CN110185465A - 截割部、隧道掘进设备及掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道掘进施工设备技术领域。一种截割部，设于掘进设备的机体前部，包括中部回转刀架、布设在所述中部回转刀架周向的截割臂、第一驱动部和第二驱动部，在所述截割臂的端部设置有截割动力头；第一驱动部驱动所述中部回转刀架动作；第二驱动部驱动所述截割臂和所述截割动力头动作。一种隧道掘进设备，包括机体、截割部和输送系统，在所述机体下部设置有行走部，机体上设置有动力系统和控制系统；截割部设置在所述机体前端。还公开了一种隧道掘进方法。本申请整体结构设计合理，其通过配置两个截割动力头和一个大型中部回转刀架，实现了新的掘进施工工艺，具有截割效率高，且能够满足具体地质条件下作业的要求。

Description

截割部、隧道掘进设备及掘进方法

技术领域

本发明属于隧道掘进施工设备技术领域，具体涉及一种截割部、隧道掘进设备及掘进方法。

背景技术

目前隧道施工中尤其是短距离隧道施工中，开始逐步采用悬臂式掘进机进行开挖作业，在地质硬度较低情况下，施工工艺采用预留核心土开挖工法，采用悬臂式掘进机施工中，设备效率较低，需要一种适应部分采用预留核心土工法，并大幅提高施工掘进效率的专用设备。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种截割部、隧道掘进设备及掘进方法，其结构设计合理，通过对截割部的结构的改变，从而能够实现一种新的施工工艺，并且在掘进过程中更具实用性，掘进效率高。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种截割部，设于掘进设备的机体前部，包括：中部回转刀架；布设在所述中部回转刀架周向的截割臂，在所述截割臂的端部设置有截割动力头；第一驱动部，其驱动所述中部回转刀架动作；以及第二驱动部，其驱动所述截割臂和所述截割动力头动作。

根据本发明截割部，优选地，所述截割臂为左右对应设置的至少两组，所述截割臂的第一端部与所述机体铰接，所述截割臂的第二端部连接截割动力头；所述第二驱动部包括截割动力推杆，所述截割动力推杆铰接设置在所述截割臂和所述机体之间，并控制所述截割臂摆动；或所述截割臂为左右对应设置的至少两组，所述截割臂的第一端部与所述机体通过回转台连接，所述截割臂的第二端部连接截割动力头；所述第二驱动部包括截割回转驱动，所述截割回转驱动设置于所述回转台处，并通过控制回转台转动，实现所述截割臂摆动。

根据本发明截割部，优选地，所述截割臂为分段滑道式结构，所述第二驱动部还包括伸缩动力推杆，所述伸缩动力推杆驱动所述截割臂伸缩动作。

根据本发明截割部，优选地，单个所述截割臂与机体之间设置的所述截割动力推杆为至少一组，并设置在所述截割臂的单侧或上下两侧。

根据本发明截割部，优选地，所述第二驱动部驱动所述截割臂的动作，并控制所述截割动力头在掌子面上的位置和所述截割动力头相对于所述中部回转刀架的相对位置。

根据本发明截割部，优选地，所述中部回转刀架包括：回转台；回转设置在所述回转台上的刀架本体；以及设置在所述刀架本体上的滚刀；所述机体上设置有升降槽，所述回转台匹配滑动设置在所述升降槽内，所述第一驱动部驱动所述刀架本体回转动作和所述回转台的升降动作。

根据本发明截割部，优选地，所述第一驱动部包括：回转驱动部，其设置在所述回转台上，并驱动所述刀架本体回转掘进动作；以及升降驱动部，其设置在所述回转台与所述机体之间；所述回转驱动部为驱动电机或液压马达，所述升降驱动部为升降动力推杆或齿轮齿条机构。

一种隧道掘进设备，包括：机体，在所述机体下部设置有行走部，机体上设置有动力系统和控制系统；如上所述的截割部，其设置在所述机体前端；以及输送系统。

根据本发明隧道掘进设备，优选地，所述输送系统包括：设置在所述机体上的输送机，所述输送机的倒料口位于机体前部，所述输送机的出料口位于机体的后部；以及铲板部，其设置在所述截割部下部。

一种隧道掘进方法，利用上述隧道掘进设备进行隧道掘进，具体包括以下步骤；

a、将隧道掘进设备行进至隧道作业面，控制截割臂和截割动力头动作，在隧道作业面的两侧进行掘进，完成初步截割并加固；

b、将中部回转刀架移动至相应的作业位置，驱动中部回转刀架进行掘进，控制中部回转刀架的上下动作，完成整个隧道作业面的截割并加固；

c、重复上述步骤，进行下一施工区段的作业；

或具体包括以下步骤：

x、将隧道掘进设备行进至隧道作业面，控制截割臂和截割动力头动作，在隧道作业面的两侧进行掘进；同时，驱动中部回转刀架进行掘进，并控制中部回转刀架的上下动作，完成整个隧道作业面的截割并加固；

y、重复上述步骤，进行下一施工区段的作业。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请整体结构设计合理，其通过配置两个截割动力头和一个大型中部回转刀架，实现了新的掘进施工工艺，具有截割效率高，且能够满足具体地质条件下作业的要求。

