本发明专利技术属于隧道掘进装备技术领域，提供了一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构，主要由刀箱、滚刀、滚刀安装架、卡紧装置、升降拨动装置和抓杆组成。本发明专利技术的新型TBM滚刀刀座结构与TBM机器换刀任务相适应，代替目前应用广泛的的人工换刀。解决了换刀过程中棘手的问题，缩短了换刀的时间、提高了效率、降低了成本，而且避免了人工换刀的危险性问题，提高了换刀的安全性。
A New TBM Hob Base Structure Based on Machine Operation
The invention belongs to the technical field of tunnel tunneling equipment, and provides a new TBM hob base structure based on machine operation, which mainly consists of a cutter box, a hob, a hob mounting frame, a clamping device, a lifting and pulling device and a grasping rod. The novel TBM hob base structure of the invention is suitable for the task of tool changing of the TBM machine, and replaces the manual tool changing widely used at present. It solves the difficult problems in the process of tool changing, shortens the time of tool changing, improves the efficiency, reduces the cost, and avoids the danger of manual tool changing, and improves the safety of tool changing.
【技术实现步骤摘要】
一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构
本专利技术提供了一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构，属于隧道掘进装备
技术介绍
目前全断面硬岩掘进机(TBM)是国内外最先进的隧道施工方法。其主要依靠TBM刀盘上装的滚刀对岩石进行挤压破碎，来实现隧道的掘进。而复杂的地质类型、硬度大的岩石使滚刀在破岩的过程中极易磨损，影响破岩的效率从而降低隧道掘进的效率。所以，对磨损的滚刀进行更换成为了TBM隧道掘进过程中不可或缺的一道工序。目前最常用的换刀方式是人工换刀，而人工换刀耗时长、效率低、危险性高。换刀时间越长，TBM停机时间越长，隧道掘进的工期就要延长，施工的成本就越高。而且工人要进入到隧道前段的刀盘处进行换刀工作，危险性大，严重威胁着工人的安全。因此，研制一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构可靠地实现TBM的自动换刀任务，是十分必要的。为简化机器换刀的任务，缩短换刀的时间，提高隧道施工的效率，降低施工的经济成本同时保障施工人员的人身安全，专利技术了一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构。
技术实现思路
