[发明专利]一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置及其方法

说明书

本发明公开了一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置及其方法，包括：主梁、行走环、行走油缸、旋转环、驱动轮、钢拱架夹具和钢拱架拼装机械手，行走环通过滑动导轨与主梁相连，行走油缸两端分别铰接于主梁和行走环，可驱动行走环沿水平方向平移，旋转环通过法兰盘固定于主梁上，由两个对称布置的驱动轮驱动，钢拱架夹具周向布置焊接于旋转环侧面，钢拱架拼装机械手包括伸缩臂、姿态调整机构和钢拱架夹具，通过法兰盘固接于行走环侧面。该装置可对钢拱架位姿进行调整，实现钢拱架的高效率自动拼装。

技术领域

本发明涉及钢拱架拼装作业装置，尤其是涉及一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置。

背景技术

敞开式TBM(Tunnel Boring Machine)，又称为敞开式隧道掘进机，是一种针对硬岩地层掘进的大型隧道施工机械，其利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，并通过铲斗齿和皮带机将石渣运往洞外，掘进、支护和出渣并行作业，具有掘进速度快、利于环保等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地质条件下的隧道施工。

钢拱架拼装和支护作业是隧道施工中的关键步骤，TBM完成一环的掘进后需要通过钢拱架进行及时有效的支护，对确保开挖隧道的安全和质量起到很好的保障作用。钢拱架拼装的主要任务是将单榀的钢拱架放置到特定的位置，并通过螺栓和其余的钢拱架进行有效的连接。

目前，钢拱架拼装主要依靠人工作业，存在自动化程度低、人工工作量大、时间长、质量不稳定等问题，不适应TBM高效、安全施工要求，制约TBM施工效率、安全和质量的提高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，行走油缸两端分别铰接于主梁和行走环，驱动行走环沿水平方向平移，旋转环由两个对称布置的驱动轮驱动，伸缩臂可沿垂直于隧道轴线方向实现钢拱架拼装机械手的伸出和缩回，从而控制钢拱架拼装机械手的空间位置；姿态调整机构包括由轻型液压缸驱动的并联机构和偏航角调节液压缸，控制钢拱架拼装机械手的空间姿态。

本发明采用的技术方案是：

一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：包括主梁、水平滑动导轨、行走油缸、行走环、旋转环支架、旋转环、驱动轮、支撑导向轮、钢拱架夹具、伸缩臂、姿态调整装置、钢拱架拼装机械手末端；其中，行走环通过滑块与主梁侧面的水平滑动导轨配合，行走油缸分别铰接于主梁铰接接头和行走环铰接接头，旋转环支架通过旋转环法兰盘固定在主梁上，驱动轮和支撑导向轮的底座均布焊接于旋转环支架顶端，旋转环上的齿与驱动轮上的齿相啮合，并通过支撑导向轮固连在旋转环支架上，钢拱架夹具周向布置焊接于旋转环侧面，钢拱架拼装机械手通过焊接在伸缩臂上的伸缩臂法兰盘紧固在行走环的侧面。

所述旋转环由两个左右对称布置的驱动轮和四个周向布置的支撑导向轮驱动和连接，侧面安装有均匀布置的钢拱架夹具，用来夹持并固定钢拱架的位姿。

所述钢拱架拼装机械手通过伸缩臂法兰盘固定在行走环的侧面，包括伸缩臂、姿态调整装置和钢拱架拼装机械手末端三部分。

所述伸缩臂包括套筒、伸出杆、套筒铰接接头、行程传感器、伸缩液压油缸、卡箍、延长杆、伸出杆铰接头，伸缩液压油缸可驱动伸出杆沿套筒伸出和缩回。

所述姿态调整装置包括底座铰接接头、轻型液压缸、球铰、偏航角调节液压缸、浮动平台、主轴承，轻型液压缸和偏航角调节液压缸可实现浮动平台空间内三个转动自由度的调节。

本发明具有的有益效果是：行走环、旋转环和伸缩臂分别控制钢拱架拼装机械手的前后、左右和上下运动，安装在伸缩臂上的钢拱架拼装机械手则可以对钢拱架的偏航角、俯仰角、翻滚角进行微调，采用钢拱架位姿独立控制方式，节省了钢拱架拼装定位的运动时间，替代人工操作完成大量钢拱架的拼装工作，有效提高了钢拱架拼装效率。

附图说明

图1是本发明的主体结构的等轴测视图。