【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管片拼装，特别涉及一种地铁隧道管片拼装机械臂及方法。
技术介绍
1、管片拼装是盾构工程中的重要环节，其质量直接影响隧道的受力状况和整体工程的安全性。拼装过程中，通常从下部的标准块管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接块管片，最后安装封顶块管片，拼装时需注意紧固连接螺栓，确保环向和轴向的连接牢固，在模拟盾构隧道过程中，试验所采用管片对应环的直径较小，同时材料质量极大地降低，虽然以上条件极大地方便了实验中的管片拼装工作，但现有的试验设备不具有以纯机械方式满足管片拼接功能。
2、现有技术如专利号为cn117365545a的一种泥岩地层盾构隧道管片拼装机及其拼装方法，并非纯机械，依靠智能系统完成工作，造成结构复杂成本高，针对用于实验中的管片拼装工作来说，并不适用。
技术实现思路
1、专利技术的目的在于提供一种地铁隧道管片拼装机械臂及方法，解决了现有技术中的设备为非纯机械工作方式，而且结构复杂成本高，并不适用隧道模拟试验管片拼装工作的问题。
2、本专利技术是这样实现的，一种地铁隧道管片拼装机械臂，包括依次连接的管片固定机构、拼接机构以及限制器，所述管片固定机构用于固定半圆形的管片，所述拼接机构包括第一柔性驱动、第二柔性驱动以及支撑臂，所述支撑臂一端通过活动件与管片固定机构活动连接，所述支撑臂另一端与所述限制器滑动连接，所述第一柔性驱动与管片固定机构连接用于将管片固定机构由水平旋转至竖直，所述第二柔性驱动与管片固定机构连接用于将管片固定机构旋
3、管片固定机构将管片进行固定后，第一柔性驱动动作，将管片从地面拿起后呈竖直状态，此时管片固定机构由水平旋转至竖直；第二柔性驱动动作将竖直状态下的管片进一步动作，使得相邻管片固定机构上的管片呈开口相对状态，此时管片固定机构由竖直旋转至支撑臂外侧；然后通过第三驱动的动作，使得管片固定机构相互靠近，同时管片也相对靠近，完成管片的拼接，形成环形管片；本专利技术中支撑臂一端通过活动件与管片固定机构连接，然后在管片固定机构与支撑臂之间设有第一柔性驱动和第二柔性驱动完成管片开口相对设置，再通过第三驱动使得支撑臂相互靠近完成管片拼接，纯机械结构的设计，成本低，适用隧道模拟试验的管片拼接。
4、本专利技术的进一步技术方案是：第一柔性驱动包括第一绞盘以及第一绳索，所述第一绳索一端与所述第一绞盘连接，且所述第一绳索另一端置于活动件上方与管片固定机构连接，所述第二柔性驱动包括第二绞盘以及第二绳索，所述第二绳索一端与所述第二绞盘连接，且所述第二绳索另一端与管片固定机构外侧连接。
5、通过第一绳索与管片固定机构连接以及第二绳索与管片固定机构的连接，实现对管片固定机构的控制，从而使得管片从地面被拉起至竖直状态，然后向两侧旋转至开口相对设置。
6、本专利技术的进一步技术方案是：所述第一绞盘置于所述支撑臂上方，所述第二绞盘置于所述支撑臂外侧。方便操作。
7、本专利技术的进一步技术方案是：所述限位器上设有两个拼接机构，所述拼接机构之间可互相靠近或远离，所述管片固定机构与所述拼接机构一一对应。两组拼接机构与两组管片固定机构一一配合的方式，对于管片的拼接来说更加的容易操作。
8、本专利技术的进一步技术方案是：所述活动件包括活动杆以及双向换向器，所述活动杆与管片固定机构连接，所述双向换向器与支撑臂连接。
9、管片固定机构与拼接机构之间通过活动杆实现活动连接，在第一柔性驱动和第二柔性驱动的作用下，可实现管片固定机构绕支撑臂旋转，以实现管片动作。
10、本专利技术的进一步技术方案是：所述支撑臂上靠近管片固定机构的一端设有上部限位器、侧部限位器、侧部开口和底部开口，所述侧部开口与底部开口均与所述活动件连通，所述上部限位器用于对活动件的上方进行限位，所述侧部限位器用于对活动件一侧进行限位。
11、在第一柔性驱动动作用于将管片由地面抬起至竖直状态的过程中，上部限位器起到限位的作用，在第二柔性驱动动作用于将竖直状态的管片旋转至开口相对状态的过程中，支撑臂对管片有限位，当第二柔性驱动归位时，通过侧边限位器进行限位；完成管片的准确拼接。其中侧部开口和底部开口能避免管片固定机构转动过程中的干涉。
