一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手的制作方法
【專利摘要】一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，屬于隧道掘進(jìn)施工設(shè)備維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。該換刀機械手可以與伸縮機構(gòu)配合使用來代替人工進(jìn)行換刀作業(yè)，以提高盾構(gòu)機換刀效率、保障施工人員的人身安全、加快隧道掘進(jìn)工程的進(jìn)度。本發(fā)明包括殼體，在殼體上設(shè)置有螺栓拆裝模塊、梯形楔塊拆裝模塊、方形楔塊拆裝模塊、軸向旋轉(zhuǎn)模塊和滾刀拆裝固定模塊；所述梯形楔塊拆裝模塊包括第二固定法蘭，第二固定法蘭固定在殼體上，在第二固定法蘭上固定有第一電磁鐵；所述方形楔塊拆裝模塊包括拆裝伸縮部分和拆裝旋轉(zhuǎn)部分；所述滾刀拆裝固定模塊包括第三液壓缸，第三液壓缸固定在殼體上，第三液壓缸的活塞桿與螺栓固定卡位塊相連。
【專利說明】
一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于隧道掘進(jìn)施工設(shè)備維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，是涉及一種盾構(gòu)機換刀機械手，特別是涉及一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)機常用的換刀方式為常壓換刀和帶壓換刀，本發(fā)明涉及的泥水平衡盾構(gòu)機單滾刀換刀目前采用的是人工帶壓換刀。換刀作業(yè)時，施工人員需要帶壓進(jìn)入泥水艙內(nèi)檢查、更換刀具，該作業(yè)不僅施工難度大、工作效率低，而且風(fēng)險系數(shù)高，極易發(fā)生安全事故。一般情況下，施工人員在進(jìn)艙工作前，需穿戴好潛水服以及相應(yīng)的保護(hù)措施，為避免發(fā)生意外，還需要在潛水學(xué)校醫(yī)生和潛水教練的指導(dǎo)下，嚴(yán)格按照帶壓作業(yè)指導(dǎo)程序進(jìn)行工作:先進(jìn)入人閘艙完成逐級換壓，之后進(jìn)入氣壓艙，最后才能進(jìn)入泥水艙進(jìn)行換刀作業(yè)。在作業(yè)過程中，當(dāng)?shù)侗P需要旋轉(zhuǎn)時，施工人員必須全部撤離，同時，為了避免有毒氣體的侵入，還需要每隔一段時間進(jìn)行一次空氣質(zhì)量檢測，并且施工人員不能長時間連續(xù)在艙內(nèi)進(jìn)行換刀作業(yè)。
[0003]在整個隧道施工進(jìn)程中，需要進(jìn)行多次換刀，每次換刀都繁瑣耗時，對整體的施工進(jìn)度影響很大，因此，設(shè)計制造一款能夠代替人工進(jìn)行換刀作業(yè)的換刀機器人對施工人員的人身安全、換刀作業(yè)的效率及隧道掘進(jìn)工程的進(jìn)度都將帶來有效的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手。該換刀機械手可以與伸縮機構(gòu)配合使用來代替人工進(jìn)行換刀作業(yè)，以提高盾構(gòu)機換刀效率、保障施工人員的人身安全、加快隧道掘進(jìn)工程的進(jìn)度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，包括殼體，在殼體上設(shè)置有螺栓拆裝模塊、梯形楔塊拆裝模塊、方形楔塊拆裝模塊、軸向旋轉(zhuǎn)模塊和滾刀拆裝固定模塊；
[0006]所述梯形楔塊拆裝模塊包括第二固定法蘭，所述第二固定法蘭固定在殼體上，在第二固定法蘭上固定有第一電磁鐵；
