全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成

摘要

本发明涉及掘进机技术领域，公开了全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成，包括刀盘和支撑舱体，支撑舱体由依次排布的连接舱、过渡舱以及主舱体构成，连接舱的上下两端活动插设有第一闸门，主舱体上端设有出入舱口，沿出入舱口的边缘周向设置有舱门支撑架，舱门支撑架上活动插设有第二闸门，主舱体的内部安装有基座、导轨座、横移气缸以及换刀机械臂，换刀机械臂用于穿过支撑舱体并伸入到刀盘内以进行换刀作业。本发明通过控制第一闸门与第二闸门的启闭状态，同时配合基座的横移以及换刀机械臂在刀盘内的变形调整，能够实现对磨损刀具的自动换刀过程，提高了自动换刀过程的全面覆盖性以及调整灵活性。

权利要求

1.全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成，包括刀盘（1）和支撑舱体（2），其特征在于，所述支撑舱体（2）由依次排布的连接舱（22）、过渡舱（23）以及主舱体（25）构成，所述连接舱（22）通过密封法兰（21）与刀盘（1）相连接，所述过渡舱（23）通过连接法兰（24）与主舱体（25）相连接，所述主舱体（25）的尾端密封连接有舱盖（26），所述连接舱（22）的上下两端活动插设有第一闸门（3），所述主舱体（25）上端设有出入舱口，沿所述出入舱口的边缘周向设置有舱门支撑架（27），所述舱门支撑架（27）上活动插设有第二闸门（4）；

所述主舱体（25）的内部安装有基座（5）、导轨座（51）以及用于驱动基座（5）沿着导轨座（51）移动的横移气缸（52），所述基座（5）的上端转动安装有旋转基台（53），所述旋转基台（53）的一侧连接有换刀机械臂（6），所述换刀机械臂（6）用于穿过支撑舱体（2）并伸入到刀盘（1）内以进行换刀作业；

所述换刀机械臂（6）包括旋转构件（61）、与旋转构件（61）转动连接的伸缩构件（62）以及与伸缩构件（62）转动连接的夹持构件（63）；

所述旋转构件（61）包括第一旋转座（611），所述第一旋转座（611）的一端转动连接有U型支撑臂（612），所述U型支撑臂（612）远离第一旋转座（611）的一端安装有用于驱动伸缩构件（62）的第一动力源（613）；

所述伸缩构件（62）包括两组相对设置的伸缩臂，所述伸缩臂分为固定臂（621）和活动臂（622），所述固定臂（621）的一端与第一动力源（613）相连接，所述活动臂（622）的一端滑动安装于固定臂（621）内，所述活动臂（622）的另一端安装有用于驱动夹持构件（63）的第二动力源（623）；

第一动力源（613）能够驱动伸缩臂进行360°旋转，且旋转过程能够从U型支撑臂（612）之间穿过，根据实际情况调整夹持构件（63）的位置角度；同时活动臂（622）能够沿着固定臂（621）的长度方向进行延伸，从而扩展了夹持构件（63）的工作范围，配合第二动力源（623）驱动夹持构件（63）进行旋转的过程。

2.根据权利要求1所述的全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成,其特征在于，所述夹持构件（63）布置于两组伸缩臂之间，所述夹持构件（63）包括第二旋转座（631）、支撑框架（632）、夹持气缸（633）以及夹爪（634），所述第二旋转座（631）与第二动力源（623）相连接并用于驱动支撑框架（632）旋转，所述夹持气缸（633）安装于支撑框架（632）内，所述夹持气缸（633）的输出端通过连杆（635）驱动两组夹爪（634）相互靠近。

3.根据权利要求2所述的全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成,其特征在于，所述支撑框架（632）上向外延伸设有限位臂（636），所述限位臂（636）上设有限位孔，所述夹爪（634）的尾端延伸设有与限位孔滑动配合的限位杆（637）。

4.根据权利要求1所述的全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成,其特征在于，所述刀盘（1）的前端面上分布有若干滚刀（11），每个所述滚刀（11）的一侧均布置有磨损传感器（12）。

5.根据权利要求1所述的全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成,其特征在于，所述第一闸门（3）与连接舱（22）的连接处以及第二闸门（4）与舱门支撑架（27）的连接处均设置有密封组件。

6.根据权利要求1所述的全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成,其特征在于，所述主舱体（25）内还连接有安装支架（7），所述安装支架（7）的一侧固定安装有刀具箱（8）以及收集箱（9）。

