CN103615255B - 一种盾构机的变截面掘进装置 - Google Patents
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Abstract
一种盾构机的变截面掘进装置，属于隧道挖掘技术领域，是涉及一种盾构机，特别是涉及一种盾构机的变截面掘进装置。本发明提供一种盾构机的变截面掘进装置，该掘进装置解决了无法使用一台盾构机实现多种截面形状一次性成形的技术瓶颈，实现了多种复杂形状的截面一次挖掘成形。本发明包括刀盘驱动装置、刀盘、伸缩机构、摆动支臂及旋转刀具组件，伸缩机构的一端与刀盘相铰接，伸缩机构的另一端设置有旋转刀具组件，摆动支臂的一端与刀盘相铰接，摆动支臂的另一端与伸缩机构相铰接，刀盘与刀盘驱动装置相连接。
Description
技术领域
本发明属于隧道挖掘技术领域，是涉及一种盾构机，特别是涉及一种盾构机的变截面掘进装置。
背景技术
随着社会的快速发展，水利、电力、铁道、煤炭、矿山、交通、地铁及城市地下工程等必然需要建设大量的隧道，隧道的挖掘显然成为了一项关键的工作。而在修建长隧道过程中，当隧道长度超过15km时，就要优先考虑采用隧道掘进机。
全截面隧道掘进机隧洞开挖施工具有高效、快速、衬砌量少、安全、经济等优点，已在世界各地广泛应用于水利、采矿、公路和铁路等建设工程。随着社会的需求，未来掘进机将向截面多样化，多工作面方向发展。但是传统的全截面掘进机开挖截面只能是圆形、整机重量重、消耗功率大等，这些都大大限制了掘进机的使用范围。虽然近年来国外市场上也出现了可以挖椭圆、双圆形的全截面掘进机，但其可挖的形状都比较单一，无法实现一台机器多种截面形状一次成形的功能。针对未来的发展趋势，本发明涉及了一种盾构机的变截面掘进装置，它可实现一台机器一次成形地开挖门洞形、椭圆形、矩形等多种复杂的截面。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种盾构机的变截面掘进装置，该掘进装置解决了无法使用一台盾构机实现多种截面形状一次性成形的技术瓶颈，实现了多种复杂形状的截面一次挖掘成形。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种盾构机的变截面掘进装置，包括刀盘驱动装置、刀盘、伸缩机构、摆动支臂及旋转刀具组件，伸缩机构的一端与刀盘相铰接，伸缩机构的另一端设置有旋转刀具组件，摆动支臂的一端与刀盘相铰接，摆动支臂的另一端与伸缩机构相铰接，刀盘与刀盘驱动装置相连接。
在所述伸缩机构上设置有第一位移检测器，在所述摆动支臂上设置有第二位移检测器。
所述伸缩机构由同轴设置的套筒、伸缩支臂及切割臂组成，伸缩支臂设置在套筒内部，伸缩支臂的一端与套筒固定或与刀盘相铰接，伸缩支臂的另一端与切割臂的底端相连接，所述旋转刀具组件设置在切割臂的前端，第一位移检测器设置在伸缩支臂上。
所述刀盘驱动装置由驱动马达及减速器组件组成，所述刀盘与减速器组件的输出轴相连接，减速器组件的输入轴与驱动马达轴相连接。
所述伸缩支臂采用伸缩液压缸，伸缩液压缸的油缸与套筒固定或与刀盘相铰接，伸缩液压缸的活塞杆与切割臂的底端相连接。
所述摆动支臂采用摆动液压缸，摆动液压缸的油缸与刀盘相铰接，摆动液压缸的活塞杆与套筒相铰接。
所述旋转刀具组件由刀具马达与设置在刀具马达前方的刀具组成，刀具马达固定在切割臂的前端，刀具马达轴与刀具相连接。
所述驱动马达和刀具马达均采用液压马达。
所述伸缩液压缸、摆动液压缸、驱动马达以及刀具马达均与盾构机的液压系统相连通，在盾构机的液压系统上设置有比例阀。
本发明的有益效果：
本发明装置实现了挖掘截面由单一圆形转向门洞形、矩形等多种复杂截面，旋转刀具可一次挖掘成形，扩大了盾构机的使用范围，用较小尺寸的刀盘可挖掘出放大一定倍数的挖掘工作面，旋转刀具可切削坚硬岩石，可用于挖掘硬岩层；本发明装置减轻了整机的重量，减少了消耗的功率。