[0007]所述方形楔塊拆裝模塊包括拆裝伸縮部分和拆裝旋轉(zhuǎn)部分，所述拆裝伸縮部分包括固定支架，所述固定支架固定在殼體上，在固定支架上設(shè)置有第一液壓缸，在所述第一液壓缸活塞桿上設(shè)置有連接支架，所述連接支架上傾斜固定有第二液壓缸，在所述第二液壓缸活塞桿上設(shè)置有第二電磁鐵;所述拆裝旋轉(zhuǎn)部分包括第一擺動液壓缸，所述第一擺動液壓缸與殼體固定連接，第一擺動液壓缸輸出端與第二齒輪傳動機構(gòu)主動輪固定連接，所述第二齒輪傳動機構(gòu)從動輪與傳動軸固定連接，所述傳動軸通過第一軸承設(shè)置在殼體內(nèi)，傳動軸的端部與設(shè)置在殼體外的轉(zhuǎn)動塊固定連接，所述轉(zhuǎn)動塊上設(shè)置有第三電磁鐵；
[0008]所述滾刀拆裝固定模塊包括第三液壓缸，所述第三液壓缸固定在殼體上，第三液壓缸的活塞桿與螺栓固定卡位塊相連。
[0009]所述螺栓拆裝模塊包括第一固定法蘭，所述第一固定法蘭固定在殼體上，在第一固定法蘭上設(shè)置有液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)的輸出端與第一齒輪傳動機構(gòu)的輸入端連接，所述第一齒輪傳動機構(gòu)的輸出端與螺栓套筒相接。
[0010]所述軸向旋轉(zhuǎn)模塊包括第二擺動液壓缸，所述第二擺動液壓缸與殼體固定連接，在殼體上固定有套筒，在第二擺動液壓缸輸出端設(shè)置有連接法蘭，在所述套筒與連接法蘭之間設(shè)置有第二軸承。
[0011]在殼體上水平設(shè)置有連接支架的滑軌。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
[0013]本發(fā)明可以與伸縮機構(gòu)配合使用，能夠代替人工進(jìn)行泥水平衡盾構(gòu)機單滾刀的換刀作業(yè)，保障施了工人員的人身安全，由于本發(fā)明的機械手可以安置于艙內(nèi)的高壓環(huán)境內(nèi)隨時進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，節(jié)省了人工換刀時施工人員換壓進(jìn)艙的時間，也克服了施工人員在艙內(nèi)不能長時間連續(xù)作業(yè)的缺點，從而提升了盾構(gòu)機的換刀效率，進(jìn)而加快了隧道掘進(jìn)工程的施工進(jìn)度。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是機械手去除殼體后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是軸向旋轉(zhuǎn)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是梯形楔塊拆裝模塊工作狀態(tài)示意圖；
[0018]圖5是方形楔塊拆裝模塊在伸出位的工作狀態(tài)示意圖；
[0019]圖6是方形楔塊拆裝模塊在收縮位的工作狀態(tài)示意圖；
[0020]圖中:1-螺栓拆裝模塊，2-梯形楔塊拆裝模塊，3-滾刀拆裝固定模塊，4-殼體，5-軸向旋轉(zhuǎn)模塊，6-方形楔塊拆裝模塊，7-液壓馬達(dá)，8-第一齒輪傳動機構(gòu)，9-第一固定法蘭，10-螺栓套筒，11-第一電磁鐵，12-第二固定法蘭，13-第三液壓缸，14-螺栓固定卡位塊，15-滑軌，16-第一擺動液壓缸，17-第一液壓缸，18-第二液壓缸，19-第二電磁鐵，20-第三電磁鐵，21-轉(zhuǎn)動塊，22-固定支架，23-連接支架，24-傳動軸，25-第一軸承，26-第二齒輪傳動機構(gòu)，27-第二擺動液壓缸，28-套筒，29-連接法蘭，30-第二軸承，31-刀箱，32-滾刀，33-梯形楔塊，34-方形楔塊。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]如圖1、圖2所示，一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，包括殼體4，在殼體4上設(shè)置有螺栓拆裝模塊1、梯形楔塊拆裝模塊2、方形楔塊拆裝模塊6、軸向旋轉(zhuǎn)模塊5和滾刀拆裝固定模塊3 ；
[0023]所述梯形楔塊拆裝模塊2包括第二固定法蘭12，所述第二固定法蘭12固定在殼體4上，在第二固定法蘭12上固定有第一電磁鐵11;
