一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统

1.本发明涉及盾构机的技术领域，具体涉及盾构机的换刀作业，尤其是指一种感应刀具磨损的盾构机自动换刀装置及系统。


背景技术：

2.盾构机设备在使用过程中，尤其是应用在土质较硬的环境中，刀具在掘进过程中易出现钝化、损坏等现象，需要在地下实现刀具的更换。
3.现有技术采用人工的方式实现对刀具的更换，操作人员通过穿戴相应的潜水设备以及其他防护设备，通过进入人孔仓、气垫仓最后到达泥水仓中进行换刀作业。换刀过程中，为防止外界泥土等进入泥水仓，通过加压的方式进行保护，因此操作人员需要在高压环境下进行换刀，对操作人员提出一定要求。但是，即使在加压的情况下操作依旧无法完全避免外界泥土坍塌的可能性，发生时会对操作人员造成伤害甚至导致死亡。工作环境恶劣以及存在高风险，这导致盾构机换刀工作面临高成本、高风险、低效率等缺点。
4.同时，目前盾构自动换刀技术忽略了新旧刀具利用率的问题，当破坏的旧刀具被换上新刀具时，此时的新刀具位置比原有的旧刀具位置更加突出，导致在掘进过程中新刀具比旧刀具承受着更大的压力，也即意味着新刀具磨损的速度会更快，而旧刀具由于承受的压力较小，也即不能最大化地参与到掘进过程中，也会大大降低了掘进的效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述问题，提供一种可感应刀具磨损的、工作效率高、智能安全，同时精度较高的盾构机自动换刀装置。
6.本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
7.一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统，其特征在于，包括可以感应刀具磨损的刀盘、被切削的泥土将会从刀盘进入到的土仓室、螺旋输送器以及实现无人操作的自动换刀装置；所述的刀盘有各个独立的刀具装置，该刀具装置包括上下端的位置挡板、左右端的感应挡板以及可拆卸的套筒刀具，位置挡板包括小型千斤顶、压力传感器、圆弧凹槽组成，感应挡板里设有红外线感应器；土仓室里设有两道拱形电动舱门，连接刀盘与自动换刀装置，自动感应装置包括六自由度的送刀机械臂、卸刀机械臂，以及送刀传送带，卸刀传送带。
8.作为一种优选的方案，所述的位置挡板位于刀具的上下两侧，包括小型千斤顶，压力传感器以及圆弧凹槽组成，小型千斤顶一端连接着挡板侧壁，一端与压力传感器连接，压力传感器用于感应刀具所受到的压力，保证新刀具与旧刀具承受着相同的压力值，新旧刀具共同作用下提高盾构掘进效率。
9.作为一种优选的方案，所述的感应挡板位于刀具的左右两侧，在其正中央设有红外线感应器，用于感应刀片边缘到红外线感应器的距离，当两者之前的距离大于一个固定值时，我们则认为刀具已经达到破坏。
10.作为一种优选的方案，所述的盾构刀具包括中心位置的刀片以及两端的套筒固定装置，该装置两端的齿轮与位置挡板的圆弧凹槽相嵌固，当需要换刀时只需要拆开套筒，用原有的旧刀片换取新的刀片，再重新合并套筒即可，大大得减少了钢材的使用量以及损失量。
11.作为一种优选的方案，所述的拱形电动舱门连接着刀盘以及自动换刀装置，当开始进行换刀时，舱门将会自动打开，送刀机械臂和卸刀机械臂将会从舱门进入到刀盘进行换刀，当换刀结束后，舱门将会自动关闭。
12.作为一种优选的方案，所述的自动换刀装置位于舱门的后面，包括六自由度的送刀机械臂、卸刀机械臂，以及送刀传送带，卸刀传送带。开始换刀前，自动换刀装置全部位于舱门后面，当开始进行换刀时，土舱门将会打开，送刀机械臂和卸刀机械臂从土舱门进入刀盘位置，卸刀机械臂把旧刀具换下并放到卸刀传送带处往后运送，同时，送刀机械臂从送刀传送带中拿起新刀具并换到刀盘相应位置上。当把旧刀具中的旧刀片换上新刀片时，即可把新刀具放到送刀传送带上，实现循环。
