拱架拼装装置及拱架拼装方法与流程

1.本发明涉及隧道施工的技术领域，尤其涉及一种拱架拼装装置及拱架拼装方法。


背景技术：

2.tbm施工过程中，通常采用钢拱架来对其后方进行支护，支护过程主要是将一段一段的钢拱架拼装成环形，并将拼装完成后的钢拱架在tbm施工后的隧道内撑起。
3.拼装过程中，人工对接各段钢拱架，并需要人工拧螺栓将其拧紧，需要工人长时间在现场作业。一旦发生塌方，很容易发生人员伤亡事故，安全隐患大；另一方面，这种人工支护的方式，支护效率较低。人工支护导致的支护不及时或质量不稳定，是造成tbm塌方的主要原因。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种拱架拼装装置及拱架拼装方法，以缓解拱架拼装劳动强度大、拼装效率低、安全隐患大的问题。
5.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本发明提供一种拱架拼装装置，包括：竖臂、姿态调节装置和多个拱架夹爪，所述姿态调节装置包括横臂、摆动机构和至少两个拱架承托体；
7.所述拱架夹爪安装于所述横臂，多个所述拱架夹爪沿所述横臂分布；
8.所述横臂可转动地连接于所述竖臂，所述摆动机构与所述横臂连接，用于驱动所述横臂相对于所述竖臂摆动；
9.所述拱架承托体安装于所述横臂，所述拱架承托体能够与所述拱架抵接，多个所述拱架承托体沿所述横臂分布。
10.在优选的实施方式中，所述拱架承托体包括承托圆柱，所述承托圆柱的圆周面用于与拱架的内环面抵接。
11.在优选的实施方式中，所述承托圆柱可转动地安装于所述横臂以使所述承托圆柱能够自转。
12.在优选的实施方式中，所述拱架承托体包括设置于所述承托圆柱的两端的挡板，所述挡板的至少部分向外侧倾斜。
13.在优选的实施方式中，所述拱架夹爪包括连接架、收放机构和多个拱架夹具，所述收放机构与拱架夹具连接，用于驱动所述拱架夹具相对于所述连接架活动以使各个所述拱架夹具相对靠近或远离。
14.在优选的实施方式中，所述收放机构包括中心座和收放油缸，所述中心座安装于所述连接架，所述收放油缸与所述中心座连接用于驱动所述中心座相对于所述连接架移动；各个所述拱架夹具围绕所述中心座分布，并且，所述拱架夹具铰接于所述中心座；所述拱架夹具通过铰接连杆与所述连接架连接。
15.在优选的实施方式中，所述中心座连接有压紧滚轮，所述压紧滚轮能够与所述拱
架夹具配合以将拱架夹紧于两者之间。
16.在优选的实施方式中，所述拱架夹具包括夹爪板和夹爪滚轮，所述夹爪板具有转角部，所述夹爪滚轮能够与所述压紧滚轮配合以将拱架夹紧于两者之间。
17.在优选的实施方式中，所述竖臂包括外臂、内臂和伸缩机构，所述伸缩机构与所述内臂连接，用于驱动所述内臂相对于所述外臂作伸缩运动；所述横臂可转动地连接于所述内臂。
18.本发明提供一种拱架拼装方法，采用上述的拱架拼装装置，所述拱架拼装方法包括：所述拱架拼装装置通过所述姿态调节装置预定位于拱架；所述拱架夹爪将拱架夹紧；所述竖臂带动所述拱架运动。
19.本发明的特点及优点是：
20.该拱架拼装装置能够对拱架进行定位、抓取及提升，实现拱架的自动拼装作业；并且，能够强制调节拱架姿态，有利于拱架夹爪与拱架对接，使得拱架夹爪更容易抓取拱架，提高了工作效率和安全性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1-图5为本发明提供的拱架拼装装置的工作示意图；
23.图6为本发明提供的拱架拼装装置的结构示意图；
24.图7为图6的a-a向剖视图；
25.图8为本发明提供的拱架拼装装置中的姿态调节装置的结构示意图；
26.图9为本发明提供的拱架拼装装置中的姿态调节装置与竖臂的连接示意图；
