专利名称：具有六个自由度的盾构管片拼装机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道工程施工机械，特别涉及一种盾构管片拼装机。
背景技术：
管片拼装机是隧道施工用盾构掘进机中的重要关键部件之一。盾构机向前掘进后，在其后部必须立即将管片拼装成隧道衬砌，拼装管片的工作就是由拼装机来完成的，管片拼装机的功能直接影响到管片拼装质量以及隧道施工效率。
经文件检索发现，申请号为03116809.4的中国专利《带有压力式全密封邮箱的衬砌拼装机》(
公开日2003年10月15日)公开了一种隧道管片拼装机，其结构示意图可参阅附图1和2。该管片拼装机具有一由驱动装置502驱动进行回转运动的环形盘式旋转盘体501，二悬臂梁503固定在旋转盘体501的两侧部；二垂直导向套504分别焊固在左右两悬臂梁503上，设置在其外侧的提升油缸505带动导柱507在导向套504内滑动，一“U”形的钢制提升横梁506在二端与垂直的导柱507连为一体，并可随导柱507一起上下运动；平移机构508固定在提升横梁506下部的中间，其中设置有平移油缸509，管片钳510设置于平移油缸509上，其两侧设有支撑油缸511，平移油缸509带动管片钳510前后平移，支撑油缸511带动管片钳510上下移动；管片钳510上具有螺纹可连接和擎移管片。
由上述可知，该发明是通过旋转盘体501回转、提升油缸505上下运动、平移油缸509前后运动及支撑油缸511上下运动来实现管片钳510的空间移动和定位的，并进而完成隧道内管片的拼装施工。该机构的运动具有四个自由度，然而在实际施工中，并非每一块管片都能以规则的理想位置进行拼装，其很可能需要与隧道空间的某个平面，例如隧道的横截面存在着一个小的夹角，显然，上述只具有四个自由度的拼装机就不能满足管片施工的要求了。
此外，该管片拼装机的左右悬臂梁503之间仅仅只靠提升横梁506进行连接，因而设备整体的刚度较差，工作负载会破坏左右二提升油缸505轴线的平行度，使二提升油缸505的升降运动不同步，从而造成管片拼装错位的严重后果。
再而，该管片拼装机的管片钳510直接设置于平移油缸509上，管片的所有重量都由平移油缸509的缸体承受，这将对平移油缸509整体的稳定性及平移运动的平稳性造成不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有六个自由度的盾构管片拼装机，其机构具有六个运动自由度，从而使抓取管片的管片钳头装置的移动、位置和姿态能充分地满足拼装管片的需要，此外，通过改善结构提高平移装置和悬臂梁的整体稳定性和刚性。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案来解决其技术问题的一种具有六个自由度的盾构管片拼装机，包括有旋转盘体、驱动装置、二悬臂梁、二平移油缸、二提升油缸、提升横梁、管片钳头装置、管片配重和固定盘体，所述二悬臂梁沿盾构轴向且左右平行地固定在盾构机的内壳体上，所述固定盘体设置在二悬臂梁上且与盾构同轴，所述驱动装置固设于固定盘体上，其驱动旋转盘体在固定盘体上作同轴回转运动，所述二平移油缸分别铰接于二悬臂梁与固定盘体之间，其同步伸缩带动固定盘体和旋转盘体一起沿盾构轴向作前后平移运动，所述管片钳头装置上设有螺纹口以连接和擎移管片，其特征在于它还包括有二导向外套、二导向内套、转动平台、中心球关节轴承、管片倾斜油缸和管片转动油缸；所述二导向外套分别直立且平行地固定在旋转盘体的二侧，二导向内套分别套入二导向外套内，二提升油缸分别铰接在导向外套与导向内套之间，并可各自推动导向内套在导向外套内上下滑移；所述提升横梁的二端分别与二导向内套的下端相铰接，其下部的中间设置有转动平台，中心球关节轴承安装在该转动平台与提升横梁之间；所述管片倾斜油缸的一端与提升横梁铰接，另一端与转动平台相铰接，其轴线与转动平台的台面成一夹角；所述管片转动油缸的轴线平行于转动平台，其一端与提升横梁铰接，另一端与转动平台相铰接；所述管片钳头装置固设于转动平台上。
本发明所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机，在其二悬臂梁之间装设有中间横梁，该中间横梁的二端分别与二悬臂梁相固接，在该二悬臂梁的上方和下方设置有滚轮装置，该滚轮装置固接在固定盘体的左右二侧部，该悬臂梁的上下二表面设置有可供滚轮装置进行滚动的轨道；所述二平移油缸的缸体分别水平地固定在二悬臂梁的外侧，其活塞杆分别铰接于固定盘体的二侧。
