CN107339110B - 一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动tbm掘进装置 - Google Patents
一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动tbm掘进装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，是由支承环（2）、主推进器（3）、主支撑器（4）、副推进器（5）与副支撑器（6）依次串联而成的混联式装置。其拓扑结构将随主支撑器与副支撑器的加载或卸载状态而改变。所述的双六足推进器能交替完成推进工作，可实现全自动连续掘进作业。双三足支撑器能并行工作，可使其均载或按给定比例承载，能在垂直隧道掘进作业中换步。本发明掘进装置可工作于单环掘进、双连环掘进、三连环掘进、全自动连续掘进等数种不同工作模式，以适应不同的掘进面和支撑面的工况条件。本发明适用于TBM隧道掘进、矿产采掘或管道作业，尤其是适合于掘进面与支撑面复杂多变的隧道或垂直隧道的掘进作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，属掘进机械技术领域。
背景技术
公知的TBM掘进装置包括支撑器、推进器、换步器和调向器四大部分，分别按顺序完成支撑作业、推进作业、换步作业、调向或纠偏作业；所述的掘进装置可推动支承环及支承环上的刀盘系统完成遂道切削工作。
公知的TBM掘进装置有的只有一个支撑器，如主梁式和扭力缸式TBM掘进装置，其掘进过程包括按时间顺序完成的支撑作业步-推进作业步-换步作业步-调向或纠偏作业步，其辅助作业时间占比大，严重影响了其掘进工作效率。该类型的掘进装置无法在垂直隧道中实现换步作业，也不能实现全自动连续掘进作业。
公知的TBM掘进装置有的只有两个支撑器，如凯式TBM掘进装置，其掘进过程包括按时间顺序完成的支撑作业步-推进作业步-换步作业步-调向或纠偏作业步，其辅助作业时间占比大，严重影响了其掘进工作效率。该类型的掘进装置两个支撑器间采用刚性固定连接，当其中一个支撑器处于支撑状态，另一个支撑器无法换步，因而无法在垂直隧道中实现换步作业，也不能实现全自动连续掘进作业。
为解决该问题，有一种公知的混联式掘进装置，其第一推进器与第一支撑器串联，第二推进器与第二支撑器串联，再将两推进器在支承环处并联。该装置的两个推进器可交替工作，可实现连续自动掘进作业，但因其两支撑器轴向空间重叠且其两支撑器空间也重叠，工作空间受限，未能成功应用。
还有一种公知的混联掘进装置，其第一推进器与第一支撑器串联，第二推进器与第二支撑器串联，再将两者串联。该装置第一推进器与第一支撑器工作于硬岩切削模式，第二推进器与第二支撑器工作于盾构的软土切削模式，其中第二支撑器为构筑隧道的水泥管片，无法实现硬岩或软土层的全自动连续掘进作业，也无法在垂直隧道中实现换步作业。
公知的TBM掘进装置，其工作模式单一，不能针对特定的支撑面或掘进面工况条件选择不同的掘进作业模式，对环境的适应性差。
公知的TBM掘进装置存在以下问题：一是有的无全自动连续掘进功能或在垂直隧道中换步作业。二是有的虽有该功能但工作空间受限。三是工作模式单一，对支撑面或掘进面的环境适应性差。
发明内容
本发明的目的是，针对现有TBM掘进装置存在的问题，公开一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置。
实现本发明的技术方案如下，一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，所述装置为双六足推进器与双三足支撑器串联后的混联式掘进结构，具有自重构能力；基于装置的自重构能力，所述装置能实现多种不同方式的掘进模式，包括单环掘进模式、双连环掘进模式、三连环掘进模式和全自动连续掘进模式；并能根据掘进环境或支撑环境提供相应的匹配掘进方案。
所述装置包括支承环、主推进器、主支撑器、副推进器和副支撑器；所述主推进器、主支撑器、副推进器和副支撑器依次垂直安装在支承环与刀盘系统的轴线上；所述支承环的一面安装刀盘系统，另一面安装主推进器、主推进器连接主支撑器；主支撑器连接副推进器；副推进器连接副支撑器。
所述主推进器为六足并联机构，由6组推进缸组成，每组推进缸又由1～4个主推进缸组成，每个主推进缸能作伸缩运动，所述主推进缸左侧通过主支撑缸左关节与支承环连接，所述主推进缸右侧通过主推进缸右关节与主支撑器连接；所述主推进缸左关节和主推进缸右关节为球形铰链或万向铰链连接结构。
所述副推进器亦为六足并联装置，由6组推进缸组成，每组推进缸又由1～3个副推进缸组成，每个副推进缸能作伸缩运动，所述副推进缸左侧通过副推进缸左关节与主支撑器连接，所述副推进缸右侧通过副推进缸右关节与副支撑器连接；所述的副推进缸左关节和副推进缸右关节为球形铰链或万向铰链连接。
所述主支撑器为三足并联装置，以主中心支架为固定平台，其3个主支撑腿能带动主撑靴沿径向作伸缩运动。所述主中心支架为六边形结构，在主中心支架平面上，角度相距120°的支架边上向六边形外分别垂直安装三个主支撑腿；外部推进缸与主支撑器将通过主撑靴上圆弧内侧的推进器关节支座相连接。
所述的副支撑器为三足并联装置，以副中心支架为固定平台，其3个副撑腿能带动副撑靴沿径向作伸缩运动。所述副中心支架为六边形结构，在副中心支架平面上，角度相距120°的支架边上向六边形外分别垂直安装三个副撑腿；外部推进缸与副支撑器将通过副撑靴上圆弧内侧的推进器关节支座相连接。
所述装置的自重构方法如下：
