一种盾构机及其管片输送装置

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种管片输送装置。本发明还涉及一种盾构机。

背景技术

掘进机是一种利用回转刀具开挖同时破碎洞内围岩及掘进、形成整个隧道断面的一种隧道施工机械。掘进机一般分为两类，即TBM(Tunnel Boring Machine，全断面岩石隧道掘进机)和盾构机。

其中，盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，盾构的施工法是掘进机在掘进的同时铺设隧道之“盾”，即管片。盾构法因具备安全、环保、高效等施工优势，而被较广的应用于地下隧道建设项目中。随着越来越多复杂地质工况的出现，对盾构机的适应性也提出了更高的要求。

目前，在盾构机上均配置有管片输送装置，以将隧道后端(外端)运送而来的管片输送至隧道前端，以及时铺设在开挖出的隧道环面上。在现有技术中，该管片输送装置通常设置在第一节台车或连接桥的底部，导致占用隧道底部空间，人员/车辆等通过性差，妨碍物料快速输运至盾构主机区域，并且在富水环境进行大坡度掘进施工时，因各种因素，地层中部分渣浆淤积在盾构主机底部区域，施工人员很难对渣土进行及时清理，导致其顺流至管片输送装置底部，渣土难以清理，严重时将影响管片输送装置正常作业。

因此，如何在实现管片高效运输的基础上，避免占用隧道底部空间，同时在富水环境中施工时防止渣浆淤积影响管片运输作业，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种管片输送装置，能够在实现管片高效运输的基础上，避免占用隧道底部空间，同时在富水环境中施工时防止渣浆淤积影响管片运输作业。本发明的另一目的是提供一种盾构机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种管片输送装置，包括设置于盾构台车的台车框架顶部的输送架、安装于所述输送架上的运输机构、安装于所述输送架上的驱动机构、设置于所述输送架前端的暂存架，所述驱动机构用于驱动所述运输机构运行，所述运输机构的后端延伸至管片接收区域，用于将接收的管片运输至所述暂存架上，且所述暂存架位于管片拼装机的管片夹取区域。

优选地，所述输送架包括连接底座和侧板，所述连接底座设置于所述台车框架的顶部，所述侧板设置有至少两块，并正对分布于所述连接底座的表面两侧。

优选地，所述运输机构包括若干根可旋转地插设于各所述侧板间的旋转轴、套设于各根所述旋转轴上的若干个链轮、卷绕在各所述链轮上的传动链条，各根所述旋转轴沿所述侧板的延伸方向分布；所述驱动机构的输出端与其中一根所述旋转轴动力连接。

优选地，所述传动链条上均匀立设有若干块用于定位管片端面的限位挡板，且所述限位挡板的表面设置有用于防止管片滑移的防滑垫。

优选地，所述运输机构还包括套设于位于前端的所述旋转轴上的动力链轮；所述驱动机构包括驱动电机、与所述驱动电机的输出轴相连的驱动链轮、卷绕在所述驱动链轮与所述动力链轮上的驱动链条。

优选地，所述传动链条的后端区域倾斜朝下，且与隧道轴线呈5～10°夹角。

优选地，还包括纠偏机构；所述纠偏机构包括设置于所述台车框架顶部并分别位于所述输送架两侧的纠偏座、设置于两侧所述纠偏座上的若干个纠偏气缸、连接于各所述纠偏气缸的活塞杆的末端的纠偏轮，各所述纠偏轮分别用于与管片的对应侧侧面抵接，以将管片在所述运输机构上对中定位。

优选地，所述纠偏座的顶面为斜面，所述纠偏气缸设置于所述斜面上，且所述纠偏气缸的活塞杆的伸缩方向相对于水平面具有预设仰角。

优选地，所述暂存架包括与所述侧板的前端相连的支撑板、设置于所述支撑板上的管片托板、设置于所述管片托板前端的限位座，所述限位座上设置有限位开关，用于在管片位于所述限位座上时，暂停所述驱动机构的运行。

