CN109707391A - 掘进机的脱困装置与掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种掘进机的脱困装置与掘进机，掘进机包括：盾体与设置在盾体上的刀盘，刀盘上设置有至少一个进渣口，脱困装置包括：齿圈，设置在盾体上，位于盾体朝向刀盘的一侧；安装座，可拆卸地设置在刀盘的进渣口处；伸缩机构，设置在安装座上；其中，伸缩机构伸展时，伸缩机构的自由端推压齿圈上的凸齿以使刀盘转动。本发明提出的掘进机的脱困装置，通过在盾体上设置齿圈，在刀盘的进渣口处设置可拆卸地安装座，在安装座上设置有伸缩机构，在刀盘被卡住时，通过伸缩机构的伸展，推压齿圈的凸齿，增加刀盘的扭力，实现刀盘的脱困，该设计在保持掘进机的主驱动系统扭矩不变的前提下，增加了刀盘的扭力，避免了掘进机驱动系统的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工设备技术领域，具体而言，涉及一种掘进机的脱困装置与一种掘进机。
背景技术
目前，随着TBM(TunnelBoringMachine)隧道掘进机在隧道及地下空间工程中的广泛应用，TBM掘进机的刀盘面临这日益复杂的工作环境，由于围岩不稳甚至塌方导致刀盘被卡而无法掘进的现象时有发生，严重影响了施工工期，因此，设计一套实用的TBM刀盘脱困方案显得非常必要。
为解决TBM刀盘脱困问题，目前主要的应对方案是增大主驱动扭矩脱困，设置增压变频器、增压油路电机和增压变量泵，增压变频器与PLC控制单元连接，扭矩传感器实时检测刀盘扭矩变化，当刀盘被卡或有被卡趋势时，PLC控制单元启动增压变频器，带动增压油路电机和增压变量泵同时工作，形成较大的脱困扭矩，驱动刀盘恢复旋转。而该方案一方面对主驱动轴承影响较大，易造成主驱动损坏，且不具修复性；另一方面还会增加成本及设备的复杂程度。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的掘进机的刀盘在进行脱困时，对主驱动系统影响较大技术问题。
为此，本发明的第一方面实施例提出了一种结构简单，且不影响驱动轴承的掘进机的脱困装置。
本发明的第二方面实施例提出了一种采用上述掘进机的脱困装置的掘进机。
有鉴于此，根据本发明的第一方面实施例，本发明提出了一种掘进机的脱困装置，掘进机包括：盾体与设置在盾体上的刀盘，刀盘上设置有至少一个进渣口，脱困装置包括：齿圈，设置在盾体上，位于盾体朝向刀盘的一侧；安装座，可拆卸地设置在刀盘的至少一个进渣口处；伸缩机构，设置在安装座上；其中，伸缩机构伸展时，伸缩机构的自由端推压齿圈上的凸齿以使刀盘转动。
本发明提出的掘进机的脱困装置，通过在盾体上设置齿圈，在刀盘的进渣口处设置可拆卸地安装座，并在安装座上设置有伸缩机构，在刀盘被卡住时，通过伸缩机构的伸展，推压齿圈的凸齿，增加刀盘的扭力，进而使得刀盘脱离卡住的状态，实现刀盘的脱困，该设计一方面在保持掘进机的主驱动系统扭矩不变的前提下，增加了刀盘的扭力，进而避免了掘进机驱动系统的损坏，且不改变主驱动系统，节省了生产成本，另一方面其结构简单，且安装座可卸下刀盘，在刀盘被卡住时，可装配安装座与伸缩机构，实现刀盘的脱困，在刀盘脱困后可以卸下刀盘不影响掘进机的正常作业。
另外，本发明提供的上述实施例中的掘进机的脱困装置还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，优选地，还包括：棘爪，设置在伸缩机构的自由端；棘爪嵌入齿圈上相邻的凸齿所形成的凹槽内。
在该技术方案中，在伸缩机构的自由端加设棘爪，并将部分棘爪嵌入齿圈上相邻两凸齿所形成的凹槽内，以在伸缩机构伸展时，棘爪能够承受较大的力而不在凸齿间打滑，增加了掘进机的脱困装置的可靠性。
在上述任一技术方案中，优选地，棘爪与伸缩机构相连接一端的截面面积，小于棘爪背离伸缩机构的一端的截面面积。
在该技术方案中，将棘爪与伸缩机构相连接一端的截面面积设置为小于棘爪背离伸缩机构的一端的截面面积，保证了棘爪嵌入齿圈上相邻两凸齿所形成的凹槽内，伸缩机构与齿圈也不发生干涉，便于伸缩机构的设置安装。
