CN108756923A - 一种利用高压水破岩的掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高压水破岩的掘进机，包括掘进机主机、以及与掘进机主机体相配合的高压水输出系统，所述掘进机主机的前部设有刀盘系统，刀盘系统的刀盘上均匀设有若干个高压水发生装置，高压水发生装置的出水口与开挖处的掌子面岩石有倾斜角度，高压水发生装置通过管路系统与高压水输出系统连接配合，管路系统主要由高压软管组成，掘进机主机的中部设有驱动刀盘系统的驱动系统，掘进机主机内部设有与刀盘系统配合的出渣系统，掘进机主机上设有步进系统。本发明采用高压水刀系统解决了金属刀具切岩时极易发生异常损坏的难题，提升了开挖效率，降低了开挖成本。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进机械领域，特别是指一种利用高压水破岩的掘进机。
背景技术
目前隧道掘进针对于岩层来讲，主要是依靠盘型滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度，针对一般强度的岩层（100MPA以内）其破岩效率尚可，但随着岩石强度的增加，滚刀挤压破岩的效率逐步下降，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加。同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，传统的金属刀具极易发生异常损坏。
高压水射流技术的原理是以水或者其他液体为工作介质，通过增压设备加压到数百兆帕后通过特定形状的喷嘴，最后以极高的速度喷出的一股能量高度集中的水流束，这种高压水流束具有很强的破坏性。
悬切破岩方式是有别于挤压破岩的一种新型破岩方式，这种方式的主要特点在于破岩力与开挖面存在一定的角度，不再是垂直关系，因此会在一侧形成临空面，当力作用于岩体后，由于一侧是凌空的，此时主要克服的是岩石的抗拉强度。岩石的抗拉强度远远低于岩石的抗压强度，因此悬切破岩的效率要远高于挤压破岩。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种利用高压水破岩的掘进机。
本发明的技术方案是：一种利用高压水破岩的掘进机，包括掘进机主机、以及与掘进机主机体相配合的高压水输出系统，所述掘进机主机的前部设有刀盘系统，刀盘系统的刀盘上均匀设有若干个高压水发生装置，高压水发生装置的出水口与开挖处的掌子面岩石有倾斜角度，高压水发生装置通过管路系统与高压水输出系统连接配合，管路系统主要由高压软管组成，掘进机主机的中部设有驱动刀盘系统的驱动系统，掘进机主机内部设有与刀盘系统配合的出渣系统，掘进机主机上设有步进系统。
所述高压水输出系统包括高压泵站，高压水输出系统的输水口与管路系统的进水口通过法兰密封连接。
所述高压水输出系统的输水口与高压泵站之间的管路上设有输水口水压表。
所述高压水发生装置包括伸出高压水发射装置箱体的高压水发射喷嘴，高压水发射喷嘴与高压水发射装置箱体固定连接；高压水发射装置箱体安装在刀盘上。
所述刀盘内部设有与高压水发射装置箱体相配合的水流通路，管路系统的出水口接头与刀盘的水流通路的总进水口密封连接。
所述刀盘的水流通路的总进水口设在刀盘的中部，管路系统的出水口接头与刀盘的水流通路的总进水口通过高压旋转接头密封连接。
所述高压水发射喷嘴与开挖处的掌子面岩石有倾斜角度，且高压水发射喷嘴沿刀盘圆心向外侧径向倾斜。
所述高压水发射喷嘴沿刀盘圆心向外侧径向倾斜的角度为15度~25度之间。
所述在刀盘的面板上设有调整舱内压力的泄压阀。
所述利用高压水破岩的掘进机的工作原理是：在掘进机运送至开挖处开始工作前，启动高压水输出系统，高压泵站对水流压缩后输出高压水流，高压水流经过输水口水压表被测出实时输出水压值，根据测出的实时输出水压值调整高压泵站的功率，直至高压水流的压力达到切割岩石的高压水刀破岩所需压力；启动掘进机主机，刀盘系统受驱动系统驱动开始旋转，进而带动高压水发生装置开始旋转，高压水输出系统输出的高压水流经管路系统进入高压水发射装置箱体，高压水流通过高压水发射喷嘴射出形成倾斜的高压水刀，高压水刀贯入掌子面岩石并形成临空面，当掌子面岩石受到高压水刀的作用力超过掌子面岩石的抗拉强度后，掌子面岩石的临空面一侧岩石脱落，破岩后的岩渣与水经刀盘面板的开口处随着出渣系统排出，同时步进系统驱动掘进机主机继续移动，直至破岩工程结束。