本专利技术基于机器换刀的工作特点，针对人工换刀方式效率低、成本高、危险性大的问题，专利技术了一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构来配合换刀机器和末端执行器来实现机械化换刀任务。从而简化换刀任务、缩短换刀时间、提高换刀效率、降低换刀成本。为实现以上的功能要求。本专利技术的技术方案：一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构，包括刀箱1、滚刀2、滚刀安装架3、卡紧装置4、升降拨动装置5和抓杆6；所述的刀箱1，主要由刀箱侧板和刀箱连接板拼接而成，两刀箱侧板相对布置，通过两个相对布置的连接板相连接；刀箱侧板下部的内侧型面与滚刀安装架3的侧板型面相适应，在新型TBM滚刀安装时起到限位作用；刀箱侧板上部加工出凹槽，凹槽的形状与卡耳4-5的弧面形状相适应，保证滚刀装配体可靠的固定、传力和受力；所述的滚刀2与滚刀安装架3通过螺栓相连接，实现滚刀2的安装；所述的滚刀安装架3包括侧板、中间连接板和上部支撑架，侧板上开有孔，用于连接滚刀安装架3与滚刀2；侧板通过中间连接板与上部支撑架上下配合，并通过螺钉连接在一起；上部支撑架将两中间连接板连为一体，滚刀安装架3各部分相互连接为一个整体；上部支撑架上设有螺纹孔和弧面台；螺纹孔位于上部支撑架顶面的两边和中间位置，分别用于实现上部支撑架与防护板4-3和导向架5-1的连接；弧面台上的弧面形状与卡耳4-5的弧面形状相适应，用于支撑卡耳4-5并实现力的传递；所述的卡紧装置4包括支撑板4-1、连接销轴4-2、防护板4-3、拨块4-4和卡耳4-5；支撑板4-1焊接在滚刀安装架3的上部支撑架上，对其他部分起到支撑作用；卡耳4-5通过其上开设的孔与连接销轴4-2相配合，构成转动副，实现卡耳4-5绕连接销轴4-2转动自由度；连接销轴4-2两端与支撑板4-1的孔相配合，并在两端用螺钉固定；拨块4-4通过螺钉与卡耳4-5相连接，通过拨动拨块4-4实现卡耳4-5的张合运动；防护板4-3通过螺钉与滚刀安装架3的上部支撑架相连接，避免粉尘与碎石进入，影响卡耳4-5的张合运动；所述的升降拨动装置5包括导轨架5-1、滑块5-2、轴承座5-3、螺杆5-4、螺母座5-5、旋转载体5-6、第一轴承5-7和第二轴承5-8；导轨架5-1通过螺钉与滚刀安装架3的上部支撑架相连，其内部开有滑槽起到导向作用；滑块5-2两侧板外侧的凸台形状与导轨架5-1上开设的凹槽相适应，实现一个直线运动的自由度；滑块5-2两侧板的内侧开有孔，实现第一轴承5-7的定位和安装；旋转载体5-6两端装有第一轴承5-7实现其定位与支撑并提供一个旋转自由度，其内部设有方孔，方孔的内部形状与拨块4-4的外部形状相适应；轴承座5-3通过螺钉与滑块5-2相连，实现第二轴承5-8的定位与安装并起到密封作用，防止粉尘、碎石进入和润滑油脂的外泄；螺母座5-5通过螺钉连接固定于导轨架5-1上；螺杆5-4一端通过第二轴承5-8实现其定位与支撑，中间通过螺纹副与螺母座5-5相配合；此时螺纹副自锁，螺纹副配合应满足以下关系：Φ＜α(1)其中：Φ为螺纹升角；α为螺纹的当量摩擦角；螺母座5-5固定，通过旋转螺杆5-4，实现滑块5-2沿导轨架5-1的往复直线运动，进一步带动旋转载体5-6作定轴转动，从而拨动拨块4-4实现卡耳4-5的张合运动；所述的抓杆6安装在支撑板4-1的孔内，两端用螺钉固定，末端执行器通过抓取抓杆6实现滚刀进出刀箱1。本专利技术的有益效果：本专利技术与TBM机器换刀任务相适应，代替目前应用广泛的的人工换刀。解决了换刀过程中棘手的问题，缩短了换刀的时间、提高了效率、降低了成本，而且避免了人工换刀的危险性问题，提高了换刀的安全性。