一种竖井掘进机用管片拼装机系统的制作方法

本发明涉及竖井掘进机相关系统，尤其是一种竖井掘进机用管片拼装机系统。

背景技术：

竖井掘进机开挖井壁砌衬用的一个管片重量在2吨以上，需要使用管片拼装机系统对管片进行高效、安全的拼装。需要满足井壁扩展要求，还要考虑到竖井空间受限的问题，为满足设备维护要求，需要在平台上开设物资运送的通道(罐道)，由于平台上多了2个罐道，竖井管片拼装机系统需要让开通道位置，造成设计更加复杂困难，现有掘进机只在水平隧道施工中实现了长距离管片拼装，而不能实现竖井的机械化高效管片拼装。因此，怎样能在有2个罐道的平台上方便快速的拼装管片，成为长期以来难以解决的技术难题。

鉴于上述原因，现有的隧道管片拼装机的结构需要重新设计。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种竖井掘进机用管片拼装机系统，本发明为竖井掘进机用的，结构紧凑、能适应井壁扩展的竖井管片拼装机系统。为了保证管片的定位拼装，需要很高的定位精度；同时管片重量、尺寸大，为满足井壁可扩展要求，具备很高的强度和刚度。在掘进设备领域，管片拼装机是掘进设备的核心部件之一，管片拼装机采用机电液一体化技术，实现了管片拼装的自动化，极大的提高了掘进施工的安全性，提高了工作效率，降低工人劳动强度。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种竖井掘进机用管片拼装机系统，是由：管片、真空吸盘、微调机构、横梁、伸缩臂机构、导向键、回转支承、液压马达、罐道、升降机构液压缸、应急管片停放系统、导轨、平台、立柱构成；平台为圆形，平台的中心设置立柱，立柱两侧的平台上对称设置一对罐道，立柱上方外周设置回转支承，回转支承与平台之间均匀分布至少四个升降机构液压缸，升降机构液压缸上端与回转支承铰接，下端与平台铰接，回转支承与立柱之间均匀分布至少四个导向键，回转支承的前后方设置一对伸缩臂机构，其中一个伸缩臂机构的一侧设置液压马达，所述一对伸缩臂机构内的伸缩杆前端之间设置横梁，所述横梁的初始位置位于一个罐道的上方，横梁下方中部设置微调机构，真空吸盘设置于微调机构的前端，真空吸盘配置真空泵，管片被吸在真空吸盘上，平台上一侧设置一对导轨，一对导轨上滑动设置应急管片停放系统，应急管片停放系统上方放置管片，所述一对导轨垂直于一对罐道的中心连线。

所述液压马达为直接从市场上购买的带有行星减速器和小齿轮的液压马达。

回转支承与液压马达构成回转机构，导向键与升降机构液压缸构成升降机构；

液压马达向回转支承提供动力，使回转支承携带伸缩臂机构沿立柱外周旋转，回转支承围绕立柱的转动范围为±200°，旋转所述真空吸盘对准管片的放置位置时停止旋转，伸缩臂机构通过调节升降机构液压缸的高度以对准管片的高度，伸缩臂机构内设置液压油缸精确控制伸缩杆，一对伸缩臂机构内的伸缩杆同步伸长带动横梁向前移动，使真空吸盘与管片接触，打开真空泵，使真空吸盘将管片牢固吸附，微调机构的端头旋转带动真空吸盘前端的管片旋转90°，使管片由竖直方向翻转为水平方向位于罐道的正上方，然后通过回转机构、升降机构和微调机构按设定的程序运行将管片安装到井壁的指定位置上，拼装完一个管片后，竖井管片拼装机系统复位，等待拼装下一个管片，按以上步骤循环往复；

所述微调机构能够控制真空吸盘及管片实现以下操作：仰视、俯视、向各方向摆动、旋转，以实现精确定位；当发生停电时，使用平台一侧配备的备用电源使伸缩臂机构携带管片在回转支承上旋转，应急管片停放系统沿导轨滑行至所需位置，伸缩臂机构携带管片移动至应急管片停放系统处停止旋转，再通过升降机构将管片放置在应急管片停放系统上，应急管片停放系统通常位于平台内侧，紧靠立柱，能够避免与其他设备发生干涉。

本发明的有益效果是：本发明为竖井掘进机用的结构紧凑、能适应井壁扩展的竖井管片拼装机系统。为了保证管片的定位拼装，需要很高的定位精度；同时管片重量、尺寸大，为满足井壁可扩展要求，具备很高的强度和刚度。在掘进设备领域，管片拼装机是掘进设备的核心部件之一，管片拼装机采用机电液一体化技术，实现了管片拼装的自动化，极大的提高了掘进施工的安全性，提高了工作效率，降低工人劳动强度。

