一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器的製作方法

2023-09-22 12:01:40 1

本發明涉及一種盾構機技術領域，特別涉及一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器。

背景技術：

通常情況盾構機的刀具直接進行破巖與開挖，承受較大的衝擊力與磨損，極易損壞，換刀頻繁。目前成熟的換刀技術都是人工換刀，有常壓換刀與帶壓換刀。常壓換刀對地質條件要求嚴格，一般地質難以滿足條件。帶壓換刀技術對地質條件適應能力強，但是施工環境惡略，對作業人員要求苛刻，必須是受過專業訓練的潛水運動員才能進行作業。人工換刀技術難度大，效率低下，操作人員需要先進入人閘艙，然後逐級加壓進入氣壓艙，最後進入開挖艙進行作業。而且還要實時監測是否有有毒氣體進入開挖艙。人工換刀作業過於危險，一旦發生塌方事故，後果不堪設想。

在整個掘進過程中可能需要多次換刀作業，目前很多學者在做改進刀具布局、改善刀具結構與材料方面的研究，從而減少換刀次數。在機器人技術比較成熟的今天，有很多學者提出採用機械臂自動換刀技術。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，具體技術方案如下：

一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，包括末端執行器主體模塊、螺栓拆裝固定模塊和軸向移動模塊；

所述螺栓拆裝固定模塊通過螺栓固定在軸向移動模塊上，軸向移動模塊通過螺栓連接在末端執行器主體模塊上，執行器的整體可通過快換與機械臂連接使用。

所述的一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，其優選方案為所述末端執行器主體模塊包括快換安裝板、快換工具側、末端執行器吊掛、末端執行器框架、銷軸b、手指耳環a、銷軸a、手指、手指安裝板、手指驅動板、手指耳環b、液壓缸a、液壓缸耳環a和液壓缸銷軸a；

所述手指通過銷軸a、銷軸b分別與手指耳環a、手指耳環b連接；

所述手指耳環a焊接在手指驅動板上；

所述手指耳環b焊接在手指安裝板上；

所述手指安裝板、液壓缸耳環a、快換安裝板焊接在末端執行器框架上；

所述快換工具側通過螺栓連接在快換安裝板上，末端執行器吊掛通過螺栓連接在末端執行器框架上；

所述手指驅動板與液壓缸a的一端通過螺帽連接，所述液壓缸a的另一端通過銷液壓缸銷軸a軸與液壓缸耳環a連接。

所述的一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，其優選方案為所述螺栓拆裝固定模塊包括擺線馬達、馬達安裝法蘭、螺栓拆裝模塊固定板、螺栓套筒、緊定螺釘、扭力倍增器安裝法蘭、扭力倍增器、連接器；

所述擺線馬達通過馬達安裝法蘭安裝在螺栓拆裝模塊固定板上；

所述扭力倍增器通過連接器與液壓馬達的輸出軸連接，並由扭力倍增器安裝法蘭固定於螺栓拆裝模塊固定板上；

所述螺栓套筒通過緊定螺釘固定在扭力倍增器上。

所述的一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，其優選方案為所述軸向移動模塊由液壓缸b、螺栓拆裝模塊驅動板、直線導軌滑塊、直線導軌、液壓缸耳環b、液壓缸銷軸b和固定板；

所述液壓缸耳環b焊接在執行器框架上；

所述固定板焊接在螺栓拆裝模塊驅動板上；

所述液壓缸b通過液壓缸銷軸b連接在液壓缸耳環b上，另一端與固定板用螺帽連接；

所述直線導軌通過螺栓固定在執行器框架上；

所述直線導軌滑塊設置在直線導軌內，並通過螺栓與螺栓拆裝模塊驅動板連接；

所述螺栓拆裝模塊驅動板通過螺栓與螺栓拆裝固定模塊的螺栓拆裝模塊固定板連接，從而帶動螺栓拆裝模塊前後移動。

所述的一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，其優選方案為所述螺栓拆裝模塊固定板通過螺栓與軸向移動模塊的螺栓拆裝模塊驅動板連接。

所述的一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，其優選方案為所述手指上設有三個接觸面，分別為接觸面a、接觸面b和接觸面c。

手指上有三個接觸面，在抓取固定刀具與拆卸不同位置螺栓時，手指的不同接觸區與刀具接觸，手指直接固定在末端執行器框架上，拆裝螺栓時的扭矩通過螺栓拆裝模塊傳遞給末端執行器框架，然後再傳遞給手指，通過手指傳遞到刀盤上，避免機械臂承受大扭矩；螺栓拆裝模塊以擺線馬達為動力源，經扭力倍增器後增加扭矩降低轉速，通過螺栓套筒進行螺栓的拆裝；軸向移動模塊是為了帶動螺栓拆裝模塊軸向移動，從而將螺栓拆卸出來，軸向移動速度應與拆卸螺栓時擺線馬達轉速相適應。

