隧道预制件拼装用机械装置

摘要

本发明公开了一种隧道预制件拼装用机械装置，包括：移动底盘；底部托架，底部托架的底部通过升降机构可升降地安装于移动底盘上，底部托架的顶部设有第一方向导轨和第一方向伸缩装置；上部托架，上部托架的底部安装于第一方向导轨上并可在第一方向伸缩装置的作用下沿第一方向导轨移动，上部托架的顶部设有多向转动油缸组；顶部托架，安装于多向转动油缸组上并可在多向转动油缸组的作用下进行至少三个不同方向上的空间旋转。本发明克服隧道内有限的空间，并且利用原有隧道结构设施；同时该装置采用多种高精度平移运动结构以及多个液压油缸进行控制，能实现隧道预制件高精度的拼装。

权利要求

1.一种隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于，包括：

移动底盘；

底部托架，所述底部托架的底部通过升降机构可升降地安装于所述移动底盘上，所述底部托架的顶部设有第一方向导轨和第一方向伸缩装置；

上部托架，所述上部托架的底部安装于所述第一方向导轨上并可在所述第一方向伸缩装置的作用下沿所述第一方向导轨移动，所述上部托架的顶部设有多向转动油缸组；以及用于搁置隧道预制件的顶部托架，安装于所述多向转动油缸组上并可在所述多向转动油缸组的作用下进行至少三个不同方向上的空间旋转；

其中，所述多向转动油缸组包括：

X轴转动油缸，竖向伸缩设置且两端绕第一铰接轴铰接于所述上部托架和所述顶部托架，所述第一铰接轴的轴向平行于隧道轴线方向；

Y轴转动油缸，竖向伸缩设置且两端绕第二铰接轴铰接于所述上部托架和所述顶部托架，所述第二铰接轴的轴向水平垂直于隧道轴线方向；以及Z轴转动油缸，水平伸缩设置且两端分别绕第一枢轴和第二枢轴可转动地连接于所述上部托架和所述顶部托架，所述第一枢轴竖设于上部托架，所述第二枢轴竖设于所述顶部托架。

2.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述移动底盘可移动地设于隧道中的盾构机车架用轨道上，所述盾构机车架用轨道沿隧道轴线方向布设。

3.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述隧道预制件为π型预制件。

4.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述底部托架的侧部与所述移动底盘之间设有用于限制竖向升降轨迹的竖向限位结构。

5.如权利要求4所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述竖向限位结构包括竖向可相对移动的导柱和限位槽，所述导柱固定于所述移动底盘或所述底部托架，所述限位槽对应固定于所述底部托架或所述移动底盘。

6.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述第一方向导轨为横卧的筒状导轨，所述上部托架的底部形成有形状适于所述筒状导轨的导槽。

7.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述第一方向伸缩装置的伸缩方向垂直于隧道轴线方向。

8.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述底部托架形成有侧板，所述第一方向伸缩装置活动连接于所述侧板与所述上部托架。

9.如权利要求1所述的隧道预制件拼装用机械装置，其特征在于：所述顶部托架通过球铰连接于所述上部托架的顶部。

说明书

隧道预制件拼装用机械装置

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道工程的施工装置，尤其涉及一种隧道预制件拼装用机械装置。

背景技术

[0002] 随着城市地下空间的大规模开发，盾构法施工技术因其对地上、地下构筑物和周边环境影响小，保证交通通行、减少道路中断和管线搬迁等优势，越来越多地被应用于城市道路、地下共同沟、地铁隧道等等施工，纵观国内外盾构技术的发展，其趋势将多元化和多样化的。由于隧道内的结构施工中要克服隧道本身的空间布置和结构特殊性，需要一些特种施工设备来进行隧道内部结构施工。

[0003] 尤其是在隧道内部拼装预制件，由于隧道内部结构的特殊性，以及隧道内部空间有限，需要一种特殊的机械装置来进行高效率的施工。

发明内容

[0004] 鉴于上述现有技术中存在或潜在的不足之处，本发明提供了一种隧道预制件拼装用机械装置，解决在有限的隧道空间内，能够高精度的定位、拼装隧道预制件，同时满足该机械装置能自行运输隧道预制件。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种隧道预制件拼装用机械装置，包括：

