CN108019217A - 行星驱动式1500至3000mm微型盾构机 - Google Patents
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Abstract
提供一种行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，包括前盾、后盾和设于操作室内的控制器，前盾前端转动支撑有刀盘，刀盘上设有多个滚刀，前盾内部设有驱动刀盘转动的行星式动力传动装置，前盾内部前端圆周均布设有多组前支撑导向装置，前盾后端设有与后盾前端轴向滑动套接的伸缩段，前盾和后盾通过其内部相互平行的多组推进驱动装置连接并实现驱动后盾前端沿伸缩段轴向移动而推动前盾轴向前移或带动后盾轴向前移，后盾内部后端两侧均设有后支撑伸缩装置，前盾和后盾内部设有出渣输送机。本发明代替人工钻爆式隧道施工，全程工作自动完成，每天掘进速度提高到20米到25米，能够快速完成1500至3000mm的隧道掘进，成本低，效益高，改善了人员工作环境，降低事故率。
Description
技术领域
本发明属盾构机技术领域，具体涉及一种行星驱动式1500mm至3000mm 微型盾构机。
背景技术
目前，狭小空间的隧道施工一直是困扰施工单位的一大难题。在我国，硬岩小洞径隧道掘进施工还停留在人工钻爆，人工配合小型车辆出渣的较落后的状况，由于要在狭小的空间内完成钻爆，出渣，支护等工序，所以施工环境恶劣，速度慢，每天的掘进速度只有2-3米，施工成本高，大大降低效益；而且，人工钻爆施工时，人员要一直在现场工作，人员工作环境差，危险性大，施工事故率高；另外，现在掘进施工出渣方式采用真空往外抽，造价高，故障率高，且只适用于打较短的隧道。而且国内外市场目前统一采用的是钻爆施工的劳动密集型施工方法，尚未有机器代替这一传统施工方式，因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，本发明主要用于代替现有人工钻爆式隧道施工，全程工作自动完成，每天的掘进速度提高到20米到25米，能够快速完成1500至3000mm的隧道掘进，施工成本降低，大大提高了效益；施工过程中，由于施工人员在操控室内完成整个施工，大大改善了施工人员的工作环境和危险因素，降低施工事故率。
本发明采用的技术方案：行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，包括前盾、后盾和设于操作室内的控制器，所述前盾前端通过主轴承转动支撑有刀盘，所述刀盘上设有多个滚刀，所述前盾内部固定有通过主轴承驱动刀盘转动的行星式动力传动装置，所述前盾内部前端圆周均布设有多组可缩回或伸出与洞壁形成静摩擦并能修正控制盾构机洞轴线的前支撑导向装置，所述前盾后端设有与后盾前端轴向滑动套接的伸缩段，所述前盾和后盾通过其内部相互平行的多组推进驱动装置连接并实现驱动后盾前端沿伸缩段轴向移动而推动前盾轴向前移或带动后盾轴向前移，所述后盾内部后端两侧均设有可与洞壁形成静摩擦的后支撑伸缩装置，所述前盾和后盾内部设有出渣输送机，所述前盾内部设有泵站电机和液压泵。
其中，所述行星式动力传动装置包括多个油马达，所述多个油马达形成行星式分布结构与刀盘连接并驱动刀盘转动，所述油马达的动力来源于泵站电机和液压泵，所述油马达并与控制器电连接。
进一步地，所述每组前支撑导向装置包括前支撑液压缸和前支撑导向块，所述前盾前部壁上圆周均匀设有多个分别与每个前支撑导向块外形适配的前支撑伸出孔，所述前支撑导向块适配置于前支撑伸出孔中，所述前支撑液压缸一端通过支架与前盾内壁固定连接，所述前支撑液压缸另一端与前支撑导向块内侧连接并驱动前支撑导向块伸出顶紧洞壁形成静摩擦或驱动前支撑导向块缩回；所述前支撑液压缸与控制器电连接，所述前支撑液压缸与液压泵连接；所述前盾内壁上还设有对前支撑导向装置的伸缩量进行监控的激光位移反射器、激光靶、陀螺定位仪、倾角传感器和温度传感器，所述激光位移反射器和激光靶分别设于前盾相对两处内壁上形成激光射线监测控制洞轴线，所述陀螺定位仪、倾角传感器和温度传感器均固定于前盾内壁上对盾构机的角度和温度进行监控，所述激光位移反射器、激光靶、陀螺定位仪、倾角传感器和温度传感器均与控制器电连接。
