管片拼装系统及方法与流程

1.本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及一种管片拼装系统及方法。


背景技术：

2.现有技术中，隧道掘进基本上采用管片支护的方式，因此管片拼装机为盾构机不可或缺的部件。
3.管片拼装机通常包括抓持机构和驱动装置，驱动装置用于驱动抓持机构沿隧道的环向、轴向及径向运动。工作时，先由抓持机构抓取管片，并在驱动装置的作用下，使抓持机构带动管片与已安装的管片对接以完成拼装。拼装完成后，通过遥控器控制盾构机的推进油缸顶住已拼装完成的管片。然后，使抓持机构的锁紧油缸松开管片上的拼装头，进行下一块的管片拼装直至整环的管片拼装结束。
4.在管片拼装过程中，推进油缸顶紧管片时容易出现管片的拼装头被拉出的问题，因此如何解决在管片拼装过程中管片的拼装头容易被拉出的问题是本领域技术人员所亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在发现推进油缸顶紧管片时容易出现管片的拼装头被拉出的原因，并提供一种管片拼装系统及方法，用以解决现有技术中在管片拼装过程中管片的拼装头容易被拉出的缺陷，实现降低拼装头被拉出的风险的效果。
6.发明人在实际作业中发现，推进油缸沿隧道轴向顶紧管片的同时抓持机构的锁紧油缸保持锁紧拼装头的状态，若抓持机构在驱动装置的驱动下与推进油缸的活塞杆产生位移差，则在抓持机构与推进油缸的作用下容易导致拼装头被拉出。
7.基于上述发现，本发明提供一种管片拼装系统，包括：
8.管片拼装机，包括驱动装置及抓持机构，所述驱动装置能够驱动所述抓持机构沿隧道的环向、轴向及径向运动，所述抓持机构包括用于锁紧拼装头的锁紧油缸；
9.推进油缸，能够顶紧管片；
10.遥控器，包括控制器，所述控制器分别与所述推进油缸和所述锁紧油缸连接，所述控制器包括连锁模块，所述连锁模块用于在所述锁紧油缸处于锁紧状态时，控制所述推进油缸保持缩回状态。
11.根据本发明提供的一种管片拼装机，还包括三维扫描仪，所述遥控器还包括显示屏；
12.所述三维扫描仪与所述抓持机构相连接，所述三维扫描仪能够扫描相邻两个管片的三维立体数据；
13.所述三维扫描仪与所述控制器相连接，且所述三维扫描仪能够将所述三维立体数据传输至所述控制器；
14.所述显示屏与所述控制器相连接，且所述显示屏能够显示所述三维立体数据。
15.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述遥控器设置有把手，所述显示屏设置为可转动折叠的显示屏。
16.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述遥控器还包括与所述控制器相连接的存储模块，所述存储模块配置为存储有整条隧道的轴线坐标。
17.根据本发明提供的一种管片拼装机，还包括用于检测油缸油压信息的油压传感器；
18.所述推进油缸和所述锁紧油缸均设有所述油压传感器，各个所述油压传感器均与所述控制器相连接，所述显示屏能够显示所述油压信息。
19.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述控制器在确定所述油压信息超过油压阈值时，控制所述推进油缸和/或所述锁紧油缸进行泄压。
20.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述驱动装置包括主梁、转动机构、位移驱动机构和升降油缸；
21.所述转动机构可位移地设置于主梁，所述位移驱动机构与所述转动机构传动连接，以驱动所述转动机构位移；
