸缩油 缸621、第二伸缩油缸622、第三伸缩油缸623和中间调节节点似4,第一伸缩油缸621、第二伸 缩油缸622和第三伸缩油缸623中心对称地设置在上平台61和下连接板63之间外缘,且第一 伸缩油缸(321、第二伸缩油缸e22和第三伸缩油缸似3的两端分别设置有球铰接头,每个球较 接头具有3个转动自由度,用于伸缩调节隧道管片8的姿态,中间调节节点624包括设置在管 片夹紧油缸641的缸筒尾部的球铰节点6241和设置在上平台61底部中心处的球窝6242以及 防脱块62似,球绞节点6241与球窝62似相接触配合,且球绞节点G241与球窝6242通过防脱 块6¾3相铰接。本实施例中,通过具有球铰接头的第一伸缩油缸621、第二伸缩油缸622、第 三伸缩油缸623实现上平台61与下连接板63的连接,同时通过液压与电气系统7控制伸缩油 缸的动作带动下连接板6:3,绕中间调节节点似4上固定点的3个方向转动,实现隧道管片8的 微调功能。
[0027]在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型,但是以上描述 仅是本实用新型的较佳实施例而已,本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来 头施,因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在 不脱离本实用新型技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新 型技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本 发明技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改等 同变化及修饰,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。 / ' '

Claims (7)

1. 一种微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:包括回转机构(2)、举升机构 (3)、平动机构(4)、连接平台(5)、管片抓取与微调装置(6)和液压与电气系统(7),所述回转 机构(2)设置在盾体支撑梁上,且所述回转机构(2)通过所述举升机构(3)与所述连接平台 (5)相连接,所述连接平台(5)底部滑动地与所述平动机构(4)相连接,所述管片抓取与微调 装置(6)设置在所述平动机构(4)的底部,且所述管片抓取与微调装置(6)与隧道管片(8)相 匹配,所述液压与电气系统(7)分别与所述回转机构(2)、举升机构(3)、平动机构(4)、管片 抓取与微调装置(6)相连接,用于控制所述回转机构(2)、举升机构(3)、平动机构(4)和管片 抓取与微调装置(6)实现所述隧道管片(8)在安装工作过程中的初步定位和精确定位。
2. 根据权利要求1所述的微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:所述回转机构 (2) 包括液压马达(21)、减速机(22)、回转支撑(2¾和回转框架(24),所述液压马达(21)和 减速机(22)分别固定设置在所述盾体支撑梁上,且所述液压马达(21)通过所述减速机(22) 与所述回转支撑(23)驱动连接,所述回转支撑(23)与所述回转框架(24)转动连接。
3. 根据权利要求2所述的微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:所述举升机构 (3) 包括第一举升油缸(31)、第二举升油缸(32)、第一导向柱(33)、第二导向柱(34)和固定 夹(35),所述第一举升油缸(31)和第二举升油缸(32)分别通过所述固定夹(35)对称地设置 在所述回转框架(24)上,且所述第一举升油缸(31)和第二举升油缸(32)的推杆分别通过第 一销轴(36)与所述连接平台(5)对称连接,所述第一导向柱(33)和第二导向柱(34)的上部 分别垂直与所述回转框架(24)套筒连接,所述第一导向柱(33)和第二导向柱(34)的下部分 别通过多个紧固螺栓(37)与所述连接平台(5)相连接。
4. 根据权利要求3所述的微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:所述平动机构 (4) 包括平动油缸(41)、平动导轨(42)和平动支架(43),所述平动油缸(41)和平动导轨(42) 分别固定设置在所述连接平台(5)的底部,所述平动支架(43)的一端通过第二销轴(44)与 所述平动油缸(41)的推杆相连接,且所述平动支架(43)与所述平动导轨(42)滑动连接。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:所述 管片抓取与微调装置(6)包括上平台(61)、微调机构(62)、下连接板(6¾、抓取夹紧机构 (64)和安装座¢5),所述上平台(61)上部通过连接螺栓和销钉与所述平动支架(43)可拆卸 连接,所述上平台(61)下部通过所述微调机构(62)分别与所述下连接板(63)、抓取夹紧机 构(64)相连接,所述抓取夹紧机构(64)固定设置在所述安装座(65)中,所述抓取夹紧机构 (64)用于抓取并夹紧所述隧道管片(8),所述安装座(65)穿设在所述下连接板(63)的中心 处。
6. 根据权利要求5所述的微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:所述抓取夹紧 机构(64)包括管片夹紧油缸(641)、夹紧套(6似)和连接轴(64¾,所述管片夹紧油缸(641) 固定设置在所述安装座(65)上,且所述管片夹紧油缸(641)头端通过螺钉与所述夹紧套 (642) 相连接,所述夹紧套(642)滑动地设置在所述安装座(65)的内部,所述连接轴(M3)的 一端与所述夹紧套(642)夹紧连接,另一端与所述隧道管片(8)匹配连接,且所述连接轴 (643) 通过所述安装座(65)限位锁紧。
7. 根据权利要求6所述的微型盾构用六自由度管片拼装机,其特征在于:所述微调机构 (62)包括第一伸缩油缸(621)、第二伸缩油缸(622)、第三伸缩油缸(623)和中间调节节点 (624),所述第一伸缩油缸(621)、第二伸缩油缸(622)和第三伸缩油缸(623)中心对称地设 置在所述上平台(61)和下连接板(63)之间外缘,且所述第一伸缩油缸(621)、第二伸缩油缸 (622)和第三伸缩油缸(623)的两端分别设置有球铰接头,每个球铰接头具有3个转动自由 度,用于伸缩调节所述隧道管片(8)的姿态,所述中间调节节点(624)包括设置在所述管片 夹紧油缸(641)的缸筒尾部的球铰节点(6241)和设置在所述上平台(6丨)底部中心处的球窝 (6242)以及防脱块(6243),所述球铰节点(6241)与所述球窝出2似)相接触配合,且球铰节 点(6241)与所述球窝(624»通过所述防脱块《243)相连接。
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