[0024]所述方形楔塊拆裝模塊6包括拆裝伸縮部分和拆裝旋轉(zhuǎn)部分，所述拆裝伸縮部分包括固定支架22，所述固定支架22固定在殼體4上，在固定支架22上設(shè)置有第一液壓缸17，在所述第一液壓缸17活塞桿上設(shè)置有連接支架23，所述連接支架23上傾斜固定有第二液壓缸18，在所述第二液壓缸18活塞桿上設(shè)置有第二電磁鐵19，在殼體4上水平設(shè)置有連接支架23的滑軌15;所述拆裝旋轉(zhuǎn)部分包括第一擺動液壓缸16，所述第一擺動液壓缸16與殼體4固定連接，第一擺動液壓缸16輸出端與第二齒輪傳動機構(gòu)26主動輪固定連接，所述第二齒輪傳動機構(gòu)26從動輪與傳動軸24固定連接，所述傳動軸24通過第一軸承25設(shè)置在殼體4內(nèi)，傳動軸24的端部與設(shè)置在殼體4外的轉(zhuǎn)動塊21固定連接，所述轉(zhuǎn)動塊21上設(shè)置有第三電磁鐵20；
[0025]所述滾刀拆裝固定模塊3包括第三液壓缸13，所述第三液壓缸13固定在殼體4上，第三液壓缸13的活塞桿與螺栓固定卡位塊14相連。
[0026]所述螺栓拆裝模塊I包括第一固定法蘭9，所述第一固定法蘭9固定在殼體4上，在第一固定法蘭9上設(shè)置有液壓馬達(dá)7，所述液壓馬達(dá)7的輸出端與第一齒輪傳動機構(gòu)8的輸入端連接，所述第一齒輪傳動機構(gòu)8的輸出端與螺栓套筒1相接。
[0027]如圖3所示，所述軸向旋轉(zhuǎn)模塊5包括第二擺動液壓缸27，所述第二擺動液壓缸27與殼體4固定連接，在殼體4上固定有套筒28，在第二擺動液壓缸27輸出端設(shè)置有連接法蘭29，在所述套筒28與連接法蘭29之間設(shè)置有第二軸承30。
[0028]下面結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明針對Φ6.66m泥水平衡盾構(gòu)機單滾刀的一次換刀過程。
[0029]舊滾刀的拆卸，包括如下步驟:
[0030]步驟一:將本發(fā)明機械手的連接法蘭29通過快速接頭與伸縮機構(gòu)相連接。通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，將螺栓套筒10對準(zhǔn)并套住螺栓，令第一電磁鐵11得電，吸住梯形楔塊33，如圖4所示。
[0031]步驟二:啟動液壓馬達(dá)7，液壓馬達(dá)7通過第一齒輪傳動機構(gòu)8帶動螺栓套筒10轉(zhuǎn)動，將螺栓旋出約15_，關(guān)閉液壓馬達(dá)7。
[0032]步驟三:啟動第三液壓缸13，第三液壓缸13帶動螺栓固定卡位塊14伸出，使螺栓固定卡位塊14定位于螺栓桿處。
[0033]步驟四:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體退出約10mm，重新啟動液壓馬達(dá)7，繼續(xù)由液壓馬達(dá)7通過第一齒輪傳動機構(gòu)8帶動螺栓套筒10轉(zhuǎn)動來拆卸螺栓，直至將螺栓從滾刀32中旋出，關(guān)閉液壓馬達(dá)7，機械手整體后退，將螺栓與梯形楔塊33拆出。
[0034]步驟五:如圖3所示，啟動第二擺動液壓缸27，由于第二擺動液壓缸27的缸體與殼體4固定連接、輸出端與連接法蘭29固定連接，且連接法蘭29通過快速接頭與伸縮機構(gòu)相固連，所以在啟動第二擺動液壓缸27后，第二擺動液壓缸27的缸體帶動整個機械手旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)90°后，關(guān)閉第二擺動液壓缸27。
[0035]步驟六:如圖5所示，通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，令第一液壓缸17活塞桿伸出，將連接支架23和第二液壓缸18送至刀箱31處，之后，令第二液壓缸18活塞桿伸出至一側(cè)方形楔塊34處，令第二電磁鐵19得電，吸住方形楔塊34。
[0036]步驟七:如圖6所示，令第二液壓缸18活塞桿縮回，將方形楔塊34從刀箱31拆出，之后，令第一液壓缸17活塞桿縮回，將第二液壓缸18和方形楔塊34帶回初始位置。
