CN108756927A - 一种掘进机钢拱架安装*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掘进机钢拱架安装***，包括：用于接收钢拱架并将钢拱架输送至预设转移位置的运输装置；用于使若干个钢拱架首尾相接以形成C形环的拼接装置；用于从运输装置上抓取钢拱架并将钢拱架放置在拼接装置上的抓取装置；用于抓取C形环并将其输送至撑紧位置且使其撑紧的撑紧装置；用于将撑紧后的C形环的开口处封闭的收尾封环机构；与运输装置、拼接装置、抓取装置、撑紧装置以及收尾封环机构均相连的控制装置。该掘进机钢拱架安装***通过控制装置实现钢拱架的自动运输、自动抓取、自动拼接、移动撑紧及封口成闭环等支护工作，机械化程度高，避免人工搬运和安装钢拱架，降低劳动强度，提高效率，且避免人工安装误差。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工机械技术领域，更具体地说，涉及一种掘进机钢拱架安装***。
背景技术
全断面隧道掘进机(TBM)作为隧道掘进的专用工程机械，集掘进、支护和出渣等多功能为一体，适用于硬岩地层的掘进，在地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程中得到广泛应用。
在不良地质施工中，钢拱架是用于隧道开挖结构面最重要的支护构件之一，其安装速度、安装质量等对隧道的稳定性及施工人员的安全性有着重要影响。目前，TBM在恶劣地质施工时，开挖工序结束后需要安装钢拱架以对围岩进行初期支护。现有技术中，在每一轮开挖完毕后，通常都需要作业人员在靠近开挖面的位置完成钢拱架的定位及拱脚的安装固定。这种安装步骤为：将钢拱架分为若干段，在隧道外加工厂完成分段加工；然后，将各段通过板车等运输至洞内，在洞内将每榀钢拱架人工捆扎，通过吊运机械将钢拱架吊运至存储机构，再通过简易安装平台和其它吊运辅助装置将钢拱架输送至安装位置，然后人工搬运和架设钢拱架使其在空中对接，并人工安装和拧紧螺栓。在钢拱架的整个拼装过程中，隧道基本上仅能依靠围岩内部的作用力保持稳定，并且由于作业人员靠近隧道开挖面，这在稳定性较差的隧道内是极其危险的，而现有技术中分段人工安装钢拱架的安装机械化程度较低，需要依靠大量的劳动力来完成钢拱架的安装，人工成本高，且安装效率低，影响工期，占用隧道施工作业时间较长，无疑也增加了人工安装拱架的危险性，且架设质量也存在问题。
综上所述，如何提供一种机械化、自动化程度较高的掘进机钢拱架安装***，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种掘进机钢拱架安装***，该掘进机钢拱架安装***的机械化、自动化程度较高，避免人工搬运和安装钢拱架，降低了劳动强度，提高了安装效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种掘进机钢拱架安装***，包括：
用于接收钢拱架并将所述钢拱架输送至预设转移位置的运输装置；
用于使若干个所述钢拱架首尾相接以形成C形环的拼接装置；
用于从所述运输装置上抓取所述钢拱架并将所述钢拱架放置在所述拼接装置上的抓取装置；
用于抓取所述C形环并将其输送至撑紧位置且使其撑紧的撑紧装置；
用于将撑紧后的所述C形环的开口处封闭的收尾封环机构；
与所述运输装置、所述拼接装置、所述抓取装置、所述撑紧装置以及所述收尾封环机构均相连的控制装置。
优选地，所述运输装置包括：
用于接收并输送所述钢拱架的运输小车，所述运输小车上设有用于限定所述钢拱架的摆放位置的限位机构；
用于对所述运输小车进行导向的运输轨道；
用于检测所述钢拱架是否到达所述预设转移位置的行程位移传感器，所述行程位移传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述运输小车的驱动装置相连。
优选地，所述拼接装置包括：
用于设置所述钢拱架并使相邻的所述钢拱架首尾相对的拼装环；
用于带动所述拼装环逐次转动预设角度的转动驱动装置；
用于将相邻的所述钢拱架首尾固定连接的自动连接装置；
用于检测所述钢拱架是否在所述拼装环上定位且用于检测所述钢拱架是否为第一块钢拱架的触觉或视觉检测装置，所述触觉或视觉检测装置与所述控制装置相连，所述控制装置分别与所述转动驱动装置和所述自动连接装置相连。
