一种迈步式自上而下的竖井管片拼装系统

1.本发明涉及地下竖井建造施工技术领域，尤其涉及一种迈步式自上而下的竖井管片拼装系统。


背景技术：

2.竖井作为进入矿体和地下空间的通道，服务于从工程建设到采矿生产或地下空间使用的全过程，在煤矿、金属或非金属矿山、水电站、地铁、铁路隧道、城市地下开发等地下建设工程中，有大量的竖井需要施工。
3.当前竖井施工建造过程中，常用于隧道建设的盾构机中的管片拼装与竖井的管片拼装工况有着极大的差别，由于盾构机挖掘的隧道是水平的，盾构中管片拼装只要先完成每环管片的最下方的管片就可以完成管片拼装，不需要考虑重力的影响，而竖井的管片拼装需要竖直拼装，因此，在竖井中拼装，要么先把竖井完成才能拼管片，这样会极大的拖延施工进度，目前，边开挖竖井边拼装管片的方式多采用制作井壁或龙门吊下沉井壁的方法进行支护，通过大量的支护进行管片拼装，施工工人劳动强度大、效率较低，而龙门吊下沉井壁的方法需大型机械设备、机械装备结构较复杂、占地面积较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种迈步式自上而下的竖井管片拼装系统，以解决现有竖井管片拼装系统在竖井边开挖边拼装管片过程中，需要大量支护且施工效率低的问题。
5.本发明为了达到上述目的所采用的技术方案是：一种迈步式自上而下的竖井管片拼装系统，包括用于在竖井内、能够沿竖井自上而下进行迈步行走的迈步平台，迈步平台的顶部设有可绕迈步平台轴线旋转的旋转平台，旋转平台上设有用于抓取待拼装管片的机械手，机械手上设有用于将机械手抓取的待拼装管片固定至竖井井壁以便进行管片拼装的锚杆机。
6.作为本发明的一种优选方案，所述机械手包括可升降、可旋转设置在旋转平台上的偏转支架以及连接真空泵设置在偏转支架上用于抓取待拼装管片的真空吸盘。
7.作为本发明的一种优选方案，所述旋转平台上竖直设有滑轨，滑轨上设有安装有旋转支撑的升降架，连接升降架设有用于驱动升降架上下移动的升降油缸，升降架上设有驱动旋转支撑旋转的第一驱动马达，所述偏转支架通过连接件设置在旋转支撑上。
8.作为本发明的一种优选方案，所述偏转支架上相对设有两个水平伸缩的第一伸缩油缸，所述真空吸盘与两个第一伸缩油缸分别铰接设置，连接真空吸盘与偏转支架还设有用于驱动真空吸盘前后翻转的翻转油缸。
9.作为本发明的一种优选方案，所述锚杆机包括锚杆机本体，锚杆机本体通过支撑杆铰接在偏转支架，偏转支架上设有与支撑杆侧面铰接设置、用于调节锚杆机本体偏转角的偏转油缸，以及用于调节锚杆机本体上下翻转角的第一推举油缸。
10.作为本发明的一种优选方案，所述旋转平台上设有用于在机械手抓取待拼装管片
后托举待拼装管片的托举装置。
11.作为本发明的一种优选方案，所述托举装置包括竖直设置在旋转平台上的第二托举油缸以及由第二托举油缸驱动进行竖直移动的托举块。
12.作为本发明的一种优选方案，所述迈步平台包括相对设置的上圈梁和下圈梁，上圈梁与下圈梁之间设有用于驱使上圈梁与下圈梁相对往复运动的第二伸缩油缸，上圈梁和下圈梁上分别设有由撑靴油缸驱动、沿上圈梁和下圈梁径向伸缩的撑靴。
13.作为本发明的一种优选方案，所述撑靴分别沿上圈梁和下圈梁的周向均布有多个。
14.作为本发明的一种优选方案，所述旋转平台设置在上圈梁顶部，且由设置在下圈梁底部的第三驱动马达驱动。
15.本发明的有益效果：1.本发明的竖井管片拼装系统设有迈步平台，通过迈步平台上设置拼装的管片以及拼装用的锚杆机，实现拼装系统在竖井内进行自上而下的迈步行走，在竖井开挖过程中，无需井上设置龙门吊等吊装设备进行支护作业，即可完成管片的拼装，且极大提升了拼装效率和施工效率。
16.2.本发明的竖井管片拼装系统设有锚杆机以及迈步平台，使用时能够沿井筒自上而下的对管片进行拼装，避免了整环管片下沉施工工艺中因管片重力作用对管片拼装质量的影响，极大的提升了管片拼装管片质量与牢固度，且能够实现边开挖边拼装，提升了施工速度。
17.3.本发明的竖井管片拼装系统设有能够实现多自由度移动的真空吸盘，结构紧凑，操作灵活，满足了管片拼装的精度要求，提升了管片拼装质量以及拼装得到管环的整体性能。
