CN114000893A - 一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂及拼装台车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂及拼装台车，所述拼装台车包括机械臂和台车底盘，所述机械臂包括抓手总成、设置在台车底盘上的回转支承以及两端分别与二者铰接的臂架总成，臂架总成包括伸缩臂架和回转臂架，抓手总成包括依次连接的回转机构、第一平移机构、第二平移机构和装夹机构，两个平移机构的移动方向相互垂直，装夹机构包括抓杆、夹爪和夹紧油缸，抓杆设置在第二平移机构上且用于与预装在预制结构块上的工装连接，夹爪可活动设置在抓杆上且其上设有抵紧件；通过夹紧油缸带动夹爪向预制结构块靠近，使抵紧件与预制结构块表面紧贴。本申请结构具有多个角度的安装自由度，满足大吨位预制件的定位要求，作业更安全高效。

Description

一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂及拼装台车

技术领域

本发明涉及隧道支护施工技术领域，具体地，涉及一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂及拼装台车。

背景技术

在隧道施工过程中，需要在侧面及顶部设置支护结构，防止出现塌方、岩石掉落等安全事故。传统支护结构采用的是喷射混凝土制作工艺，但近年来，采用预制结构块组装以代替混凝土成为永久支护的工艺正快速发展并得到广泛应用。

目前，国内没有专门的配套设备来实施该新工艺，通常采用吊车吊装完成对预制结构块的定位和组装。但受隧道内空间限制，吊臂使用时的灵活性较差，安装过程要耗费大量人工进行辅助，而且由于单个预制结构块的重量与体积都较大，吊装作业较为危险性，因此为了减少磕碰和晃动，安装速度缓慢，影响作业效率。此外，吊装台车通常需要借助轨道完成行走，移动灵活性差，而且基于实际施工条件，隧道内的地面不能保证平整度，难以满足较高的铺轨要求，导致吊车出现高低不平的情况，进而影响对预制结构块的吊装作业。

综上所述，现有工艺存在工作强度大、作业范围有限、灵活性较差、预制结构块拼装难度大、操作危险等缺陷，而且无法对位于隧道拱顶处的预制结构块进行安装。因此，亟需设计一种新的用于隧道内大吨位预制结构块拼装的设备，以适应现有隧支护施工需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂及拼装台车，在隧道内进行预制结构块拼装形成支护的施工过程中具有移动灵活、吊装方便稳固、拼装精度高的优点。本申请的技术方案如下：

一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂，包括回转支承、臂架总成和抓手总成，所述臂架总成的一端与回转支承铰接，而另一端与抓手总成的连接座铰接；

所述抓手总成还包括回转机构、第一平移机构、第二平移机构和装夹机构，所述回转机构设置在连接座上，所述第一平移机构与回转机构的动力输出部分连接，所述第二平移机构与第一平移机构的动力输出部分连接，且两个平移机构的移动方向相互垂直设置；

所述装夹机构包括抓杆、夹爪和夹紧油缸，所述抓杆的一端与第二平移机构联动设置，而另一端用于与预装在预制结构块上的工装连接，所述夹爪活动式设置在抓杆上且包括对称设置在抓杆两侧的抵紧件，所述夹紧油缸用于为夹爪提供动力；通过夹紧油缸带动夹爪向预制结构块靠近，使抵紧件与预制结构块表面紧贴。

在一些具体的实施例中，所述回转机构包括抓手回转减速器，所述第一平移机构包括第一平移油缸、第一连接架和中间连接架，所述第二平移机构包括第二平移油缸、第二连接架和支撑座，所述第一连接架固定设置在抓手回转减速器上，所述第二连接架固定设置在支撑座上，所述中间连接架设置在第一连接架和第二连接架之间且与二者均可滑动连接，所述第一平移油缸固定设置在第一连接架上且动力输出端与中间连接架连接，所述第二平移油缸固定设置在第二连接架上且动力输出端与中间连接架连接，所述装夹机构固定设置在支撑座上。

