一種電動數控管片拼裝的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電動數控管片拼裝機，其能夠實現管片拼裝機的高精度協調運動，提高環(huán)境適應性，其包括回轉裝置、平移裝置、提升裝置和管片微調裝置，平移裝置的二個平移橫梁水平且對稱固定于盾構內，回轉裝置的移動盤體套裝在平移橫梁上，二個平移滾珠絲杠電動缸分別固定在二個平移橫梁內側，且軸向端部均與移動盤體固連；提升裝置的二個提升滾珠絲杠電動缸分別固定在回轉裝置的旋轉盤體兩側，且其軸向端部均與提升橫梁固定連接；微調機構的固定平臺固定在提升橫梁下方，轉動平臺與固定平臺之間通過銷柱連接，銷柱與轉動平臺通過球關節(jié)軸承連接，四個微調滾珠絲杠電動缸均固定于固定平臺和轉動平臺之間。
【專利說明】一種電動數控管片拼裝機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及隧道盾構施工設備，尤其涉及一種電動數控管片拼裝機。
【背景技術】
[0002]全斷面隧道掘進機是集機、電、液、光、計算機技術為一體的大型地下工程施工裝備，是大規(guī)模開發(fā)和利用地下空間的先決條件。管片拼裝機是盾構掘進機的重要組成部件之一，是在開挖的隧道上安裝預制好的管片作為永久性支護，管片拼裝的質量和速度直接影響了整個隧道施工的質量和速度。
[0003]通過對現有相關技術文獻檢索發(fā)現，專利申請?zhí)枮?200610025189.5的中國專利《具有六個自由度的盾構管片拼裝機》，公開了一種六自由度隧道管片拼裝機，包括有旋轉盤體、驅動裝置、二懸臂梁、二平移油缸、二提升油缸、提升橫梁、轉動平臺、中心球關節(jié)軸承、管片傾斜油缸、管片轉動油缸等裝置，該機構具有六個自由度，從而使抓取管片的管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態(tài)能充分的滿足拼裝管片的需要，該發(fā)明改進提高了設備整體結構的剛度和機構運動的平穩(wěn)性，能用于盾構掘進機中進行長時間、高負載的管片拼裝作業(yè)。然而，此發(fā)明采用液壓驅動方式，由液體媒介傳遞動力，工作時產生的背壓力消耗部分功率，使工作效率降低。當使用多個獨立的液壓缸時，很難使各個液壓缸控制回路的頻率特性保持一致，即很難達到高精度的協調運動。而且，液壓驅動需要液壓泵、油道管路、冷卻系統、電液伺服閥等輔助設施，成本較高，布局復雜。此外，系統控制性能受環(huán)境溫度、易污染的液壓閥和流體介質等因素影響，需隨使用環(huán)境條件變化做相應的調整，技術難度較大，設計維護復雜。另外，還存在較大的振動及噪聲、漏油等不足，施工環(huán)境惡劣。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型目的在于針對上述問題，提供一種電動數控驅動管片拼裝機，實現管片拼裝機的高精度協調運動，降低成本，提高工作效率和環(huán)境適應性。
[0005]本實用新型是通過以下技術方案實現的，結合附圖:
[0006]提供一種電動數控驅動管片拼裝機，其包括回轉裝置1、平移裝置I1、提升裝置III和微調裝置IV，回轉裝置I包括二個變頻調速電機11、移動盤體12、回轉支承13、旋轉盤體14、二個小齒輪15，移動盤體12與旋轉盤體14通過回轉支承13連接，二個小齒輪15分別與回轉支承13內齒圈嚙合；
[0007]平移裝置II包括二個平移滾珠絲杠電動缸21及二個平移橫梁22，二個平移橫梁22水平且對稱固定于盾構內，所述移動盤體12通過其上的平移橫梁安裝孔套裝在平移橫梁22上，二個平移滾珠絲杠電動缸21分別固定在二個平移橫梁22內側，且二個平移滾珠絲杠電動缸21的軸向端部均與移動盤體12固連；