优选地，所述拼接装置还包括：
用于实时监测所述钢拱架定位时的预紧力是否达到预设预紧力值的预紧压力反馈装置，所述预紧压力反馈装置与所述控制装置相连。
优选地，所述拼接装置还包括：
用于检测所述转动驱动装置的转角是否达到预设转角的回转角度测量传感器；
用于检测所述转动驱动装置的扭矩是否满足预设扭矩要求的回转扭矩传感器，所述回转角度测量传感器和所述回转扭矩传感器均与所述控制装置相连。
优选地，所述拼装环设有用于定位所述钢拱架的外周部的定位卡爪和用于定位所述钢拱架的端部的限位块。
优选地，所述抓取装置包括：
用于抓取所述钢拱架的抓取手和用于设置所述抓取手的抓取臂；
与所述抓取臂相连、用于驱动所述抓取臂在所述预设转移位置和所述拼接装置的入料位置之间移动的直线驱动装置；
用于检测所述抓取臂是否到达所述预设转移位置或所述入料位置的推进行程传感器，所述推进行程传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述直线驱动装置相连；
与所述抓取臂相连、用于驱动所述抓取臂伸缩的伸缩驱动装置；
用于检测所述抓取手是否伸出至抓取位置的举升行程传感器，所述举升行程传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述伸缩驱动装置相连；
用于检测所述抓取手的抓取压力是否达到预设压力值的压力传感器，所述压力传感器与所述控制装置相连。
优选地，所述抓取手与用于调整所述抓取手的位姿的微调机构相连，以辅助所述钢拱架在所述拼接装置上定位，所述微调机构与所述控制装置相连。
优选地，所述撑紧装置包括用于撑紧所述C形环的若干个撑紧臂，所述撑紧臂设置在撑紧环上，所述撑紧环与用于驱动所述撑紧环张开或缩回的撑紧驱动装置相连，所述撑紧环可移动地套设在用于承载的主梁上，所述撑紧环与所述直线驱动装置相连；所述撑紧装置还包括用于检测所述撑紧臂的撑紧力是否达到预设撑紧力的撑紧力传感器，所述撑紧力传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述撑紧驱动装置相连；
所述抓取臂通过所述撑紧环与所述直线驱动装置相连；
所述推进行程传感器还用于检测所述撑紧环是否到达所述撑紧位置。
优选地，所述收尾封环机构包括：
用于夹持所述C形环的夹持部；
用于将连接件送至所述开口处的供料装置；
用于将所述连接件与所述C形环的开口端连接的自动封环装置；
用于检测所述夹持部的夹持力是否达到接触力预设值的接触力传感器，所述接触力传感器与所述控制装置相连，所述控制装置分别与所述供料装置和所述自动封环装置相连。
本发明提供的掘进机钢拱架安装***，通过控制装置分别依次控制运输装置、抓取装置、拼接装置、撑紧装置和收尾封环机构的动作，使上述各部件配合工作完成钢拱架的安装支护。使用时，将钢拱架放置在运输装置上，控制装置控制运输装置动作，使运输装置将钢拱架输送至预设转移位置；然后，控制装置控制抓取装置动作，使抓取装置将钢拱架从运输装置上转移至拼接装置上；控制装置控制拼接装置动作，将若干个钢拱架首尾相接以形成C形环；控制装置控制撑紧装置动作，使撑紧装置将C形环输送至撑紧位置并将C形环撑紧于洞壁上；最后，控制装置控制收尾封环机构动作，将撑紧后的C形环的开口处封闭。至此完成一环钢拱架的支护工作。也即，本申请提供的掘进机钢拱架安装***采用机械自动控制的方式实现钢拱架的自动运输、自动抓取、自动拼接、移动撑紧以及封口成闭环等全部支护工作，机械化程度高，避免人工搬运和安装钢拱架，降低了劳动强度，提高了安装效率，安全可靠，且避免了人工安装误差。
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为本发明所提供的掘进机钢拱架安装***具体实施例的结构示意图；
图2为图1所示掘进机钢拱架安装***的侧视图；
图3为图1所示掘进机钢拱架安装***的主视图；
图4为图1所示掘进机钢拱架安装***的控制流程图。
图1至图3中的附图标记如下：
11为运输小车、12为运输轨道、13为限位机构、21为拼装环、22为转动驱动装置、23为自动连接装置、24为定位卡爪、25为限位块、31为抓取臂、32为抓取手、33为微调机构、34为连接环、41为撑紧臂、42为撑紧环、43为直线驱动装置、5为收尾封环机构、61为主梁、62为滑轨、63为支撑腿、7为钢拱架。