在一些具体的实施例中，所述臂架总成包括一级臂架和二级臂架，所述一级臂架的一端与回转支承铰接，且在铰接处设置用于控制臂架总成俯仰动作的臂架俯仰油缸一，所述一级臂架的另一端与二级臂架的一端铰接，且在铰接处设置用于控制二级臂架俯仰动作的臂架俯仰油缸二，所述二级臂架的另一端与抓手总成的连接座铰接，且在铰接处设置用于控制抓手总成俯仰动作的抓手俯仰油缸。

在一些具体的实施例中，所述一级臂架沿长度方向分为至少两节，所述一级臂架还设有伸缩油缸，用于带动各节臂架伸出或缩回，以形成伸缩臂架。

在一些具体的实施例中，在所述二级臂架与一级臂架的连接处设有臂架回转减速器，以形成回转臂架。

一种用于地面抓取大吨位预制结构块的拼装台车，包括台车主体和上述机械臂，所述回转支承设置在台车主体上，所述台车主体包括台车底盘以及设置在台车底盘上的行走系统、电控柜、发动机系统和电机泵组，所述行走系统为轮式结构，所述电控柜用于满足台车的用电控制需求，所述发动机系统用于为台车行走及应急提供动力，所述电机泵组用于为臂架总成的工作提供液压驱动力。

在一些具体的实施例中，还包括用于为台车工作提供稳定支撑的承压支腿，所述承压支腿的数量为多个且对称设置在台车底盘的两侧，所述承压支腿内部设有液压油缸用于实现承压支腿在竖直方向上的伸缩。

在一些具体的实施例中，所述承压支腿与台车底盘间活动连接，用于实现承压支腿在水平方向上的横向和/或纵向的伸缩。

在一些具体的实施例中，所述回转支承设置在台车底盘的一端，而另一端设置配重块。

在一些具体的实施例中，在所述配重块上设置臂架支座，用于安放非工作状态下的臂架总成。

本申请提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、本申请中的臂架总成可实现多级回转、多级伸缩和多级俯仰功能，灵活性较强，具备更大的安装范围及安装自由度，抓手总成可实现轴向及周向上的微调，进一步调整预制件的姿态，满足预制件拼装时的高精度定位要求，在保证安装质量和作业效率的同时，大大降低人工作业的强度及危险性。

2、本申请中抓手总成的装夹机构采用抓杆与预制件构块工装固连+夹爪与预制件构块表面抵紧的作业方式，实现了对预制件构块的紧固装夹，且通过增加受力面和支撑点提升预制件构块在装夹过程中的稳定性，延长设备使用寿命，减少安全隐患；夹爪相对抓杆可活动式设置，操作方便灵活。

3、本申请中的拼装台车整机采用工程机械底盘，能够进行双向行驶，灵活性更好，工作部分全部采用液压驱动，稳定性与可操作性更好，台车底盘上还配合设置承压支腿、配重块和臂架支座，提高了台车整体的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种用于装配大吨位预制结构块的拼装台车的立体结构图(外部罩壳未示出)；

图2是图1中机械臂的立体结构图；

图3是图2中抓手总成的立体结构图；

图4是图3中抓手总成基于正面视角的立体结构图(连接座未示出)；

图5是图3中抓手总成基于侧面视角的立体结构图(连接座未示出)；

图中：1、连接座，2、抓手回转减速器，3、第一平移油缸，4、第一连接架，5、中间连接架，6、第二平移油缸，7、第二连接架，8、支撑座，9、抓杆，10、夹爪，10.1、抵紧件，11夹紧油缸，12、回转支承，13、一级臂架，14、二级臂架，15、臂架俯仰油缸一，16、臂架俯仰油缸二，17、抓手俯仰油缸，18臂架回转减速器，19、台车底盘，20、行走系统，21、电控柜，22、发动机系统，23、承压支腿，24、配重块，25、臂架支座。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将结合说明书附图和较佳的实施例对本申请中的技术方案作更全面、细致地描述，但本申请的保护范围并不限于以下具体的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，均属于本申请保护的范围。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为与另一元件存在“固定、固接、连接或连通”关系时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本申请的保护范围。

