CN1032500C - 矩形掩护式挖掘机 - Google Patents

Abstract

一种矩形掩护式挖掘机，它包括一在其前端具有接受挖掘物的空间的四边形管状掩护体，一安装在该空间中，并可绕一沿与掩护体的一对外边缘垂直方向延伸的轴线以一定角度前后转动的转子，以及安装在掩护体上的挖掘装置，使转子绕轴线以一定角度前后转动和驱动挖掘装置的驱动装置。包含在挖掘物中的大砂石在被置于转子和构成转子在其中可作往复转动运动的空间的构件之间时被压碎。

Description

矩形掩护式挖掘机

本发明涉及一种用于构筑具有四边形断面的隧道，孔洞，沟渠或类似结构的矩形掩护式挖掘机。

日本专利公开号No.1—310089中公开了一种用于挖掘具有四边形断面的隧道的矩形掩护式挖掘机，它包括多个以一定间隔安装在四边形管状掩护体前部以使其能沿垂直于掩护体轴线方向做线性往复运动的支撑杆和安装在每一支撑杆上的多个切削刀头。

在这种挖掘机中，掩护体的内部通过一道隔墙分成维持高压的前部区域和维持大气压力的后部区域，而支撑杆可移动地安装在位于前部区域与隔墙平行的支撑板上。这种挖掘机通过作线性往复运动的支撑杆上的切削刀头的线性往复运动来挖掘一挖掘表面。

日本专利公开号No.2—66295中公开了另一种矩形掩护式挖掘机，它使用的挖掘装置包括一个位于四边形管状掩护体的前部以使其能绕掩护体轴线转动的鼓形物和大量安装在鼓形物的外圆周表面上的切削刀头。这种挖掘机通过作圆周运动的鼓形物上的切削刀头的圆周运动而对一挖掘表面进行挖掘。

US3,711,159公开了一种掩护式掘进机，它包括一个四边形管状掩护体，该掩护体前端有一接收挖掘物的空间；一个安装在上述空间内的挖掘装置和一驱动上述挖掘装置的驱动装置。

然而，由于上述已知的挖掘机都不能排出挖掘物中包含的大的石子，因此，对于包含大的石子的地面就不能使用这种挖掘机来进行挖掘。

本发明的一个目的是提供一种能在含有大的石子地地方挖掘具有四边形断面的隧道、孔洞、沟渠或类似结构的矩形掩护式挖掘机。

根据本发明的一种矩形掩护式挖掘机，它包括一四边形管状掩护体，具有一前端，一后端和一对相对外边缘件，所述体在所述前端限定一用于接受挖掘物的空间；一安装在上述空间中以使其能以一定角度绕平行于所述相对外边缘方向延伸的轴线前后旋转的转子；安装在所述掩护体的前端中的挖掘装置；以及使所述转子绕上述轴线以一定角度前后转动的驱动装置；其中所述空间包括一用于接受所述挖掘物的碎屑腔，所述碎屑腔具有这样的形状，即其在垂直于所述轴线方向的尺寸从前端朝向后端逐渐减小；其中至少所述相对外边缘件和所述转子之一包括用于碾碎包含在挖掘物中的大的石子及用于将挖掘物进一步向掩护体的后端输送入所述碎屑腔中的装置。

挖掘机接受由推动挖掘机向前运动的推力发生装置所产生的推力。当挖掘机被推进时，挖掘装置受驱动装置的驱动以对挖掘面进行挖掘。挖掘物被装入掩护体中空间内。装在空间中的挖掘物随着挖掘装置的推进穿过空间被移送到后部，并最终被排出装置排到掩护体的外侧。在挖掘过程中，转子在驱动装置的作用下绕轴线以一定角度前后转动。

根据本发明，由于大的砂石通过置于转子和构成转子作往复转动运动的空间的构件之间而被压碎，因此可在含有大的砂石的地方挖掘具有四边形截面的隧道。

挖掘机最好还包括将挖掘物从碎屑腔排到掩护体后部的装置。

转子最好相对于轴线向前偏心。因而，由于转子在挖掘过程中做偏心运动，可确保挖掘物中的大的砂石在置于转子和形成空间的构件之间时被压碎。

该空间具有这样的形状，即它垂直于轴线方向的尺寸由前向后逐渐减小。此外，转子的外表面可具有截面为多边形的形状。

最好在转子的外表面部上设有许多凸起物，该凸起物被移向构成转子作往复转动运动的空间的构件的内表面。因而，可确保挖掘物中的大的砂石被置于转子和构成转子作往复转动的空间的构件之间。