本发明采用高压水刀代替传统的金属刀具，不仅破岩效率大大提升，同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，解决了传统的金属刀具极易发生异常损坏的难题，从而节约了刀具成本及换刀水险，而且采取悬切破岩的方式，大大提升了开挖效率，降低了开挖成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明利用高压水破岩的掘进机开挖原理图；
图2为图1的高压水输出系统图；
图3为图1的利用高压水破岩的掘进机正面图；
图4为图1的高压水发生装置示意图。
图中，1、掌子面岩石，2、高压水发生装置，201、高压水发射喷嘴，202、高压水发射装置箱体，3、刀盘系统，301、刀盘，4、管路系统，5驱动系统，6、出渣系统，7、步进系统，8、高压水输出系统，801、高压泵站。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1-4所述的一种利用高压水破岩的掘进机，包括掘进机主机、以及与掘进机主机体相配合的高压水输出系统8，所述掘进机主机的前部设有刀盘系统3，刀盘系统3的刀盘301上均匀设有若干个高压水发生装置2，高压水发生装置布置在刀盘301上，使得高压水发生装置2的运动轨迹覆盖整个开挖面，高压水发生装置2随着刀盘的旋转进而实现全断面开挖。高压水发生装置2的出水口与开挖处的掌子面岩石1有倾斜角度，自高压水发生装置2发射而出的高压水，作用在掌子面上，由于高压水发生装置2与开挖面形成有倾斜角度，因此所形成的高压水刀与开挖面为非垂直关系，高压水刀贯入岩体后，在非掌子面一侧会形成临空面，当岩石受到高压水刀的作用力超过岩石抗拉强度后，临空面一侧的岩石脱落，达到破岩的效果。高压水发生装置2通过管路系统4与高压水输出系统8连接配合，管路系统4主要由高压软管组成，使的管路系统4可以在一定范围为随着掘进机前进而前进，高压水输出系统8无需跟随掘进机前进而移动。掘进机主机的中部设有驱动刀盘系统3的驱动系统5，掘进机主机内部设有与刀盘系统3配合的出渣系统6，避免前部开挖的渣土堵塞通道，掘进机主机上设有用于移动的步进系统7，步进系统7是为掘进机前进时提供动力，步进系统7主要包括顶推油缸和铰接油缸。
所述高压水输出系统8包括高压泵站801，高压泵站801对水流进行加压形成高压水流，高压水输出系统8的输水口与管路系统4的进水口通过法兰密封连接。高压水输出系统8的输水口与高压泵站801之间的管路上设有输水口水压表，用于监测高压水流的压力是否符合高压水刀破岩的要求。
所述高压水发生装置2包括伸出高压水发射装置箱体202的高压水发射喷嘴201，高压水发射喷嘴201与高压水发射装置箱体202固定连接；高压水发射装置箱体202安装在刀盘301上，高压水发射喷嘴201与开挖处的掌子面岩石1有倾斜角度，且高压水发射喷嘴201沿刀盘301圆心向外侧径向倾斜，能够最大化利用高压水发射喷嘴201喷出的高压水刀进行切岩。
工作原理：在掘进机运送至开挖处开始工作前，启动高压水输出系统8，高压泵站801对水流压缩后输出高压水流，高压水流经过输水口水压表被测出实时输出水压值，根据测出的实时输出水压值调整高压泵站801的功率，直至高压水流的压力达到切割岩石所需高压水刀破岩的压力；
启动掘进机主机，刀盘系统3受驱动系统5驱动开始旋转，进而带动高压水发生装置2开始旋转，高压水输出系统8输出的高压水流经管路系统4进入高压水发射装置箱体202，进而通过高压水发射喷嘴201射出，自高压水发射喷嘴201发射而出的高压水作用在掌子面岩石1上，由于高压水发射喷嘴201与掌子面岩石1形成有倾斜角度，因此所形成的高压水刀与掌子面岩石1为非垂直关系，高压水刀贯入掌子面岩石1后，在非掌子面岩石1一侧会形成临空面，当掌子面岩石1受到高压水刀的作用力超过掌子面岩石1的抗拉强度后，掌子面岩石1的临空面一侧的岩石脱落，破岩后的岩渣与水经刀盘301面板的开口处随着出渣系统6排出，同时步进系统7驱动掘进机主机继续移动，直至破岩工程结束。
实施例2：一种利用高压水破岩的掘进机，所述刀盘301为锥形，刀盘301旋切时能够最大化的利用高压水刀进行破岩，刀盘301内部设有与高压水发射装置箱体202相配合的水流通路，刀盘301的水流通路的总进水口设在刀盘301的中部，管路系统4的出水口接头与刀盘301的水流通路的总进水口通过高压旋转接头密封连接，避免管路系统4随刀盘301旋转而受到破坏。其它结构、工作原理与实施例1相同。
