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一种盾构机单滚刀刀箱

阅读：481发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种盾构机单滚刀刀箱专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种盾构机单滚刀刀箱。该刀箱包括箱体、单滚刀夹持装置和固定在单滚刀夹持装置上的锁紧固定装置。箱体的左右两个侧壁上均设有第一锁紧结构，锁紧固定装置包括分别与两个第一锁紧结构可选择地锁紧的两个第二锁紧结构以及驱动第二锁紧结构和第一锁紧结构锁紧和解锁的驱动件，两个第一锁紧结构与两个第二锁紧结构在锁紧时至少限制单滚刀夹持装置相对于箱体的前后运动，在两个第一锁紧结构与两个第二锁紧结构解锁时单滚刀夹持装置至少能够相对于箱体向后运动。由此，仅需控制驱动件便可实现单滚刀夹持装置和箱体之间的锁紧和解锁，该刀箱结构更加简单，上锁和解锁动作简便，可适用于采用机械臂自动换刀技术，降低施工风险，提高施工效率。，下面是一种盾构机单滚刀刀箱专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，包括：
前后两端敞开的箱体(1)，所述箱体(1)的左右两个侧壁上均设有第一锁紧结构(11)；
用于固定滚刀(2)的单滚刀夹持装置(3)，所述单滚刀夹持装置(3)插设在所述箱体(1)中；
固定在所述单滚刀夹持装置(3)上的锁紧固定装置(4)，所述锁紧固定装置(4)包括分别与两个所述第一锁紧结构(11)可选择地锁紧的两个第二锁紧结构(41)、以及驱动两个所述第二锁紧结构(41)与两个所述第一锁紧结构(11)锁紧和解锁的驱动件(42)，其中，两个所述第一锁紧结构(11)与两个所述第二锁紧结构(41)在锁紧时至少限制所述单滚刀夹持装置(3)相对于所述箱体(1)的前后运动，在两个所述第一锁紧结构(11)与两个所述第二锁紧结构(41)解锁时所述单滚刀夹持装置(3)至少能够相对于所述箱体(1)向后运动；
所述锁紧固定装置(4)包括双向伸缩件(43)，两个所述第二锁紧结构(41)分别设置在所述双向伸缩件(43)的两个伸缩端，所述驱动件(42)与所述双向伸缩件(43)的两个所述伸缩端连接，以驱动两个所述伸缩端同时伸缩；
所述第一锁紧结构(11)和所述第二锁紧结构(41)在锁紧时插接；
所述驱动件(42)为双向丝杠，所述双向丝杠的两端分别与所述双向伸缩件(43)的两个伸缩端连接，以驱动两个所述伸缩端同时伸出和同时缩回；
所述双向伸缩件(43)包括与所述单滚刀夹持装置(3)固定的固定板(431)和两个可相对于所述固定板(431)滑动的滑动板(432)，其中，所述固定板(431)具有沿左右方向延伸的滑道(431a)，两个所述滑动板(432)分别从所述固定板(431)的左右两侧插入所述滑道(431a)中，所述两个滑动板(432)上设有向后突出的凸起(433)，所述凸起(433)上设有螺纹孔(438)；
所述双向丝杠的两端分别与左右两个所述凸起(433)上的螺纹孔(438)旋合。
2.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，
所述第一锁紧结构(11)为形成在所述箱体(1)的侧壁上的卡槽；
所述第二锁紧结构(41)为由所述滑动板(432)平行向外延伸的楔形卡件，所述楔形卡件沿远离所述滑动板(432)的方向逐渐变薄。
3.根据权利要求2所述的盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，
所述楔形卡件的形状为直角梯形，其斜面的倾斜角度小于自锁角。
4.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，
所述滑动板(432)的上表面设有第一限位结构(434)，所述固定板(431)的滑道(431a)的内壁上设有第二限位结构(435)，所述第一限位结构(434)和所述第二限位结构(435)配合限制所述滑动板(432)和所述固定板(431)垂直于所述滑动板(432)滑动方向的方向上的运动。
5.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，
在所述固定板(431)上设有两个间隔开的定位块(436)，所述双向丝杠的中部设有凸台(421)，所述凸台(421)与所述定位块(436)配合限制所述双向丝杠沿其轴向的运动。
6.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，
所述单滚刀夹持装置(3)为U形框，所述U形框的开口朝向所述箱体(1)的前端，在所述U形框的槽底设有抓取凹槽(31)。
7.根据权利要求1所述的盾构机单滚刀刀箱，其特征在于，
在所述箱体(1)的两个侧壁的上端和下端分别设有朝向所述箱体(1)内部突出的横向凸台(12)，位于下方的两个所述横向凸台(12)的顶面的前端形成朝向后方向下倾斜的第一斜面(121)，位于上方的两个所述横向凸台(12)的底面的前端形成朝向后方向上倾斜的第一斜面(121)；
所述单滚刀夹持装置(3)的前端的四个端角处形成第二斜面(32)，四个所述第二斜面(32)与四个所述横向凸台(12)上的第一斜面(121)形状配合地抵靠在一起。