本申请在施工中满足传统台阶法隧道施工工艺，可根据具体地质条件，定制保留核心土的长度，满足围岩快速合拢的施工要求，大大提高了施工的效率，优化了施工工艺步骤，保障了整个施工工艺的有效、有序进行。

本申请通过左右截割臂的可伸缩功能的设置，可满足任意断面的开挖要求，提高了设备的实用性，实现了一种新的开挖作业模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的隧道掘进设备的侧视结构示意图。

图2为根据本发明实施例的隧道掘进设备的俯视结构示意图。

图3为根据本发明实施例的隧道掘进设备的正视结构示意图。

图4为根据本发明实施例的隧道掘进断面示意图之一。

图5为根据本发明实施例的隧道掘进断面示意图之二。

图中序号：

100为中部回转刀架；

200为截割臂、201为截割动力推杆；

300为截割动力头；

400为机体、401为行走部；

500为输送机；

600为铲板部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-图5，本实施例给出了一种具体的实施结构，一种截割部，设于掘进设备的机体前部，包括中部回转刀架100、布设在中部回转刀架100周向的截割臂200、第一驱动部和第二驱动部，在截割臂200的端部设置有截割动力头300；第一驱动部驱动中部回转刀架100动作；第二驱动部驱动截割臂200和截割动力头300动作，在本实施例中，中部回转刀架100需要回转掘进动作，同时需要进行上下动作，从而有效的进行整个隧道作业面的掘进；截割臂200需要进行径向和轴向两个方向的调节，保障在隧道作业面上的位置，同时能够实现台阶法隧道施工工艺。

具体的，本实施例中的截割臂200为左右对应设置的两组(根据实际情况或者其他不同的结构类型，可以增加截割臂的数量)，两组截割臂200的动作使得截割动力头300的掘进断面如图4所示，本实施例的截割臂200的第一端部与机体400铰接，截割臂200的第二端部连接截割动力头300；截割臂200为分段滑道式结构，第二驱动部包括截割动力推杆201和伸缩动力推杆，截割动力推杆201铰接设置在截割臂200和机体400之间，并控制截割臂200摆动，伸缩动力推杆设置在截割臂200内，并驱动截割臂200伸缩动作。

工作过程中，位于左侧的截割动力头旋转方向为逆时针方向旋转，位于右侧的截割动力头旋转方向为顺时针方向旋转，二者的旋转方向相反。

截割动力头300的驱动结构具体包括截割电机和截割减速器，从而驱动截割动力头的旋转动作。

本实施例中单个截割臂200与机体400之间设置的截割动力推杆201为两组，并分别设置在截割臂200的上下两侧，在工作过程中，通过上部的截割动力推杆201伸出、下部的截割动力推杆201缩回从而控制截割臂200的下降，反之则能够实现截割臂200的上升。在操作过程中，配合截割臂200的伸缩动作，能够实现截割动力头300的位置的调节。具体的为：通过第二驱动部驱动截割臂的动作，并控制截割动力头在掌子面上的位置、以及截割动力头300相对于中部回转刀架100的前后位置，即截割动力头的前端部与中部回转刀架的前端之间有一端距离X，距离X可通过截割动力头300根据围岩情况进行调整，还可以通过增设截割动力头的伸缩机构进行调整，如在截割动力头与截割臂之间设置伸缩组件，从而控制截割动力头相对于截割臂在轴向方向上伸缩动作，更便于控制距离X。

本实施例中的中部回转刀架100包括回转台、回转设置在回转台上的刀架本体和设置在刀架本体上的滚刀；在机体400上设置有升降槽，回转台匹配滑动设置在升降槽内，第一驱动部驱动刀架本体回转动作和回转台的升降动作；具体的，第一驱动部包括回转驱动部和升降驱动部，回转驱动部设置在回转台上，并驱动刀架本体回转掘进动作；升降驱动部设置在回转台与机体400之间；回转驱动部为驱动电机，升降驱动部为升降动力推杆或齿轮齿条机构，当采用齿轮齿条机构时，其齿轮齿条机构的具体布置方式是：在机体400上设置升降齿条，在回转台上设置升降电机和齿轮，齿轮与升降齿条啮合，通过升降电机带动齿轮旋转，进而实现回转台和刀架本体的升降。