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。
本发明的核心是提供一种掘进机钢拱架安装***，该掘进机钢拱架安装***的机械化程度较高，避免人工搬运和安装钢拱架，降低了劳动强度，提高了安装效率。
请参考图1-图4，图1为本发明所提供的掘进机钢拱架安装***具体实施例的结构示意图；图2为图1所示掘进机钢拱架安装***的侧视图；图3为图1所示掘进机钢拱架安装***的主视图；图4为图1所示掘进机钢拱架安装***的控制流程图。
本申请提供一种掘进机钢拱架安装***，包括：
用于接收钢拱架7并将钢拱架7输送至预设转移位置的运输装置；
用于使若干个钢拱架7首尾相接以形成C形环的拼接装置；
用于从运输装置上抓取钢拱架7并将钢拱架7放置在拼接装置上的抓取装置；
用于抓取C形环并将其输送至撑紧位置且使其撑紧的撑紧装置；
用于将撑紧后的C形环的开口处封闭的收尾封环机构5；
与运输装置、拼接装置、抓取装置、撑紧装置以及收尾封环机构5均相连的控制装置。
需要说明的是，本申请提供的掘进机钢拱架安装***主要实现钢拱架7拼装从人工操作到机械自动化控制的转变，以有效解决人工安装的低效、误差较大以及钢拱架7支护困难等问题。为此，本申请提供的掘进机钢拱架安装***主要包括运输装置、抓取装置、拼接装置、撑紧装置以及收尾封环机构5，以上各装置均与控制装置相连，是集自动运输、自动抓取、自动拼接、自动移动撑紧以及自动封口成闭环于一体的自动拼装***。
可以理解的是，运输装置主要起运输钢拱架7的作用，将钢拱架7从初始位置输送至预设转移位置，本申请中的预设转移位置是指抓取装置从运输装置上取下钢拱架7的位置。预设转移位置可以在拼接装置处，也可以远离拼接装置一定距离，当预设转移位置远离拼接装置时，抓取装置将钢拱架7从输送装置上取下后，需要再移动一定距离直至其方便将钢拱架7转移至拼接装置上。
抓取装置犹如机械领域常用的机械手，可实现六自由度的运动，以实现钢拱架7从运输装置到拼接装置的准确转移，辅助保证钢拱架7在拼接装置上的正确位置。
若干个钢拱架7在拼接装置上首尾相接，以形成C形环，需要说明的是，本申请中的C形环是指未封闭的环状结构，C形环的开口端可以相抵，只要未连接，不影响后续C形环撑紧时径向张开即可。也即，优选地，若干个钢拱架7在拼接装置上拼接后，其中两个相邻的钢拱架7相对的两端相抵且未连接，其它相邻钢拱架7的首尾相对端均连接。
撑紧装置一方面起到将C形环运输至撑紧位置的作用，另一方面，当C形环到达撑紧位置后，撑紧装置能够使C形环径向张开撑紧洞壁。
C形环撑紧后，其未封闭端将撑开，形成具有一定间隔距离的开口，为了保证C形环的撑紧力，本申请通过收尾封环机构5将该撑开间隔封口。
为了实现运输装置、抓取装置、拼接装置、撑紧装置以及收尾封环机构5的自动动作，达到自动控制的目的，运输装置、抓取装置、拼接装置、撑紧装置以及收尾封环机构5均与用于控制上述各装置实现相应动作的控制装置相连。
考虑到上述各装置的固定和支撑问题，作为一种优选方案，该掘进机钢拱架安装***还包括用于设置运输装置、抓取装置、拼接装置、撑紧装置以及收尾封环机构5的主梁61，主梁61与用于支撑的支撑腿63相连。
需要说明的是，运输装置、抓取装置、拼接装置、撑紧装置以及收尾封环机构5均直接或间接的设置在主梁61上，并在主梁61上保持相应的位置关系。主梁61起到承载的作用，且主梁与支撑腿63相连，通过支撑腿63保持其稳定的位置。优选地，支撑腿63的数量为两个。
综上所述，本申请提供的掘进机钢拱架安装***，通过控制装置分别控制运输装置、拼接装置、抓取装置、撑紧装置和收尾封环机构5的动作，使上述各装置配合工作完成钢拱架7的安装支护。使用时，将钢拱架7放置在运输装置上，采用运输装置将钢拱架7运输至预设转移位置，并在该位置处，抓取装置从运输装置上抓取钢拱架7，然后抓取装置将钢拱架7放置在拼接装置上，若干个钢拱架7在拼接装置上拼接成C形环，再采用撑紧装置将C形环输送至撑紧位置且将C形环撑紧，最后，通过收尾封环机构5将撑紧后的C形环的开口处封闭，至此完成钢拱架7的支护工作。也即，本申请提供的掘进机钢拱架安装***通过控制装置采用机械自动控制的方式实现钢拱架7的自动运输、自动抓取、自动拼接、自动移动撑紧以及自动封口成闭环等全部支护工作，机械化程度高，避免人工搬运和安装钢拱架7，降低了劳动强度，提高了安装效率，安全可靠，且避免了人工安装误差。