在上述任一技术方案中，优选地，棘爪的外表面由与伸缩机构相连接一端至背离伸缩机构的一端为平滑的导向面。
在该技术方案中，棘爪表面设置有导向面，在伸缩机构完成一次伸展后，将进行回缩，在回缩时，棘爪的导向面在凸齿上滑动，以避免棘爪与齿圈的磕碰而造成齿圈或棘爪的损坏，并且，避免伸缩机构回缩时拉拽凸齿，而对刀盘的脱困造成影响。
在上述任一技术方案中，优选地，安装座为铰接座，可拆卸地安装在进渣口处，伸缩机构安装在铰接座上。
在该技术方案中，安装座为铰接座，在伸缩机构回缩时，棘爪与齿圈碰触，此时为伸缩机构施加一个力，进而在铰接座的作用下，伸缩机构相对于齿圈旋转，避免棘爪与齿圈之间产生硬性挤压，避免棘爪、齿圈或伸缩机构的损坏。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：复位机构，设置在伸缩机构上，并与刀盘相连接，当伸缩机构在铰接座上转动后，复位机构推动伸缩机构使其复位。
在该技术方案中，在伸缩机构上设置有复位机构，在伸缩机构由于回缩而发生转动时，在棘爪脱离一个凸齿后，在复位机构的作用下回转，使得棘爪进入下一个两凸齿形成的凹槽内，以实现下一次对刀盘施加扭力，多次推进直至刀盘脱困。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：螺钉，安装座底部设置有安装孔，螺钉穿过安装孔与刀盘相螺接。
在该技术方案中，通过螺钉连接安装座与刀盘，便于安装座的安装与拆卸，便于掘进机的脱困装置的安装使用。
在上述任一技术方案中，优选地，伸缩机构为液压缸。
在该技术方案中，伸缩机构为液压缸，液压缸的伸展力强，且施力平稳，安全可靠。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：齿圈上相邻的凸齿的工作表面之间的距离小于或等于伸缩机构的伸展长度。
在该技术方案中，将齿圈上相邻的两个凸齿的工作表面之间的距离设置为小于或等于伸缩机构的伸展长度，以保证伸缩机构每进行一次伸缩，均能实现一次对刀盘的推进，取保掘进机的脱困装置没有死点，保证掘进机的脱困装置的脱困效果。
根据本发明的第二方面实施例，本发明提出了一种掘进机，包括：盾体；刀盘，设置在盾体的一端，刀盘上设置有至少一个进渣口；以及如上述技术方案中任一项所述的掘进机的脱困装置；其中，安装座设于进渣口处。
本发明提出的掘进机，因包括如上述技术方案中任一项所述的掘进机的脱困装置，因此，具有如上述技术方案中任一项所述的掘进机的脱困装置的全部有益的技术效果，在此不再一一陈述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出本发明一个实施例提供的掘进机的刀盘的背向的结构示意图；
图2示出本发明一个实施例提供的掘进机的刀盘的正向的结构示意图；
图3示出如图2所示的刀盘的正向的结构示意图中的A处的局部放大图；
图4示出本发明一个实施例提供的掘进机的脱困装置第一工作状态的结构示意图；
图5示出本发明一个实施例提供的掘进机的脱困装置第二工作状态的结构示意图。
其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1掘进机的脱困装置，102伸缩机构，104齿圈，106安装座，108棘爪，2刀盘，3盾体。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图5描述根据本发明一些实施例提供的掘进机的脱困装置1与掘进机。
如图1至图5所示，根据本发明的第一方面实施例，本发明提供了一种掘进机的脱困装置1，掘进机包括：盾体3与设置在盾体3上的刀盘2，刀盘2上设置有至少一个进渣口，脱困装置包括：齿圈104，设置在盾体3上，位于盾体3朝向刀盘2的一侧；安装座106，可拆卸地设置在刀盘2的至少一个进渣口处；伸缩机构102，设置在安装座106上；其中，伸缩机构102伸展时，伸缩机构102的自由端推压齿圈104上的凸齿以使刀盘2转动。
