一种基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座的制作方法

本实用新型涉及隧道施工领域，具体涉及一种全断面隧道施工中基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座。

背景技术：

全断面掘进机自研制成功以来，广泛应用于市政基建、引水、道路交通等隧道工程，这很大程度取决于其良好的掘进性能以及掘进支护一体化施工特点。随着国内外城市基础设施以及民生配套基建工程的快速发展，对隧道施工技术的效率和安全性提出了更高的要求。综观隧道施工技术，目前掘进机刀具更换技术是其明显短板之一。掘进机在向前推进时，刀具需开挖切削土体，因此刀具自身的磨损和损坏不可避免。并且磨损和损坏将直接改变刀具几何特性，削弱或破坏刀具的切割能力，不及时更换势必增加掘进能耗和延误工期。而目前绝大部分换刀方式均采用人工更换，面对高压/狭窄的作业环境和高负荷的作业强度，人工换刀消耗的时间占工程施工的时间高达三分之一以上。在高压/高湿/腐蚀等复杂环境下作业人员有巨大的安全威胁。危险/低效的人工换刀方式无法满足目前对掘进机安全快速掘进的要求，“机器代人”的安全高效作业模式已成为提升全断面掘进机智能化的关键。

目前盾构机、TBM的盘形滚刀主要由C形块和螺栓连接的方式固定在刀座上，这种方式虽然有较高的可靠性，但拆卸时需多人协作完成，费时费力，且这种安装方式难以实现刀具更换的自动化。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是目前盾构机、TBM的盘形滚刀更换时需多人协作完成，费时费力，且这种安装方式难以实现刀具更换的自动化，提供一种基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座，包括箱体，箱体内设有滚刀和C形块，所述的箱体内还设有四杆机构，所述滚刀的刀轴一侧卡进C形块内、另一侧与四杆机构连接。

所述的四杆机构包括依次相连的顶紧滑块、连杆、驱动滑块和螺杆，顶紧滑块一侧与刀轴相接触、另一侧通过连杆与驱动滑块连接，螺杆一端与驱动滑块连接、另一端伸出箱体。

所述的箱体上还设有滚刀通道，与滚刀通道相通设有一号滑槽，与一号滑槽相通设有二号滑槽，所述的滚刀通道的内腔与刀轴的外轮廓相配合，一号滑槽和二号滑槽垂直设置。

所述的顶紧滑块设置在一号滑槽内，驱动滑块设置在二号滑槽内。

所述的顶紧滑块和驱动滑块内均开设有空腔，连杆两端伸进空腔内分别与顶紧滑块、驱动滑块铰接连接。

所述的顶紧滑块为楔形块，顶紧滑块的左侧斜面与刀轴相配合，顶紧滑块的右侧斜面与驱动滑块的下部斜面相配合。

所述顶紧滑块右侧斜面和驱动滑块下部斜面的角度均设为10°-80°。

所述螺杆的下端为球形，驱动滑块内开有球形槽，螺杆的下端与球形槽形成球铰副；所述的箱体上开有螺纹孔，螺杆与箱体通过螺纹连接。驱动滑块内的球形槽可以是圆柱形、圆锥形等形状，便于螺杆的下端与其形成球铰副。

所述箱体一侧设有开口，与开口相配合设有滑块端盖。箱体一侧的开口，用于安装顶紧滑块和驱动滑块，顶紧滑块和驱动滑块装入后盖上滑块端盖并采用螺纹连接方式或焊接方式封口。

一种基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座的使用方法，包括以下步骤：①取出时：螺杆拧出，通过螺杆带动驱动滑块向上运动，驱动滑块通过连杆带动顶紧滑块移动，顶紧滑块的移动给刀轴让位，使刀轴从连通的一号滑槽进入滚刀通道，进而完成滚刀的取出；

②装入时：将滚刀通过滚刀通道装入C形块后，螺杆拧紧，螺杆带动驱动滑块运动，驱动滑块通过连杆带动顶紧滑块运动进而顶紧刀轴。

本实用新型设计了包括顶紧滑块、连杆、驱动滑块和螺杆的四杆机构，在换刀过程中不需要人工拧多个螺丝，只需要转动螺杆，即可实现刀轴顶紧滑块的从动滑移，进而通过机械手或人工将滚刀刀轴进入滚刀通道，将滚刀取出或安装；且本实用新型的螺杆可远程操控或预先编程通过机器人实现拧动，以便机器人自动化拆刀或换刀。

附图说明

图1是本实用新型立体结构示意图；

图2是本实用新型四杆机构在最右端、滚刀装入时的结构示意图；

图3是本实用新型四杆机构在最右端、滚刀取出或装入至滚刀通道时的结构示意图；

图4是本实用新型无刀状态、四杆机构在最左端时的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图4所示，一种基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座，包括箱体101，箱体101内设有滚刀2和C形块102，所述的箱体101内还设有四杆机构，所述滚刀2的刀轴201一侧卡进C形块102内、另一侧与四杆机构连接；所述的C形块102为目前滚刀安装时通用C形块结构，焊接于101内。滚刀2为目前盾构机、TBM上常用的盘形滚刀。