考虑到运输装置的具体结构及自动运输的具体实现方式的简单方便性，在上述实施例的基础之上，运输装置包括：
用于接收并输送钢拱架7的运输小车11，运输小车11上设有用于限定钢拱架7的摆放位置的限位机构13；
用于对运输小车11进行导向的运输轨道12；
用于检测钢拱架7是否到达预设转移位置的行程位移传感器，行程位移传感器与控制装置相连，控制装置与运输小车11的驱动装置相连。
使用时，将钢拱架7放置在运输小车11上，运输小车11沿运输轨道12限定的轨迹移动，达到接受并运送钢拱架7的目的。
可以理解的是，本实施例通过限位机构13来限定钢拱架7在运输小车11上的位置，使钢拱架7在运输过程中保持位置不变。
行程位移传感器用于对钢拱架7的位置进行检测和定位，当行程位移传感器检测到钢拱架7到达预设转移位置时，行程位移传感器将钢拱架7到位的信息发送至控制装置，控制装置向运输小车11的驱动装置发送控制指令，控制运输小车11制动。
考虑到拼接装置的具体结构及自动运输的具体实现方式的简单方便性，在上述实施例的基础之上，拼接装置包括：
用于设置钢拱架7并使相邻的钢拱架7首尾相对的拼装环21；
用于带动拼装环21逐次转动预设角度的转动驱动装置22；
用于将相邻的钢拱架7首尾固定连接的自动连接装置23；
用于检测钢拱架7是否在拼装环21上定位且用于检测钢拱架7是否为第一块钢拱架的触觉或视觉检测装置，触觉或视觉检测装置与控制装置相连，控制装置分别与转动驱动装置22和自动连接装置相连。
可以理解的是，本实施例通过转动驱动装置22带动拼接环21逐次转动预设角度，来实现不同钢拱架7依次被放置在拼装环21的预设位置上，拼装环21使放置好的相邻钢拱架7的首尾相对，以便于相邻钢拱架7的连接。预设角度刚好对应一个钢拱架7的弧长，以保证钢拱架7始终从一个入料位置被放置在拼接装置上。自动连接装置23优选地对应拼接装置的固定位置，该固定位置对应相邻两个钢拱架7的连接部，以使相邻钢拱架7始终在该固定位置完成固定连接。
本实施例对自动连接装置23的具体结构不做限定，自动连接装置23可以是自动打螺栓装置，也可以是自动焊接装置，或其它可以实现相同功能的自动连接结构。
触觉或视觉检测装置用于检测钢拱架7是否在拼装环21上定位，当触觉或视觉检测装置检测到钢拱架7已在拼装环21上定位时，触觉或视觉检测装置将钢拱架7的定位信息发送至控制装置。同时，触觉或视觉检测装置用于检测钢拱架7是否为第一块钢拱架，并将检测到的对应信息发送至控制装置。当钢拱架7已定位且该定位钢拱架为第一块钢拱架时，控制装置控制转动驱动装置22启动，使拼装环21转动预设角度；当钢拱架7已定位且该定位钢拱架不是第一块钢拱架时，控制装置控制自动连接装置23启动，将相邻的钢拱架7首尾固定连接。当相邻的钢拱架7首尾固定连接后，控制装置控制转动驱动装置22启动，使拼装环21转动预设角度，准备下一个钢拱架7的拼装。
可以理解的是，当钢拱架7定位时，相邻钢拱架7的连接部完全对齐，以便于自动连接装置23将相邻的钢拱架7首尾固定连接。因此，作为一种优选方案，本实施例中的触觉或视觉检测装置主要用于检测相拼接的两个钢拱架7的连接部是否对齐，当某一钢拱架7与相邻钢拱架7的连接部对齐时，则表示该钢拱架7已定位。
可以理解的是，为了避免钢拱架7在转动过程中由于松动而脱落，钢拱架7在拼装环21上定位时具有一定的预紧力，在上述实施例的基础之上，拼接装置还包括：
用于实时监测钢拱架7定位时的预紧力是否达到预设预紧力值的预紧压力反馈装置，预紧压力反馈装置与控制装置相连。
也就是说，本实施例采用预紧压力反馈装置辅助触觉或视觉检测装置来判断钢拱架7是否完全到位，可以理解的是，触觉或视觉检测装置主要从位置信息来判断钢拱架7是否到位；预紧压力反馈装置主要从钢拱架7定位后所受的预紧力来判断其是否到位。从而保证拼接装置更可靠稳定的工作。
当预紧压力反馈装置监测到钢拱架7定位时的预紧力达到预设预紧力值，预紧压力反馈装置将该信息发送至控制装置，控制装置根据该信息以及触觉或视觉检测装置发送的定位信息向转动驱动装置22或自动连接装置23发生控制指令。
