CN103993889B - 一种硬岩隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬岩隧道掘进机。所述硬岩隧道掘进机包括：刀盘，用于切割岩石；驱动系统，其用于驱动所述刀盘转动；主梁，其包括前主梁和与所述前主梁铰接的后主梁，所述刀盘设置于所述驱动系统，所述驱动系统设置于所述前主梁；推进支撑换步系统，其用于实现所述主梁的前移，所述推进支撑换步系统包括推进装置，所述推进装置分别连接所述前主梁和所述后主梁，当转弯掘进时所述推进装置能够调节所述前主梁和所述后主梁之间的夹角。采用这种硬岩隧道掘进机进行掘进作业时能够实现小转弯半径的转弯掘进。

Description

一种硬岩隧道掘进机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种硬岩隧道掘进机。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机(TBM)能同时实现推进、破岩、出碴、支护等隧道施工作业，具有快速、优质、安全、经济、环保等突出优点，在水利、电力、铁道、煤炭、矿山、交通、地铁及城市地下工程等隧道工程中得到了越来越广泛的应用。

在隧道线路设计中，由于各种原因不可避免地在水平面上存在曲线段，这就要求硬岩隧道掘进机在施工过程中能够按照某一转弯半径进行转弯掘进。但是，硬岩隧道掘进机本身结构长度较长，转弯过程中受其自身结构长度的限制，基本能够实现转弯半径250m-300m的转弯掘进，但是对于特殊施工，例如煤矿隧道施工条件下需要进行转弯半径在100m以下的转弯掘进。而且随着未来地下施工工程的多样化，实现小转弯半径的硬岩隧道掘进机将会具有较大的市场。因此，急需一种能够实现小转弯半径的硬岩隧道掘进机。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种硬岩隧道掘进机，采用这种硬岩隧道掘进机施工时能够实现小转弯半径的转弯掘进。

根据本发明的第一方面，提出了一种硬岩隧道掘进机，包括：刀盘，用于切割岩石；驱动系统，其用于驱动刀盘转动；主梁，其包括前主梁和与前主梁铰接的后主梁，刀盘设置于驱动系统，驱动系统设置于前主梁；推进支撑换步系统，其用于实现掘进机的前移，推进支撑换步系统包括推进装置，推进装置分别连接前主梁和后主梁，当转弯掘进时推进装置能够调节前主梁和后主梁之间的夹角。

采用上述硬岩隧道掘进机施工时驱动系统驱动刀盘转动，以此削掉岩屑，推进支撑换步系统实现主梁的前移，当需要转弯掘进时，通过推进装置调节前主梁和后主梁之间的夹角，由于前主梁和后主梁铰接，所以推进装置使得前主梁和后主梁之间的夹角可以为任意角度，通过转弯角度的设定实现不同的转弯半径，由此实现前主梁，特别是刀盘的小转弯半径的转弯掘进。

在一个实施例中，推进支撑换步系统还包括支撑换步装置和后支撑装置，支撑换步装置和后支撑装置设置于后主梁，用于交替支撑于洞壁，推进装置与支撑换步装置连接，并且与支撑换步装置和后支撑装置配合实现掘进机的前移。直线掘进时，支撑换步装置支撑于洞壁，后支撑装置收起，刀盘切削岩石，推进装置推进前主梁前移，此时前移的前主梁带动后主梁向前移动，当移动预定距离后后支撑装置支撑于洞壁，支撑换步装置收起，推进装置带动支撑换步装置跟进后主梁，由此实现掘进机的前移。

在一个实施例中，前主梁和后主梁分别构造为中空的壳体，前主梁的后端部和后主梁的前端部叠置以形成贯通主梁的内部腔室，以用于输送岩屑的皮带机从中穿过。中空壳体的采用用于皮带机从中穿过，由此使得该硬岩隧道掘进机整体结构简化。

在一个实施例中，后主梁的后端部设置有岩屑出口，皮带机将岩屑输送至岩屑出口。由此通过设置于主梁的内部腔室的皮带机经岩屑出口排出，从而能够将刀盘切割下来的岩屑及时导出，顺利地实现掘进机的掘进工作，提高生产效率。

在一个实施例中，前主梁的后端部包括厚度较厚的第一加强部，后主梁的前端部包括厚度较厚的第二加强部，第一加强部和第二加强部通过销轴实现前主梁的后端部和后主梁的前端部的叠置。厚度较厚的第一加强部和厚度较厚的第二加强部可以提高前主梁和后主梁的连接强度，另外销轴工作可靠，拆装方便。

