隧道掘进设备及其机械手的制作方法

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道掘进设备及其机械手。


背景技术：

2.机械手在隧道内主要用于在岩壁上钻孔，将隧道内的大石块破碎改小，将碎石扒走等。现有隧道内的机械手采用多连杆首尾依次铰接，每段连杆均通过液压缸控制其姿态，通过各连杆的不同姿态来实现机械手在隧道内的各种动作。
3.由于在隧道的掌子面上多机械设备协同作业，使得沿隧道纵深方向的活动空间狭小。现有的机械手由于液压缸的安装空间限制了连杆的动作幅度，使得现有的机械手不能对隧道的断面全覆盖，且由于连杆动作时，其收折始终需要在较大的空间内进行，不适用于沿隧道纵深方向活动空间小的隧道内。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有的机械手收折需要较大的空间，不适用于沿隧道纵深方向活动空间小的隧道的问题，提供一种隧道掘进设备及其机械手。
5.一种机械手，包括：
6.底座；
7.回转机构，包括回转架及回转驱动件，所述回转架与所述底座转动连接，所述回转架的回转轴线与隧道的掘进方向相同，所述回转驱动件设于所述底座上并驱动所述回转架转动；
8.伸缩机构，包括伸缩臂及伸缩驱动件，所述伸缩臂与所述回转架转动连接，所述伸缩驱动件用于驱动所述伸缩臂伸缩；及
9.俯仰驱动件，其一端与所述回转架铰接，所述俯仰驱动件的另一端与所述伸缩臂铰接，所述俯仰驱动件驱动所述伸缩臂相对所述回转架摆动。
10.在其中一个实施例中，所述底座包括底板及支撑板，两组所述支撑板间隔设置于所述底板上，所述回转架上设有转轴，所述转轴的两端分别可转动安装于两组所述支撑板上。
11.在其中一个实施例中，还包括作业头，所述作业头可拆卸地安装于所述伸缩臂的活动端。
12.在其中一个实施例中，还包括作业驱动件，所述作业头与所述伸缩臂铰接，所述作业驱动件的一端与所述伸缩臂铰接，所述作业驱动件的另一端与所述作业头铰接，所述作业驱动件的用于驱动所述作业头转动。
13.在其中一个实施例中，所述作业驱动件的一端铰接有安装板，所述安装板安装于所述伸缩臂的活动端。
14.在其中一个实施例中，所述安装板具有朝向所述作业头倾斜的倾斜部，所述作业驱动件的一端铰接于所述倾斜部上。
15.在其中一个实施例中，所述作业头为钻头、破碎锤、钎杆、劈裂棒或挖斗。
16.在其中一个实施例中，所述回转驱动件为电机或者液压马达。
17.在其中一个实施例中，所述伸缩驱动件设于所述伸缩臂内。
18.一种隧道掘进设备，包括：
19.如上述任意一项所述的机械手。
20.上述隧道掘进设备及其机械手，作业时，通过伸缩臂调整在隧道断面内的作业点远近，通过俯仰机构调整在隧道端面内作业点的高低，通过回转架与俯仰驱动件共同调整作业点在隧道断面内宽度方向上的位置，且回转架能够改变作业方向为侧向作业，从而达到对隧道的断面全覆盖，相比较连杆结构，节约了活动调整空间，使多个机械设备位于掌子面协同作业更容易实现。同时，回转架的回转轴靠近掘进设备的本体，整个机械手前端都在回转，更加符合球面坐标系，操作方便，控制系统设计方便，可以大幅度减少人工的边看边调整。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
22.图1为一实施方式中机械手的结构示意图。
23.附图标记：
24.10-底座，12-底板，14-支撑板，20-回转机构，22-回转架，24-回转驱动件，26-转轴，30-伸缩机构，32-伸缩臂，322-固定端，324-活动端，34-伸缩驱动件，40-俯仰驱动件，50-作业头，60-作业驱动件，62-安装板，622-倾斜部。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
28.一实施方式中的隧道掘进设备，包括如图1所示的机械手，该机械手包括底座10、回转机构20、伸缩机构30及俯仰驱动件40。
29.底座10用于承载机械手的其他零部件，底座10可以固定于隧道掘进设备的车体上，实现隧道的连续掘进施工。当然，底座10也可以安装于其他可以固定底座10的作业平台上，作业平台随着掘进施工的进行向隧道内搬运。
30.回转机构20包括回转架22及回转驱动件24，回转架22与底座10转动连接，回转架22的回转轴26线与隧道的掘进方向相同。回转驱动件24设于底座10上，且回转驱动件24驱动回转架22转动。
