矩形盾构管片拼装系统.pdf

本发明的矩形盾构管片拼装系统，包括两拼装机，矩形隧道包括两拼装空间，两拼装空间内分别设有一拼装机，拼装机包括：轴向平移机构，包括沿盾构轴线方向设置的两轴向导轨和设于两轴向导轨上可沿轴向导轨移动的固定盘体；回转机构，包括设于固定盘体上可沿盾构轴线方向绕固定盘体旋转的回转盘体；提升机构，包括对称设置于回转盘体上的两导向座和设于导向座内可沿导向座的轴线方向移动的提升柱；横向平移机构，包括沿垂直于导向座的轴线方向固设于两提升柱上的机架、设于机架内的两横向导轨和设于两横向导轨上可沿横向导轨移动的吊装架；微调机构，包括可伸缩设置于吊装架底部的球铰油缸和多个调偏油缸，球铰油缸上设于吊具，调偏油缸上设有垫块。

1.  一种矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，由矩形盾构开挖形成的 矩形隧道包括两个拼装空间，所述管片拼装系统包括两个拼装机，两个所 述拼装空间内分别设有一个所述拼装机，所述拼装机包括：
轴向平移机构，包括与盾构主机连接且沿盾构轴线方向设置的两个轴 向导轨和设于两个所述轴向导轨上且可沿所述轴向导轨移动的固定盘体；
回转机构，包括设于所述固定盘体上且可沿盾构轴线方向绕所述固定 盘体旋转的回转盘体；
提升机构，包括对称设置于所述回转盘体上的两个导向座和分别设于 两个所述导向座内且可沿所述导向座的轴线方向移动的两个提升柱；
横向平移机构，包括沿垂直于导向座的轴线方向固设于两个所述提升 柱上的机架、设于所述机架内的两个横向导轨和设于两个所述横向导轨上 且可沿所述横向导轨移动的吊装架；
微调机构，包括可伸缩地设置于所述吊装架底部的球铰油缸和多个调 偏油缸，所述球铰油缸上设于用于固定管片的吊具，所述调偏油缸上设有 垫块。

2.  如权利要求1所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述固 定盘体通过连接于所述固定盘体与所述轴向导轨之间的轴向平移油缸沿 所述轴向导轨移动。

3.  如权利要求2所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述轴 向导轨上设有第一导向槽，所述固定盘体上设有与所述第一导向槽相配合 的第一滚轮组。

4.  如权利要求1所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述回 转机构还包括用于驱动所述回转盘体的回转电机，所述回转盘体的内环面 设有第一齿条，所述回转电机的机轴上设有与所述第一齿条相配合的第二 齿条。

5.  如权利要求1所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述提 升柱通过设置于所述机架上的提升油缸沿所述导向座的轴线方向移动。

6.  如权利要求1所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述吊 装架通过连接于所述吊装架与所述机架之间的横向平移油缸沿所述横向 导轨移动。

7.  如权利要求6所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述横 向导轨上设有第二导向槽，所述吊装架上设有与所述第二导向槽相配合的 第二滚轮组。

8.  如权利要求1所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述吊 装架底部设有调偏座，所述球铰油缸设于所述调偏座的中心，多个所述调 偏油缸均匀设置于以所述球铰油缸为圆心的同一圆周上。