12、本专利技术的进一步技术方案是：所述管片固定机构包括管片固定本体、管片固定件以及管片控制件，所述管片固定件置于所述管片固定本体端部，所述管片控制件用于带动所述管片固定件伸缩。在需要固定管片时，管片固定件伸出固定管片，需要将管片脱离管片固定件时缩回，保证管片的铺贴。
13、本专利技术的进一步技术方案是：所述管片控制件包括套筒、套杆以及限位把手，所述套筒一端与所述管片固定件连接，所述套筒另一端与所述套杆滑动连接，所述限位把手置于所述套筒上，所述管片固定本体上设有用于限位把手固定的限位槽。
14、本专利技术的进一步技术方案是：所述支撑臂一端设有连接部，所述连接部上设有用于沿所述限制器滑动的卡槽。卡槽卡在限位器上可滑动且起到限位作用，保证支撑臂的动作稳定性。
15、本专利技术还提供一种地铁隧道管片拼装方法，所述方法基于所述机械臂，所述方法包括以下步骤：
16、s1：将管片拼装呈半圆形，半圆形的管片开口朝上，通过管片固定件对管片进行固定；
17、s2：第一柔性驱动带动管片由开口向上状态切换为开口朝向所述支撑臂端部状态，第二柔性驱动带动管片由开口朝向支撑臂端部状态切换为管片开口朝向所述支撑臂外侧状态，此时管片开口相对设置，第三驱动用于驱动相邻支撑臂靠近，开口相对状态的管片靠近形成环形，完成对管片的拼接。
18、本专利技术还提供基于该机械臂的拼装方法，在初始状态下，放开拼接机构上的绞盘，管片固定机构在受重力下摆呈水平状态，将初步拼装为半圆的管片连接上管片固定机构，先转动拼接机构上的上部绞盘逐渐将管片固定机构拉起到竖直状态，再转动拼接机构两侧的侧部绞盘同时控制上部绞盘适当放松上部绳索实现管片固定机构向两侧旋转，控制拼接机构上的千斤顶向中间推进，以实现两个半圆管片的连接，完成管片拼接。
19、本专利技术的有益效果：本专利技术管片固定机构将管片进行固定后，第一柔性驱动动作，将管片从地面拿起后呈竖直状态，第二柔性驱动动作将竖直状态下的管片进一步动作，使得相邻管片固定机构上的管片呈开口相对状态，然后通过第三驱动的动作，使得管片固定机构相互靠近，同时管片也相对靠近，完成管片的拼接，形成环形管片；本专利技术中支撑臂一端通过活动件与管片固定机构连接，然后在管片固定机构与支撑臂之间设有第一柔性驱动和第二柔性驱动完成管片开口相对设置，再通过第三驱动使得支撑臂相互靠近完成管片拼接，纯机械结构的设计，成本低，适用隧道模拟试验的管片拼接。
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1.一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：包括依次连接的管片固定机构(1)、拼接机构(2)以及限制器(3)，所述管片固定机构(1)用于固定半圆形的管片，所述拼接机构(2)包括第一柔性驱动(21)、第二柔性驱动(22)以及支撑臂(24)，所述支撑臂(24)一端通过活动件(25)与管片固定机构(1)活动连接，所述支撑臂(24)另一端与所述限制器(3)滑动连接，所述第一柔性驱动(21)与管片固定机构(1)连接用于将管片固定机构(1)由水平旋转至竖直，所述第二柔性驱动(22)与管片固定机构(1)连接用于将管片固定机构(1)旋转至支撑臂(24)的外侧，所述限制器(3)上设有与所述支撑臂(24)连接的第三驱动(34)，所述第三驱动(34)用于驱动所述支撑臂(24)之间相互靠近或者远离。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：第一柔性驱动(21)包括第一绞盘(211)以及第一绳索(212)，所述第一绳索(212)一端与所述第一绞盘(211)连接，且所述第一绳索(212)另一端置于活动件(25)上方与管片固定机构(1)连接，所述第二柔性驱动(22)包括第二
3.根据权利要求2所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述第一绞盘(211)置于所述支撑臂(24)上方，所述第二绞盘(221)置于所述支撑臂(24)外侧。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述限位器(3)上设有两个拼接机构(2)，所述拼接机构(2)之间可互相靠近或远离，所述管片固定机构(1)与所述拼接机构(2)一一对应。