18.附图说明：图1为管片的结构示意图；图2为锚杆的结构示意图；图3为本发明所提供一种迈步式自上而下的竖井管片拼装系统的结构示意图；图4为机械手的侧视结构示意图；图5为机械手的下斜结构示意图；图6为迈步平台的结构示意图；图7为托举装置的结构示意图。
19.图中标记：1、机械手，2、锚杆机、3、托举装置，4、迈步平台，5、泵站，6、阀组，7、油箱，8、真空泵，9、管片框，10、管片，1001、管片本体，1002、锚杆孔，1003、螺栓孔，1004、密封条，11、连接件，12、旋转支撑，13、升降架，14、升降油缸，15、滑轨，16、第一驱动马达，17、第一伸缩油缸，18、偏转支架，19、翻转油缸，20、真空吸盘，21、第二驱动马达 ，22、锚杆机偏转油缸，23、第一推举油缸，24、支撑杆，25、锚杆机本体，26、旋转平台，27、上撑靴，28、上撑靴油缸，29、上圈梁，30、第三驱动马达 ，31、第二伸缩油缸 ，32、导向支柱，33、下撑靴，34、下撑靴油缸，35、下圈梁，36、第二推举油缸，37、推举块，38、锚杆。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.本发明提供一种迈步式自上而下的竖井管片拼装系统的具体实施例：请参阅图3至图7所示。
22.本实施例的迈步式自上而下的竖井管片拼装系统包括迈步平台4、旋转平台26、机械手1和锚杆机2。
23.其中，旋转平台26作为管片拼装的平台，其绕迈步平台4的轴线可旋转设置，待拼装管片10放置在管片框9内，管片框9放置于旋转平台26上。
24.旋转平台26上设有用于抓取待拼装管片10的机械手1，机械手1可以进行竖直移动、左右翻转、前后翻转、旋转等操作动作，以便于更好地抓取待拼装管片10，方便最终的拼装操作，在机械手1上设有锚杆机2，锚杆机2用于将锚杆38穿过机械手1抓取的待拼装管片10至竖井井壁内，以将待拼装管片10固定至竖井井壁上。
25.如图4、图5所示，机械手1包括可升降、可旋转设置在旋转平台26上的偏转支架18和真空吸盘20，具体地，在旋转平台26上竖直设有滑轨15，滑轨15上设有安装有旋转支撑12的升降架13，连接升降架13设有用于驱动升降架13上下移动的升降油缸14，升降架13上设有驱动旋转支撑12旋转的第一驱动马达16，所述偏转支架18通过连接件11设置在旋转支撑12上，以此实现偏转支架18的升降与旋转，真空吸盘20置在偏转支架18上，用于连接真空泵8、以抓取待拼装管片10 。
26.为了实现真空吸盘20的左右翻转，在偏转支架18上相对设有两个水平伸缩的第一伸缩油缸17，所述真空吸盘20与两个第一伸缩油缸17分别铰接设置，具体地，两个第一伸缩油缸17的一端安装在偏转支架18上，另一端与真空吸盘20左右侧铰接，两个第一伸缩油缸17伸出的长度不同可调节真空吸盘20进行左右翻转。
27.为了实现真空吸盘20的前后翻转，连接真空吸盘20与偏转支架18还设有用于驱动真空吸盘20前后翻转的翻转油缸19，翻转油缸19的一端铰接在偏转支架18上，另一端铰接在真空吸盘20上侧，翻转油缸19伸缩时，可以调节真空吸盘20实现前后翻转。
28.可以理解地，对于真空吸盘20，还可以增设上下偏转的动作，例如，在偏转支架18上设置用于安装真空吸盘20的旋转支撑件以及用于驱动旋转支撑件进行转动的第二驱动马达21，第二驱动马达21工作时，旋转支撑件能够带动真空吸盘20进行上下偏转，此时，上述左右翻转和前后翻转的设置可与安装旋转支撑件的安装平台连接即可。
29.请参阅图4、图5，锚杆机2包括锚杆机本体25，锚杆机本体25通过支撑杆24铰接在偏转支架18，偏转支架18上设有偏转油缸22，偏转油缸22与支撑杆24侧面铰接设置，在偏转油缸22动作时，可实现锚杆机本体25偏转角调节，偏转支架18上还设有第一推举油缸23，第一推举油缸23一端铰接在锚杆机本体25上，另一端铰接在偏转支架18上，第一推举油缸23动作时，用于调节锚杆机本体25上下翻转角。
30.如图6所示，迈步平台4用于在竖井内、沿竖井自上而下进行迈步行走，是整个拼装系统行走的核心，迈步平台4包括上圈梁29和下圈梁35，上圈梁29与下圈梁35之间设有第二伸缩油缸31，第二伸缩油缸31用于驱使上圈梁29与下圈梁35相对往复运动，具体地，可以在上圈梁29与下圈梁35之间设置若干导向支柱32，将第二伸缩油缸31设置在下圈梁29上，第二伸缩油缸31的伸缩端与上圈梁29连接。