[0006] 移动底盘；

[0007] 底部托架，所述底部托架的底部通过升降机构可升降地安装于所述移动底盘上，所述底部托架的顶部设有第一方向导轨和第一方向伸缩装置；

[0008] 上部托架，所述上部托架的底部安装于所述第一方向导轨上并可在所述第一方向伸缩装置的作用下沿所述第一方向导轨移动，所述上部托架的顶部设有多向转动油缸组；以及

[0009] 用于搁置隧道预制件的顶部托架，安装于所述多向转动油缸组上并可在所述多向转动油缸组的作用下进行至少三个不同方向上的空间旋转。

[0010] 采用上述方案，本发明利用移动底盘实现装置的整体平移，利用底部托架上的第一方向导轨和第二方向伸缩装置实现顶部托架在第一方向上的平移，再利用上部托架上的多向转动油缸组实现顶部托架在多个不同方向上的空间旋转，进而实现对顶部托架上的隧道预制件的拼装方位的调整以及各个角度的拼装姿态的调整；与传统吊装拼装预制件的模式相比，本发明利用托架托举的方式进行预制件的拼装，可使拼装过程更加平稳，也更有利于位置较低的预制件的拼装。

[0011] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述移动底盘可移动地设于隧道中的盾构机车架用轨道上，所述盾构机车架用轨道沿隧道轴线方向布设。

[0012] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述隧道预制件为π型预制件。

[0013] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述底部托架的侧部与所述移动底盘之间设有用于限制竖向升降轨迹的竖向限位结构。

[0014] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述竖向限位结构包括竖向可相对移动的导柱和限位槽，所述导柱固定于所述移动底盘或所述底部托架，所述限位槽对应固定于所述底部托架或所述移动底盘。

[0015] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述第一方向导轨为横卧的筒状导轨，所述上部托架的底部形成有形状适于所述筒状导轨的导槽。

[0016] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述第一方向伸缩装置的伸缩方向垂直于隧道轴线方向。

[0017] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述底部托架形成有侧板，所述第一方向伸缩装置活动连接于所述侧板与所述上部托架。

[0018] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述多向转动油缸组包括：

[0019] X轴转动油缸，竖向伸缩设置且两端绕第一铰接轴铰接于所述上部托架和所述顶部托架，所述第一铰接轴的轴向平行于隧道轴线方向；

[0020] Y轴转动油缸，竖向伸缩设置且两端绕第二铰接轴铰接于所述上部托架和所述顶部托架，所述第二铰接轴的轴向水平垂直于隧道轴线方向；以及

[0021] Z轴转动油缸，水平伸缩设置且两端分别绕第一枢轴和第二枢轴可转动地连接于所述上部托架和所述顶部托架，所述第一枢轴竖设于上部托架，所述第二枢轴竖设于所述顶部托架。

[0022] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置的实施例中，所述顶部托架通过球铰连接于所述上部托架的顶部。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1为本发明隧道预制件拼装用机械装置的具体实施方式的使用状态示意图。

[0025] 图2为图1的A-A剖视图。

[0026] 图3和图4为本发明隧道预制件拼装用机械装置的具体实施方式的两个不同角度的整体结构示意图。

[0027] 图5为本发明隧道预制件拼装用机械装置的具体实施方式的部分结构剖视图。

[0028] 图6为本发明隧道预制件拼装用机械装置的具体实施方式的竖向限位结构的平面形状示意图。

[0029] 图7为本发明隧道预制件拼装用机械装置的具体实施方式的多向转动油缸组的结构示意图。

[0030] 图8为图7的B-B剖面图。

[0031] 图中：1-隧道主体结构，2-盾构机车架用轨道，3-隧道预制件，4-隧道预制件拼装用机械装置，5-移动底盘，6-升降机构，7-底部托架，8-第一方向导轨，9-第一方向伸缩装置，10-上部托架，101-第一销轴，11-球铰，12-顶部托架，121-第二销轴，13-X轴转动油缸，14-Y轴转动油缸，15-Z轴转动油缸，16-竖向限位结构，161-导柱，162-限位槽。

具体实施方式

[0032] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0033] 下面便结合附图1～6和具体实施例来对本发明做进一步详细说明。

[0034] 首先，参阅图1和图2所示，本发明的实施例中提供了一种全新的隧道预制件拼装用机械装置。由于隧道内部结构的特殊性，以及隧道内部空间有限，一般的地面拼装机械往往因体积过大而难以进入隧道内部，且一般拼装机械拼装精度不高，很难达到隧道内部预制件的拼装要求。

