隧道中隔牆施工機械的專用機械手的製作方法
2023-08-05 14:09:21 1
專利名稱：隧道中隔牆施工機械的專用機械手的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械提升工具，具體涉及一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，用於隧道內預製式中隔牆的安裝。
背景技術：
對於上、下行線同時運營在一個隧道中時，為解決隧道的通風、環境及逃生問題， 需要於隧道內設置中隔牆使上、下行線運行於兩獨立空間內。相關技術的中隔牆普遍採用現澆混凝土結構，中隔牆與隧道管片利用植筋方式連接。這種設計存在以下問題一是此類中隔牆高度都較大，一般都在6m以上，而厚度較薄一般不超過500mm，採用現澆方式施工立模非常不便，施工速度也較慢；二是中隔牆與隧道管片的連接處的混凝土澆築質量很難保證；三是中隔牆與隧道管片通過植筋固定，中隔牆限制了隧道管片結構的豎向變形，改變了隧道管片結構的設計受力和變形模式；四是沿隧道的中隔牆結構軸線方向，中隔牆的分段較長，通常20m左右，而隧道管片寬度在Im 1.5m之間，這樣中隔牆的存在增大了相鄰的隧道管片之間的連接剛度，違背了隧道管片之間柔性連接的設計初衷，對隧道的中隔牆結構的抗震不利。因此，本領域的技術人員致力於開發一種新型的隧道的中隔牆結構。申請號為 200910246077的中國實用新型專利提出了一種預製式的中隔牆結構，該中隔牆為沿隧道長度方向延伸設置的鋼筋混凝土預製件，隧道管片和所述中隔牆通過卡槽相連，所述卡槽固定於所述隧道管片內側，並設有用於收容所述中隔牆上端部的開口向下的凹槽，所述承軌臺和所述中隔牆通過基座相連，所述基座固定於所述承軌臺中心處，並設有用於收容所述中隔牆下端部的開口向上的凹槽，且中隔牆下端預留插筋以和基座固定。中隔牆之間設凹凸榫，榫間粘貼丁氰軟木橡膠，外圍採用彈性防火密封膠嵌縫。此種結構便於施工，同時節省工期，但是對於安裝提出了新的要求。中隔牆自重較重，平面尺寸大，構件較薄，安裝高度較高。要求拼裝機在圓隧道內僅能佔用半幅路面作業。要求拼裝機在各方向都能夠進行微調作業。拼裝機的自重要求儘可能輕。另外，拼裝機採用電驅動，考慮到隧道線路長，低壓供電產生的電壓降問題，要求拼裝機功率在滿足使用功能的情況下不宜超過60kw。目前尚無針對此種中隔牆結構的專用安裝設備。
發明內容本實用新型的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，該機械手可實現在隧道中隔牆施工過程中夾起、移動中隔牆構件，並具有在中隔牆安裝位置對中隔牆構件進行上下、左右、前後移動微調及上述方向的轉動微調。。本實用新型目的實現由以下技術方案完成—種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，所述隧道中隔牆施工機械用於預製式中隔牆的安裝，包括履帶行走裝置和鉸接與其上的機械臂，其特徵在於所述機械手由具有滑杆II的夾鉗裝置、具有滑杆I的滑塊及框架結構組成，所述框架結構與所述機械臂鉸接，所
3述滑杆I與所述框架結構套接，所述滑杆II與所述滑塊套接，所述夾鉗裝置還設有夾鉗及夾鉗油缸，用於夾持所述中隔牆。所述框架結構上端設置有一轉動油缸及垂直於框架結構的轉軸，所述轉軸外可轉動式套裝有一滑套，所述滑套與所述機械臂上的小臂及連杆鉸接，所述框架結構下端垂直分布有至少三個平行的微調油缸，並可通過控制所述微調油缸的活塞杆伸出頂推所述中隔牆以達到微調之效果；所述框架結構上穿設一垂直於所述微調油缸的頂出方向的孔I，所述孔I內套裝所述滑杆I ；所述滑塊可以滑杆I為軸轉動，所述滑杆I可通過至少一滑杆油缸I驅動於孔I內軸向移動；所述滑塊上設有與所述微調油缸的頂出方向和孔I的軸向垂直的孔II，所述孔II內套裝所述滑杆II ；所述夾鉗裝置可以滑杆II為軸轉動，並可通過二滑杆油缸II驅動於孔II內軸向移動，所述夾鉗及夾鉗油缸設於滑杆II兩端。所述滑塊兩端分布延伸有同軸的圓杆，並構成所述的滑杆I，所述孔II設於所述滑塊中心處。所述微調油缸數量為四個，並以所述滑杆I和滑杆II投影的交點為中心對稱分布。所述滑杆油缸I和滑杆油缸II的數量均為兩個。本實用新型的優點是本實用新型所提出的機械手可實現在隧道中隔牆施工過程中夾起、移動中隔牆構件，並具有在中隔牆安裝位置對中隔牆構件進行上下、左右、前後移動微調及上述方向的轉動微調。其各項性能滿足施工現場的要求，相對傳統施工方式，可大幅度加快施工工期，提升中隔牆的施工質量，具有較大的推廣及示範意義。