说明书全文

一种盾构机单滚刀刀箱

技术领域

[0001] 本发明涉及一种盾构机单滚刀刀箱。

背景技术

[0002] 目前较为成熟的换刀技术有常压换刀、带压换刀和使用竖井换刀。

[0003] 常压换刀对地质条件要求较高，一般施工地段难以满足常压换刀条件。

[0004] 带压换刀技术难度大，对工作人员要求较高，而且操作人员只能在开挖舱内进行短时间的工作，环境恶略，效率低下。具体地，带压换刀技术需要专业的潜水运动员进行换刀作业，作业人员需要先进入人闸舱，然后逐步调整压力进入开挖舱工作，在开挖舱内进行检查与刀具更换。因工作环境恶略，施工效率低下，更换周期较长，而且更换费用高。并且施工现场风险高，一旦塌方便会引起严重的安全事故；使用竖井换刀对环境破坏大，在城市地铁建设中不宜使用。

[0005] 为了减少施工风险，保证工作人员的安全，便有专家学者提出机器人换刀技术。但是，对于盾构机而言，目前使用的滚刀刀箱中独立零部件过多，每拆卸一把滚刀，便有超过十个独立零部件需要先行拆下，对机械臂的功能提出了过高的要求。尤其是在用于泥水平衡式盾构机时，每个零部件必须带出，不允许脱落在开挖舱内，以免损坏开挖舱底部的破碎机。所以目前盾构机滚刀刀箱仅适合于人的双手协同作业，而不适应机器人换刀。

发明内容

[0006] (一)要解决的技术问题

[0007] 本发明的目的在于提供一种能够适合于采用机械臂自动换刀技术的盾构机单滚刀刀箱。

[0008] (二)技术方案

[0009] 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

[0010] 本发明提供一种盾构机单滚刀刀箱，包括：前后两端敞开的箱体，箱体的左右两个侧壁上均设有第一锁紧结构；用于固定滚刀的单滚刀夹持装置，单滚刀夹持装置插设在箱体中；固定在单滚刀夹持装置上的锁紧固定装置，锁紧固定装置包括分别与两个第一锁紧
结构可选择地锁紧的两个第二锁紧结构、以及驱动两个第二锁紧结构与两个第一锁紧结构
锁紧和解锁的驱动件，其中，两个第一锁紧结构与两个第二锁紧结构在锁紧时至少限制单
滚刀夹持装置相对于箱体的前后运动，在两个第一锁紧结构与两个第二锁紧结构解锁时单
滚刀夹持装置至少能够相对于箱体向后运动。

[0011] 根据本发明，锁紧固定装置包括双向伸缩件，两个第二锁紧结构分别设置在双向伸缩件的两个伸缩端，驱动件与双向伸缩件的两个伸缩端连接，以驱动两个伸缩端同时伸
缩；第一锁紧结构和第二锁紧结构在锁紧时插接。