所述的主撑靴与支撑面接触但不用力撑紧的状态为主支撑器就位状态；与支撑面接触且用力撑紧的状态为主支撑器支撑状态；主支撑腿缩回，使主撑靴部分或全部与支撑面脱离接触的状态为主支撑器复位状态；主支撑器由复位状态切换为就位状态的动作称为主支撑器就位，反之称为主支撑器复位；主支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为主支撑器加载，反之称为主支撑器卸载；如若主支撑器处于支撑状态，则其为固定工作平台，否则其为活动工作平台。
所述的副撑靴与支撑面接触但不用力撑紧的状态为副支撑器就位状态，与支撑面接触且用力撑紧的状态为副支撑器支撑状态，副撑腿缩回，使副撑靴部分或全部与支撑面脱离接触的状态为副支撑器复位状态；副支撑器由复位状态切换为就位状态的动作称为副支撑器就位，反之称为副支撑器复位；副支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为副支撑器加载，反之称为副支撑器卸载；如若副支撑器处于支撑状态，则其为固定工作平台，否则其为活动工作平台。
所述的主推进器若以支承环为其活动平台，以主支撑器为其固定平台，主推进缸伸出为主推进作业步兼作调向作业步，如若以支承环为其固定平台，以主支撑器为其活动平台，主推进缸缩回为主换步作业步兼作主支撑器调姿作业步。
所述的副推进器如若以主支撑器为其活动平台，以副支撑器为其固定平台，其副推进缸伸出作副推进作业步兼调向作业步，如若以主支撑器为其固定平台，以副支撑器为其活动平台，副推进缸缩回作副换步作业步兼作副支撑器调姿作业步。
所述单环掘进模式，包括以下四种方案：
方案1，由主支撑器配合主推进器工作，由主支撑-主推进-主换步三个作业步构成一个单环掘进循环；所述方案1包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副支撑器、副推进器均处于复位状态；
步骤2：主支撑作业步：主支撑器就位并加载，切换至主支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：主支撑器卸载并复位、主推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
方案2，由副支撑器配合副推进器工作，由副支撑-副推进-副换步3个作业步构成一个单环掘进循环；所述方案2包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器处于就位状态，主推进器、副支撑器、副推进器三者均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器就位并加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进作业步：副推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：副换步作业步：副支撑器卸载并复位、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
方案3，由副支撑器配合主推进器工作，由副支撑-主推进-主换步三个作业步构成一个单环掘进循环；
所述方案3包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器处于就位状态，主推进器、副支撑器、副推进器三者均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器就位并加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：副支撑器卸载并复位、主推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
方案4，由主支撑器和副支撑器配合主推进器工作，由主副双支撑-主推进-主换步3个作业步构成一个单环掘进循环；主副支撑器的支撑力按要求进行分配；所述方案4包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副支撑器、副推进器均处于就位状态；
步骤2：主副双支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位并加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态，副推进器施加平衡载荷；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：副推进器卸载，主支撑器、副支撑器卸载并复位、主推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
所述双连环掘进模式，包括以下两种方案：
方案1，主推进器首环掘进作业、副推进器完成次环掘进作业，由副支撑-主推进-副推进-双换步四个作业步构成一个连续两行程的掘进循环；包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位，之后副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，并完成首环推进作业：
步骤4：副推进作业步：副推进器完成次环推进作业，并卸载
步骤5：双换步作业步：主支撑器、副支撑器卸载并复位，主推进器、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤6：循环执行步骤2-5，直至停机。
方案2，副推进器完成首环掘进作业、主推进器完成次环掘进作业，由副支撑-副推进-主推进-双换步四个作业步构成一个连续两行程的掘进循环；包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位，之后副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进作业步：副推进器加载，并完成首环推进作业；
