專利名稱：具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道工程施工機械，特別涉及一種盾構(gòu)管片拼裝機。
背景技術(shù)：
管片拼裝機是隧道施工用盾構(gòu)掘進機中的重要關(guān)鍵部件之一。盾構(gòu)機向前掘進后，在其后部必須立即將管片拼裝成隧道襯砌，拼裝管片的工作就是由拼裝機來完成的，管片拼裝機的功能直接影響到管片拼裝質(zhì)量以及隧道施工效率。
經(jīng)文件檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?3116809.4的中國專利《帶有壓力式全密封郵箱的襯砌拼裝機》(
公開日2003年10月15日)公開了一種隧道管片拼裝機，其結(jié)構(gòu)示意圖可參閱附圖1和2。該管片拼裝機具有一由驅(qū)動裝置502驅(qū)動進行回轉(zhuǎn)運動的環(huán)形盤式旋轉(zhuǎn)盤體501，二懸臂梁503固定在旋轉(zhuǎn)盤體501的兩側(cè)部；二垂直導(dǎo)向套504分別焊固在左右兩懸臂梁503上，設(shè)置在其外側(cè)的提升油缸505帶動導(dǎo)柱507在導(dǎo)向套504內(nèi)滑動，一“U”形的鋼制提升橫梁506在二端與垂直的導(dǎo)柱507連為一體，并可隨導(dǎo)柱507一起上下運動；平移機構(gòu)508固定在提升橫梁506下部的中間，其中設(shè)置有平移油缸509，管片鉗510設(shè)置于平移油缸509上，其兩側(cè)設(shè)有支撐油缸511，平移油缸509帶動管片鉗510前后平移，支撐油缸511帶動管片鉗510上下移動；管片鉗510上具有螺紋可連接和擎移管片。
由上述可知，該發(fā)明是通過旋轉(zhuǎn)盤體501回轉(zhuǎn)、提升油缸505上下運動、平移油缸509前后運動及支撐油缸511上下運動來實現(xiàn)管片鉗510的空間移動和定位的，并進而完成隧道內(nèi)管片的拼裝施工。該機構(gòu)的運動具有四個自由度，然而在實際施工中，并非每一塊管片都能以規(guī)則的理想位置進行拼裝，其很可能需要與隧道空間的某個平面，例如隧道的橫截面存在著一個小的夾角，顯然，上述只具有四個自由度的拼裝機就不能滿足管片施工的要求了。
此外，該管片拼裝機的左右懸臂梁503之間僅僅只靠提升橫梁506進行連接，因而設(shè)備整體的剛度較差，工作負載會破壞左右二提升油缸505軸線的平行度，使二提升油缸505的升降運動不同步，從而造成管片拼裝錯位的嚴(yán)重后果。
再而，該管片拼裝機的管片鉗510直接設(shè)置于平移油缸509上，管片的所有重量都由平移油缸509的缸體承受，這將對平移油缸509整體的穩(wěn)定性及平移運動的平穩(wěn)性造成不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，其機構(gòu)具有六個運動自由度，從而使抓取管片的管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態(tài)能充分地滿足拼裝管片的需要，此外，通過改善結(jié)構(gòu)提高平移裝置和懸臂梁的整體穩(wěn)定性和剛性。
為了達到上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來解決其技術(shù)問題的一種具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，包括有旋轉(zhuǎn)盤體、驅(qū)動裝置、二懸臂梁、二平移油缸、二提升油缸、提升橫梁、管片鉗頭裝置、管片配重和固定盤體，所述二懸臂梁沿盾構(gòu)軸向且左右平行地固定在盾構(gòu)機的內(nèi)殼體上，所述固定盤體設(shè)置在二懸臂梁上且與盾構(gòu)同軸，所述驅(qū)動裝置固設(shè)于固定盤體上，其驅(qū)動旋轉(zhuǎn)盤體在固定盤體上作同軸回轉(zhuǎn)運動，所述二平移油缸分別鉸接于二懸臂梁與固定盤體之間，其同步伸縮帶動固定盤體和旋轉(zhuǎn)盤體一起沿盾構(gòu)軸向作前后平移運動，所述管片鉗頭裝置上設(shè)有螺紋口以連接和擎移管片，其特征在于它還包括有二導(dǎo)向外套、二導(dǎo)向內(nèi)套、轉(zhuǎn)動平臺、中心球關(guān)節(jié)軸承、管片傾斜油缸和管片轉(zhuǎn)動油缸；所述二導(dǎo)向外套分別直立且平行地固定在旋轉(zhuǎn)盤體的二側(cè)，二導(dǎo)向內(nèi)套分別套入二導(dǎo)向外套內(nèi)，二提升油缸分別鉸接在導(dǎo)向外套與導(dǎo)向內(nèi)套之間，并可各自推動導(dǎo)向內(nèi)套在導(dǎo)向外套內(nèi)上下滑移；所述提升橫梁的二端分別與二導(dǎo)向內(nèi)套的下端相鉸接，其下部的中間設(shè)置有轉(zhuǎn)動平臺，中心球關(guān)節(jié)軸承安裝在該轉(zhuǎn)動平臺與提升橫梁之間；所述管片傾斜油缸的一端與提升橫梁鉸接，另一端與轉(zhuǎn)動平臺相鉸接，其軸線與轉(zhuǎn)動平臺的臺面成一夾角；所述管片轉(zhuǎn)動油缸的軸線平行于轉(zhuǎn)動平臺，其一端與提升橫梁鉸接，另一端與轉(zhuǎn)動平臺相鉸接；所述管片鉗頭裝置固設(shè)于轉(zhuǎn)動平臺上。