圖1為本實用新型實施例中中隔牆專用機械工作狀態示意圖；圖2為本實用新型實施例中中隔牆專用機械整體側視圖；圖3為本實用新型實施例中中隔牆專用機械整體俯視圖；圖4為機械手部分側視圖；圖5為機械手部分俯視圖；圖6為履帶行走裝置部分側視圖。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本實用新型特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明， 以便於同行業技術人員的理解如圖1-6所示，標號1-35分別表示軌道管片1、中隔牆2、車道板3、卡槽4、基座 5、履帶行走裝置6、機架7、行走馬達8、驅動鏈輪9、引導輪10、迴轉平臺11、履帶總成12、 支重輪13、託鏈輪14、機械臂15、大臂16、大臂油缸17、小臂18、小臂油缸19、翻轉油缸20、 機械手21、框架結構22、滑塊23、夾鉗裝置24、微調油缸25、滑杆126、滑杆油缸127、滑杆 1128、滑杆油缸1129、夾鉗30、夾鉗油缸31、前後滑套32、轉動油缸33、連杆34、滑套35。如圖1所示，本實用新型所涉及的隧道中隔牆結構，其包括若干相拼接的隧道管片1、位於隧道管片1內且一端與隧道管片1相連的至少兩塊中隔牆2、位於隧道管片1內的車道板3，一端與車道板3相連，另一端與中隔牆2相連的基座5、分別連接隧道管片1和中隔牆2的卡槽4。隧道管片1拼接後的整體造型呈中空的圓柱形。中隔牆2的截面呈「I」 型，其採用預製鋼筋混凝土結構，沿隧道的延伸方向，中隔牆2的長度與隧道管片1的長度相同。卡槽4亦為預製鋼筋混凝土結構，其上設有收容中隔牆2的上端部的槽，此卡槽4與中隔牆2間預留適量間隙，該間隙內填充有柔性防火材料。另外，卡槽4和所述隧道管片1 為固定連接，本實施方式中，所述卡槽構件8和隧道管片1通過膨脹螺栓6相連。在基座5 上預留螺栓孔，實現螺栓連接中隔牆2與基座5，方便拼裝施工，加快拼裝進度。參見附圖1-6，本實施例所描述之中隔牆專用機械主要由履帶行走裝置7、機械臂 15及可進行微調移動的機械手21組成。以下對於上述組件進行詳細描述履帶行走裝置7由於履帶式行走機構牽引力大，接地比壓小，缺點是移動速度慢。但是安裝中隔板作業時要求的行走速度較低(0. 6公裡/小時)，所以行走機構採用履帶式。本裝置為中隔牆施工機械的專用底盤，由H型的機架7、液壓行走馬達8、驅動鏈輪 9、支重輪13、託鏈輪14、引導輪10、纏繞於驅動鏈輪9及引導輪10之間的履帶總成12、迴轉平臺11等部分組成。兩個行走馬達8的本體分別固定於機架7的兩後側，其輸出端驅動連接驅動鏈輪9，來自油泵的液壓油使液壓行走馬，8轉動，從而帶動驅動鏈輪9轉動。驅動鏈輪9與履帶總成12的相對運動從而使底盤整體移動。兩個引導輪10裝於機架7的兩前側，其軸平行於驅動鏈輪9的軸設置。支重輪13與機架7相連並支承在履帶總成12上，支承機械的重量。託鏈輪14裝在兩側的機架7上，支重輪13及託鏈輪14的軸均平行於所述驅動鏈輪9的軸。迴轉平臺11安裝在機架7的上端，並可水平轉動，從而帶動機械臂15部分可相對轉動。迴轉平臺11上裝有電機、高壓油泵、液壓油箱、液壓油散熱器、操縱系統、平衡重。履帶行走裝置7的主要結構參數履帶節距154mm、履帶板寬度400mm、輪距 3300mm、軌距2500mm、採用液壓馬達驅動。計行走機構時要考慮到，中隔牆專用機械的迴轉中心要儘可能靠近中隔牆2，故2500mm的軌距保證了中隔牆專用機械兩側履帶總成12能插入將中隔牆構件運進隧道的電瓶車外，中隔牆2更靠近機械迴轉中心。