附图说明
图1是本发明的盾构机的变截面掘进装置的结构示意图；
图2是与本发明装置装配后的盾构机的结构示意图；
图3是使用本发明装置挖掘出的门洞形截面的结构示意图；
图4是使用本发明装置挖掘出的圆形截面的结构示意图；
图5是使用本发明装置挖掘出的椭圆形截面的结构示意图；
图6是使用本发明装置挖掘出的距形截面的结构示意图；
图7是使用本发明装置挖掘出的半椭圆形截面的结构示意图；
图8是使用本发明装置挖掘出的弓形截面的结构示意图；
图中，1—驱动马达，2--减速器组件，3--刀盘，4—第一销轴，5—第一耳环，6—第一位移传感器，7—伸缩液压缸，8--套筒，9—第二销轴，10--切割臂，11--导向轴套，12--刀具马达,13—刀具，14—第二耳环，15—第三销轴，16--摆动液压缸，17—第二位移传感器，18—第四销轴，19—第三耳环，20—盾构机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、图2所示，一种盾构机的变截面掘进装置，包括刀盘驱动装置、刀盘3、伸缩机构、摆动液压缸16及旋转刀具组件，在刀盘3的盘面上设置有第一、第三耳环，第一、第三耳环设置在同一竖直线上，且此竖直线通过刀盘3的圆心；所述伸缩机构由同轴设置的套筒8、伸缩液压缸7及切割臂10组成，伸缩液压缸7设置在套筒8内部，伸缩液压缸7采用双耳轴液压缸，在套筒8底部设置有固定耳环，固定耳环、穿过套筒底部的伸缩液压缸7的油缸上的耳环与刀盘3上的第一耳环5通过第一销轴4相铰接，伸缩液压缸7的活塞杆上的耳环与切割臂10的底端通过第二销轴9相连接，所述旋转刀具组件由刀具马达12与设置在刀具马达12前方的刀具13组成，刀具马达12固定在切割臂10前端，刀具马达轴与刀具13相连接，旋转刀具组件用于实现截面的切割；在套筒8的侧壁上固定有第二耳环14，摆动液压缸16采用双耳轴液压缸，摆动液压缸16的油缸上的耳环与刀盘3上的第三耳环19通过第四销轴18相铰接，摆动液压缸16的活塞杆上的耳环与套筒8上的第二耳环14通过第三销轴15相铰接；所述刀盘驱动装置由驱动马达1及减速器组件2组成，所述刀盘3与减速器组件2的输出轴相连接，减速器组件2的输入轴与驱动马达轴相连接。
在所述伸缩液压缸7的内部设置有第一位移传感器6，并在伸缩液压缸7的油缸底部设置有保护罩，保护第一位移传感器6的封头。
在所述摆动液压缸16的内部设置有第二位移传感器17，并在摆动液压缸16的油缸底部设置有保护罩，保护第二位移传感器17的封头。
在所述切割臂10与套筒8之间设置有导向轴套11，保证切割臂10与套筒8同轴设置。
所述驱动马达1和刀具马达12均采用液压马达。
所述伸缩液压缸7、摆动液压缸16、驱动马达1以及刀具马达12均通过管接头与盾构机20的液压系统相连通，通过盾构机20的液压系统控制伸缩、摆动液压缸的位移，带动驱动马达1和刀具马达12旋转，即可实现多种截面形状一次性成形；在盾构机20的液压系统上设置有比例换向阀，形成比例闭环控制液压系统。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
如图1～图8所示，将盾构机20的原刀盘拆卸，并将本发明的掘进装置替代原刀盘安装在盾构机20上，且本发明的掘进装置的安装位置与原刀盘的安装位置相同；在本发明的掘进装置的刀盘3上安装有旋转编码器。本发明的驱动马达1通过减速器组件2驱动刀盘3旋转，从而带动切割臂10旋转，伸缩液压缸7带动切割臂10在套筒8内沿轴线方向作直线伸缩运动，摆动液压缸16带动套筒8摆动，刀具马达12带动刀具13旋转，从而使刀具13在工作平面内实现曲线切割，最终实现多种不同的隧洞截面形状。