[0035] 在图1和图2所释义的本发明实施例的隧道预制件拼装用机械装置的使用状态中，例举了利用隧道中原有的盾构机车架用轨道来布置该机械装置的实施方式。如图1和图2所示，在已施工的隧道主体结构1(隧道内径约7000mm)的底部设置有盾构机车架用轨道2，本发明的隧道预制件拼装用机械装置4架设在隧道中原有的盾构机车架用轨道2上，需要拼装在隧道主体结构1中的隧道预制件3(尺寸大致为4300mm×2000mm×880mm，重约9吨)架设在本发明的机械装置4，本发明的机械装置4的主要功能有二：一是自身可于盾构机车架用轨道2上移动，满足机械装置4能自行运输隧道预制件3；二是可支撑其上的隧道预制件3进行拼装角度的调整，以提高隧道预制件3的拼装效率和拼装精度。

[0036] 配合图3～5所示，本发明实施例的隧道预制件拼装用机械装置主要由图中所释义的各个部分组成，其中主要有：移动底盘5、升降机构6、底部托架7、第一方向导轨8、第一方向伸缩装置9、上部托架10、多向转动油缸组和顶部托架12，其中：

[0037] 移动底盘5：该移动底盘为移动车架，底部设有滚轮(移动底盘亦可为轨道式移动设备)，如自行走平板小车，移动车架架设在隧道原有盾构车架用轨道上，隧道原有盾构车架用轨道沿隧道轴线方向设置，滚轮的移动方向与隧道轴线方向一致，即本发明机械装置可通过移动底盘5可沿隧道轴线方向，即X轴方向(指代标准空间坐标系中的X轴方向)移动，实现X轴上的精确装配。

[0038] 底部托架7：该底部托架7至少具有一平面托板，该平面托板的底部通过升降机构6可升降地安装于移动底盘5上，在本实施例中，该升降机构6采用升降控制液压油缸，较佳地，设置4组升降控制液压油缸，并将4组升降控制液压油缸布设在底部托架7的四角。如图5所示，升降控制液压油缸的油缸缸体固定在底部托架7的顶部，在底部托架7上开孔以供升降控制液压油缸的液压杆穿过底部托架7，将液压杆的下端向下支撑在下方的移动底盘5上，再利用液压杆相对于油缸缸体的伸缩运动来控制底部托架7相对于移动底盘5的高度。同时，为了确保该底部托架7在升降过程中能够始终保持水平状态，在该底部托架7的至少一侧侧部与移动底盘5之间设置竖向限位结构16，用于限制竖向升降轨迹，即限制底部托架
7只能沿竖直方向移动，实现Z轴(指代标准空间坐标系中的Z轴方向，该Z轴方向并与上述X轴方向竖向垂直)上的精确装配。

[0039] 该竖向限位结构16的具体实施方式可为：包括一导柱161和一限位槽162，如图4和图6所示，图6显示了导柱161与限位槽162在装配时的俯视视图。在图4和图6所释义的实施例中，移动底盘5和底部托架7均设有侧壁，且两者的侧壁竖向相对设置，竖向限位结构16的导柱161固定在移动底盘5的侧壁上，竖向限位结构16的限位槽162固定在底部托架7的侧壁上，限位槽162的槽型适于导柱161的形状，两者相互插合在一起并且可相对滑动，从而当底部托架7在升降机构6的作用下进行升降操作时，契合在一起的导柱161和限位槽162由于均竖直设置，可保证底部托架7保持良好的竖向移动轨迹，避免推偏。较佳地，该竖向限位结构16可设置在底部托架7的四周角部与移动底盘5之间。

[0040] 当然，上述导柱与限位槽的设置位置也可对调，将导柱设置在底部托架上，而将限位槽设置在移动底盘上，效果与上述实施例相同。

[0041] 进一步地，如图6所示，导柱161可采用截面呈T型的导柱，限位槽162的形状与T型相适配，槽口较细，槽底形成较大的兜底部，这样可防止导柱161与限位槽162之间发生水平方向的扰动。