实施例

参见图1-图5，一种用于装配大吨位预制结构块的拼装台车，包括台车主体和机械臂。

所述台车主体包括台车底盘19以及设置在台车底盘19上的的行走系统20、电控柜21、发动机系统22、电机泵组和承压支腿23。所述台车底盘19为工程机械底盘；所述行走系统20为轮式结构，能够方便台车快速双向移动；所述电控柜21安装在台车底盘19的左侧中下方，用于满足设备的用电控制需要；所述发动机系统22安装在台车底盘19的中部，用于为设备行走、应急提供动力；所述电机泵组安装在台车底盘19的右侧中下方，用于为机械臂的工作提供液压驱动力；所述承压支腿23用于为台车工作提供稳定支撑。

在本实施例中，所述承压支腿23的数量为四个且分为两组，对称设置在台车底盘19的前后两端，所述承压支腿23内部均设有液压油缸用于实现承压支腿在竖直方向上的伸缩，所述承压支腿23与台车底盘19间活动连接，可实现承压支腿在水平方向上沿横向(纵向)向台车底盘19靠近或远离，为台车工作提供足够大面积的稳定支撑。

所述机械臂包括回转支承12、臂架总成和抓手总成。所述回转支承12设置在台车底盘19的前端，通过液压驱动回转支承12控制臂架总成水平方向的旋转，所述臂架总成的两端分别与回转支承12和抓手总成连接。

所述臂架总成包括一级臂架13和二级臂架14。所述一级臂架13的一端与回转支承12铰接，且在铰接处设置用于控制臂架总成俯仰动作的臂架俯仰油缸一15，所述一级臂架13的另一端与二级臂架14的一端铰接，且在铰接处设置用于控制二级臂架俯仰动作的臂架俯仰油缸二16，所述二级臂架14的另一端与抓手总成铰接，且在铰接处设置用于控制抓手总成俯仰动作的抓手俯仰油缸17。所述臂架总成可实现三级俯仰。

所述一级臂架13沿长度方向分为三节，由下至上依次为一臂、二臂和三臂，所述一级臂架13设有伸缩油缸，用于带动各节臂架伸出或缩回。其中，所述臂架俯仰油缸一15连接一臂和回转支承12的回转底座，通过液压驱动臂架俯仰油缸一15实现整个臂架总成的大幅度俯仰操作；所述二臂安装在一臂中，在一臂和二臂的外部设有一个连接二者的第一伸缩油缸，通过液压驱动第一伸缩油缸实现二臂相对于一臂伸缩；所述三臂安装在二臂中，在二臂和三臂的内部设有一个连接二者的第二伸缩油缸，通过液压驱动第二伸缩油缸实现三臂相对于二臂伸缩。所述一级臂架13可实现二级伸缩，以满足不同高度的安装要求。其在功能上等同于伸缩臂架。

在所述二级臂架14与一级臂架13的连接处设有臂架回转减速器18，所述二级臂架14安装在臂架回转减速器18上，臂架回转减速器18上安装在回转减速器底座上，该回转减速器底座与三臂铰接，臂架俯仰油缸二16连接三臂和回转减速器底座，通过液压驱动臂架俯仰油缸二16实现二级臂架14的俯仰，通过液压驱动臂架回转减速器18实现二级臂架14的转动。所述臂架总成可实现二级旋转，所述二级臂架14在功能上等同于回转臂架。

所述抓手总成包括连接座1，所述连接座1与二级臂架14铰接，所述抓手俯仰油缸17连接二级臂架14和连接座1，通过液压驱动抓手俯仰油缸17实现连接座1在竖直方向小幅度俯仰动作。

所述抓手总成还包括回转机构、第一平移机构、第二平移机构和装夹机构。所述第一平移机构与回转机构的动力输出部分连接，所述第二平移机构与第一平移机构的动力输出部分连接，且两个平移机构的移动方向相互垂直设置。