[0008]提升裝置III包括二個提升滾珠絲杠電動缸31和一個提升橫梁32，二個提升滾珠絲杠電動缸31分別固定在旋轉盤體14兩側，且二個提升滾珠絲杠電動缸31的軸向端部均與提升橫梁32固定連接；[0009]微調裝置IV包括固定平臺41、轉動平臺42、四個結構相同的微調滾珠絲杠電動缸43、銷柱44和球關節(jié)軸承45，固定平臺41固定在提升橫梁32下方，轉動平臺42與固定平臺41之間通過銷柱44連接，銷柱44與轉動平臺42通過球關節(jié)軸承45連接，四個微調滾珠絲杠電動缸43均固定于固定平臺41和轉動平臺42之間，且四個微調滾珠絲杠電動缸與轉動平臺42均采用球關節(jié)軸承連接，其中三個微調滾珠絲杠電動缸43豎直放置且呈三角形分布，另一個微調滾珠絲杠電動缸43水平放置。
[0010]作為本實用新型提供的一種電動數控驅動管片拼裝機的改進方案，平移裝置II還包括二個滾輪裝置23，滾輪裝置23安裝在移動盤體12的平移橫梁安裝孔與平移橫梁22的接觸上下表面處。
[0011]作為本實用新型提供的一種電動數控驅動管片拼裝機的改進方案，平移滾珠絲杠電動缸21米用二級電動缸,包括一號缸體210、一號伺服電機211、一號聯軸器212、外導向筒213、一號絲杠214、空心絲杠215、空心絲杠螺母216、內導向筒217和一號絲杠螺母2112 ;其中，一號缸體210固定在平移橫梁22內側,一號伺服電機211固定在一號缸體210底部，通過一號聯軸器212連接一號絲杠214，外導向筒213與一號絲杠螺母2112焊接并套在一號絲杠214外，一號絲杠214通過空心絲杠215內部并與空心絲杠215花鍵連接，內導向筒217與空心絲杠螺母216焊接并套在空心絲杠215外，內導向筒217部分位于外導向筒213內部且其軸端部穿過外導向筒213和一號缸體210與移動盤體12固連。
[0012]作為本實用新型提供的一種電動數控驅動管片拼裝機的改進方案，平移滾珠絲杠電動缸21還包括一號滾珠219、軸承2110和軸承座2111，外導向筒213與一號絲杠214之間裝有一號滾珠219，軸承座2111位于外導向筒213內且與一號絲杠螺母2112焊接，軸承座2111用于固定空心絲杠215，空心絲杠螺母216和空心絲杠215之間裝有一號滾珠219。
[0013]作為本實用新型提供的一種電動數控驅動管片拼裝機的改進方案，提升滾珠絲杠電動缸31包括二號缸體311、二號伺服電機312、二號聯軸器313、二號絲杠314、二號絲杠螺母315和套筒316 ;其中，二號缸體311對稱固定在所述旋轉盤體14兩側,二號伺服電機312固定在二號缸體311底部,二號伺服電機312通過二號聯軸器313與二號絲杠314連接，二號絲杠螺母315與套筒316固連，二號絲杠螺母315和二號絲杠314之間裝有二號滾珠317，套筒316軸端穿過二號缸體311且與提升橫梁32固定連接。
[0014]與現有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于，采用電動數控驅動管片拼裝機，用平移滾珠絲杠電動缸取代平移液壓缸，用提升滾珠絲杠電動缸取代提升液壓缸，用變頻調速電機取代液壓馬達，用三個微調滾珠絲杠電動缸取代傾斜液壓缸和轉動液壓缸。相比液壓驅動，電動數控驅動克服了協調控制難、精度低、設計維護復雜、成本高以及環(huán)境適應性不強等不足，提高了管片拼裝機的控制性能、定位精度、傳動效率和環(huán)境適應性，承載能力更高，壽命更長，調試維護簡單方便。
[0015]此外，本實用新型采用伺服驅動器直接控制電動缸，系統使用交流電源，簡化了液壓系統中復雜的液壓泵、管路、冷卻系統以及其他附屬設施，使結構更加緊湊，電能成本較低，且易獲得，綠色環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的電動數控管片拼裝機的整體示意圖；[0017]圖2為電動數控管片拼裝機回轉裝置示意圖；
