一种新型钢拱架拼装机及其拼装方法技术

本发明专利技术公开了一种新型钢拱架拼装机及其拼装方法，解决的技术问题是由人工支护导致的支护不及时或质量不稳定是造成TBM塌方的主要原因，严重制约着TBM全面推广应用。本发明专利技术包括机架，机架上设有旋转装置和拼装环，所述的拼装环上设有拼装抓手，旋转装置上设有螺栓拧紧及连接片抓取机构。本发明专利技术将钢拱架的人工拼装模式直接升级为机器人拼装，不需要工人长期处在恶劣的施工环境下，降低安全隐患；工作效率高，TBM施工后采用机器人及时进行支护，提高质量，减少塌方事故的发生。

A New Type of Steel Arch Frame Assembly Machine and Its Assembly Method

The invention discloses a new type of steel arch frame assembling machine and its assembling method. The technical problem solved is that the main reason for the collapse of TBM is that the support caused by manual support is not timely or the quality is unstable, which seriously restricts the comprehensive popularization and application of TBM. The invention comprises a frame, a rotating device and a assembling ring on the frame, a assembling grasping hand on the assembling ring, a bolt tightening and a connecting piece grasping mechanism on the rotating device. The invention upgrades the manual assembling mode of steel arch frame directly to robotic assembling, does not require workers to be in harsh construction environment for a long time, reduces hidden safety hazards, has high work efficiency, and adopts robots to support in time after TBM construction, improves quality and reduces the occurrence of landslide accidents.