本发明提供的掘进机的脱困装置1，在刀盘2出现被卡死的情况时，即掘进机的主驱动系统的在不增加扭矩的前提下无法驱动刀盘2转动而实现掘进，此时，通过设置在刀盘2的进渣口处的伸缩机构102，推压固定在盾体3上的凸齿，进而为刀盘2增加扭力，进而使得刀盘2能够脱离卡死的状态，实现刀盘2的脱困，并且，由于该伸缩机构102设置在刀盘2的进渣口处，因此，通过可拆卸地安装座106，使得伸缩机构102能够自由拆卸，进而在掘进机进行掘进作业时，掘出的残渣可以通过进渣口进入盾体3，并最终排出，该设计一方面在保持掘进机的主驱动系统扭矩不变的前提下，增加了刀盘2的扭力，进而避免了掘进机驱动系统的损坏，且不改变主驱动系统，节省了生产成本，另一方面其结构简单，且安装座106可卸下刀盘2，在刀盘2被卡住时，可装配安装座106与伸缩机构102，实现刀盘2的脱困，在刀盘2脱困后可以卸下刀盘2不影响掘进机的正常作业，伸缩机构102在辅助刀盘2脱困时随刀盘2旋转。
其中，优选地，凸齿为矩形凸齿。
本发明一个实施例提供的掘进机的脱困装置1，应用时，伸缩机构102对刀盘2施加的力包括：与掘进机主驱动系统为刀盘2施加力同方向的力。
本发明一个实施例提供的掘进机的脱困装置1，针对相关技术中TBM(TunnelBoringMachine)掘进机，在作业过程中如果刀盘2被卡死，只能通过增大主驱动系统的扭力进行来使刀盘2脱困，进而导致主驱动系统易损坏的技术问题，采用辅助的脱困装置，增加刀盘2的扭力，提升主驱动系统的使用寿命，降低掘进机的维修成本、保养成本。
其中，在具体实施例中，齿圈104与盾体3为一体式结构，即在盾体3上加工出多个凸齿；齿圈104与盾体3为分体式结构，即在盾体3上安装齿圈104，或在盾体3上安装多个凸齿，其中，安装方式可以是焊接、螺接、插接等。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1至图5所示，伸缩机构102的自由端设置有棘爪108，棘爪108的一端与伸缩机构102连接，且至少部分棘爪108嵌入齿圈104上相邻的凸齿所形成的凹槽内。
在该实施例中，在伸缩机构102的自由端加设棘爪108，且至少部分棘爪108探入齿圈104上相邻的凸齿所形成的凹槽内，棘爪108与凸台相接触形成挤压面，在伸缩机构102伸展时，棘爪108能够承受较大的力而不再凸齿间打滑，增加了掘进机的脱困装置1的可靠性。
其中，优选地，棘爪108与凸齿的接触面与伸缩机构102的伸展方向垂直，增加对刀盘2施加的扭力。
在具体实施例中，棘爪108可以为实心的或中空的。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1至5所示，棘爪108与伸缩机构102相连接一端的截面面积，小于棘爪108背离伸缩机构102的一端的截面面积。
在该实施例中，将棘爪108与伸缩机构102相连接一端的截面面积设置为小于棘爪108背离伸缩机构102的一端的截面面积，保证了棘爪108嵌入齿圈104上相邻两凸齿所形成的凹槽内，伸缩机构102与齿圈104也不会发生干涉，便于伸缩机构102的设置安装。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图3至图5所示，棘爪108背离伸缩机构102一端设置有敞开口。
在该实施例中，减小材料的浪费，并使得矩形凸齿的一个顶角能够卡住棘爪108的敞开口的边缘，以保证棘爪108与凸齿之间不会打滑。
在具体实施例中，棘爪108呈喇叭状，其中，小口端与伸缩机构102连接，大口端部分嵌入齿圈104上相邻的凸齿所形成的凹槽内，喇叭状的棘爪108的外表面为导向面。
在该实施例中，在伸缩机构102完成一次伸展后，将进行回缩，在回缩时，棘爪108的导向面在凸齿上滑动，以避免棘爪108与齿圈104的磕碰而造成齿圈104或棘爪108的损坏。
在具体实施例中，棘爪108的周侧设置有凸台，凸台探入齿圈104上相邻两凸齿所形成的凹槽内，凸台的侧面设有导向面。
在该实施例中，在伸缩机构102完成一次伸展后，将进行回缩，在回缩时，棘爪108的导向面在凸齿上滑动，以避免棘爪108与齿圈104的磕碰而造成齿圈104或棘爪108的损坏，并且，避免伸缩机构102回缩时拉拽凸齿，而对刀盘2的脱困造成影响。
在本发明的一个实施例中，优选地，棘爪108为刚性材料，优选地，棘爪108为铁棘爪或钢棘爪。