管片拼装机系统是一套复杂的多自由度系统，配置回转、升降、前进和关节球轴承微调机构，头部配置真空吸盘系统。

为了便于管片的装卡、定位，采用真空吸盘系统对管片进行吸取，并配置微调机构；由于该竖井管片拼装机系统安装于平台上，其回转机构必须避开平台上的罐道，因此回转机构外径不得超过罐道位置；回转机构的动力使用低速大扭矩液压马达，液压马达集成行星减速器、小齿轮；液压马达配置平衡阀和内置机械制动系统。回转机构主体采用回转支承，配合小齿轮进行转动，转动范围±200°，小齿轮安装在液压马达的行星减速器上；为实现可扩展要求，配置伸缩臂机构，伸缩臂采用液压缸精确控制，通过位移传感器精确监测位置；为了提高刚度与强度，采用两套水平布置的伸缩臂机构，两个伸缩臂机构之间通过横梁联接，横梁下部联接管片拼装机系统的微调机构；微调机构采用球关节轴承机构，通过液压缸实现微调机构的摆动、俯仰、横摇动作。通过至少4套液压缸驱动升降机构，同时在立柱与升降机构之间配置至少4套导向机构，导向机构由4套平键组成。为防止停电，配置备用电源，并设置应急管片停放系统；当突然停电时，使用备用电源将管片放在应急管片停放系统上，确保安全；应急管片停放系统可以在导轨上移动，平时放在平台内侧，紧靠立柱，这样可以避免与其他设备发生干涉。控制系统所有液压元件配置平衡阀、比例阀。

该管片拼装机系统使用便捷、安全、高效，定位精度高；采用伸缩臂机构，实现了可扩展性，提高了通用性，可为企业节约成本，有很高的经济效益；采用两套伸缩臂机构，提高了系统强度与刚度；配置了应急管片停放系统，提高了安全性；采用遥控器操作，减少了人工，减轻工人劳动强度，提高了安全性；各个设备采用模块化装配在一起，便于维护。

竖井管片拼装机系统开始工作，两套伸缩臂机构将真空吸盘推至悬挂的管片处，真空泵打开，将管片吸牢固；微调机构开始工作，将管片旋转90°；伸缩臂机构继续工作，将管片运送到位，进行径向定位；液压马达带动行星减速器、小齿轮与回转支承啮合，驱动管片拼装机回转至设定好的角度，进行管片的周向定位；升降机构通过至少4个液压缸驱动竖井管片拼装机沿轴向运动；在立柱处配置有至少4个导向键，提高刚性和导向的准确性；升降机构对管片进行轴向定位。

微调机构可以实现管片的小角度俯仰、旋转、摆动动作，便于精确定位；管片安装到位后，微调机构、伸缩臂机构、回转支承、升降机构回到初始位置，等待下一个管片的拼装工作；当发生停电时，启动备用电源，将管片停放在应急管片停放系统上，然后人员撤离，应急管片停放系统可在导轨上移动。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是竖井管片拼装机系统结构图；

图2是平台俯视结构示意图；

图1、2中：管片1、真空吸盘2、微调机构3、横梁4、伸缩臂机构5、导向键6、回转支承7、液压马达8、罐道9、升降机构液压缸10、应急管片停放系统11、导轨12、平台13、立柱14。

具体实施方式

下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

平台13为圆形，平台13的中心设置立柱14，立柱14两侧的平台13上对称设置一对罐道9，立柱14上方外周设置回转支承7，回转支承7与平台13之间均匀分布至少四个升降机构液压缸10，升降机构液压缸10上端与回转支承7铰接，下端与平台13铰接，回转支承7与立柱14之间均匀分布至少四个导向键6，回转支承7的前后方设置一对伸缩臂机构5，其中一个伸缩臂机构5的一侧设置液压马达8，所述一对伸缩臂机构5内的伸缩杆前端之间设置横梁4，所述横梁4的初始位置位于一个罐道9的上方，横梁4下方中部设置微调机构3，真空吸盘2设置于微调机构3的前端，真空吸盘2配置真空泵，管片1被吸在真空吸盘2上，平台13上一侧设置一对导轨12，一对导轨12上滑动设置应急管片停放系统11，应急管片停放系统11上方放置管片1，所述一对导轨12垂直于一对罐道9的中心连线，所述液压马达8为直接从市场上购买的带有行星减速器和小齿轮的液压马达。

实施例2

回转支承7与液压马达8构成回转机构，导向键6与升降机构液压缸10构成升降机构；

液压马达8向回转支承7提供动力，使回转支承7携带伸缩臂机构5沿立柱14外周旋转，回转支承7围绕立柱14的转动范围为±200°，旋转所述真空吸盘2对准管片1的放置位置时停止旋转，伸缩臂机构5通过调节升降机构液压缸10的高度以对准管片1的高度，伸缩臂机构5内设置液压油缸精确控制伸缩杆，一对伸缩臂机构5内的伸缩杆同步伸长带动横梁4向前移动，使真空吸盘2与管片1接触，打开真空泵，使真空吸盘2将管片1牢固吸附，微调机构3的端头旋转带动真空吸盘2前端的管片1旋转90°，使管片1由竖直方向翻转为水平方向位于罐道9的正上方，然后通过回转机构、升降机构和微调机构3按设定的程序运行将管片1安装到井壁的指定位置上，拼装完一个管片1后，竖井管片拼装机系统复位，等待拼装下一个管片1，按以上步骤循环往复；

所述微调机构3能够控制真空吸盘2及管片1实现以下操作：仰视、俯视、向各方向摆动、旋转，以实现精确定位；当发生停电时，使用平台13一侧配备的备用电源使伸缩臂机构5携带管片1在回转支承7上旋转，应急管片停放系统11沿导轨12滑行至所需位置，伸缩臂机构5携带管片1移动至应急管片停放系统11处停止旋转，再通过升降机构将管片1放置在应急管片停放系统11上，应急管片停放系统11通常位于平台13内侧，紧靠立柱14，能够避免与其他设备放生干涉。