本發(fā)明所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，在其二懸臂梁之間裝設(shè)有中間橫梁，該中間橫梁的二端分別與二懸臂梁相固接，在該二懸臂梁的上方和下方設(shè)置有滾輪裝置，該滾輪裝置固接在固定盤體的左右二側(cè)部，該懸臂梁的上下二表面設(shè)置有可供滾輪裝置進行滾動的軌道；所述二平移油缸的缸體分別水平地固定在二懸臂梁的外側(cè)，其活塞桿分別鉸接于固定盤體的二側(cè)。
為了更好地將本發(fā)明所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機與現(xiàn)有技術(shù)進行比較，我們將隧道的軸線方向設(shè)為X軸，隧道徑向水平方向為Y軸，隧道徑向鉛垂方向為Z軸(參見圖3中坐標(biāo)所示)。
與現(xiàn)有的盾構(gòu)管片拼裝機相比較，本發(fā)明所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機不僅具有可實現(xiàn)X軸向運動(前后平移)的平移油缸、可實現(xiàn)Z軸向運動(上下升降)的提升油缸以及可實現(xiàn)繞X軸回轉(zhuǎn)(YZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))的旋轉(zhuǎn)盤體，而且還設(shè)有管片傾斜油缸可實現(xiàn)繞Y軸擺動(XZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))、設(shè)有管片轉(zhuǎn)動油缸可實現(xiàn)繞Z軸轉(zhuǎn)動(XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))以及利用二提升油缸的行程差可實現(xiàn)Y軸向微動(左右移動)，因而具有6個運動自由度，使管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態(tài)更能廣泛地適應(yīng)拼裝各種空間位置管片的需要，解決了管片空間位置變化而產(chǎn)生的拼裝困難的問題；另外，本發(fā)明在其二懸臂梁之間裝設(shè)有中間橫梁，提高了設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的剛度，同時抓取管片的管片鉗頭裝置設(shè)置于提升橫梁的轉(zhuǎn)動平臺上，克服了管片重量對油缸的不良影響，因而結(jié)構(gòu)的改善保證了所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機能長時間、高負載地進行管片拼裝作業(yè)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的管片拼裝機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的側(cè)視圖。
圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
圖5為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動平臺部位的側(cè)向局部立體示意圖。
圖6為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動平臺部位的俯向局部立體示意圖。
圖7為本發(fā)明的提升油缸部位的局部立體示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖3和圖4所示，本發(fā)明所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機包括有旋轉(zhuǎn)盤體1、驅(qū)動裝置2、二懸臂梁3、二平移油缸4、二導(dǎo)向外套5、二導(dǎo)向內(nèi)套6、二提升油缸7、提升橫梁8、管片鉗頭裝置9、管片配重10、轉(zhuǎn)動平臺12、中心球關(guān)節(jié)軸承13、管片傾斜油缸14、管片轉(zhuǎn)動油缸15、固定盤體16和滾輪裝置17。
