盾构管片拼装辅助设备的制作方法

本发明属于盾构施工领域，尤其涉及一种盾构管片拼装辅助设备。

背景技术：

在对现有盾构技术进行一步一步改进的基础上，管片拼装机的发展趋势应该专注在提高其自动化水平和提高管片拼装精度上；并且，随着机电一体化技术，人工智能，工程设计学，自动控制技术，及计算机信息处理技术等的高速发展，管片拼装机必定会在自动化，智能化等方向实现巨大的发展，不仅仅能够实现快速且精确定位，同时能够适应更复杂的工况；同时，开发机械结构更简单、操作更方便、拼装过程更可靠、运动更灵活的高智能化多自由度机器人即多自由度智能化管片拼装机，也是今后发展的一个重要趋势。

目前，国内盾构机管片拼装过程尤其是螺栓的穿孔和紧固仍然需要人工完成。国内管片拼装中的螺栓连接与紧固都需要工人在盾构机上随着管片位置变化去移动操作，不仅耗时、劳动强度大，而且生产效率很低，还具有一定的危险性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种盾构管片拼装辅助设备来解决现有技术中所提到的问题，达到提高盾构施工效率、降低成本、保障工人安全的目的。

本发明的技术方案是：盾构管片拼装辅助设备包括工字钢、齿轮、齿条、安装槽、螺栓穿孔装置、螺母紧固装置。

所述工字钢共有6个，其中两个工字钢安装在管片机的两侧壁并通过螺栓固定，所述管片机两端的工字钢分为横向工字钢和纵向工字钢，所述横向工字钢通过螺栓与管片机固定，纵向工字钢通过焊接的方式固定于横向工字钢上。

所述齿条安装于管片机的两边，分为三段齿条，两个工字钢之间分为一段齿条，通过螺栓将齿条固定于工字钢上，使得管片机在抓取管片时，齿条与管片上的螺栓孔处于同一竖直平面内，并且齿条与管片内径为同心圆，所述齿条靠近管片机的一面存在六个轻触开关。每两个轻触开关安装于一段齿条上，分别靠近两块工字钢。

所述安装槽类似于h型钢结构，安装槽的两边凹槽分别用于安装螺栓穿孔装置和螺母紧固装置，具体的，安装槽两边凹槽的端头位置存在一安装面，其中一安装面上设置有双耳型安装座，用于安装螺栓穿孔装置中的电动推杆a，所述安装槽凹槽内分别设置有双耳型安装座和单耳型安装座，特别的，其设置有双耳型安装座的凹槽内还设置有一双耳型安装座，该双耳型安装座靠近安装槽端头位置的安装面。所述安装槽另一端头位置通过螺栓固定有连接壳。

所述连接壳为双耳型，其耳朵上有两个通孔，用于固定齿轮位置，电机转子穿过连接壳耳朵上的通孔与齿轮连接，使得电机转动时，带动齿轮在齿条上滚动，并且由于安装槽通过螺栓与连接壳固定，使得整个机构能够在齿条上做往复运动。

所述螺栓穿孔装置包括：电动推杆a和执行机构，所述电动推杆a的安装底座安装于安装槽端头安装面的双耳型安装座上，所述执行机构外形是一根内卷边槽钢，一端设置有铰接机构，铰接机构与安装槽的单耳安装座通过铰接销子连接固定，使得执行机构能够绕一定点旋转。所述执行机构凹槽内且靠近铰接机构端存在一双耳安装座，其电动推杆a的连接头安装于执行机构的双耳安装座上。

所述螺母紧固装置包括：电动推杆b、电动推杆c和液压扳手，所述电动推杆b的安装底座安装于安装槽中部的双耳型安装座，所述电动推杆b的连接头与液压扳手的连接销固定，电动推杆b的导套上安装有一个双耳型安装座，与电动推杆c的连接头连接。所述电动推杆c的安装底座安装于靠近安装槽安装面的双耳型安装座上，所述液压扳手内六角套筒的端面部分采用磁铁材料，将螺母吸附在上面，同时在螺母紧固完成后，机构可以通过电动推杆的推力克服磁力，安全的推出来，同时在液压扳手的下方覆盖一层软橡胶，帮助液压扳手更加方便的定位。

本发明提到的管片拼装辅助设备共有6个，分别安装于管片机的两端，由于每个螺栓孔的位置是确定的，并且管片机与管片的连接点吊装孔的位置确定；因此管片拼装辅助设备通过每个管片的端面进行工作位置的定位。

具体的，齿条与管片内径是同心圆，各个管片端面的圆心角与齿轮齿条机构在齿条上的各定位点所对应的圆心角相等。通过此圆心角即可实现管片拼装辅助设备的6个工作位置的定位，并在6个工作位置在齿条上安装轻触开关。

本发明的有益效果：本发明采用齿轮齿条的结构方式进行机械手定位，齿轮齿条与管片机固定连接，通过连杆将电动推杆的往复运动转变为执行机构的旋转运动，实现螺栓穿孔要求。螺帽紧固采取电动推杆上安装液压扳手，采用两个电动推杆联动与一个液压扳手结合的方式实现螺帽紧固的动作，液压扳手的工作位置定位依靠两个电动推杆的联动来，同时为了更加准确的定位，在液压扳手下方布置了橡胶，实现所有环缝螺栓的连接。通过利用管片机的剩余空间进行作业，不会与其他机发生干涉；各装置能够通过齿轮齿条结构进行工作定位，然后实现管片螺栓的穿孔与紧固。在工程中应用，能够提高施工效率和质量，并且减少工人的劳动强度与危险系数。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构局部放大示意图；

