CN209637756U - 一种盾构机自动换刀系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一个目的是提供一种盾构机自动换刀系统，其能够实现盾构机内部的自动换刀。为实现前述目的的盾构机自动换刀系统包括用于盾构机内部的换刀作业的自动换刀装置以及设置在所述刀盘上的盾构机刀具刀箱总成，所述自动换刀装置包括座体、位置调节机构、爪部、电机以及控制器；所述刀具刀箱总成包括箱体、转动紧固件以及刀具。

Description

一种盾构机自动换刀系统

技术领域

本实用新型涉及盾构机，尤其涉及盾构机的自动换刀系统。

背景技术

在盾构机设备中，刀具在使用一段时间后常常会有老化、损坏等现象，因而需要更换。

现有的盾构机中，对于单滚刀换刀目前通常采用人工带压操作，施工人员进舱之前需要穿戴潜水设备，并进行其它保护措施，之后施工人员进入人孔闸，通过逐级换压适应地下高压环境，之后进入泥水仓进行换刀工作。

然而发明人发现，现有盾构机的换刀装置以及换刀方法还存在盾构机内部有坍塌危险、会对施工人员造成伤害，以及需要人员轮换、每次换刀的施工成本高等缺点。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种盾构机自动换刀系统，其能够实现盾构机内部的自动换刀。

为实现前述目的的盾构机自动换刀系统包括用于盾构机内部的换刀作业的自动换刀装置，所述盾构机包括刀盘以及依次设置在所述刀盘后的泥水仓、气垫仓以及人孔仓，其特征在于，所述自动换刀装置包括：

座体，包括固定部以及活动部，所述活动部设置在所述固定部的顶部、且可纵向移动地与所述固定部连接；

位置调节机构，可横向移动地与所述活动部连接；

爪部，设置在所述位置调节机构的末端，与所述位置调节机构可转动连接；

电机，用于驱动所述位置调节机构以及所述爪部；以及

控制器，控制所述电机的起停；

其中，所述固定部的底部固定连接所述人孔仓，所述位置调节机构穿过所述气垫仓以及所述泥水仓，所述爪部用于装卸所述刀盘上的刀具。

在一个或多个实施方式中，所述位置调节机构是一种六轴机械臂，所述电机分别驱动每段所述机械臂。

在一个或多个实施方式中，所述固定部上设置有纵向滑轨，所述活动部通过所述纵向滑轨与所述固定部连接。

在一个或多个实施方式中，所述活动部上设置有横向滑轨，所述位置调节机构通过所述横向滑轨与所述活动部连接。

在一个或多个实施方式中，所述位置调节机构的末端设置有摄像头、水刀和/或照明灯。

在一个或多个实施方式中，所述位置调节机构的末端设置有激光测距装置。

在一个或多个实施方式中，盾构机自动换刀系统还包括与所述自动换刀装置配合使用、设置在所述刀盘上的盾构机刀具刀箱总成，所述刀具刀箱总成包括：

箱体，具有凹部，所述凹部具有大径内环面和小径内环面，所述大径内环面具有内径逐渐缩小而形成的斜坡；

转动紧固件，设置在所述凹部内，包括第一开口、大径外环面以及小径外环面，所述小径外环面内置于所述小径内环面内，所述大径外环面内置于所述大径内环面内，所述大径外环面与所述小径外环面之间存在偏心距离；以及

刀具，包括刀轴，所述刀轴容纳于所述第一开口中；

其中，所述大径内环面、小径内环面具有与所述第一开口对应的第二开口，在所述第一开口和所述第二开口对齐的状态，所述转动紧固件在所述凹部内可转动，而在所述第一开口相对所述第二开口错开一定角度的状态，所述转动紧固件的所述大径外环面与所述斜坡挤压卡紧。