为了保证拼装环21转动时的平稳性及精确性，在上述实施例的基础之上，拼接装置还包括：
用于检测转动驱动装置22的转角是否达到预设转角的回转角度测量传感器；
用于检测转动驱动装置22的扭矩是否满足预设扭矩要求的回转扭矩传感器，回转角度测量传感器和回转扭矩传感器均与控制装置相连。
可以理解的是，当回转角度测量传感器检测到转动驱动装置22的转角达到预设转角时，则通过控制装置控制转动驱动装置22及时制动，使拼装环21准确定位至该转角位置。
当回转扭矩传感器检测到转动驱动装置22的扭矩不满足预设扭矩要求时，则通过控制装置调整转动驱动装置22的扭矩，使转动驱动装置22的扭矩在预设扭矩要求的范围内，以使拼装环21缓慢平稳的转动。
考虑到钢拱架7在拼装环21上的定位问题，在上述实施例的基础之上，拼装环21设有用于定位钢拱架7的外周部的定位卡爪24和用于定位钢拱架7的端部的限位块25。
在抓取装置将钢拱架7放置在拼装环21上时，限位块25用于限定钢拱架7的两端的位置，使钢拱架7刚好卡在两个限位块25之间；同时，抓取装置将钢拱架7刚好置于定位卡爪24中，定位卡爪24将钢拱架7抓紧，使钢拱架7保持在拼装环21上。
考虑到抓取装置的具体结构及自动运输的具体实现方式的简单方便性，在上述任意一项实施例的基础之上，抓取装置包括：
用于抓取钢拱架7的抓取手32和用于设置抓取手32的抓取臂31；
与抓取臂31相连、用于驱动抓取臂31在预设转移位置和拼接装置的入料位置之间移动的直线驱动装置43；
用于检测抓取臂31是否到达预设转移位置或入料位置的推进行程传感器，推进行程传感器与控制装置相连，控制装置与直线驱动装置43相连；
与抓取臂31相连、用于驱动抓取臂31伸缩的伸缩驱动装置；
用于检测抓取手32是否伸出至抓取位置的举升行程传感器，举升行程传感器与控制装置相连，控制装置与伸缩驱动装置相连；
用于检测抓取手32的抓取压力是否达到预设压力值的压力传感器，压力传感器与控制装置相连。
可以理解的是，当抓取装置从运输装置上抓取钢拱架7时，直线驱动装置43首先驱动抓取装置移动至预设转移位置，当推进行程传感器检测到抓取臂31到达预设转移位置时，推进行程传感器将抓取臂31到达预设转移位置的信息发送至控制装置，控制装置控制直线驱动装置43制动，同时，控制装置向伸缩驱动装置发送控制指令，使抓取臂31带动抓取手32伸出，当举升行程传感器检测到抓取手32伸出至抓取位置时，举升行程传感器将抓取手32到位的信息发送至控制装置，控制装置控制伸缩驱动装置制动，同时，控制装置控制抓取手32动作，使抓取手32抓取钢拱架7，当压力传感器检测到抓取手32的抓取压力达到预设压力值时，压力传感器将该信息发送至控制装置，控制装置通过伸缩驱动装置控制抓取臂31将钢拱架7托起，当举升行程传感器检测到钢拱架7完全脱离运输装置时，控制装置通过直线驱动装置43控制抓取臂31移动至拼接装置的入料位置，为将该钢拱架7放置到拼接装置上做准备。
考虑到钢拱架7在拼接装置上精确定位的问题，在上述实施例的基础之上，抓取手32与用于调整抓取手32的位姿的微调机构33相连，以辅助钢拱架7在拼接装置上定位，微调机构33与控制装置相连。
也就是说，本实施例通过微调机构33来微调抓取手32的位姿，使抓取手32辅助钢拱架7在拼接装置上定位。
考虑到微调机构33的具体结构，微调结构包括与抓取手32球形铰接的连杆机构，连杆机构与若干个短程油缸相连，若干个短程油缸均与控制装置相连。工作时，通过控制装置控制各短程油缸的行程，从而带动连杆机构不断变换自身位置，进而带动抓取手32转动，从而达到微调抓取手32位姿的目的。
优选地，抓取手32的抓取位置为靠近钢拱架7的连接部处，以使微调机构33主要对钢拱架7的连接部进行调整。
考虑到撑紧装置的具体结构及自动运输的具体实现方式的简单方便性，在上述实施例的基础之上，撑紧装置包括用于撑紧所述C形环的若干个撑紧臂，撑紧臂设置在撑紧环上，撑紧环42可移动地套设在用于承载的主梁61上，撑紧环42与直线驱动装置43相连；
抓取臂31通过撑紧环与直线驱动装置43相连；
推进行程传感器还用于检测撑紧环是否到达撑紧位置。
考虑到C形环通常需要若干个撑紧臂41撑紧，为了方便若干个撑紧臂的固定和同步运输，本实施例采用撑紧环42来固定并承载若干个撑紧臂41，并通过撑紧环42的移动实现撑紧臂41对C形环的运输。