22.所述升降油缸的两端分别与所述转动机构和所述抓持机构相连接，所述转动机构能够驱动所述升降油缸转动，所述升降油缸能够驱动所述抓持机构位移。
23.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述转动机构包括移动座、转动座和转动驱动机构；
24.所述移动座可移动地与所述主梁相连接；
25.所述转动座与所述移动座可转动地相连接，所述转动驱动机构与所述转动座传动连接，并用于驱动所述转动座转动；
26.所述升降油缸与所述转动座相连接。
27.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述位移驱动机构设置为位移油缸，所述转动驱动机构设置为液压马达。
28.根据本发明提供的一种管片拼装机，所述抓持机构还包括支座和锁紧套；
29.所述支座与所述驱动装置相连接；
30.所述锁紧套可滑动地与所述支座相连接，所述锁紧套用于与拼装头相连接，所述锁紧油缸与所述锁紧套连接并用于驱动所述锁紧套位移。
31.本发明还提供一种管片拼装方法，基于如上所述的管片拼装系统实施，所述方法包括：
32.抓持并拼装管片；
33.扫描所述管片与已铺设的轴向管片和/或所述管片与已铺设的环向管片的三维立体数据，并基于所述三维立体数据调整所述管片位置；
34.利用螺栓将所述管片与已铺设的轴向管片连接；
35.松开所述锁紧油缸；
36.通过所述推进油缸顶紧所述管片，并紧固所述螺栓。
37.根据本发明提供的管片拼装方法，在完成整环的管片拼装后，还包括：
38.扫描整环管片的三维立体数据，并判断扫描结果是否满足施工规范要求；
39.若扫描结构满足施工规范要求，则拼装下一环管片，否则重新调整不满足施工规
范要求的管片。
40.本发明提供的管片拼装系统，通过驱动装置和抓持机构能够将管片驱动至合适的拼装位置，通过推进油缸能够顶紧管片。而控制器的连锁模块能够在锁紧油缸处于锁紧状态时，控制推进油缸保持缩回状态，从而使得在拼装过程中，锁紧油缸在锁紧状态时，推进油缸不能够伸出，以避免推进油缸与抓持机构共同作用容易造成拼装头被拉出的问题。在螺栓穿入管片且锁紧油缸松开之后，推进油缸才能够伸出，此时由于锁紧油缸不再锁紧拼装头，所以即使推进油缸与抓持机构的位移不同步，二者也不会产生干涉的问题而导致拼装头被拉出。
41.本发明提供的管片拼装方法基于管片拼装系统实施，同时也就包含了管片拼装系统的上述所有优点。除此之外，管片拼装方法能够扫描管片与已铺设的轴向管片和/或管片与已铺设的环向管片的三维立体数据，并基于三维立体数据调整管片位置，如此能够提高管片的铺设质量。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
43.图1是本发明实施例中提供的管片拼装系统的结构示意图；
44.图2是图1所示管片拼装系统的抓持机构的结构示意图；
45.图3是本发明实施例中抓持机构、升降油缸及转动座的安装结构示意图；
46.图4是本发明实施例中提供的遥控器的结构示意图
47.图5是图4的仰视图；
48.图6是本发明实施例中提供的管片拼装方法的流程示意图。
49.附图标记：
50.1、抓持机构；101、锁紧油缸；102、支座；103、锁紧套；
51.2、管片；3、推进油缸；4、遥控器；5、三维扫描仪；6、显示屏；7、把手；8、主梁；9、升降油缸；10、位移驱动机构；11、移动座；12、转动座；13、转动驱动机构；14、拼装头。
具体实施方式
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
53.下面结合图1至图5描述本发明实施例中提供的管片拼装系统。
54.具体来说，管片拼装系统包括管片拼装机、推进油缸3和遥控器4。
