CN219953342U - 隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，包括小车(1)、旋转底座(2)、立柱(3)、拼装机械臂主体(4)、配重块(5)、调节部(6)、修复钢板安装部(7)和固定部(8)；小车可滑动式设在隧道(9)内并通过固定部固定，立柱通过旋转底座可转动式设在小车上，拼装机械臂主体可转动式装在立柱上，配重块连接在拼装机械臂主体一端与旋转底座间；修复钢板安装部通过调节部可调节式装在拼装机械臂主体另一端，修复钢板装在修复钢板安装部上，拼装机械臂主体转动延伸至管片(901)内侧并贴合在管片内壁上。本实用新型能解决现有技术中内张钢圈施工作业对动车依赖大和施工效率低的问题。

Description

隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂

技术领域

本实用新型涉及一种机械臂，尤其涉及一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂。

背景技术

地铁隧道等隧道工程是城市建设的重要组成部分之一，隧道在长期使用后由于受到沉降、地面建筑结构施工等因素的影响，导致隧道存在一定程度的变形，需要对隧道进行修复施工。

内张钢圈加固作为隧道结构损伤的一项主要修复技术，广泛应用于各种原因引起的隧道横向大变形和纵向不均匀沉降的治理中。其原理是：以原有钢筋混凝土结构为基础，在隧道的管片内弧安装一圈2～3cm的钢板形成钢圈支撑，分块的钢板与钢板之间采用焊缝连接，且通过螺栓将钢圈与混凝土管片连接，并在钢圈与管片的空隙内填充灌注环氧树脂使其连成整体，形成一个新的受力结构提升隧道整体强度。

现有技术的内张钢圈施工作业需要通过动车牵引钢板，对动车的依赖较大，钢板牵引到施工位置处后需要施工人员对其进行吊装和固定，施工效率较低。因此，需要提供一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，能解决现有技术中内张钢圈施工作业对动车依赖大和施工效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，能解决现有技术中内张钢圈施工作业对动车依赖大和施工效率低的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，包括小车、旋转底座、立柱、拼装机械臂主体、配重块、调节部、修复钢板安装部和固定部；小车可滑动式设置在隧道内，小车具备刹车功能，且能通过固定部可靠固定在隧道内；立柱通过旋转底座可转动式设置在小车上，拼装机械臂主体可转动式安装在立柱的上部，配重块连接在拼装机械臂主体的一端与旋转底座之间；修复钢板安装部通过调节部可调节式安装在拼装机械臂主体的另一端，修复钢板安装在修复钢板安装部上，拼装机械臂主体能转动延伸至隧道的管片内侧，使修复钢板能通过调节部贴合在管片的内壁上。

所述的固定部包括对称安装在隧道的内壁底部两侧的若干个固定牛腿、对称安装在小车的两侧的若干个连接耳板和调节螺杆，连接耳板通过调节螺杆与固定牛腿拉结固定，使小车固定安装在隧道内。

所述的隧道的底部沿隧道的长度方向铺设有一对移动轨道，小车通过车轮沿一对移动轨道可滑动式设置在隧道内；且小车设有抱轨结构，使小车通过抱轨结构固定在一对移动轨道上。

所述的旋转底座包括旋转轴承座、安装板和立柱底座；旋转轴承座的外圈底部固定安装在小车的顶部中心，安装板固定安装在旋转轴承座的内圈顶部，使安装板可转动式设置在小车的上方；立柱底座设置在安装板上，立柱的底部固定安装在立柱底座的一端，配重块通过调节组件安装在立柱底座的另一端。

所述的调节组件包括配重臂和第一伸缩油缸；配重臂的一端与立柱底座的一端可转动式连接，配重臂的另一端延伸至立柱底座的另一端并与配重块固定连接；第一伸缩油缸的一端与配重臂可转动式连接，第一伸缩油缸的另一端与拼装机械臂主体的一端可转动式连接。