步骤4：主推进作业步：主推进器完成次环推进作业，并卸载：
步骤5：双换步作业步：主支撑器、副支撑器卸载并复位，主推进器、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤6：循环执行步骤2-5，直至停机。
所述三连环掘进模式方案如下：
由副推进器完成首环掘进作业、主推进器完成次环掘进作业、副推进器完成末环掘进作业，由副支撑-首环副推进-次环主推进兼副换步-末环副推进-双换步5个作业步构成一个连续3个行程的掘进循环；
包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位，之后副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：首环副推进作业步：副推进器加载，并完成首环的推进工作；
步骤4：次环主推进兼副换步作业步：主推进器完成次环的推进工作，同时以并行方式顺序执行以下动作：
步骤4.1：主支撑器加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤4.2：副推进器，切换至主支撑器独立支撑状态；
步骤4.3：副支撑器卸载、副推进器换步、副支撑器加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤4.4：副推进器加载、主支撑器卸载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤5：末环副推进作业步：副推进器继续加载，并完成末环的推进工作；
步骤6：双换步作业步：主推进器、副推进器卸载，主支撑器、副支撑器卸载并复位，主推进器、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤7：循环执行步骤2-6，直至停机。
所述全自动连续掘进模式方案如下：
由主推进器与副推进器交替完成各半个行程的推进工作，包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主、副支撑器就位，副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态，然后主推进器加载；
步骤3：主推进兼副换步作业步：主支撑器向前推进半个行程，同时并行执行副换步动作，即顺序执行以下动作：
步骤3.1：主支撑器加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤3.2：副推进器与副支撑器依次卸载，切换至主支撑器独立支撑状态；
步骤3.3：副推进器换步；
步骤3.4：副支撑器副推进器依次加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态，然后副推进器加载；
步骤3.5：主支撑器卸载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤4：副推进兼主换步作业步：副推进器向前推进1个行程，同时主推进器完成主换步动作，推进器实际向前推进半个行程；
步骤5：循环执行步骤3-4，直至停机复位；
步骤6：停机复位工作步：主推进器、副推进器、主支撑器与副支撑器依次卸载，主支撑器、副支撑器、主推进器与副推进器依次复位，切换至初始状态。
所述掘进方案匹配相应的掘进环境和支撑环境的方法如下：
如若支撑面与掘进面状态良好，宜采用全自动连续掘进方案；采用全自动连续掘进方案，其主、副推进器将交替工作且换步辅助作业与推进作业并行的工作模式，对于掘进面与支撑面物性较稳定的地层，可实现连续掘进作业，消除辅助工作时间，提高掘进机工作效率。
如若支撑面较软或有缺陷无法提供大的支撑力，或支撑面较硬需要较大的支撑力，宜采用带负载均衡功能的单环掘进方案4；
如若支撑面较好，掘进面硬度适中，宜采用双连环掘进或三连环掘进方案；采用双连环或三连环连续掘进模式，其辅助工作时间将减少，则可兼顾掘进的高效率和支撑的可靠性。
如若掘进面偏硬宜采用单环掘进方案2或3。若采用带负载均衡功能的单环掘进方案3，其前后双支撑器将并联工作，其副推进器可兼作均载器，在遇支撑面较软或其表面有缺陷的情形时，可实现最为可靠的支撑。在遇掘进面较硬或其表面特性变化大的情形时，可抵抗掘进面的重载荷或大突变载荷，以提高掘进速度和效率。
如若采用副支撑器配合主推进器或副推进器工作，其推进机构刚度小，对阻力传递性能好，适合硬岩物性均匀掘进面的切削。
本发明的有益效果在于，本发明提出的双六足推进器与双三足支撑器串联后的混联式掘进装置可实现全自动化不停机连续掘进作业；本发明装置的自重构方法，可实现多种不同方式的掘进模式，包括单环掘进功能、双连环掘进功能、三连环掘进功能和全自动连续掘进功能。
本发明掘进装置其推进器具有完全的6个自由度，在主推进作业或副推进作业过程中均可精确调向，且无需另配专门的事后调向机构；本发明推进器配合支撑器工作可完成换步作业，且主换步作业过程中可调整主支撑器姿态，在副换步作业过程中可调整主支撑器姿态，无需另配专门的换步装置。
本发明装置可重构其拓扑构型，改变掘进模式，以适应不同的掘进环境的掘进作业。如若采用全自动连续掘进方案，其主、副推进器将交替工作且换步辅助作业与推进作业并行的工作模式，对于掘进面与支撑面物性较稳定的地层，可实现连续掘进作业，消除辅助工作时间，提高掘进机工作效率。不同的掘进工作方案其结构刚度有质的变化。单环掘进的4种方案，由于支撑位置可以选择其结构刚度将有量的变化，可适应掘进面的重载荷或大突变载荷的不同工况条件。如若采用主支撑器与副支撑器并行工作模式，还可实现垂直换步功能及垂直隧道的推进作业，拓展了所发明的掘进装置的适用范围。
