CN104453927A - 一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，包括刀盘掘进机构，用于破碎岩石；护盾装置，包括依次连接的前盾、中盾和后盾；驱动装置，安装于所述前盾，与所述刀盘掘进机构连接，用于驱动刀盘旋转；所述前盾和所述中盾主动铰接，所述中盾和所述后盾被动铰接。由于该掘进机护盾装置的前盾和中盾主动铰接，中盾和后盾被动铰接，即护盾装置采用双铰接结构，从而能够适应斜井隧道中缓和坡段与斜坡连接处曲率半径小的工况，转弯能力较强，且便于整机姿态调整。
Description
技术领域
本发明涉及掘进机技术领域，特别是涉及一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，铁路工程、公路交通、煤矿建设的隧道工程不断增多，在进行长隧道施工时，通常会设置斜井，以增加工作面，缩短工期。
目前，国内在斜井岩石隧道施工方面，主要采用钻爆法施工，或者改为竖井施工，施工速度和效率低，而且安全性和环保性较低。专门用于斜井岩石隧道施工的掘进机的研发和使用有限，由于斜井岩石隧道的设计中，整个斜井隧道每隔一段距离需要设置一缓和坡段，该缓和坡段可作为运输车的长距离下坡的缓冲段，以减轻制动系统的负担，还可作为车辆的临时检修空间，缓和坡段与斜坡连接处的曲率半径较小，所以，在斜井岩石隧道的施工过程中，面临着转弯、上软下硬等复杂地质条件的限制，常规的应用于水平隧道的掘进机无法适应该环境，转弯能力较弱，整机姿态不便调整。
此外，斜井岩石隧道同水平隧道一样，会因为地层收敛导致卡机，降低掘进效率。而且，斜井多应用于煤矿巷道，而，煤矿巷道含有煤尘和瓦斯，常用的掘进机由于包括电气系统等，如果应用于煤矿巷道作业，难免会因产生电火花而发生灾难性事故。
有鉴于此，如何设计出一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，能够适应斜井隧道中缓和坡段与斜坡连接处曲率半径小的工况，转弯能力强，整机姿态便于调整，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩井掘进机，该掘进机能够适应斜井隧道中缓和坡段于斜坡连接处曲率半径小的工况，转弯能力强，整机姿态便于调整。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，包括：
刀盘掘进机构，用于破碎岩石；
护盾装置，包括依次连接的前盾、中盾和后盾；
驱动装置，安装于所述前盾，与所述刀盘掘进机构连接，用于驱动刀盘旋转；
所述前盾和所述中盾主动铰接，所述中盾和所述后盾被动铰接。
由于该掘进机护盾装置的前盾和中盾主动铰接，中盾和后盾被动铰接，即护盾装置采用双铰接结构，从而能够适应斜井隧道中缓和坡段与斜坡连接处曲率半径小的工况，转弯能力较强，且便于整机姿态调整。
优选地，所述前盾和所述中盾之间设置有防扭转装置。
优选地，所述防扭转装置包括连接块和扭转缸，所述扭转缸固设于所述中盾，所述连接块的一端与所述前盾固接，另一端卡置于两所述扭转缸之间。
优选地，所述刀盘掘进机构的旋转中心线位于所述护盾装置的中心线上方。
优选地，所述驱动装置的下端设有抬升装置。
优选地，所述抬升装置包括举升油缸和调节所述举升油缸伸缩方向的导向装置，所述举升油缸的活动端与所述驱动装置的下端连接。
优选地，所述前盾、所述中盾和所述后盾三者的径向尺寸依次减小。
优选地，所述刀盘掘进机构的刀盘为双向旋转刀盘。
优选地，所述刀盘掘进机构包括土压平衡模式回转接头和TBM模式回转接头。
优选地，所述掘进机整机的电设备及液压设备均为防爆设备。
附图说明
图1为本发明所提供双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机在TBM模式下的结构示意图；
图2为本发明所提供双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机在土压平衡模式下的结构示意图；
图3为本发明所提供的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机在斜井缓和坡段的工作示意图；
图4为图1中防扭转装置的结构示意图；
图5为图1中A-A向剖面示意图；
图6为图1中B-B向剖面示意图；
图7为图1中C-C向剖面示意图；
图8为图1中D-D向剖面示意图；
图9为图1中E-E向剖面示意图。
图1-9中：