在本发明的一个实施例中，优选地，安装座106包括：连接部与安装在连接部上的铰链，连接部与刀盘2可拆卸地相连接，伸缩机构102安装在铰链上。其中，优选地，铰链为球形铰链。
在该实施例中，安装座106为铰接座，在伸缩机构102回缩时，棘爪108与齿圈104碰触，此时为伸缩机构102施加一个力，进而在铰接座的作用下，伸缩机构102相对于齿圈104旋转，避免棘爪108与齿圈104之间产生硬性挤压，避免棘爪108、齿圈104或伸缩机构102的损坏。
在具体实施例中，安装座106为铰接球座，多个自由度增加伸缩机构102的灵活性。
在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：复位机构，设置在伸缩机构102上，与刀盘2相抵接，当伸缩机构102在铰接座上转动后，复位机构推动伸缩机构102使其复位。
在该实施例中，在伸缩机构102上设置有复位机构，在伸缩机构102由于回缩而发生转动时，在棘爪108脱离一个凸齿后，在复位机构的作用下回转，使得棘爪108进入下一个两凸齿形成的凹槽内，以实现下一次对刀盘2施加扭力，进而能够进行多次推压直至刀盘2脱困。
其中，优选地，复位机构为复位弹簧、复位扭簧，复位发条、复位气缸等。
在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：螺钉，安装座106底部设置有安装孔，螺钉穿过安装孔与刀盘2相螺接。
在该实施例中，刀盘2上设置有螺孔，螺钉穿过安装座106与刀盘2螺接，便于安装座106的安装与拆卸，便于掘进机的脱困装置1的安装使用。
在本发明的一个实施例中，优选地，伸缩机构102为液压缸。
在该实施例中，伸缩机构102为液压缸，液压缸的伸展力强，且施力平稳，安全可靠。
在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：液压泵与储液灌，液压泵、储液灌与液压缸组成液压系统，实现液压缸的伸展与回缩。
在本发明的一个实施例中，伸缩机构102也可以是气压缸、直线电机等。
在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：齿圈104上相邻的凸齿的工作表面之间的距离小于或等于伸缩机构102的伸展长度。
在该实施例中，伸缩机构102的每一次伸展的距离为一个行程，因此，将齿圈104上相邻的两个凸齿的工作表面之间的距离设置为小于或等于伸缩机构102的伸展长度，以保证伸缩机构102每进行一次伸缩，均能实现一次对刀盘2的推进，取保掘进机的脱困装置1没有死点，保证掘进机的脱困装置1的脱困效果。
在具体实施例中，刀盘2上均匀分布有多个进渣口，每个进渣口处均设置有安装座106与伸缩机构102，或每隔一个进渣口设置一个安装座106与伸缩机构102。其中，优选地，进渣口的数量为四个。安装座106与伸缩机构102可设置在呈对称设置的两个进渣口处。
本发明的一个实施例提供的掘进机刀盘2的脱困装置包括：加工在盾体3上的矩形齿圈104；布置在刀盘2进渣口位置的液压油缸，辅助刀盘2脱困时随刀盘2一起旋转；焊接在液压油缸前部的棘爪108，液压油缸处于收缩状态时棘爪108端面与矩形凸齿相抵；液压油缸底部固定座与铰接球座相连，多个自由度增加液压油缸的灵活性；铰接球座与刀盘2进渣口处的挡板螺栓连接，方便拆装。
刀盘2的进渣口均匀分布在刀盘2背面，且与盾体3的间距较小，具体间距根据液压油缸的尺寸确定。
脱困装置在工作时盾体3固定不动，矩形凸齿加工在盾体3上，且相邻两个齿之间的距离为一个工作进程P。
棘爪108为刚性材料，形状近似喇叭口。
在刀盘2背面均匀分布了四个进渣口，当刀盘2由于主驱动扭矩不够出现卡机问题时，可在四个进渣口位置临时安装液压油缸，启动TBM主驱动和四个脱困装置，如图4所示，脱困装置进入第一工作状态，液压油缸处于收缩状态，棘爪108顶住齿圈104的矩形凸齿，液压油缸在驱动力作用下渐渐伸长，推动刀盘2转动一个工作行程P后液压油缸回缩，进入第二工作状态，如图5所示，棘爪108顶住齿圈104的另一个矩形凸齿，液压油缸伸长后推动刀盘2转动又一个工作行程P，以步进方式循环推动刀盘2转动，直至刀盘2脱困。
