[发明专利]一种用于TBM正滚刀的换刀平台

说明书

技术领域

本发明涉及TBM(全断面岩石隧道掘进机)领域，特别涉及一种用于TBM正滚刀、中心滚刀安装的定位装置以及其使用方法。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机(简称TBM)是机械、电子、液压、激光技术一体化的大型工厂化隧道施工作业系统。TBM法具有掘进速度快、施工工期短、作业环境好、对生态环境破坏性小、综合效益高等优点，是国内外隧道施工的重要选择。随着我国大规模基础设施项目的实施，铁路、水利、城市地铁、石油管道和海底隧道等建设中大量长隧道的开挖，TBM施工技术在我国迅速得到大规模的推广以及应用。滚刀是TBM中极为重要的部件，在掘进中直接和岩石接触，起破碎岩石的作用。当滚刀磨损到一定程度，它就无法执行正常的破岩工作，此时需要进行换刀操作。

在现有的TBM换刀操作过程中，主要是由工作人员从TMB内部进入施工隧道进行换刀，地下工作环境恶劣、作业难度大、换刀效率低，极易发生安全事故。整个工程需要多次换刀，每次换刀都要耗费大量的人力、物力、财力和时间。换刀影响整个工程的进度。为了保证施工人员安全，降低恶劣环境对换刀过程的影响，提高换刀的效率和设备的自动化程度，使用换刀机器人代替人工进行TBM换刀成为目前的一项研究课题。

发明内容

针对现有技术，本发明提供一种用于TBM正滚刀的换刀平台，可以实现对TBM刀盘上不同位置的正滚刀进行灵活快速的换刀操作，而且可以准确的对刀。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于TBM正滚刀的换刀平台，包括滚刀夹爪、用于与设备相连的连接座、Z轴方向运动单元、X轴方向运动单元和Y轴方向运动单元；所述Z轴方向运动单元包括传动箱，所述传动箱的外部固定有第一电机，所述传动箱内设有蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆与所述第一电机的输出轴联接，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮的安装轴上设有齿轮，所述齿轮与一齿条啮合，所述齿条的走向为Z向，所述齿条的两端自传动箱穿出，所述连接座固定在所述齿条的下端，所述齿条的上端设有防脱端板；所述X轴方向运动单元包括固定在所述传动箱上的连接板，所述连接板安装有第二电机，所述第二电机的输出轴上通过第二联轴器联接有第一丝杠，所述丝杠上配有第一螺母；所述连接板上还固定有一个支撑座，所述支撑座的两端之间并联有两个X向滑杆，两个X向滑杆上均配合有滑套，两个滑套上固定有一滑动平台，所述滑动平台的底部固定有一支撑套，所述第一螺母与所述支撑套固定，所述第一丝杠穿过所述支撑套；所述Y轴方向运动单元包括固定在所述滑动平台上面的第三电机和两个Y向滑杆座，所述第三电机的输出轴上设有第二丝杠，所述第二丝杠上配合有第二螺母，所述第二螺母上固定有一连接条；两个Y向滑杆座之间设有两条Y向滑杆，两条Y向滑杆上跨接有电机座和轴承座，所述电机座和轴承座均与两个Y向滑杆滑动配合，所述电机座上安装有步进电机，所述步进电机与所述连接条刚性连接，所述步进电机的输出轴联接有传动轴，所述滚刀夹爪固定在所述传动轴的轴端。

进一步讲，本发明用于TBM正滚刀的换刀平台，其中，所述连接板与所述传动箱之间采用焊接，所述支撑座与所述连接板之间采用螺纹连接。

所述连接座与所述齿条之间采用螺纹连接。

所述第一电机通过电机座安装在一支撑板上，所述支撑板焊接在所述传动箱上，所述电机座与所述支撑板之间为螺纹连接。

所述滚刀夹爪与所述传动轴的轴端之间为过盈配合。

所述蜗轮与所述安装轴之间采用键联接。

所述蜗杆与所述第一电机的输出轴之间通过第一联轴器联接，所述步进电机的输出轴与所述传动轴之间通过第三联轴器联接。

所述第一联轴器、所述第二联轴器和所述第三联轴器均为凸缘联轴器。

所述齿条的主体为圆柱体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将本发明的换刀平台可以安装在现有的机械臂上，由机械臂带动换刀平台至需要更换刀具的大致位置，然后由本发明中的四个电机驱动换刀平台调整夹爪的四个自由度(即X、Y、Z三方向的移动和绕Y轴的转向)，从而可以精确定位滚刀位置。并进行拆刀和安装刀具的工作，简化了换刀过程，换刀过程方便、快速，操作简单，节省换刀时间，能够很大程度上提高TBM的工作效率。

附图说明

图1是本发明换刀平台的立体结构示意图；

图2是本发明中Z轴方向运动单元的结构示意图；

图3是本发明中传动箱内部结构示意图；

图4-1是本发明中Z轴方向运动单元中连接座和齿条的连接结构局部图；