同時履帶行走裝置7與常規的履帶行走裝置不同有如下不同1、迴轉平臺11的轉動軸離驅動鏈輪9中心很近，其距離約等於前後輪距的1/3，而常見的履帶行走裝置中這一比例約為1/2。2、左右履帶軌距較寬，履帶間內側寬度大於運輸構件車輛的寬度，從而可以使底盤更接近構件，大大提高了機械作業時穩定性及減輕了機械的重量。機械臂15機械臂15包括大臂16、大臂油缸17、小臂18、小臂油缸19及翻轉油缸20。其中所述大臂16 —端鉸接於所述迴轉平臺11上，其另一端與所述小臂18中部鉸接，所述小臂 18 —端部與所述機械手21鉸接，其另一端鉸接小臂油缸19，所述小臂油缸19與所述大臂 16中部鉸接，所述迴轉平臺11上端鉸接大臂油缸17。所述大臂油缸17與所述大臂16中部鉸接。所述小臂18中部鉸接翻轉油缸20的油缸座，所述翻轉油缸20頂出活塞端部鉸接有一連杆34，所述連杆34另一端與所述機械手21鉸接。通過大臂油缸17、小臂油缸19使大小臂運動，從面可以使機械手21按預定軌跡動動。機械手21[0033]中隔牆專用機械的核心部分是機械手21，機械手21是在隧道中隔牆施工過程中夾起、移動中隔牆2的部件，並且在將中隔牆2移動到安裝位置時，能進行上下、前後、左右微調及繞中隔牆構件軸線三個方向的旋轉微調，以保證中隔牆2能準確的安裝就位。機械手21的各個方向的微調都採用液壓油缸來完成。機械手21由框架結構22、一滑塊23及一夾鉗裝置24組成所述框架結構22上分布有4個平行設置的微調油缸25，這四個微調油缸25固定於同一平面上且頂出方向均朝下。框架結構22上穿設一垂直於所述微調油缸25的頂出方向的孔I (圖中未示)，此處孔I由兩個同軸的孔構成，且這兩個孔之間具有一端開放的空間，用於滑塊23在其間移動或旋轉，為簡化描述，此處將兩個孔合稱為孔I。其中框架結構 22上還設置有一滑杆油缸127，滑杆油缸127另一端與滑塊23上申出的銷耳相連。所述滑塊23本體上具有及與孔I垂直的孔II，且其兩端對稱於孔II分別延伸設置有同軸的圓杆，並構成滑杆126，滑杆126兩個半軸圓杆分別插裝於孔I的兩個孔內，而滑塊23則位於上述的開放空間中，並可以滑杆126為軸轉動，同時可在滑杆油缸127的驅動下沿滑杆126縱向移動(即軸向移動)。滑塊23上還設置有一滑杆油缸1129，滑杆油缸1129的缸體與滑塊23相連，活塞杆與夾鉗裝置24的滑杆1128相連。所述夾鉗裝置24具有套裝於所述孔II內的滑杆II28、設於滑杆II28兩端的夾鉗 30及夾鉗油缸31，夾鉗30及夾鉗油缸31用於夾持所述中隔牆2。和上述的滑杆126結構相同，夾鉗裝置24同樣可以滑杆1128為軸轉動，同時滑杆1128可通過滑杆油缸1129驅動於孔II內軸向移動。由於滑杆126、滑杆1128在孔I、孔II內可自由轉動，當上述的四個微調油缸25 頂出時，推動中隔牆2繞滑杆126和/或滑杆1128轉動。同時為實現上述的結構，微調油缸25、孔I及孔II由上至下依次分布。由此，通過操縱不同的微調油缸25的組合，可以使不同的微調油缸25支頂中隔牆2，從而達到使中隔牆2的微調轉動。框架結構22上端還設置有一轉動油缸33和前後滑套32，前後滑套32由轉軸(圖中未示意)及套裝於此轉軸外的滑套35構成。其中，轉軸垂直固定於框架結構22上，滑套 35外側則與小臂18的末端鉸接、與連杆34鉸接，當控制翻轉油缸20伸縮時，帶動連杆34 轉動，使得滑套35垂直旋轉90度，同時框架結構22由水平方向旋轉為垂直方向，由此帶動中隔牆2整體翻轉。轉動油缸33的另一端與滑套35外表面相連。操縱轉動油缸33可以使轉軸和滑套35相對轉動，從而中隔牆2在水平面上微調轉動。