[0018]圖3為電動數控管片拼裝機微調裝置示意圖；
[0019]圖4為電動數控管片拼裝機平移裝置平移滾珠絲杠電動缸示意圖；
[0020]圖5為電動數控管片拼裝機提升裝置提升滾珠絲杠電動缸示意圖。
[0021]圖中:
[0022]1.回轉裝置，I1.平移裝置，II1.提升裝置，IV.微調裝置；
[0023]11.變頻調速電機，12.移動盤體，13.回轉支承，14.旋轉盤體，15.小齒輪；
[0024]21.平移滾珠絲杠電動缸，22.平移橫梁，23.滾輪裝置；
[0025]31.提升滾珠絲杠電動缸，32.提升橫梁；
[0026]41.固定平臺，42.轉動平臺，43.微調滾珠絲杠電動缸，44.銷柱，45.球關節(jié)軸承；
[0027]210.一號缸體,211.—號伺服電機，212.—號聯軸器，213.外導向筒,214.—號絲杠，215.空心絲杠，216.空心絲杠螺母，217.內導向筒，218.花鍵，219.—號滾珠，2110.軸承，2111.軸承座，2112.—號絲杠螺母；
[0028]311.二號缸體，312.二號伺服電機，313.二號聯軸器，314.二號絲杠，315.二號絲杠螺母，316.套筒，317.二號滾珠。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖，對本實用新型的電動數控管片拼裝機進行詳細描述:
[0030]參照圖1，本實用新型所提供的電動數控管片拼裝機包括回轉裝置1、平移裝置
I1、提升裝置III和管片微調裝置IV。將沿盾構軸線方向設為X軸，盾構徑向水平方向設為Y軸，盾構徑向垂直方向設為Z軸。
[0031]參照圖2，回轉裝置I包括二個變頻調速電機11、移動盤體12、回轉支承13、旋轉盤體14、二個小齒輪15。移動盤體12與旋轉盤體14通過回轉支承13連接，移動盤體12通過均布的螺釘與回轉支承13的外圈固接，回轉支承13的內齒圈通過均布的螺釘與旋轉盤體14固接。二個變頻調速電機11分別固設于移動盤體12上方左右兩側，二個小齒輪15分別通過花鍵連接到電機的輸出軸上，與輸出軸固定，輸出軸的轉動同步帶動小齒輪的轉動，二個小齒輪15分別與回轉支承13內齒圈嚙合。電機工作時，帶動小齒輪15轉動，即可帶動與之嚙合的內齒圈轉動，從而帶動旋轉盤體14繞X軸轉動，即實現管片繞X軸轉動。
[0032]參照圖1、圖4，平移裝置II包括二個平移滾珠絲杠電動缸21、二個平移橫梁22和二個滾輪裝置23。二個平移橫梁22水平且對稱固定于盾構內，與盾構軸線平行，移動盤體12上加工有平移橫梁安裝孔，將移動盤體12套裝在平移橫梁22上，并在接觸上下表面處安裝滾輪裝置23。二個平移滾珠絲杠電動缸21的一號缸體210分別固定在二個平移橫梁22內側，其內導向筒217軸端通過螺釘與移動盤體12固連，二個平移滾珠絲杠電動缸21的同步伸縮，即可帶動移動盤體12在平移橫梁22上沿X軸方向移動，即實現管片沿X軸方向移動。
[0033]參照圖1、圖3、圖5，提升裝置III包括二個提升滾珠絲杠電動缸31和一個提升橫梁32。二個提升滾珠絲杠電動缸31的二號缸體311對稱固定在旋轉盤體14兩側，其套筒316軸端與提升橫梁32固定連接，二個提升滾珠絲杠電動缸31同步伸縮，帶動提升橫梁32的上下移動，從而帶動下方的微調機構IV沿Z軸方向移動，即實現管片沿Z軸方向移動。
