[发明专利]一种泥水平衡盾构机辅助换刀装置及其使用方法

说明书

技术领域：

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种泥水平衡盾构机辅助换刀装置及其使用方法。

背景技术：

盾构机作业时主要是通过刀盘来完成掌子面岩土的破碎剥离。在施工中，盾构机会遇到各种不同的复杂地层，故刀盘的受力情况相当复杂，极易造成刀盘上刀具的磨损，这严重制约了盾构机的掘进效率。围绕上述问题而进行的研究主要分为两个方面：一方面是提高盾构机刀具的使用寿命；另一方面就是发展盾构机换刀的相应技术。

目前比较成熟的换刀技术主要有常压换刀、带压换刀和使用竖井换刀。其中，常压换刀对地质条件要求较高，不易满足；带压换刀的技术门槛高，很多施工单位尚未掌握盾构机带压进舱作业的关键技术；而使用竖井换刀时间长、对环境破坏较大，且不适合在城市的一些重要地点施工。此外，以上换刀技术都需要作业人员进入开挖舱，而该舱内环境恶劣，尤其带压换刀，高压环境将使作业人员承受极大的安全风险。

针对上述问题，如何合理、经济地更换盾构机刀具，并保证作业人员的安全已经成为盾构施工中一个重要的研究方向。因此，有必要研制一种适用于盾构机换刀作业的辅助换刀装置来提高换刀效率、降低换刀成本、保障操作人员的安全。

发明内容：

本发明的目的是提供一种泥水平衡盾构机辅助换刀装置及其使用方法，用于刀具磨损检测及更换，可有效提高换刀效率、降低换刀成本、保障操作人员的安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种泥水平衡盾构机辅助换刀装置，用于辅助泥水平衡盾构机进行换刀作业，所述泥水平衡盾构机最前端为刀盘，所述刀盘后面顺次布置有开挖舱、气垫舱及人闸舱，所述气垫舱位于开挖舱后，所述人闸舱位于气垫舱后，且所述开挖舱后部开设有第一舱门，通过所述第一舱门与气垫舱连通，所述气垫舱后部开设有第二舱门，通过所述第二舱门与人闸舱连通，所述人闸舱后部开设有第三舱门，作业人员通过所述第三舱门进入所述人闸舱，所述辅助换刀装置包括：所述气垫舱上部固接的第一滑轨，嵌装在所述第一滑轨上的移动滑台，所述移动滑台可沿所述第一滑轨滑动，机器人固接于所述移动滑台；所述机器人包括第一螺旋摆动缸，所述第一螺旋摆动缸上端固接于移动滑台，其下端固接机器人大臂，可带动机器人大臂沿第一螺旋摆动缸的中心轴转动，所述机器人大臂下端为开口设置，所述开口端之间设置有第二螺旋摆动缸，所述第二螺旋摆动缸的缸体一侧固接有机器人中臂一端，可带动机器人中臂沿第二螺旋摆动缸的中心轴转动，所述机器人中臂另一端固接第三螺旋摆动缸的缸体一侧，所述第三螺旋摆动缸的缸体两端固接有机器人前臂，可带动机器人前臂沿第三螺旋摆动缸的中心轴转动，机器人前臂远离第三螺旋摆动缸的一端固接第一安装座，所述人闸舱下部安装有第二滑轨，运送架架设在所述第二滑轨上，运送架可沿所述第二滑轨滑动，运送架上端设置有第二安装座，换刀机械臂安装在所述第二安装座上，换刀机械臂的前端安装有照明和摄像装置。

所述第一螺旋摆动缸上端通过缸体法兰固接于移动滑台的上端面，其下端通过输出法兰固接机器人大臂，可带动机器人大臂沿第一螺旋摆动缸的中心轴做180°的回转运动。

所述机器人大臂为V型结构或U型结构，V型或U型结构的开口端之间通过法兰固接第二螺旋摆动缸。

所述第二螺旋摆动缸可带动机器人中臂沿第二螺旋摆动缸的中心轴做120°的回转运动。

所述第三螺旋摆动缸可带动机器人前臂沿第三螺旋摆动缸的中心轴做120°的回转运动。

所述机器人中臂为方形结构。

所述机器人前臂为U型结构。

所述第一安装座为正方形。

所述人闸舱下部设置有底板，用以调整运送架和第二舱门的相对高度，方便换刀机械臂进入气垫舱中，所述第二滑轨设置在所述底板上端面。

所述换刀机械臂为液压驱动七功能水下机械手。

上述泥水平衡盾构机辅助换刀装置的使用方法，具体步骤如下：

第一步：在需要进行换刀时，关闭驱动刀盘转动的电机，使刀盘停止转动，排出开挖舱及气垫舱内的泥浆，并注入压缩空气至工作压力；

第二步：打开第三舱门，作业人员携带新刀具通过第三舱门进入所述人闸舱，关闭第三舱门，舱内升压至工作压力；

第三步：打开第二舱门，机器人在移动滑台上移动，同时机器人转动一定角度，将机器人前臂运动至第二舱门处，运送架带动换刀机械臂在第二滑轨上滑动，将换刀机械臂运送至第二舱门处，作业人员将换刀机械臂推送至第一安装座上，并进行安装；