附图说明
图1是一种带双六足推进器与三足双支撑器的混联式TBM掘进装置实施例1左前方观察得到的三维立体示意图；
图2是图1所述的实施例1由右前方观察得到的三维立体示意图；
图3是图1所述的实施例1的三维立体示意图的俯视图；
图4是图1所述的实施例1的初始状态的拓扑结构示意图；
图5是图1所述的实施例1的主支撑器独立支撑状态下的拓扑结构示意图；
图6是图1所述的实施例1的副支撑器独立支撑状态下的拓扑结构示意图；
图7是图1所述的实施例1的主支撑器与副支撑器并行支撑状态下的拓扑结构示意图；
图8是一种带双六足推进器与双三足支撑器的混联式TBM掘进装置实施例2；
图9是一种带双六足推进器与双三足支撑器的混联式TBM掘进装置实施例3；
图中，1为刀盘系统；2为支承环；3为主推进器；3C为主推进缸；3L为主推进缸左关节；3R为主推进缸右关节；4为主支撑器；40为主中心支架；4L为主支撑腿；4G为主撑靴；5为副推进器；5C为副推进缸；5L为副推进缸左关节；5R为副推进缸右关节；6为副支撑器；60为副中心支架；6L为副撑腿；6G为副撑靴；7为支撑面。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下将结合图1至图9对实施例1至实施例3逐一进行说明。
实施例1
本实施例一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，包括刀盘系统1、支承环2、主推进器3、主支撑器4、副推进器5、副支撑器6,如图1所示。
本实施例装置的主推进器3为六足并联装置，由6个主推进缸3C组成。所述副推进器5为六足并联装置，由6个副推进缸5C组成；所述的主支撑器4为三足并联装置，由主中心支架40、3个并联的主支撑腿4L构成，每个主支撑腿上装有1个主撑靴4G；所述的副支撑器6为三足并联装置，由副中心支架60、3个并联的副撑腿6L构成，每个副撑腿上装有1个副撑靴6G；
本实施例的特征还在于每个主推进缸3C左侧与支承环2用主推进缸左关节3L连接，每个主推进缸3C右侧与主支撑4用主支推进缸右关节3R连接；每个副推进缸5C左侧与主推进器4用副推进缸左关节5L连接，每个副推进缸3C右侧与副支撑6用副推进缸右关节5R连接。
本实施例图1的视图特征是主推进缸左关节3L被支承环2所遮挡。为了更清楚明白其位置关系，给出了本实施例所述掘进装置由右前方观察得到的三维立体示意图，如图2所示，其视图特征是更清晰表达了主推进缸右关节3R、副推进缸左关节5L、副推进缸右关节5R位置，图中主推进缸左关节3L被支承环2所遮挡。此外，还给出了本实施例所述的掘进装置的三维立体示意图的俯视图，如图3所示，其视图特征是更清晰表达了主推进缸左关节3L、主推进缸右关节3R、副推进缸左关节5L、副推进缸右关节5R位置，图中主中心支架40被上部主撑靴4G所遮挡，副中心支架60被上部副撑靴6G所遮挡。
本实施例掘进装置工作状态与拓扑结构的关系如下：
(1)初始状态，其拓扑结构的特征在于所述的主撑靴4G与副撑靴6G上部与支撑面7脱离、下部与支撑面7接触，构成活动平台，并可在其表面沿轴向或周向滑动，如图4所示。
(2)主支撑器独立支撑状态，其拓扑结构的特征在于主撑靴4G撑紧支撑面7构成定平台，上部副撑靴6G不与支撑面7接触构成活动平台，如图5所示。
(3)副支撑器独立支撑状态，其拓扑结构的特征在于主撑靴4G贴住支撑面7但不用力撑紧构成活动平台，上部副撑靴6G撑紧支撑面7构成固定平台，如图6所示。
(4)主支撑器与副支撑器并行支撑状态，其拓扑结构的特征在于主撑靴4G与副撑靴6G同时撑紧支撑面7构成固定平台，上部副撑靴6G撑紧支撑面7构成固定平台，如图7所示。
本实施例可完成以下动作：
(1)主换步动作：其动作特征是主推进缸3C缩回，拖动主支撑器4、副推进器5和副支撑器6向前滑动，实现主换步动作，如图4所示；
(2)副换步动作：其动作特征是副推进缸5C缩回，拖动副支撑器6向前滑动，实现副换步动作，如图4或图5所示；
(3)实现主推进动作：其动作特征是主推进缸3C伸出，推动支承环2向前滑动，实现主推进动作，如图5或图6或图7所示；
(4)副推进动作：其动作特征是副推进缸5C伸出，推动支承环2连同主推进器3及主支撑器4共同向前滑动，实现副推进动作，如图6所示；
(5)主推进兼副换步动作：其动作特征是实现主推进动作同时执行副换步动作，如图5所示；
(5)副推进兼主换步动作：其动作特征是实现副推进动作同时执行主换步动作，如图6所示。
本实施例可实现以下重构动作完成工作状态切换：
(1)如图4所示的初始状态切换：其动作特征是主支撑腿4L向外伸出，使其用力撑紧支撑面7，实现主支撑器4支撑动作，切换至如图5所示的主支撑器独立支撑状态；副撑腿6L向外伸出，使其用力撑紧支撑面7，实现副支撑器6支撑动作，切换到如图6所示的副支撑器独立支撑状态。
(2)如图5所示的主支撑器独立支撑状态切换：其动作特征是主支撑器4依次卸载并复位，将恢复到如图4所示的掘进装置的初始状态；副撑腿6L向外伸出，使其用力撑紧支撑面7，实现副支撑器6支撑动作，并切换到如图7所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态。
(3)如图6所示的主支撑器独立支撑状态切换：其动作特征是副支撑器6依次卸载并复位，将恢复到如图4所示的掘进装置的初始状态；主支撑腿4L加载，使其用力撑紧支撑面7，实现主支撑器4支撑动作，并切换到如图7所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态。