[0042] 如图3～5所示，在底部托架7的顶部设有第一方向导轨8和第一方向伸缩装置9，其中，第一方向导轨8的布置方向与第一方向伸缩装置9的伸缩方向一致，同为第一方向，在本实施例中，该第一方向为Y轴方向(指代标准空间坐标系中的Y轴方向，该Y轴方向与上述X轴方向水平垂直)。

[0043] 上部托架10：该上部托架10的底部安装于第一方向导轨8上并可在第一方向伸缩装置9的作用下沿该第一方向导轨8移动，第一方向伸缩装置9活动连接于上部托架10与底部托架7。如图5所示，第一方向导轨8采用横卧的筒状导轨(优选为圆筒状)，上部托架10的底部形成有形状适于该圆筒状导轨的导槽，上部托架10通过其底部的该导槽契合在底部托架7顶部的该第一方向导轨8上，且导槽与导轨可相对滑动。优选地，第一方向伸缩装置9采用横向控制液压油缸，底部托架7的对应处形成有侧板，该横向控制液压油缸连接于该侧板与上部托架10，从而在该横向控制液压油缸的液压杆的伸缩动作下，可控制上部托架10相对于底部托架7的该侧板沿着Y轴方向移动，实现Y轴上的精确装配。

[0044] 进一步地，在上部托架10的顶部设有多向转动油缸组。

[0045] 顶部托架12：用于搁置需要拼装的隧道预制件，该顶部托架12安装于上部托架10顶部的多向转动油缸组上，并且可在多向转动油缸组的作用下进行至少三个不同方向上的空间旋转，在精确定位隧道预制件的X轴、Y轴、Z轴位置后，进一步借助该多向转动油缸组来实现隧道预制件的多个角度的拼装姿态调节。

[0046] 较佳地，配合3～5以及图7、图8所示，该多向转动油缸组至少包括X轴转动油缸13、Y轴转动油缸14和Z轴转动油缸15，该X轴转动油缸13、Y轴转动油缸14和Z轴转动油缸15均为伸缩油缸。

[0047] 如图8所示，X轴转动油缸13竖向伸缩设置(也可竖向倾斜设置，应确保其在竖向平面内伸缩)，X轴转动油缸13的两端分别通过铰接座铰接于上部托架10和顶部托架12，铰接座分别设置在上部托架10和顶部托架12上，X轴转动油缸13的两端分别通过第一铰接轴可转动地安装于两侧的铰接座，以使X轴转动油缸13的两端分别绕第一铰接轴铰接于上部托架10和顶部托架12，其中，第一铰接轴的轴向平行于隧道轴线方向，即第一铰接轴沿X轴方向设置。如此，当驱动X轴转动油缸13使其伸缩作动时，可微调顶部托架12，实现其在X轴方向上的转动。

[0048] 如图7所示，Y轴转动油缸14竖向伸缩设置(也可竖向倾斜设置，应确保其在竖向平面内伸缩)，Y轴转动油缸14的两端分别通过铰接座铰接于上部托架10和顶部托架12，铰接座分别设置在上部托架10和顶部托架12上，Y轴转动油缸14的两端分别通过第二铰接轴可转动地安装于两侧的铰接座，以使Y轴转动油缸14的两端分别绕第二铰接轴铰接于上部托架10和顶部托架12，其中，第二铰接轴的轴向水平垂直于隧道轴线方向，即第二铰接轴沿Y轴方向设置。如此，当驱动Y轴转动油缸14使其伸缩作动时，可微调顶部托架12，实现其在Y轴方向上的转动。

[0049] 如图7所示，Z轴转动油缸15水平伸缩设置且两端分别绕第一枢轴101和第二枢轴121可转动地连接于上部托架10和顶部托架12。第一枢轴101采用销轴，竖直设置在上部托架101的顶部，Z轴转动油缸15的第一端成环并套接于第一枢轴101上；第二枢轴121采用销轴，竖直设置在顶部托架12的底部，Z轴转动油缸15的第二端成环并套接于第二枢轴121上。
如此，当驱动Z轴转动油缸15使其伸缩作动时，可微调顶部托架12，实现其在Z轴方向上的转动。

[0050] 进一步地，如图3、图5和图8所示，顶部托架12还通过一球铰11连接于上部托架10的顶部，上部托架10和顶部托架12通过该球铰11连接能实现Z轴方向上的转动。同时Z轴转动油缸15连接在上部托架10的第一枢轴101和顶部托架12的第二枢轴121之间，上部托架10和顶部托架12本身通过球铰11连接，通过对Z轴转动油缸15的伸缩控制，就能实现顶部托架12绕上部托架10转动，从而实现Z轴上的转动控制。