说明书

全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成

技术领域

[0001] 本发明涉及掘进机技术领域，具体涉及全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成。

背景技术

[0002] 目前隧道工程中应用的掘进机刀盘如图1所示，主要包括刀盘架、滚刀和刀盘舱，刀盘架用于安装布置滚刀，滚刀用于破碎岩石土层。当滚刀磨损严重需要进行更换时，现有技术中往往都是需要人工进入滚刀舱内，对滚刀进行人工换刀操作，而人工换刀的操作不仅劳动强度大，并且由于隧道孔洞内环境封闭，氧气含量少，有害气体聚集，人工换刀的过程中会危害工人身体健康。因此，本申请提供一种能够实现自动换刀的全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成，旨在解决现有技术中人工换刀劳动强度大、效率低、危险性高的技术问题。

[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0005] 全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成，包括刀盘和支撑舱体，所述支撑舱体由依次排布的连接舱、过渡舱以及主舱体构成，所述连接舱通过密封法兰与刀盘相连接，所述过渡舱通过连接法兰与主舱体相连接，所述主舱体的尾端密封连接有舱盖，所述连接舱的上下两端活动插设有第一闸门，所述主舱体上端设有出入舱口，沿所述出入舱口的边缘周向设置有舱门支撑架，所述舱门支撑架上活动插设有第二闸门；

[0006] 所述主舱体的内部安装有基座、导轨座以及用于驱动基座沿着导轨座移动的横移气缸，所述基座的上端转动安装有旋转基台，所述旋转基台的一侧连接有换刀机械臂，所述换刀机械臂用于穿过支撑舱体并伸入到刀盘内以进行换刀作业。

[0007] 作为本发明进一步的方案：所述换刀机械臂包括旋转构件、与旋转构件转动连接的伸缩构件以及与伸缩构件转动连接的夹持构件。

[0008] 作为本发明进一步的方案：所述旋转构件包括第一旋转座，所述第一旋转座的一端转动连接有U型支撑臂，所述U型支撑臂远离第一旋转座的一端安装有用于驱动伸缩构件的第一动力源。

[0009] 作为本发明进一步的方案：所述伸缩构件包括两组相对设置的伸缩臂，所述伸缩臂分为固定臂和活动臂，所述固定臂的一端与第一动力源相连接，所述活动臂的一端滑动安装于固定臂内，所述活动臂的另一端安装有用于驱动夹持构件的第二动力源。

[0010] 作为本发明进一步的方案：所述夹持构件布置于两组伸缩臂之间，所述夹持构件包括第二旋转座、支撑框架、夹持气缸以及夹爪，所述第二旋转座与第二动力源相连接并用于驱动支撑框架旋转，所述夹持气缸安装于支撑框架内，所述夹持气缸的输出端通过连杆驱动两组夹爪相互靠近。

[0011] 作为本发明进一步的方案：所述支撑框架上向外延伸设有限位臂，所述限位臂上设有限位孔，所述夹爪的尾端延伸设有与限位孔滑动配合的限位杆。

[0012] 作为本发明进一步的方案：所述刀盘的前端面上分布有若干滚刀，每个所述滚刀的一侧均布置有磨损传感器。

[0013] 作为本发明进一步的方案：所述第一闸门与连接舱的连接处以及第二闸门与舱门支撑架的连接处均设置有密封组件。

[0014] 作为本发明进一步的方案：所述主舱体内还连接有安装支架，所述安装支架的一侧固定安装有刀具箱以及收集箱。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] (1)本发明中的第一闸门用于控制支撑舱体与刀盘的连通状态，第二闸门用于支撑舱体与外部的连通状态，在需要更换刀具时，通过控制第一闸门与第二闸门的启闭状态，同时配合基座的横移以及换刀机械臂在刀盘内的变形调整，能够实现对磨损刀具的自动换刀过程，无需人工参与换刀，大大提高了换刀过程的安全性及效率性；

[0017] (2)本发明通过旋转构件能够灵活快速地调整夹持构件在刀盘内的上下左右方位，配合伸缩构件的伸缩调整，使得夹持构件能够准确地抵达任意一处的滚刀位置，从而提高了自动换刀过程的全面覆盖性以及调整灵活性；

