真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機的製作方法
2023-06-02 02:47:41
專利名稱：真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機的製作方法
技術領域：
本發明涉及隧道施工中的一種管片拼裝機，尤其涉及一種六自由度的真空吸盤式
管片拼裝機。
背景技術：
隨著城市建設的發展，地鐵、地下排管工程不斷增加，隧道盾構法開挖憑藉自身的 優勢逐漸成為城市地下施工的主要手段。盾構推進過程中管片拼裝的速度與質量直接關係 到盾構施工的速度以及隧道的質量。如圓環管片環面高差不平整，管片環面與隧道設計軸 線不垂直，縱縫質量不符合要求，圓環整環旋轉等等，都會對管片的拼裝產生影響，從而影 響整個隧道的施工質量，在管片的拼裝過程中需要用到管片拼裝機，而管片拼裝機技術是 直接影響管片拼裝質量的主要因素之一。 現有的拼裝機很多都是四自由度的，分別為沿盾構軸線方向的移動、環繞盾構軸 線方向的運動、豎直方向的運動、以及管片的兩端分別在豎直方向的微調，然而在實際的拼 裝過程中，管片的實際位置並不會這麼規則的沿著這四個自由度，因此會造成實際拼裝管 片過程中造成管片定位的不準確，影響管片拼裝的速度以及質量。 為了改善現有的四自由度拼裝機的定位不準確，給管片拼裝過程帶來的缺點，公 開號為1837578的中國發明專利公開了名稱為"具有六個自由度的管片拼裝機"，可以使管 片的定位更加的準確，但是該具有六個自由度的管片拼裝機造價高，而且應用性不強；因此 針對現有的管片拼裝機的缺點，有必要提出一種新的六自由度管片拼裝機。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，以 解決現有技術的管片拼裝機定位不準確，應用性不強，另外提高拼裝機抓舉管片的安全性 和可靠性，能夠節省更多的拼裝時間和更好的保證工人的安全。 為解決所述的技術問題，本發明提供一種真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機， 該盤體組件包括一圓環狀盤體，設於圓環狀盤體內側圓周的齒條； 豎直方向提升管片組件，其包括兩個懸臂梁，該兩個懸臂梁分別設於所述圓環狀 盤體的盤面圓周上，與其固定連接；兩第一套筒，分別固定連接於所述兩個懸臂梁的頂面； 兩提升導柱，分別套設於所述兩套筒內；兩提升油缸，設於所述兩套筒的外側；一提升橫 梁，該提升橫梁的兩端分別與所述的兩提升油缸以及所述的兩提升導柱固定連接；
沿盾構軸線方向移動管片的組件，其包括一機架，沿盾構軸線方向平行設置的兩 平移導柱，一平移油缸；其中所述兩平移導柱的兩端與所述提升橫梁的中部固定連接，兩平 移導柱套設於機架具有的兩圓筒，且機架可沿該兩個平移導柱移動，平移油缸設於機架內， 可帶動機架沿平移導柱移動； 其特徵在於還包括真空吸盤系統，該真空吸盤系統包括一真空吸盤， 一球鉸，三個 支撐油缸，該真空吸盤通過所述球鉸以及所述的三個支撐油缸與所述機架連接，通過三個CN 101705830 A
支撐油缸的調節可以使吸盤以球鉸為中心繞豎直方向、圍繞盾構軸線方向、沿盾構軸線方 向旋轉微調。 本發明的進一步改進在於所述真空吸盤的盤底周邊設有一圈第一溝槽，且於真 空吸盤的盤底配合管片鏤空部設有兩第二溝槽，於該第一溝槽和第二溝槽內設有密封條； 且於真空吸盤盤底設有複數個孔。 本發明的進一步改進在於所述球鉸可旋轉卡設於第一球鉸蓋和第二球鉸蓋內， 且通過該第一球鉸蓋和第二球鉸蓋與所述提升橫梁的中部螺接；所述球鉸通過一球鉸座與 所述的真空吸盤螺接。
本發明的進一步改進在於所述真空吸盤的盤底設有兩抗剪銷。 本發明的進一步改進在於所述提升導柱具有提升導柱底座，提升油缸通過提升 油缸銷與提升導柱底座連接； 所述提升橫梁包括兩側翼部和連接兩側翼部的一中間部，其中，兩側翼部的一端 通過側翼座與所述的提升導柱底座螺接固定。 本發明的進一步改進在於所述提升橫梁中間部設有一平移油缸罩，且所述平移 油缸的軸線與該平移油缸罩的軸線在一條直線上。 通過以上所述的技術方案，本發明提供的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機， 通過設置真空吸盤系統，通過真空吸盤吸取管片，並且通過吸盤盤底設置的兩個抗剪銷可 以輕鬆的完成管片的抓舉，應用性以及可操作性很強，而且通過三個支撐油缸可以使管片 以球鉸為中心繞豎直方向、圍繞盾構軸線方向，沿盾構軸線方向旋轉微調，使管片的定位更 加的準確，而且真空吸盤式拼裝的功能，能夠提高夾取和拼裝管片的安全性和精準性，達到 更加可靠和更強的適應性。