所述二懸臂梁3沿盾構(gòu)的軸向且左右平行地固定在盾構(gòu)機的內(nèi)殼體上，在二懸臂梁3之間裝設(shè)有中間橫梁21，該中間橫梁21的二端分別與左右二懸臂梁3相固接以增加結(jié)構(gòu)的剛度。在該二懸臂梁21的上方和下方設(shè)置有滾輪裝置17，該懸臂梁21的上下二表面設(shè)有可供滾輪裝置17進行滾動的軌道20；所述固定盤體16為一環(huán)狀結(jié)構(gòu)件，其設(shè)置在二懸臂梁3上并且軸線與盾構(gòu)重合，上述滾輪裝置17焊接在固定盤體16盤面的左右二側(cè)部，其可沿著軌道在二懸臂梁3上滑動；所述驅(qū)動裝置2固設(shè)于固定盤體16上，其為電動機驅(qū)動的齒輪變速裝置，它帶動圓環(huán)形盤式旋轉(zhuǎn)盤體1在固定盤體16上作同軸的回轉(zhuǎn)運動；所述二平移油缸4的缸體通過安裝座19分別水平地固定在二懸臂梁3的外側(cè)，其活塞桿通過安裝座18分別鉸接于固定盤體16的左右二側(cè)，從而使二平移油缸4分別鉸接于二懸臂梁3與固定盤體16之間，二平移油缸4可同步伸縮帶動固定盤體16和旋轉(zhuǎn)盤體1一起通過滾輪裝置17在二懸臂梁3上滑動，也即沿著盾構(gòu)軸向作前后平移運動。所述二導(dǎo)向外套5分別直立且平行地固定在旋轉(zhuǎn)盤體1的二側(cè)，二導(dǎo)向內(nèi)套6分別套入二導(dǎo)向外套5內(nèi)；現(xiàn)請參考圖7，二提升油缸7設(shè)置于二導(dǎo)向內(nèi)套6內(nèi)且分別鉸接在導(dǎo)向外套5與導(dǎo)向內(nèi)套6之間，其可各自推動導(dǎo)向內(nèi)套6在導(dǎo)向外套5內(nèi)上下滑移，導(dǎo)向內(nèi)套6的外表面與導(dǎo)向外套5內(nèi)表面之間設(shè)置有銅墊111以起減少摩擦的作用。所述提升橫梁8的二端分別與二導(dǎo)向內(nèi)套6的下端相鉸接，其下部的中間設(shè)置有轉(zhuǎn)動平臺12，再參閱圖5，中心球關(guān)節(jié)軸承13安裝在該轉(zhuǎn)動平臺12與提升橫梁8之間，從而轉(zhuǎn)動平臺12可繞中心球關(guān)節(jié)軸承13的中心作全周旋動；所述管片鉗頭裝置9固設(shè)于轉(zhuǎn)動平臺12上，其設(shè)有螺紋口以連接和擎移管片?，F(xiàn)請參閱圖5，所述管片傾斜油缸14的一端通過固定在提升橫梁8上的耳板301及銷軸300與提升橫梁8相鉸接，另一端通過固定在轉(zhuǎn)動平臺12上的耳板302及銷軸300與轉(zhuǎn)動平臺12鉸接，其軸線與轉(zhuǎn)動平臺12的臺面成一夾角，管片傾斜油缸14的伸縮可推動轉(zhuǎn)動平臺12前后擺動；再請參閱圖6，所述管片轉(zhuǎn)動油缸15的軸線平行于轉(zhuǎn)動平臺12，其一端通過固定在提升橫梁8上的耳板303及銷軸300與提升橫梁8相鉸接，另一端通過固定在轉(zhuǎn)動平臺12上的耳板304及銷軸300與轉(zhuǎn)動平臺12鉸接，因而管片轉(zhuǎn)動油缸15的伸縮可推動轉(zhuǎn)動平臺12在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。再參閱圖3，所述管片配重10設(shè)置在旋轉(zhuǎn)盤體1的與提升橫梁8相對的部位上，因而其可以平衡管片鉗頭裝置9所抓取管片的重量，保證旋轉(zhuǎn)盤體1回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。
在圖3中將隧道的軸線方向設(shè)為X軸，隧道徑向水平方向為Y軸，隧道徑向鉛垂方向為Z軸(見圖3中坐標(biāo)所示)。綜上所述，本發(fā)明所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機通過平移油缸4實現(xiàn)X軸向的運動(前后平移)、通過提升油缸7實現(xiàn)Z軸向的運動(上下升降)，通過旋轉(zhuǎn)盤體1實現(xiàn)繞X軸的回轉(zhuǎn)(YZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))，通過管片傾斜油缸14實現(xiàn)繞Y軸的擺動(XZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))，通過管片轉(zhuǎn)動油缸15實現(xiàn)繞Z軸的轉(zhuǎn)動(XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))以及通過二提升油缸7的行程差與旋轉(zhuǎn)盤體1的旋轉(zhuǎn)相結(jié)合實現(xiàn)Y軸向的微動(左右移動)，使管片鉗頭裝置9具有6個運動自由度，因而其移動、位置和姿態(tài)更能適應(yīng)拼裝各種空間位置管片的需要；此外，二懸臂梁3之間設(shè)置中間橫梁21、管片鉗頭裝置9的位置設(shè)置等結(jié