[发明专利]一种基于PLC控制的隧道盾构刀盘更换机械手及其工作方法

摘要

本发明公开了一种基于PLC控制的隧道盾构刀盘更换机械手及其工作方法，由支撑钢架、机械抓手、驱动电机、前后水平输送轨道、左右水平输送轨道、控制面板组成；机械抓手上的红外探测感应器确定刀盘位置，控制面板中的PLC模块控制前后水平输送轨道及左右水平输送轨道滑块滑动，带动机械抓手到达刀盘所在位置，并且机械抓手对刀盘进行抓取、存放。本发明所述的一种基于PLC控制的隧道盾构刀盘更换机械手，该装置采用PLC控制，自动化程度高，能够对刀盘位置实现精准定位，反应时间短，精准度高，成本低廉。

主权项

一种基于PLC控制的隧道盾构刀盘更换机械手，包括：支撑钢架（1），机械抓手（2），驱动电机（3），前后水平输送轨道（4），左右水平输送轨道（5），控制面板（6）；其特征在于，所述支撑钢架（1）由不锈钢管无缝焊接而成，其长度在2m～2.5m之间，宽度在1m～1.5m之间，每根钢管的厚度为5cm～8cm；所述前后水平输送轨道（4）固定安装在支撑钢架（1）长度方向的钢管上，前后水平输送轨道（4）数量为2个；所述左右水平输送轨道（5）与支撑钢架（1）宽度方向平行，其长度与左右水平输送轨道（5）宽度相等，左右水平输送轨道（5）两端分别通过钢柱与前后水平输送轨道（4）固定连接；所述驱动电机（3）固定连接在前后水平输送轨道（4）后端；所述机械抓手（2）与左右水平输送轨道（5）固定连接；所述控制面板（6）固定安装在支撑钢架（1）一侧；所述驱动电机（3）通过导线与控制面板（6）控制连接；所述机械抓手（2）包括：壳体（2‑1），气动电磁阀（2‑2），夹爪（2‑3），啮合齿轮（2‑4），滚动轴（2‑5），红外探测感应器（2‑6）；其中所述壳体（2‑1）材质为钢锰材料，其厚度在3mm～5mm之间；所述夹爪（2‑3）形状为手指状，夹爪（2‑3）一端为圆形结构，夹爪（2‑3）个数为6个，每3个为一组，每组的3个夹爪（2‑3）与滚动轴（2‑5）同轴旋转连接；其中所述啮合齿轮（2‑4）为锯齿状，其个数为2个，分别通过滚动轴（2‑5）与每组3个夹爪（2‑3）同轴旋转连接，所述气动电磁阀（2‑2）设置于两组夹爪（2‑3）之间，气动电磁阀（2‑2）两端分别通过耳板与夹爪（2‑3）铰链连接；所述红外探测感应器（2‑6）位于壳体（2‑1）底部；所述气动电磁阀（2‑2）、红外探测感应器（2‑6）分别通过导线与控制面板（6）控制连接；所述前后水平输送轨道（4）包括：前后导轨滑块（4‑1），驱动轴（4‑2），前后导轨轨道（4‑3），前后导轨限位开关（4‑4），挡板（4‑5）；其中所述前后导轨轨道（4‑3）为矩形结构，前后导轨轨道（4‑3）上表面设置有两条滑槽，该滑槽深度在1cm～3cm之间；所述挡板（4‑5）数量为2块，分别垂直固定安装在前后导轨轨道（4‑3）两端；所述驱动轴（4‑2）两端分别固定安装在挡板（4‑5）中心，驱动轴（4‑2）一端与驱动电机（3）驱动连接；所述前后导轨滑块（4‑1）与驱动轴（4‑2）同轴连接，前后导轨滑块（4‑1）通过驱动轴（4‑2）在前后导轨轨道（4‑3）的滑槽内来回往复滑动，前后导轨滑块（4‑1）材质为黄铜镀镍材料，其大小长×宽×厚为15cm～20cm×5cm～8cm×2cm～4cm；所述前后导轨限位开关（4‑4）设置在挡板（4‑5）内侧，前后导轨限位开关（4‑4）数量为2个；所述前后导轨限位开关（4‑4）通过导线与控制面板（6）控