[发明专利]一种适用于盾构机换刀作业的液压机械臂

说明书

技术领域：

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种适用于盾构机换刀作业的液压机械臂。

背景技术：

盾构机换刀机器人系统中需要配备一个机械臂来执行具体的换刀任务。传统的机械臂种类及功能较为丰富，但目前并没有一种机械臂产品可以很好地适应盾构机换刀任务，盾构机的最前端为刀盘，所述刀盘后面顺次布置有开挖舱、气垫舱及人闸舱，换刀作业是在开挖舱中进行，开挖舱由于本身结构的限制，换刀作业空间狭小、作业环境恶劣、刀具单体重量大，现有的机械臂则通常体积较大对作业环境要求较高、且负载能力相对不足，故并不能很好的适用于盾构机的换刀作业；例如用于深海作业的机械臂要求具有高的控制精度及超高压的耐受能力，价格昂贵但负载能力略有不足，用其进行换刀作业时一方面造成资源的浪费，另一方面无法适应大直径的滚刀，使用很有限制。

而在盾构机作业时，更换盾构机刀具是作业过程必不可少一个步骤，如何合理、经济地盾构机刀具的更换，并保证作业人员的安全是盾构施工中一个重要的研究方向。为此，研发盾构机换刀机器人系统来提高换刀效率、降低换刀成本、保障操作人员的安全将是盾构机换刀技术的一大进步。

因此，为了实现盾构机换刀机器人系统的功能，提高换刀作业的自动化水平，亟需研究一种应用于盾构机换刀机器人系统中的超大功率机械臂，可满足盾构机换刀作业的使用需求，执行盾构机的换刀任务。

发明内容：

本发明的目的是提供一种体积小、运动灵活、控制简单、可靠性高的适用于盾构机换刀作业的液压机械臂。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种适用于盾构机换刀作业的液压机械臂，包括：基座，基座上设置有腰身，且所述腰身可相对基座旋转，腰身一侧与大臂的一端连接，所述大臂的另一端与中臂一端连接，所述大臂上安装有相枢接的第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸用以驱动所述大臂俯仰运动，所述第二液压缸用以驱动所述中臂俯仰运动，中臂的另一端与前臂一端连接，所述中臂上安装有第三液压缸，用以驱动所述前臂俯仰运动，前臂另一端连接有工具安装头，所述前臂上安装有第四液压缸，用以驱动所述前臂左右摆动，所述工具安装头一侧安装有滚刀抓取工具，所述滚刀抓取工具包括U型底座，U型底座的横梁上安装有两个对称设置的抓取钳，第五液压缸的一端枢接于所述U型底座的侧壁，另一端枢接于所述抓取钳，用以带动抓取钳的张开和闭合。

所述腰身为摆动液压缸，所述摆动液压缸包括第一旋转轴和套设于第一旋转轴外部的液压缸壳体，液压缸壳体上设置有第一支座和第一销轴座。

所述大臂的两端分别设置有第一轴承座和第二轴承座，所述腰身和大臂通过第一支座和第一轴承座连接为一体，且第二旋转轴插设于所述第一支座和第一轴承座上，用以使得所述大臂可相对腰身转动，所述大臂中部设置有第二销轴座，第一液压缸一端通过第一销轴枢接于第一销轴座，其另一端通过第二销轴枢接于第二销轴座，第二液压缸一端通过第二销轴枢接于第二销轴座，另一端通过第三销轴枢接于中臂。

所述第一液压缸的伸出杆端部设置有第一耳环，第一耳环套装在第一销轴上，所述第一液压缸的缸体端部设置有第二耳环，第二耳环套装在第二销轴上，所述第二液压缸的缸体端部设置有第三耳环，第三耳环套装在第二销轴上，且第三耳环卡设在第二耳环两侧，第二液压缸的伸出杆端部设置有第四耳环，第四耳环套装在第三销轴上。

所述第二耳环为单耳结构，第三耳环为双耳结构。

所述中臂一端设置有第二支座，另一端设置有第三轴承座，所述中臂和大臂通过第二支座和第二轴承座连接为一体，且第三旋转轴插设于第二支座和第二轴承座上，用以使得所述中臂可相对大臂转动，所述第二支座上设置有第三销轴座，第二液压缸的一端通过第三销轴枢接于第三销轴座，所述第二支座上还插设有第四销轴，第三液压缸的一端通过第四销轴枢接于第二支座。

所述前臂一端设置有第三支座，另一端设置有第四轴承座，所述中臂和前臂通过第三支座和第三轴承座连接为一体，且第四旋转轴插设于第三支座和第三轴承座上，用以使得所述前臂可相对中臂转动，所述第三支座上插设有第五销轴，第三液压缸的一端通过第五销轴枢接于第三支座，所述第三支座一侧的侧壁上还设置有第四销轴座，第四液压缸一端通过第六销轴枢接于第四销轴座。

所述第三液压缸的缸体端部设置有第五耳环，第五耳环套装在第四销轴上，所述第三液压缸的伸出杆端部设置有第六耳环，第六耳环套装在第六销轴上。