一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置及其使用方法制造方法及圖紙

本發明專利技術一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置及其使用方法，所述泥水平衡盾構機最前端為刀盤，刀盤后面順次布置有開挖艙、氣墊艙及人閘艙；所述輔助換刀裝置包括：氣墊艙上部固接的第一滑軌，嵌裝在第一滑軌上的移動滑臺，機器人固接于移動滑臺，人閘艙下部安裝有第二滑軌，運送架架設在第二滑軌上，運送架上端設置有第二安裝座，換刀機械臂安裝在第二安裝座上，換刀機械臂的前端安裝有照明和攝像裝置。在不改變原有盾構機艙門及空間結構的基礎上，增加的輔助換刀裝置，可有效提高換刀效率、降低換刀成本、保障操作人員的安全，完成刀具的磨損檢測及更換，提高了泥水平衡盾構機換刀作業的自動化水平，實現合理、安全、高效的換刀作業。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術涉及工程機械
，具體涉及一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置及其使用方法。
技術介紹
：盾構機作業時主要是通過刀盤來完成掌子面巖土的破碎剝離。在施工中，盾構機會遇到各種不同的復雜地層，故刀盤的受力情況相當復雜，極易造成刀盤上刀具的磨損，這嚴重制約了盾構機的掘進效率。圍繞上述問題而進行的研究主要分為兩個方面：一方面是提高盾構機刀具的使用壽命；另一方面就是發展盾構機換刀的相應技術。目前比較成熟的換刀技術主要有常壓換刀、帶壓換刀和使用豎井換刀。其中，常壓換刀對地質條件要求較高，不易滿足；帶壓換刀的技術門檻高，很多施工單位尚未掌握盾構機帶壓進艙作業的關鍵技術；而使用豎井換刀時間長、對環境破壞較大，且不適合在城市的一些重要地點施工。此外，以上換刀技術都需要作業人員進入開挖艙，而該艙內環境惡劣，尤其帶壓換刀，高壓環境將使作業人員承受極大的安全風險。針對上述問題，如何合理、經濟地更換盾構機刀具，并保證作業人員的安全已經成為盾構施工中一個重要的研究方向。因此，有必要研制一種適用于盾構機換刀作業的輔助換刀裝置來提高換刀效率、降低換刀成本、保障操作人員的安全。
技術實現思路
：本專利技術的目的是提供一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置及其使用方法，用于刀具磨損檢測及更換，可有效提高換刀效率、降低換刀成本、保障操作人員的安全。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，用于輔助泥水平衡盾構機進行換刀作業，所述泥水平衡盾構機最前端為刀盤，所述刀盤后面順次布置有開挖艙、氣墊艙及人閘艙，所述氣墊艙位于開挖艙后，所述人閘艙位于氣墊艙后，且所述開挖艙后部開設有第一艙門，通過所述第一艙門與氣墊艙連通，所述氣墊艙后部開設有第二艙門，通過所述第二艙門與人閘艙連通，所述人閘艙后部開設有第三艙門，作業人員通過所述第三艙門進入所述人閘艙，所述輔助換刀裝置包括：所述氣墊艙上部固接的第一滑軌，嵌裝在所述第一滑軌上的移動滑臺，所述移動滑臺可沿所述第一滑軌滑動，機器人固接于所述移動滑臺；所述機器人包括第一螺旋擺動缸，所述第一螺旋擺動缸上端固接于移動滑臺，其下端固接機器人大臂，可帶動機器人大臂沿第一螺旋擺動缸的中心軸轉動，所述機器人大臂下端為開口設置，所述開口端之間設置有第二螺旋擺動缸，所述第二螺旋擺動缸的缸體一側固接有機器人中臂一端，可帶動機器人中臂沿第二螺旋擺動缸的中心軸轉動，所述機器人中臂另一端固接第三螺旋擺動缸的缸體一側，所述第三螺旋擺動缸的缸體兩端固接有機器人前臂，可帶動機器人前臂沿第三螺旋擺動缸的中心軸轉動，機器人前臂遠離第三螺旋擺動缸的一端固接第一安裝座，所述人閘艙下部安裝有第二滑軌，運送架架設在所述第二滑軌上，運送架可沿所述第二滑軌滑動，運送架上端設置有第二安裝座，換刀機械臂安裝在所述第二安裝座上，換刀機械臂的前端安裝有照明和攝像裝置。