13.实施本发明，具有如下有益效果：
14.1.通过实现盾构机内自动化换刀工艺，能够完全使用机械代替人工完成相应的取刀和换刀作业，解决了人工进行换刀存在的狭小空间内操作不便，操作人员换刀时容易发生跌倒碰撞伤害等安全问题，避免了维修工人更换作业难度大，可以不再暴露在高压环境中。
15.2.通过实现盾构机内自动化换刀工艺，两机械臂相互配合，大大缩短了换刀的时间，对刀具的定位精确度较高，大幅度减少了盾构机换刀停机时间，有效提高了施工工程效率。
附图说明
16.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统整体结构示意图。
18.图2是本发明一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统的俯视图。
19.图3是本发明一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统的剖视图。
20.图4是本发明刀具装置、盾构刀具的结构示意图。
21.图5是本发明位置挡板、感应挡板的结构示意图。
22.图6是本发明自动换刀装置示意图。
23.图7至图10是本发明盾构机进行换刀时的状态变化示意图。
具体实施方式
24.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。
25.实施例
26.参照图1至图6，本实施例涉及一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统，包括可以感应刀具磨损的刀盘1、被切削的泥土将会从刀盘进入到的土仓室3、螺旋输送器17以及实现无人操作的自动换刀装置5；所述的刀盘有各个独立的刀具装置2，该刀具装置包括上下端的位置挡板10、左右端的感应挡板11以及可拆卸的套筒刀具12，位置挡板包括小型千斤顶13、压力传感器14以及圆弧凹槽15，感应挡板里设有红外线感应器16；土仓室里设有两道拱形电动舱门4，连接刀盘1与自动换刀装置5，自动感应装置包括六自由度的送刀机械臂6、卸刀机械臂7，以及送刀传送带8，卸刀传送带9。
27.一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统，可以在盾构掘进的过程中，通过压力传感器14来感应刀具所承受的掘进压力，并实现调控，当刀具承受的压力过大时，位于位置挡板的千斤顶15开始回缩，当压力过小时千斤顶15顶进，保持新旧刀具承受相同的压力值，新旧刀具共同作用提高掘进效率。刀具在掘进过程中出现了磨损，通过感应挡板中的红外线感应器16，感应刀片最外沿与红外线感应器的距离，当两者之间的距离大于一个固定值时，则判断刀具已破坏。此时土舱门自动打开，送刀机械臂6和卸刀机械臂7从土舱门进入刀盘位置，卸刀机械臂7把旧刀具换下并放到卸刀传送9带处往后运送，同时，送刀机械臂6从送刀传送带8中拿起新刀具并换到刀盘相应位置上。当把旧刀具中的旧刀片换上新刀片时，即可把新刀具放到送刀传送带上，实现循环。全过程几乎无需人工操作，解决了人工进行换刀存在的狭小空间内操作不便，操作人员换刀时容易发生跌倒碰撞伤害等安全问题，避免了维修工人更换作业难度大，可以不再暴露在高压环境中。并且保证在掘进的过程中，新旧刀承受相同的压力，共同承受掘进压力，提高掘进效率，以免新刀具磨损过快。