27.图10为本发明提供的拱架拼装装置中的横臂的结构示意图；
28.图11-图12为本发明提供的拱架拼装装置中的拱架夹爪的结构示意图。
29.附图标号说明：
30.10、竖臂；
31.11、外臂；12、内臂；13、伸缩机构；131、驱动油缸；
32.14、连接件；
33.20、姿态调节装置；201、横臂；
34.21、摆动机构；211、调节油缸；212、油缸安装架；
35.22、拱架承托体；221、承托圆柱；222、挡板；223、倾斜部；
36.30、拱架夹爪；
37.31、连接架；
38.32、收放机构；321、中心座；322、收放油缸；323、铰接连杆；
39.33、拱架夹具；331、转角部；
40.34、压紧滚轮；35、夹爪滚轮；
41.40、拱架。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.方案一
44.本发明提供了一种拱架拼装装置，如图1-图5所示，该拱架拼装装置包括：竖臂10、姿态调节装置20和多个拱架夹爪30，姿态调节装置20包括横臂201、摆动机构21和至少两个拱架承托体22；拱架夹爪30安装于横臂201，多个拱架夹爪30沿横臂201分布；横臂201可转动地连接于竖臂10，摆动机构21与横臂201连接，用于驱动横臂201相对于竖臂10摆动；拱架承托体22安装于横臂201，拱架承托体22能够与拱架40抵接，多个拱架承托体22沿横臂201分布。
45.在竖臂10的带动下，该拱架拼装装置靠近拱架40；摆动机构21带动横臂201相对于竖臂10摆动，以调整拱架夹爪30的姿态；并且，待接近拱架40时，拱架承托体22先与拱架40接触，多个拱架承托体22与拱架40相配合，便于拱架40姿态的定位，并强制调节拱架40姿态，有利于拱架夹爪30与拱架40对接，使得拱架夹爪30更容易抓取拱架40，提高了工作效率，更易于控制和实施。通过该拱架拼装装置，实现钢拱架40的抓取与拼装，能够替代人工作业，缓解了拱架拼装劳动强度大、拼装效率低、安全隐患大的问题，有利于提高tbm施工的安全性和效率。
46.拱架承托体22强制约束拱架40姿态；拱架承托体22可以与拱架40的内环面抵接，也可以与拱架40的外环面抵接。进一步地，拱架承托体22包括承托圆柱221，承托圆柱221的圆周面用于与拱架40的内环面抵接，承托圆柱221与拱架40抵接时摩擦阻力较小，并且通过其圆周面与拱架40配合，便于推动拱架40运动；多个承托圆柱221的圆周面与拱架40的内环面抵接，可以较好地调控拱架40的姿态使其便于被拱架夹爪30抓取。在一些实施方式中，承托圆柱221可转动地安装于横臂201以使承托圆柱221能够自转，以进一步减小承托圆柱221与拱架40抵接时的摩擦阻力，提高拱架夹爪30抓取拱架40的顺畅度。
47.拱架承托体22包括设置于承托圆柱221的两端的挡板222，挡板222的至少部分向外侧倾斜，如图4和图5所示，挡板222包括倾斜部223，通过倾斜部223，对拱架40起到引导作用，便于拱架40进入至两端的挡板222之间以与承托圆柱221抵接，同时将拱架40限制在两端的挡板222之间。
48.在一些实施方式中，拱架夹爪30包括连接架31、收放机构32和多个拱架夹具33，收放机构32与拱架夹具33连接，用于驱动拱架夹具33相对于连接架31活动以使各个拱架夹具33相对靠近或远离，在收放机构32的驱动下，各个拱架夹具33相对靠近时可以抓取拱架40，各个拱架夹具33相对远离时可以释放拱架40。