进一步地，每组所述推进驱动装置包括推进液压缸和激光位移传感器，所述推进液压缸一端通过铰接支架与后盾内壁相应处铰接，所述推进液压缸另一端通过铰接支架与前盾内壁相应出铰接，多个所述的推进液压缸油路上连接有同步器，所述推进液压缸与控制器电连接，所述推进液压缸与液压泵连接，所述激光位移传感器固定于推进液压缸上并对推进液压缸的推进距离进行监测，所述激光位移传感器与控制器电连接。
进一步地，每组所述后支撑伸缩装置均包括撑靴液压缸、撑靴和蓄能器，所述后盾后部壁两侧均开设有与撑靴外形轮廓适配的撑靴孔，所述撑靴适配置于对应的撑靴孔内，所述撑靴液压缸一端通过连接架与后盾内壁铰接，所述撑靴液压缸另一端与撑靴内侧铰接并驱动撑靴伸出顶紧洞壁形成静摩擦或驱动撑靴缩回，所述撑靴液压缸与控制器电连接，所述撑靴液压缸与液压泵连接，所述蓄能器固定于后盾内壁上，所述蓄能器与撑靴液压缸推进端液压管道连接，所述蓄能器与控制器电连接。
进一步地，所述刀盘前端面上垂直交错设有多个用于安装滚刀的刀槽，所述滚刀直径不大于20cm，所述刀盘前端面设有集渣刮板，所述刀盘内部设有集渣通道。
进一步地，所述后盾前端套接于伸缩段外部，所述后盾前端与伸缩段通过键结构轴向滑动套合限制两者相对转动。
进一步地，所述出渣输送机采用皮带输送机，所述出渣输送机前端进料口置于刀盘后部下方并与刀盘上的集渣通道出口对应。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案主要用于代替现有人工钻爆式隧道施工，后盾通过后支撑伸缩装置与洞壁产生静摩擦，推进驱动装置推动前盾轴向前移，同时刀盘动力驱动装置带到刀盘转动，使滚刀作用于岩面，压碎岩石自动落下，当前盾前移到一定距离后停止，前盾通过前支撑导向装置与洞壁形成静摩擦，推进驱动装置又拉动后盾轴向前移，这样循环施工，使每天的掘进速度提高到20米到 25米，能够快速完成1500至3000mm的隧道掘进，施工速度的提高使施工成本降低，大大提高了效益；
2、本方案采用皮带输送机直接伸入到刀盘后部将岩渣输出，能够快速的将岩渣运出洞外，结构简单，出渣效率高，有效避免出渣堵塞，不影响掘进效率；
3、本方案中前支撑导向装置包括了设于前盾内壁的激光位移反射器、激光靶、陀螺定位仪和倾角传感器，这些传感监测设施能够对盾构机的前进方向进行精确监测，当盾构机偏离确定的洞轴线时，可通过控制前支撑导向块进行转弯修正，有效保证施工掘进方向；
4、本方案在施工过程中，由于施工人员在操控室内完成整个施工，大大改善了施工人员的工作环境和危险因素，降低施工事故率。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为本发明的结构右视图；
图3为本发明的外部结构示意图；
图4为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图1-4描述本发明的实施例。
行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，如图1和2所示，包括前盾1、后盾2和设于操作室内的控制器32，所述前盾1内部设有泵站电机22和液压泵23，所述泵站电机22输出和液压泵23输入连接。所述前盾1前端转动支撑有刀盘4，所述刀盘4通过主轴承25转动支撑在前盾1前端；所述刀盘4 上设有多个滚刀5，所述刀盘4前端面上垂直交错设有多个用于安装滚刀5的刀槽35，所述滚刀4直径不大于20cm，把滚刀5直径控制在20cm以内，如洞径有所变化，滚刀5外径也可因需要做适当调整，通过滚刀5上所设计螺丝孔将滚刀5与刀盘4固定连接，松下螺丝后也可更换滚刀5。如图3所示，所述刀盘4前端面设有集渣刮板33，所述刀盘4内部设有集渣通道8。