31.在一实施方式中，底座10包括底板12及支撑板14，两组支撑板14间隔设置于底板12上，回转架22上设有转轴26，转轴26的两端分别可转动地安装于两组支撑板14上，实现回转架22与底座10可转动连接，回转驱动件24与转轴26连接。一实施方式中，转轴26的端部通过轴承可转动地安装于支撑板14上，回转驱动件24可以为电机或者液压马达等，回转驱动件24安装于底板12上。
32.伸缩机构30包括伸缩臂32及伸缩驱动件34，伸缩臂32与回转架22转动连接，伸缩驱动件34用于驱动伸缩臂32伸缩。其中，机械手作业时，可以通过伸缩臂32调整在隧道断面内作业点的远近。
33.在一实施方式中，伸缩臂32包括固定端322和活动端324，固定端322与回转架22铰接，活动端324活动插接于固定端322内，伸缩驱动件34的两端分别连接固定端322和活动端324，伸缩驱动件34用于驱动活动端324相对固定端322滑动，实现驱动伸缩臂32伸缩。在一具体实施方式中，伸缩驱动件34的两端分别与固定端322和活动端324铰接，避免活动端324与固定端322的轴向偏差，影响伸缩驱动件34的伸缩工作。
34.在一实施方式中，伸缩驱动件34可以采用气缸或者液压缸。本实施方式中，伸缩驱动件34采用液压缸。可以理解的是，在其他实施方式中，伸缩驱动件34也可以采用其他能够驱动伸缩臂32伸缩的结构，如电动伸缩杆等。
35.在一实施方式中，伸缩驱动件34设于伸缩臂32内，伸缩驱动件34位于伸缩臂32内，既能节省安装空间，同时伸缩臂32能够对伸缩驱动件34形成保护，延长伸缩驱动件34的使用寿命。
36.俯仰驱动件40的一端与回转架22铰接，俯仰驱动件40的另一端与伸缩臂32铰接，俯仰驱动件40用于驱动伸缩臂32相对回转架22摆动，因此可以通过俯仰驱动件40调整机械手在隧道断面内的作业点的高低。具体地，俯仰驱动件40的另一端与伸缩臂32的固定端322铰接。
37.在一实施方式中，俯仰驱动件40为气缸或者液压缸。本实施方式中，俯仰驱动件40为液压缸。可以理解的是，在其他实施方式中，俯仰驱动件40也可以采用其他能够驱动伸缩臂32摆动的结构，如电动伸缩杆等。
38.在一实施方式中，机械手还包括作业头50，作业头50可拆卸地安装于伸缩臂32的活动端322上，作业头50用于在隧道掘进过程中进行裂岩、破岩和扒料等。在一具体实施方式中，作业头50可以为钻头、破碎锤、钎杆、劈裂棒或挖斗等，可以采用不同的作业头50安装在伸缩臂32上，从而实现不同的施工内容。
39.在一实施方式中，机械手还包括作业驱动件60，作业头50与伸缩臂32铰接，作业驱动件60的一端与伸缩臂32铰接，作业驱动件60的另一端与作业头50铰接，作业驱动件60用于驱动作业头50转动，以调整作业头50作业时的姿态，使得作业更方便，提高了作业效率。具体地，作业头50及作业驱动件60与伸缩臂32的活动端324铰接。
40.在上述实施例的基础上，进一步地，作业驱动件60的一端铰接有安装板62，安装板62安装于伸缩臂32的活动端324，作业驱动件60通过安装板62与伸缩臂32连接，可以方便作
业驱动件60的安装。进一步地，安装板62具有朝向作业头50倾斜的倾斜部622，作业驱动件60的一端铰接于倾斜部622上，作业驱动件60的姿态倾斜向下，可以降低作业驱动件60驱动作业头50转动的作用力，便于作业驱动件60驱动作业头50转动。
41.在一实施方式中，作业驱动件60为气缸或者液压缸。本实施方式中，作业驱动件60为液压缸。可以理解的是，在其他实施方式中，作业驱动件60也可以采用其他能够驱动作业头50转动的结构，如电动伸缩杆等。
42.上述隧道掘进设备及其机械手的工作原理具体为：
43.作业头50作业时，伸缩驱动件34驱动伸缩臂32伸缩，调整作业头50在隧道断面内的作业点远近，通过俯仰驱动件40驱动伸缩臂32俯仰摆动，调整作业头50在隧道端面内作业点的高低，通过回转架22与俯仰驱动件40共同调整作业头50在隧道断面内宽度方向上的位置，且回转架22能够改变作业头50的作业方向为侧向作业，从而达到对隧道的断面全覆盖。
44.上述隧道掘进设备及其机械手，机械手适用于隧道纵深方向活动空间小的隧道内作业，并且能使作业的隧道整个断面齐整，回转架22使得机械手能覆盖隧道的全断面，相比较连杆结构，节约了活动调整空间，使多个机械设备位于掌子面协同作业更容易实现。同时，回转架22的回转轴靠近掘进设备的本体，整个机械手前端都在回转，更加符合球面坐标系，操作方便，控制系统设计方便，可以大幅度减少人工的边看边调整。
45.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。