附图说明图1是滚刀刀箱的整体结构示意图；图2是新型TBM滚刀的结构示意图；图3是滚刀刀箱内部型面与凹槽结构示意图；图4是卡紧装置的结构示意图；图5是升降拨动装置的结构示意图；图6是滑块的结构示意图；图7是轴承与旋转载体的安装示意图；图8是拨块与旋转载体的安装示意图；图9是拨块与卡耳的连接示意图；图10是螺杆与轴承安装的正视图；图11(a)是滚刀开始装入刀箱前的示意图；图11(b)是滚刀装入刀箱定位完成的示意图；图11(c)是卡耳进入刀箱凹槽内卡死滚刀安装完成示意图；图中：1刀箱；2滚刀；3滚刀安装架；4卡紧装置；5升降拨动装置；6抓杆；4-1支撑板；4-2连接销轴；4-3防护板；4-4拨块；4-5卡耳；5-1导轨架；5-2滑块；5-3轴承座；5-4螺杆；5-5螺母座；5-6旋转载体；5-7第一轴承；5-8第二轴承。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。在TBM停机时，机器对已经磨损的滚刀进行拆卸，然后对新滚刀进行安装。拆卸磨损滚刀的过程如下：步骤一：要更换的滚刀位姿如图11(c)所示，机器末端执行器移动到指定工作位置，末端执行器上拧螺杆的装置与螺杆5-4配合；步骤二：末端执行器上拧螺杆装置动作使螺杆5-4作旋转运动，螺母座5-5固定并通过与螺杆5-4之间的螺纹副配合，使螺杆5-4作向下的直线运动。螺杆5-4的一端通过第二轴承5-8和轴承座5-3与滑块5-2相连，从而推动滑块5-2作向下的直线运动，如图5所示。旋转载体5-6安装于滑块5-2中并作顺时针的定轴转动，拨动拨块4-4转动使卡耳4-5闭合，从刀箱1中的凹槽中退出来。现在滚刀处于未锁紧状态，如图11(b)所示。步骤三：末端执行器上的手爪动作，抓取抓杆6。步骤四：末端执行器向外移动，通过手爪抓取抓杆6带动滚刀向外运动，逐渐脱离刀箱1，滚刀的运动状态如图11(a)所示。至此，完成了对磨损滚刀的拆卸工作。新滚刀安装过程如下：步骤一：末端执行器抓取新的滚刀后，相对于刀箱1移动到合适的位置，准备将新的滚刀装入刀箱1，如图11(a)所示。步骤二：末端执行器继续向内运动，直到滚刀安装架3的侧板的型面与刀箱1上相配合的型面接触完全，完成滚刀在刀箱1中的限位。刀箱1的型面形状如图3所示，滚刀安装架3上相配合的型面形状如图2所示，装入刀箱1后的滚刀位姿如图11(b)所示。步骤三：末端执行器爪子从抓杆6上脱离。步骤四：末端执行器上拧螺杆装置动作使螺杆5-4作旋转运动，螺母座5-5固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构，包括刀箱(1)、滚刀(2)、滚刀安装架(3)、卡紧装置(4)、升降拨动装置(5)和抓杆(6)；所述的刀箱(1)，主要由刀箱侧板和刀箱连接板拼接而成，两刀箱侧板相对布置，通过两个相对布置的连接板相连接；刀箱侧板下部的内侧型面与滚刀安装架(3)的侧板型面相适应，在新型TBM滚刀安装时起到限位作用；刀箱侧板上部加工出凹槽，凹槽的形状与卡耳(4‑5)的弧面形状相适应，保证滚刀装配体可靠的固定、传力和受力；所述的滚刀(2)与滚刀安装架(3)通过螺栓相连接，实现滚刀(2)的安装；所述的滚刀安装架(3)包括侧板、中间连接板和上部支撑架，侧板上开有孔，用于连接滚刀安装架(3)与滚刀(2)；侧板通过中间连接板与上部支撑架上下配合，并通过螺钉连接在一起；上部支撑架将两中间连接板连为一体，滚刀安装架(3)各部分相互连接为一个整体；上部支撑架上设有螺纹孔和弧面台；螺纹孔位于上部支撑架顶面的两边和中间位置，分别用于实现上部支撑架与防护板(4‑3)和导向架(5‑1)的连接；弧面台上的弧面形状与卡耳(4‑5)的弧面形状相适应，用于支撑卡耳(4‑5)并实现力的传递；其特征在于，所述的卡紧装置(4)包括支撑板(4‑1)、连接销轴(4‑2)、防护板(4‑3)、拨块(4‑4)和卡耳(4‑5)；支撑板(4‑1)焊接在滚刀安装架(3)的上部支撑架上，对其他部分起到支撑作用；卡耳(4‑5)通过其上开设的孔与连接销轴(4‑2)相配合，构成转动副，实现卡耳(4‑5)绕连接销轴(4‑2)转动自由度；连接销轴(4‑2)两端与支撑板(4‑1)的孔相配合，并在两端