圖1為本發明一較佳實施例的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機的立體圖；
圖2為圖1所示的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機的主視圖；
圖3為圖2所示的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機沿A-A方向的剖面圖；
圖4為圖2所示的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機沿C-C方向的剖面圖；
圖5為圖3所示的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機沿B-B方向的剖面圖；
圖6為本發明一較佳實施例的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機的局部立體 圖； 圖7為圖6所示的局部立體圖的底視圖；以及 圖8為本發明一較佳實施例的拼裝機可調節的六個自由度的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的一較佳實施例的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機 進行詳細描述。 參考圖1為本發明一較佳實施例的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機的立體 圖。該真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，包括盤體組件10，豎直方向提升管片組件20， 沿盾構軸線方向移動管片的組件30以及真空吸盤系統40。其中
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盤體組件10，同時參考圖2，包括一圓環狀盤體ll，設於圓環狀盤體內側圓周的齒 條12 ;另外於圓環狀盤體的內側可設複數個吊耳13，該吊耳13可用於該圓環狀盤體的吊 裝。 豎直方向提升管片組件20，同時參考圖2 3，其包括兩個懸臂梁21，其為梯臺狀， 具有梁座211以及頂面為圓弧凹面212，該兩個懸臂梁21分別設於所述圓環狀盤體11的 盤面圓周上，通過該兩個懸臂梁的梁座211與所述圓環狀盤體11固定連接(在該具體實施 例中採用螺接的形式固定連接)，且兩個懸臂梁21的中心的連線平行於所述圓環狀盤體11 的盤面所在圓周的一直徑；兩第一套筒22，在該實施例中為銅套筒，其為圓筒形套筒，分別 嵌設固定於所述兩個懸臂梁21的圓弧凹面212 ;兩提升導柱23，分別套設於所述兩套筒22 內，且可以在該兩個套筒內沿套筒移動，且該兩提升導柱23具有提升導柱底座231 ;兩提升 油缸24，設於所述兩套筒22的與懸臂梁21的圓弧凹面接觸面的相對面，並通過兩卡箍241 分別螺接固定於兩套筒22的側壁，且該兩提升油缸24分別通過兩提升油缸銷242與提升 導柱底座231連接；一提升橫梁26，該提升橫梁26包括兩側翼部261和連接兩側翼部261 的一中間部262，其中，兩側翼部261的一端通過側翼座263與所述的兩提升導柱底座231 固定連接(在該具體實施例中為螺接固定)，另一端分別與中間部262固定連接；所述提升 橫梁中間部262設有一平移油缸罩264。 沿盾構軸線方向運動管片的組件30，同時參考圖2 5，其包括一機架31，沿盾構 軸線方向平行設置的兩平移導柱32，一平移油缸33 ;其中所述平移導柱32的兩端與所述提 升橫梁26的中間部262固定連接，兩平移導柱32套設於機架31具有的兩圓筒，且機架31 可沿該兩個平移導柱32移動；平移油缸33設於機架31內，且平移油缸33的軸線與所述平 移油缸罩264的軸線在一條直線上。 真空吸盤系統40，同時參考圖2 7，該真空吸盤系統40包括一真空吸盤41 ， 一球 鉸42，三個支撐油缸43，該真空吸盤41通過所述球鉸以及所述的三個支撐油缸43與所述 機架31連接，通過三個支撐油缸43的調節可以使吸盤41以球鉸為中心繞豎直方向、圍繞 盾構軸線方向，沿盾構軸線方向旋轉微調。其中 所述球鉸42可旋轉卡設於第一球鉸蓋421和第二球鉸蓋422內，且通過該第一球 鉸蓋421和第二球鉸蓋422與所述機架31螺接；所述球鉸42通過一球鉸座423與所述的 真空吸盤41螺接。 