[发明专利]适用于盾构的换刀机器人执行机构

说明书

本发明提供了一种适用于盾构的换刀机器人执行机构，包括滚刀拆装机构、换刀机械手和动作执行机构，滚刀拆装机构与滚刀连接，滚刀拆装机构同时与盾构机刀盘上的刀箱可拆卸连接，换刀机械手设置在动作执行机构的执行端部，能切换滚刀拆装机构的状态，使滚刀拆装机构与刀箱锁紧或松开，同时换刀机械手能夹持滚刀以及滚刀拆装机构的整体，并通过多自由度的动作执行机构驱动而沿换刀的路径移动。本发明实现了盾构狭窄空间的机器换刀作业，可完成刀盘全盘面滚刀的拆装更换，完全代替传统的人工换刀，提高了换刀效率和盾构整体施工效率，保障了盾构施工的安全性。

技术领域

本发明涉及盾构施工设备领域，特别涉及一种适用于盾构隧道工程的换刀机器人执行机构。

背景技术

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，在地铁、铁路、公路、市政等隧道建设具有广泛的应用前景。滚刀作为盾构机的核心部件，在复杂多变的地质条件下高强度作业容易导致滚刀失效严重，不及时更换势必增加盾构机整体能耗并延误工期，因此换刀是盾构施工过程中不可避免的一道工序。目前国内外一部分盾构施工仍然采用人工换刀，在高压狭窄作业空间下换刀作业难度大、技术要求高、耗时长、风险性大，甚至会造成人员伤亡等重大事故。危险、低效的人工换刀方式已经无法满足对盾构机安全快速掘进的要求，需要研制出换刀机器人，实现机器自动换刀，是提高换刀效率和减小人工施工风险的有效方法，也能提高盾构机整体施工的自动化程度和施工效率。

发明内容

本发明目的是为了解决盾构施工中采用人工换刀的难度大、效率低、风险高的问题，提供一种适用于盾构的换刀机器人执行机构，以提高盾构换刀作业的效率和安全性，提高盾构施工自动化程度，实现盾构施工少人化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种适用于盾构的换刀机器人执行机构，包括滚刀拆装机构、换刀机械手和动作执行机构，所述滚刀拆装机构与滚刀连接，所述滚刀拆装机构同时与盾构机刀盘上的刀箱可拆卸连接，所述换刀机械手设置在所述动作执行机构的执行端部，能切换所述滚刀拆装机构的状态，使所述滚刀拆装机构与所述刀箱之间锁紧或松开，同时所述换刀机械手能夹持所述滚刀以及所述滚刀拆装机构的整体，并通过多自由度的所述动作执行机构驱动而运动。

进一步地，所述滚刀拆装机构主要由刀轴安装座、中间滑块以及边滑块组成，所述滚刀两侧的刀轴分别与一所述刀轴安装座固定连接，所述刀轴安装座的上表面中部位置成型有一呈倒梯形的凹槽，所述中间滑块设置呈倒楔形，所述中间滑块两侧的外斜面与所述凹槽两侧的内斜面分别滑动接触，所述边滑块滑动设置在所述刀轴安装座的上表面，且分别位于所述凹槽的两侧，所述边滑块的内侧壁与所述中间滑块的外斜面滑动接触，当所述边滑块向外滑动至与所述刀箱挤压接触时，所述刀箱对所述边滑块锁紧限位。

进一步地，所述中间滑块的外斜面以及所述边滑块的内侧面上设置有相互配合的连接结构，使所述中间滑块的外斜面与所述边滑块的内侧面保持滑动接触；所述连接结构包括成型在所述中间滑块的外斜面上的第一T型凹槽以及成型在所述边滑块的内侧面上的第一T型凸台，所述第一T型凸台的较宽部分滑动设置在所述第一T型凹槽的较宽内槽中；所述边滑块的底面还设置有第二T型凸台，所述刀轴安装座上表面的两侧位置分别设置有第二T型凹槽，所述第二T型凸台的较宽部分滑动设置在所述第二T型凹槽的较宽内槽中。

进一步地，所述中间滑块的中部设置有一螺纹通孔，所述螺纹通孔内设置有一六角螺栓，通过所述六角螺栓旋转带动所述中间滑块沿所述六角螺栓移动，所述六角螺栓的一端与所述刀轴安装座转动连接。

进一步地，所述刀箱为一内刀箱，所述内刀箱与所述刀盘上外刀箱的内壁焊接连接，所述内刀箱内部的上、下两层分别设置有一限位部，当所述边滑块向外滑动至最大位置时，所述限位部对所述边滑块锁紧限位；所述限位部包括相对设置在所述内刀箱上/下层两侧的两个台阶，所述台阶上均设置有一V型凹槽，所述V型凹槽与所述边滑块外侧的外角相对应；所述台阶上还设置有第三T型凹槽，当所述刀轴安装座在所述内刀箱中安装到位时，所述第三梯形凹槽与所述第二T型凹槽连通。