[0037]步驟八:令第三電磁鐵20得電，吸住方形楔塊34，之后，令第二電磁鐵19失電，與方形楔塊34脫離。此時啟動第一擺動液壓缸16，第一擺動液壓缸16通過第二齒輪傳動機構(gòu)26和傳動軸24，帶動轉(zhuǎn)動塊21轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動塊21帶動第三電磁鐵20和方形楔塊34向遠(yuǎn)離第二液壓缸18的方向旋轉(zhuǎn)130°。
[0038]步驟九:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體后退，啟動第二擺動液壓缸27，在第二擺動液壓缸27的帶動下，機械手整體旋轉(zhuǎn)180°。
[0039]步驟十:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，令第一液壓缸17活塞桿伸出，將連接支架23和第二液壓缸18送至刀箱31處，之后，令第二液壓缸18活塞桿伸出至另一側(cè)的方形楔塊34處，令第二電磁鐵19得電，吸住方形楔塊34。
[0040]步驟十一:令第二液壓缸18活塞桿縮回，將方形楔塊34從刀箱31拆出，之后，令第一液壓缸17活塞桿縮回，將第二液壓缸18和方形楔塊34帶回初始位置。
[0041 ]步驟十二:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體后退，啟動第二擺動液壓缸27，在第二擺動液壓缸27的帶動下，機械手整體旋轉(zhuǎn)90°。
[0042]步驟十三:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，將螺栓與滾刀32上的螺栓孔對準(zhǔn)，啟動液壓馬達(dá)7，液壓馬達(dá)7通過第一齒輪傳動機構(gòu)8帶動螺栓套筒10轉(zhuǎn)動，旋緊螺栓，從而通過螺栓將滾刀3 2、梯形楔塊3 3和螺栓固定卡位塊14固定在一起。
[0043]步驟十四:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體后退，從而將滾刀32整體從刀箱31中拆出。
[0044]新滾刀的安裝，包括如下步驟:
[0045]步驟一:在刀具庫將新滾刀按舊滾刀拆卸時的狀態(tài)固定在機械手上。
[0046]步驟二:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，將固定有梯形楔塊33的新滾刀裝入刀箱31中。
[0047]步驟三:啟動液壓馬達(dá)7，液壓馬達(dá)7通過第一齒輪傳動機構(gòu)8帶動螺栓套筒10轉(zhuǎn)動，將螺栓旋出約15_，關(guān)閉液壓馬達(dá)7。
[0048]步驟四:啟動第三液壓缸13，第三液壓缸13帶動螺栓固定卡位塊14縮回。
[0049]步驟五:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體退出約10mm，重新啟動液壓馬達(dá)7，繼續(xù)由液壓馬達(dá)7通過第一齒輪傳動機構(gòu)8帶動螺栓套筒10轉(zhuǎn)動來拆卸螺栓，直至將螺栓從滾刀32中旋出，關(guān)閉液壓馬達(dá)7，機械手整體后退，將螺栓與梯形楔塊33拆出。
[0050]步驟六:啟動第二擺動液壓缸27，在第二擺動液壓缸27的帶動下，機械手整體旋轉(zhuǎn)90。。
[0051]步驟七:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，令第一液壓缸17活塞桿伸出，將一側(cè)的方形楔塊34和第二液壓缸18送至刀箱31處，之后，令第二液壓缸18活塞桿伸出，將方形楔塊34安裝進(jìn)入刀箱31與滾刀32的卡槽內(nèi)，令第二電磁鐵19失電，與方形楔塊34脫離。
[0052]步驟八:令第二液壓缸18活塞桿縮回，之后，令第一液壓缸17活塞桿縮回，將第二液壓缸18帶回初始位置。
[0053]步驟九:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體后退，啟動第二擺動液壓缸27，在第二擺動液壓缸27的帶動下，機械手整體旋轉(zhuǎn)180°。