28.如图1、图2、图3所示，所述的一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统包括可以感应刀具磨损的刀盘1、被切削的泥土将会从刀盘进入到的土仓室3、螺旋输送器17以及实现无人操作的自动换刀装置5。
29.如图1、图4、图5所示，所述的位置挡板10位于刀具的上下两侧，包括小型千斤顶13、压力传感器14以及圆弧凹槽15组成，小型千斤顶13一端连接着挡板侧壁，一端与压力传感器14连接，压力传感器14用于感应刀具所受到的压力并实现调控，当刀具承受的压力过大时，位于位置挡板10的千斤顶开始回缩，当压力过小时千斤顶13顶进，保证新刀具与旧刀具承受着相同的压力值，新旧刀具共同作用下提高盾构掘进效率。
30.如图1、图4、图5所示，所述的感应挡板12位于刀具的左右两侧，在其正中央设有红外线感应器16，用于感应刀片18边缘到红外线感应器的距离。刀具在掘进过程中出现了磨损，因此刀片边缘与红外线感应器之间的距离肯定会越来越大，当两者之前的距离大于一个固定值时，我们则认为刀具已经达到破坏。
31.如图1、图4所示，所述的盾构刀具包括中心位置的刀片18以及两端的套筒固定装置19，该装置两端的齿轮与位置挡板的圆弧凹槽15相嵌固，当刀片已破坏需要换刀时，只需要把两端的套筒19拆开，用原有的旧刀片换取新的刀片，再重新合并套筒，放到送刀传送带8循环使用，如此一来大大地减少了钢材的使用量以及损失量。
32.如图1、图6所示，所述的自动换刀装置位于舱门4的后面，包括六自由度的送刀机械臂6、卸刀机械臂7，以及送刀传送带8，卸刀传送带9。开始换刀前，自动换刀装置5全部位
于舱门4后面，当开始进行换刀时，土舱门4将会打开，送刀机械臂6和卸刀机械臂7从土舱门4进入刀盘位置，卸刀机械臂7把旧刀具换下并放到卸刀传送带9处往后运送，同时，送刀机械臂6从送刀传送带8中拿起新刀具并换到刀盘相应位置上。当把旧刀具中的旧刀片换上新刀片时，即可把新刀具放到送刀传送带7上，实现循环。
33.如图7至图10所示为盾构机进行换刀时的状态变化示意图，结合图1至图6，盾构机自动换刀的步骤如下：
34.首先，如图7所示，此时盾构机即将开始自动换刀，整个自动换刀装置5均在土舱门4里面，土舱门处于关闭状态。
35.然后，如图8所示，土舱门4自动打开，送刀机械臂6与卸刀机械臂7可通过舱门4直接进入刀盘1位置，根据红外线感应器16的感应判断出已经破坏的旧刀具，卸刀机械臂7的机械爪已逐渐深入到破坏刀具，开始拆卸。
36.再而，如图9所示，在卸刀机械臂7已经把破坏刀具拆卸的同时，送刀机械臂6从送刀传送带8拿起新刀具，并准备送往相应的刀盘1位置。
37.最后，如图10所示，卸刀机械臂7的机械爪移动到卸刀传送带9上，放下破坏刀具，使刀具随着卸刀传送带9移动到后面；而送刀机械臂6把新刀具嵌入到刀盘1相应的刀具位置，完成换刀。
38.本发明的工作原理：
39.一种能感应刀具磨损的盾构自动换刀装置系统，可以在盾构掘进的过程中，通过压力传感器14来感应刀具所承受的掘进压力，并实现调控，当刀具承受的压力过大时，位于位置挡板的千斤顶15开始回缩，当压力过小时千斤顶15顶进，保持新旧刀具承受相同的压力值，新旧刀具共同作用提高掘进效率。刀具在掘进过程中出现了磨损，通过感应挡板中的红外线感应器16，感应刀片最外沿与红外线感应器的距离，当两者之间的距离大于一个固定值时，则判断刀具已破坏。此时土舱门自动打开，送刀机械臂6和卸刀机械臂7从土舱门进入刀盘位置，卸刀机械臂7把旧刀具换下并放到卸刀传送9带处往后运送，同时，送刀机械臂6从送刀传送带8中拿起新刀具并换到刀盘相应位置上。当把旧刀具中的旧刀片换上新刀片时，即可把新刀具放到送刀传送带上，实现循环。
40.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。