刀盘1、溜渣板2、驱动装置3、前盾4、前盾稳定器5、前铰接油缸6、推进装置7、中盾8、中盾稳定器9、除尘装置10、后盾11、后铰接油缸12、管片安装机13、主机皮带机14、管片15、螺旋机座16、防扭转装置17、螺旋输送机18、封板19、双向刮渣板101、滚刀102、举升油缸301、导向装置302、连接块171、扭转缸172、安装座173。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩井掘进机，该掘进机能够适应斜井隧道中缓和坡段于斜坡连接处曲率半径小的工况，转弯能力强，整机姿态便于调整。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机在TBM（Tunnel Boring Machine，硬岩掘进）模式下的结构示意图。
该实施例中，双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机包括：
刀盘掘进机构，用于破碎岩石；
护盾装置，包括依次连接的前盾4、中盾8和后盾11；
其中，前盾4和中盾8的上部可分别设置前盾稳定器5和中盾稳定器9，掘进过程中，可以吸收主机的振动，换刀时也可防振并稳定护盾装置。
驱动装置3，安装于所述前盾，与所述刀盘掘进机构连接，用于驱动刀盘1旋转；
其中，前盾4和中盾8主动铰接，中盾8和后盾11被动铰接。
前盾4和中盾8通过前铰接油缸6主动铰接，前铰接油缸6沿前盾4和中盾8交接处的周向布置。这里，主动铰接是指前铰接油缸6主动伸缩调节掘进机前盾4和中盾8的弯折角度，实现转弯；具体地，根据隧道曲线的半径调节前铰接油缸6的行程差，可以精确控制前铰接油缸6的行程，准确控制掘进机前后部之间的角度。
中盾8和后盾11通过后铰接油缸12被动铰接，后铰接油缸12沿中盾8和后盾11交接处的周向布置；这里，被动铰接是指后铰接油缸12依靠外力伸缩，从而使掘进机中盾8和后盾11之间形成弯折角度。
请一并参考图3，图3为本发明所提供的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机在斜井缓和坡段的工作示意图。
掘进机在通过斜井缓和坡段时，依靠前铰接油缸6的主动伸缩使前盾4和中盾8发生弯折，推进装置7的推力作用于掘进机的后部，再通过前铰接油缸6传递到掘进机的前部；利用推进装置7的推进油缸推动中盾8往前掘进，利用后铰接油缸12牵引后盾11。
如此，掘进机的护盾装置采用双铰接结构，能够很好地适应斜井隧道中缓和坡段与斜坡连接处曲率半径小的工况，转弯能力较强，而且，便于整机姿态调整，适应性强。
请一并参考图4-9，图4为图1中防扭转装置的结构示意图；图5-9分别示出了图1中A-A向、B-B向、C-C向、D-D向及E-E向的剖面示意图。
进一步地，前盾4和中盾8之间设置有防扭转装置17。在直线段掘进时，可防止前盾4和中盾8发生扭转。
具体地，该防扭转装置17包括连接块171和扭转缸172，扭转缸172通过安装座173固设于中盾8，连接块171的一端与前盾4固定，另一端卡置于两扭转缸172之间，示于图4中。
进一步地，刀盘掘进机构的旋转中心线位于护盾装置的中心线上方；如此设置，掘进机在斜井向下掘进时，处于埋深较大或收敛地质变形工况时，可以防止卡机。
更进一步地，在驱动装置3的下端设有抬升装置，通过该抬升装置，可以进一步将刀盘掘进机构的刀盘1抬升，同时，刀盘1的滚刀102也进行相应的调整，能够扩大开挖间隙，进一步减小掘进机卡机的危险。
具体地，所述抬升装置包括举升油缸301和调节举升油缸301活动方向的导向装置302，举升油缸301的活动端与驱动装置3的下端连接，如图6中所示。当需要提升刀盘1时，可控制举升油缸301的活动端伸出，同时导向装置302调节该活动端的运动方向，使其将驱动装置3向上抬升，由于驱动装置3与刀盘掘进机构连接，所以同时也将刀盘掘进机构的刀盘1抬升。
在此基础上，护盾装置的前盾4、中盾8和后盾11三者的径向尺寸依次减小设置，也有利于避免掘进机卡机。
进一步地，刀盘掘进机构的刀盘1为双向旋转刀盘，即刀盘1在驱动装置3的带动下能够正反向旋转，相应地，刀盘掘进机构的刮渣板也设置为双向刮渣板101，以使刀盘1正反转时均可出渣。如此设置，能够防止掘进机主机和管片15滚转，具体地，正常掘进时，刀盘1朝一个方向旋转，当掘进机主机和管片15出现滚转现象，无法继续掘进时，可以控制刀盘1朝相反方向旋转，从而对掘进机主机进行纠偏。