在一个实施例中，推进装置包括分别设置于主梁两侧的至少一组推进缸，推进缸的有杆端连接至前主梁，推进缸的无杆端设置于后主梁。直线掘进时，主梁两侧的至少一组推进缸的工作状态基本相同，以确保直线掘进工作的正常进行，当转弯掘进时，通过调节主梁一侧的至少一组推进缸的伸长量不同于主梁另一侧的推进缸的伸长量来实现前主梁相对于后主梁之间的夹角的调节，从而实现设定的转弯半径。在一个优选实施例中，设置于所述主梁每侧的至少一组推进缸的合力所在直线低于所述刀盘的旋转轴线。由于刀盘和驱动系统的重量较重，刀盘和驱动系统在切削岩石的过程中会受到岩石的挤压力以及自身重力对其向下后方的扭转力矩，而主梁每测的至少一组推进缸的合力所在直线低于刀盘的旋转轴线的情况下，该合力会抵消部分刀盘和驱动系统所受到的向下的扭转力矩，利于掘进工作的安全进行。

在一个实施例中，支撑换步装置包括其上设置有滑轨的鞍架和设置于鞍架两侧的撑靴，撑靴通过撑靴缸连接至所述鞍架，后主梁设置于滑轨上以能够沿滑轨移动。由此当后支撑装置收起，支撑换步装置的撑靴支撑于洞壁上时，推进装置推动前主梁前移的同时前主梁带动后主梁和后支撑装置在鞍架的滑轨上前移，由此后主梁和后支撑装置前移，然后后支撑装置支撑于洞壁上，撑靴缸的活塞杆带动撑靴收回，鞍架通过滑轨跟进后主梁。

在一个实施例中，推进缸的无杆端连接于撑靴。推进缸在推进前主梁或者后主梁的过程中会受到反推力，推进缸的无杆端连接至撑靴，通过撑靴与洞壁之间的摩擦力来平衡推进缸所受到的反推力，以提高该硬岩隧道掘进机的工作性能。

在本申请中，用语“前”、“后”规定为相对于掘进机掘进方向而言的，朝向掘进机掘进的方向为“前”，与之相反的方向为“后”，另外用语“上”和“下”规定为相对于掘进机所在水平面而言的，由地面指向掘进机所在水平面的方向为“下”，于之相反的方向为“上”。

与现有技术相比，本发明的优点在于，将传统的主梁通过铰接的方式分为前主梁和后主梁，前主梁上设置有驱动系统带动的刀盘以此切割岩屑，后主梁上设置有推进装置，当直线掘进时，推进装置推动前主梁前移，并且与支撑换步装置和后支撑装置配合实现掘进机的整体前移。另外，当转弯掘进时，通过推进装置调节前主梁和后主梁之间的夹角，以此实现不同转弯半径的转弯掘进。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的一个优选实施例的硬岩隧道掘进机的立体图；

图2是图1所示硬岩隧道掘进机的俯视图；

图3是沿图2所示硬岩隧道掘进机的A-A线的剖面图；

图4是图3中的B处的局部放大图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

如图所示，本发明提出的硬岩隧道掘进机包括刀盘10、驱动系统20、主梁30以及推进支撑系统，主梁30包括前主梁31和后主梁32。下面将详细地描述本发明的硬岩隧道掘进机及其各个部件。

如图1和图2所示，刀盘10可以切割岩屑，根据切割的岩层以及生产能力，刀盘10上可以安装相应的刀具，例如滚刀。刀盘10通过刀盘支撑装置安装至驱动系统20的前端部。

驱动系统20产生回转力矩以带动刀盘10转动，从而实现滚刀破岩。如图所示，驱动系统20设置在前主梁31上，由此可以看出前主梁31在一定程度上决定着刀盘10的旋转轴线的方向，即前主梁31决定着掘进方向。在掘进作业的过程中，前主梁31承载着破岩掘进力产生的反力矩和扭转力矩，可见前主梁31必须具有较高抗扭矩能力，而前主梁31和后主梁32的中空设计相对来说具有更强的抗扭转能力。