本发明还提供一种盾构机，包括盾构台车和管片输送装置，其中，所述管片输送装置具体为上述任一项所述的管片输送装置。

本发明所提供的管片输送装置，主要包括输送架、运输机构、驱动机构和暂存架。其中，输送架设置在盾构台车的台车框架的顶部，为本装置的主体部件，主要用于安装或承载其余零部件。运输机构安装在输送架上，主要用于实现管片运输，且运输机构的后端一直延伸至管片接收区域，以方便接收外界设备运输而来的管片。驱动机构安装在输送架上，主要用于驱动运输机构持续往复运行，以将管片源源不断地从隧道后端运输至隧道前端。暂存架设置在输送架的前端，主要用于暂存管片，而运输机构的后端接收管片后，一直沿着隧道延伸方向将管片持续运输至输送架的前端，直至到达暂存架上，该暂存架位于管片拼装机的管片夹取区域，以等待管片拼装机夹取管片进行拼装。如此，本发明所提供的管片输送装置，通过将输送架安装在盾构台车的台车框架的顶部，再通过输送架对其余零部件进行安装，基本实现了将整个管片输送装置都安装在盾构台车的台车框架的顶部，整体占用的是隧道顶部空间，从而避免占用隧道底部空间；即使在富水环境中进行大坡度掘进施工时，渣浆也只会淤积在隧道底部空间，对管片输送作业基本不造成影响。综上所述，本发明提供的管片输送装置，能够在实现管片高效运输的基础上，避免占用隧道底部空间，同时在富水环境中施工时防止影响管片运输作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1的轴测图。

图3为运输机构的具体结构示意图。

图4为输送架的前端区域俯视图。

图5为限位挡板的具体结构示意图。

图6为纠偏机构的具体结构示意图。

图7为通过纠偏机构对管片进行对中定位的结构示意图。

图8为暂存架的具体结构示意图。

其中，图1—图8中：

盾构台车—1，输送架—2，运输机构—3，驱动机构—4，暂存架—5，纠偏机构—6，限位开关—7，步进开关—8；

台车框架—11；

连接底座—21，侧板—22；

旋转轴—31，链轮—32，传动链条—33，限位挡板—34，防滑垫—35，动力链轮—36；

驱动电机—41，驱动链轮—42，驱动链条—43；

支撑板—51，管片托板—52，限位座—53；

纠偏座—61，纠偏气缸—62，纠偏轮—63。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的轴测图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，管片输送装置主要包括输送架2、运输机构3、驱动机构4和暂存架5。

其中，输送架2设置在盾构台车1的台车框架11的顶部，为本装置的主体部件，主要用于安装或承载其余零部件。

运输机构3安装在输送架2上，主要用于实现管片运输，且运输机构3的后端一直延伸至管片接收区域，以方便接收外界设备运输而来的管片。

驱动机构4安装在输送架2上，主要用于驱动运输机构3持续往复运行，以将管片源源不断地从隧道后端运输至隧道前端。

暂存架5设置在输送架2的前端，主要用于暂存管片，而运输机构3的后端接收管片后，一直沿着隧道延伸方向将管片持续运输至输送架2的前端，直至到达暂存架5上，该暂存架5位于管片拼装机的管片夹取区域，以等待管片拼装机夹取管片进行拼装。

如此，本实施例所提供的管片输送装置，通过将输送架2安装在盾构台车1的台车框架11的顶部，再通过输送架2对其余零部件进行安装，基本实现了将整个管片输送装置都安装在盾构台车1的台车框架11的顶部，整体占用的是隧道顶部空间，从而避免占用隧道底部空间；即使在富水环境中进行大坡度掘进施工时，渣浆也只会淤积在隧道底部空间，对管片输送作业基本不造成影响。