9.  如权利要求8所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，所述调 偏油缸的数量为四个。

10.  如权利要求1所述的矩形盾构管片拼装系统，其特征在于，两个所 述拼装空间之间拼装有中隔墙，所述中隔墙由任一所述拼装机拼装而成。

矩形盾构管片拼装系统
技术领域
本发明涉及隧道盾构技术领域，尤其是指一种矩形盾构管片拼装系 统。
背景技术
随着城市地下空间的大规模的开发，盾构法施工技术因其对地上、地 下构筑物、周边环境影响小，保证交通通行、减少道路中断、管线搬迁等 优势，越来越多地被应用于城市道路、地下共同沟、地铁隧道施工，纵观 国内外盾构技术的发展，其趋势将是多元化和多样化的。在隧道断面方面， 除了向超大直径断面隧道发展以外，也向异形断面隧道发展。从隧道的使 用功能来分析，公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、人行地道、地下共同沟 的断面形式以矩形或类矩形最为合适，最为经济，因而矩形盾构的研发和 应用意义十分重大。
然而，盾构技术在发展的同时也面临着诸多的挑战，其中，管片拼装 机就是重要的挑战之一。通常的管片拼装机只能实现六个方向的自由度调 节，然而在实际的拼装过程中，管片的实际位置并不会这么规则的沿着这 六个自由度，因此会造成实际拼装管片过程中造成管片定位的不准确，影 响管片拼装的速度以及质量。
因此，有必要研制出全新的、适用于矩形盾构的管片拼装机。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明提供了一种矩形盾构管片拼装系统，由矩形 盾构开挖形成的矩形隧道包括两个拼装空间，所述管片拼装系统包括两个 拼装机，两个所述拼装空间内分别设有一个所述拼装机，所述拼装机包括：
轴向平移机构，包括与盾构主机连接且沿盾构轴线方向设置的两个轴 向导轨和设于两个所述轴向导轨上且可沿所述轴向导轨移动的固定盘体；
回转机构，包括设于所述固定盘体上且可沿盾构轴线方向绕所述固定 盘体旋转的回转盘体；
提升机构，包括对称设置于所述回转盘体上的两个导向座和分别设于 两个所述导向座内且可沿所述导向座的轴线方向移动的两个提升柱；
横向平移机构，包括沿垂直于导向座的轴线方向固设于两个所述提升 柱上的机架、设于所述机架内的两个横向导轨和设于两个所述横向导轨上 且可沿所述横向导轨移动的吊装架；
微调机构，包括可伸缩地设置于所述吊装架底部的球铰油缸和多个调 偏油缸，所述球铰油缸上设于用于固定管片的吊具，所述调偏油缸上设有 垫块。
本发明的矩形盾构管片拼装系统，拼装机通过轴向平移机构实现拼装 机沿盾构轴线方向移动，通过回转机构实现拼装机绕盾构轴线方向旋转， 通过提升机构实现拼装机沿导向座的轴线方向移动，通过横向平移机构实 现拼装机沿垂直于导向座的轴线方向移动，通过微调机构实现管片以球铰 油缸为中心沿导向座的轴线方向移动微调、绕导向座的轴线方向旋转微 调、绕垂直于导向座的轴线方向旋转微调、以及绕盾构轴线方向旋转微调， 通过微调机构的作用可以对管片的空间姿态进行微调，以满足工况要求， 实现可沿八个自由度进行调节的盾构管片拼装机。
本发明的矩形盾构管片拼装系统，每台拼装机完成各自拼装空间内的 管片拼装任务，通过两台拼装机的配合，共同拼装完成矩形隧道的整环矩 形管片。另外，两台拼装机工作时可以利用各自的轴向平移机构实行错位 拼装，以充分利用两台拼装机之间的空间，解决两台拼装机同时作业容易 干涉、控制复杂的难题。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述固定盘体通过 连接于所述固定盘体与所述轴向导轨之间的轴向平移油缸沿所述轴向导 轨移动。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述轴向导轨上设 有第一导向槽，所述固定盘体上设有与所述第一导向槽相配合的第一滚轮 组。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述回转机构还包 括用于驱动所述回转盘体的回转电机，所述回转盘体的内环面设有第一齿 条，所述回转电机的机轴上设有与所述第一齿条相配合的第二齿条。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述提升柱通过设 置于所述机架上的提升油缸沿所述导向座的轴线方向移动。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述吊装架通过连 接于所述吊装架与所述机架之间的横向平移油缸沿所述横向导轨移动。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述横向导轨上设 有第二导向槽，所述吊装架上设有与所述第二导向槽相配合的第二滚轮 组。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述吊装架底部设 有调偏座，所述球铰油缸设于所述调偏座的中心，多个所述调偏油缸均匀 设置于以所述球铰油缸为圆心的同一圆周上。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，所述调偏油缸的数 量为四个。