[0012] 根据本发明，驱动件为双向丝杠，双向丝杠的两端分别与双向伸缩件的两个伸缩端连接，以驱动两个伸缩端同时伸出和同时缩回。

[0013] 根据本发明，双向伸缩件包括与单滚刀夹持装置固定的固定板和两个可相对于固定板滑动的滑动板，其中，固定板具有沿左右方向延伸的滑道，两个滑动板分别从固定板的左右两侧插入滑道中，两个滑动板上设有向后突出的凸起，凸起上设有螺纹孔；双向丝杠的两端分别与左右两个凸起上的螺纹孔旋合。

[0014] 根据本发明，第一锁紧结构为形成在箱体的侧壁上的卡槽；第二锁紧结构为由滑动板平行向外延伸的楔形卡件，楔形卡件沿远离滑动板的方向逐渐变薄。

[0015] 根据本发明，楔形卡件的形状为直角梯形，其斜面的倾斜角度小于自锁角。

[0016] 根据本发明，滑动板的上表面设有第一限位结构，固定板的滑道的内壁上设有第二限位结构，第一限位结构和第二限位结构配合限制滑动板和固定板垂直于滑动板滑动方
向的方向上的运动。

[0017] 根据本发明，在固定板上设有两个间隔开的定位块，双向丝杠的中部设有凸台，凸台与定位块配合限制双向丝杠沿其轴向的运动。

[0018] 根据本发明，单滚刀夹持装置为U形框，U形框的开口朝向箱体的前端，在U形框的槽底设有抓取凹槽。

[0019] 根据本发明，在箱体的两个侧壁的上端和下端分别设有朝向箱体内部突出的横向凸台，位于下方的两个横向凸台的顶面的前端形成朝向后方向下倾斜的第一斜面，位于上
方的两个横向凸台的底面的前端形成朝向后方向上倾斜的第一斜面；单滚刀夹持装置的前
端的四个端角处形成第二斜面，四个第二斜面与四个横向凸台上的第一斜面形状配合地抵
靠在一起。

[0020] (三)有益效果

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] 本发明提供的盾构机单滚刀刀箱，在驱动件驱动两个第一锁紧结构和两个第二锁紧结构锁紧后，插入到箱体中的单滚刀夹持装置是不能拔出箱体的。在驱动件驱动两个第
一锁紧结构与两个第二锁紧结构解锁时，插入到箱体中的单滚刀夹持装置可以拔出箱体。
由此，仅需控制驱动件便可实现单滚刀夹持装置和箱体之间的锁紧和解锁，该刀箱结构更
加简单，上锁和解锁动作简便，可适用于采用机械臂自动换刀技术，将换刀作业人员从恶略的工作环境中解放出来，降低施工风险，提高施工效率，保障工作人员的人身安全。
附图说明