具体地，所述回转机构包括抓手回转减速器2，所述第一平移机构包括第一平移油缸3、第一连接架4和中间连接架5，所述第二平移机构包括第二平移油缸6、第二连接架7和支撑座8，所述装夹机构包括抓杆9、夹爪10和夹紧油缸11。

所述抓手回转减速器2设置在连接座1上，所述第一连接架4固定设置在抓手回转减速器2上，所述第二连接架7固定设置在支撑座8上，所述中间连接架5设置在第一连接架4和第二连接架7之间且与二者均可滑动连接，所述第一平移油缸3固定设置在第一连接架4上且动力输出端与中间连接架5连接，所述第二平移油缸6固定设置在第二连接架7上且动力输出端与中间连接架5连接，所述抓杆9的一端与支撑座8固连，而另一端用于与预装在预制结构块上的工装连接(如螺纹链接、卡扣连接等)，所述夹爪10活动式套设在抓杆9上且包括对称设置在抓杆两侧的抵紧件10.1，所述夹紧油缸11固定设置在支撑座8上且用于为夹爪10提供动力。通过液压驱动抓手回转减速器2实现抓手在周向上转动，通过液压驱动第一平移油缸3和第二平移油缸6实现抓手在轴向(即正交方向)上移动，通过夹紧油缸带动夹爪向预制结构块靠近，使抵紧件与预制结构块表面紧贴。

所述抓手总成可将放置在地面上的预制结构块抓取并翻转至顶部安装，其中，抓杆9起到固定连接的作用，抵紧件10.1则起到支撑作用，既分散了整个抓手受到的压力，延长了设备使用寿命，又作为支撑点保持预制结构块的姿态稳定，加强作业安全，所述抵紧件10.1的具体数量及排布方式可根据实际情况确定。

为了确保台车工作时的稳定性，本实施例还在台车底盘19的尾部安装配重块24，采用螺栓进行固定，保证设备工作的稳定性。在所述配重块24上设置臂架支座25，当机械臂作业结束后，将臂架总成缩回并回转移动至臂架支座25上方，然后下降直至与臂架支座25接触，可方便台车行车并保证行车的稳定性。

在本实施例中，拼装台车外部还设有罩壳，用于保护安装在台车底盘19上的各个部件，并起到美观效果。

本实施例提供的拼装台车能够满足5吨及以下预制结构块的拼装作业。

上述拼装台车的作业过程如下：

利用发动机系统22将台车开到隧道内指定位置，电缆外接电源，操纵电控柜21启动电机泵组，放下承压支腿23，控制回转支承12将机械臂旋转到合适位置，首先通过臂架俯仰油缸一15、臂架俯仰油缸二16、抓手俯仰油缸17、第一伸缩油缸、第二伸缩油缸、臂架回转减速器18配合，使抓手总成移动至与地面上的预制结构块相对，然后通过抓手回转减速器2、第一平移油缸3和第二平移油缸6对抓手总成的位置进行微调，接着将抓杆9与预制结构块上预装好的工装固定连接好，最后通过夹紧油缸11带动夹爪10向预制结构块靠近，直至夹爪10上的10.1抵紧件与预制结构块表面紧贴，此时实现了抓手总成对预制结构块的夹紧。

根据待安装位置，首先通过臂架俯仰油缸一15、臂架俯仰油缸二16、抓手俯仰油缸17、第一伸缩油缸、第二伸缩油缸、臂架回转减速器18配合，将预制结构块移动至大致区域，然后通过抓手回转减速器2、第一平移油缸3和第二平移油缸6将预制结构块微调至合适位姿，最后由安装人员用螺栓进行连接固定。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。在本申请的精神和原则之内，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂，其特征在于，包括回转支承(12)、臂架总成和抓手总成，所述臂架总成的一端与回转支承(12)铰接，而另一端与抓手总成的连接座(1)铰接；