为了更好地将本发明所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机与现有技术进行比较，我们将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向铅垂方向为Z轴(参见图3中坐标所示)。
与现有的盾构管片拼装机相比较，本发明所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机不仅具有可实现X轴向运动(前后平移)的平移油缸、可实现Z轴向运动(上下升降)的提升油缸以及可实现绕X轴回转(YZ平面内的旋转)的旋转盘体，而且还设有管片倾斜油缸可实现绕Y轴摆动(XZ平面内的旋转)、设有管片转动油缸可实现绕Z轴转动(XY平面内的旋转)以及利用二提升油缸的行程差可实现Y轴向微动(左右移动)，因而具有6个运动自由度，使管片钳头装置的移动、位置和姿态更能广泛地适应拼装各种空间位置管片的需要，解决了管片空间位置变化而产生的拼装困难的问题；另外，本发明在其二悬臂梁之间装设有中间横梁，提高了设备整体结构的刚度，同时抓取管片的管片钳头装置设置于提升横梁的转动平台上，克服了管片重量对油缸的不良影响，因而结构的改善保证了所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机能长时间、高负载地进行管片拼装作业。
图1为现有技术的管片拼装机的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为本发明的结构立体示意图。
图4为本发明的结构侧视图。
图5为本发明的转动平台部位的侧向局部立体示意图。
图6为本发明的转动平台部位的俯向局部立体示意图。
图7为本发明的提升油缸部位的局部立体示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
如图3和图4所示，本发明所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机包括有旋转盘体1、驱动装置2、二悬臂梁3、二平移油缸4、二导向外套5、二导向内套6、二提升油缸7、提升横梁8、管片钳头装置9、管片配重10、转动平台12、中心球关节轴承13、管片倾斜油缸14、管片转动油缸15、固定盘体16和滚轮装置17。
所述二悬臂梁3沿盾构的轴向且左右平行地固定在盾构机的内壳体上，在二悬臂梁3之间装设有中间横梁21，该中间横梁21的二端分别与左右二悬臂梁3相固接以增加结构的刚度。在该二悬臂梁21的上方和下方设置有滚轮装置17，该悬臂梁21的上下二表面设有可供滚轮装置17进行滚动的轨道20；所述固定盘体16为一环状结构件，其设置在二悬臂梁3上并且轴线与盾构重合，上述滚轮装置17焊接在固定盘体16盘面的左右二侧部，其可沿着轨道在二悬臂梁3上滑动；所述驱动装置2固设于固定盘体16上，其为电动机驱动的齿轮变速装置，它带动圆环形盘式旋转盘体1在固定盘体16上作同轴的回转运动；所述二平移油缸4的缸体通过安装座19分别水平地固定在二悬臂梁3的外侧，其活塞杆通过安装座18分别铰接于固定盘体16的左右二侧，从而使二平移油缸4分别铰接于二悬臂梁3与固定盘体16之间，二平移油缸4可同步伸缩带动固定盘体16和旋转盘体1一起通过滚轮装置17在二悬臂梁3上滑动，也即沿着盾构轴向作前后平移运动。所述二导向外套5分别直立且平行地固定在旋转盘体1的二侧，二导向内套6分别套入二导向外套5内；现请参考图7，二提升油缸7设置于二导向内套6内且分别铰接在导向外套5与导向内套6之间，其可各自推动导向内套6在导向外套5内上下滑移，导向内套6的外表面与导向外套5内表面之间设置有铜垫111以起减少摩擦的作用。所述提升横梁8的二端分别与二导向内套6的下端相铰接，其下部的中间设置有转动平台12，再参阅图5，中心球关节轴承13安装在该转动平台12与提升横梁8之间，从而转动平台12可绕中心球关节轴承13的中心作全周旋动；所述管片钳头装置9固设于转动平台12上，其设有螺纹口以连接和擎移管片。现请参阅图5，所述管片倾斜油缸14的一端通过固定在提升横梁8上的耳板301及销轴300与提升横梁8相铰接，另一端通过固定在转动平台12上的耳板302及销轴300与转动平台12铰接，其轴线与转动平台12的台面成一夹角，管片倾斜油缸14的伸缩可推动转动平台12前后摆动；再请参阅图6，所述管片转动油缸15的轴线平行于转动平台12，其一端通过固定在提升横梁8上的耳板303及销轴300与提升横梁8相铰接，另一端通过固定在转动平台12上的耳板304及销轴300与转动平台12铰接，因而管片转动油缸15的伸缩可推动转动平台12在水平面内旋转。再参阅图3，所述管片配重10设置在旋转盘体1的与提升横梁8相对的部位上，因而其可以平衡管片钳头装置9所抓取管片的重量，保证旋转盘体1回转的平稳性。