[0023] 图1为如下实施方式提供的盾构机单滚刀刀箱的立体结构示意图，其主要示出了盾构机单滚刀刀箱的后侧结构；

[0024] 图2为如下实施方式提供的盾构机单滚刀刀箱的箱体的立体结构示意图，其主要示出了箱体的后侧结构；

[0025] 图3为图2中的箱体的U形侧箱板的立体结构示意图；

[0026] 图4为如下实施方式提供的盾构机单滚刀刀箱的单滚刀夹持装置的立体结构示意图，其主要示出了单滚刀夹持装置的后侧结构，并且示出了滚刀；

[0027] 图5为图4中示出的单滚刀夹持装置的U形横梁的立体结构示意图；

[0028] 图6为如下实施方式提供的盾构机单滚刀刀箱的锁紧固定装置的立体结构示意图；

[0029] 图7为图6示出的锁紧固定装置的固定板的立体结构示意图；

[0030] 图8为图6示出的锁紧固定装置的滑动板的立体结构示意图；

[0031] 图9为图6示出的锁紧固定装置的双向丝杠的立体结构示意图。

[0032] 【附图标记】

[0033] 1：箱体；11：第一锁紧结构；12：横向凸台；121：第一斜面；13：下箱板；14：下箱板；15：U形侧箱板；16：上吊环；17：下吊环；18：定位卡槽；19：定位卡条；2：滚刀；3：单滚刀夹持装置；31：抓取凹槽；32：第二斜面；33：夹持块；34：U形横梁；35：定位孔；4：锁紧固定装置；
41：第二锁紧结构；42：驱动件；421：凸台；422：环形凸台；43：双向伸缩件；431：固定板；
431a：滑道；432：滑动板；433：凸起；434：第一限位结构；435：第二限位结构；436：定位块；
437：定位柱；438：螺纹孔。

具体实施方式

[0034] 为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。本文所提及的“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”等方位术语均以图1、2、4、6示出的定位作为参考。

[0035] 参照图1至图9，在本实施例中提供一种盾构机单滚刀刀箱。该盾构机单滚刀刀箱包括箱体1、单滚刀夹持装置3和锁紧固定装置4。其中，箱体1的前后两端敞开，前端敞开用于供滚刀2伸出进行工作，后端敞开用于装卸滚刀2，箱体1的侧壁固定在刀盘上，箱体1的左右两个侧壁上均设有第一锁紧结构11。单滚刀夹持装置3用于固定滚刀2，该单滚刀夹持装
置3插设在箱体1中。锁紧固定装置4固定在单滚刀夹持装置3上，锁紧固定装置4包括分别与两个第一锁紧结构11可选择地锁紧(即处于锁紧状态或解锁状态)的两个第二锁紧结构41、
以及驱动两个第二锁紧结构41与两个第一锁紧结构11锁紧和解锁的驱动件42。两个第一锁
紧结构11与两个第二锁紧结构41在锁紧时至少限制单滚刀夹持装置3相对于箱体1的前后
运动，如此，保持单滚刀夹持装置3固定插设在箱体1中；在两个第一锁紧结构11与两个第二锁紧结构41解锁时单滚刀夹持装置3至少能够相对于箱体1向后运动，单滚刀夹持装置3能
够从箱体1的后端离开箱体1。由此，仅需控制驱动件42便可实现单滚刀夹持装置3和箱体1
之间的锁紧和解锁，该刀箱结构更加简单，上锁和解锁动作简便，整个取刀过程中无单独零件需要拆卸，可适用于采用机械臂自动换刀技术，降低施工风险，提高施工效率。

[0036] 具体地，结合图1至图3，本实施例中的箱体1包括下箱板13、上箱板14、两个U形侧箱板15、上吊环16和下吊环17。两个U形板的U形底壁构成箱体1的侧壁，第一锁紧结构11即设置在U形侧箱板15上。两个U形侧箱板15的U形开口相对设置，且其两个自由端上设有定位卡槽18，上箱板14和下箱板13的两侧设有定位卡条19，定位卡条19与定位卡槽18插接，在组装时实现定位的功能。在组装后可通过焊接等方式将下箱板13和上箱板14均与两个U形侧箱板15固定连接在一起，当然也可采用可拆卸地固定连接，例如螺栓连接。上吊环16连接在上箱板14的后端，下吊环17连接在下箱板13的下端，吊环可与相应的箱板焊接在一起。

[0037] 进一步，在箱体1的两个侧壁的上端和下端分别设有朝向箱体1内部突出的横向凸台37，位于下方的两个横向凸台37的顶面的前端形成朝向后方向下倾斜的第一斜面121，位于上方的两个横向凸台37的底面的前端形成朝向后方向上倾斜的第一斜面121。相应地，参照图4，单滚刀夹持装置3的前端的四个端角处形成第二斜面32，四个第二斜面32与四个横
向凸台37上的第一斜面121形状配合地抵靠在一起。由此，上下对应的第一斜面121构成了
对单滚刀夹持装置3向前运动的限位，在向箱体1中插入单滚刀夹持装置3时单滚刀夹持装
置3能够自动到位，保证后续锁紧工作顺利进行。在本实施例中，横向凸台37焊接在箱体1的侧壁上，也即焊接在U形侧箱板15上，当然，在其他实施例中，横向凸台37也可通过其他方式固定在箱体1的侧壁上，或者与箱体1的侧壁一体成型。