其中，所述真空吸盤41的盤底周邊設有一圈第一溝槽411，於該第一溝槽411內設 有第一密封條412，且於真空吸盤盤底設有複數個圓孔413，該複數個圓孔413用於抽真空； 且於真空吸盤41的盤底配合管片鏤空部設有兩第二溝槽414，於該第二溝槽414內設有第 二密封條415 ;另外於盤底設有兩抗剪銷416 ;另外，第一溝槽411，第二溝槽414為焊接的 鋼製溝槽。 參考圖8，本發明的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機在使用時，利用擋託輪把 拼裝機盤體定位在支撐環上，盤體11可以在馬達的驅動下，通過一與盤體11內側的齒條12 嚙合的齒輪(驅動齒輪的油泵安裝在支撐環上面)帶動盤體ll繞盾構軸線旋轉，實現該管 片拼裝機的第一個自由度，即y方向；利用固定在圓環狀盤體11圓周上的懸臂梁21作為提 升橫梁26的導向安裝座，將提升橫梁26的提升導柱23安裝在懸臂梁21的第一套筒22內， 這樣，通過兩提升油缸24，提升橫梁26可以沿提升導柱23的方向上下運動，實現該管片拼裝機管片的第二個自由度，即x方向；平移油缸33可以使機架沿平移導柱32在與盾構軸線
平行方向進行前後移動，實現該拼裝機管片的第三個自由度，即Z方向；另外，真空吸盤系
統40實現另外三個自由度，通過安裝在真空吸盤41的球鉸42和三個支撐油缸43可以實現 拼裝機管片的偏轉，俯仰，橫搖等另外3個自由度，即通過三個支撐油缸43的調節可以使真 空吸盤以球鉸41為中心繞豎直方向、圍繞盾構軸線方向，沿盾構軸線方向旋轉微調，S卩ey， 9 ， 9 Q
S 7 z u 在真空吸盤41工作時，不需要人工安裝管片拼裝螺栓，只需要將管片利用雙梁將 管片運送至真空吸盤41下方，然後通過拼裝機平移油缸33的平移調節，提升油缸24的升 降調節，小齒輪驅動使得真空吸盤41降至管片正上方，再利用三個支撐油缸43進行微調， 使真空吸盤41下面的密封條412、415能夠完全與管片接觸，再將真空吸盤41向下微調至 密封條412、415有擠壓效果，然後利用真空泵通過真空吸盤41底部的圓孔413將真空吸盤 41抽取真空，這樣，真空吸盤的真空效果就會顯示出來，當達到一定的真空度時，管片就可 以隨著吸盤一起運動了。 在利用本發明的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機夾取管片時吸盤內的空 氣被真空泵排出，形成真空度，管片在內外大氣壓力差的作用下緊貼吸盤，真空泵產生的 100mbar的真空度使拼裝機非常可靠地夾取管片，管片使用真空吸盤41吸取，在正常工作 狀態下真空度為95% -80%。即使真空度低至80%，其產生的吸取力仍然具有2倍的安全 係數。即使真空泵出現故障，真空吸盤也可以把持住管片三十分鐘以上，這主要取決於吸盤 密封的狀況。而且吸盤41的中心有兩個抗剪銷416，它們可以吸收放置管片時產生的剪切 力以防止真空失效。運用真空吸盤41吸附管片時，必須將抗剪銷416安裝上，以抵消吸盤 在90度，270度時管片的重力，將吸盤41調節至管片上方，然後通過三個支撐油缸43和球 鉸42進行微調，使得吸盤41底面與管片面的間隙基本一致，吸盤41底面焊接有鋼製溝槽 411及414，密封條412及415安裝在鋼製溝槽411、414內，密封條412、415受擠壓會起到 密封效果，用提升油缸24使吸盤41的密封條412、415與管片上表面接觸並有一定的擠壓， 這時通過控制閥、管路和真空泵將管片與吸盤41之間的空氣抽出，當真空度達到85%時， 管片就可以提升，進行拼裝了。 本發明所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其油缸包括有提升油缸24， 平移油缸33，三個支撐油缸43，這些油缸根據工程的需要設定一定的行程，其中提升油缸 1000mm，平移油缸1250mm，支撐油缸能夠使得管片繞管片自身中心的x， y， z方向旋轉正負 3度，這使得管片的抓舉以及安裝適應性更好。 綜上所述，本發明所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機裝置實現了六自由 度的多角度調節，避免了管片安裝時缺少微調的情況，並且能夠實現真空吸盤式管片拼裝， 更好的節省了時間以及提高了施工的安全性，說明了此拼裝機更可靠的管片性能，適用於 盾構法中的拼裝機管片施工。
權利要求