进一步地，刀盘掘进机构包括土压平衡模式回转接头和TBM模式回转接头，也就是说，该掘进机可以在土压平衡掘进模式和TBM掘进模式之间转换，当开挖面围岩能够自稳，岩层稳定性较好时采用TBM模式施工，可参考图1，当开挖面稳定性差或者含水较多时，采用土压平衡模式施工，可参考图2。
具体地，采用TBM掘进模式时，刀盘1上装有溜渣板2，出渣装置为主机皮带机14；刀盘1在驱动装置3的带动下旋转，通过推进装置7的推进油缸提供的推力向前方掘进，将切削的岩渣输送到主机皮带机14，同时除尘装置10进行除尘作业，降低作业区域的粉尘含量；当推进油缸达到最大行程时，停止掘进，利用安装于后盾11下方的管片安装机13拼装管片15；依此往复作业，实现掘进作业和支护作业，隧道一次成型。
采用土压平衡掘进模式时，刀盘1不需要安装溜渣板2，此时安装封板19，为封闭式掘进模式；出渣装置采用螺旋输送机18，螺旋输送机18倾斜设置，安装于螺旋机座16；刀盘1在驱动装置3带动下旋转，通过推进装置7的推进油缸提供的推力向前方掘进，将切削的岩渣送到螺旋输送机18；当推进油缸达到最大行程时，停止掘进，利用管片安装机13拼装管片15；依此往复作业，实现掘进作业和支护作业，隧道一次成型。
进一步地，掘进机整机的电设备及液压设备均设为防爆设备。具体地，驱动装置的驱动电机采用防爆电机，与电机相配套的电设备也均采用防爆设置；推进装置的推进油缸的液压设备、铰接油缸的液压设备等均为防爆设备；实际上，掘进机上可产生电火花的设备均采用防爆设备，也就是说，整机集成防爆电器、液压、流体设备，使得整机符合国家防爆标准。如此设置，可以提高作业安全性，使掘进机能够在含爆炸性气体的隧道内进行掘进，如煤矿巷道等。
以上对本发明所提供的一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机进行了详细介绍。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)
1.一种双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，包括：
刀盘掘进机构，用于破碎岩石；
护盾装置，包括依次连接的前盾、中盾和后盾；
驱动装置，安装于所述前盾，与所述刀盘掘进机构连接，用于驱动刀盘旋转；
其特征在于，所述前盾和所述中盾主动铰接，所述中盾和所述后盾被动铰接。
2.如权利要求1所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述前盾和所述中盾之间设置有防扭转装置。
3.如权利要求2所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述防扭转装置包括连接块和扭转缸，所述扭转缸固设于所述中盾，所述连接块的一端与所述前盾固接，另一端卡置于两所述扭转缸之间。
4.如权利要求1所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述刀盘掘进机构的旋转中心线位于所述护盾装置的中心线上方。
5.如权利要求4所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述驱动装置的下端设有抬升装置。
6.如权利要求5所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述抬升装置包括举升油缸和调节所述举升油缸伸缩方向的导向装置，所述举升油缸的活动端与所述驱动装置的下端连接。
7.如权利要求1至6任一项所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述前盾、所述中盾和所述后盾三者的径向尺寸依次减小。
8.如权利要求1至6任一项所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述刀盘掘进机构的刀盘为双向旋转刀盘。
9.如权利要求1至6任一项所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述刀盘掘进机构包括土压平衡模式回转接头和TBM模式回转接头。
10.如权利要求1至6任一项所述的双铰接双模式防爆型斜井全断面岩石掘进机，其特征在于，所述掘进机整机的电设备及液压设备均为防爆设备。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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