一种适于盾构机自动拼装的新型钢拱架的制作方法

本实用新型涉及隧道施工领域，具体涉及一种适于盾构机自动拼装的新型钢拱架。

背景技术：

岩石隧道掘进机（tunnelboringmachine,简称tbm）是路网建设的重大核心装备，高效、安全是采用tbm开展隧道施工的核心竞争优势。而tbm施工过程中需要采用钢拱架对其后方进行及时支护，目前主要的支护方式为人工支护，支护过程是将一段一段的钢拱架拼装成环形，并将拼装完成后的钢拱架撑起在tbm施工后的隧道内，拼装过程采用人工对接各段钢拱架并需要人工拧螺栓将其拧紧，这就需要工人长时间现场作业，一旦发生塌方，很容易发生人员伤亡事故，安全隐患大，且人工支护效率低。因此由人工支护导致的支护不及时或质量不稳定是造成tbm塌方的主要原因，严重制约着tbm全面推广应用。

实现钢拱架拼装由人工操作的机械化向机器人化转型，是有效解决安全、高效、高质量及时支护难题，提高tbm施工安全和效率的重要途径。现有钢拱架拼装、支护作业方法自动化程度低、人工工作量大、时间长、智能决策水平差造成支护不及时、质量不稳定等问题，不适应tbm高效、安全施工要求，是制约tbm施工效率、安全和质量提高的主要瓶颈。另一方面，掘进装备智能化已是行业发展趋势与竞争热点，tbm施工支护系统机器人化是实现掘进智能化以致无人值守的重要内容。研制集成环与撑紧功能于一体的钢拱架安装机器人作业系统，是解决tbm及时支护问题的有效途径，也是实现掘进机作业智能化的迫切需求。而目前的钢拱架通过螺栓连接的结构形式对机器人作业的视觉定位系统要求过高，难以实现机器人作业时钢拱架的快速连接。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是目前的钢拱架通过螺栓连接的结构形式对机器人作业的视觉定位系统要求过高，难以实现机器人作业时钢拱架的快速连接，提供一种实现钢拱架的快速连接的适用于盾构机自动拼装的新型钢拱架。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种适于盾构机自动拼装的新型钢拱架，包括依次拼装成环的首段钢拱架、若干段中间段钢拱架和末段钢拱架，首段钢拱架与中间段钢拱架之间、相邻中间段钢拱架之间、中间段钢拱架与末段钢拱架之间均为锁扣连接，首段钢拱架与末段钢拱架之间啮合连接。

所述的中间段钢拱架两端分别为中间段锁紧端和中间段连接端，所述的中间段锁紧端包括连接块和锁紧块，所述的中间段连接端包括连接孔和锁紧孔，所述的连接孔与连接块相配合，锁紧孔与锁紧块相配合。

所述的连接块上设有滑槽，滑槽内设有挡块。

所述的挡块与滑槽的底面之间设有弹性结构。

所述的连接块和锁紧块分别设有两个，两个连接块对称设置，两个锁紧块对称设置，两个连接块内的挡块之间设有弹性结构。

所述的锁紧块上设有棘齿结构，锁紧孔内侧还是有棘齿块，棘齿块上的棘齿与锁紧块上的棘齿结构相啮合。

所述的首段钢拱架两端分别为首段连接端和首段锁紧端，所述的首段连接端与中间段钢拱架的中间段锁紧端连接，首段锁紧端为棘齿结构。

所述的末段钢拱架两端分别为末段连接端和末段锁紧端，所述的末段锁紧端与中间段钢拱架的中间段连接端连接，末段连接端为棘齿结构；所述末段连接端的棘齿结构与首段锁紧端的棘齿结构啮合连接。

本实用新型将相邻各段钢拱架之间的连接方式改为锁扣连接和啮合连接，更适合采用机器人进行钢拱架的拼装，不需要传统的钢拱架拼装时的螺栓对孔和拧紧螺栓等动作，大大减化了机器人的动作，使得钢拱架拼装实现机器人化更加快速、简单，大大节约生产成本。