真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其包括盤體組件，該盤體組件包括一圓環狀盤體，設於圓環狀盤體內側圓周的齒條；豎直方向提升管片組件，其包括兩個懸臂梁，該兩個懸臂梁分別設於所述圓環狀盤體的盤面圓周上，與其固定連接；兩第一套筒，分別固定連接於所述兩個懸臂梁的頂面；兩提升導柱，分別套設於所述兩套筒內；兩提升油缸，設於所述兩套筒的外側；一提升橫梁，該提升橫梁的兩端分別與所述的兩提升油缸以及所述的兩提升導柱固定連接；沿盾構軸線方向移動管片的組件，其包括一機架，沿盾構軸線方向平行設置的兩平移導柱，一平移油缸；其中所述兩平移導柱的兩端與所述提升橫梁的中部固定連接，兩平移導柱套設於機架具有的兩圓筒，且機架可沿該兩個平移導柱移動，平移油缸設於機架內，可帶動機架沿平移導柱移動；其特徵在於還包括真空吸盤系統，該真空吸盤系統包括一真空吸盤，一球鉸，三個支撐油缸，該真空吸盤通過所述球鉸以及所述的三個支撐油缸與所述機架連接，通過三個支撐油缸的調節可以使吸盤以球鉸為中心繞豎直方向、圍繞盾構軸線方向、沿盾構軸線方向旋轉微調。
2. 如權利要求1所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述真空吸盤的盤底周邊設有一圈第一溝槽，且於真空吸盤的盤底配合管片鏤空部設有兩第二溝槽，於該第一溝槽和第二溝槽內設有密封條；且於真空吸盤盤底設有複數個孔。
3. 如權利要求1所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述球鉸可旋轉卡設於第一球鉸蓋和第二球鉸蓋內，且通過該第一球鉸蓋和第二球鉸蓋與所述提升橫梁的中部螺接；所述球鉸通過一球鉸座與所述的真空吸盤螺接。
4. 如權利要求1 3任一所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述真空吸盤的盤底設有兩抗剪銷。
5. 如權利要求1 3任一所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述提升導柱具有提升導柱底座，提升油缸通過提升油缸銷與提升導柱底座連接；所述提升橫梁包括兩側翼部和連接兩側翼部的一中間部，其中，兩側翼部的一端通過側翼座與所述的提升導柱底座螺接固定。
6. 如權利要求5所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述提升導柱具有提升導柱底座，提升油缸通過提升油缸銷與提升導柱底座連接；所述提升橫梁包括兩側翼部和連接兩側翼部的一中間部，其中，兩側翼部的一端通過側翼座與所述的提升導柱底座螺接固定。
7. 如權利要求4所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述提升導柱具有提升導柱底座，提升油缸通過提升油缸銷與提升導柱底座連接；所述提升橫梁包括兩側翼部和連接兩側翼部的一中間部，其中，兩側翼部的一端通過側翼座與所述的提升導柱底座螺接固定。
8. 如權利要求5所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述提升橫梁中間部設有一平移油缸罩，且所述平移油缸的軸線與該平移油缸罩的軸線在一條直線上。
9. 如權利要求6所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述提升橫梁中間部設有一平移油缸罩，且所述平移油缸的軸線與該平移油缸罩的軸線在一條直線上。
10.如權利要求7所述的真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其特徵在於所述提升 橫梁中間部設有一平移油缸罩，且所述平移油缸的軸線與該平移油缸罩的軸線在一條直線 上。
全文摘要
本發明提供一種真空吸盤式六自由度盾構管片拼裝機，其包括盤體、設於盤體上的兩個懸臂梁、兩提升導柱、兩提升油缸、一提升橫梁、沿盾構軸線方向平行設置的兩平移導柱、通過該兩個平移導柱與提升橫梁連接的一機架、平移油缸、一真空吸盤、一球鉸以及三個支撐油缸；其中盤體可繞盾構軸線旋轉，提升導柱可在提升油缸的作用下上下移動，平移油缸可使機架沿平移導柱沿盾構軸線移動，三個支撐油缸的調節可以使吸盤以球鉸為中心繞豎直方向、圍繞盾構軸線方向，沿盾構軸線方向旋轉微調。通過以上所述的技術方案，使管片的定位更加的準確，而且真空吸盤式拼裝的功能，能夠提高夾取和拼裝管片的安全性和精準性，達到更加可靠和更強的適應性。
文檔編號E21D11/40GK101705830SQ20091019748
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者徐曉磊, 李 浩, 黃明濤 申請人:上海隧道工程股份有限公司