在图3中将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向铅垂方向为Z轴(见图3中坐标所示)。综上所述，本发明所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机通过平移油缸4实现X轴向的运动(前后平移)、通过提升油缸7实现Z轴向的运动(上下升降)，通过旋转盘体1实现绕X轴的回转(YZ平面内的旋转)，通过管片倾斜油缸14实现绕Y轴的摆动(XZ平面内的旋转)，通过管片转动油缸15实现绕Z轴的转动(XY平面内的旋转)以及通过二提升油缸7的行程差与旋转盘体1的旋转相结合实现Y轴向的微动(左右移动)，使管片钳头装置9具有6个运动自由度，因而其移动、位置和姿态更能适应拼装各种空间位置管片的需要；此外，二悬臂梁3之间设置中间横梁21、管片钳头装置9的位置设置等结构方面的改进提高了所述具有六个自由度的盾构管片拼装机设备整体结构的刚度，克服了管片重量的不良影响，达到了机构运动的平稳性，保证了本发明能长时间、高负载地进行管片拼装作业。
权利要求
1.一种具有六个自由度的盾构管片拼装机，包括有旋转盘体(1)、驱动装置(2)、二悬臂梁(3)、二平移油缸(4)、二提升油缸(7)、提升横梁(8)、管片钳头装置(9)、管片配重(10)和固定盘体(16)，所述二悬臂梁(3)沿盾构轴向且左右平行地固定在盾构机的内壳体上，所述固定盘体(16)设置在二悬臂梁(3)上且与盾构同轴，所述驱动装置(2)固设于固定盘体(16)上，其驱动旋转盘体(1)在固定盘体(16)上作同轴回转运动，所述二平移油缸(4)分别铰接于二悬臂梁(3)与固定盘体(16)之间，其同步伸缩带动固定盘体(16)和旋转盘体(1)一起沿盾构轴向作前后平移运动，所述管片钳头装置(9)上设有螺纹口以连接和擎移管片，其特征在于它还包括有二导向外套(5)、二导向内套(6)、转动平台(12)、中心球关节轴承(13)、管片倾斜油缸(14)和管片转动油缸(15)；所述二导向外套(5)分别直立且平行地固定在旋转盘体(1)的二侧，二导向内套(6)分别套入二导向外套(5)内，二提升油缸(7)分别铰接在导向外套(5)与导向内套(6)之间，并可各自推动导向内套(6)在导向外套(5)内上下滑移；所述提升横梁(8)的二端分别与二导向内套(6)的下端相铰接，其下部的中间设置有转动平台(12)，中心球关节轴承(13)安装在该转动平台(12)与提升横梁(8)之间；所述管片倾斜油缸(14)的一端与提升横梁(8)铰接，另一端与转动平台(12)相铰接，其轴线与转动平台(12)的台面成一夹角；所述管片转动油缸(15)的轴线平行于转动平台(12)，其一端与提升横梁(8)铰接，另一端与转动平台(12)相铰接；所述管片钳头装置(9)固设于转动平台(12)上。
2.根据权利要求1所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机，其特征在于在二悬臂梁(3)之间装设有中间横梁(21)，该中间横梁(21)的二端分别与二悬臂梁(3)相固接。
3.根据权利要求1或2所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机，其特征在于在二悬臂梁(3)的上方和下方设置有滚轮装置(17)，该滚轮装置(17)固接在固定盘体(16)的左右二侧部，该悬臂梁(3)的上下二表面设置有可供滚轮装置(17)进行滚动的轨道(20)。
4.根据权利要求1或2所述的具有六个自由度的盾构管片拼装机，其特征在于所述二平移油缸(4)的缸体分别水平地固定在二悬臂梁(3)的外侧，其活塞杆分别铰接于固定盘体(16)的二侧。
全文摘要
一种具有六个自由度的盾构管片拼装机，包括有旋转盘体、驱动装置、二悬臂梁、二平移油缸、二导向外套、二导向内套、二提升油缸、提升横梁、管片钳头装置、管片配重、转动平台、中心球关节轴承、管片倾斜油缸、管片转动油缸、固定盘体和滚轮装置，其机构具有六个运动自由度，从而使管片钳头装置的移动、位置和姿态能充分地满足拼装各种空间位置管片的需要，此外二悬臂梁之间设置中间横梁、管片钳头装置的位置设置等结构方面的改进提高了设备整体结构的刚度和机构运动的平稳性，本发明能用于盾构掘进机中进行长时间、高负载的管片拼装作业。
文档编号E21D11/04GK1837578SQ200610025189
公开日2006年9月27日 申请日期2006年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者石元奇, 王鹤林, 杨磊, 翟一欣 申请人:上海隧道工程股份有限公司