本發明的有益效果：本發明的技術方案是針對於北方重工泥水平衡式盾構機換刀機械臂而設計的一款換刀機械臂末端執行器，可與換刀機械臂配套使用。現在的普遍使用的常壓換刀與帶壓換刀技術各有特點，常壓換刀安全性高，對作業人員要求低，但對地質要求較高。帶壓換刀地質適應性好，但對作業人員要求較高。機器人自動換刀技術可以採用帶壓換刀，機械臂對壓力情況不敏感，操作方便，可以大幅度提高施工效率，減少施工風險。對於傳統的刀箱結構與刀具安裝方案，採用機械臂自動換刀技術會對末端執行器提出很高的要求，在面對螺栓、壓緊塊、墊圈等小零部件時，難以保證部件不會脫落，而且泥水平衡式盾構機要求在拆裝滾刀時，不允許有零部件脫落，以防損壞底部的破碎機，所以本發明應該與滾刀新型安裝方案結合使用。手指上有三個接觸面，在抓取固定刀具與拆裝不同位置螺栓時，不同的接觸面與盤形滾刀刀箱接觸，增加拆裝時的可靠性。在拆裝中間螺栓或者抓取固定刀具時，手指的接觸面a與刀具安裝結構接觸。在拆裝上下螺栓時，手指的接觸面b和接觸面c與刀具安裝結構接觸。末端執行器採用此結構在拆裝螺栓時，扭矩通過螺栓拆裝模塊傳遞給執行器框架，然後通過手指將扭矩傳遞給刀盤，從而避免了機械臂承受過大扭矩，保證了機械臂工作的可靠性。

所以本次機械臂末端執行器是與新形滾刀安裝方案相適應的，可以有效克服以上困難，對於推進盾構機自動換刀技術有很大幫助。

附圖說明

圖1為一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器結構示意圖；

圖2為一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器剖視圖；

圖3為去除執行器框架的內部結構示意圖；

圖4為末端執行器主體結構示意圖；

圖5為螺栓拆裝固定模塊示意圖；

圖6為軸向移動模塊正面示意圖；

圖7為軸向移動模塊反面示意圖；

圖8為手指結構示意圖。

圖中，1為末端執行器主體模塊，2為螺栓拆裝固定模塊，3為軸向移動模塊，4為快換安裝板，5為快換工具側，6為末端執行器吊掛，7為末端執行器框架，8為銷軸b，9為手指耳環a，10為銷軸a，11為手指，12為手指安裝板，13為手指驅動板，14為手指耳環b，15為液壓缸a，16為液壓缸耳環a，17為液壓缸銷軸a，18為擺線馬達，19為馬達安裝法蘭，20為螺栓拆裝模塊固定板，21為螺栓套筒，22為緊定螺釘，23為扭力倍增器安裝法蘭，24為扭力倍增器，25為連接器，26為液壓缸b，27為螺栓拆裝模塊驅動板，28為直線導軌滑塊，29為直線導軌，30為液壓缸耳環b，31為液壓缸銷軸b，32為固定板，33為接觸面a，34為接觸面b，35為接觸面c。

具體實施方式

如圖1-圖8所示一種盾構機盤形滾刀換刀機械臂末端執行器，包括末端執行器主體模塊1、螺栓拆裝固定模塊2和軸向移動模塊3；

所述螺栓拆裝固定模塊2通過螺栓固定在軸向移動模塊3上，軸向移動模塊3通過螺栓連接在末端執行器主體模塊1上，執行器的整體可通過快換與機械臂連接使用。

所述末端執行器主體模塊1包括快換安裝板4、快換工具側5、末端執行器吊掛6、末端執行器框架7、銷軸b8、手指耳環a9、銷軸a10、手指11、手指安裝板12、手指驅動板13、手指耳環b14、液壓缸a15、液壓缸耳環a16和液壓缸銷軸a17；

所述手指通過銷軸a10、銷軸b8分別與手指耳環a9、手指耳環b14連接；

所述手指耳環a9焊接在手指驅動板13上；

所述手指耳環b14焊接在手指安裝板12上；

所述手指安裝板12、液壓缸耳環a16、快換安裝板4焊接在末端執行器框架7上；

所述快換工具側5通過螺栓連接在快換安裝板4上，末端執行器吊掛6通過螺栓連接在末端執行器框架7上；

所述手指驅動板13與液壓缸a15的一端通過螺帽連接，所述液壓缸a15的另一端通過銷液壓缸銷軸a17軸與液壓缸耳環a16連接。

所述螺栓拆裝固定模塊2包括擺線馬達18、馬達安裝法蘭19、螺栓拆裝模塊固定板20、螺栓套筒21、緊定螺釘22、扭力倍增器安裝法蘭23、扭力倍增器24、連接器25；

所述擺線馬達18通過馬達安裝法蘭19安裝在螺栓拆裝模塊固定板20上；

所述扭力倍增器23通過連接器25與液壓馬達的輸出軸連接，並由扭力倍增器安裝法蘭23固定於螺栓拆裝模塊固定板20上；

所述螺栓套筒21通過緊定螺釘固定在扭力倍增器24上。

所述軸向移動模塊3由液壓缸b26、螺栓拆裝模塊驅動板27、直線導軌滑塊28、直線導軌29、液壓缸耳環b30、液壓缸銷軸b31和固定板32；

所述液壓缸耳環b30焊接在執行器框架上；

所述固定板32焊接在螺栓拆裝模塊驅動板27上；

所述液壓缸b26通過液壓缸銷軸b31連接在液壓缸耳環b30上，另一端與固定板32用螺帽連接；

所述直線導軌29通過螺栓固定在執行器框架上；

所述直線導軌滑塊28設置在直線導軌29內，並通過螺栓與螺栓拆裝模塊驅動板27連接；

所述螺栓拆裝模塊驅動板27通過螺栓與螺栓拆裝固定模塊2的螺栓拆裝模塊固定板20連接，從而帶動螺栓拆裝模塊2前後移動。

所述螺栓拆裝模塊固定板20通過螺栓與軸向移動模塊3的螺栓拆裝模塊驅動板27連接。

所述手指11上設有三個接觸面，分別為接觸面a33、接觸面b34和接觸面c35。