如图1和图2所示，主梁30包括前主梁31和后主梁32，前主梁31和后主梁32通过销轴35铰接。由此前主梁31和后主梁32之间形成不同角度的夹角。

推进支撑换步系统用于推进主梁30的前移，该推进支撑换步系统包括推进装置40，推进装置40分别连接前主梁31和后主梁32，当转弯掘进时，推进装置40用来调节前主梁31和后主梁32之间的夹角。本领域技术人员可以看出，推进装置40作为调节单元能够调节前主梁31和后主梁32的相对角度。推进装置40可以是任意能够调节相互铰接的杆件，使它们之间的夹角发生变化的装置。例如液压缸或者电机与蜗杆涡轮机构的总成。

优选地，推进支撑换步系统还包括支撑换步装置50和后支撑装置70，由于推进装置40分别连接前主梁31和后主梁32，特别是推进装置40与后主梁32的支撑换步装置50连接。掘进工况下，支撑换步装置50支撑于洞壁，后支撑装置70收起时，刀盘10切削岩石，推进装置40推进前主梁31前移，前移的前主梁31带动后主梁和后支撑装置70向前移动，移动预定距离后后支撑装置70支撑于洞壁，支撑换步装置50收起，推进装置40带动支撑换步装置50跟进后主梁32，由此实现掘进机整体的前移，以此实现硬岩隧道掘进机的掘进工作。

作为优选的实施例，如图3所示，前主梁31和后主梁32均为中空的壳体，前主梁31和后主梁32的铰接可以采用：前主梁31的后端部和后主梁32的前端部叠置，然后在叠置部位铰接，以此主梁31和后主梁32的内部形成贯通主梁30的内部腔室33，输送岩屑的皮带机60从主梁30的这个内部腔室33内穿过，由此顺利将岩屑导出至硬岩隧道掘进机的后侧，确保硬岩隧道掘进机正常工作的进行。

进一步地，如图4所示，前主梁31的后端部包括厚度较厚的第一加强部311，后主梁32的前端部包括厚度较厚的第二加强部321。具体安装时，第一加强部311和第二加强部321分别形成与销轴配合的安装孔，然后将第一加强部311和第二加强部321叠置，通过吊具卡持到销轴35的吊销孔352中以将销轴35安装至安装孔中，最后安装好销轴卡板353，以限制销轴35沿其自身轴向方向移动。另外如图所示，销轴35的外周分别设置有耐磨套351，以降低对销轴35以及第一加强部311和第二加强部321之间的磨损，延长它们的使用寿命。

作为一个优选的实施例，推进装置40包括分别设置在主梁30两侧的至少一组推进缸，推进缸的有杆端连接到前主梁31，推进缸的无杆端设置在后主梁32。推进缸可以是控制精度较高的液压缸，由此将主梁30一侧的至少一组推进缸的活塞杆的伸长量不同于主梁30另一侧的至少一组推进缸的活塞杆的伸长量，就可以实现前主梁31和后主梁32之间的任意角度的夹角。

进一步地，如图1和图2所示，推进装置40包括分别设置于主梁30两侧的两组推进缸，为了清楚地说明，特给出编号，每一侧的两组推进缸中的一组靠近主梁30的上端，如第一推进缸41和第二推进缸42，每一侧的两组推进缸中的另一组靠近主梁30的下端，如第三推进缸43和第四推进缸44。由此通过调节上述四组推进缸的活塞杆的伸长量来调节前主梁31和后主梁32之间的夹角。上述四个推进缸的位置在此仅作为示例，并不构成对本发明的限制。

优选地，设置于主梁30每侧的至少一组推进缸(第一推进缸41和第三推进缸43，或者第二推进缸42和第四推进缸44)的合力所在直线低于刀盘10的旋转轴线。由于主梁30每侧的至少一组推进缸的合力所在的直线低于刀盘10，那么推进装置40通过前主梁给予刀盘10和驱动系统20以向前上方的扭转力矩，以此平衡刀盘10和驱动系统20所受到的向下后方的扭转力矩。

在一个实施例中，如图2所示，支撑换步装置50包括其上设置有滑轨的鞍架51和设置于鞍架51两侧的撑靴52，撑靴52通过撑靴缸53连接至鞍架51，后主梁32设置于滑轨上以能够沿滑轨移动。由此当后支撑装置70收起，支撑换步装置50的撑靴52支撑于洞壁上时，推进装置40推动前主梁31前移，前主梁31带进后主梁32和后支撑装置70在鞍架51的滑轨上前移，由此后主梁32和后支撑装置70前移，移动预定距离后，后支撑装置70支撑于洞壁上，撑靴缸53的活塞杆带动撑靴52收回，鞍架51通过滑轨也实现了向前移动。鞍架51起支架作用，撑靴缸53可以是液压缸，其活塞杆的伸长量可以实现撑靴52撑紧洞壁或者收回。