如果在上述构成所述空间的构件的内表面上形成大量凸起物，就可更加确保大的砂石被置于转子和构件之间。

挖掘装置最好为一具有沿轴线方向延伸的挖掘部分的切削头，并装在转子上，以随着转子的往复运动而绕轴线作扇形往复运动。

因此，由于挖掘物随着挖掘机的推进可确保被穿过掩护体空间而移送到后部，可排出的挖掘物越多，挖掘效率就越高。此外，由于挖掘部分的往复运动的范围能加宽，从而一定能够挖掘含有大的砂石的地面。

切削头可通过一托臂被轴支撑着，并沿纵向延伸，支撑杆安装在托臂前端并沿轴线方向延伸，在支撑杆上沿轴线方向相互间隔一段距离安装有许多切削刀片。

驱动装置包括一沿轴线方向延伸、可绕轴线转动并支撑转子的轴以及一使轴以一定角度绕轴线前后转动的驱动机构。

驱动机构最好从轴的两端给轴提供动力，以使其绕轴线以一定角度前后转动。因此，与只给轴的一端提供动力相比，可给轴传递较大的动力。

所述空间被分为用于接受挖掘物的碎屑腔和用于接受从碎屑腔中来的挖掘物的泥水腔，而装在泥水腔中的挖掘物可通过泥水型的排出装置排出。泥水通过第一管道供给泥水腔，挖掘物和泥水一起通过第二管道被排出。

此外，挖掘机最好还包括用于探测挖掘装置的往复转动运动的行程的装置。因而，挖掘装置的中断时间可以调节。

本发明的前述和其它目的及特征通过下面结合附图对本发明优选实施例的描述将变得更为明显。其中：

图1为根据本发明的一个实施例的矩形掩护式挖掘机的截面图；

图2为沿图1中线2—2所截取的放大的视图；

图3为沿图2中线3—3所截取的断面图；

图4为沿图3中线4—4所截取的断面图；

图5为一与图3相似的截面图，但挖掘机处于挖掘状态；

图6为一由另一推力产生装置推动的挖掘机的截面图；

图7为一显示探测挖掘行程的装置的截面图；

图8为图7中沿线8—8所截取的视图；

图9为沿图7中线9—9所截取的断面图；

图10和图9类似，但挖掘机处于挖掘行程中；

图11为使用另一种驱动装置的挖掘机的一个实施例的截面图；

图12为使用又一种驱动装置的挖掘机的一个实施例的截面图；

图13为沿图12中线13—13所截取的截面图。

根据图1至图5，一矩形掩护式挖掘机10包括一四边形管状掩护体12。掩护体12由第一和第二四边形管状掩护体部件14、16组成，它们相互对接并如图1中所示由多个螺栓18连接起来。

上述实施例中，通过多个四边形管20由一例如基本推动装置(图中未示)的推力产生装置产生的推力将掩护体12向前推进一由挖掘机10挖掘的地方。可是至于推力产生装置，它由带有许多千斤顶24的装置组成，千斤顶24是利用被挖掘机10挖掘过的地方中的衬管22作为反推物，如图6所示。

第一掩护体部件14具有一个用于接收挖掘物的碎屑腔26，一与碎屑腔后部连接的泥水腔28和一与第二掩护体部件16的内部连通的大气压力腔30。碎屑腔26和泥水腔28通过安装在掩护体12上的隔墙元件32与大气压力腔30隔开，并且该隔墙构成一切削刃和一与隔墙元件相连的箱体34。箱体34通过一系列肋条36由第一掩护体部件14支撑。

碎屑腔26具有四边形的类似金字塔的形状，这样与掩护体12的一对相对外边缘部分垂直的第一方向的尺寸和与挡板体12的另一对相对外边缘部分垂直的第二方向的尺寸由前向后逐渐减小。另一方面，泥水腔28具有梯形断面，这样在上述第一方向的尺寸从前到后逐渐减小，而在上述第二方向的尺寸则几乎相同。