在一个或多个实施方式中，所述刀具刀箱总成还包括：

凸台，所述凸台自所述箱体的安装面突起，且具有向内弯曲的第一弧形面以及第二弧形面；以及，

第二紧固块，安装于所述安装面，与所述凸台围出所述凹部，其包括与所述第一弧形面半径相同的向内弯曲的第三弧形面以及与所述第二弧形面半径相同的向内弯曲的第四弧形面；

其中，所述第一弧形面与所述第三弧形面组合成所述大径内环面，所述第二弧形面与所述第四弧形面组合成所述小径内环面。

本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型盾构机自动换刀系统的盾构机，能够实现自动换刀功能，提高了生产效率的同时也进一步提升了工作人员的安全。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1示出了盾构机自动换刀装置一个实施方式的正面示意图；

图2示出了盾构机自动换刀装置一个实施方式的俯视示意图；

图3示出了盾构机自动换刀装置在盾构机中的一个实施方式的示意图；

图4至图7示出了盾构机自动换刀装置在盾构机内进行换刀时的状态变化示意图；

图8示出了箱体一个实施方式的立体示意图；

图9示出了第二紧固块一个实施方式的立体示意图；

图10示出了第二紧固块安装于箱体上的剖视图；

图11为图9一个实施方式的A部局部放大图；

图12示出了转动紧固件一个实施方式的立体示意图；

图13示出了图12中转动紧固件的正面示意图；

图14示出了盾构机刀具一个实施方式的立体示意图；

图15示出了刀具与转动紧固件装配后的正面示意图；

图16示出了刀具与刀箱总成装配后的剖视示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

盾构机是一种用于隧道挖掘的设备，盾构机的盾体包括前盾、中盾和盾尾三部分，其中前盾部分设置有刀盘，刀盘通过固定在前盾的承压隔板上，前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动。当盾构机工作时，刀盘通过安装在前盾的刀盘电机驱动以顺时针或逆时针方向旋转，同时，设置在中盾中的推进油缸推动盾构机向前，以进行地下土体挖掘。

当刀具磨损时，常需要对盾构机刀盘上的刀具进行更换。盾构机自动换刀系统包括盾构机自动换刀装置以及与盾构机自动换刀装置配合使用的盾构机刀具刀箱总成。其中，图1示出了盾构机自动换刀装置一个实施方式的正面示意图，图2示出了盾构机自动换刀装置一个实施方式的俯视示意图，图3示出了盾构机自动换刀装置在盾构机中的一个实施方式的示意图。

请结合参见图1至图3，在盾构机的刀盘向内依次有泥水仓4、气垫仓3以及人孔仓2，在泥水仓4、气垫仓3以及人孔仓2之间分别设置有密封舱门。盾构机自动换刀装置1包括座体11、位置调节机构12以及爪部13。其中，座体11包括固定部111以及活动部112，固定部111的底部固定连接在人孔仓2的底面上，活动部112设置在所述固定部111的顶部，且其与固定部111之间可纵向移动。位置调节机构12设置在活动部112的上方，其与活动部112之间可横向移动。爪部13设置在位置调节机构12的末端，且与位置调节机构12可转动连接。在图中未示出的部分中，盾构机自动换刀装置还包括控制器，位置调节机构12根据控制器输出的指令进行运动，从而能够带动爪部13从人孔仓移动到泥水仓，进行换刀作业。当需要进行刀具的装卸时，位置调节机构12穿过舱门进入气垫仓3，并再次穿过舱门进入泥水仓4，从而通过控制器控制电机，以驱动爪部13进行转动，从而在刀盘上对刀具进行装卸。