优选地，主梁61上设有滑轨62，撑紧环42通过滑块与滑轨62滑动连接，以在直线驱动装置43的作用下，实现撑紧环42的移动。
考虑到撑紧环42运动的平稳性问题，作为一种优选方案，在主梁61相对的两侧分别设置两条平行的滑轨62，显然，滑轨62平行于主梁61的轴线，以使撑紧环42沿着主梁61的轴线方向移动。在撑紧环42对应滑轨62的位置上设置与相应滑轨62滑动连接的滑块，直线驱动装置43与任意一个或至少两个滑块相连。优选地，直线驱动装置43为液压缸，液压缸活塞缸的伸缩方向与滑轨62的长度方向一致。
推进行程传感器还用于检测撑紧环是否到达撑紧位置。当推进行程传感器检测到撑紧环到达撑紧位置时，推进行程传感器将检测到的该信息发送至控制装置，控制装置控制直线驱动装置43制动。
需要说明的是，撑紧装置还包括用于驱动撑紧臂伸缩的撑紧驱动装置，撑紧驱动装置与控制装置相连。当控制装置通过直线驱动装置43控制撑紧环停留至撑紧位置时，控制装置控制撑紧驱动装置启动，以带动撑紧臂伸出，使撑紧臂撑紧洞壁。
考虑到抓取臂31的支撑固定问题，抓取臂31与撑紧环42相连，直线驱动装置43通过撑紧环驱动抓取臂31移动。滑轨62的一端位于预设转移位置，另一端位于拼接装置处，撑紧位置位于预设转移位置和拼接装置之间。
也就是说，本实施例将抓取臂31固定在撑紧环42上，并通过撑紧环42的移动带动抓取臂31将钢拱架7从预设转移位置移动至拼接装置处。滑轨62的长度限定了撑紧环42的移动范围，在预设转移位置时，撑紧环42与运输装置相接，以方便抓取臂31抓取钢拱架7；在拼接装置处时，撑紧环42与拼接装置相接，以使抓取臂31将钢拱架7转移至拼接装置上。为了避免运输装置对C形环的撑紧造成干涉，撑紧位置位于预设转移位置和拼接装置之间。
作为一种优选方案，抓取臂31通过连接环34与撑紧环42相连，抓取臂31固定在连接环34的上端，连接环34与撑紧环42相连。在预设转移位置时，抓取臂31可伸出，并带动抓取臂31端部的抓取手32向上抓取钢拱架7，抓取臂31继续上升直至钢拱架7完全脱离运输装置，然后在撑紧环42的带动下，撑紧环42、连接环34和抓取臂31整体平移，直至到达拼接装置处。
在一个具体实施例中，为了方便自动连接装置23的设置，连接环34上设有可转动的转动环，自动连接装置23设置在该转动环上。也就是说，自动连接装置23可随连接环34一起移动，当撑紧环42带动连接环34整体移动至拼接装置处使，自动连接装置23移动至与钢拱架7的连接部相对应的位置，并可通过转动环精确转至钢拱架7的连接部，将相邻钢拱架7固定连接。
考虑到首尾封环机构的具体结构，在一个具体实施例中，
收尾封环机构5包括：
用于夹持C形环的夹持部；
用于将连接件送至开口处的供料装置；
用于将连接件与所述C形环的开口端连接的自动封环装置；
用于检测夹持部的夹持力是否达到接触力预设值的接触力传感器，接触力传感器与控制装置相连，控制装置分别与供料装置和自动封环装置相连。
优选地，收尾封环机构5设置在撑紧环42的对应位置处，使不同的C形环均在撑紧环42的该对应位置处封口。
本申请对自动封环装置的具体结构不做限定，自动封环装置可以为自动穿螺栓并拧紧螺栓装置，实现连接件与C形环的开口端的螺栓连接，螺栓连接可拆卸，方便后续C形环的拆除。当然，自动封环装置还可以为自动焊接装置，优选地，连接件为能够包裹住C形环的开口的结构件，当连接件将该开口包裹后，采用位于连接件两端的焊枪将连接件与C形环的开口端焊接封环。
夹持部用于夹持C形环，以便于自动封环装置的操作。
供料装置包括用于堆垛连接件的上料槽和用于将最下面的连接件推送至开口处的推料气缸，控制装置与该推料气缸相连，当接触力传感器检测到夹持部的夹持力达到接触力预设值时，控制装置控制推料气缸动作，使推料气缸将上料槽最下端的连接件推送至C形环的开口处，当连接件被推送到位后，控制装置控制自动封环装置动作，使连接件与所述C形环的开口端连接。
请参考图4，为本发明所提供的掘进机钢拱架安装***具体实施例的控制流程图。掘进机钢拱架安装***自动运输、自动抓取、自动拼装、自动撑紧以及自动封口成环的控制步骤如下：
步骤S1：钢拱架的自动运输：将钢拱架7放置在运输装置上，控制装置控制运输装置动作，实现钢拱架的运送，当行程位移传感器检测到钢拱架7到达预设转移位置时，控制装置控制运输装置制动。