49.如图11和图12所示，收放机构32包括中心座321和收放油缸322，中心座321安装于连接架31，收放油缸322与中心座321连接用于驱动中心座321相对于连接架31移动；各个拱架夹具33围绕中心座321分布，并且，拱架夹具33铰接于中心座321；拱架夹具33通过铰接连杆323与连接架31连接，中心座321在收放油缸322的带动下向上运动时，各个拱架夹具33随着相对靠近以抓取并夹紧拱架40；中心座321在收放油缸322的带动下向下运动时，各个拱
架夹具33随着相对远离以释放拱架40。一个拱架夹爪30中的拱架夹具33的数量可以为2个、3个或者更多个；优选地，拱架夹具33的数量为2个，并且相对设置。
50.在一些实施方式中，中心座321连接有压紧滚轮34，压紧滚轮34能够与拱架夹具33配合以将拱架40夹紧于两者之间，拱架夹具33抓取拱架40时，压紧滚轮34将拱架40压紧，以保障拱架夹爪30将拱架40夹紧得更加牢靠。进一步地，拱架夹具33包括夹爪板和夹爪滚轮35，夹爪板具有转角部331，夹爪滚轮35能够与压紧滚轮34配合以将拱架40夹紧于两者之间，如图3-图5所示，夹爪滚轮35与压紧滚轮34配合，将拱架40夹紧。如图11所示，夹爪滚轮35的轴线与转角部331的延伸方向大体相一致，夹爪滚轮35的圆周面和转角部331均与拱架40的一个壁面接触，一方面便于拱架夹具33顺畅地抓取拱架40，另一方面，有利于将拱架40夹紧得更加牢靠，避免发生松脱。优选地，夹爪滚轮35的轴线与转角部331的延伸方向相平行。
51.竖臂10的顶端设置有连接件14，连接件14用于将该拱架拼装装置与钢拱架拼装机连接。在一些实施方式中，竖臂10包括外臂11、内臂12和伸缩机构13，伸缩机构13与内臂12连接，用于驱动内臂12相对于外臂11作伸缩运动；横臂201可转动地连接于内臂12。伸缩机构13可以为驱动油缸131，如图6和图7所示，内臂12安装在外臂11内部并通过驱动油缸131连接，在驱动油缸131的驱动下，内臂12可以在外臂11内实现自由滑动，从而带动横臂201及拱架夹爪30和拱架承托体22一起移动。
52.拱架承托体22安装在横臂201上，如图10所示，横臂201可以呈弧形，以便于横臂201上的多个拱架承托体22与拱架40适配。进一步地，摆动机构21包括调节油缸211和油缸安装架212，如图6和图8-图10所示，调节油缸211一端与横臂201连接，另一端与油缸安装架212连接；油缸安装架212固接于内臂12，横臂201与内臂12铰接，在调节油缸211的驱动下，横臂201能够绕铰接点进行摆动。
53.该拱架拼装装置能替代人工作业，对拱架40进行定位、抓取及提升，实现拱架40的自动拼装作业；并且能够对拱架40进行定位，控制比较简单，容易实现，同时抓取比较稳固，提高了钢拱架拼装的安全性和效率，有助于安全高效、高质量地及时支护。
54.方案二
55.本发明提供了一种拱架拼装方法，采用上述的拱架拼装装置，该拱架拼装方法包括：拱架拼装装置通过姿态调节装置20预定位于拱架40；拱架夹爪30将拱架40夹紧；竖臂10带动拱架40运动。该拱架拼装方法能够对拱架40进行定位、抓取及提升，实现拱架40的自动拼装作业；并且，能够强制调节拱架40姿态，有利于拱架夹爪30与拱架40对接，使得拱架夹爪30更容易抓取拱架40，提高了工作效率，更易于控制和实施。
56.在本发明的一实施方式中，该拱架拼装方法的步骤包括：(1)初始时，竖臂10收缩；(2)拱架夹爪30打开；(3)竖臂10伸长，靠近钢拱架40，通过姿态调节装置20调整拱架拼装装置的姿态；(4)待接近钢拱架40时，首先拱架承托体22与钢拱架40接触，并强制调节拱架40姿态；(5)继续将竖臂10伸长，直到压紧滚轮34压紧钢拱架40；(6)拱架夹爪30紧闭并夹紧钢拱架40。
57.以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。