[0018] (3)本发明通过伸缩构件的旋转过程能够调整夹持构件的位置角度，同时活动臂能够沿着固定臂的长度方向进行延伸，从而扩展了夹持构件的工作范围；

[0019] (4)本发明的夹持构件通过连杆传动实现了夹爪的夹持过程，同时通过限位杆与限位孔的滑动配合实现夹持过程的导向限位，从而提高了夹爪运动过程的稳定性。

附图说明

[0020] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0021] 图1是现有技术的结构示意图；

[0022] 图2是本发明的整体结构示意图；

[0023] 图3是本发明中旋转构件的结构示意图；

[0024] 图4是本发明中伸缩构件的结构示意图；

[0025] 图5是本发明中夹持构件的结构示意图。

[0026] 图中：1、刀盘；2、支撑舱体；3、第一闸门；4、第二闸门；5、基座；6、换刀机械臂；7、安装支架；8、刀具箱；9、收集箱；11、滚刀；12、磨损传感器；21、密封法兰；22、连接舱；23、过渡舱；24、连接法兰；25、主舱体；26、舱盖；27、舱门支撑架；51、导轨座；52、横移气缸；53、旋转基台；61、旋转构件；611、第一旋转座；612、U型支撑臂；613、第一动力源；62、伸缩构件；621、固定臂；622、活动臂；623、第二动力源；63、夹持构件；631、第二旋转座；632、支撑框架；633、夹持气缸；634、夹爪；635、连杆；636、限位臂；637、限位杆。

具体实施方式

[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0028] 请参阅图2所示，本发明为全断面掘进机超高压大口径机器人换刀密封座总成，包括刀盘1和支撑舱体2，支撑舱体2由依次排布的连接舱22、过渡舱23以及主舱体25构成，连接舱22通过密封法兰21与刀盘1相连接，过渡舱23通过连接法兰24与主舱体25相连接，主舱体25的尾端密封连接有舱盖26，连接舱22的上下两端活动插设有第一闸门3，主舱体25上端设有出入舱口，沿出入舱口的边缘周向设置有舱门支撑架27，舱门支撑架27上活动插设有第二闸门4。

[0029] 主舱体25的内部安装有基座5、导轨座51以及用于驱动基座5沿着导轨座51移动的横移气缸52，基座5的上端转动安装有旋转基台53，旋转基台53的一侧连接有换刀机械臂6，换刀机械臂6用于穿过支撑舱体2并伸入到刀盘1内以进行换刀作业。

[0030] 具体地，刀盘1的前端面上分布有若干滚刀11，每个滚刀11的一侧均布置有磨损传感器12。

[0031] 本发明的工作原理：支撑舱体2与刀盘1安装于掘进机的机头内部，由连接舱22、过渡舱23以及主舱体25形成的支撑舱体2与刀盘1相连通，同时第一闸门3与第二闸门4由机头内部的动力装置所驱动，第一闸门3用于控制支撑舱体2与刀盘1的连通状态，第二闸门4用于支撑舱体2与外部的连通状态。磨损传感器12能够实时监控对应滚刀11的磨损情况，当需要进行换刀时，磨损传感器12将监测信号传递至后台的控制平台，控制平台控制第一闸门3开启，横移气缸52推动基座5沿着导轨座51靠近刀盘1，同时旋转基台53转动用来调整换刀机械臂6方位，连接舱22以及过渡舱23能够为换刀机械臂6提供调整变形的空间，再由换刀机械臂6探入到对应的滚刀11位置，对磨损状态严重的滚刀11进行针对性地自动更换；同时工作人员可以由第二闸门4进入主舱体25内部，以进行检修维护或手动换刀操作。

[0032] 如图3所示，换刀机械臂6包括旋转构件61、与旋转构件61转动连接的伸缩构件62以及与伸缩构件62转动连接的夹持构件63。

[0033] 具体地，旋转构件61包括第一旋转座611，第一旋转座611的一端转动连接有U型支撑臂612，U型支撑臂612远离第一旋转座611的一端安装有用于驱动伸缩构件62的第一动力源613。

[0034] 通过采用上述方案，第一旋转座611带动整个U型支撑臂612以及伸缩构件62、夹持构件63绕轴线转动，这样使得探出的夹持构件63能够灵活快速地调整在刀盘1内的上下左右方位，同时配合伸缩构件62的伸缩调整，使得夹持构件63能够准确地抵达任意一处的滚刀11位置，从而提高了自动换刀过程的全面覆盖性以及调整灵活性。