图3为本发明的螺母紧固装置安装示意图；

图4为本发明的安装槽放大示意图；

图5为本发明的螺栓穿孔装置放大示意图；

图6为本发明的螺栓穿孔装置中执行机构放大示意图；

图7为本发明的电动推杆b示意图；

图8为本发明的电动推杆a和c的示意图；

附图标记说明：10、管片机；11、工字钢；12齿条；13、电机；14、齿轮；15、连接壳；16、安装槽；17、电动推杆b；18、液压扳手；19、电动推杆c；20、执行机构；21、电动推杆a；31、螺栓穿孔装置；32、螺母紧固装置；161、双耳安装座；162、双耳安装座；163、安装面；164、双耳安装座；165、单耳安装座；171、双耳安装座；172、安装底座；181、六角套筒；201、双耳安装座；202、铰接机构；301、连接头；302、安装底座。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作详细的说明。

如图1所示，本发明的盾构管片拼装辅助设备包括工字钢11、齿条12、安装槽16、螺栓穿孔装置31、螺母紧固装置32，所述工字钢11共有6个，通过螺栓与管片机10固定，所述管片机10两端固定的工字钢11分为横向工字钢11和纵向工字钢11，所述横向工字钢11通过螺栓与管片机10固定，所述纵向工字钢11通过焊接的方式固定在横向工字钢11上。

所述齿条12安装于管片机10两边，分为三段齿条，两个工字钢11之间分为一段齿条，通过螺栓将齿条12固定在工字钢11上，所述齿条12与管片属于同心圆，使得管片机10在抓取管片时，齿条12与管片上的螺栓孔在同一竖直平面内，所述齿条12靠近管片机10的一面存在六个轻触开关。每两个轻触开关安装于一段齿条12上，分别靠近两块工字钢11。

如图2、图3和图4所示，所述安装槽16类似于h型钢结构，安装槽16两边凹槽的端头位置存在一安装面163，其中一安装面163上设置有双耳型安装座164，用于安装螺栓穿孔装置中的电动推杆a21，所述安装槽16凹槽内分别设置有双耳型安装座161和单耳型安装座165，特别的，其设置有双耳型安装座161的凹槽内还设置有一双耳型安装座162，该双耳型安装座162靠近安装槽端头位置的安装面163。所述安装槽16另一端头位置通过螺栓固定有连接壳15。

所述连接壳15为双耳型，其耳朵上有两个通孔，用于安装齿轮14，电机13通过转子与齿轮14连接，使得电机13转动时，带动齿轮14在齿条12上滚动，并且由于安装槽16通过螺栓与连接壳15固定，使得整个机构能够在齿条12上做往复运动.

如图4、图5、图6和图8所示，所述螺栓穿孔装置31包括：电动推杆a21和执行机构20，所述电动推杆a21的安装底座302安装于安装槽16端头安装面163的双耳型安装座164上，所述执行机构20外形是一根内卷边槽钢，一端设置有铰接机构202，铰接机构202与安装槽16的单耳安装座165通过铰接销子连接固定，使得执行机构能够绕一定点旋转。所述执行机构20凹槽内且靠近铰接机构202端存在一双耳安装座201，其电动推杆a21的连接头301安装于执行机构20的双耳安装座201上。

如图3和图7所示，所述螺母紧固装置32包括电动推杆b17、电动推杆c19和液压扳手18，所述电动推杆b17的安装底座172安装于安装槽16中部的双耳型安装座161，所述电动推杆b17的连接头与液压扳手18的连接销固定，电动推杆b17的导套上安装有一个双耳型安装座171，与电动推杆c19的连接头301连接。所述电动推杆c19的安装底座302安装于靠近安装槽16安装面163的双耳型安装座162上，所述液压扳手18内六角套筒181的端面部分采用磁铁材料，将螺母吸附在上面，同时在螺母紧固完成后，机构可以通过电动推杆的推力克服磁力，安全的推出来，同时在液压扳手18的下方覆盖一层软橡胶，帮助液压扳手18更加方便的定位。

具体的，本发明提到的管片拼装辅助设备共有6套，每段齿条上安装一套设备来完成螺栓穿孔以及螺母的紧固。

下面结合附图说明对本发明纵向螺栓的安装方式作详细说明。

当管片机10将管片放置到指定位置后，电机13启动，带动整个管片瓶装辅助设备在齿条12上运动，当触碰到齿条12上的轻触开关后，停止运动，螺栓穿孔装置31进行工作，所述电动推杆a21处于最大行程，当整个机构触碰到轻触开关后，电动推杆a21收缩，通过执行机构20将纵向螺栓安装到螺栓孔中。

当螺栓穿孔完成后，管片机10进行其他管片拼装，并重复上述运动，当管片机10进行下一环管片拼装时，螺栓紧固装置32运动。具体的，当管片机10将管片放置到指定位置后，电机13启动，当触碰到轻触开关后，螺栓紧固装置32运动，通过电动推杆b17和电动推杆c19的运动来控制液压扳手的位置。首先，电动推杆c19开始伸长，这一动作是为了放置电动推杆b17在伸长时与管片发生干涉；当电动推杆c19到达极限位置后，电动推杆c19停止运动，电动推杆b17开始伸长；电动推杆b17伸长至极限位置后，电动推杆b17停止运动，电动推杆c19开始收缩，在液压扳手18到达安装以后，电动推杆b17与电动推杆c19联动，此时液压扳手18开始工作，将螺帽拧紧。