沿第一方向延伸的轴38位于碎屑腔26和泥水腔28之间的边界部分。如图3中所示，轴38的两端穿过箱体34。用以支持轴38绕轴线40转动的轴承42位于安装在箱体34的凸台44上的轴承箱46中。

轴38由与该轴两端连接的一对驱动机构48驱动，以一定角度绕轴线40作向前和向后的旋转运动。在上述实施例中，每一驱动机构48包括一由压力流体，例如压缩空气，压力水和液压操纵的双向作用的柱塞缸50，一用于将柱塞缸的缸体与安装在第一掩护体部件14的后端上的矩形端板52连接起来的托架54和一用于将柱塞缸50的活塞杆与轴38的端部连接起来的连接部件56。

托架54用螺栓或类似的装置安装在端板52上，连接部件56用螺栓或类似的装置安装在轴38的端部。不仅每一托架54和柱塞缸50是枢轴联连，而且每一连接部件56和柱塞缸50也是枢轴联接。两个连接部件56绕轴38互成一定的角度设置。

转子58安装在轴38上，并通过多个销座60使它们不能相对移动。如图5所示，转子58具有多边形的外表面(图中为14边形)，并相对于轴线40偏心以使转子58的中心位于轴线40前方并相距e。转子58的外圆周表面上以及与转子外圆周表面对应的箱体34的内表面上形成有凸起物62。

如图3中所示，沿轴线40的方向，在转子58的两个端部和相对于转子两端的轴承箱46之间分别装有机械密封装置64。

两套切削头66固定在转子58上。两套切削头绕轴线40成一定角度间距设置。每一切削头具有一对从转子58的外表面部位向外伸出并沿轴线40方向相互相隔一定距离的托臂68，将托臂的前端相互连接起来的支持杆70以及沿轴线40方向相互间隔一定距离安装在支持杆70上的许多切削刀头72，以便形成与轴线40平行延伸的挖掘部分。

在上述实施例中，挖掘机用了一种泥水型的排出装置。这种排出装置具有向泥水腔28提供泥水的供水管74和将泥水以及挖掘物一起从泥水腔28中排出的排水管76。水管74、76分别通过用多个螺栓78安装在箱体34上的连接凸台80上而连接到箱体34上。

当进行挖掘时，两个柱塞缸50在移动180°相位角的操作下使挖掘机重复进行伸出和缩回的运动。即，两个柱塞缸50重复进行如图4中所示的当一个柱塞缸50伸出的同时，另一柱塞缸50缩回的过程和如图5中所示的当一个柱塞缸50缩回的同时，另一柱塞缸50伸出的过程。

因此，由于连接部件56和轴38绕轴线40作一定角度的向前和向后转动，转子58亦绕轴线40作一定角度的向前和向后转动，因此，切削头66绕轴线40作扇形摇摆。因此，切削刀头72在挖掘部分即切削刀头的切削部分压在切削面上的条件下绕轴线40沿一弧线做往复运动，因而，切削面被切削部分挖掘。

在挖掘过程中，碎屑腔26的压力由如图2和图3中所示的压力传感器82探测，它维持一预定压力以防止挖掘面的倒坍。碎屑腔26中的压力可通过泥水腔28中的压力和挖掘速度或其它因素加以调节。泥水腔23中的压力可由向泥水腔供应的泥水量和从泥水腔中排出的泥水量或其它因素调节。因此，泥水腔28中的压力最好也通过压力表进行测量(图中未示)。

挖掘物被装到碎屑腔26中，穿过碎屑腔移动到碎屑腔26的内部，然后穿过转子58和箱体34之间的空间到达泥水腔28，最后通过排出管76排出掩护体12的外面。挖掘物之所以能在碎屑腔26中移动，主要由于挖掘机10在对挖掘面进行挖掘时向前伸出。

由于挖掘机10的向前运动和切削头66的来回摇摆运动，被装入切削头66之间的挖掘物被移送到位于托臂68之间的空间84(见图3)和位于托臂68和隔墙元件32之间的空间86(见图3)中。