步骤S2：钢拱架的自动抓取：当运输装置制动后，控制装置控制直线驱动装置43启动，使直线驱动装置43驱动抓取臂31向预设转移位置移动，当推进行程传感器感应到抓取臂31移动至预设转移位置的正下方时，控制装置控制直线驱动装置43制动，并控制伸缩驱动装置启动，使抓取臂31伸出，当举升行程传感器检测到抓取手32到达抓取位置时，控制装置驱动抓取手32动作，抓取手32抓取钢拱架7，当抓取手32上的压力传感器检测到抓取手32的抓取压力达到预设压力值时，控制装置控制伸缩驱动装置继续启动，使抓取臂31继续上升，将钢拱架7从运输装置上取下。控制装置控制直线驱动装置43再次启动，使直线驱动装置43驱动抓取臂31带动钢拱架移动至拼接装置处。
步骤S3：钢拱架的自动拼装：抓取手32在微调机构的作用下，将钢拱架放置在拼接装置上，拼接装置的定位卡爪和限位块对钢拱架进行定位，当视觉/触觉传感器检测到钢拱架已定位时，同时，预紧压力反馈装置监测到钢拱架定位时的预紧力达到预设预紧力值时，且视觉/触觉传感器检测到该定位钢拱架为第一块钢拱架时，控制装置控制转动驱动装置22转动预设夹角，当回转扭矩传感器检测到转动驱动装置22的扭矩不满足预设扭矩要求时，则通过控制装置调整转动驱动装置22的扭矩，使转动驱动装置22的扭矩在预设扭矩要求的范围内，以使拼装环21缓慢平稳的转动。当回转角度测量传感器检测到转动驱动装置22的转角达到预设转角时，则通过控制装置控制转动驱动装置22及时制动。当拼装环转动到位后，继续安装下一块钢拱架。当视觉/触觉传感器检测到该定位钢拱架不是第一块钢拱架时，控制装置控制自动连接装置动作，将相邻钢拱架固定连接，相邻钢拱架固定连接完成后，控制装置控制自动抓取装置动作。按以上控制过程继续安装固定下一块钢拱架，直至若干个钢拱架7在拼接装置上拼接成C形环。
步骤S4：钢拱架的自动撑紧：当若干个钢拱架7在拼接装置上拼接成C形环后，控制装置控制直线驱动装置43动作，使撑紧装置带动C形环移动，当推进行程传感器检测到撑紧装置移动至撑紧位置时，控制装置控制撑紧臂41伸出，以将C形环撑紧，当撑紧力传感器检测到撑紧力达预设撑紧力值时，控制装置控制撑紧臂41停止伸出。
步骤S5：钢拱架的自动封口成环：当C形环撑紧后，控制装置控制收尾封环机构5的夹持部将C形环夹紧，当接触力传感器检测到夹持部的接触力达到预设值时，控制装置控制供料装置动作，将连接件输送至C形环的开口处，然后，控制装置控制自动封环装置动作，将撑紧后的C形环的开口处封闭，至此完成一环钢拱架的支护工作，并进入下一环的钢拱架支护。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的掘进机钢拱架安装***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种掘进机钢拱架安装***，其特征在于，包括：
用于接收钢拱架(7)并将所述钢拱架(7)输送至预设转移位置的运输装置；
用于使若干个所述钢拱架(7)首尾相接以形成C形环的拼接装置；
用于从所述运输装置上抓取所述钢拱架(7)并将所述钢拱架(7)放置在所述拼接装置上的抓取装置；
用于抓取所述C形环并将其输送至撑紧位置且使其撑紧的撑紧装置；
用于将撑紧后的所述C形环的开口处封闭的收尾封环机构(5)；
与所述运输装置、所述拼接装置、所述抓取装置、所述撑紧装置以及所述收尾封环机构(5)均相连的控制装置。
2.根据权利要求1所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述运输装置包括：
用于接收并输送所述钢拱架(7)的运输小车(11)，所述运输小车(11)上设有用于限定所述钢拱架(7)的摆放位置的限位机构(13)；
用于对所述运输小车(11)进行导向的运输轨道(12)；
用于检测所述钢拱架(7)是否到达所述预设转移位置的行程位移传感器，所述行程位移传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述运输小车(11)的驱动装置相连。
3.根据权利要求1所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述拼接装置包括：
用于设置所述钢拱架(7)并使相邻的所述钢拱架(7)首尾相对的拼装环(21)；