[0038] 此外，单滚刀夹持装置3支撑在四个横向凸台37上，四个横向凸台37对单滚刀夹持装置3形成上下方向上的限位。可使箱体1的两个侧壁之间的距离等于或略大于单滚刀夹持
装置3的横向宽度，以对单滚刀夹持装置3进行左右方向上的限位。当然，第一锁紧结构1和第二锁紧结构41的锁紧也可以配合形成对单滚刀夹持装置3上下方向上的限位和/或左右
方向上的限位。例如，第一锁紧结构1和第二锁紧结构41形成插接时其中一个对另一个在上下方向和/或左右方向形成限位。

[0039] 进一步参照图4和图5，在本实施例中，单滚刀夹持装置3为U形框，U形框的开口朝向箱体1的前端，滚刀2固定(例如采用螺栓固定)在U形框的U形槽中，上述四个第二斜面32
设置在U形框的两个侧壁的外端部。在U形框的槽底设有抓取凹槽31。优选地，沿着上下方向设置两个贯通的抓取凹槽31，这样在U形框的上下两端便提供了四个抓取位置，机械臂的四个手指分别伸入到四个抓取位置中，这样在机械臂携带单滚刀夹持装置3离开箱体1后做横
向运动时，单滚刀夹持装置3不会相对于机械臂滑动，提高了抓取的稳定性和可靠性。当然，也可在槽底设置四个抓取凹槽31，每个抓取凹槽31提供一个抓取位置、对应一根机械臂的
手指。当然，适应不同的机械臂的结构，抓取凹槽31的设置位置和数量可进行相应的改变。

[0040] 更加具体地，在本实施例中，U形框包括两个夹持块33和连接在两个夹持块33之间的U形横梁34。上述四个第二斜面32设置在夹持块33上，上述抓取凹槽31设置在U形横梁34
上。U形横梁34可通过螺栓与夹持块33固定。当然在其他实施例中，U形框也可以是一体件。
但相比于一体件，分体设计更有利于加工。

[0041] 进一步，参照图6至图9，在本实施例中，锁紧固定装置4包括双向伸缩件43，两个第二锁紧结构41分别设置在双向伸缩件43的两个伸缩端，驱动件42与双向伸缩件43的两个伸缩端连接，以驱动两个伸缩端同时伸缩，第一锁紧结构11和第二锁紧结构41在锁紧时插接。
由此，在双向伸缩件43的两个伸缩端均向外伸出时，第一锁紧结构11和第二锁紧结构41插
接锁紧；在双向伸缩件43的两个伸缩端均向内缩回时，第一锁紧结构11和第二锁紧结构41
脱离解锁。以双向伸缩件43承载两个第一锁紧结构11并且将第一锁紧结构11和第二锁紧结
构41设置为插接结构，既结构简单，又有利于简化驱动锁紧和解锁的动作，更适应于机械臂自动操作。

[0042] 在本实施例中双向伸缩件43具体包括与单滚刀夹持装置3固定的固定板431和两个可相对于固定板431滑动的滑动板432。其中，固定板431具有沿左右方向延伸的滑道
431a，两个滑动板432分别从固定板431的左右两侧插入滑道431a中，由此形成双向伸缩的
结构，两个滑动板432构成两个伸缩端。在本实施例中，滑道431a为形成在固定板431内部的四面封闭的腔体，在其他实施例中，滑道431a也可以是三面封闭的滑槽。