在挖掘机10中，转子58在其轴心位于轴线40前方并相距距离为e的情况下，以一定角度绕轴线40前后转动。因而，假定图4和图5中的短边方向为垂直方向，当转子58从图5中所示状态移动列图4中所示状态时，转子58通过如图4中所示的下部将挖掘物从碎屑腔26送到泥水腔28中。

此时，如图4中所示转子58的上部的移动将使泥水腔28中的挖掘物向碎屑腔26中倒流，而此时，转子58的上部设置于距箱体34有较大距离的位置，因此可防止泥水腔28中的挖掘物通过转子58的上部位置向碎屑腔26中回流。

同样，当转子58从图4中所示状态移动到图5中所示状态时，转子58通过如图5中所示的上部将挖掘物从碎屑腔26中送到泥水腔28中。同时，由于转子58的下部设置于距箱体34有较大距离的位置，因此可防止泥水腔28中的挖掘物通过转子58的下部位置向装岩腔26中回流。

包含在挖掘物中的大砂石，如图4和图5中所示，在通过转子58的外表面和箱体34的内表面之间时，由于转子58的偏心运动而被碾碎。

当转子58上的凸起物62用来将碎屑腔26中的挖掘物送入泥水腔28中时，每一凸起物62除了具有将挖掘物从碎屑腔26中送入泥水腔28中的功能外，还具有通过与位于箱体34上的凸起物62共同作用下将砂石置于转子58和箱体34之间的作用。

切削头66摇摆方向的挖掘区域可通过切削头66的摇摆范围来调节。

因此，如图7至图10中所示，挖掘机10还包括一对限位开关88，它与连接部件56相对设置以探测切削头66的摇摆运动的范围，和一用于支撑相对的限位开关的托架90。每一托架90通过一系列螺栓92安装在箱体34上，并具有一沿连接部件56的摇摆方向延伸的槽口94。

每一限位开关88通过夹具96安装在托架90上，该夹具包括一穿过槽94的螺全和一拧紧在其上的螺母以使夹具可沿连接部件56摇摆方向改变位置。每一连接部件56上有一突台98以在连接部件56的摇摆运动过程中打开和关闭相对的限位开关88。

挖掘过程中，当柱塞缸50伸出或缩回时，连接部件56绕轴线40作扇形运动，因此，每一个限制开关88当相应的连接部件56的突台98与触发器接触时就产生一电信号。这个电信号被用作一个改变柱塞缸50的伸出和缩回运动的时间信号。

当每一限位开关88位置设置如图9中所示时，切削头66的摇摆运动的范围很小，而当每一限位开关88位置设置如图10中所示时，切削头的摇摆范围就比较大。因此，切削头66的摇摆运动和中断范围可通过改变限位开关88相对于托架90的安装位置而加以改变。

轴38的转动动力可通过轴38的一端传递。然而，在上述实施例中，如果轴38的转动动力通过轴38的两端传递，同将动力传递到轴的一端的情况相比由柱塞缸产生的驱动力将传递比较大的转动动力。

上述挖掘机10中的一系列切削头66可被图11中所示的挖掘机100中的一个切削头66所代替。此外，也可采用其它的使切削头66作摇摆运动的驱动机构。

图11中所示挖掘机100中的驱动机构102包括一安装在轴38端部的齿轮104，一与齿轮104啮合的扇形轮106和一对使扇形轮106作往复转动运动的双向作用的柱塞缸108。扇形轮106以销子110为枢轴装在第一掩护体14上。柱塞缸108的缸体通过托架112可转动地连接在端板52上，一活塞杆106可转动地连接于扇形轮106的一端。

当进行挖掘时，两个柱塞缸108在它们移动180°相位角时重复进行伸出和缩回运动。因此，由于扇形轮106绕销110摆动，齿轮104绕齿轮轴线以一定角度来回转动。其结果是，轴38和转子58绕轴38的轴线以一定角度来回转动，因而，切削头66绕轴38的轴线作摇摆运动。