用于带动所述拼装环(21)逐次转动预设角度的转动驱动装置(22)；
用于将相邻的所述钢拱架(7)首尾固定连接的自动连接装置(23)；
用于检测所述钢拱架(7)是否在所述拼装环(21)上定位且用于检测所述钢拱架(7)是否为第一块钢拱架的触觉或视觉检测装置，所述触觉或视觉检测装置与所述控制装置相连，所述控制装置分别与所述转动驱动装置(22)和所述自动连接装置(23)相连。
4.根据权利要求3所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述拼接装置还包括：
用于实时监测所述钢拱架(7)定位时的预紧力是否达到预设预紧力值的预紧压力反馈装置，所述预紧压力反馈装置与所述控制装置相连。
5.根据权利要求3所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述拼接装置还包括：
用于检测所述转动驱动装置(22)的转角是否达到预设转角的回转角度测量传感器；
用于检测所述转动驱动装置(22)的扭矩是否满足预设扭矩要求的回转扭矩传感器，所述回转角度测量传感器和所述回转扭矩传感器均与所述控制装置相连。
6.根据权利要求3所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述拼装环(21)设有用于定位所述钢拱架(7)的外周部的定位卡爪(24)和用于定位所述钢拱架(7)的端部的限位块(25)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述抓取装置包括：
用于抓取所述钢拱架(7)的抓取手(32)和用于设置所述抓取手(32)的抓取臂(31)；
与所述抓取臂(31)相连、用于驱动所述抓取臂(31)在所述预设转移位置和所述拼接装置的入料位置之间移动的直线驱动装置(43)；
用于检测所述抓取臂(31)是否到达所述预设转移位置或所述入料位置的推进行程传感器，所述推进行程传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述直线驱动装置(43)相连；
与所述抓取臂(31)相连、用于驱动所述抓取臂(31)伸缩的伸缩驱动装置；
用于检测所述抓取手(32)是否伸出至抓取位置的举升行程传感器，所述举升行程传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述伸缩驱动装置相连；
用于检测所述抓取手(32)的抓取压力是否达到预设压力值的压力传感器，所述压力传感器与所述控制装置相连。
8.根据权利要求7所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述抓取手(32)与用于调整所述抓取手(32)的位姿的微调机构(33)相连，以辅助所述钢拱架(7)在所述拼接装置上定位，所述微调机构(33)与所述控制装置相连。
9.根据权利要求7所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述撑紧装置包括用于撑紧所述C形环的若干个撑紧臂(41)，所述撑紧臂(41)设置在撑紧环(42)上，所述撑紧环(42)与用于驱动所述撑紧环(42)张开或缩回的撑紧驱动装置相连，所述撑紧环(42)可移动地套设在用于承载的主梁(61)上，所述撑紧环(42)与所述直线驱动装置(43)相连；所述撑紧装置还包括用于检测所述撑紧臂(41)的撑紧力是否达到预设撑紧力的撑紧力传感器，所述撑紧力传感器与所述控制装置相连，所述控制装置与所述撑紧驱动装置相连；
所述抓取臂(31)通过所述撑紧环(42)与所述直线驱动装置(43)相连；
所述推进行程传感器还用于检测所述撑紧环(42)是否到达所述撑紧位置。
10.根据权利要求1所述的掘进机钢拱架安装***，其特征在于，所述收尾封环机构(5)包括：
用于夹持所述C形环的夹持部；
用于将连接件送至所述开口处的供料装置；
用于将所述连接件与所述C形环的开口端连接的自动封环装置；
用于检测所述夹持部的夹持力是否达到接触力预设值的接触力传感器，所述接触力传感器与所述控制装置相连，所述控制装置分别与所述供料装置和所述自动封环装置相连。
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