本发明矩形盾构管片拼装系统的进一步改进在于，两个所述拼装空间 之间拼装有中隔墙，所述中隔墙由任一所述拼装机拼装而成。
附图说明
图1是本发明矩形盾构管片拼装系统的结构示意图。
图2是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机的结构示意图。
图3是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机的俯视图。
图4是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机的横向平移机构及微调 机构的仰视图。
图5是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机绕盾构轴线方向旋转的 示意图。
图6是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机沿导向座的轴线方向移 动的示意图。
图7是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机沿垂直于导向座的轴线 方向移动的示意图。
图8是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机的提升机构的极限位置 示意图。
图9是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机上的管片沿导向座的轴 线方向移动微调的示意图。
图10是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机上的管片绕盾构轴线 方向旋转微调的示意图。
图11是本发明矩形盾构管片拼装系统的工作示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明矩形盾构管片拼装系统的结构示意图，图2是本发明矩 形盾构管片拼装系统的拼装机的结构示意图，图3是本发明矩形盾构管片 拼装系统的拼装机的俯视图，图4是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装 机的横向平移机构及微调机构的仰视图。配合参看图1～图4所示，本发明 矩形盾构管片拼装系统，由矩形盾构开挖形成的矩形隧道包括两个拼装空 间1，所述管片拼装系统包括两个拼装机2，两个所述拼装空间1内分别 设有一个所述拼装机2，两个所述拼装空间1之间拼装有中隔墙3，所述 中隔墙3由任一所述拼装机2拼装而成，其中，所述拼装机包括整合而成 的轴向平移机构、回转机构、提升机构、横向平移机构以及微调机构，其 中：
轴向平移机构，包括与盾构主机连接且沿盾构轴线方向设置的两个轴 向导轨110和设于两个所述轴向导轨110上且可沿所述轴向导轨110移动 的固定盘体120；具体地，所述轴向导轨110上设有第一导向槽，所述固 定盘体120上设有与所述轴向导轨110的第一导向槽相配合的第一滚轮 组，所述固定盘体120通过连接于所述固定盘体120与所述轴向导轨110 之间的轴向平移油缸130的驱动沿所述轴向导轨110移动。
回转机构，包括设于所述固定盘体120上且可沿盾构轴线方向绕所述 固定盘体120旋转的回转盘体210。具体地，结合图3所示，所述回转机 构还包括用于驱动所述回转盘体210的回转电机220，所述回转盘体210 的内环面设有第一齿条，所述回转电机220的机轴上设有与所述回转盘体 210的第一齿条相配合的第二齿条，回转盘体210在回转电机220的驱动 可沿盾构轴线方向绕所述固定盘体120旋转。
提升机构，包括对称设置于所述回转盘体210上的两个导向座310和 分别设于两个所述导向座310内且可沿所述导向座310的轴线方向移动的 两个提升柱320；结合图3所示，优选地，所述回转盘体210上同一侧的 导向座310的数量可以为两个。
横向平移机构，包括沿垂直于导向座310的轴线方向固设于两个所述 提升柱320上的机架410、设于所述机架410内的两个横向导轨420和设 于两个所述横向导轨420上且可沿所述横向导轨420移动的吊装架430。 具体地，所述提升柱320通过设置于所述机架410上的提升油缸的驱动沿 所述导向座310的轴线方向移动。所述横向导轨420上设有第二导向槽， 所述吊装架430上设有与所述横向导轨420的第二导向槽相配合的第二滚 轮组。所述吊装架430通过连接于所述吊装架430与所述机架410之间的 横向平移油缸440的驱动下沿所述横向导轨420移动。