在如图12和图13中所示的挖掘机120中，两个沿轴38轴线方向相距一定间距的驱动机构122和轴38的一端相连。

与图1中所示驱动机构48相似，每一驱动机构122具有一由压力流体操纵的双向作用的柱塞缸124，一将柱塞缸124和端板52相连的托架126和一用于连接柱塞缸124的活塞杆和轴38的端部的连接部件128。

两个连接部件128互成一定角度绕轴38的轴线设置。一轴环130设置于两个连接部件128之间。两个柱塞缸128通过移动180°相位而被操纵。

此外，除了可用一台挖掘机10，100或120来构筑一个隧道、孔洞或沟渠外，大的隧道可通过使用多个按矩阵排列的挖掘机10、100或120并使这些挖掘机同时进行挖掘而构筑。

除了使用泥水型的排出装置外，还可使用诸如螺旋输送带的其它排出装置。此外，碎屑腔中的部分挖掘物或整个挖掘物可通过转子或类似装置的成一定角度的往复运动和旋转运动被排到掩护体的周围，特别是挖掘机的旁边。

至于挖掘装置，除了上述切削头66外，还可使用一种安装在四边形管状掩护体前部的鼓型装置，它可绕沿掩护体轴线方向延伸的轴线旋转，并在鼓形装置的外圆周表面上装上大量的切削刀片。

Claims (12)

1.一种矩形掩护式挖掘机，它包括：

一四边形管状掩护体，具有一前端，一后端和一对相对外边缘件，所述体在所述前端限定一用于接受挖掘物的空间；

一安装在上述空间中以使其能以一定角度绕平行于所述相对外边缘方向延伸的轴线前后旋转的转子，所述转子相对于所述轴线向前偏心；

安装在所述掩护体的前端中的挖掘装置；以及

使所述转子绕上述轴线以一定角度前后转动的驱动装置；

其特征在于，所述空间包括一用于接受所述挖掘物的碎屑腔，所述碎屑腔具有这样的形状，即其在垂直于所述轴线方向的尺寸从前端朝向后端逐渐减小；

其中至少所述相对外边缘件之一与所述转子配合以碾碎包含在挖掘物中的大的石子并将挖掘物进一步向掩护体的后端输送入所述碎屑腔中。

2.根据权利要求1的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于它还包括将碎屑腔中的挖掘物排到上述掩护体后端的装置。

3.根据权利要求2的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于所述空间包括一用于从所述碎屑腔接收挖掘物的泥水腔，而所述排出装置包括一向泥水腔中提供泥水的第一管道和将泥水腔中的挖掘物和泥水一起制出的第二管道。

4.根据权利要求3的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于所述驱动装置包括一沿所述轴线方向延伸的轴，它位于所述掩护体内，可绕所述轴线转动并支撑着所述转子，和一使轴绕所述轴线以一定角度往复转动的驱动机构。

5.根据权利要求4的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于所述驱动机构从所述轴的两端给轴提供动力，使其绕所述轴线以一定角度作往复转动。

6.根据权利要求1的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于上述转子的外表面的断面为多边形。

7.根据权利要求1的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于，所述用于碾碎和输送的装置包括多个位于一外表面部分上的凸起，所述凸起移向至少限定所述转子往复转动运动的空间的相对外边缘件之一的内表面，所述凸起与所述碎屑腔中的石子接合以将石子碾碎并进一步将其朝向所述掩护体的后端输入到所述碎屑腔中。

8.根据权利要求7的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于，包括多个位于所述相对外边缘件的所述内表面上的凸起。

9.根据权利要求1的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于所述挖掘装置包括一在其上具有沿所述轴线方向延伸的切削部分的切削头，该切削头安装在所述转子上以使其随着所述转子的往复转动而绕上述轴线作扇形往复运动。

10.根据权利要求9的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于，所述切削头具有一由所述转子支撑并沿长度方向延伸的托臂，在所述托臂的前端装有一沿轴线方向延伸的支持杆，在所述支持杆上沿轴线方向分布着许多相距一定距离的切削刀片。

11.根据权利要求1的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于，它还包括一种用于探测所述挖掘装置的往复运动的行程的装置。

12.根据权利要求1的一种矩形掩护式挖掘机，其特征在于，所述转子相对于所述轴线向前偏心。

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