以挖掘宽为400mm，高为900mm的门洞形的截面为例，本发明装置的刀盘3直径为600mm，套筒8采用长度为500mm的空心圆筒，切割臂10的轨迹通过比例闭环液压系统进行精确控制；将所需挖掘的截面形状以及尺寸输入计算机，再由计算机计算出伸缩液压缸7和摆动液压缸16的位移与刀盘3转角的函数关系，编入控制器。将刀盘3上的旋转编码器采集到的刀盘3旋转的角度数据，和第一、第二位移传感器检测到的伸缩、摆动液压缸的位移数据，均传入数据采集卡，数据采集卡将采集的数据经过控制器处理，输出电信号，此电信号通过导线传递给盾构机20的液压系统上的比例换向阀，控制比例换向阀阀口的开度，改变进入伸缩液压缸7和摆动液压缸16的流量，最终实现伸缩液压缸7和摆动液压缸16的位移的精确控制，从而保证刀具13切割曲线轨迹的实现。
所述驱动马达1采用的是型号为BMR-80-P1-AY的摆线马达。
所述刀具马达12采用的是型号为CM5-10E13FR的齿轮马达。
所述第一、第二位移传感器采用的均是型号为GEFRAN RK-02的磁滞第一位移传感器。
所述比例换向阀采用的是阿托斯公司的型号为DHZO-AE-071-03/I的六通径比例阀。
所述旋转编码器采用的是型号为J85-A-1024-24-VO-8-HT的编码器。
所述盾构机20采用的是德国维尔特公司和加拿大HDRK采矿研究有限公司联合研制的CMM（Continuous Mining Machine）掘进机。
Claims (8)
1.一种盾构机的变截面掘进装置，其特征在于包括刀盘驱动装置、刀盘、伸缩机构、摆动支臂及旋转刀具组件，伸缩机构的一端与刀盘相铰接，伸缩机构的另一端设置有旋转刀具组件，摆动支臂的一端与刀盘相铰接，摆动支臂的另一端与伸缩机构相铰接，刀盘与刀盘驱动装置相连接；在所述伸缩机构上设置有第一位移检测器，在所述摆动支臂上设置有第二位移检测器；在所述刀盘上安装有旋转编码器。
2.根据权利要求1所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于所述伸缩机构由同轴设置的套筒、伸缩支臂及切割臂组成，伸缩支臂设置在套筒内部，伸缩支臂的一端与套筒固定或与刀盘相铰接，伸缩支臂的另一端与切割臂的底端相连接，所述旋转刀具组件设置在切割臂的前端，第一位移检测器设置在伸缩支臂上。
3.根据权利要求1所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于所述刀盘驱动装置由驱动马达及减速器组件组成，所述刀盘与减速器组件的输出轴相连接，减速器组件的输入轴与驱动马达轴相连接。
4.根据权利要求2所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于所述伸缩支臂采用伸缩液压缸，伸缩液压缸的油缸与套筒固定或与刀盘相铰接，伸缩液压缸的活塞杆与切割臂的底端相连接；所述伸缩液压缸与盾构机的液压系统相连通。
5.根据权利要求1所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于所述摆动支臂采用摆动液压缸，摆动液压缸的油缸与刀盘相铰接，摆动液压缸的活塞杆与套筒相铰接；所述摆动液压缸与盾构机的液压系统相连通。
6.根据权利要求3所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于所述旋转刀具组件由刀具马达与设置在刀具马达前方的刀具组成，刀具马达固定在切割臂的前端，刀具马达轴与刀具相连接。
7.根据权利要求6所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于所述驱动马达和刀具马达均采用液压马达；所述驱动马达及刀具马达均与盾构机的液压系统相连通。
8.根据权利要求4或5或7所述的盾构机的变截面掘进装置，其特征在于在盾构机的液压系统上设置有比例阀。
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