【技术实现步骤摘要】
一种新型钢拱架拼装机及其拼装方法
本专利技术涉及隧道施工领域，具体涉及一种新型钢拱架拼装机及其拼装方法。
技术介绍
TBM施工过程中需要采用钢拱架对其后方进行及时支护，目前主要的支护方式为人工支护，支护过程是将一段一段的钢拱架拼装成环形，并将拼装完成后的钢拱架撑起在TBM施工后的隧道内，拼装过程采用人工对接各段钢拱架并需要人工拧螺栓将其拧紧，这就需要工人长时间现场作业，一旦发生塌方，很容易发生人员伤亡事故，安全隐患大，且人工支护效率低。因此由人工支护导致的支护不及时或质量不稳定是造成TBM塌方的主要原因，严重制约着TBM全面推广应用。针对如何安全、高效、高质量的及时解决支护难题，提高TBM施工安全和效率，钢拱架拼装急需实现由人工操作向机器人化操作转型，整体性能达到国际领先水平。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是由人工支护导致的支护不及时或质量不稳定是造成TBM塌方的主要原因，严重制约着TBM全面推广应用，提供一种提高TBM施工安全和效率的新型钢拱架拼装机及其拼装方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：一种新型钢拱架拼装机，包括机架，机架上设有旋转装置和拼装环，所述的拼装环上设有拼装抓手，旋转装置上设有螺栓拧紧及连接片抓取机构。所述的拼装环包括支撑环I和油缸，支撑环I一侧设有旋转环I，所述的旋转环I内侧设有大齿圈，所述的油缸一端固定在机架上、另一端固定在支撑环I上，所述的支撑环I上设有电机，电机的输出轴上设有小齿轮，小齿轮与大齿圈相啮合。所述的拼装抓手包括并联平台I，并联平台I下部通过安装板I与旋转环I连接，并联平台I上部设有抓取头，抓取头两侧设有I号油缸和II号油缸，抓取头内侧设有滚轮，I号油缸的底座固定在抓取头上，I号油缸的活塞杆与滚轮连接，I号油缸与II号油缸对称设置。所述的螺栓拧紧及连接片抓取机构包括并联平台II，并联平台II通过安装板II与旋转装置连接，并联平台II上设有末端执行机构，所述的末端执行机构上设有螺栓拧紧筒。所述的末端执行机构包括框体，框体两侧设有抓手，抓手与框体铰接连接，框体两侧的抓手之间设有伸缩油缸，螺栓拧紧筒设置在抓手上。所述的旋转装置包括支撑环II和旋转环II，螺栓拧紧及连接片抓取机构设置在旋转环II上。所述的机架下方还设有钢拱架运输系统。一种新型钢拱架拼装机的拼装方法，包括以下步骤：①通过钢拱架运输系统将钢拱架运送到拼装抓手的抓取范围内；②控制拼装抓手抓取第一块钢拱架后并旋转拼装环给第二块钢拱架让位；③抓取第二块钢拱架后采用螺栓拧紧及连接片抓取机构将第一块钢拱架和第三块钢拱架通过螺栓拧紧连接；④依次抓取剩余的钢拱架并采用螺栓拧紧及连接片抓取机构将相邻钢拱架之间通过螺栓拧紧连接；⑤将第一块钢拱架和最后一块钢拱架对接并通过螺栓拧紧连接后完成环形钢拱架的拼装。步骤②所述的拼装抓手抓取钢拱架时，采用抓取头抓取钢拱架，I号油缸和II号油缸分别带动滚轮张开，并联平台I控制滚轮伸至钢拱架上横板的下方，这时，I号油缸和II号油缸分别带动滚轮压紧钢拱架，将钢拱架卡在拼装抓手的两个滚轮内。步骤③所述的螺栓拧紧及连接片抓取机构拧紧螺栓时，将螺栓拧紧及连接片抓取机构移动至两个钢拱架的对接处，使螺栓拧紧筒内的螺帽与螺栓对接，并用抓手抓紧钢拱架作为支撑，旋转螺栓拧紧筒拧紧螺帽即可。本专利技术将钢拱架的人工拼装模式直接升级为机器人拼装，不需要工人长期处在恶劣的施工环境下，降低安全隐患；工作效率高，拼装抓手采用并联平台控制，工作模式稳定可靠，TBM施工后采用机器人及时进行支护，提高质量，减少塌方事故的发生。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术拼装环与机架相配合的结构示意图之一；图3是本专利技术拼装环与机架相配合的结构示意图之二；图4是本专利技术拼装抓手结构示意图；图5是本专利技术螺栓拧紧及连接片抓取机构结构示意图；图6是本专利技术拼装抓手、螺栓拧紧及连接片抓取机构与钢拱架相配合的结构示意图；图7是本专利技术抓起钢拱架之前的结构示意图；图8是本专利技术抓取第一块钢拱架的结构示意图；图9是本专利技术抓取第二块钢拱架的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1至图9所示，一种新型钢拱架拼装机，包括机架1，机架1上设有旋转装置4和拼装环2，所述的拼装环2上设有拼装抓手3，旋转装置4上设有螺栓拧紧及连接片抓取机构6，。本专利技术机架1固定在地面上，拼装环2和旋转装置4可以在机架1上移动和旋转。如图2和图3所示，所述的拼装环2包括支撑环I206和油缸201，支撑环I206一侧设有旋转环I205，所述的旋转环I205内侧设有大齿圈204，所述的油缸201一端固定在机架1上、另一端固定在支撑环I206上，所述的支撑环I206上设有电机202，电机202的输出轴上设有小齿轮203，小齿轮203与大齿圈204相啮合。所述的支撑环I206内侧设有支撑架2061，支撑架2061在机架1上滑动。拼装环2工作时，通过油缸201的伸缩带动支撑环I206和旋转环I205在机架上左右移动，通过电机上的小齿轮带动旋转环进行旋转，旋转环进行旋转时，支撑环I206保持静止，支撑环对电机起到支撑作用。如图4所示，所述的拼装抓手3包括并联平台I302，并联平台I302下部通过安装板I301与旋转环I205连接，并联平台I302上部设有抓取头305，抓取头305两侧设有I号油缸303和II号油缸304，抓取头305内侧设有滚轮306，I号油缸303的底座固定在抓取头305上，I号油缸303的活塞杆与滚轮306连接，I号油缸303与II号油缸304对称设置。所述的并联平台I302为六自由度并联平台，六自由度的并联平台I302带动抓取头305抓取钢拱架；本专利技术的钢拱架7为工字钢结构，包括上横板71、下横板72和竖版73，抓取头305抓取钢拱架时，I号油缸303和II号油缸304分别带动滚轮张开，并联平台I302控制滚轮伸至钢拱架上横板71的下方，这时，I号油缸303和II号油缸304分别带动滚轮压紧钢拱架，将钢拱架卡在拼装抓手的两个滚轮内；滚轮压紧钢拱架后，滚轮可以转动，两个钢拱架之间的螺栓孔进行对接时，钢拱架可以在滚轮内侧滑动，滚轮可以转动。本专利技术每根钢拱架安装时至少由两个拼装抓手3进行抓取，两个拼装抓手3分别抓紧钢拱架两端并通过并联平台调节两个拼装抓手3，将相邻两个钢拱架上的螺栓孔对齐。如图5和图6所示，所述的螺栓拧紧及连接片抓取机构6包括并联平台II602，并联平台II602通过安装板II601与旋转装置4连接，并联平台II602上设有末端执行机构603，所述的末端执行机构603上设有螺栓拧紧筒6034。螺栓拧紧筒6034的内表面与螺帽的外表面相配合；本专利技术钢拱架拼装时先将钢拱架自带的螺栓对插进相邻钢拱架的螺栓孔内，在采用螺栓拧紧筒6034自带的螺帽将螺栓拧紧；本专利技术如采用六角螺帽，螺栓拧紧筒6034的内表面为与六角螺帽相配合的正六边形，将六角螺帽卡在螺栓拧紧筒6034内，通过电机控制螺栓拧紧筒6034旋转，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型钢拱架拼装机，其特征在于：包括机架（1），机架（1）上设有旋转装置（4）和拼装环（2），所述的拼装环（2）上设有拼装抓手（3），旋转装置（4）上设有螺栓拧紧及连接片抓取机构（6）。