對於上述動力及驅動計算1、電動機功率由於60KW以下常用電動機功率為55KW，故確定中隔牆專用機械電機功率為 55KW/1500 轉2、選用液壓總泵，選用GjCB404010三聯齒輪泵，排量為(40+40+10) ml/rev，系統工作壓力設定為25Mpa，先導泵壓力設定為3Mpa，則整機液壓總功率用以下方法確定N= (PQ+P' Q' ) /450 (馬力)N——液壓功率P——系統額定工作壓力，P=25Mpa[0048]Q-主油泵流量，Q= (40+40) X 1500/1000=120LP'——先導壓力，P' =3MpaQ'——先導泵流量，Q' =10X1500/1000=15LN= (250X 120+30X 15) /450/1. 36=49. 76kw液壓功率N小於電動機功率，拚裝機液壓系統能正常工作。液壓主系統的液壓功率N' =250X120/450/1. 36=49. 02kw3、行走驅動計算( 1)驅動輪基本參數計算驅動輪節圓直徑D k 驅動輪齒數Z=21，由於驅動輪是兩齒傳動，因此等效的驅動輪齒數Z' =Z/2=10.5，則D k=s/sin(180° /Z' )=154/ sin(180° /10. 5) =522. 468mm其中s是驅動輪節距，s=154mm(2)單個行走馬達計算泵的限定輸入總功率Z=49. 02kw，兩變量泵？1，？2最大排量q=2X40ml/rev，泵以滿負荷工作時輸出壓力P=25Mpa，泵的機械效率nmb=0.92，容積效率nvb=0.94。拚裝機最大行走速度為0. 6km/h,因此行馬達的最高轉速為η=0· 6 X 1000/60/ Π / D k =6. 1 轉 / 分拚裝機整機重量最大控制在20噸以下，中隔牆預製件重量為6噸，根據履帶式機械行駛理論，行走裝置的總牽引力約等於拚裝機機重的80 %，則單側履帶的牽引力為F=O. 4 X (20000+6000) =104000kg作用在鏈輪上的扭矩為M' =FXD k /2=10400X0. 522/2=2714. 4kgm行走馬達的輸出扭矩為M= M' /i/ η=2714. 4/100/0. 9=30. 16kgmη——行走傳動的機械效率，取0. 9。取行走馬達兩腔的壓差為230公斤/平方釐米，則行走馬達排量q =628M/230/ η mm =628X30. 16/230/0. 95=86. 68ml/rη mm機械效率取0· 95，每個馬達所需的流量為Q=qn/1000/ η vm=86. 68X6. IX 100/1000/0. 98=53. 95Lη vm容積效率取0. 984、迴轉驅動計算迴轉馬達的流量由定量泵P1提供，因迴轉馬達工作時行走馬達不工作，供給行走馬達的液壓油供給了迴轉馬達，取迴轉馬達參數與行走馬達參數相同。迴轉馬排量q=86. 68ml/r,傳動比i=100，機械效率nmm=0. 85，容積效率 nvm=0.98。泵的實際流量Q' =QX nvb=60X0. 94=56. 4 1/min迴轉馬達理論輸出扭矩T :T=pq/2/ π =230X86. 68/2/ π =31. 74kgm迴轉馬達輸出齒輪實際扭矩T'
7[0082]T' =pq' /2/ π * nmb=230X86. 68/2/ π X0. 92=29. 21kgm迴轉馬達輸出齒輪直徑D計算迴轉支承選1120規格，內齒圈齒數Ze=95，模數m=10mm，上下車每分鐘相對轉1 轉，則迴轉馬達小齒輪齒數Z=950/6. 1/10=15. 57。取小齒輪齒數為16齒。D=m · Z=IO X 16=160mm式中m是迴轉馬達輸出齒輪模數，m=10mm,Z是迴轉馬達輸出齒輪齒數，Z=16迴轉馬達輸出齒輪與內齒圈的減速比i'計算i' =Ze/Z=95/16=5. 93755、迴轉驅動計算拚裝機須計算在極端位置時的穩定性，具體工況如下A、拚裝機在剛夾起中隔牆預製件時的穩定性穩定的力矩為GXA1，穩定的力矩FXA2穩定性係數K= (FXA2) / (GXAl)計算後，如K > 2，則穩定，反之，要採取增加平衡重、重新布置平臺部件位置後再計算，確保拚裝機穩定。B、拚裝機在把中隔牆預製件翻轉90度到垂直位置時的穩定性計算內容同(1)。C、拚裝機在把中隔牆預製件收向迴轉中心時的穩定性計算內容同(1)。D、拚裝機在把中隔牆預製件放到安裝位置時的穩定性計算內容同(1)。