制连接；所述左右水平输送轨道（5）包括：左右导轨轨道（5‑1），左右导轨滑块（5‑2），左右导轨限位开关（5‑3），电磁气动阀（5‑4），升降装置（5‑5）；其中所述左右导轨轨道（5‑1）为矩形结构，左右导轨轨道（5‑1）侧面，设置有两条滑槽，该滑槽深度在2cm～4cm之间；所述左右导轨滑块（5‑2）材质为黄铜镀镍材料，左右导轨滑块（5‑2）通过滑槽在左右导轨轨道（5‑1）内做往复运动；所述升降装置（5‑5）与左右导轨滑块（5‑2）固定连接；所述电磁气动阀（5‑4）固定安装在电磁气动阀（5‑4）侧面，电磁气动阀（5‑4）与左右导轨滑块（5‑2）驱动连接；所述左右导轨限位开关（5‑3）数量为2个，分别固定安装在左右导轨轨道（5‑1）两端；所述左右导轨限位开关（5‑3）、电磁气动阀（5‑4）分别通过导线与控制面板（6）控制连接；所述升降装置（5‑5）包括：升降轴（5‑5‑1），滑动轴（5‑5‑2），升降导轨轨道（5‑5‑3），升降导轨滑块（5‑5‑4）；其中所述升降轴（5‑5‑1）数量为3根，其材质为不锈钢材料，其直径在2cm～4cm之间，升降轴（5‑5‑1）下端与机械抓手（2）固定连接；所述滑动轴（5‑5‑2）与升降轴（5‑5‑1）同轴滑动连接；所述滑动轴（5‑5‑2）侧面与升降导轨滑块（5‑5‑4）固定连接，升降导轨滑块（5‑5‑4）材质为黄铜镀镍材料；所述升降导轨滑块（5‑5‑4）与升降导轨轨道（5‑5‑3）滑动连接，所述升降导轨轨道（5‑5‑3）大小长×宽×厚为5cm～8cm×3cm～5cm×1cm～2cm；所述夹爪（2‑3）由高分子材料压模成型，夹爪（2‑3）的组成成分和制造过程如下：一、夹爪（2‑3）组成成分：按重量份数计，2‑异丙基‑5‑甲基环己醇18～56份，2,2‑二甲基‑3‑(2‑甲基‑1‑丙烯基)‑环丙烷羧酸氰基(3‑苯氧基苯基)甲酯72～124份，4‑三氟甲基全氟吗啉115～184份，3‑(2,2‑二氯乙烯基)‑2,2‑二甲基环丙酸‑(1S,3S)‑REL‑(R)‑氰基(3‑苯氧苯基)甲基酯28～76份，(S)‑alpha‑氰基‑3‑苯氧基苄基‑(S)‑2‑(4‑氯苯基)‑3‑甲基丁酸酯46～102份，α‑氰基苯氧基苄基(1R,3R)‑3‑(2,2‑二溴乙烯基)‑2,2二基甲环丙烷羧酸酯43～88份，浓度为63 ppm～107 ppm的(S)α‑氰基‑苯氧基苄基(1R,3R)‑3‑(2,2‑二溴乙烯基)‑2,2‑二甲基环丙烷羧酸酯65～108份，2,2‑二甲基‑3‑(2‑甲基‑1‑丙烯基)环丙烷羧酸‑3,4,5,6‑四氢肽酰亚胺基甲基酯52～114份，(S)‑alpha‑氰基‑3‑苯氧苄基‑(+)‑顺‑3‑(2,2,二溴乙烯基)‑2,2‑二甲基环丙烷羧酸酯12～42份，交联剂38～69份，3‑[(2‑羟乙基)(3‑甲基苯基)氨基]丙腈83～158份，[2‑[(2‑氯‑4‑硝基苯基)偶氮]‑5‑(二乙氨基)苯基]氨基甲酸(2‑乙氧基乙基)酯77～165份，N‑[5‑[[2‑(乙酰氧基)乙基](苯甲基)氨基]‑2‑[(2‑氯‑4,6‑二硝基苯基)偶氮]‑4‑甲氧基苯基]乙酰胺28～76份，N‑[2‑[(2‑溴‑4,6‑二硝基苯基)偶氮]‑5‑[(2‑氰乙基)(2‑羟乙基)氨基]‑4‑甲氧苯基]乙酰胺98～167份；所述交联剂为N,N‑双(2‑氯乙基)‑4‑甲基苯磺酰胺、2‑[(2,5‑二氯苯基)偶氮]‑N‑(6‑乙氧基‑2‑苯并噻唑基)‑3‑氧代丁酰胺、双乙酰乙酰‑2‑氯‑5‑甲基对苯二胺中的任意一种；二、夹爪（2‑3）的制造过程，包含以下步骤：第1步：在反应釜中加入电导率为3.26 