55.其中，管片拼装机包括驱动装置及抓持机构1。驱动装置能够驱动抓持机构1沿轨道的环向、轴向及径向运动。参考图2所示，抓持机构1包括用于锁紧拼装头14的锁紧油缸101。需要说明的是，拼装头14属于现有技术中的产品，关于其形状构造以及如何与管片2相
连接均属于现有技术的内容，此处不再赘述。
56.推进油缸3能够顶紧管片2。推进油缸3沿隧道的轴向延伸设置。需要说明的是，此处的推进油缸3实际上是盾构机的推进油缸3，推进油缸3还用于为盾构机的主机提供推力。具体地，推进油缸3的缸体与盾构机的盾体相连接，推进油缸3的活塞杆用于与管片2相抵。
57.遥控器4包括控制器，控制器分别与推进油缸3和锁紧油缸101连接。控制器包括连锁模块，连锁模块用于在锁紧油缸101处于锁紧状态时，控制推进油缸3保持缩回状态。锁紧油缸101处于松开状态时，推进油缸3能够进行伸出。遥控器4上设有按键，操作者可以通过操作按键控制推进油缸3和锁紧油缸101进行伸缩。
58.可选地，控制器可以与推进油缸3的电磁控制阀以及锁紧油缸101的电磁控制阀相连接。供油管路可以通过电磁控制阀与油缸相连接，电磁控制阀能够控制油缸伸缩。操作者可以操作遥控器4使得锁紧油缸101的电磁控制阀得电，以使锁紧油缸101锁紧拼装头14，此时抓持机构1与管片2相连接，能够带动管片2位移。在拼装过程中，连锁模块在获取锁紧油缸101的电磁控制阀处于得电状态时，则断开控制器与推进油缸3的电磁控制阀之间的连接，使得操作者通过遥控器4无法控制推进油缸3伸出。
59.本发明实施例中提供的管片拼装系统，通过驱动装置和抓持机构1能够将管片2驱动至合适的拼装位置，通过推进油缸3能够顶紧管片2。而控制器的连锁模块能够在锁紧油缸101处于锁紧状态时，控制推进油缸3保持缩回状态，从而使得在拼装过程中，锁紧油缸101在锁紧状态时，推进油缸3不能够伸出，以避免推进油缸3与抓持机构1共同作用容易造成拼装头14被拉出的问题。在锁紧油缸101松开之后，推进油缸3才能够伸出，此时由于锁紧油缸101不再锁紧拼装头14，所以即使推进油缸3与抓持机构1的位移不同步，二者也不会产生位移干涉的问题而导致拼装头14被拉出。
60.在本发明提供的一些实施例中，管片拼装系统还包括三维扫描仪5。遥控器4还包括显示屏6。
61.三维扫描仪5与抓持机构1相连接，三维扫描仪5能够扫描相邻两个管片2的三维立体数据。
62.三维扫描仪5与控制器相连接，且三维扫描仪5能够将三维立体数据传输至控制器。
63.显示屏6与控制器相连接，且显示屏6能够显示三维立体数据。此处三维立体数据可以是三维图形。
64.如此设置，可利用三维扫描仪5扫描拼装的管片2与已铺设的管片2是否平齐。具体地，在利用抓持机构1将管片2拼装到位后，可以利用抓持机构1上的三维扫描仪5扫描所述管片2与已铺设的轴向管片2的三维立体数据，和/或所述管片2与已铺设的环向管片2的三维立体数据，并传输至控制器。控制器对三维立体数据进行处理后传输至显示屏6显示，以向操作者提供所述管片2与相邻的管片2之间的位置误差，使得操作者能够基于位置误差对所述管片2的位置进行调整，从而确保所述管片2的铺设质量。
65.参考图4-图5所示，在本发明提供的一些实施例中，遥控器4设置有把手7，显示屏6设置为可转动折叠的显示屏6。通过设置把手7便于操作者进行握持，通过将显示屏6设置为可转动折叠的显示屏6，更方便于操作者携带和操作。
66.在本发明提供的一些实施例中，遥控器4还包括与控制器相连接的存储模块，存储
模块配置为存储有整条隧道的轴线坐标。
67.在使用过程中，控制器能够基于轴线坐标计算出每一环管片2的理论位置坐标，并将理论位置坐标传输至显示屏6进行显示，以便于操作者能够根据理论位置坐标调整管片2的位置。如此设置，在拼装过程中可以基于隧道的轴线坐标确定每一环管片2的位置，从而使每一环管片2均与隧道的轴线同轴，进而保证管片拼装质量。