(4)如图7所示的支撑器与副支撑器并行支撑状态切换：其动作特征是副支撑器6依次卸载并复位，将恢复到如图5所示的主支撑器独立支撑状态；主支撑腿4L卸载，使其支撑腿保持与支撑面7接触，切换到如图6所示的副支撑器独立支撑状态。
本实施例可完成以下4种方式的单环掘进作业、2种方式的双连环掘进作业、三连环掘进作业及全自动连续掘进作业。
本实施例所述的掘进装置可完成第1种方式的单环掘进作业。其特征是由主支撑、主推进与主换步三个作业步构成一个完整的作业循环过程，并完成1个行程的掘作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：为如图4所示的初始工作状态；
步骤2：主支撑作业步：主支撑器4就位并加载，切换至如图5所示主支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器3加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：主支撑器4卸载并复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器复位；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成第2种方式的单环掘进作业。其特征是由副支撑、副推进与副换步3个作业步构成一个完整的作业循环过程，并完成一个行程的掘进作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器6就位并加载，切换至如图6所示的副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进作业步：副推进器5加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：副换步作业步：副支撑器6卸载并复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器3复位；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成第3种方式的单环掘进作业。其特征是由副支撑、主推进与副换步3个作业步构成一个完整的作业循环过程，并完成1个行程的掘进作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器6就位并加载，切换至如图6所示副支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器3加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：副换步作业步：副支撑器6卸载并复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器3复位；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成第4种方式的单环掘进作业。其特征是由主副双支撑-主推进-主换步3个作业步构成一个完整的作业循环过程，并完成1个行程的掘进作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：主副双支撑作业步：主支撑器3就位并加载，切换至如图5所示的主支撑器独立支撑状态；然后副支撑器5就位并加载切换至如图6所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态；最后在副推进器5中施加负载均衡载荷；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：副推进器、主支撑器、副支撑器依次卸载，主支撑器与副支撑器复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器3复位；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成第1种方式的双连环掘进作业。其特征是由以副支撑-主推进-副推进-双换步4个作业步，构成一个完整的作业循环过程并连续完成2个行程的掘进作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器6就位并加载，切换至如图6所示副支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器3加载，并完成第1环推进工作；
步骤4：副推进作业步：副推进器在完成第2环推进工作后，卸载；
步骤5：双换步作业步：副支撑器6、主支撑器4依次卸载并复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器3与副推进器5复位；
步骤6：循环执行步骤2-5，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成第2种方式的双连环掘进作业。其特征是由以副支撑、副推进、主推进及双换步4个作业步，构成一个完整的作业循环过程并连续完成2个行程的掘进作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器6就位并加载，切换至如图6所示副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进作业步：副推进器5加载，并完成第1环推进工作；
步骤4：主推进作业步：主推进器3在完成第2环推进工作后，卸载；
步骤5：双换步作业步：副支撑器6、主支撑器4依次卸载并复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器3与副推进器5复位；
