申请/专利权人：中船(青岛)轨道交通装备有限公司

申请日：2018-09-10

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN108915708B

主分类号：E21D9/06

分类号：E21D9/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.03.12#著录事项变更;2018.12.25#实质审查的生效;2018.11.30#公开

摘要：一种盾构土仓破大卵石装置，包括六自由度机械手、高像素摄像头、光纤、主控室、激光发生器和激光发射器，六自由度机械手和高像素摄像头安装在盾构机的盾构机土仓内，在六自由度机械手的末端设有激光发射器；主控室和激光发生器安装在后配套部分的台车内，激光发生器、主控室与激光发射器之间通过光纤相互连接；高像素摄像头、六自由度机械手与主控室之间通过控制线连接。优点是：将激光破岩机理用在盾构领域中，提高土仓大卵石破岩效率，减少人员长时间带压进仓的安全隐患；采用六自由度机械手臂，能绕过回转接头等障碍物，精确把激光发射器固定在岩石位置，完全代替人，减少安全隐患，程序控制激光参数，减小激光破岩时对周围土仓壁的不利影响。

主权项：1.一种盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，包括六自由度机械手1、高像素摄像头2、光纤3、主控室4、激光发生器5和激光发射器6，六自由度机械手1的底座固定在盾构机主机部分A的盾构机土仓内的设备安装平台A2上，在该盾构机土仓内装有高像素摄像头2，在该六自由度机械手1的末端设有激光发射器6；所述的主控室4和激光发生器5安装在盾构机的后配套部分的台车内，激光发生器5与该激光发射器6之间通过光纤连接,主控室4通过控制器控制机械手臂1和激光发生器5，高像素摄像头2成像在主控室4操作台界面上，为机械手臂动作提供参照；该高像素摄像头2与主控室4之间，以及主控室4与六自由度机械手1之间通过控制线连接。

全文数据：盾构土仓破大卵石装置技术领域[0001]本发明涉及一种盾构土仓破大卵石装置，主要用于盾构机在掘进过程中，对进入盾构土仓的直径大约20-50cm的巨型卵石或飘石的破碎。背景技术[0002]盾构机在掘进过程中，遇到直径大约20-50cm的巨型卵石或飘石，刀盘无法破碎而进入盾构机的土仓，由于粒径大，螺旋机又不能排出，这种情况对盾构的推进进度产生直接影响。传统的解决方式是施工人员带压进仓破碎，安全隐患大，效率低下，属于世界盾构行业始终未攻关的课题。但是随着科技的进步和发展，很多破岩技术和装备应运而生，有水射流、激光、超声波破岩等技术，给盾构土仓破大卵石提供了技术储备。[0003]目前土压平衡盾构机对大卵石的处理方法有两种：1.工作面破碎:提前预测出大卵石位置，在工作面破碎，一般通过地面打孔孔内放炸药的方法破碎大卵石；2.机内破碎:大卵石通过刀盘上的开口进入土仓，由于大卵石尺寸较大，螺旋输送机不易排出，对螺旋输送机的磨损很严重。一般是人带压进入土仓，采用机械钻孔破碎或机械钻孔放炸药方法破碎，安全隐患大，效率低下。研宄一套盾构机土仓内大卵石破碎技术，显得尤为重要。发明内容[0004]本发明的目的就是提供一种盾构土仓破大卵石装置，以解决现有土压平衡盾构机在盾构过程中对大卵石的处理存在的安全隐患大和效率低下的问题。[0005]为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是:一种盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，包括六自由度机械手、高像素摄像头、光纤、主控室、激光发生器和激光发射器，六自由度机械手的底座固定在盾构机主机部分的盾构机土仓内的设备安装平台上，在该盾构机土仓内装有高像素摄像头，在该六自由度机械手的末端设有激光发射器;所述的主控室和激光发生器安装在盾构机的后配套部分的台车内，激光发生器与激光发射器之间光纤连接，主控室通过控制器控制机械手和激光发生器;该高像素摄像头与主控室之间，以及主控室与六自由度机械手之间通过控制线连接。[0006]本发明的优点是:将激光破岩机理用在盾构领域中，提高土仓大卵石破岩效率，减少人员长时间带压进仓的安全隐患;采用六自由度机械手臂，能绕过回转接头等障碍物，精确把激光发射器固定在岩石位置，完全代替人，减少安全隐患，程序控制激光参数，减小激光破岩时对周围土仓壁的不利影响。可以实现盾构土仓快速破碎大卵石，采用机械手臂加持光纤探头，发射高功率激光束破岩石，避免了人远进入土仓破岩带来的安全隐患;采用激光破岩石，施工效率高;采用高速摄像头定位岩石位置，采用程序控制六自由度机械手，灵活避开土仓中刀盘回转接头装置，加持光发射器头精确定位至岩石位置，程序精确控制激光破岩时间破岩，技术水平高。人阐舱设置光纤激光传送通道，密封严格，操作方便。光纤激光发生器配备在后配套台车上，避免设置洞外激光发生器，缩短光纤长度，减少激光功率损耗。附图说明[0007]图1是本发明安装在盾构机上的整体结构和布置示意图；图2是图1中主机部分的放大图；图3是图1中后配套部分的放大图；图4是图1中人闸舱的放大图；图5是图4中P处的放大图（人闸舱密封结构剖视图）；图6是本发明一种实施例机械手自动控制的整体构成框图；图7是本发明另一种实施例机械手人工控制的整体构成框图。[0008]附图标记说明：1、六自由度机械手，2、高像素摄像头，3、光纤，4、主控室，5、激光发生器，6、激光发射器，7、大卵石，8、紧定螺钉，9、密封圈，10、密封垫，A、主机部分，A1、刀盘，A2、设备安装平台，A3、人闸舱，B、后配套部分，Bl、l号台车，B2、2号台车，C、螺旋输送装置，11控制线。具体实施方式[0009]参见图1-图5,本发明一种盾构土仓破大卵石装置，包括六自由度机械手1、高像素摄像头2、光纤3、主控室4、激光发生器5和激光发射器6,六自由度机械手1的底座固定在盾构机主机部分A的盾构机土仓内的设备安装平台A2上，在该盾构机土仓内装有高像素摄像头2,在该六自由度机械手1的末端设有激光发射器6;所述的主控室4和激光发生器5安装在盾构机的后配套部分的台车内，激光发生器5与该激光发射器6之间通过光纤3相互连接;该高像素摄像头2与主控室4之间，以及主控室4与六自由度机械手1之间通过控制线连接。[0010]所述的主控室4安装在该后配套部分的1号台车B1内，该激光发生器5安装在该后配套部分的2号台车B2内。[0011]所述的高像素摄像头2安装在盾构机土仓内的顶部。[0012]所述的主控室4与该六自由度机械手1之间的光纤3穿过位于主机部分A内的人闸舱A3，在光纤3与人闸舱A3之间设有密封机构。[0013]所述的密封机构包括紧定螺钉8、密封圈9和密封垫10,在该密封垫10的中心孔穿过光纤3,并通过沿中心孔周围均布的多个紧定螺钉8与人闸舱A3的内侧紧固，在该密封垫10与人闸舱A3之间设有密封圈9。该密封机构保证了人闸舱内的压力。[0014]参见图6,在所述的主控室4内设有激光控制器41和机械手控制器42,该激光控制器41连接在该激光发生器5与该激光发射器6之间，该机械手控制器42连接在该高像素摄像头2与该六自由度机械手1之间。[0015]所述的机械手控制器42采用触摸屏控制器，工作人员根据图像操作机械手。[0016]也可采用图7所示的控制方式，即在主控室4内设置显示器43,用于显示高像素摄像头2提供的图像，由主控室4内的操作人员通过激光控制器41和机械手控制器42分别控制操作激光发生器5的开关或激光强度，以及控制六自由度机械手1的动作以对准盾构机土仓内的大卵石7参见图2。[0017]本发明的使用方法和工作原理说明如下：本装置把激光技术应用于盾构土仓破岩，主要是采用高功率激光束融化、气化岩石的破岩机理，破岩效率高。设备具体工作过程如下：1.利用螺旋输送装置C排净盾构土仓内的土和较小粒径的碎石，利用高像素摄像头2定位大卵石7位置土仓底部）。[0018]2•进入人闸舱A3,将六自由度机械手1的底座安装在设备平台A2上，机械手臂可以绕过土仓回转接头部件，直达仓底。[0019]3.做人闸舱A3光纤传送接对接口，在六自由度机械手1末端装上激光发射器6。[0020]4•通过主控室4内机械手控制器42界面操作机械手臂，靠近大卵石7约20cm，并通过激光控制器41控制激光发生器5发射激光束控制强度和时间）。[0021]5.将大卵石7破碎后，撤出安装在盾构土仓内的本发明的设备。缩短了人员在土仓提留时间，大大降低安全风险。[0022]本发明的激光发生器5采用IPG生产的功率为20kw的光线激光器，光线激光器的转换效率和可靠性高，机动性好，与传能光纤的兼容性好，适合远距离传输。