)構(gòu)方面的改進提高了所述具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的剛度，克服了管片重量的不良影響，達到了機構(gòu)運動的平穩(wěn)性，保證了本發(fā)明能長時間、高負載地進行管片拼裝作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，包括有旋轉(zhuǎn)盤體(1)、驅(qū)動裝置(2)、二懸臂梁(3)、二平移油缸(4)、二提升油缸(7)、提升橫梁(8)、管片鉗頭裝置(9)、管片配重(10)和固定盤體(16)，所述二懸臂梁(3)沿盾構(gòu)軸向且左右平行地固定在盾構(gòu)機的內(nèi)殼體上，所述固定盤體(16)設(shè)置在二懸臂梁(3)上且與盾構(gòu)同軸，所述驅(qū)動裝置(2)固設(shè)于固定盤體(16)上，其驅(qū)動旋轉(zhuǎn)盤體(1)在固定盤體(16)上作同軸回轉(zhuǎn)運動，所述二平移油缸(4)分別鉸接于二懸臂梁(3)與固定盤體(16)之間，其同步伸縮帶動固定盤體(16)和旋轉(zhuǎn)盤體(1)一起沿盾構(gòu)軸向作前后平移運動，所述管片鉗頭裝置(9)上設(shè)有螺紋口以連接和擎移管片，其特征在于它還包括有二導(dǎo)向外套(5)、二導(dǎo)向內(nèi)套(6)、轉(zhuǎn)動平臺(12)、中心球關(guān)節(jié)軸承(13)、管片傾斜油缸(14)和管片轉(zhuǎn)動油缸(15)；所述二導(dǎo)向外套(5)分別直立且平行地固定在旋轉(zhuǎn)盤體(1)的二側(cè)，二導(dǎo)向內(nèi)套(6)分別套入二導(dǎo)向外套(5)內(nèi)，二提升油缸(7)分別鉸接在導(dǎo)向外套(5)與導(dǎo)向內(nèi)套(6)之間，并可各自推動導(dǎo)向內(nèi)套(6)在導(dǎo)向外套(5)內(nèi)上下滑移；所述提升橫梁(8)的二端分別與二導(dǎo)向內(nèi)套(6)的下端相鉸接，其下部的中間設(shè)置有轉(zhuǎn)動平臺(12)，中心球關(guān)節(jié)軸承(13)安裝在該轉(zhuǎn)動平臺(12)與提升橫梁(8)之間；所述管片傾斜油缸(14)的一端與提升橫梁(8)鉸接，另一端與轉(zhuǎn)動平臺(12)相鉸接，其軸線與轉(zhuǎn)動平臺(12)的臺面成一夾角；所述管片轉(zhuǎn)動油缸(15)的軸線平行于轉(zhuǎn)動平臺(12)，其一端與提升橫梁(8)鉸接，另一端與轉(zhuǎn)動平臺(12)相鉸接；所述管片鉗頭裝置(9)固設(shè)于轉(zhuǎn)動平臺(12)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，其特征在于在二懸臂梁(3)之間裝設(shè)有中間橫梁(21)，該中間橫梁(21)的二端分別與二懸臂梁(3)相固接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，其特征在于在二懸臂梁(3)的上方和下方設(shè)置有滾輪裝置(17)，該滾輪裝置(17)固接在固定盤體(16)的左右二側(cè)部，該懸臂梁(3)的上下二表面設(shè)置有可供滾輪裝置(17)進行滾動的軌道(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，其特征在于所述二平移油缸(4)的缸體分別水平地固定在二懸臂梁(3)的外側(cè)，其活塞桿分別鉸接于固定盤體(16)的二側(cè)。
全文摘要
一種具有六個自由度的盾構(gòu)管片拼裝機，包括有旋轉(zhuǎn)盤體、驅(qū)動裝置、二懸臂梁、二平移油缸、二導(dǎo)向外套、二導(dǎo)向內(nèi)套、二提升油缸、提升橫梁、管片鉗頭裝置、管片配重、轉(zhuǎn)動平臺、中心球關(guān)節(jié)軸承、管片傾斜油缸、管片轉(zhuǎn)動油缸、固定盤體和滾輪裝置，其機構(gòu)具有六個運動自由度，從而使管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態(tài)能充分地滿足拼裝各種空間位置管片的需要，此外二懸臂梁之間設(shè)置中間橫梁、管片鉗頭裝置的位置設(shè)置等結(jié)構(gòu)方面的改進提高了設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的剛度和機構(gòu)運動的平穩(wěn)性，本發(fā)明能用于盾構(gòu)掘進機中進行長時間、高負載的管片拼裝作業(yè)。
文檔編號E21D11/04GK1837578SQ200610025189
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者石元奇, 王鶴林, 楊磊, 翟一欣 申請人:上海隧道工程股份有限公司