综上所述，本实施例提供的管片输送装置，能够在实现管片高效运输的基础上，避免占用隧道底部空间，同时在富水环境中施工时防止影响管片运输作业。

在关于输送架2的一种可选实施例中，该输送架2具体为分体式结构，具体包括连接底座21和侧板22。其中，连接底座21设置在台车框架11的顶部，一般位于台车框架11的顶部表面上。侧板22设置在连接底座21上，一般设置有至少两块，且互相对应的两块侧板22成对分布，分别位于连接底座21的表面两侧位置，保持预设间距，两块侧板22之间的空间即为运输机构3的安装空间。一般的，侧板22的长度尺寸显著，整体沿着隧道的轴向延伸，其后端延伸至管片上料区域，其前端延伸至管片拼装机附近。侧板22的延伸范围基本就是运输机构3的运输范围。

在关于侧板22的一种可选实施例中，该侧板22的具体形状非长直板，而是呈钝角形状的弯折板，其中，侧板22的前侧部分可保持水平状态或与隧道的轴线平行状态，而侧板22的后侧部分可保持倾斜朝下姿态，并与水平面呈一定夹角，即α，一般的，α≥5°。

如图3所示，图3为运输机构3的具体结构示意图。

在关于运输机构3的一种可选实施例中，该运输机构3主要包括旋转轴31、链轮32和传动链条33。其中，旋转轴31一般同时设置有多个，且各个旋转轴31插设在两块侧板22之间，并保持旋转运动自由度，同时，各个旋转轴31在侧板22上沿着侧板22的延伸方向均匀分布。链轮32也同时设置有多个，且各个链轮32分别套设在各个对应的旋转轴31上，两者同步旋转。一般的，一根旋转轴31上可仅套设一个链轮32，也可以同时套设多个链轮32。传动链条33依次卷绕在各根旋转轴31的对应链轮32上，形成一圈环链，并周向循环卷动。当然，若各根旋转轴31上套设多个链轮32，则传动链条33即同时套设多条，也通过多条传动链条33同时传递管片。

一般的，传动链条33的传动形态并非平直传动，而是与前述侧板22的具体形状相对应，即传动链条33的后端区域倾斜朝下，与隧道的轴线呈一定夹角α。而传动链条33的前端区域可保持水平姿态。如此设置，传动链条33的后端倾斜朝下后，高度适当降低，有助于管片顺利放入，同时也能将传动链条33张紧。

此外，以传动链条33共设置有4条为例。其中，内侧两条传动链条33的间距为W1，且W1≤管片中的封顶块的最大宽度，以便于对封顶块的输送；外侧两条传动链条33的间距为W2，且W1＜W2＜侧板22间距，有利于对其余管片的输送。

如图4所示，图4为输送架2的前端区域俯视图。

为便于实现驱动机构4与运输机构3之间的动力连接，驱动机构4的输出端与其中一根旋转轴31形成动力连接，使得该根旋转轴31成为主动轴，并带动主动轴上的链轮32旋转，进而带动各条传动链条33、其余链轮32、其余旋转轴31同步旋转。

如图5所示，图5为限位挡板34的具体结构示意图。

为提高管片的运输稳定性，本实施例还在传动链条33上均匀立设有若干块限位挡板34。具体的，该限位挡板34主要用于抵接管片的端面(通常为后端端面)，以在将管片放置到传动链条33上时，能够使管片在限位挡板34上定位。同时，为防止管片在运输过程中产生晃动，本实施例还在限位挡板34的表面上设置有防滑垫35。一般的，相邻两个限位挡板34保持间距L，该间距与管片的尺寸相关。