所述的拼装机械臂主体包括大臂、中臂、小臂、第二伸缩油缸和第三伸缩油缸；大臂可转动式安装在立柱的顶部，且大臂一端与第一伸缩油缸的另一端可转动式连接，大臂的另一端与中臂一端可转动式连接，中臂的另一端与小臂一端可转动式连接；第二伸缩油缸可转动式连接在中臂一端和大臂一端之间，第三伸缩油缸可转动式连接在中臂一端与小臂一端之间；小臂的另一端与调节部连接。

所述的调节部包括伸缩部和转动部，伸缩部的安装端通过固定安装在小臂的另一端上，转动部的安装端固定安装在伸缩部的伸缩端上；修复钢板安装部固定安装在转动部的转动端上。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本实用新型由于设有小车、移动轨道和钢板安装部，能使小车在人力推动或小功率驱动下沿移动轨道滑动，将钢板安装在钢板安装部上后能随小车快速、稳定的移动至施工位置处，完成钢板的隧道内运输，无需依赖于动车牵引运输钢板，有利于降低能耗并提高施工效率。

2、本实用新型由于设有旋转底座、拼装机械臂主体和调节部，旋转底座能满足钢板的90°来回转动，拼装机械臂主体通过销轴连接油缸驱动的大、中、小臂，能实现大臂±50°、中臂±55°和小臂±30°的摆幅，并通过调节部满足顶升和角度微调，能实现各个方向和角度的多自由度调节，保证钢板的移动轨迹能覆盖整个隧道断面，并与管片内壁匹配贴合，有利于提高钢板的修复安装效率和质量。

3、本实用新型由于采用轻量模块化拼装，整体质量轻，结构简单，可通过人工实现快速拆装和搬运，有利于降低使用能耗，提高钢板修复安装效率。

附图说明

图1是本实用新型隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂的主视图；

图2是本实用新型隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂的剖视图(小车和固定部未示出)；

图3是图2中A-A的剖视图；

图4是本实用新型隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂中小车的俯视图；

图5是本实用新型隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂中小车的主视图；

图6是本实用新型隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂的施工覆盖范围示意图；图中，三块阴影部分分别为大臂、中臂和小臂的摆幅；

图7是本实用新型隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂的使用示意图。

图中，1小车，101车轮，102连接耳板，103调节螺杆，2旋转底座，201旋转轴承座，202安装板，203立柱底座，3立柱，4拼装机械臂主体，401大臂，402中臂，403小臂，404第二伸缩油缸，405第三伸缩油缸，5配重块，501配重臂，502第一伸缩油缸，6调节部，601伸缩部，602转动部，7钢板安装部，8固定部，9隧道，901管片，902固定牛腿，903移动轨道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

请参见附图1和附图7，一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，包括小车1、旋转底座2、立柱3、拼装机械臂主体4、配重块5、调节部6、修复钢板安装部7和固定部8；小车1可滑动式设置在隧道9内，且小车1具备刹车功能，能通过固定部8可靠固定在隧道9内；立柱3通过旋转底座2可转动式设置在小车1上，拼装机械臂主体4可转动式安装在立柱3的上部，配重块5连接在拼装机械臂主体4的一端与旋转底座2之间；修复钢板安装部7通过调节部6可调节式安装在拼装机械臂主体4的另一端，修复钢板安装在修复钢板安装部7上，拼装机械臂主体4能转动延伸至隧道9的管片901内侧，使修复钢板能通过调节部6贴合在管片901的内壁上。

小车1可采用现有技术的轻量化材质制成，重量不超过140kg，能在隧道9内灵活移动，便于将修复钢板运输至施工位置，并通过固定部8定位。立柱3、拼装机械臂主体4、配重块5、调节部6、修复钢板安装部7和修复钢板通过旋转底座2相对小车1转动，以适应不同方向的修复钢板安装修复作业。拼装机械臂主体可采用轻量化材质分节制成，通过多节机械臂的相对转动调节修复钢板安装部7和修复钢板的位置，修复钢板的移动轨迹可覆盖整个隧道断面，可满足不同尺寸的隧道内的管片修复要求。调节部6用于修复钢板的位置和角度的微调，确保修复钢板与管片901之间的有效、精确贴合，从而便于修复钢板的安装及其对管片901的修复。