【技术特征摘要】
1.一种新型钢拱架拼装机，其特征在于：包括机架（1），机架（1）上设有旋转装置（4）和拼装环（2），所述的拼装环（2）上设有拼装抓手（3），旋转装置（4）上设有螺栓拧紧及连接片抓取机构（6）。2.根据权利要求1所述的新型钢拱架拼装机，其特征在于：所述的拼装环（2）包括支撑环I（206）和油缸（201），支撑环I（206）一侧设有旋转环I（205），所述的旋转环I（205）内侧设有大齿圈（204），所述的油缸（201）一端固定在机架（1）上、另一端固定在支撑环I（206）上，所述的支撑环I（206）上设有电机（202），电机（202）的输出轴上设有小齿轮（203），小齿轮（203）与大齿圈（204）相啮合。3.根据权利要求2所述的新型钢拱架拼装机，其特征在于：所述的拼装抓手（3）包括并联平台I（302），并联平台I（302）下部通过安装板I（301）与旋转环I（205）连接，并联平台I（302）上部设有抓取头（305），抓取头（305）两侧设有I号油缸（303）和II号油缸（304），抓取头（305）内侧设有滚轮（306），I号油缸（303）的底座固定在抓取头（305）上，I号油缸（303）的活塞杆与滚轮（306）连接，I号油缸（303）与II号油缸（304）对称设置。4.根据权利要求1所述的新型钢拱架拼装机，其特征在于：所述的螺栓拧紧及连接片抓取机构（6）包括并联平台II（602），并联平台II（602）通过安装板II（601）与旋转装置（4）连接，并联平台II（602）上设有末端执行机构（603），所述的末端执行机构（603）上设有螺栓拧紧筒（6034）。5.根据权利要求4所述的新型钢拱架拼装机，其特征在于：所述的末端执行机构（603）包括框体（6031），框体（6031）两侧设有抓手（6032），抓手（6032）与框体（6031）铰接连接，框...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓兴建，贾连辉，姜礼杰，杨航，赵梦媛，张文艳，文勇亮，贺飞，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41