附图说明

图1是本实用新型拼装完成后钢拱架环结构示意图；

图2是本实用新型中间段钢拱架的中间段锁紧端结构示意图；

图3是本实用新型中间段钢拱架的中间段连接端结构示意图；

图4是本实用新型首段钢拱架结构示意图；

图5是本实用新型末段钢拱架结构示意图；

图6是本实用新型拼装时钢拱架与拼装机器人相配合的结构示意图；

图7是本实用新型相邻中间段钢拱架连接处预紧状态的结构示意图；

图8是本实用新型相邻中间段钢拱架连接处撑紧状态的结构示意图；

图9是本实用新型首段钢拱架与末段钢拱架连接处的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种适于盾构机自动拼装的新型钢拱架，包括依次拼装成环的首段钢拱架1、若干段中间段钢拱架2和末段钢拱架5，首段钢拱架1与中间段钢拱架2之间、相邻中间段钢拱架2之间、中间段钢拱架2与末段钢拱架5之间均为锁扣连接，首段钢拱架1与末段钢拱架5之间啮合连接。

如图2和图3所示，所述的中间段钢拱架2两端分别为中间段锁紧端和中间段连接端，所述的中间段锁紧端包括连接块202和锁紧块203，所述的中间段连接端包括连接孔204和锁紧孔205，所述的连接孔204与连接块202相配合，锁紧孔205与锁紧块203相配合。连接块202与锁紧块203均固连在钢拱架上。

所述的连接块202上设有滑槽，滑槽内设有挡块201。挡块201可以在在滑槽中移动。

所述的挡块201与滑槽的底面之间设有弹性结构。本实用新型所述的弹性结构是弹簧等，弹性结构的设置使挡块201遇到外力可以缩回离，开外力可以伸出。

所述的连接块202和锁紧块203分别设有两个，两个连接块202对称设置，两个锁紧块203对称设置，两个连接块202内的挡块201之间设有弹性结构。本实用新型所述的弹性结构是弹簧等，两个对称设置的挡块201之间通过弹性结构连接使挡块201遇到外力可以缩回，离开外力可以伸出。

所述的锁紧块203上设有棘齿结构，锁紧孔205内侧还是有棘齿块206，棘齿块206上的棘齿与锁紧块203上的棘齿结构相啮合。本实用新型相邻中间段钢拱架上的连接孔204和锁紧孔205，连接孔204与连接块202相互配合并通过挡块201锁紧，锁紧孔205和锁紧块203相配合并通过棘齿块206与锁紧块203上的棘齿结构啮合来锁紧；棘齿块206固连在钢拱架上，且是悬臂结构，可以实现一定范围的弹性变形摆动。

如图4所示，所述的首段钢拱架1两端分别为首段连接端101和首段锁紧端102，所述的首段连接端101与中间段钢拱架2的中间段锁紧端连接，首段锁紧端102为棘齿结构。首段连接端101的结构与中间段连接端的结构相同。

如图5所示，所述的末段钢拱架5两端分别为末段连接端502和末段锁紧端501，所述的末段锁紧端501与中间段钢拱架2的中间段连接端连接，末段连接端502为棘齿结构；所述末段连接端502的棘齿结构与首段锁紧端102的棘齿结构啮合连接。末段锁紧端501的结构与中间段锁紧端的结构相同。

本实用新型的钢拱架拼装成环的过程为：如图6至图9所示，首先钢拱架拼装机器人抓取首段钢拱架1，然后抓取第一块的中间段钢拱架2，并将首段钢拱架1的首段连接端101与第一块的中间段钢拱架2的中间段锁紧端相互配合，即将锁紧块203插入前一环锁紧孔205中，连接块202插入前一段钢拱架的连接孔204中并通过挡块201防止松脱，以达到首段连接端101与第一块中间段钢拱架2的中间段锁紧端的预紧状态；

然后若干个中间段钢拱架2依次按照同上过程进行拼装至末段钢拱架拼装完成；所有钢拱架拼装完成时形成钢拱架环，此时的钢拱架环处于预紧状态，此时需要将钢拱架环撑紧到隧道的洞壁上；

当拼装机器人抓手将钢拱架环撑紧时，此时，首段钢拱架的首段连接端101与中间段钢拱架的中间段锁紧端、相邻中间段钢拱架之间的连接端和锁紧端、中间段钢拱架的锁紧端与末段钢拱架的末段连接端之间的棘齿块206与锁紧块203啮合，达到锁紧状态；

最后首段钢拱架的首段锁紧端102通过棘齿啮合与末环连接端502锁紧，至此钢拱架拼装并撑紧到洞壁成环，如图1所示。

本实用新型所用的首段钢拱架71、若干段中间段钢拱架72和末段钢拱架75拼装完成后，首段钢拱架71与末段钢拱架75连接处会有部分重合，钢拱架撑紧过程中，靠减少二者的重合长度来保证钢拱架环的完整型，不需要抓取另外的连接片，操作过程更加简单。