[0034]參照圖3，微調裝置IV包括固定平臺41、轉動平臺42、四個結構和規(guī)格均相同的微調滾珠絲杠電動缸43、銷柱44和球關節(jié)軸承45。管片抓取裝置即為轉動平臺42。固定平臺41焊接在提升橫梁32下方，轉動平臺42與固定平臺41之間通過銷柱44連接，銷柱44與轉動平臺42通過球關節(jié)軸承45聯接，從而限制轉動平臺42的三個移動自由度。四個微調滾珠絲杠電動缸43分布固定于固定平臺41和轉動平臺42之間，其中三個呈三角形分布的微調滾珠絲杠電動缸43近似豎直放置，另一個微調滾珠絲杠電動缸43近似水平放置，其與固定平臺的連接端與其他三個微調滾珠絲杠電動缸43呈四邊形分布，四個微調滾珠絲杠電動缸的缸體均與固定平臺41連接，套筒軸端均與轉動平臺42連接，連接處均采用球關節(jié)軸承連接，其中三個微調滾珠絲杠電動缸協調作用控制轉動平臺42進行繞X軸方向的橫搖、繞Y軸方向的俯仰以及繞Z軸方向的偏轉運動，即實現管片繞X、Y、Z三個旋轉自由度，另一個微調滾珠絲杠電動缸起輔助支撐作用。
[0035]參考圖4，為滿足行程較大的平移運動，平移滾珠絲杠電動缸21采用二級電動缸，包括一號缸體210、一號伺服電機211、一號聯軸器212、外導向筒213、一號絲杠214、空心絲杠215、空心絲杠螺母216、內導向筒217、花鍵218、一號滾珠219、軸承2110、軸承座2111和一號絲杠螺母2112。其中，一號伺服電機211固定在一號缸體210底部,通過一號聯軸器212連接一號絲杠214，外導向筒213與一號絲杠螺母2112焊接并套在一號絲杠214外，外導向筒213與一號絲杠214中間裝有一號滾珠219 ;軸承座2111位于外導向筒213內且與一號絲杠螺母2112焊接，軸承座2111用于固定空心絲杠215，一號絲杠214通過空心絲杠215內并通過花鍵218與空心絲杠215連接，內導向筒217與空心絲杠螺母216焊接并套在空心絲杠215外，空心絲杠螺母216和空心絲杠215之間裝有一號滾珠219，內導向筒217部分位于外導向筒213內部且其軸端部穿過外導向筒213和一號缸體210。當一號伺服電機211工作時，通過一號聯軸器212帶動一號絲杠214轉動，使得一號絲杠螺母2112和外導向筒213作直線運動，同時一號絲杠214通過花鍵218帶動空心絲杠215轉動，使得空心絲杠螺母216和內導向筒217作直線運動。內導向筒217端部承受外界載荷，外導向筒213對內導向筒217起導向和徑向支撐的作用，在兩導向筒做直線運動時，推動載荷物體同步作軸向運動。
[0036]參考圖5,提升滾珠絲杠電動缸31包括二號缸體311、二號伺服電機312、二號聯軸器313、二號絲杠314、二號絲杠螺母315、套筒316和二號滾珠317。其中,二號伺服電機312固定在二號缸體311底部，通過二號聯軸器313連接二號絲杠314的一端，二號絲杠螺母315與套筒316固連，套在二號絲杠314外，二號絲杠螺母315和二號絲杠314之間裝有二號滾珠317。當二號伺服電機312工作時，通過二號聯軸器313帶動二號絲杠314轉動，從而轉化為二號絲杠螺母315的直線運動，從而使套筒316作直線運動。套筒316端部承受外界載荷，在套筒316做直線運動時，推動載荷物體同步作軸向運動。
[0037]所述四微調滾珠絲杠電動缸結構與所述提升滾珠絲杠電動缸類似，在此不再贅述。
[0038]上述實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種電動數控管片拼裝機，其包括回轉裝置(I)、平移裝置(II)、提升裝置(III)和微調裝置(IV)，回轉裝置(I)包括二個變頻調速電機(11)、移動盤體(12)、回轉支承(13)、旋轉盤體(14)、二個小齒輪(15)，移動盤體(12)與旋轉盤體(14)通過回轉支承(13)連接，二個小齒輪(15)分別與回轉支承(13)內齒圈嚙合，其特征在于，所述平移裝置(II)包括二個平移滾珠絲杠電動缸(21)及二個平移橫梁(22)，二個平移橫梁(22)水平且對稱固定于盾構內，所述移動盤體(12)通過其上的平移橫梁安裝孔套裝在平移橫梁(22)上，二個