请参见附图1、附图4、附图5和附图7，所述的固定部8包括对称安装在隧道9的内壁底部两侧的若干个固定牛腿902、对称安装在小车1的两侧的若干个连接耳板102和调节螺杆103，连接耳板102通过调节螺杆103与固定牛腿902拉结固定，使小车1固定安装在隧道9内。

固定牛腿902的数量和间距可根据隧道9内所需修复区域的覆盖面积确定，保证小车1上的连接耳板102能通过调节螺杆103与固定牛腿902连接固定，从而将小车1限位在隧道9内的施工位置处，以保证修复钢板的精准对位和安全施工。

优选的，调节螺杆103可采用花篮螺栓，调节范围大，能利用螺纹咬合保证对小车1的拉结限位，调节螺杆103可在小车1的两侧前后各设置一根，确保小车1的稳定性。

请参见附图7，所述的隧道9的底部沿隧道9的长度方向铺设有一对移动轨道903，小车1通过车轮101沿一对移动轨道903可滑动式设置在隧道9内；且小车1设有抱轨结构，使小车1通过抱轨结构固定在一对移动轨道903上。

利用移动轨道903引导和限位小车1，以保证修复钢板通过小车1在隧道9内的移动稳定性、安全性和可控性，防止小车1意外滑移。优选的，小车1的车轮101可具备现有技术的刹车抱轨结构，以保证小车1的刹停需求，修复钢板的运输过程更安全。

请参见附图1和附图2，所述的旋转底座2包括旋转轴承座201、安装板202和立柱底座203；旋转轴承座201的外圈底部固定安装在小车1的顶部中心，安装板202固定安装在旋转轴承座201的内圈顶部，使安装板202可转动式设置在小车1的上方；立柱底座203设置在安装板202上，立柱3的底部通过螺栓固定安装在立柱底座203的一端，配重块5通过调节组件安装在立柱底座203的另一端。

旋转轴承座201的内圈相对外圈转动时，可带动安装板202、立柱底座203转动，可90°双向转动，以保证修复钢板的移动轨迹能覆盖整个施工区域，满足修复钢板的安装要求。

请参见附图2，所述的调节组件包括配重臂501和第一伸缩油缸502；配重臂501的一端通过销轴与立柱底座203的一端可转动式连接，配重臂501的另一端延伸至立柱底座203的另一端并与配重块5固定连接；第一伸缩油缸502的一端通过销轴与配重臂501可转动式连接，第一伸缩油缸502的另一端通过销轴与拼装机械臂主体4的一端可转动式连接。

配重块5可由多块单元配重块可拆卸式层叠构成，重量优选为0-180kg，保证拼装机械臂主体4在任意形态下的稳定性，整体受力平衡，以满足不同尺寸、不同区域处的修复钢板的安装要求。通过第一伸缩油缸502利用油压控制伸缩并带动配重臂501转动，从而调节配重块5的位置，以保证拼装机械臂主体4的运动平衡。

请参见附图1至附图3，所述的拼装机械臂主体4包括大臂401、中臂402、小臂403、第二伸缩油缸404和第三伸缩油缸405；大臂401通过销轴可转动式安装在立柱3的顶部，且大臂401一端的第一连接点通过销轴与第一伸缩油缸502的另一端可转动式连接，大臂401的另一端通过销轴与中臂402一端的第二连接点可转动式连接，中臂402的另一端通过销轴与小臂403一端的第三连接点可转动式连接；第二伸缩油缸404通过销轴可转动式连接在中臂402一端的第四连接点和大臂401一端的第五连接点之间，第三伸缩油缸405通过销轴可转动式连接在中臂402一端的第六连接点与小臂403一端的第七连接点之间；小臂403的另一端与调节部6连接。

通过第一伸缩油缸502的伸缩端伸缩同时可带动大臂401绕销轴相对立柱3上下转动，大臂401、第一伸缩油缸502和配重臂501利用销轴相对转动，保持整体平衡。通过第二伸缩油缸404的伸缩端伸缩带动中臂402绕销轴相对大臂上下转动，通过第三伸缩油缸405的伸缩端伸缩带动小臂403绕销轴相对中臂402上下转动，利用大臂401、中臂402和小臂403的不同转动角度的组合能将修复钢板移动至不同的位置，能满足不同尺寸的隧道9和隧道9整个断面处的修复钢板安装要求。