用螺钉固定；拨块(4‑4)通过螺钉与卡耳(4‑5)相连接，通过拨动拨块(4‑4)实现卡耳(4‑5)的张合运动；防护板(4‑3)通过螺钉与滚刀安装架(3)的上部支撑架相连接，避免粉尘与碎石进入，影响卡耳(4‑5)的张合运动；所述的升降拨动装置(5)包括导轨架(5‑1)、滑块(5‑2)、轴承座(5‑3)、螺杆(5‑4)、螺母座(5‑5)、旋转载体(5‑6)、第一轴承(5‑7)和第二轴承(5‑8)；导轨架(5‑1)通过螺钉与滚刀安装架(3)的上部支撑架相连，其内部开有滑槽起到导向作用；滑块(5‑2)两侧板外侧的凸台形状与导轨架(5‑1)上开设的凹槽相适应，实现一个直线运动的自由度；滑块(5‑2)两侧板的内侧开有孔，实现第一轴承(5‑7)的定位和安装；旋转载体(5‑6)两端装有第一轴承(5‑7)实现其定位与支撑并提供一个旋转自由度，其内部设有方孔，方孔的内部形状与拨块(4‑4)的外部形状相适应；轴承座(5‑3)通过螺钉与滑块(5‑2)相连，实现第二轴承(5‑8)的定位与安装并起到密封作用，防止粉尘、碎石进入和润滑油脂的外泄；螺母座(5‑5)通过螺钉连接固定于导轨架(5‑1)上；螺杆(5‑4)一端通过第二轴承(5‑8)实现其定位与支撑，中间通过螺纹副与螺母座(5‑5)相配合；此时螺纹副自锁，螺纹副配合应满足以下关系：Φ＜α (1)其中：Φ为螺纹升角；α为螺纹的当量摩擦角；螺母座(5‑5)固定，通过旋转螺杆(5‑4)，实现滑块(5‑2)沿导轨架(5‑1)的往复直线运动，进一步带动旋转载体(5‑6)作定轴转动，从而拨动拨块(4‑4)实现卡耳(4‑5)的张合运动；所述的抓杆(6)安装在支撑板(4‑1)的孔内，两端用螺钉固定，末端执行器通过抓取抓杆(6)实现滚刀进出刀箱(1)。...
【技术特征摘要】
1.一种基于机器操作的新型TBM滚刀刀座结构，包括刀箱(1)、滚刀(2)、滚刀安装架(3)、卡紧装置(4)、升降拨动装置(5)和抓杆(6)；所述的刀箱(1)，主要由刀箱侧板和刀箱连接板拼接而成，两刀箱侧板相对布置，通过两个相对布置的连接板相连接；刀箱侧板下部的内侧型面与滚刀安装架(3)的侧板型面相适应，在新型TBM滚刀安装时起到限位作用；刀箱侧板上部加工出凹槽，凹槽的形状与卡耳(4-5)的弧面形状相适应，保证滚刀装配体可靠的固定、传力和受力；所述的滚刀(2)与滚刀安装架(3)通过螺栓相连接，实现滚刀(2)的安装；所述的滚刀安装架(3)包括侧板、中间连接板和上部支撑架，侧板上开有孔，用于连接滚刀安装架(3)与滚刀(2)；侧板通过中间连接板与上部支撑架上下配合，并通过螺钉连接在一起；上部支撑架将两中间连接板连为一体，滚刀安装架(3)各部分相互连接为一个整体；上部支撑架上设有螺纹孔和弧面台；螺纹孔位于上部支撑架顶面的两边和中间位置，分别用于实现上部支撑架与防护板(4-3)和导向架(5-1)的连接；弧面台上的弧面形状与卡耳(4-5)的弧面形状相适应，用于支撑卡耳(4-5)并实现力的传递；其特征在于，所述的卡紧装置(4)包括支撑板(4-1)、连接销轴(4-2)、防护板(4-3)、拨块(4-4)和卡耳(4-5)；支撑板(4-1)焊接在滚刀安装架(3)的上部支撑架上，对其他部分起到支撑作用；卡耳(4-5)通过其上开设的孔与连接销轴(4-2)相配合，构成转动副，实现卡耳(4-5)绕连接销轴(4-2)转动自由度；连接销轴(4-2)两端与支撑板(4-1)的孔相配合，并在两端用螺钉固定；拨块(4-4)通过螺钉与卡耳(4-5)相...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍军周，郭凯，孟智超，李晓同，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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