在一个实施例中，推进缸的无杆端连接于撑靴。以此撑靴支撑于洞壁时所受到的摩擦力可以抵消推进缸在推进前主梁31的过程中所受到的反推力。

下面描述本发明的硬岩隧道掘进机的工作过程。

采用该硬岩隧道掘进机掘进施工时，刀盘10在工作状态下始终保持转动，当直线掘进时，推进装置40的推进缸的活塞杆伸长，向前推动前主梁31，前主梁31带动驱动系统20和刀盘10向前移动，因此直线掘进时刀盘10的前移和转动同时发生，同时刀盘10切削岩体，掉落的岩屑经过皮带机60输送至岩屑出口34，并通过其他排碴设备运送至隧道外，另外由于后主梁32能够在鞍架51的滑轨上滑动，所以推进装置40向前推进前主梁31(此时后支撑装置收起，撑靴52支撑于洞壁上)时，前主梁31同时带动后主梁32和后支撑装置70前移，以此实现刀盘、驱动系统以及主梁等部件的前移。当推进缸的伸长量达到最大行程时，后支撑装置70展开支撑在洞壁上，撑靴缸53回缩以将撑靴52收回，推进缸回缩以带动撑靴52和鞍架51在后主梁32上向前移动(此时刀盘10、驱动系统20、前主梁31、后主梁32、后支撑装置70都不动，刀盘10仍在转动)，当推进缸回缩至初始位置时，撑靴缸53撑开撑靴52支撑于洞壁，后支撑装置70收起，推进缸的活塞杆伸长，开始下一个推进过程。当需要转弯掘进时，由于前主梁31和后主梁32铰接，所以前主梁31和后主梁32之间可以呈任意角度的夹角，通过调节主梁30一侧的至少一组推进缸的活塞杆的伸长量不同于主梁30另一侧的至少一组推进缸的活塞杆的伸长量来实现前主梁31和后主梁32之间的任意夹角，以此实现刀盘10的不同转弯半径，特别是小转弯半径的转弯掘进。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种硬岩隧道掘进机，其特征在于，包括：

刀盘，用于切割岩石；

驱动系统，其用于驱动所述刀盘转动；

主梁，其包括前主梁和与所述前主梁铰接的后主梁，所述刀盘设置于所述驱动系统，所述驱动系统设置于所述前主梁；

推进支撑换步系统，其用于实现所述掘进机的前移，所述推进支撑换步系统包括推进装置，所述推进装置分别连接所述前主梁和所述后主梁，当转弯掘进时所述推进装置能够调节所述前主梁和所述后主梁之间的夹角；

所述推进装置包括第一推进缸、第二推进缸、第三推进缸、第四推进缸，第一推进缸和第二推进缸位于主梁上端，第三推进缸和第四推进缸位于主梁下端，第一推进缸与第三推进缸的合力所在直线低于所述刀盘的旋转轴线；第二推进缸与第四推进缸的合力所在直线低于所述刀盘的旋转轴线。

2.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述推进支撑换步系统还包括支撑换步装置和后支撑装置，所述支撑换步装置和所述后支撑装置设置于所述后主梁，用于交替支撑于洞壁，所述推进装置与所述支撑换步装置连接，并且与所述支撑换步装置和所述后支撑装置配合实现所述掘进机的前移。

3.根据权利要求1或2所述的硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述前主梁和所述后主梁分别构造为中空的壳体，所述前主梁的后端部和所述后主梁的前端部叠置以形成贯通所述主梁的内部腔室，以用于输送岩屑的皮带机从中穿过。

4.根据权利要求3所述的硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述后主梁的后端部设置有岩屑出口，所述皮带机将所述岩屑输送至所述岩屑出口。

5.根据权利要求3所述的硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述前主梁的后端部包括厚度较厚的第一加强部，所述后主梁的前端部包括厚度较厚的第二加强部，所述第一加强部和所述第二加强部通过销轴实现所述前主梁的后端部和所述后主梁的前端部的叠置。

6.根据权利要求2所述的硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述支撑换步装置包括其上设置有滑轨的鞍架和设置于所述鞍架两侧的撑靴，所述撑靴通过撑靴缸连接至所述鞍架，所述后主梁设置于所述滑轨上以能够沿所述滑轨移动。

7.根据权利要求6所述的硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述第一推进缸、第二推进缸、第三推进缸、第四推进缸的无杆端连接于所述撑靴。