请详见图1，在一个实施例中，位置调节机构12是一种六轴机械臂，其包括第一臂体121、第二臂体122、第三臂体123、第四臂体124、第五臂体125以及第六臂体126。其中，第一臂体121连接活动部112，且可沿活动部112的横向进行移动。第二臂体122连接第一臂体121，且第一臂体121设置有第一电机，第一电机通过啮合传动或是联轴器传动第二臂体122，并驱动第二臂体122以与水平面垂直的第一转轴1201为中心进行转动。第三臂体123连接第二臂体122，第二臂体122设置有第二电机，第二电机通过啮合传动或是联轴器传动第三臂体123，并驱动第三臂体123以与第一转轴1201垂直的第二转轴1202为中心进行转动。同样地，第四臂体124连接第三臂体123，第三臂体123设置有第三电机，第三电机通过啮合传动或是联轴器传动第四臂体124，并驱动第四臂体124以与第二转轴1202垂直的第三转轴1203为中心进行转动。第五臂体125连接第四臂体124，第四臂体124设置有第四电机，第四电机通过啮合传动或是联轴器传动第五臂体125，并驱动第五臂体125以与第三转轴1203垂直的第四转轴1204为中心进行转动。第六臂体126连接第五臂体125，第五臂体125设置有第五电机，第五电机通过啮合传动或是联轴器传动第六臂体126，并驱动第六臂体126以与第四转轴1204垂直的第五转轴1205为中心进行转动。爪部13与第六臂体126转动连接，第六臂体126设置有第六电机，第六电机通过啮合传动或是联轴器传动爪部13。控制器通过控制第一至第六电机的起停，能够使得第六臂体126的末端到达刀盘上任意合适的位置，从而控制器再驱动与爪部13连接的电机，使得爪部13转动，从而对刀盘上的刀具进行拆卸。

在一个未图示的实施方式中，固定部111的底部也可以是固定连接在人孔仓2的顶面或侧面。

请详见图2，在一个实施方式中，固定部111上设置有纵向滑轨114，活动部112通过纵向滑轨114与固定部111连接。

在一个实施方式中，活动部112上设置有横向滑轨115，位置调节机构12通过横向滑轨115与活动部112连接。

在一个未图示的实施方式中，位置调节机构12的末端还设置有摄像头，用于辅助作业人员查看调节爪部13在刀盘上的位置。

在另一未图示的实施方式中，位置调节机构12的末端还设置有水刀，用于辅助处理刀盘上的残留物。

在另一未图示的实施方式中，位置调节机构12的末端还设置有照明灯，同样可用于辅助作业人员查看调节爪部13在刀盘上的位置。

在另一未图示的实施方式中，位置调节机构12的末端还设置有激光测距装置，同样可用于辅助控制器判断调节爪部13在刀盘上的位置。

在又一未图示的实施方式中，座体11中还包括用于调节高度的升降平台，其能够进一步辅助调节爪部13在刀盘上的位置。

图4至图7分别示出了盾构机自动换刀装置1在盾构机内进行换刀时的状态变化，参结合参见图1至图7，盾构机自动换刀装置1的换刀步骤如下：

首先，如图3所示，先将泥水仓4与气垫仓3之间的舱门打开；

其次，如图4所示，位置调节机构12沿横向滑轨移动，使得位置调节机构12末端的爪部13进入到泥水仓4内；

随后，如图5所示，位置调节机构12继续沿横向滑轨移动，同时，第二电机在控制器控制下工作，并带动位置调节机构12中的第三臂体123进行转动、第四臂体124在控制器的控制下工作，带动位置调节机构12中的第四臂体124转动、第五电机在控制器的控制下工作，带动位置调节机构12中的第六臂体126转动，使得爪部13运动至刀盘表面需要进行装卸刀具的位置

然后，电机控制爪部13转动，将刀具自刀盘中的刀具刀箱总成上卸下；

随后，如图6所示，控制器控制第二电机工作，使得位置调节机构12的第三臂体123向上转动，第五电机在控制器的控制下工作，带动位置调节机构12中的第六臂体126与进入时反向转动，使得位置调节机构12被调整恢复到初始状态；