所述第一螺旋擺動缸上端通過缸體法蘭固接于移動滑臺的上端面，其下端通過輸出法蘭固接機器人大臂，可帶動機器人大臂沿第一螺旋擺動缸的中心軸做180°的回轉運動。所述機器人大臂為V型結構或U型結構，V型或U型結構的開口端之間通過法蘭固接第二螺旋擺動缸。所述第二螺旋擺動缸可帶動機器人中臂沿第二螺旋擺動缸的中心軸做120°的回轉運動。所述第三螺旋擺動缸可帶動機器人前臂沿第三螺旋擺動缸的中心軸做120°的回轉運動。所述機器人中臂為方形結構。所述機器人前臂為U型結構。所述第一安裝座為正方形。所述人閘艙下部設置有底板，用以調整運送架和第二艙門的相對高度，方便換刀機械臂進入氣墊艙中，所述第二滑軌設置在所述底板上端面。所述換刀機械臂為液壓驅動七功能水下機械手。上述泥水平衡盾構機輔助換刀裝置的使用方法，具體步驟如下：第一步：在需要進行換刀時，關閉驅動刀盤轉動的電機，使刀盤停止轉動，排出開挖艙及氣墊艙內的泥漿，并注入壓縮空氣至工作壓力；第二步：打開第三艙門，作業人員攜帶新刀具通過第三艙門進入所述人閘艙，關閉第三艙門，艙內升壓至工作壓力；第三步：打開第二艙門，機器人在移動滑臺上移動，同時機器人轉動一定角度，將機器人前臂運動至第二艙門處，運送架帶動換刀機械臂在第二滑軌上滑動，將換刀機械臂運送至第二艙門處，作業人員將換刀機械臂推送至第一安裝座上，并進行安裝；第四步：完成安裝后，機器人帶動換刀機械臂運動至氣墊艙中，作業人員也通過第二艙門進入氣墊艙中，將第一艙門打開，然后返回至人閘艙中，將第二艙門關閉；第五步：機器人在移動滑臺上移動，同時機器人轉動一定角度，將換刀機械臂通過第一艙門運送入開挖艙中，進行換刀作業。所述第五步中換刀作業的具體步驟如下：①由換刀機械臂上的照明及攝像裝置對刀盤上滾刀的磨損情況進行檢查，由換刀機械臂末端的換刀頭將需要更換的舊滾刀從刀盤的刀箱內解鎖并提取出來；②在機器人的作用下，換刀機械臂攜帶舊滾刀按進艙路線原路返回到氣墊艙內，作業人員將第二艙門打開，并將運送架推至艙門附近；③換刀機械臂將舊滾刀放到運送架上，作業人員將舊滾刀從運送架上取下，并通過運送架將新滾刀置于換刀頭上；④在機器人的作用下，換刀機械臂沿原路線返回至開挖艙中，并將新刀具插入刀盤的滾刀箱內，并進行鎖緊，完成換刀作業；⑤重復上述滾刀更換作業，將刀盤上的其他滾刀進行檢查更換。本專利技術一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置及其使用方法的有益效果：在不改變原有盾構機艙門及空間結構的基礎上，增加的輔助換刀裝置，可有效提高換刀效率、降低換刀成本、保障操作人員的安全，完成刀具的磨損檢測及更換，在刀具的檢測過程及更換過程中，讓作業人員遠離開挖艙的惡劣環境，給作業人員提供更加安全的工作環境，提高了泥水平衡盾構機換刀作業的自動化水平，實現合理、安全、高效的換刀作業，可廣泛地應用到工程機械領域，給盾構機換刀技術帶來較大進步。附圖說明：圖1為泥水平衡盾構機的結構示意圖；圖2為泥水平衡盾構機輔助換刀裝置的結構示意圖；圖3為機器人的機構示意圖；圖4為泥水平衡盾構機輔助換刀裝置在第二艙門處的狀態示意圖；圖5為泥水平衡盾構機輔助換刀裝置在氣墊艙中的狀態示意圖；圖6為泥水平衡盾構機輔助換刀裝置在開挖艙中的狀態示意圖；1-刀盤，2-開挖艙，3-第一艙門，4-氣墊艙，5-第二艙門，6-人閘艙，7-第三艙門，8-第一滑軌，9-移動滑臺，10-機器人，11-第一螺旋擺動缸，12-機器人大臂，13-第二螺旋擺動缸，14-機器人中臂，15-第三螺旋擺動缸，16-機器人前臂，17本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，用于輔助泥水平衡盾構機進行換刀作業，所述泥水平衡盾構機最前端為刀盤，所述刀盤后面順次布置有開挖艙、氣墊艙及人閘艙，所述氣墊艙位于開挖艙后，所述人閘艙位于氣墊艙后，且所述開挖艙后部開設有第一艙門，通過所述第一艙門與氣墊艙連通，所述氣墊艙后部開設有第二艙門，通過所述第二