自动化隧道装配式初期支护安装设备转让专利
申请号 : CN201911242499.6
文献号 : CN111119936B
文献日 : 2021-06-01
发明人 : 曹庆彬 , 莫智彪 , 陈世凯 , 李创闯 , 王科 , 李强 , 谭伟玲 , 焦旭盟 , 杨前珍 , 黄先颖
申请人 : 中铁隧道局集团建设有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.自动化隧道装配式初期支护安装设备,其特征在于,其包括:平移台车;
底座,其与所述平移台车的顶部活动连接,所述底座在第一驱动机构的驱动下可相对所述平移台车转动,在第二驱动机构的驱动下可相对所述平移台车水平移动;
多个机械臂,其均位于同一竖直面,且呈扇形辐射分布,任一机械臂的一端与所述底座铰接,另一端朝着远离所述底座的方向斜向上延伸,所有的机械臂的一端的铰接点重叠,外侧的两个机械臂之间的角度小于180°,任一机械臂为伸缩结构,且在第三驱动机构的驱动下沿其长度方向伸缩,机械臂的最远离所述底座的一个单元节的端部上设有工件夹持机构,且该单元节的外壁上设有定位靶;
任一夹持机构包括:
底板,其为弧形结构,底板包括第一部分和两个分别与第一部分的两侧连接的第二部分,第一部分沿弦长间隔设置的两侧分别插入两个第二部分相对设置的两个第一侧面,两个第二部分均可相对第一部分沿弦长方向来回滑动,进而调整底部的弦长;第一部分和两个第二部分均为弹性材质,使得两个第二部分的相互背离的两个第二侧面相对或相向移动,进而调整底板的弧度;
两个第一夹持板,每一个第二部分的凸面上对应设置一个第一夹持板,任一第一夹持板位于与其相对的第二部分的远离底板的一侧,且第一夹持板和与其相对应的第二部分的第二侧面平行;
两对第二夹持板,每一个第二部分的凸面上对应设置一对第二夹持板,任意一对第二夹持板相对设于与其相对应的第二部分的两端,任一第二夹持板和与其相对应的第二部分的凸面滑动连接,且沿第二部分的侧面的长度方向滑动;
主撑杆,其一端和最远离所述底座的一个单元节的端部连接,另一端和第一部分的凹面中心连接,主撑杆的延长线过第一部分的圆心;主撑杆的中部同轴套设有筒体,筒体可相对主撑杆沿其轴线方向移动;
两个副撑杆,其分别设于主撑杆的两侧,一个第二部分对应设置一个副撑杆,任一副撑杆的一端与套筒铰接,另一端和与其相对应的第二部分的凹面铰接;
全站仪,其用于测量隧道岩面的轮廓以及所有定位靶的坐标值;
控制器,其与所述第一驱动机构、所述第二驱动机构和所有的第三驱动机构均信号连接,所述控制器还与所述全站仪信号连接;所述控制器储存有预设隧道平曲线、竖曲线及断面数据。
2.如权利要求1所述的自动化隧道装配式初期支护安装设备,其特征在于,所述平移台车上表面设有滑轨,其与多个机械臂形成的竖直面垂直,所述滑轨上滑动卡设有滑块,所述滑块的顶部水平固设有连接板,所述底座与所述连接板的上表面转动连接。
3.如权利要求2所述的自动化隧道装配式初期支护安装设备,其特征在于,所述第二驱动机构为第一液压油缸,其固设于所述平移台车的上表面的中部,所述第一液压油缸的第一活塞杆与所述滑轨平行,所述第一活塞杆的自由端朝着所述平移台车的一侧水平延伸。
4.如权利要求3所述的自动化隧道装配式初期支护安装设备,其特征在于,所述平移台车的另一侧设有配重块。
5.如权利要求4所述的自动化隧道装配式初期支护安装设备,其特征在于,所述配重块和所述第一液压油缸之间设有反力架,其底部与所述平移台车上表面固接,所述第一液压油缸与所述反力架固定连接。
6.如权利要求1所述的自动化隧道装配式初期支护安装设备,其特征在于,任一第一夹持板,任一第二夹持板的内侧均设有吸附盘。
说明书 :
自动化隧道装配式初期支护安装设备
技术领域
背景技术
个别围岩松软的段落,还有可能导致局部溜塌现象。突入起来的掉块及溜塌,会给作业的工
人带来生命危险。
问题,如何克服传统初期支护表面不平顺的问题。提高定位精度,加快施工进度,节约成本、
杜绝人员伤亡事故,是目前隧道支护技术领域亟待解决的问题。
发明内容
提高初期支护就位精度。自动化隧道装配式初期支护安装设备,使隧道装配式初期支护工
作更加简单、方便,加快隧道施工进度。本发明在进行初期支护安装时,全程运作过程由机
械完成,作业人员在安全地带操作,减少了作业人员伤亡事故发生的概率,节约成本。
叠,外侧的两个机械臂之间的角度小于180°,任一机械臂为伸缩结构,在第三驱动机构的驱
动下沿其长度方向伸缩,机械臂的最远离所述底座的一个单元节的端部上设有工件夹持机