31.其中，上圈梁29上设有由上撑靴油缸28驱动的上撑靴27，下圈梁35上设有由下撑靴油缸34驱动给的下撑靴33，上撑靴油缸28工作时，上撑靴27能够沿上圈梁29的径向伸缩，以支撑在竖井内壁，或从竖井内壁上收回，下撑靴油缸34工作时，下撑靴33能够沿下圈梁35的径向伸缩，以支撑在竖井内壁，或从竖井内壁上收回，在下撑靴33支撑在竖井内壁，上撑靴27收回的情况下，使第二伸缩油缸31收缩，然后再在上撑靴27支撑在竖井内壁，下撑靴33收回的情况下，使第二伸缩油缸31伸长，实现迈步平台4的迈步行走，重复上述过程，可以使迈步平台4在竖井内部沿竖井进行自上而下的移动。
32.本实施例中，上撑靴27沿上圈梁29的周向均布有多个，下撑靴33沿下圈梁35的周向均布有多个，以图示为例，上撑靴27和下撑靴33分别设有四个。
33.其中，机械手1和锚杆机2均安装在旋转平台26上，旋转平台26安装在上圈梁29上，由第三驱动马达30驱动旋转，可以理解地，在第三驱动马达30与旋转平台36之间设有减速器，第三驱动马达30驱使旋转平台26转动，带动机械手1、锚杆机2和待安装管片10整体旋转。
34.如图3和图7所示，在旋转平台26上设有托举装置3，托举装置3包括竖直设置在旋转平台26上的第二托举油缸36以及由第二托举油缸36驱动进行竖直移动的托举块37，托举块37的上部可采用橡胶材质制作，第二托举油缸36动作时，带动托举块37上下移动，用于在机械手1抓取待拼装管片10后托举待拼装管片10，以便锚杆机2对待拼装管片10进行固定。
35.可以理解地，相关的泵站5、管路、真空泵8、阀组6等提供系统所需的油源和真空等，均可安装在迈步平台4的上圈梁29和35组成的空间内，优选安装在下圈梁35上。
36.请参考图1和图2所示，本实施例中，管片10通常为包括弧形管片本体1001，在管片本体1001上设有两个锚杆孔1002以及在管片本体1001的四个侧边各设有两个可通过弧形螺栓连接的螺栓孔1003，锚杆38杆体为钢制，锚杆尾部与橡胶结合，在支撑管片的时候防止损伤管片，锚杆38穿过锚杆孔1002定入井筒土层固定管片本体1001，使管片无支撑时不至于掉落，相邻管片通过弧形螺栓穿过螺栓孔1003连接为一个整体，管片本体1001的四个侧面分别设有一条密封条1004，密封条1004可以采用橡胶制作，以防止管片拼装完成的井壁渗水。
37.在进行管片拼装时，先将迈步平台4行走至指定位置，上撑靴27和下撑靴338伸出，撑住竖井内壁，第三驱动马达30驱使旋转平台26转动至合适位置，真空泵8打开，真空吸盘20抓取旋转平台26上存放的管片10，然后经过调整后将管片10放置至指定位置，第二推举油缸36伸出，使推举块37顶住管片10，锚杆机2将锚杆38穿过管片10打入井壁内，固定住管片10，然后用弧形螺栓将管片与相邻管片连接好，完成一个拼装操作，然后驱使旋转平台26转动，使托举装置3转至下一片管片安装位置，真空吸盘20再次抓取备用管片10，重复以上操作直至同一竖井深度的管片沿竖井内壁拼成一环，在拼环完成后，可以在管片环上安装物料运输轨道。
38.待同一深度的管环拼装完成后，迈步平台4的上层撑靴27收回，第二伸缩油缸31缩回使上圈梁29和其上的部件下移，然后上层撑靴27伸出撑住井壁，下层撑靴33缩回，迈步伸缩油缸31伸出，使下圈梁35下移，然后下层撑靴33伸出撑住井壁，重复此过程，直至迈步平台4自竖井上向竖井下部移动至下一环管片拼装的位置，然后重复上述拼装步骤，即可完成整个管片的拼装作业。
39.本发明的竖井管片拼装系统能够在竖井内进行自上而下的迈步行走，在竖井开挖过程中，无需井上设置龙门吊等吊装设备进行支护作业，即可完成管片的拼装，实现边开挖边拼装，且极大提升了拼装效率、施工效率以及拼装质量。
40.需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是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，均落入本发明的保护范围内。