之后，如图7所示，位置调节机构12沿横向滑轨移动，使得位置调节机构12末端爪部13回到气垫仓3内；

随后，通过一个图中未示出的传动机构将刀具从气垫仓3运回至人孔仓2内，从而实现对刀具的回收。在一个实施方式中，该传动机构可以是连接设置在气垫仓3与人孔仓2之间的带传动设备。

上述盾构机自动换刀装置进行自动换刀操作时，盾构机的刀盘上还包括与其配合使用的如图8至图16所示的刀箱刀具总装，刀箱刀具总成中包括箱体6、转动紧固件8以及固定在刀箱总成上的刀具5。

图8示出了箱体6一个实施方式的立体示意图，箱体6包括安装面60，在安装面60上设置有自安装面60朝向箱体6内侧突起的凸台61，凸台61具有向内弯曲设置的第一弧形面621以及第二弧形面631，第一弧形面621的半径大于第二弧形面631的半径，使得第一弧形面621与第二弧形面631之间呈台阶状。第一弧形面621与第二弧形面631上设有第二开口610，第二开口610将第一弧形面621与第二弧形面631分成两段。

图9示出了第二紧固块7一个实施方式的立体示意图，图10示出了第二紧固块7安装于箱体1上的剖视图，图11为图9一个实施方式的A部局部放大图。请结合参见图9至图11，第二紧固块7包括与第一弧形面621半径相同、向内弯曲设置的第三弧形面722以及与第二弧形面631半径相同、向内弯曲设置的第四弧形面732，当第二紧固块7安装在箱体6的安装面60上时，第二紧固块7与凸台61围出了箱体6上凹部64。其中，第一弧形面621与第三弧形面722相接形成了大径内环面62，同时，第二弧形面631与第四弧形面732相接形成了小径内环面63。且大径内环面62与小径内环面63之间呈台阶状。请详见图10，第三弧形面722的一部分内径渐变至与第四弧形面732的半径相同，从而在大径内环面62上形成了内径渐变而形成的斜坡。

在一个与图10所示不同的实施方式中，所述第二紧固块7与凸台61在安装面60上为一体成型而成，凹部64直接设置在箱体6的侧壁上。

图12示出了转动紧固件8一个实施方式的立体示意图，图13示出了图12中转动紧固件8的正面示意图，请结合参见图12以及图13，转动紧固件8包括与第二开口610对应的第一开口80以及大径外环面81和小径外环面82。当转动紧固件8设置在凹部64内中时，小径外环面82内置于小径内环面63内，大径外环面81内置于大径内环面62内，且大径外环面81的半径处于大径内环面62与小径内环面63的半径之间，小径外环面82的半径小于小径内环面63的半径,使得转动紧固件8置于凹部64内能够有一定转动的自由度。又由图13可以视得，大径外环面81所在圆与小径外环面82所在圆是两个偏心圆。其中，大径外环面81所在圆与小径外环面82所在圆可以是如图13所示出的相切于一平面的状态，也可以是偏心一段距离的不相切状态。在第一开口80和第二开口610处于对齐的状态时，转动紧固件8在凹部64内可转动，而在第一开口80相对第二开口610错开一定角度的状态时，转动紧固件8的大径外环面81与大径内环面62上的斜坡挤压卡紧。

当转动紧固件8进行装配时，先将第一开口80与第二开口610对准，再将转动紧固件8在凹部64中旋转，此时，与大径外环面81所在圆及小径外环面82所在圆同时相切的平面也同时始终与小径内环面63所在圆相切，使得小径外环面82沿着小径内环面63转动，同时大径外环面81逐渐与大径内环面62相压紧，最终使得转动紧固件8被压紧固定于凹部64中。