艙門與人閘艙連通，所述人閘艙后部開設有第三艙門，作業人員通過所述第三艙門進入所述人閘艙，其特征在于：所述輔助換刀裝置包括：所述氣墊艙上部固接的第一滑軌，嵌裝在所述第一滑軌上的移動滑臺，所述移動滑臺可沿所述第一滑軌滑動，機器人固接于所述移動滑臺；所述機器人包括第一螺旋擺動缸，所述第一螺旋擺動缸上端固接于移動滑臺，其下端固接機器人大臂，可帶動機器人大臂沿第一螺旋擺動缸的中心軸轉動，所述機器人大臂下端為開口設置，所述開口端之間設置有第二螺旋擺動缸，所述第二螺旋擺動缸的缸體一側固接有機器人中臂一端，可帶動機器人中臂沿第二螺旋擺動缸的中心軸轉動，所述機器人中臂另一端固接第三螺旋擺動缸的缸體一側，所述第三螺旋擺動缸的缸體兩端固接有機器人前臂，可帶動機器人前臂沿第三螺旋擺動缸的中心軸轉動，機器人前臂遠離第三螺旋擺動缸的一端固接第一安裝座，所述人閘艙下部安裝有第二滑軌，運送架架設在所述第二滑軌上，運送架可沿所述第二滑軌滑動，運送架上端設置有第二安裝座，換刀機械臂安裝在所述第二安裝座上，換刀機械臂的前端安裝有照明和攝像裝置。...

【技術特征摘要】
1.一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，用于輔助泥水平衡盾構機進行換刀作業，所述
泥水平衡盾構機最前端為刀盤，所述刀盤后面順次布置有開挖艙、氣墊艙及人閘艙，所述氣
墊艙位于開挖艙后，所述人閘艙位于氣墊艙后，且所述開挖艙后部開設有第一艙門，通過所
述第一艙門與氣墊艙連通，所述氣墊艙后部開設有第二艙門，通過所述第二艙門與人閘艙連
通，所述人閘艙后部開設有第三艙門，作業人員通過所述第三艙門進入所述人閘艙，其特征
在于：
所述輔助換刀裝置包括：所述氣墊艙上部固接的第一滑軌，嵌裝在所述第一滑軌上的移
動滑臺，所述移動滑臺可沿所述第一滑軌滑動，機器人固接于所述移動滑臺；所述機器人包
括第一螺旋擺動缸，所述第一螺旋擺動缸上端固接于移動滑臺，其下端固接機器人大臂，可
帶動機器人大臂沿第一螺旋擺動缸的中心軸轉動，所述機器人大臂下端為開口設置，所述開
口端之間設置有第二螺旋擺動缸，所述第二螺旋擺動缸的缸體一側固接有機器人中臂一端，
可帶動機器人中臂沿第二螺旋擺動缸的中心軸轉動，所述機器人中臂另一端固接第三螺旋擺
動缸的缸體一側，所述第三螺旋擺動缸的缸體兩端固接有機器人前臂，可帶動機器人前臂沿
第三螺旋擺動缸的中心軸轉動，機器人前臂遠離第三螺旋擺動缸的一端固接第一安裝座，所
述人閘艙下部安裝有第二滑軌，運送架架設在所述第二滑軌上，運送架可沿所述第二滑軌滑
動，運送架上端設置有第二安裝座，換刀機械臂安裝在所述第二安裝座上，換刀機械臂的前
端安裝有照明和攝像裝置。
2.根據權利要求1所述的一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，其特征在于：所述第一
螺旋擺動缸上端通過缸體法蘭固接于移動滑臺的上端面，其下端通過輸出法蘭固接機器人大
臂，帶動機器人大臂沿第一螺旋擺動缸的中心軸做180°的回轉運動。
3.根據權利要求1所述的一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，其特征在于：所述機器
人大臂為V型結構或U型結構，V型或U型結構的開口端之間通過法蘭固接第二螺旋擺動缸。
4.根據權利要求1所述的一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，其特征在于：所述第二
螺旋擺動缸帶動機器人中臂沿第二螺旋擺動缸的中心軸做120°的回轉運動。
5.根據權利要求1所述的一種泥水平衡盾構機輔助換刀裝置，其特征在于：所述第三
螺旋擺動缸帶動機器人前臂沿第三螺旋擺動缸的中心軸做...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林文強，周溪橋，鄭興華，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21