CN109838243A - 一种用于隧道开挖的劈裂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于隧道开挖的劈裂装置，所述劈裂装置用于安装到作业台车上，包括：固定安装到所述作业台车上的臂架支撑；与所述臂架支撑连接的伸缩臂；与所述伸缩臂连接的转动系统，所述转动系统包括辅臂和与所述辅臂通过铰接方式形成连接的回转臂，所述辅臂与所述伸缩臂固定连接；与所述转动系统连接的劈裂臂，所述劈裂臂包括与所述回转臂连接的劈裂臂推进机构和与所述劈裂臂推进机构固定连接的劈裂机构；其中，所述劈裂臂能够通过所述辅臂与所述回转臂分别做上下俯仰和左右摆动，所述劈裂臂通过所述劈裂臂推进机构提供推进动力，并通过所述劈裂机构进行岩石破碎施工。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工工程中的开挖装备技术领域，具体地涉及一种用于隧道开挖的劈裂装置。
背景技术
目前，中短长度硬岩隧道的开挖以钻爆法为主。在隧道开挖施工过程中，首先，钻爆破孔，然后，通过炸药爆破开挖。这种爆破式开挖方式存在许多施工弊端，例如，对周围环境和围岩产生有害影响，且爆破过程中产生的飞石和炮烟等使得隧道开挖只能采用间断式作业。由此，极大地影响钻孔、出碴、支护等作业时间的利用率。
此外，传统钻爆法施工，在施工过程中的存在震动、飞石、冲击波、噪声、有害气体等影响，从而使爆破施工造成隧道表面凹凸不平的缺陷，同时存在爆破超挖、欠挖难以控制的问题，增加了支护工作量，施工效率低，安全性能差。
发明内容
针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于隧道开挖的劈裂装置。该劈裂装置采用非爆破式静力劈裂岩石，其能够有效降低施工过程中的震动、飞石、冲击波、噪声、有害气体等影响。该劈裂装置可控性高，能够精准控制岩石劈裂，从而使得施工后隧道周边整齐、平滑，大大降低了超欠挖率，其安全稳定、高效可靠。此外，该劈裂装置能够应用于一些特殊地质条件、特殊开挖环境，其适用性强。
为此，根据本发明，提供了一种用于隧道开挖的劈裂装置，所述劈裂装置用于安装到作业台车上，包括：固定安装到所述作业台车上的臂架支撑；与所述臂架支撑连接的伸缩臂；与所述伸缩臂连接的转动系统，所述转动系统包括辅臂和与所述辅臂通过铰接方式形成连接的回转臂，所述辅臂与所述伸缩臂固定连接；与所述转动系统连接的劈裂臂，所述劈裂臂包括与所述回转臂连接的劈裂臂推进机构和与所述劈裂臂推进机构固定连接的劈裂机构；其中，所述劈裂臂能够通过所述辅臂与所述回转臂分别做上下俯仰和左右摆动，所述劈裂臂通过所述劈裂臂推进机构提供推进动力，并通过所述劈裂机构进行岩石破碎施工。
在一个优选的实施例中，所述劈裂臂推进机构包括外伸缩管和适配安装在所述外伸缩管内的内伸缩管，且在所述外伸缩管的内部设有第一伸缩油缸，所述伸缩油缸能够驱动所述内伸缩管伸出以推进所述劈裂机构。
在一个优选的实施例中，所述劈裂机构包括与所述劈裂臂推进机构连接的托举架，所述托举架末端固定连接有用于劈裂岩石的分裂机。
在一个优选的实施例中，所述分裂机通过行车固定器安装在所述托举架上。
在一个优选的实施例中，所述转动系统还包括用于安装连接其他部件的回转支撑，所述回转支撑通过旋转座与所述回转臂连接。
在一个优选的实施例中，所述旋转座的一端通过铰轴与所述回转臂连接，另一端通过连接套与所述回转支撑连接。
在一个优选的实施例中，所述劈裂臂推进机构通过铰接方式与所述回转支撑连接，所述回转支撑连接有旋转马达，所述旋转马达能够带动所述劈裂臂推进机构旋转。
在一个优选的实施例中，所述伸缩臂包括第一伸缩管和适配安装在所述第一伸缩管内的第二伸缩管，且在所述第一伸缩管的底部设有第二伸缩油缸，所述第二伸缩油缸能够驱动所述第二伸缩管伸出。