大臂401的摆幅优选为±50°，中臂402的摆幅优选为±55°，小臂403的摆幅优选为±30°，如附图6所示，调节范围大，适用范围广，调节控制简单可控。

优选的，大臂401、中臂402、小臂403和立柱3可铝制等轻量化材料制成，并通过螺栓、销轴等方式装配，单模块重量≤50kg，能在保持整个机械臂结构强度的情况下降低整体重量，整个机械臂的重量小于360kg，使人工搬运、推行和拆装更加方便、快捷。

第一伸缩油缸502、第二伸缩油缸405和第三伸缩油缸406通过油压实现驱动功能，结合轻量化设计使整个机械臂的功率小，可由小车1携带24V随身电源实现电源动力驱动，也可利用隧道内的220V电源提供驱动电源，24V和220V切换，能为特殊情况下的施工提供保障。

请参见附图1、附图2和附图7，所述的调节部6包括伸缩部601和转动部602，伸缩部601的安装端通过法兰螺栓固定安装在小臂403的另一端上，转动部602的安装端通过法兰螺栓固定安装在伸缩部601的伸缩端上；修复钢板安装部7通过法兰螺栓固定安装在转动部602的转动端上。

优选的，伸缩部601可采用现有技术的液压千斤顶，液压千斤顶的规格可根据修复钢板的重量等参数适应性选择，可通过液压千斤顶将修复钢板向外顶出，从而满足修复钢板与管片901内壁之间的小距离调节，使修复钢板与管片901贴合。同时，转动部602可采用球轴，转动范围大，能满足修复钢板各个方向的转动，提高修复钢板与管片901内壁的贴合度，从而保证修复钢板的有效安装及其对隧道的管片901的修复效果。

优选的，伸缩部601、转动部602和小臂403之间可采用螺栓等方式连接，拆装方便、快捷。

整个机械臂的功率约为1.5kw，额定压力21MP，并通过遥控手柄控制第一伸缩油缸502、第二伸缩油缸404和第三伸缩油缸405，控制简单、方便。

请参见附图1至附图7，本实用新型的使用方法及其施工流程是：

小车1可采用铝制轻量化的小车，小车1整体为矩形结构，底部对称设置四个车轮101。将小车1置于隧道9内，使小车1能通过车轮101沿两条移动轨道903沿隧道9的长度方向移动，并通过抱轨机构刹停在移动轨道903上。小车1可采用人力轨道推车，特殊情况可实现人工干预逃离。

在隧道9的底部两侧沿隧道9的长度方向间隔设置固定牛腿902，当小车1移动至施工区域时，可通过花篮螺杆即调节螺杆103连接在小车1的连接耳板102和固定牛腿902之间，将小车1可靠固定在隧道9内。四根调节螺杆103周向设置在小车1四周，可保证对小车1的稳定限位，防止小车1在施工过程中意外滑动，同时能通过花篮螺杆的双向调节性保证小车1在四个固定牛腿902之间的位置适应性。

将隧道修复用的修复钢板安装在修复钢板安装部7上，修复钢板安装部7可采用与修复钢板相匹配的结构形式，便于修复钢板随小车的同步移动和修复钢板的安装。

修复钢板沿移动至施工区域后，可通过旋转轴承座201带动立柱3、拼装机械臂主体4、配重块5、调节部6、修复钢板安装部7和修复钢板相对小车1同步转动，使修复钢板转动至面向施工位置的方向。

同时，通过第一伸缩油缸502的伸缩端伸缩带动大臂401相对立柱3转动，并同步带动配重块5转动，保持整体平衡。通过第二伸缩油缸404的伸缩端伸缩带动中臂402相对大臂401转动，通过第三伸缩油缸405的伸缩端伸缩带动小臂403相对中臂402转动，从而将修复钢板安装部7和修复钢板进一步移动至所需修复的管片901的内侧。