[0054]步驟十:啟動第一擺動液壓缸16，第一擺動液壓缸16通過第二齒輪傳動機構(gòu)26和傳動軸24，帶動轉(zhuǎn)動塊21轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動塊21帶動第三電磁鐵20和另一側(cè)的方形楔塊34向靠近第二液壓缸18的方向旋轉(zhuǎn)130°，使方形楔塊34與第二電磁鐵19接觸，此時，令第二電磁鐵19得電，之后，令第三電磁鐵20失電，與方形楔塊34脫離。
[0055]步驟十一:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，令第一液壓缸17活塞桿伸出，將方形楔塊34和第二液壓缸18送至刀箱31處，之后，令第二液壓缸18活塞桿伸出，將方形楔塊34安裝進(jìn)入刀箱31與滾刀32的卡槽內(nèi)，令第二電磁鐵19失電，與方形楔塊34脫離。
[0056]步驟十二:令第二液壓缸18活塞桿縮回，之后，令第一液壓缸17活塞桿縮回，將第二液壓缸18帶回初始位置。
[0057]步驟十三:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體后退，啟動第二擺動液壓缸27，在第二擺動液壓缸27的帶動下，機械手整體旋轉(zhuǎn)90°。
[0058]步驟十四:通過伸縮機構(gòu)將機械手整體前進(jìn)至刀箱31處，將螺栓與滾刀32上的螺栓孔對準(zhǔn)，啟動液壓馬達(dá)7，液壓馬達(dá)7通過第一齒輪傳動機構(gòu)8帶動螺栓套筒10轉(zhuǎn)動，將螺栓旋緊。
[0059]步驟十五:令第一電磁鐵11失電，與梯形楔塊33脫離。機械手整體退出。
【主權(quán)項】
1.一種盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，其特征在于包括殼體，在殼體上設(shè)置有螺栓拆裝模塊、梯形楔塊拆裝模塊、方形楔塊拆裝模塊、軸向旋轉(zhuǎn)模塊和滾刀拆裝固定模塊； 所述梯形楔塊拆裝模塊包括第二固定法蘭，所述第二固定法蘭固定在殼體上，在第二固定法蘭上固定有第一電磁鐵； 所述方形楔塊拆裝模塊包括拆裝伸縮部分和拆裝旋轉(zhuǎn)部分，所述拆裝伸縮部分包括固定支架，所述固定支架固定在殼體上，在固定支架上設(shè)置有第一液壓缸，在所述第一液壓缸活塞桿上設(shè)置有連接支架，所述連接支架上傾斜固定有第二液壓缸，在所述第二液壓缸活塞桿上設(shè)置有第二電磁鐵;所述拆裝旋轉(zhuǎn)部分包括第一擺動液壓缸，所述第一擺動液壓缸與殼體固定連接，第一擺動液壓缸輸出端與第二齒輪傳動機構(gòu)主動輪固定連接，所述第二齒輪傳動機構(gòu)從動輪與傳動軸固定連接，所述傳動軸通過第一軸承設(shè)置在殼體內(nèi)，傳動軸的端部與設(shè)置在殼體外的轉(zhuǎn)動塊固定連接，所述轉(zhuǎn)動塊上設(shè)置有第三電磁鐵； 所述滾刀拆裝固定模塊包括第三液壓缸，所述第三液壓缸固定在殼體上，第三液壓缸的活塞桿與螺栓固定卡位塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，其特征在于所述螺栓拆裝模塊包括第一固定法蘭，所述第一固定法蘭固定在殼體上，在第一固定法蘭上設(shè)置有液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)的輸出端與第一齒輪傳動機構(gòu)的輸入端連接，所述第一齒輪傳動機構(gòu)的輸出端與螺栓套筒相接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，其特征在于所述軸向旋轉(zhuǎn)模塊包括第二擺動液壓缸，所述第二擺動液壓缸與殼體固定連接，在殼體上固定有套筒，在第二擺動液壓缸輸出端設(shè)置有連接法蘭，在所述套筒與連接法蘭之間設(shè)置有第二軸承。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機單滾刀換刀機械手，其特征在于在殼體上水平設(shè)置有連接支架的滑軌。
【文檔編號】B23P19/04GK105855849SQ201610231537
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】林文強, 鄭興華, 周溪橋
【申請人】東北大學(xué)