步骤6：循环执行步骤2-5，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成三连环掘进作业。其特征是由副支撑、第一环副推进、第二环主推进兼副换步、第三环副推进及双换步5个作业步，构成一个完整的作业循环过程并连续完成3个行程的掘进作业。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器6就位并加载，切换至如图6所示副支撑器独立支撑状态；
步骤3：第一环副推进作业步：副推进器5加载，并完成第1环推进工作；
步骤4：第二环主推进兼副换步作业步：主推进器3在完成第2环推进工作过程的同时执行以下动作：
步骤4.1：主支撑器4加载，切换至如图7所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤4.2：副推进器5、副支撑器6顺序卸载，切换至如图5所示的主支撑器独立支撑状态；
步骤4.3：副换步，副推进缸缩回；
步骤4.4：副支撑器6加载，并切换至如图7所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤4.5：副推进器6加载，均衡主推进器3的推力；
步骤4.6：主支撑器4卸载，并切换至如图6所示副支撑器独立支撑状态；
步骤5：第三环副推进作业步：副推进器5加载，并完成第3环推进工作；
步骤6：双换步作业步：副支撑器6依次卸载并复位，切换至如图4所示的初始工作状态，之后主推进器3与副推进器5复位；
步骤7：循环执行步骤2-6，直至停机。
本实施例所述的掘进装置可完成全自动连续掘进作业。其特征是由主推进兼副换步及副推进兼主换步两大工作步各完成半环的推进工作，构成一个完整的掘进作业循环。其作业步骤是：
步骤1：初始状态：如图4所示的初始工作状态；
步骤2：副支撑工作步：副支撑器6就位并加载，切换至如图6所示副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进兼主换步作业步：副推进器5向前推进1个行程，同时主推进器3以并行方式执行主换步动作缩回半个行程。
步骤4：主推进兼副换步作业步：主推进器3向前推进半个行程，同时并行地执行以下步骤作完成副换步动作。
步骤4.1：主支撑器4加载，切换至如图7所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤4.2：副推进器5、副支撑器6顺序卸载，切换至如图5所示主支撑器独立支撑状态；
步骤4.3：副换步，副推进缸5缩回；
步骤4.4：副支撑器6加载，并切换至如图7所示的主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤4.5：副推进器5加载，均衡主推进器3的推力；
步骤4.6：主支撑器4卸载，并切换至如图6所示的副支撑器独立支撑状态；
步骤5：循环执行步骤3-4，直至停机。
实施例2
本实施例一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，包括刀盘系统1、支承环2、主推进器3、主支撑器4、副推进器5、副支撑器6,如图8所示。
本实施例装置的主推进器3为六足并联装置，由6组液压缸组成，每组液压缸由2个主推进缸3C组成；所述副推进器5为六足并联装置，由6个副推进缸5C组成；所述的主支撑器4为三足并联装置，由主中心支架40、3个并联的主支撑腿4L构成，每个主支撑腿上装有1个主撑靴4G；所述的副支撑器6为三足并联装置，由副中心支架60、3个并联的副撑腿6L构成，每个副撑腿上装有1个副撑靴6G；
本实施例可完成的4种方式的单环掘进作业、2种方式的双连环掘进作业、三连环掘进作业及全自动连续掘进作业，同实施例1。
实施例3
本实施例一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，包括刀盘系统1、支承环2、主推进器3、主支撑器4、副推进器5、副支撑器6,如图9所示。
本实施例装置的主推进器3为六足并联装置，由6组液压缸组成，每组液压缸由2个主推进缸3C组成；所述副推进器5为六足并联装置，也由6组液压缸构成，每组液压缸由2个副推进缸5C组成；所述的主支撑器4为三足并联装置，由主中心支架40、3个并联的主支撑腿4L构成，每个主支撑腿上装有1个主撑靴4G；所述的副支撑器6为三足并联装置，由副中心支架60、3个并联的副撑腿6L构成，每个副撑腿上装有1个副撑靴6G；
本实施例可完成的4种方式的单环掘进作业、2种方式的双连环掘进作业、三连环掘进作业及全自动连续掘进作业，同实施例1。
Claims (7)
1.一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述装置为双六足推进器与双三足支撑器串联后的混联式结构，具有自重构能力；基于装置的自重构能力，所述装置能实现多种不同方式的掘进模式，包括单环掘进模式、双连环掘进模式、三连环掘进模式和全自动连续掘进模式；并能根据掘进环境提供相应的匹配掘进方案；
所述装置包括支承环、主推进器、主支撑器、副推进器和副支撑器；所述主推进器、主支撑器、副推进器和副支撑器依次垂直安装在支承环与刀盘系统的轴线上；所述支承环的一面安装刀盘系统，另一面安装主推进器、主推进器连接主支撑器；主支撑器连接副推进器；副推进器连接副支撑器；
所述主推进器为六足并联机构，由6组推进缸组成，每组推进缸又由1～4个主推进缸组成，每个主推进缸能作伸缩运动，所述主推进缸左侧通过主推进缸左关节与支承环连接，所述主推进缸右侧通过主推进缸右关节与主支撑器连接；所述主推进缸左关节和主推进缸右关节为万向铰链连接结构；