所述前盾1内部通过主轴承25固定有驱动刀盘4转动的行星式动力传动装置6，具体的，如图1所示，所述行星式动力传动装置6包括多个油马达7，所述多个油马达7形成行星式分布结构与刀盘4连接并驱动刀盘4转动，所述油马达7与控制器32电连接。
所述前盾1内部前端圆周均布设有多组可缩回或伸出与洞壁形成静摩擦并能修正控制盾构机洞轴线的前支撑导向装置9，具体的，如图1所示，所述每组前支撑导向装置9包括前支撑液压缸10和前支撑导向块11，所述前盾1 前部壁上圆周均匀设有多个分别与每个前支撑导向块11外形适配的前支撑伸出孔15，所述前支撑导向块11适配置于前支撑伸出孔15中，所述前支撑液压缸10一端通过支架与前盾1内壁固定连接，所述前支撑液压缸10另一端与前支撑导向块11内侧连接并驱动前支撑导向块11伸出顶紧洞壁形成静摩擦或驱动前支撑导向块11缩回；所述前支撑液压缸10与控制器32电连接，所述前支撑液压缸10与液压泵23连接；所述前盾1内壁上还设有对前支撑导向装置9的伸缩量进行监控的激光位移反射器28、激光靶27、陀螺定位仪 26、倾角传感器30和温度传感器29，所述激光位移反射器28和激光靶27分别设于前盾1相对两处内壁上形成激光射线监测控制洞轴线，所述陀螺定位仪26、倾角传感器30和温度传感器29均固定于前盾1内壁上对盾构机的角度和温度进行监控，所述激光位移反射器28、激光靶27、陀螺定位仪26、倾角传感器30和温度传感器29均与控制器32电连接。在本盾构机内部安装激光位移反射器28、激光靶27、陀螺定位仪26、倾角传感器30和温度传感器 29，通过数据线或摄像监控传输到控制器32，为操控人员的操作提供正确判断，使盾构机在前行过程中，采用激光射线定位控制洞轴线，如出现掘进过程中偏离洞轴线，设置于盾构机内的激光靶27可给控制器32一个信号，给操控人员提出判断依据，并且通过操纵前盾前段的几个前支撑导向块11的伸出距离进行转弯修正，有效保证施工掘进方向。
所述前盾1后端设有与后盾2前端轴向滑动套接的伸缩段3，所述后盾2 前端套接于伸缩段3外部，所述后盾2前端与伸缩段3通过键结构34轴向滑动套合限制两者相对转动。所述前盾1和后盾2通过其内部相互平行的多组推进驱动装置12连接并实现驱动后盾2前端沿伸缩段3轴向移动而推动前盾 1轴向前移或带动后盾2轴向前移，具体的，如图1所示，每组所述推进驱动装置12包括推进液压缸13和激光位移传感器31，所述推进液压缸13一端通过铰接支架14与后盾2内壁相应处铰接，所述推进液压缸13另一端通过铰接支架14与前盾1内壁相应出铰接，多个所述的推进液压缸13油路上连接有同步器，所述推进液压缸13与控制器32电连接，所述推进液压缸13与液压泵23连接，所述激光位移传感器31固定于推进液压缸13上并对推进液压缸13的推进距离进行监测，所述激光位移传感器31与控制器32电连接，激光位移传感器31连接推进液压缸113的液压伺服阀控制来达到多个液压缸同步推进。
所述后盾2内部后端两侧均设有可与洞壁形成静摩擦的后支撑伸缩装置 16，具体的，如图2所示，每组所述后支撑伸缩装置16均包括撑靴液压缸17、撑靴18和蓄能器20，所述后盾2后部壁两侧均开设有与撑靴18外形轮廓适配的撑靴孔19，所述撑靴18适配置于对应的撑靴孔19内，所述撑靴液压缸 17一端通过连接架21与后盾2内壁铰接，所述撑靴液压缸17另一端与撑靴 18内侧铰接并驱动撑靴18伸出顶紧洞壁形成静摩擦或驱动撑靴18缩回，所述撑靴液压缸17与控制器32电连接，所述撑靴液压缸17与液压泵23连接，所述蓄能器20固定于后盾2内壁上，所述蓄能器20与撑靴液压缸17推进端液压管道连接，所述蓄能器20与控制器32电连接。本盾构机在掘进推进过程中，位于伸缩段3内部的伸缩键槽配合后盾2键槽，并通过固定于后盾的撑靴18所提供的稳固结构，来抵御刀盘4旋转的强大扭矩所产生的强大反旋转力，使得整个机器能够在所需的姿态进行正常工作。在撑靴液压缸17的推进端液压管道连接蓄能器20，撑靴液压缸17的换向阀在推进到位后可关闭，由蓄能器20提供持续向外的推力，使得电机及油泵在无压状态下空转，可以降低电机负荷。