[0043] 在两个滑动板432上设有向后突出(即向远离单滚刀夹持装置3)的凸起433，该凸起433凸出于固定板431而不会滑入滑道431a，凸起433上设有螺纹孔438，螺纹孔438沿左右方向贯穿凸起433。优选地，该凸起433为凸肋。相应地，驱动件42为双向丝杠，双向丝杠的两端分别与左右两个凸起433上的螺纹孔438旋合，由此，两个凸起433相当于丝杠螺母机构中的螺母，双向丝杠的转动带动凸起433的左右移动，进而带动滑动板432的伸缩。因双向丝杠的两段螺纹旋向相反，所以双向丝杠转动时，两个滑动板432的移动方向相反，实现两个滑动板232的同时伸出和同时缩回，即实现了双向伸缩件43的两个伸缩端的同时伸出和同时
缩回，进而实现了两个第一锁紧结构11和两个第二锁紧结构41的同时锁紧和同时解锁。由
此，仅需机械臂旋转双向丝杠即可实现解锁或锁紧，更有利于简化机械臂的动作，更加降低了对机械臂的要求。

[0044] 更加具体地，在本实施例中，第一锁紧结构11为形成在箱体1的侧壁上的卡槽，第二锁紧结构41为由滑动板432平行向外延伸的楔形卡件，楔形卡件沿远离滑动板432的方向
逐渐变薄，以便于导向楔形卡件进入卡槽。优选地，楔形卡件的形状为直角梯形，其斜面的倾斜角度小于自锁角。当斜面的角度小于倾斜角时，滚刀工作承受垂直力作用在插入的斜
面上，靠其本身的自锁性能便可限制其运动趋势，此时双向丝杠不受轴向力，可很好的保护其螺纹。优选地，楔形卡件(也即第二锁紧结构41)与滑动板432(也即双向伸缩件43)为一体件，并且在本实施例中，楔形卡件的上下方向的宽度等于滑动板432的上下方向的宽度。

[0045] 此外，滑动板432的上表面设有第一限位结构434，固定板431的滑道431a的内壁上设有第二限位结构435，第一限位结构434和第二限位结构435配合限制滑动板432和固定板
431在垂直于滑动板432滑动方向的方向上的运动。优选地，第一限位结构434和第二限位结构435形成凹凸配合，例如滑轨和滑槽。在本实施例中，第一限位结构434为滑轨，第二限位结构435为滑槽。

[0046] 另外，在本实施例中，在固定板431上设有两个间隔开的定位块436，双向丝杠的中部设有凸台421，凸台421与定位块436配合限制双向丝杠沿其轴向的运动。在本实施例中，凸台421为位于双向丝杠中部的圆柱体，其卡在两个定位块436之间，在圆柱体上还可设置有六角形的环形凸台422，以便于机械臂驱动双向丝杠转动。当然，不局限于此，凸台421可为设置在两个定位块436之间的两个分离的凸块，或者设置两个凸块，两个凸块位于两个凸台421的外侧。

[0047] 另外，固定板431的相反于定位块436的一面设有定位柱437，U形框上设有定位孔35，二者插接在一起进行定位。定位后，可通过焊接将固定板431和U形框固定在一起。

[0048] 综上，本实施例的刀箱可以用于北方重工直径6.66m泥水平衡式盾构机为依托，但并不局限于该机型。并且，图1至图9示出了第一锁紧结构11设置在箱体1的侧壁上的实例，本领域技术人员可根据上述描述和图示，将两个第一锁紧结构11改为设置在箱体1的顶壁
和底壁上，并且相应的将锁紧固定装置相对于箱体1和单滚刀夹持装置3旋转90°以与位于
上下的两个第一锁紧结构11相配合。此外，驱动件为双向丝杠可使机械臂一次驱动两个锁
紧结构同时解锁或上锁，但本发明不局限于此，驱动件也可包括两个子驱动件来分别驱动
两个锁紧结构同时解锁或上锁，例如设置两个单向丝杠，如此，虽然机械臂需要两次驱动完成两个锁紧结构同时解锁或上锁，但是相比于现有技术中拆除多个零件的情况，也有明显
地步骤简化，并且也是目前机械臂所能实现的。

[0049] 以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明
的限制。

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一种盾构机单滚刀刀箱

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