所述副推进器亦为六自由度并联装置，由6组推进缸组成，每组推进缸又由1～3个副推进缸组成，每个副推进缸能作伸缩运动，所述副推进缸左侧通过副推进缸左关节与主支撑器连接，所述副推进缸右侧通过副推进缸右关节与副支撑器连接；所述的副推进缸左关节和副推进缸右关节为万向铰链连接结构；
所述主支撑器为三足并联装置，以主中心支架为固定平台，其3个主支撑腿能带动主撑靴沿径向作伸缩运动；所述主中心支架为六边形结构，在主中心支架平面上，角度相距120°的支架边上向六边形外分别垂直安装三个主支撑腿；外部推进缸与主支撑器将通过主撑靴上圆弧内侧的推进器关节支座相连接；
所述的副支撑器为三足并联装置，以副中心支架为固定平台，其3个副支撑腿能带动副撑靴沿径向作伸缩运动；所述副中心支架为六边形结构，在副中心支架平面上，角度相距120°的支架边上向六边形外分别垂直安装三个副支撑腿；外部推进缸与副支撑器将通过副撑靴上圆弧内侧的推进器关节支座相连接。
2.根据权利要求1所述的一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述装置的自重构方法如下：
所述的主撑靴与支撑面接触但不用力撑紧的状态为主支撑器就位状态；与支撑面接触且用力撑紧的状态为主支撑器支撑状态；主支撑腿缩回，使主撑靴部分或全部与支撑面脱离接触的状态为主支撑器复位状态；主支撑器由复位状态切换为就位状态的动作称为主支撑器就位，反之称为主支撑器复位；主支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为主支撑器加载，反之称为主支撑器卸载；如若主支撑器处于支撑状态，则其为固定工作平台，否则其为活动工作平台；
所述的副撑靴与支撑面接触但不用力撑紧的状态为副支撑器就位状态，与支撑面接触且用力撑紧的状态为副支撑器支撑状态，副支撑腿缩回，使副撑靴部分或全部与支撑面脱离接触的状态为副支撑器复位状态；副支撑器由复位状态切换为就位状态的动作称为副支撑器就位，反之称为副支撑器复位；副支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为副支撑器加载，反之称为副支撑器卸载；如若副支撑器处于支撑状态，则其为固定工作平台，否则其为活动工作平台；
所述的主推进器若以支承环为其活动平台，以主支撑器为其固定平台，主推进缸伸出为主推进作业步兼作调向作业步，如若以支承环为其固定平台，以主支撑器为其活动平台，主推进缸缩回为主换步作业步兼作主支撑器调姿作业步；
所述的副推进器如若以主支撑器为其活动平台，以副支撑器为其固定平台，其副推进缸伸出作副推进作业步兼作调向作业步，如若以主支撑器为其固定平台，以副支撑器为其活动平台，副推进缸缩回作副换步作业步兼作副支撑器调姿作业步。
3.根据权利要求2所述的一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述单环掘进模式，包括以下4种方案：
方案1，由主支撑器配合主推进器工作，由主支撑-主推进-主换步三个作业步构成一个单环掘进循环；所述方案1包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副支撑器、副推进器均处于复位状态；
步骤2：主支撑作业步：主支撑器就位并加载，切换至主支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：主支撑器卸载并复位、主推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机；
方案2，由副支撑器配合副推进器工作，由副支撑-副推进-副换步三个作业步构成一个单环掘进循环；所述方案2包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器处于就位状态，主推进器、副支撑器、副推进器三者均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器就位并加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进作业步：副推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：副换步作业步：副支撑器卸载并复位、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机；
方案3，由副支撑器配合主推进器工作，由副支撑-主推进-主换步三个作业步构成一个单环掘进循环；所述方案3包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器处于就位状态，主推进器、副支撑器、副推进器三者均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：副支撑器就位并加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：副支撑器卸载并复位、主推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机；
方案4，由主支撑器和副支撑器配合主推进器工作，由主副双支撑-主推进-主换步三个作业步构成一个单环掘进循环；主副支撑器的支撑力按要求进行分配；所述方案4包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副支撑器、副推进器均处于复位状态；
步骤2：主副双支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位并加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态，副推进器施加负载均衡载荷；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，在完成1环推进工作后，卸载；