在一个优选的实施例中，所述臂架支撑与所述第一伸缩管通过铰接方式形成连接。
在一个优选的实施例中，在所述第一伸缩管与所述臂架支撑之间设有侧部摆动油缸和底部摆动油缸，伸出所述侧部摆动油缸或底部摆动油缸，能够带动所述伸缩臂左右摆动或上下俯仰。
与现有技术相比，本发明提供的用于隧道开挖的劈裂装置的优点在于：
该劈裂装置采用非爆破式静力劈裂岩石，有效降低了施工过程中的震动、飞石、冲击波、噪声、有害气体等影响。此外，劈裂装置施工工序简单方便，可控性高，能够精准控制岩石劈裂，使得施工后隧道周边整齐、平滑，大大降低了超欠挖率，而且有效减少了支护工作量，大大提高了劈裂装置的施工效率，使其在非爆破前提下，安全稳定、高效可靠。该劈裂装置能够应用于一些特殊地质条件、特殊开挖环境，其适用性强。劈裂装置具有多自由度，使其具有回转、伸缩、滑移的功能，作业范围广。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1显示了根据本发明的用于隧道开挖的劈裂装置的结构。
图2显示了图1所示劈裂装置中的臂架支撑的结构。
图3显示了图1所示劈裂装置中的伸缩臂的结构。
图4显示了图1所示劈裂装置中的辅臂的结构。
图5显示了图1所示劈裂装置中的回转臂的结构。
图6显示了图1所示劈裂装置中的旋转座的结构。
图7显示了图1所示劈裂装置中的回转支撑的结构。
图8显示了图1所示劈裂装置中的劈裂臂推进机构的结构。
图9显示了图1所示劈裂装置中的劈裂机构的结构。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
在本申请中，需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等均是针对所参照的附图而言。具体地以图1中的坐标指示为准，将X指示的方向定义为前或相似用语，与其相反的方向定义为后或相似用语，即将用于隧道开挖的劈裂装置的前进端定义为前端或相似用语，与前进端相反的一端定义为后端或相似用语。将Y指示的方向定义为上或相似用语，与其相反的方向定义为下或相似用语。将Z指示的方向定义为右或相似用语，与其相反的方向定义为左或相似用语。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。
根据本发明的用于隧道开挖的劈裂装置用于安装连接到作业台车上，例如可参见同一申请人同日提交的发明名称为“一种用于隧道开挖的钻劈台车”的代理机构案号为LHA1840819的发明申请，该申请通过引用全文结合到本文中。
图1显示了根据本发明的用于隧道开挖的劈裂装置100的结构。如图1所示，劈裂装置100包括臂架支撑110。臂架支撑110作为劈裂装置100与其他部件的固定连接，例如与车架连接。劈裂装置100还包括伸缩臂120，伸缩臂120与臂架支撑110通过铰接方式形成连接，其可伸缩、摆动以实现劈裂装置的举升、摆动。在伸缩臂120的前端连接有转动系统130。劈裂装置100还包括用于钻孔凿岩的劈裂臂140，劈裂臂140通过转动系统130与伸缩臂120连接，劈裂臂140通过转动系统130能够实现俯仰、摆动、回转等动作以进行施工。
图2显示了臂架支撑110的结构。如图4所示，臂架支撑110包括用于与车架固定连接的臂架连接支撑座111。臂架连接支撑座111上设有纵向安装套，在纵向安装套内设有纵向铰轴。在纵向铰轴安装套上设有横向铰轴孔和底部油缸销轴固定座。同时，在臂架连接支撑座111上还设有处于纵向铰轴安装套一侧的侧部油缸销轴固定座。其中，底部油缸销轴固定座和侧部油缸销轴固定座的功能将在下文中描述。