所述抓手总成还包括回转机构、第一平移机构、第二平移机构和装夹机构，所述回转机构设置在连接座(1)上，所述第一平移机构与回转机构的动力输出部分连接，所述第二平移机构与第一平移机构的动力输出部分连接，且两个平移机构的移动方向相互垂直设置；

所述装夹机构包括抓杆(9)、夹爪(10)和夹紧油缸(11)，所述抓杆(9)的一端与第二平移机构联动设置，而另一端用于与预装在预制结构块上的工装连接，所述夹爪(10)活动式设置在抓杆上且包括对称设置在抓杆两侧的抵紧件(10.1)，所述夹紧油缸(11)用于为夹爪提供动力；通过夹紧油缸带动夹爪向预制结构块靠近，使抵紧件与预制结构块表面紧贴。

2.根据权利要求1所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂，其特征在于，所述回转机构包括抓手回转减速器(2)，所述第一平移机构包括第一平移油缸(3)、第一连接架(4)和中间连接架(5)，所述第二平移机构包括第二平移油缸(6)、第二连接架(7)和支撑座(8)，所述第一连接架(4)固定设置在抓手回转减速器(2)上，所述第二连接架(7)固定设置在支撑座(8)上，所述中间连接架(5)设置在第一连接架(4)和第二连接架(7)之间且与二者均可滑动连接，所述第一平移油缸(3)固定设置在第一连接架(4)上且动力输出端与中间连接架(5)连接，所述第二平移油缸(6)固定设置在第二连接架(7)上且动力输出端与中间连接架(5)连接，所述装夹机构固定设置在支撑座(8)上。

3.根据权利要求2所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂，其特征在于，所述臂架总成包括一级臂架(13)和二级臂架(14)，所述一级臂架(13)的一端与回转支承(12)铰接，且在铰接处设置用于控制臂架总成俯仰动作的臂架俯仰油缸一(15)，所述一级臂架(13)的另一端与二级臂架(14)的一端铰接，且在铰接处设置用于控制二级臂架俯仰动作的臂架俯仰油缸二(16)，所述二级臂架(14)的另一端与抓手总成的连接座(1)铰接，且在铰接处设置用于控制抓手总成俯仰动作的抓手俯仰油缸(17)。

4.根据权利要求3所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂，其特征在于，所述一级臂架(13)沿长度方向分为至少两节，所述一级臂架(13)还设有伸缩油缸，用于带动各节臂架伸出或缩回，以形成伸缩臂架。

5.根据权利要求3所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的机械臂，其特征在于，在所述二级臂架(14)与一级臂架(13)的连接处设有臂架回转减速器(18)，以形成回转臂架。

6.一种用于地面抓取大吨位预制结构块的拼装台车，其特征在于，包括台车主体以及如权利要求1～5中任意一项所述的机械臂，所述回转支承(12)设置在台车主体上，所述台车主体包括台车底盘(19)以及设置在台车底盘(19)上的行走系统(20)、电控柜(21)、发动机系统(22)和电机泵组，所述行走系统(20)为轮式结构，所述电控柜(21)用于满足台车的用电控制需求，所述发动机系统(22)用于为台车行走及应急提供动力，所述电机泵组用于为臂架总成的工作提供液压驱动力。

7.根据权利要求6所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的拼装台车，其特征在于，还包括用于为台车工作提供稳定支撑的承压支腿(23)，所述承压支腿(23)的数量为多个且对称设置在台车底盘(19)的两侧，所述承压支腿(23)内部设有液压油缸用于实现承压支腿在竖直方向上的伸缩。

8.根据权利要求7所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的拼装台车，其特征在于，所述承压支腿(23)与台车底盘(19)间活动连接，用于实现承压支腿在水平方向上的横向和/或纵向的伸缩。

9.根据权利要求6所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的拼装台车，其特征在于，所述回转支承(12)设置在台车底盘(19)的一端，而另一端设置配重块(24)。

10.根据权利要求9所述的用于地面抓取大吨位预制结构块的拼装台车，其特征在于，在所述配重块(24)上设置臂架支座(25)，用于安放非工作状态下的臂架总成。

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