在关于驱动机构4的一种可选实施例中，该驱动机构4主要包括驱动电机41、驱动链轮42和驱动链条43。其中，驱动电机41安装在输送架2上，其输出轴与驱动链轮42相连，而驱动链条43的一端卷绕在驱动链轮42上，另一端卷绕在套设在位于前端的旋转轴31上的动力链轮36上。如此设置，驱动电机41输出的动力，通过输出轴传递至驱动链轮42，再通过驱动链轮42与驱动链条43的传动传递至动力链轮36上，而动力链轮36与对应的旋转轴31(前述主动轴)同步旋转，因此最终将动力传递至旋转轴31上，之后再通过旋转轴31上的链轮32与传动链条33的配合传动，带动所有旋转轴31旋转，传动链条33持续传动。

当然，驱动机构4也可以通过带传动将动力传递至某一根旋转轴31上，或者可以通过联轴器等部件实现动力连接。

如图6所示，图6为纠偏机构6的具体结构示意图。

考虑到管片在运输过程中，可能因为振动、斜坡等因素的影响而导致出现横向左右偏移的影响，为此，本实施例中增设了纠偏机构6。具体的，该纠偏机构6主要包括纠偏座61、纠偏气缸62和纠偏轮63。其中，纠偏座61设置在台车框架11的顶部，且同时设置有两座，并分别位于输送架2的两侧位置。纠偏气缸62设置在各个纠偏座61上，一般同时设置有多组，左右两侧对应的两个纠偏气缸62为一组，比如2～3组等，任意一组的左右两侧的纠偏油缸均能够进行同步伸缩运动，而任意一组纠偏油缸既可以单独控制工作，也可以协同伸缩。纠偏轮63设置在各个纠偏气缸62的活塞杆的末端，能够进行旋转运动，主要用于与管片的对应侧侧面形成滚动抵接。如此设置，当管片被运输至通过纠偏机构6时，各个纠偏气缸62伸长预设距离，使得纠偏轮63的轮面与管片的左右两侧的侧面形成滚动抵接，利用该抵接作用力将管片在横向上的位置对中定位，防止管片产生横向偏移。

一般的，纠偏机构6整体设置在输送架2的前端位置，管片被纠偏机构6对中定位后即送至暂存架5上。

如图7所示，图7为通过纠偏机构6对管片进行对中定位的结构示意图。

考虑到管片为弧形片，当其放置到运输机构3上时，圆心朝下，且两侧也倾斜朝下，为方便形成抵接，本实施例中，纠偏座61的顶面具体为斜面，且倾斜朝上，而纠偏气缸62具体设置在该斜面上，以使纠偏气缸62的朝向保持为倾斜朝上，以与管片的侧面相对应。档案，纠偏气缸62的具体仰角需要根据管片的形状而定。

如图8所示，图8为暂存架5的具体结构示意图。

在关于暂存架5的一种可选实施例中，该暂存架5主要包括支撑板51、管片托板52和限位座53。其中，支撑板51连接在侧板22的前端位置，一般可同时设置两块，分别连接在两块侧板22上。管片托板52设置在支撑板51上，具体呈拱形板状，其曲率与管片曲率相当，主要用于支承管片，以与管片的中心拱起形状紧密贴合。限位座53设置在管片托板52的前端位置，主要用于限制管片的前端端面的位置，防止管片被运输得过远。

另外，为防止当前管片未被管片拼装机夹取时，下一个管片又运输至暂存架5上，本实施例在限位座53上设置有限位开关7。具体的，该限位开关7主要用于检测管片在限位座53上的限位情况，当检测到管片仍然存在时，限位开关7暂停驱动机构4的运行，防止两片管片产生碰撞；当检测到管片被夹取时，限位开关7才对驱动机构4发出发行指令，可以继续运行。

进一步的，本实施例中还增设有步进开关8，该步进开关8通常设置在输送架2的后端区域，且限位开关7和步进开关8均与驱动电机41的控制端信号连接，以分别控制驱动电机41的启停状态。其中，限位开关7对驱动电机41的停止控制的优先级高于步进开关8对驱动电机41的启动控制，即在限位开关7对驱动电机41的停止控制未解除时，步进开关8对驱动电机41的启动控制无法实现，如此能够方便出现误操作。