再通过伸缩部601将修复钢板伸出至贴合在管片901的内壁上，由于修复钢板和管片901均为弧面结构，可能存在一定角度偏差无法完全贴合，可通过转动部602转动修复钢板，保证修复钢板完全贴合在管片901的内壁上，最后由施工人员将修复钢板通过螺栓与管片901连接固定，并按照常规流程加固、灌注环氧树脂等。拆除修复钢板安装部7与修复钢板的连接。

以上完成一块修复钢板的修复施工作业，重复上述动作，直至完成所有修复作业。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：包括小车(1)、旋转底座(2)、立柱(3)、拼装机械臂主体(4)、配重块(5)、调节部(6)、修复钢板安装部(7)和固定部(8)；小车(1)可滑动式设置在隧道(9)内，且小车(1)能通过固定部(8)固定在隧道(9)内；立柱(3)通过旋转底座(2)可转动式设置在小车(1)上，拼装机械臂主体(4)可转动式安装在立柱(3)的上部，配重块(5)连接在拼装机械臂主体(4)的一端与旋转底座(2)之间；修复钢板安装部(7)通过调节部(6)可调节式安装在拼装机械臂主体(4)的另一端，修复钢板安装在修复钢板安装部(7)上，拼装机械臂主体(4)能转动延伸至隧道(9)的管片(901)内侧，使修复钢板能通过调节部(6)贴合在管片(901)的内壁上。

2.根据权利要求1所述的隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：所述的固定部(8)包括对称安装在隧道(9)的内壁底部两侧的若干个固定牛腿(902)、对称安装在小车(1)的两侧的若干个连接耳板(102)和调节螺杆(103)，连接耳板(102)通过调节螺杆(103)与固定牛腿(902)拉结固定，使小车(1)固定安装在隧道(9)内。

3.根据权利要求1或2所述的隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：所述的隧道(9)的底部沿隧道(9)的长度方向铺设有一对移动轨道(903)，小车(1)通过车轮(101)沿一对移动轨道(903)可滑动式设置在隧道(9)内；且小车(1)设有抱轨结构，使小车(1)通过抱轨结构固定在一对移动轨道(903)上。

4.根据权利要求1所述的隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：所述的旋转底座(2)包括旋转轴承座(201)、安装板(202)和立柱底座(203)；旋转轴承座(201)的外圈底部固定安装在小车(1)的顶部中心，安装板(202)固定安装在旋转轴承座(201)的内圈顶部，使安装板(202)可转动式设置在小车(1)的上方；立柱底座(203)设置在安装板(202)上，立柱(3)的底部固定安装在立柱底座(203)的一端，配重块(5)通过调节组件安装在立柱底座(203)的另一端。

5.根据权利要求4所述的隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：所述的调节组件包括配重臂(501)和第一伸缩油缸(502)；配重臂(501)的一端与立柱底座(203)的一端可转动式连接，配重臂(501)的另一端延伸至立柱底座(203)的另一端并与配重块(5)固定连接；第一伸缩油缸(502)的一端与配重臂(501)可转动式连接，第一伸缩油缸(502)的另一端与拼装机械臂主体(4)的一端可转动式连接。

6.根据权利要求5所述的隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：所述的拼装机械臂主体(4)包括大臂(401)、中臂(402)、小臂(403)、第二伸缩油缸(404)和第三伸缩油缸(405)；大臂(401)可转动式安装在立柱(3)的顶部，且大臂(401)一端与第一伸缩油缸(502)的另一端可转动式连接，大臂(401)的另一端与中臂(402)一端可转动式连接，中臂(402)的另一端与小臂(403)一端可转动式连接；第二伸缩油缸(404)可转动式连接在中臂(402)一端和大臂(401)一端之间，第三伸缩油缸(405)可转动式连接在中臂(402)一端与小臂(403)一端之间；小臂(403)的另一端与调节部(6)连接。

7.根据权利要求6所述的隧道修复施工用轻量化多自由度拼装机械臂，其特征是：所述的调节部(6)包括伸缩部(601)和转动部(602)，伸缩部(601)的安装端通过固定安装在小臂(403)的另一端上，转动部(602)的安装端固定安装在伸缩部(601)的伸缩端上；修复钢板安装部(7)固定安装在转动部(602)的转动端上。