所述前盾1和后盾2内部设有出渣输送机24，所述出渣输送机24采用皮带输送机，所述出渣输送机24前端进料口置于刀盘4后部下方并与刀盘4上的集渣通道8出口对应。渣料通过刀盘4的旋转后自然通过重力将渣料从刀盘4前部倒于刀盘4后部，渣料自然进入置于刀盘4后部的皮带输送机进料口，皮带输送机将石渣自动输出洞外，此出渣方式快速，结构简单，能有效避免出渣堵塞，不影响掘进效率。
为了很好的操纵盾构机，需要设置操控室，控制器32置于操控室内，将所有数据通过数据线和摄像监控传输到控制器32内，再将油马达7、液压泵 23电机开关设置于操控室内，把各个液压控制阀通过遥控讯号发射到控制室内的控制器32进行操控控制，在施工过程中，由于施工人员在操控室内完成整个施工，大大改善了施工人员的工作环境和危险因素，降低施工事故率。
工作原理：开动泵站电机22，使得液压泵23开始工作；操作控制器32 上的撑靴推进键，使得撑靴18的撑靴液压缸17开始工作，通过撑靴液压缸 17的推进盘张开并与洞壁形成不可滑动的静摩擦状态，然后关掉撑靴液压缸 17的推进，这时连接在撑靴液压缸17上的蓄能器20持续释放压力保障撑靴 18与岩面紧密结合；开动油马达7，油马达7带动刀盘4开始旋转；操作控制器32上推进键，使多个相互平行的推进液压缸13平行推进，油路上连接的同步阀保障了推进液压缸13平行推进，当推进液压缸13推进至滚刀5与岩石面接触时，滚刀5自动开始滚动，这时推进液压缸13提供的强大推进力通过滚刀5作用于岩石面，并把岩石压碎自动下落；当岩石下落至刀盘4下部时，设置于带盘周边的集渣刮板33将落渣集中到刀盘4侧面的集渣通道8 内，并通过刀盘4的旋转和集渣通道8的斜面设计自然下落到刀盘4后面的皮带输送机的进料口处；开动皮带输送机的马达，皮带输送机开始工作，通过皮带输送机的旋转将进料口的石渣输送到洞外；当刀盘4推进滚刀5到设定距离后，关掉油马达7，并且按下控制器32上的前支撑开关，使得前支撑液压缸10驱动前支撑导向块11伸出，并于岩石面形成静摩擦，并且结合测量激光靶27和激光射线提供的数据对盾构机的姿态进行调整；操作控制器32 上的撑靴收回开关，使撑靴18收回，当撑靴18收回后，关掉收回开关；操作控制器32上的推进液压缸13的收回开关，这时后盾2就会沿着伸缩段3 轴向滑动收回，当后盾2收回后，一个工作循环完成。本盾构机全程工作自动完成，使每天的掘进速度提高到20米到25米，能够快速完成1500至3000mm 的隧道掘进，施工速度的提高使施工成本降低，大大提高了效益。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (8)
1.行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：包括前盾(1)、后盾(2)和设于操作室内的控制器(32)，所述前盾(1)前端通过主轴承(25)转动支撑有刀盘(4)，所述刀盘(4)上设有多个滚刀(5)，所述前盾(1)内部固定有通过主轴承(25)驱动刀盘(4)转动的行星式动力传动装置(6)，所述前盾(1)内部前端圆周均布设有多组可缩回或伸出与洞壁形成静摩擦并能修正控制盾构机洞轴线的前支撑导向装置(9)，所述前盾(1)后端设有与后盾(2)前端轴向滑动套接的伸缩段(3)，所述前盾(1)和后盾(2)通过其内部相互平行的多组推进驱动装置(12)连接并实现驱动后盾(2)前端沿伸缩段(3)轴向移动而推动前盾(1)轴向前移或带动后盾(2)轴向前移，所述后盾(2)内部后端两侧均设有可与洞壁形成静摩擦的后支撑伸缩装置(16)，所述前盾(1)和后盾(2)内部设有出渣输送机(24)，所述前盾(1)内部设有泵站电机(22)和液压泵(23)。
2.根据权利要求1所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：所述行星式动力传动装置(6)包括多个油马达(7)，所述多个油马达(7)形成行星式分布结构与刀盘(4)连接并驱动刀盘(4)转动，所述油马达(7)与控制器(32)电连接。