μS/cm～6.52 μS/cm的超纯水1550～1840份，启动反应釜内搅拌器，转速为58 rpm～108 rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至62 ℃～92 ℃；依次加入2‑异丙基‑5‑甲基环己醇、2,2‑二甲基‑3‑(2‑甲基‑1‑丙烯基)‑环丙烷羧酸氰基(3‑苯氧基苯基)甲酯、4‑三氟甲基全氟吗啉，搅拌至完全溶解，调节pH值为4.5～7.6，将搅拌器转速调至117 rpm～169 rpm，温度为102 ℃～154 ℃，酯化反应16～25小时；第2步：取3‑(2,2‑二氯乙烯基)‑2,2‑二甲基环丙酸‑(1S,3S)‑REL‑(R)‑氰基(3‑苯氧苯基)甲基酯、(S)‑alpha‑氰基‑3‑苯氧基苄基‑(S)‑2‑(4‑氯苯基)‑3‑甲基丁酸酯进行粉碎，粉末粒径为1200～1800目；加入α‑氰基苯氧基苄基(1R,3R)‑3‑(2,2‑二溴乙烯基)‑2,2二基甲环丙烷羧酸酯混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为7 mm～14 mm，采用剂量为5.5 kGy～8.4 kGy、能量为9.0 MeV～22 MeV的α射线辐照108～157分钟，以及同等剂量的β射线辐照88～145分钟；第3步：经第2步处理的混合粉末溶于(S)α‑氰基‑苯氧基苄基(1R,3R)‑3‑(2,2‑二溴乙烯基)‑2,2‑二甲基环丙烷羧酸酯中，加入反应釜，搅拌器转速为112 rpm～162 rpm，温度为82℃～135℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到‑0.46 MPa～1.91 MPa，保持此状态反应14～27小时；泄压并通入氡气，使反应釜内压力为0.52 MPa～1.73 MPa，保温静置24～35小时；搅拌器转速提升至196 rpm～258 rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入2,2‑二甲基‑3‑(2‑甲基‑1‑丙烯基)环丙烷羧酸‑3,4,5,6‑四氢肽酰亚胺基甲基酯、(S)‑alpha‑氰基‑3‑苯氧苄基‑(+)‑顺‑3‑(2,2,二溴乙烯基)‑2,2‑二甲基环丙烷羧酸酯完全溶解后，加入交联剂搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为4.8～7.6，保温静置11～22小时；第4步：在搅拌器转速为124 rpm～168 rpm时，依次加入3‑[(2‑羟乙基)(3‑甲基苯基)氨基]丙腈、[2‑[(2‑氯‑4‑硝基苯基)偶氮]‑5‑(二乙氨基)苯基]氨基甲酸(2‑乙氧基乙基)酯、N‑[5‑[[2‑(乙酰氧基)乙基](苯甲基)氨基]‑2‑[(2‑氯‑4,6‑二硝基苯基)偶氮]‑4‑甲氧基苯基]乙酰胺和N‑[2‑[(2‑溴‑4,6‑二硝基苯基)偶氮]‑5‑[(2‑氰乙基)(2‑羟乙基)氨基]‑4‑甲氧苯基]乙酰胺，提升反应釜压力，使其达到0.8 MPa～1.8 MPa，温度为173℃～244℃，聚合反应8～16小时；反应完成后将反应釜内压力降至0 MPa，降温至34 ℃～46 ℃，出料，入压模机即可制得夹爪（2‑3）。