[0035] 本实施例在具体应用时，第一动力源613一方面用来驱动伸缩构件62在U型支撑架内旋转，另一方面用来驱动伸缩构件62的具体伸展回缩过程。第一动力源613为能够实现上述过程的动力总成，例如旋转气缸、伸缩气缸等，由于上述动力结构及具体的结构连接关系为现有技术已知，在此不作过多赘述。

[0036] 如图4所示，伸缩构件62包括两组相对设置的伸缩臂，伸缩臂分为固定臂621和活动臂622，固定臂621的一端与第一动力源613相连接，活动臂622的一端滑动安装于固定臂621内，活动臂622的另一端安装有用于驱动夹持构件63的第二动力源623。

[0037] 通过采用上述方案，第一动力源613能够驱动伸缩臂进行360°旋转，且旋转过程能够从U型支撑臂612之间穿过，从而能够根据实际情况调整夹持构件63的位置角度；同时活动臂622能够沿着固定臂621的长度方向进行延伸，从而扩展了夹持构件63的工作范围，配合第二动力源623驱动夹持构件63进行旋转的过程，有利于提高换刀过程的调整灵活性。

[0038] 本实施例在具体应用时，第二动力源623主要用来驱动夹持构件63在两组伸缩臂之间进行旋转，第二动力源623为能够实现上述过程的动力总成，如旋转气缸、旋转电机等，由于上述动力结构及具体的结构连接关系为现有技术已知，在此不作过多赘述。

[0039] 如图5所示，夹持构件63布置于两组伸缩臂之间，夹持构件63包括第二旋转座631、支撑框架632、夹持气缸633以及夹爪634，第二旋转座631与第二动力源623相连接并用于驱动支撑框架632旋转，夹持气缸633安装于支撑框架632内，夹持气缸633的输出端通过连杆635驱动两组夹爪634相互靠近。

[0040] 进一步地，支撑框架632上向外延伸设有限位臂636，限位臂636上设有限位孔，夹爪634的尾端延伸设有与限位孔滑动配合的限位杆637。

[0041] 通过采用上述方案，夹持气缸633能够驱动连杆635，由连杆635带动夹爪634相互靠近或相互远离，从而实现夹持过程，同时在夹持过程中，限位杆637始终与限位孔滑动配合，从而能够对夹爪634的移动进行导向限位，以提高稳定性。当夹爪634夹持住需要更换的部件时，由第二旋转座631带动其旋转，从而实现拧松或拧紧的过程。

[0042] 本实施例在具体应用时，夹持气缸633的输出端与连接座相连接，该连接座的两侧分别与两根连杆635的一端转动连接，同时连杆635的另一端与夹爪634转动连接，这样通过连接座的移动，就能通过连杆635的传动作用实现夹爪634的夹持过程。

[0043] 如图2所示，第一闸门3与连接舱22的连接处以及第二闸门4与舱门支撑架27的连接处均设置有密封组件，密封组件可以为密封圈、密封垫等，用来提高支撑舱体2的密封性。

[0044] 如图2所示，主舱体25内还连接有安装支架7，安装支架7的一侧固定安装有刀具箱8以及收集箱9，其中刀具箱8用来摆放不同种类尺寸的崭新刀具，以便于进行刀具更换，而收集箱9用来收集更换后的磨损刀具，方便工作人员集中处理。

[0045] 在使用时，本发明中的第一闸门3用于控制支撑舱体2与刀盘1的连通状态，第二闸门4用于支撑舱体2与外部的连通状态，在需要更换刀具时，通过控制第一闸门3与第二闸门4的启闭状态，同时配合基座5的横移以及换刀机械臂6在刀盘1内的变形调整，能够实现对磨损刀具的自动换刀过程，无需人工参与换刀，大大提高了换刀过程的安全性及效率性；

[0046] 通过旋转构件61能够灵活快速地调整夹持构件63在刀盘1内的上下左右方位，配合伸缩构件62的伸缩调整，使得夹持构件63能够准确地抵达任意一处的滚刀11位置，从而提高了自动换刀过程的全面覆盖性以及调整灵活性；

[0047] 通过伸缩构件62的旋转过程能够调整夹持构件63的位置角度，同时活动臂622能够沿着固定臂621的长度方向进行延伸，从而扩展了夹持构件63的工作范围；

[0048] 通过连杆635传动实现了夹爪634的夹持过程，同时通过限位杆637与限位孔的滑动配合实现夹持过程的导向限位，从而提高了夹爪634运动过程的稳定性。

[0049] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0050] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0051] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。