权利要求：1.一种盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，包括六自由度机械手1、高像素摄像头2、光纤3、主控室4、激光发生器5和激光发射器6，六自由度机械手1的底座固定在盾构机主机部分A的盾构机土仓内的设备安装平台A2上，在该盾构机土仓内装有高像素摄像头2,在该六自由度机械手1的末端设有激光发射器6;所述的主控室4和激光发生器5安装在盾构机的后配套部分的台车内，激光发生器5与该激光发射器6之间通过光纤连接，主控室4通过控制器控制机械手臂1和激光发生器5,高像素摄像头2成像在主控室4操作台界面上，为机械手臂动作提供参照;该高像素摄像头2与主控室4之间，以及主控室4与六自由度机械手1之间通过控制线连接。2.如权利要求1所述的盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，所述的激光发生器5与激光发射器6之间的光纤3穿过位于主机部分A内的人闸舱A3,在光纤3与人闸舱A3之间设有密封机构。3.如权利要求2所述的盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，所述的密封机构包括紧定螺钉8、密封圈9和密封垫10,在该密封垫10的中心孔穿过光纤3,并通过沿中心孔周围均布的多个紧定螺钉8与人闸舱A3的内侧紧固，在该密封垫10与人闸舱A3之间设有密封圈9。4.如权利要求1所述的盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，在所述的主控室4内设有激光控制器41和机械手控制器42,该激光控制器41连接在该激光发生器5与该激光发射器6之间，该机械手控制器似连接在该高像素摄像头2与该六自由度机械手1之间。5.如权利要求1所述的盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，所述的机械手控制器42采用触摸屏控制器，工作人员根据图像操作机械手。6.如权利要求1所述的盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，所述的主控室4安装在该后配套部分的1号台车B1内，该激光发生器5安装在该后配套部分的2号台车B2内。7.如权利要求1所述的盾构土仓破大卵石装置，其特征在于，所述的高像素摄像头2安装在盾构机土仓内的顶部。

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