微调机构50，包括可伸缩地设置于所述吊装架430底部的球铰油缸 510和多个调偏油缸520，所述球铰油缸510上设于用于固定管片的吊具 530，所述吊具530上开设有用于穿设销轴的连接孔，所述调偏油缸520 上设有垫块，管片拼装时，调偏油缸520上的垫块紧贴管片表面。进一步 地，所述吊装架430的底部设有调偏座540，球铰油缸510和多个调偏油 缸520均设于所述调偏座540上。优选地，所述球铰油缸510设于所述调 偏座540的中心，所述调偏油缸520的数量为四个，且四个所述调偏油缸 520均匀设置于以所述球铰油缸510为圆心的同一圆周上。
以下结合附图，对本发明的矩形盾构管片拼装系统的工作原理进行具 体描述。
结合图3所示，当需要将拼装机沿盾构轴线方向移动的时候，通过轴 向平移机构的轴向平移油缸130驱动固定盘体120沿所述轴向导轨110移 动，实现拼装机沿盾构轴线方向移动。
图5是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机绕盾构轴线方向旋转的 示意图。结合图5所示，当需要将拼装机绕盾构轴线方向旋转的时候，通 过回转机构的回转电机的驱动回转盘体210沿盾构轴线方向绕所述固定盘 体旋转，实现拼装机绕盾构轴线方向旋转。
图6是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机沿导向座的轴线方向移 动的示意图。结合图6所示，当需要将拼装机沿导向座的轴线方向移动的 时候，通过提升机构的提升油缸驱动提升柱320沿所述导向座310的轴线 方向移动，实现拼装机沿导向座的轴线方向移动。
图7是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机沿垂直于导向座的轴线 方向移动的示意图。结合图7所示，当需要将拼装机沿垂直于导向座的轴 线方向移动时，通过横向平移机构的横向平移油缸驱动机架410沿所述横 向导轨移动，实现拼装机沿垂直于导向座的轴线方向移动。
图8是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机的提升机构的极限位置 示意图。结合图8所示，隧道管片拼装时，在隧道开挖面的四角位置，拼 装机2的提升机构的提升柱320无法再向前提升，导致管片拼装无法到位。 此时，就需要通过所述微调机构对管片的空间姿态进行微调，以实现管片 以球铰油缸为中心沿导向座的轴线方向移动微调、绕导向座的轴线方向旋 转微调、绕垂直于导向座的轴线方向旋转微调、以及绕盾构轴线方向旋转 微调，以满足工况要求。
以下以管片沿导向座的轴线方向移动微调，以及管片绕盾构轴线方向 旋转微调两个实施例为例，对管片的空间姿态的微调方式进行说明。
图9是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机上的管片沿导向座的轴 线方向移动微调的示意图。结合图9所示，当需要将拼装机上的管片沿导 向座的轴线方向移动微调时，通过微调机构的调偏油缸的伸缩调节进一步 向前提升，实现管片90沿导向座的轴线方向移动微调。
图10是本发明矩形盾构管片拼装系统的拼装机上的管片绕盾构轴线 方向旋转微调的示意图。结合图10所示，当需要将拼装机上的管片绕盾 构轴线方向旋转微调时，通过微调机构的调偏油缸的伸缩调节来调整管片 90的位置，实现管片90绕盾构轴线方向旋转微调。同样的，通过微调机 构的调偏油缸的伸缩调节同样可以实现管片以球铰油缸为中心沿导向座 的轴线方向移动微调、绕导向座的轴线方向旋转微调、以及绕垂直于导向 座的轴线方向旋转微调，以满足工况要求。
综上，本发明的矩形盾构管片拼装系统的拼装机，通过轴向平移机构 实现拼装机沿盾构轴线方向移动，通过回转机构实现拼装机绕盾构轴线方 向旋转，通过提升机构实现拼装机沿导向座的轴线方向移动，通过横向平 移机构实现拼装机沿垂直于导向座的轴线方向移动，通过微调机构实现管 片以球铰油缸为中心沿导向座的轴线方向移动微调、绕导向座的轴线方向 旋转微调、绕垂直于导向座的轴线方向旋转微调、以及绕盾构轴线方向旋 转微调，通过微调机构的作用可以对管片的空间姿态进行微调，以满足工 况要求，实现可沿八个自由度进行调节的盾构管片拼装机。
图11是本发明矩形盾构管片拼装系统的工作示意图。结合图11所示， 本发明的矩形盾构管片拼装系统，每台拼装机2完成各自拼装空间1内的 管片拼装任务，通过两台拼装机2的配合，共同拼装完成矩形隧道的整环 矩形管片，最后再由任一所述拼装机2拼装完成中隔墙3，进而完成整个 矩形隧道的管片拼装。特别地，两台拼装机工作时可以利用各自的轴向平 移机构实行错位拼装，以充分利用两台拼装机之间的空间，解决两台拼装 机同时作业容易干涉、控制复杂的难题。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上 的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。