3.根据权利要求1所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：所述每组前支撑导向装置(9)包括前支撑液压缸(10)和前支撑导向块(11)，所述前盾(1)前部壁上圆周均匀设有多个分别与每个前支撑导向块(11)外形适配的前支撑伸出孔(15)，所述前支撑导向块(11)适配置于前支撑伸出孔(15)中，所述前支撑液压缸(10)一端通过支架与前盾(1)内壁固定连接，所述前支撑液压缸(10)另一端与前支撑导向块(11)内侧连接并驱动前支撑导向块(11)伸出顶紧洞壁形成静摩擦或驱动前支撑导向块(11)缩回；所述前支撑液压缸(10)与控制器(32)电连接，所述前支撑液压缸(10)与液压泵(23)连接；所述前盾(1)内壁上还设有对前支撑导向装置(9)的伸缩量进行监控的激光位移反射器(28)、激光靶(27)、陀螺定位仪(26)、倾角传感器(30)和温度传感器(29)，所述激光位移反射器(28)和激光靶(27)分别设于前盾(1)相对两处内壁上形成激光射线监测控制洞轴线，所述陀螺定位仪(26)、倾角传感器(30)和温度传感器(29)均固定于前盾(1)内壁上对盾构机的角度和温度进行监控，所述激光位移反射器(28)、激光靶(27)、陀螺定位仪(26)、倾角传感器(30)和温度传感器(29)均与控制器(32)电连接。
4.根据权利要求1所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：每组所述推进驱动装置(12)包括推进液压缸(13)和激光位移传感器(31)，所述推进液压缸(13)一端通过铰接支架(14)与后盾(2)内壁相应处铰接，所述推进液压缸(13)另一端通过铰接支架(14)与前盾(1)内壁相应出铰接，多个所述的推进液压缸(13)油路上连接有同步器，所述推进液压缸(13)与控制器(32)电连接，所述推进液压缸(13)与液压泵(23)连接，所述激光位移传感器(31)固定于推进液压缸(13)上并对推进液压缸(13)的推进距离进行监测，所述激光位移传感器(31)与控制器(32)电连接。
5.根据权利要求1所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：每组所述后支撑伸缩装置(16)均包括撑靴液压缸(17)、撑靴(18)和蓄能器(20)，所述后盾(2)后部壁两侧均开设有与撑靴(18)外形轮廓适配的撑靴孔(19)，所述撑靴(18)适配置于对应的撑靴孔(19)内，所述撑靴液压缸(17)一端通过连接架(21)与后盾(2)内壁铰接，所述撑靴液压缸(17)另一端与撑靴(18)内侧铰接并驱动撑靴(18)伸出顶紧洞壁形成静摩擦或驱动撑靴(18)缩回，所述撑靴液压缸(17)与控制器(32)电连接，所述撑靴液压缸(17)与液压泵(23)连接，所述蓄能器(20)固定于后盾(2)内壁上，所述蓄能器(20)与撑靴液压缸(17)推进端液压管道连接，所述蓄能器(20)与控制器(32)电连接。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：所述刀盘(4)前端面上垂直交错设有两道用于安装滚刀(5)的刀槽(35)，所述滚刀(4)直径不大于20cm，所述刀盘(4)前端面设有集渣刮板(33)，所述刀盘(4)内部设有集渣通道(8)。
7.根据权利要求6所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：所述后盾(2)前端套接于伸缩段(3)外部，所述后盾(2)前端与伸缩段(3)通过键结构(34)轴向滑动套合限制两者相对转动。
8.根据权利要求7所述的行星驱动式1500至3000mm微型盾构机，其特征在于：所述出渣输送机(24)采用皮带输送机，所述出渣输送机(24)前端进料口置于刀盘(4)后部下方并与刀盘(4)上的集渣通道(8)出口对应。
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