平移滾珠絲杠電動缸(21)分別固定在二個平移橫梁(22)內側，且二個平移滾珠絲杠電動缸(21)的軸向端部均與移動盤體(12)固連；所述提升裝置(III)包括二個提升滾珠絲杠電動缸(31)和一個提升橫梁(32)，二個提升滾珠絲杠電動缸(31)分別固定在旋轉盤體(14)兩側，且二個提升滾珠絲杠電動缸(31)的軸向端部均與提升橫梁(32)固定連接；所述微調裝置(IV)包括固定平臺(41)、轉動平臺(42)、四個結構相同的微調滾珠絲杠電動缸(43)、銷柱(44)和球關節(jié)軸承(45)，固定平臺(41)固定在提升橫梁(32)下方，轉動平臺(42)與固定平臺(41)之間通過銷柱(44)連接，銷柱(44)與轉動平臺(42)通過球關節(jié)軸承(45)連接，四個微調滾珠絲杠電動缸(43)均固定于固定平臺(41)和轉動平臺(42)之間，且四個微調滾珠絲杠電動缸與轉動平臺(42)均采用球關節(jié)軸承連接，其中三個呈三角形分布的微調滾珠絲杠電動缸(43)豎直放置，另一個微調滾珠絲杠電動缸(43)水平放置。
2.按照權利要求1所述的一種電動數控管片拼裝機，其特征在于，所述平移裝置(II)還包括二個滾輪裝置(23)，滾輪裝置(23)安裝在移動盤體(12)的平移橫梁安裝孔與平移橫梁(22)的接觸上下表面處。
3.按照權利要求1所述的一種電動數控管片拼裝機，其特征在于，所述平移滾珠絲杠電動缸(21)米用二級電動缸,包括一號缸體(210)、一號伺服電機(211)、一號聯軸器(212)、外導向筒(213)、一號絲杠(214)、空心絲杠(215)、空心絲杠螺母(216)、內導向筒(217)和一號絲杠螺母(2112);其中，一號缸體(210)固定在平移橫梁(22)內側，一號伺服電機(211)固定在一號缸體(210)底部,通過一號聯軸器(212)連接一號絲杠(214),外導向筒(213)與一號絲杠螺母(2112)焊接并套在一號絲杠(214)外，一號絲杠(214)通過空心絲杠(215)內部并與空心絲杠(215)花鍵連接，內導向筒(217)與空心絲杠螺母(216)焊接并套在空心絲杠(215)外，內導向筒(217)部分位于外導向筒(213)內部且其軸端部穿過外導向筒(213)和一號缸體(210)與移動盤體(12)固連。
4.按照權利要求3所述的一種電動數控管片拼裝機，其特征在于，所述平移滾珠絲杠電動缸(21)還包括一號滾珠(219)、軸承(2110)和軸承座(2111),外導向筒(213)與一號絲杠(214)之間裝有一號滾珠(219)，軸承座(2111)位于外導向筒(213)內且與一號絲杠螺母(2112)焊接，軸承座(2111)用于固定空心絲杠(215)，空心絲杠螺母(216)和空心絲杠(215)之間裝有一號滾珠(219)。
5.按照權利要求1所述的一種電動數控管片拼裝機，其特征在于，所述提升滾珠絲杠電動缸(31)包括二號缸體(311)、二號伺服電機(312)、二號聯軸器(313)、二號絲杠(314)、二號絲杠螺母(315)和套筒(316);其中，二號缸體(311)對稱固定在所述旋轉盤體(14)兩側，二號伺服電機(312)固定在二號缸體(311)底部，二號伺服電機(312)通過二號聯軸器(313)與二號絲杠(314)連接，二號絲杠螺母(315)與套筒(316)固連，二號絲杠螺母(315)和二號絲杠(314)之間裝有二號滾珠(317)，套筒(316)軸端穿過二號缸體(311)且與提升橫 梁(32)固定連接。
【文檔編號】E21D11/40GK203742626SQ201420090435
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2014年2月28日
【發(fā)明者】張碧, 冉翌正, 李婧錫, 王國強, 趙海峰, 何恩光, 蘇麗達 申請人:吉林大學