本实施例还提供一种管片运输方法，主要包括以下步骤：

S1、接通盾构机上的电液控系统，启动驱动机构4，驱动运输机构3动作，传动链条33在动力链轮36的带动下跟随转动，当传动链条33上的限位挡块第一次触压步进开关8时，发送停止信号至驱动电机41，从而控制驱动电机41停止工作，此刻运输机构3等待接收管片；

S2、当把一块管片吊运至管片接收区的运输机构3上后，管片内壁面触压步进开关8的顶部至设定时间t，确保完成管片接收作业，之后步进开关8将启动信号发送至驱动电机41，控制驱动电机41启动工作，运输机构3带动管片向前运动设定距离L；

S3、当传动链条33上的限位挡块再次接触到步进开关8时，步进开关8发送停止信号至驱动电机41，从而控制驱动电机41再次停止工作，此刻运输机构3又一次等待接收管片，重复步骤S2；

S4、当第一块管片被运输至纠偏机构6所在的纠偏区域后，在运输机构3等待接收管片时，启动第一组纠偏油缸，左右两侧的纠偏油缸同时伸出相同距离h1，确保两对纠偏轮63完全与管片侧面触压后，再使第一组纠偏油缸回缩至初始位置；待运输机构3再次将后续管片输送至纠偏区域后，分别启动第一组、第二组纠偏油缸，使得每组两个纠偏油缸均同时伸出相同距离h1，确保所有纠偏轮63完全与管片侧面触压后，再分别缩回至初始位置；

S5、当运输机构3又一次将后续管片输送至纠偏区域后，在运输机构3等待接收管片时，分别启动第一组、第二组、第三组纠偏油缸同时伸出，每组纠偏油缸两侧均同时伸出相同距离h1，确保所有纠偏轮63完全与管片侧面触压后，再次将三组纠偏油缸缩回至初始位置；

S6、运输机构3继续将管片向前输送至暂存架5上，管片前端面触压限位开关7后，传动链条33上的限位挡块同时触压到步进开关8，发送停止信号至驱动电机41，从而控制驱动电机41停止工作，此时驱动电机41的控制端被锁死，其余开关均无法启动驱动电机41。同时重复步骤S5，对处在纠偏区域的管片进行自动纠偏；且当管片再次吊运至管片接收区的运输机构3上触压步进开关8上部后，在暂存架5上的第一块管片未被拼装机运走时，本装置暂停工作；

S7、当第一块管片被拼装机运走后，驱动电机41的控制端解锁，与限位开关7将启动信号发送至驱动电机41，从而控制驱动电机41启动工作，运输机构3带动管片向前运动设定距离L；

S8、重复上述步骤，直至接收完整环管片数，且最后一块管片为封顶块；

S9、待所有管片接收完成后，重复步骤S7，拼装机依次对管片进行吊运拼砌，待封顶块进入纠偏区域时，启动纠偏油缸，保证第二组和第三组纠偏油缸伸出量仍为h1，第一组纠偏油缸伸出量为h2，当所有纠偏轮63分别触压对应的管片侧面后，使所有纠偏油缸回缩至初始位置；

S10、重复上述步骤S7，所有管片继续向前输送L距离后，启动第二组纠偏油缸两侧同时伸出距离h2、第三组纠偏油缸两侧同时伸出距离h1，所有纠偏轮63分别触压对应的管片侧面后，将两组纠偏油缸回缩至初始位置；管片继续再次向前输送L距离，启动第三组纠偏油缸两侧同时伸出距离h2，当所有纠偏轮63触压封顶块侧面后，将第三组纠偏油缸回缩至初始位置；继续输送封顶块至储存架上，被拼装机拼砌；直到当传动链条33上的限位挡块最后压步进开关8时，本装置停止工作，等待再次进入下一循环作业。

本实施例还提供一种盾构机，主要包括盾构台车1和管片输送装置，其中，该管片输送装置的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。