构,且该单元节的外壁上设有定位靶;
及断面数据。
水平固设有连接板,所述底座与所述连接板的上表面转动连接。
所述滑轨平行,所述第一活塞杆的自由端朝着所述平移台车的一侧水平延伸。
反力架固定连接。
面,两个第二部分均可相对第一部分沿弦长方向来回滑动,进而调整底部的弦长;第一部分
和两个第二部分均为弹性材质,使得两个第二部分的相互背离的两个第二侧面相对或相向
移动,进而调整底板的弧度;
的第二侧面平行;
分的凸面滑动连接,且沿第二部分的侧面的长度方向滑动;
可相对主撑杆沿其轴线方向移动;
使隧道装配式初期支护工作更加简单、方便,加快隧道施工进度。本发明在进行初期支护安
装时,全程运作过程由机械完成,作业人员在安全地带操作,减少了作业人员伤亡事故发生
的概率,进而达到节约成本的目的;本发明适用于装配式的多个施工块的同步安装,施工块
可为隧道初期支护的多个拱架,也可为预制的多个支护节块;
进行支护安装仅需要3名工人,作业时间可控制在1个小时以内,大大缩短了工序时间,加快
了施工进度,节约成本支出。该发明机械手臂可以合理进行收缩,来适应不同半径的设计断
面。该发明定位系统自动化,确保了安装精度,初支面平顺,为以后二次衬砌防水板铺设提
供了有力条件;
定,施工难度较大,部分施工块的安装位置易发生偏移,导致剩余施工块无法正常安装的问
题,施工周期较长,不能够尽快将隧道开挖的岩面进行支撑,增大了隧道围岩掉块或溜塌的
安全事故发生的机率;本发明根据施工块的个数,设置机械臂的个数,一个机械臂抓取、顶
升一个施工块,可将所有的施工块同时抓取,并在到达施工断面之前,多个施工块之间的相
对位置可做预调整,然后在平移台车的移动,底座相对平移台车的移动、转动作用下,将多
个施工块整体移动至临近隧道围岩所在的辐射面的位置处;进一步地本发明引入了测量技
术,进行精准定位,定位靶在机械臂端部的相对距离是预先设定的,全站仪测量隧道岩面的
轮廓以及各个机械臂上的定位靶的坐标值,并将测量信息输送至控制器内,控制将测量信
息与储存的预设隧道轨迹的点数据(点数据为预设隧道岩面轨迹的平、纵、断面形成的坐
标)结合进行编程计算,计算定位靶的空间位置,得到将多个施工块与预设隧道岩面的轨迹
匹配时,定位靶需要移动的行程,换算得到机械手机的调节值,控制器根据定位靶的行程数
据,控制第一驱动机构、第二驱动机构和所有的第三驱动机构,进而将多个施工块精准的移
动至安装位置,然后通过锚桩将各个施工块固定在隧道的岩面上,最终完成隧道的初期支
护的安装;
动两个第二部分,进而调节模具的弦长,当两个第二部分分别相对第一部分朝着相互靠近
的方向移动时,模具的弦长变小,当两个第二部分分别相对第一部分朝着相互远离远离的
方向移动时,模具的弦长变大;通过两个第二部分的两个第二侧面相对移动(模具的弧度变
小),或相向移动(模具的弧度变大)进而调节模具的弧度;进一步的任一一对第二夹持板可
沿第二侧面长度方向(模具的宽度方向)相对或相向移动,当相对移动是模具的宽度变小,
相向移动时模具的宽度变大;根据施工块的形状,调节模具的弦长、弧度和宽度,将施工块
牢牢地紧固在模具内;现有技术的夹持机构仅夹持两侧,夹持点的位置不确定,且由于施工
块具有一定的体积和重量,在运输过程中,施工块相对机械臂、夹持机构会发生位置偏移,
进而影响后期的精准定位;本发明提供的夹持机构夹取的施工块的中心与机械臂上的定位
靶的相对位置,是一定的,且在运输过程中,施工块相对机械臂、夹持机构均不会发生位移,
保证了后期通过定位靶的坐标值,实现对施工块的精准安装;
单,且可操作性强。
附图说明
具体实施方式
置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须
具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
点重叠,外侧的两个机械臂3之间的角度小于180°,任一机械臂3为伸缩结构,在第三驱动机
构的驱动下沿其长度方向伸缩,机械臂3的最远离所述底座2的一个单元节的端部上设有工
件夹持机构,且该单元节的外壁上设有定位靶31;
及断面数据。
期支护安装设备,使隧道装配式初期支护工作更加简单、方便,加快隧道施工进度。本发明
在进行初期支护安装时,全程运作过程由机械完成,作业人员在安全地带操作,减少了作业
人员伤亡事故发生的概率,进而达到节约成本的目的;本发明适用于装配式的多个施工块
的同步安装,施工块可为隧道初期支护的多个拱架,也可为预制的多个支护节块;