图3显示了伸缩臂120的结构。如图3所示，伸缩臂120包括第一伸缩管和适配安装在第一伸缩管内的第二伸缩管，且第一伸缩管与第二伸缩管通过耐磨铜垫块接触。在第一伸缩管的底部设有第二伸缩油缸，第二伸缩管能够在第二伸缩油缸的驱动作用下作伸缩运动。在一个实施例中，第一伸缩管和第二伸缩管均采用矩形钢管。第一伸缩管的一端设有铰轴连接孔，铰轴连接孔与臂架连接支撑座111上的横向铰轴孔对应配合，并安装横向铰轴而形成铰接连接。同时，在第一伸缩管的底部和一个侧部均设有油缸安装座。通过臂架支撑110上的底部油缸销轴固定座和侧部油缸销轴固定座与第一伸缩管上的油缸安装座，在伸缩臂120的侧部和下部分别通过铰接轴铰接安装有侧部摆动油缸和底部摆动油缸。由此，臂架支撑110上的纵向铰轴和横向铰轴通过侧部摆动油缸和底部摆动油缸，分别能够实现伸缩臂的左右摆动和上下俯仰。此外，第二伸缩管的一端设有用于连接其他部件的连接板。
根据本发明，转动系统130包括辅臂131和与辅臂131通过铰轴连接的回转臂132。辅臂131用于与伸缩臂120固定连接。如图4所示，辅臂131包括辅臂主体，辅臂主体的一端设有辅臂连接板。辅臂连接板与第二伸缩管的连接板通过螺栓螺母组件固定连接，从而将辅臂131与第二伸缩管固定连接。辅臂主体的另一端设有辅臂铰轴孔，辅臂铰轴孔用于安装铰轴使其与回转臂132形成铰接。在辅臂主体的底部设有用于连接摆动油缸的销轴固定座。
如图5所示，回转臂132包括回转臂主体，回转臂主体设有用于与辅臂铰轴孔配合以形成铰接的回转臂铰轴孔。回转臂主体的一端设有用于连接其他部件的回转臂铰接孔，底部设有用于连接摆动油缸的销轴固定座。回转臂主体还设有侧面连接部，侧面连接部设有用于连接摆动油缸的销轴固定座。在一个实施例中，辅臂131和回转臂132均构造为转动臂，通过辅臂131和回转臂132能够实现劈裂臂140的转动。
根据本发明，转动系统130还包括旋转座133和与旋转座133连接的回转支撑134。旋转座133与回转臂132连接，回转支撑134用于连接劈裂臂140。如图6所示，旋转座133的一端设有用于与回转臂铰接孔配合铰接的旋转座铰轴孔，另一端设有圆柱形连接部。旋转座133还设有用于安装摆动油缸的销轴固定座。如图7所示，回转支撑134包括回转支撑主体，回转支撑主体的一端设有连接套，另一端设有回转支撑铰轴孔。由此，旋转座133的一端通过铰轴与回转臂132铰接连接，圆柱形连接部与回转支撑134中的连接套配合连接。且回转支撑134的一端连接旋转马达，另一端通过铰轴与劈裂臂140形成铰接连接。
在本实施例中，在辅臂131的底部和回转臂132的侧部分别安装有底部摆动油缸和侧部摆动油缸。底部摆动油缸的一端与辅臂131底部的销轴固定座铰接，另一端与回转臂132底部的销轴固定座铰接。侧部摆动油缸的一端与回转臂132的侧面连接部上的销轴固定座铰接，另一端与旋转座133上的销轴固定座铰接。由此，回转臂132能够在底部摆动油缸的驱动下转动，旋转座133能够在侧部摆动油缸的驱动下摆动。
根据本发明，劈裂臂140包括用于提供推进动力的劈裂臂推进机构141和进行劈裂岩石的劈裂机构142。如图8所示，劈裂臂推进机构141包括外伸缩管和适配安装在外伸缩管内的内伸缩管，且在外伸缩管内设有第一伸缩油缸。在一个实施例中，外伸缩管和内伸缩管均采用矩形钢管。内伸缩管能够在第一伸缩油缸的作用下作伸缩运动以推进劈裂机构142。外伸缩管的底部设有用于与回转支撑连接的铰接座，且在外伸缩管的底部设有油缸固定座。内伸缩管的前端设有用于连接其他部件的连接座。
如图9所示，劈裂机构142包括托举架，托举架用于与劈裂臂推进机构141连接。托举架与内伸缩管前端的连接座通过螺栓螺母组件固定连接。托举架的前端连接有用于劈裂施工的劈裂机，劈裂机通过行车固定器与托举架固定连接。在本实施例中，在托举架的底部设有举升油缸，通过举升油缸能够实现托举架的俯仰。