刀盘2脱困后，关闭主驱动和四个脱困装置液压油缸，待刀盘2停稳后取下液压辅助脱困装置，进渣口实现正常进渣。
本发明的一个实施例提供的掘进机刀盘2的脱困装置包括：可根据实际需要，在四个进渣口中，选择任意两个对称位置的进渣口，安装液压油缸辅助刀盘2脱困。
本发明提供的掘进机的脱困装置1，在盾体3与刀盘2边缘增加额外扭矩，即当刀盘2由于主驱动扭矩不够出现卡机问题时，在刀盘2进渣口位置临时安装伸缩机构102，初始状态下，伸缩机构102处于收缩状态，棘爪108顶住齿圈104上的凸齿；启动伸缩机构102后伸缩机构102伸长，推动刀盘2转动一个齿距行程后伸缩机构102回缩，棘爪108继续顶住齿圈104上的另一个凸齿，伸缩机构102伸长后推动刀盘2转动又一个齿距行程，步进式实现刀盘2脱困。
根据本发明的第二方面实施例，本发明提供了一种掘进机，包括：盾体3；刀盘2，设置在盾体3的一端，刀盘2上设置有至少一个进渣口，进渣口的周侧设置有挡板；以及如本发明任一实施例提供的掘进机的脱困装置1；其中，安装座106设于挡板。
本发明提供的掘进机，因包括如本发明任一实施例提供的掘进机的脱困装置1，因此，具有如本发明任一实施例提供的掘进机的脱困装置1的全部有益的技术效果，在此不再一一陈述。
在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)
1.一种掘进机的脱困装置，所述掘进机包括：盾体与设置在盾体上的刀盘，所述刀盘上设置有至少一个进渣口，其特征在于，所述脱困装置包括：
齿圈，设置在所述盾体上，位于所述盾体朝向所述刀盘的一侧；
安装座，可拆卸地设置在所述刀盘的至少一个所述进渣口处；
伸缩机构，设置在所述安装座上；
其中，所述伸缩机构伸展时，所述伸缩机构的自由端推压所述齿圈上的凸齿以使所述刀盘转动。
2.根据权利要求1所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，还包括：
棘爪，设置在所述伸缩机构的自由端；
所述棘爪嵌入所述齿圈上相邻的凸齿所形成的凹槽内。
3.根据权利要求2所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，
所述棘爪与所述伸缩机构相连接一端的截面面积，小于所述棘爪背离所述伸缩机构的一端的截面面积。
4.根据权利要求3所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，
所述棘爪的外表面由与所述伸缩机构相连接一端至背离所述伸缩机构的一端为平滑的导向面。
5.根据权利要求1所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，
所述安装座为铰接座，可拆卸地安装在所述进渣口处，所述伸缩机构安装在所述铰接座上。
6.根据权利要求5所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，还包括：
复位机构，设置在所述伸缩机构上，并与所述刀盘相连接，当所述伸缩机构在所述铰接座上转动后，所述复位机构推动所述伸缩机构使其复位。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，还包括：
螺钉，所述安装座底部设置有安装孔，所述螺钉穿过所述安装孔与所述刀盘相螺接。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，
所述伸缩机构为液压缸。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的掘进机的脱困装置，其特征在于，还包括：
所述齿圈上相邻的所述凸齿的工作表面之间的距离小于或等于所述伸缩机构的伸展长度。
10.一种掘进机，其特征在于，包括：
盾体；
刀盘，设置在所述盾体的一端，所述刀盘上设置有至少一个进渣口；以及
如权利要求1至9中任一项所述的掘进机的脱困装置；
其中，安装座设于所述进渣口处。
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