图14示出了刀具5一个实施方式的立体示意图，图15示出了刀具5与转动紧固件8装配后的正面示意图，图16示出了刀具5与箱体6装配后的剖视示意图。请结合参见图14至图16，刀具5包括刀轴51，刀轴51能够与第一开口80配合并容纳于第一开口80之中，转动紧固件8带动刀轴51旋转，旋转后的刀轴51被限制在第二紧固块7和转动紧固件8之间。同时由于转动紧固件8在凹部64中旋转时，大径外环面81会逐渐与大径内环面62相压紧，使得刀轴51与转动紧固件8一同被压紧固定在刀箱总成之中。此外，在刀箱本体6上还设置有凹槽600，在凹槽600内设置有棘爪601，刀具上具有刀具齿轮52，当刀具被安装于刀箱总成之中时，棘爪601弹出，并与刀具齿轮52配合将刀具压紧在刀箱总成之中。当需要进行自动换刀时，爪部13伸入，此时棘爪601会弹起，从而电机控制爪部13转动，同时带动刀具5进行旋转后从刀盘上进行拆卸，以实现自动换刀的功能。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种盾构机自动换刀系统，包括用于盾构机内部的换刀作业的自动换刀装置，所述盾构机包括刀盘以及依次设置在所述刀盘后的泥水仓、气垫仓以及人孔仓，其特征在于，所述自动换刀装置包括：

座体，包括固定部以及活动部，所述活动部设置在所述固定部的顶部、且可纵向移动地与所述固定部连接；

位置调节机构，可横向移动地与所述活动部连接；

爪部，设置在所述位置调节机构的末端，与所述位置调节机构可转动连接；

电机，用于驱动所述位置调节机构以及所述爪部；以及

控制器，控制所述电机的起停；

其中，所述固定部的底部固定连接所述人孔仓，所述位置调节机构穿过所述气垫仓以及所述泥水仓，所述爪部用于装卸所述刀盘上的刀具。

2.如权利要求1所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，所述位置调节机构是一种六轴机械臂，所述电机分别驱动每段所述机械臂。

3.如权利要求1所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，所述固定部上设置有纵向滑轨，所述活动部通过所述纵向滑轨与所述固定部连接。

4.如权利要求1所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，所述活动部上设置有横向滑轨，所述位置调节机构通过所述横向滑轨与所述活动部连接。

5.如权利要求1所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，所述位置调节机构的末端设置有摄像头、水刀和/或照明灯。

6.如权利要求1所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，所述位置调节机构的末端设置有激光测距装置。

7.如权利要求1所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，还包括与所述自动换刀装置配合使用、设置在所述刀盘上的盾构机刀具刀箱总成，所述刀具刀箱总成包括：

箱体，具有凹部，所述凹部具有大径内环面和小径内环面，所述大径内环面具有内径逐渐缩小而形成的斜坡；

转动紧固件，设置在所述凹部内，包括第一开口、大径外环面以及小径外环面，所述小径外环面内置于所述小径内环面内，所述大径外环面内置于所述大径内环面内，所述大径外环面与所述小径外环面之间存在偏心距离；以及

刀具，包括刀轴，所述刀轴容纳于所述第一开口中；

其中，所述大径内环面、小径内环面具有与所述第一开口对应的第二开口，在所述第一开口和所述第二开口对齐的状态，所述转动紧固件在所述凹部内可转动，而在所述第一开口相对所述第二开口错开一定角度的状态，所述转动紧固件的所述大径外环面与所述斜坡挤压卡紧。

8.如权利要求7所述的盾构机自动换刀系统，其特征在于，所述刀具刀箱总成还包括：

凸台，所述凸台自所述箱体的安装面突起，且具有向内弯曲的第一弧形面以及第二弧形面；以及，

第二紧固块，安装于所述安装面，与所述凸台围出所述凹部，其包括与所述第一弧形面半径相同的向内弯曲的第三弧形面以及与所述第二弧形面半径相同的向内弯曲的第四弧形面；

其中，所述第一弧形面与所述第三弧形面组合成所述大径内环面，所述第二弧形面与所述第四弧形面组合成所述小径内环面。