实施例3：一种利用高压水破岩的掘进机，在刀盘301的面板上设有调整舱内压力的泄压阀，避免舱内压力过大。高压水发射喷嘴201沿刀盘301圆心向外侧径向倾斜的最佳角度为15度~25度之间。其它结构、工作原理与实施例2相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用高压水破岩的掘进机，包括掘进机主机，其特征在于：还包括与掘进机主机体相配合的高压水输出系统（8），所述掘进机主机的前部设有刀盘系统（3），刀盘系统（3）的刀盘（301）上均匀设有若干个高压水发生装置（2），高压水发生装置（2）的出水口与开挖处的掌子面岩石（1）有倾斜角度，高压水发生装置（2）通过管路系统（4）与高压水输出系统（8）连接配合，管路系统（4）主要由高压软管组成，掘进机主机的中部设有驱动刀盘系统（3）的驱动系统（5），掘进机主机内部设有与刀盘系统（3）配合的出渣系统（6），掘进机主机上设有步进系统（7）。
2.如权利要求1所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：高压水输出系统（8）包括高压泵站（801），高压水输出系统（8）的输水口与管路系统（4）的进水口通过法兰密封连接。
3.如权利要求2所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：高压水输出系统（8）的输水口与高压泵站（801）之间的管路上设有输水口水压表。
4.如权利要求1所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：高压水发生装置（2）包括伸出高压水发射装置箱体（202）的高压水发射喷嘴（201），高压水发射喷嘴（201）与高压水发射装置箱体（202）固定连接；高压水发射装置箱体（202）安装在刀盘（301）上。
5.如权利要求4所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：刀盘（301）为锥形，刀盘（301）内部设有与高压水发射装置箱体（202）相配合的水流通路，管路系统（4）的出水口接头与刀盘（301）的水流通路的总进水口密封连接。
6.如权利要求5所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：刀盘（301）的水流通路的总进水口设在刀盘（301）的中部，管路系统（4）的出水口接头与刀盘（301）的水流通路的总进水口通过高压旋转接头密封连接。
7.如权利要求4所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：高压水发射喷嘴（201）与开挖处的掌子面岩石（1）有倾斜角度，且高压水发射喷嘴（201）沿刀盘（301）圆心向外侧径向倾斜。
8.如权利要求7所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：高压水发射喷嘴（201）沿刀盘（301）圆心向外侧径向倾斜的角度为15度~25度之间。
9.如权利要求1-8任一项所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于：在刀盘（301）的面板上设有调整舱内压力的泄压阀。
10.如权利要求9所述的利用高压水破岩的掘进机，其特征在于，其工作原理是：在掘进机运送至开挖处开始工作前，启动高压水输出系统（8），高压泵站（801）对水流压缩后输出高压水流，高压水流经过输水口水压表被测出实时输出水压值，根据测出的实时输出水压值调整高压泵站（801）的功率，直至高压水流的压力达到切割岩石的高压水刀破岩所需压力；启动掘进机主机，刀盘系统（3）受驱动系统（5）驱动开始旋转，进而带动高压水发生装置（2）开始旋转，高压水输出系统（8）输出的高压水流经管路系统（4）进入高压水发射装置箱体（202），高压水流通过高压水发射喷嘴（201）射出形成倾斜的高压水刀，高压水刀贯入掌子面岩石（1）并形成临空面，当掌子面岩石（1）受到高压水刀的作用力超过掌子面岩石（1）的抗拉强度后，掌子面岩石（1）的临空面一侧岩石脱落，破岩后的岩渣与水经刀盘（301）面板的开口处随着出渣系统（6）排出，同时步进系统（7）驱动掘进机主机继续移动，直至破岩工程结束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181106 |