結合上述裝置結構，以下對於本中隔牆專用機械的工作過程進行詳細說明1、中隔牆2平放在運輸車上，中隔牆專用機械向前靠近中隔牆2，操縱機械臂15及機械手21，通過夾鉗油缸31驅動夾鉗30使機械手21夾起中隔牆2並向上移動，到達一定高度時通過操縱翻轉油缸20使中隔牆1翻轉與地面成90度垂直。2、通過小臂油缸19操縱小臂18，使中隔牆2收向整機迴轉平臺11。3、操縱迴轉平臺11上電機，使迴轉平臺11迴轉90度，迴轉平臺11正對隧道內中隔牆安裝位置，操縱大小臂及機械手各微調控制手柄，把中隔牆移動到安裝位置。4、操縱滑杆油缸1129及滑杆油缸127，可以使滑杆1128在框架結構22內沿滑塊 23橫向移動、滑塊23在框架結構22的開放空間內縱向移動。4、操縱轉動微調油缸25組合，可以使框架結構22分別繞滑杆1128或滑杆126轉動微調。5、操縱轉動油缸33，可以使前後滑套32相對轉動，對中隔牆2在Z平面內進行轉動微調。
權利要求1.一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，所述隧道中隔牆施工機械用於預製式中隔牆的安裝，包括履帶行走裝置和鉸接與其上的機械臂，其特徵在於所述機械手由具有滑杆 II的夾鉗裝置、具有滑杆I的滑塊及框架結構組成，所述框架結構與所述機械臂鉸接，所述滑杆I與所述框架結構套接，所述滑杆II與所述滑塊套接，所述夾鉗裝置還設有夾鉗及夾鉗油缸，用於夾持所述中隔牆。
2.根據權利要求1所述的一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，其特徵在於所述框架結構上端設置有一轉動油缸及垂直於框架結構的轉軸，所述轉軸外可轉動式套裝有一滑套，所述滑套與所述機械臂上的小臂及連杆鉸接，所述框架結構下端垂直分布有至少三個平行的微調油缸，並可通過控制所述微調油缸的活塞杆伸出頂推所述中隔牆以達到微調之效果；所述框架結構上穿設一垂直於所述微調油缸的頂出方向的孔I，所述孔I內套裝所述滑杆I ；所述滑塊可以滑杆I為軸轉動，所述滑杆I可通過至少一滑杆油缸I驅動於孔I 內軸向移動；所述滑塊上設有與所述微調油缸的頂出方向和孔I的軸向垂直的孔II，所述孔II內套裝所述滑杆II ；所述夾鉗裝置可以滑杆II為軸轉動，並可通過二滑杆油缸II驅動於孔II內軸向移動，所述夾鉗及夾鉗油缸設於滑杆II兩端。
3.根據權利要求1所述的一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，其特徵在於所述滑塊兩端分布延伸有同軸的圓杆，並構成所述的滑杆I，所述孔II設於所述滑塊中心處。
4.根據權利要求1所述的一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，其特徵在於所述微調油缸數量為四個，並以所述滑杆I和滑杆II投影的交點為中心對稱分布。
5.根據權利要求1所述的一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，其特徵在於所述滑杆油缸I和滑杆油缸II的數量均為兩個。
專利摘要本實用新型涉及一種機械提升工具，具體涉及一種隧道中隔牆施工機械的專用機械手，用於隧道內預製式中隔牆的安裝。所述隧道中隔牆施工機械用於預製式中隔牆的安裝，包括履帶行走裝置和鉸接與其上的機械臂，其特徵在於所述機械手由具有滑杆II的夾鉗裝置、具有滑杆I的滑塊及框架結構組成，所述框架結構與所述機械臂鉸接，所述滑杆I與所述框架結構套接，所述滑杆II與所述滑塊套接，所述夾鉗裝置還設有夾鉗及夾鉗油缸，用於夾持所述中隔牆。
文檔編號E21D11/08GK202212964SQ20112026191
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月23日 優先權日2011年7月23日
發明者孔祥鵬, 彭少傑, 徐震東, 朱建華, 楊繼範, 榮建, 邵亮, 鍾唯敏, 鍾起祖 申請人:上海市第二市政工程有限公司