68.在本发明提供的一些实施例中，管片拼装系统还包括用于检测油缸油压信息的油压传感器。
69.推进油缸3和锁紧油缸101均设有油压传感器，各个油压传感器均与控制器相连接，控制器能够将处理后的油压信息传输至显示屏6进行显示。
70.如此设置，以便于操作者能够实时知晓推进油缸3和锁紧油缸101的油压信息，在推进油缸3或者锁紧油缸101的油压过高时，操作者可以及时的对推进油缸3或者锁紧油缸101进行泄压，防止推进油缸3的油压过高造成管片2之间的压力过大而导致管片2破损，同时防止锁紧油缸101的油压过高造成拼装头14被拉出。
71.在本发明提供的一些实施例中，控制器在确定油压信息超过油压阈值时，控制推进油缸3和/或锁紧油缸101进行泄压。如此设置，在推进油缸3或者锁紧油缸101的油压过高超过油压阈值后，可以直接由控制器进行泄压，无需人工操作，能够避免操作的情况发生。
72.具体而言，推进油缸3的供油管路以及锁紧油缸101的供油管路均可设置电磁溢流阀，两处的电磁溢流阀均与控制器相连接，控制器可以通过控制两处的电磁溢流阀的开启压力从而能够调节推进油缸3和锁紧油缸101的压力值。
73.参考图1所示，在本发明提供的一些实施例中，驱动装置包括主梁8、转动机构、位移驱动机构10和升降油缸9。
74.其中，主梁8用于与盾构机的盾体相连接，主梁8沿隧道的轴向延伸设置。
75.转动机构可位移地设置于主梁8。例如，主梁8设有导轨，转动机构可位移地设置于导轨。位移驱动机构10与转动机构传动连接，以驱动转动机构位移。例如，位移驱动机构10可以设置为位移油缸。位移油缸的两端分别与主梁8和转动机构相连接。
76.升降油缸9的两端分别与转动机构和抓持机构1相连接，转动机构能够驱动升降油缸9转动，升降油缸9能够驱动抓持机构1位移。
77.参考图1、图3所示，进一步地，转动机构包括移动座11、转动座12和转动驱动机构13。
78.其中，移动座11可移动地与主梁8相连接。
79.转动座12与移动座11可转动地相连接，转动驱动机构13与转动座12传动连接，并用于驱动转动座12转动。
80.例如，转动驱动机构13设置为液压马达。转动座12与移动座11均设置为环状结构，并且二者均套设于主梁8外部。液压马达的壳体与移动座11相连接，液压马达的输出轴与转动座12传动连接，以带动转动座12转动。例如，液压马达的输出轴套装有齿轮，转动座12的内壁设置有与齿轮相啮合的内齿圈。
81.升降油缸9与转动座12相连接。具体地，升降油缸9的数量设置为两个，两个升降油缸9的缸体均与转动座12相连接，两个升降油缸9的活塞杆均与抓持机构1相连接。
82.参考图2所示，在本发明提供的一些实施例中，抓持机构1还包括支座102和锁紧套
103。
83.其中，支座102与驱动装置相连接。具体而言，支座102与升降油缸9的活塞杆相连接。
84.锁紧套103可滑动地与支座102相连接，锁紧套103用于与拼装头14相连接，锁紧油缸101与锁紧套103连接并用于驱动锁紧套103位移。参考图2所示，锁紧套103设置为筒体结构，并且锁紧套103两端的筒口均设有向中心延伸的凸缘。锁紧套103的侧壁设有供拼装头14进入到贯通槽，并且贯通槽与锁紧套103的第一端的筒口相连通。使用时，锁紧油缸101的活塞杆与锁紧套103的第二端的凸缘卡接连接，管片2上的拼装头14可以从贯通槽卡入到锁紧套103之内，并与锁紧套103第一端的凸缘卡接。然后，通过锁紧油缸101拉动锁紧套103，锁紧套103拉动拼装头14，以使管片2与支座102相抵，从而将管片2与抓持机构1进行连接。
85.参考图6所示，本发明实施例中还提供一种管片拼装方法。