所述的四杆机构包括依次相连的顶紧滑块103、连杆104、驱动滑块105和螺杆106，顶紧滑块103一侧与刀轴201相接触、另一侧通过连杆104与驱动滑块105连接，螺杆106一端与驱动滑块105连接、另一端伸出箱体101。

所述的箱体101上还设有滚刀通道110，与滚刀通道110相通设有一号滑槽111，与一号滑槽111相通设有二号滑槽112，所述的滚刀通道110的内腔与刀轴201的外轮廓相配合，一号滑槽111和二号滑槽112垂直设置。滚刀通道110的宽度比刀轴201的最大宽度大5-10mm，滚刀通过该通道取出或装入。

所述的顶紧滑块103设置在一号滑槽111内，驱动滑块105设置在二号滑槽112内。顶紧滑块103和驱动滑块105垂直安装于一号滑槽111和二号滑槽112内，顶紧滑块103和驱动滑块105以连杆104连接，驱动滑块105可随螺杆106的转动沿二号滑槽112做上下移动，从而带动顶紧滑块103在一号滑槽111内左右移动；一号滑槽111和顶紧滑块103之间装有密封装置，防止泥沙和水等污染滑道，顶紧滑块103与一号滑槽111的接触面、驱动滑块105与二号滑槽112的接触面均需进行一定深度的热处理。一号滑槽111与二号滑槽112内储存有润滑脂，以便双滑块可以灵活运动。

所述的顶紧滑块103和驱动滑块105内均开设有空腔114，连杆104两端伸进空腔114内分别与顶紧滑块103、驱动滑块105铰接连接。空腔大小根据连杆连杆104的运动范围确定。连杆104的铰接位置需根据顶紧滑块103和驱动滑块105的大小及移动距离计算得到，确保顶紧滑块103和驱动滑块105在运动过程中不发生干涉，在两个极点位置时不形成死点。本实用新型连杆需经热处理，要求具有较高的抗拉、抗剪强度。

所述的顶紧滑块103为楔形块，顶紧滑块103的左侧斜面与刀轴201相配合，顶紧滑块103的右侧斜面与驱动滑块105的下部斜面相配合。顶紧滑块103左侧斜面用于顶紧刀轴，其倾斜角度根据刀轴的倾斜角度相同，接触时，顶紧滑块103左侧斜面与刀轴贴合；顶紧滑块103右侧斜面与驱动滑块下部斜面相配合。

所述顶紧滑块103右侧斜面和驱动滑块105下部斜面的角度均设为10°-80°。本实用新型以45°为最优，避免顶紧滑块103和驱动滑块105运动过程中发生干涉。

所述螺杆106的下端为球形，驱动滑块105内开有球形槽，螺杆106的下端与球形槽形成球铰副；驱动滑块内的球形槽可以是圆柱形、圆锥形等形状，便于螺杆的下端在其内部旋转，并带动驱动滑块上下运动；所述的箱体101上开有螺纹孔，螺杆106与箱体101通过螺纹连接。本实用新型转动螺杆106，可控制驱动滑块105的移动。制作时，螺杆106需进行热处理，螺杆106上装有O形密封，防止四杆机构受到泥沙和水的污染。

所述箱体101一侧设有开口，与开口相配合设有滑块端盖116。箱体101一侧的开口，用于安装顶紧滑块103和驱动滑块105，顶紧滑块103和驱动滑块105装入后盖上滑块端盖116并采用螺纹连接方式或焊接方式封口。箱体101外侧设有连接板，连接板用于将箱体101固定到刀盘上。

一种基于四杆机构的可快速换刀的新型滚刀刀座的使用方法，包括以下步骤：①取出时：螺杆106拧出，通过螺杆带动驱动滑块105向上运动，驱动滑块105通过连杆104带动顶紧滑块103移动，顶紧滑块103的移动给刀轴让位，使刀轴从连通的一号滑槽进入滚刀通道，进而完成滚刀的取出；螺杆106拧出时，通过球铰副带动驱动滑块105向上运动。

②装入时：将滚刀通过滚刀通道装入C形块后，螺杆106拧紧，螺杆106带动驱动滑块105运动，驱动滑块105通过连杆带动顶紧滑块103运动进而顶紧刀轴。本实用新型顶紧滑块103顶紧刀轴时，驱动滑块和顶紧滑块恰好接触，两滑块通过刀轴和滑块端盖顶死，完成滚刀的加紧；本实用新型根据螺杆的拧入距离或拧紧扭矩判断是否拧紧。