劈裂装置100进行岩石劈裂过程中，在钻劈台车钻出的劈裂孔的基础上，利用岩石的抗张强度远小于抗压强度这一特性，将劈裂臂140前端的劈裂机放入劈裂孔内，并通过劈裂臂液压系统驱动劈裂机在劈裂孔内产生极大的静压力，以将岩石由岩层上分裂下来，从而实现岩石的劈裂。
根据本发明的用于隧道开挖的劈裂装置100适用于隧道、矿山等开挖施工。在非爆破的前提下，其能够实现高效、安全和连续开挖劈裂坚硬岩石。劈裂装置100能够应用于一些特殊地质条件、特殊开挖环境，其适用性强。
根据本发明的用于隧道开挖的劈裂装置采用非爆破式静力劈裂岩石，有效降低了施工过程中的震动、飞石、冲击波、噪声、有害气体等影响。劈裂装置100能够实现连续不间断开挖，其施工工序简单方便，可控性高，能够精准控制岩石劈裂，使得施工后隧道周边整齐、平滑，大大降低了超欠挖率。劈裂装置100有效减少了支护工作量，大大提高了劈裂装置100的施工效率，使其在非爆破前提下，安全稳定、高效可靠。此外，劈裂装置100具有多自由度，其具有回转、伸缩、滑移的功能，作业范围广。同时，劈裂装置100均采用铰轴与伸缩油缸配合，使得劈裂臂140能够实现多方位摆动，从而使劈裂装置能够实现多方位、大范围的凿岩施工。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种用于隧道开挖的劈裂装置，所述劈裂装置用于安装到作业台车上，其特征在于，包括：
固定安装到所述作业台车上的臂架支撑(110)；
与所述臂架支撑连接的伸缩臂(120)；
与所述伸缩臂连接的转动系统(130)，所述转动系统包括辅臂(131)和与所述辅臂通过铰接方式形成连接的回转臂(132)，所述辅臂与所述伸缩臂固定连接；
与所述转动系统连接的劈裂臂(140)，所述劈裂臂包括与所述回转臂连接的劈裂臂推进机构(141)和与所述劈裂臂推进机构固定连接的劈裂机构(142)；
其中，所述劈裂臂能够通过所述辅臂与所述回转臂分别做上下俯仰和左右摆动，所述劈裂臂通过所述劈裂臂推进机构提供推进动力，并通过所述劈裂机构进行岩石破碎施工。
2.根据权利要求1所述的劈裂装置，其特征在于，所述劈裂臂推进机构包括外伸缩管和适配安装在所述外伸缩管内的内伸缩管，且在所述外伸缩管的内部设有第一伸缩油缸，所述第一伸缩油缸能够驱动所述内伸缩管伸出以推进所述劈裂机构。
3.根据权利要求2所述的劈裂装置，其特征在于，所述劈裂机构包括与所述劈裂臂推进机构连接的托举架，所述托举架末端固定连接有用于劈裂岩石的分裂机。
4.根据权利要求3所述的劈裂装置，其特征在于，所述分裂机通过行车固定器安装在所述托举架上。
5.根据权利要求1所述的劈裂装置，其特征在于，所述转动系统还包括用于安装连接其他部件的回转支撑(134)，所述回转支撑通过旋转座(133)与所述回转臂连接。
6.根据权利要求5所述的劈裂装置，其特征在于，所述旋转座的一端通过铰轴与所述回转臂连接，另一端通过连接套与所述回转支撑连接。
7.根据权利要求5或6所述的劈裂装置，其特征在于，所述劈裂臂推进机构通过铰接方式与所述回转支撑连接，所述回转支撑连接有旋转马达，所述旋转马达能够带动所述劈裂臂推进机构旋转。
8.根据权利要求1所述的劈裂装置，其特征在于，所述伸缩臂包括第一伸缩管和适配安装在所述第一伸缩管内的第二伸缩管，且在所述第一伸缩管的底部设有第二伸缩油缸，所述第二伸缩油缸能够驱动所述第二伸缩管伸出。
9.根据权利要求8所述的劈裂装置，其特征在于，所述臂架支撑与所述第一伸缩管通过铰接方式形成连接。
10.根据权利要求8所述的劈裂装置，其特征在于，在所述第一伸缩管与所述臂架支撑之间设有侧部摆动油缸和底部摆动油缸，伸出所述侧部摆动油缸或底部摆动油缸，能够带动所述伸缩臂左右摆动或上下俯仰。
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