步骤4：主换步作业步：副推进器卸载、主、副支撑器卸载并复位、主推进器复位，切换至初始状态；
步骤5：循环执行步骤2-4，直至停机。
4.根据权利要求2所述的一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述双连环掘进模式，包括以下两种方案：
方案1，主推进器完成首环掘进作业、副推进器完成次环掘进作业，由副支撑-主推进-副推进-双换步四个作业步构成一个连续两行程的掘进循环；包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位，之后副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：主推进作业步：主推进器加载，并完成首环推进作业：
步骤4：副推进作业步：副推进器完成次环推进作业，并卸载
步骤5：双换步作业步：主支撑器、副支撑器卸载并复位，主推进器、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤6：循环执行步骤2-5，直至停机；
方案2，副推进器完成首环掘进作业、主推进器完成次环掘进作业，由副支撑-副推进-主推进-双换步四个作业步构成一个连续两行程的掘进循环；包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位，之后副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：副推进作业步：副推进器加载，并完成首环推进作业；
步骤4：主推进作业步：主推进器完成次环推进作业，并卸载：
步骤5：双换步作业步：主支撑器、副支撑器卸载并复位，主推进器、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤6：循环执行步骤2-5，直至停机。
5.根据权利要求2所述的一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述三连环掘进模式方案如下：
由副推进器完成首环掘进作业、主推进器完成次环掘进作业、副推进器完成末环掘进作业，由副支撑-首环副推进-次环主推进兼副换步-末环副推进-双换步五个作业步构成一个连续3个行程的掘进循环；
包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主支撑器、副支撑器就位，之后副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤3：首环副推进作业步：副推进器加载，并完成首环的推进工作；
步骤4：次环主推进兼副换步作业步：主推进器完成次环的推进工作，同时以并行方式顺序执行以下动作：
步骤4.1：主支撑器加载，切换至主支撑器、副支撑器独立支撑状态；
步骤4.2：副推进器卸载，切换至主支撑器独立支撑状态；
步骤4.3：副支撑器卸载、副推进器换步、副支撑器加载，切换至主支撑器与副双支撑器并行支撑状态；
步骤4.4：副推进器加载、主支撑器卸载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤5：末环副推进作业步：副推进器加载，并完成末环的推进工作；
步骤6：双换步作业步：主推进器、副推进器卸载，主支撑器、副支撑器卸载并复位，主推进器、副推进器复位，切换至初始状态；
步骤7：循环执行步骤2-6，直至停机。
6.根据权利要求2所述的一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述全自动连续掘进模式方案如下：
由主推进器与副推进器交替完成各半个行程的推进工作，包括以下工作步骤：
步骤1：初始状态：主支撑器、主推进器、副推进器和副支撑器均处于复位状态；
步骤2：副支撑作业步：主、副支撑器就位，副支撑器加载，切换至副支撑器独立支撑状态，然后主推进器加载；
步骤3：主推进兼副换步作业步：主支撑器向前推进半个行程，同时并行执行副换步动作，即顺序执行以下动作：
步骤3.1：主支撑器加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态；
步骤3.2：副推进器与副支撑器依次卸载，切换至主支撑器独立支撑状态；
步骤3.3：副推进器换步；
步骤3.4：副支撑器加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑状态，然后副推进器加载；
步骤3.5：主支撑器卸载，切换至副支撑器独立支撑状态；
步骤4：副推进兼主换步作业步：副推进器向前推进1个行程，同时主推进器完成主换步动作，推进器实际向前推进半个行程；
步骤5：循环执行步骤3-4，直至停机复位；
步骤6：停机复位工作步：主推进器、副推进器、主支撑器与副支撑器依次卸载，主支撑器、副支撑器、主推进器与副推进器依次复位，切换至初始状态。
7.根据权利要求3所述的一种带双六足推进器和双三足支撑器的全自动TBM掘进装置，其特征在于，所述掘进方案匹配相应的掘进环境和支撑环境的方法如下：
支撑面与掘进面状态良好，采用全自动连续掘进方案；
支撑面较软或有缺陷无法提供大的支撑力，或支撑面较硬需要较大的支撑力，采用带负载均衡功能的单环掘进方案4；
支撑面较好，掘进面硬度适中，采用双连环掘进或三连环掘进方案；
掘进面偏硬采用单环掘进方案2或3。
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