[0051] 较佳地，如图3和图8所示，球铰11位于顶部托架12的中心位置，X轴转动油缸13和Y轴转动油缸14位于顶部托架12的相邻两侧部，Z轴转动油缸15位于球铰11的侧部，X轴转动油缸13、Y轴转动油缸14及Z轴转动油缸15分布在球铰11的四个不同侧部，及皆非同侧设置。

[0052] 进一步配合图3所示，顶部托架12的中部通过球铰11安装在上部托架10的顶部，通过球铰11可实现顶部托架12相对于上部托架10绕球铰中心多向转动，该球铰中心可视为空间坐标系的原点O，移动底盘5的平移方向作为X轴方向，底部托盘7的平移方向作为Y轴方向，底部托盘7的升降方向作为Z轴方向。

[0053] X轴转动油缸13设置在顶部托架12的前侧(或后侧)与上部托架10之间，为一伸缩油缸，且两端分别与顶部托架12和上部托架10相铰接，并且随该伸缩油缸的伸缩，可控制顶部托架12以X轴为中心上下摆动，从而实现X轴方向上的转动运动。

[0054] Y轴转动油缸14设置在顶部托架12的右侧(或左侧)与上部托架10之间，亦为一伸缩油缸，且两端亦分别与顶部托架12和上部托架10相铰接，并且随该伸缩油缸的伸缩，可控制顶部托架12以Y轴为中心上下摆动，从而实现Y轴方向上的转动运动。

[0055] 因此，当将需拼装的隧道预制件放置于本发明机械装置的顶部托架12上后，该隧道预制件可随移动底盘沿隧道中原有的盾构机车架轨道(X轴方向)平移至待拼装工位，定位空间X轴位置；然后通过升降机构竖向调整隧道预制件的高度，定位空间Z轴位置；之后，再通过第一方向伸缩装置和第一方向导轨来调整隧道预制件的空间Y轴位置；最后在定位完成隧道预制件的X轴、Y轴、Z轴位置后，在利用多向转动油缸组来调整隧道预制件的装配角度，使其贴合于待拼装的隧道主体结构，完成隧道预制件的精确拼装。

[0056] 值得一提的是：本发明的隧道预制件拼装用机械装置可应用于隧道内π型预制件的拼装施工，将π型预制件作为上述实施例中的隧道预制件，将其底部安置在机械装置的顶部托架上，便可利用本发明的机械装置实现π型预制件的隧道内运输、水平及竖直位置调整，以及各个角度的拼装姿态调节。

[0057] π型预制件对于隧道来说是一个平整的地面基础，在之后的隧道内部结构施工中，施工设备会架设在π型预制件上。在双层公路隧道中，对于双层公路所需的空间需要(地面基础的高度限制)，普遍的口字件预制件高度过高，现使用相对高度较低π型预制件，可更好地满足隧道内部施工要求。原本口字件和π型件地面基础预制件可以使用吊装拼装，需要多人配合安装，本发明通过提供一种高精度的拼装机械，以推举式拼装代替传统的吊装拼装，减少人工成本，提高拼装精度和效率，也更有利于位置较低的π型预制件的拼装。本发明的拼装工作模式可解决π型预制件底部空间有限的问题；当改制顶部托架，增加其高度时，也可以用于口字件预制件的拼装。

[0058] 本发明的隧道预制件拼装用机械装置，可用于解决隧道内部结构件—π型预制件的拼装问题。由于隧道内部结构的特殊性，以及隧道内部空间有限，需要一种特殊的机械装置来进行高效率的施工，在这些前提下设计制造出本发明装置。其特点在于，可克服隧道内有限的空间，并且利用原有隧道结构设施；同时该装置采用多种高精度平移运动结构以及多个液压油缸进行控制，能实现π型预制件高精度的拼装；区别于传统吊装的拼装模式，该π型预制件拼装的机械装置是以托举的方式拼装，并通过自身的特殊结构满足各个角度的拼装姿态调节，可以说这是隧道内部结构施工方法上的一次大胆的尝试和创新。

[0059] 需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0060] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。