86.具体而言，管片拼装方法基于如上所述的管片拼装系统实施。管片拼装方法包括步骤s100～步骤s700。
87.步骤s100、抓持并拼装管片2。
88.具体地，利用抓持机构1夹持管片2的拼装头14，以使抓持机构1与管片2相连接。然后，在位移驱动机构10的作用下，能够使抓持机构1带动管片2沿隧道轴向位移，在转动驱动机构13的作用下，能够使抓持机构1带动管片2沿隧道的环向位移，在升降油缸9的作用下，能够使抓持结构带动管片2沿隧道的径向位移。即，在位移驱动机构10、转动驱动机构13及升降油缸9的作用下，能够将管片2调整至合适的位置，并使管片2分别与已铺设的轴向管片2以及已铺设的环向管片2相抵，从而完成管片2的拼装。
89.步骤s200、扫描管片2与已铺设的轴向管片2和/或管片2与已铺设的环向管片2的三维立体数据，并基于三维立体数据调整管片2位置。
90.具体地，在利用抓持机构1将管片2拼装到位后，可以利用抓持机构1上的三维扫描仪5扫描所述管片2与已铺设的轴向管片2的三维立体数据，和/或所述管片2与已铺设的环向管片2的三维立体数据，并传输至控制器。控制器对三维立体数据进行处理后传输至显示屏6显示，以向操作者提供所述管片2与相邻的管片2之间的位置误差，使得操作者能够基于位置误差对管片2的位置进行调整，从而确保管片2的铺设质量。
91.步骤s300、利用螺栓将管片2与已铺设的轴向管片2连接。
92.具体地，管片2拼装到位后，可以由施工人员对管片2进行螺栓连接。
93.步骤s400、松开锁紧油缸101。
94.具体地，可以通过遥控器4控制锁紧油缸101的活塞杆伸长，以使锁紧套103放松拼装头14。此时，由于螺栓的紧固作用以及升降油缸9的顶紧作用，即使放松拼装头14管片2位置也不会移动。
95.步骤s500、通过推进油缸3顶紧管片2，并紧固螺栓。
96.具体地，可以通过遥控器4控制推进油缸3伸出，使推进油缸3的活塞杆顶紧管片2。然后，再由施工人员对螺栓进行复紧。当然，在推进油缸3伸出的过程中，位移驱动机构10可以同步运动，以使升降油缸9与管片2不产生相对位移，保持升降油缸9对管片2的顶紧效果，提高施工的安全性。
97.如此设置，本发明提供的实施例中的管片拼装方法，在拼装过程中，在锁紧油缸
101松开之后，推进油缸3才能够伸出，此时由于锁紧油缸101不再锁紧拼装头14，所以即使推进油缸3与抓持机构1的位移不同步，二者也不会产生位移干涉的问题而导致拼装头14被拉出。
98.同时，本发明提供的实施例中的管片拼装方法对管片2与已铺设的轴向管片2和/或管片2与已铺设的环向管片2的三维立体数据进行扫描，以获取管片2与相邻的管片2之间的位置误差，使得操作者能够基于位置误差对管片2的位置进行调整，从而确保管片2的铺设质量。
99.步骤s600、重复上述过程直至整环拼装完成。
100.在本发明提供的一些实施例中，在完成整环的管片2拼装后，还包括步骤s700。
101.步骤s700、扫描整环管片2的三维立体数据并记录，判断扫描结果是否满足施工规范要求。
102.若扫描结构满足施工规范要求，则拼装下一环管片2，否则重新调整不满足施工规范要求的管片2。
103.具体地，可以利用三维扫描仪5扫描整环管片2的三维立体数据，以判断是否存在某个管片2的表面突出于或者凹陷于其它管片2形成的包络面，并且突出或凹陷的尺寸超过了施工规范要求所允许的误差值。若是，则将所述管片2进行拆除，并利用管片拼装机重新调整所述管片2的位置，以使所述管片2的位置满足施工规范要求。
104.如此设置，能够使整环管片2符合施工规范要求。
105.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。