5.根据权利要1-3中任意一项所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述活动件(25)包括活动杆(251)以及双向换向器(252)，所述活动杆(251)与管片固定机构(1)连接，所述双向换向器(252)与支撑臂(24)连接。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述支撑臂(24)上靠近管片固定机构(1)的一端设有上部限位器(201)、侧部限位器(202)、侧部开口和底部开口，所述侧部开口与底部开口均与所述活动件(25)连通，所述上部限位器(201)用于对活动件(25)的上方进行限位，所述侧部限位器(202)用于对活动件(25)一侧进行限位。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述管片固定机构(1)包括管片固定本体(11)、管片固定件(15)以及管片控制件(14)，所述管片固定件(15)置于所述管片固定本体(11)端部，所述管片控制件(14)用于带动所述管片固定件(15)伸缩。
8.根据权利要求7所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述管片控制件(14)包括套筒(141)、套杆(142)以及限位把手(143)，所述套筒(141)一端与所述管片固定件(15)连接，所述套筒(141)另一端与所述套杆(142)滑动连接，所述限位把手(143)置于所述套筒(141)上，所述管片固定本体(11)上设有用于限位把手(143)固定的限位槽。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述支撑臂(24)一端设有连接部(29)，所述连接部(29)上设有用于沿所述限制器(3)滑动的卡槽(291)。
10.一种地铁隧道管片拼装方法，其特征在于：所述方法基于权利要求1-9中任意一项所述的机械臂，所述方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：包括依次连接的管片固定机构(1)、拼接机构(2)以及限制器(3)，所述管片固定机构(1)用于固定半圆形的管片，所述拼接机构(2)包括第一柔性驱动(21)、第二柔性驱动(22)以及支撑臂(24)，所述支撑臂(24)一端通过活动件(25)与管片固定机构(1)活动连接，所述支撑臂(24)另一端与所述限制器(3)滑动连接，所述第一柔性驱动(21)与管片固定机构(1)连接用于将管片固定机构(1)由水平旋转至竖直，所述第二柔性驱动(22)与管片固定机构(1)连接用于将管片固定机构(1)旋转至支撑臂(24)的外侧，所述限制器(3)上设有与所述支撑臂(24)连接的第三驱动(34)，所述第三驱动(34)用于驱动所述支撑臂(24)之间相互靠近或者远离。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：第一柔性驱动(21)包括第一绞盘(211)以及第一绳索(212)，所述第一绳索(212)一端与所述第一绞盘(211)连接，且所述第一绳索(212)另一端置于活动件(25)上方与管片固定机构(1)连接，所述第二柔性驱动(22)包括第二绞盘(221)以及第二绳索(222)，所述第二绳索(222)一端与所述第二绞盘(221)连接，且所述第二绳索(222)另一端与管片固定机构(1)外侧连接。
3.根据权利要求2所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述第一绞盘(211)置于所述支撑臂(24)上方，所述第二绞盘(221)置于所述支撑臂(24)外侧。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种地铁隧道管片拼装机械臂，其特征在于：所述限位器(3)上设有两个拼接机构(2)，所述拼接机构(2)之间可互相靠近或远离，所述管片固定机构(1)与所述拼接机构(2)一一对应。
5.根据权利要1-3中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓龙，范新健，钟燕辉，王家祥，张蓓，刘小锋，臧全胜，孙明明，蔡鸿健，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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