行支护安装仅需要3名工人,作业时间可控制在1个小时以内,大大缩短了工序时间,加快了
施工进度,节约成本支出。该发明机械手臂可以合理进行收缩,来适应不同半径的设计断
面。该发明定位系统自动化,确保了安装精度,初支面平顺,为以后二次衬砌防水板铺设提
供了有力条件;
施工难度较大,部分施工块的安装位置易发生偏移,导致剩余施工块无法正常安装的问题,
施工周期较长,不能够尽快将隧道开挖的岩面进行支撑,增大了隧道围岩掉块或溜塌的安
全事故发生的机率;本发明根据施工块的个数,设置机械臂3的个数,一个机械臂3抓取、顶
升一个施工块,可将所有的施工块同时抓取,并在到达施工断面之前,多个施工块之间的相
对位置可做预调整,然后在平移台车1的移动,底座2相对平移台车1的移动、转动作用下,将
多个施工块整体移动至临近隧道围岩所在的辐射面的位置处;进一步地本发明引入了测量
技术,进行精准定位,定位靶31在机械臂3端部的相对距离是预先设定的,全站仪测量隧道
岩面的轮廓以及各个机械臂3上的定位靶31的坐标值,并将测量信息输送至控制器内,控制
将测量信息与储存的预设隧道平曲面、竖曲面及断面数据(点数据为预设隧道岩面轨迹的
平、纵、断面形成的坐标)结合进行编程计算,计算定位靶31的空间位置,得到将多个施工块
与预设隧道岩面的轮廓匹配时,定位靶31需要移动的行程,换算得到机械手机的调节值,控
制器根据定位靶31的行程数据,控制第一驱动机构、第二驱动机构和所有的第三驱动机构,
进而将多个施工块精准的移动至安装位置,然后通过锚桩将各个施工块固定在隧道的岩面
上,最终完成隧道的初期支护的安装。
述滑块的顶部水平固设有连接板,所述底座2与所述连接板的上表面转动连接。实现底座2
与平移台车1的移动、转动的连接。
的第一活塞杆与所述滑轨平行,所述第一活塞杆的自由端朝着所述平移台车1的一侧水平
延伸。液压油缸驱动具有稳定性好、移动位置准确的优点,本发明中的第一驱动机构可为电
机驱动;第三驱动机构为第二液压油缸驱动。
夹持施工块重量过大,导致平移台车1朝一侧侧翻的事故发生。
一液压油缸21与所述反力架11固定连接。反力架11为第一液压油缸21的伸缩提供更加稳
定、可靠的着力点。
对设置的两个第一侧面,两个第二部分412均可相对第一部分411沿弦长方向来回滑动,进
而调整底部的弦长;第一部分411和两个第二部分412均为弹性材质,使得两个第二部分412
的相互背离的两个第二侧面相对或相向移动,进而调整底板41的弧度;
相对应的第二部分412的第二侧面平行;
相对应的第二部分412的凸面滑动连接,且沿第二部分412的侧面的长度方向滑动;
设有筒体46,筒体46可相对主撑杆44沿其轴线方向移动;
相对第一部分411沿弦长移动两个第二部分412,进而调节模具的弦长,当两个第二部分412
分别相对第一部分411朝着相互靠近的方向移动时,模具的弦长变小,当两个第二部分412
分别相对第一部分411朝着相互远离远离的方向移动时,模具的弦长变大;通过两个第二部
分412的两个第二侧面相对移动(模具的弧度变小),或相向移动(模具的弧度变大)进而调
节模具的弧度;进一步的任一一对第二夹持板43可沿第二侧面长度方向(模具的宽度方向)
相对或相向移动,当相对移动是模具的宽度变小,相向移动时模具的宽度变大;根据施工块
的形状,调节模具的弦长、弧度和宽度,将施工块牢牢地紧固在模具内;现有技术的夹持机
构仅夹持两侧,夹持点的位置不确定,且由于施工块具有一定的体积和重量,在运输过程
中,施工块相对机械臂3、夹持机构会发生位置偏移,进而影响后期的精准定位;本发明提供
的夹持机构夹取的施工块的中心与机械臂3上的定位靶31的相对位置,是一定的,且在运输
过程中,施工块相对机械臂3、夹持机构均不会发生位移,保证了后期通过定位靶31的坐标
值,实现对施工块的精准安装;
值,结构简单,且可操作性强。
一部分411朝着相互靠近的方向移动,使得两个第一夹持板42的内壁紧贴施工块的两侧,进
而将施工块的两侧(直边所在的侧边)夹紧,对于任一一对第二夹持板43,将一对第二夹持
板43朝着相互靠近的方向移动,使得任一第二夹持板43的内壁紧贴施工块的两端,将施工
块的两端夹紧,最终将施工块牢牢的紧固在模具内。
吸盘,若施工块为金属材质的拱架时,吸附盘为磁铁盘。增加模具对施工块的夹持力度,避
免移动、施工过程中,施工块因外界影响而发生移位。
实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。