上述结构中的各动力推杆均采用液压油缸，电机也可以采用液压马达，具体的传动形式还可以采用其他能够实现显相应功能的驱动结构，本市实施例中不一一列举。

对于截割臂的第一端部与所述机体通过回转台连接的方案，本实施例的附图中没有示出，具体的操作方式是通过设置截割回转驱动，其可以驱动电机或液压马达带动齿轮齿圈啮合传动的形式，实现回转台的回转，或者其他形式的驱动，进而通过控制回转台转动，实现所述截割臂摆动。

本申请还公开了一种隧道掘进设备，包括机体400、截割部和输送系统，在机体下部设置有行走部401，行走部采用履带，机体400上设置有动力系统和控制系统，动力系统采用液压系统，并由控制系统控制各部件的动作；截割部设置在机体前端。输送系统包括设置在机体上的输送机500和铲板部600，输送机的倒料口位于机体前部，输送机500的出料口位于机体400的后部；铲板部600设置在截割部下部。

本申请还公开了一种隧道掘进方法，利用上述隧道掘进设备进行隧道掘进，具体包括以下步骤：

将隧道掘进设备行进至隧道作业面，控制截割臂和截割动力头动作，在隧道作业面的两侧进行掘进，完成初步截割并加固，如图4所示；

将中部回转刀架移动至相应的作业位置，驱动中部回转刀架100进行掘进，控制中部回转刀架的上下动作，完成整个隧道作业面的截割并加固，如图5所示；

重复上述步骤，进行下一施工区段的作业。

除了上述的分步作业形式外，还可以同步作业，具体包括以下步骤：

将隧道掘进设备行进至隧道作业面，控制截割臂和截割动力头动作，在隧道作业面的两侧进行掘进；同时，驱动中部回转刀架进行掘进，并控制中部回转刀架的上下动作，完成整个隧道作业面的截割并加固；

重复上述步骤，进行下一施工区段的作业。

根据不同的地质条件、不同的工艺步骤要求进行相应的施工模式作业，并满足任意断面的开挖。

具体的，截割动力头的具体位置和掘进轨迹的控制，由截割臂的截割动力推杆和伸缩动力推杆控制，当无法满足进给深度时，通过新增伸缩机构，控制截割动力头相对于截割臂在隧道轴向方向上进行伸缩动作；再由中部回转刀架进行掘进，其掘进轨迹通过升降驱动部进行控制，形成台阶法隧道施工。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种截割部，设于掘进设备的机体前部，其特征在于，包括：

中部回转刀架；

布设在所述中部回转刀架周向的截割臂，在所述截割臂的端部设置有截割动力头；

第一驱动部，其驱动所述中部回转刀架动作；以及

第二驱动部，其驱动所述截割臂和所述截割动力头动作。

2.根据权利要求1所述的截割部，其特征在于，所述截割臂为左右对应设置的至少两组，所述截割臂的第一端部与所述机体铰接，所述截割臂的第二端部连接截割动力头；所述第二驱动部包括截割动力推杆，所述截割动力推杆铰接设置在所述截割臂和所述机体之间，并控制所述截割臂摆动；或

所述截割臂为左右对应设置的至少两组，所述截割臂的第一端部与所述机体通过回转台连接，所述截割臂的第二端部连接截割动力头；所述第二驱动部包括截割回转驱动，所述截割回转驱动设置于所述回转台处，并通过控制回转台转动，实现所述截割臂摆动。

3.根据权利要求2所述的截割部，其特征在于，所述截割臂为分段滑道式结构，所述第二驱动部还包括伸缩动力推杆，所述伸缩动力推杆驱动所述截割臂伸缩动作。

4.根据权利要求2所述的截割部，其特征在于，单个所述截割臂与机体之间设置的所述截割动力推杆为至少一组，并设置在所述截割臂的单侧或上下两侧。

5.根据权利要求2-4任一所述的截割部，其特征在于，所述第二驱动部驱动所述截割臂的动作，并控制所述截割动力头在掌子面上的位置和所述截割动力头相对于所述中部回转刀架的相对位置。

6.根据权利要求1所述的截割部，其特征在于，所述中部回转刀架包括：

回转台；

回转设置在所述回转台上的刀架本体；以及

设置在所述刀架本体上的滚刀；

所述机体上设置有升降槽，所述回转台匹配滑动设置在所述升降槽内，所述第一驱动部驱动所述刀架本体回转动作和所述回转台的升降动作。

7.根据权利要求6所述的截割部，其特征在于，所述第一驱动部包括：

回转驱动部，其设置在所述回转台上，并驱动所述刀架本体回转掘进动作；以及

升降驱动部，其设置在所述回转台与所述机体之间；

所述回转驱动部为驱动电机或液压马达，所述升降驱动部为升降动力推杆或齿轮齿条机构。

8.一种隧道掘进设备，其特征在于，包括：

机体，在所述机体下部设置有行走部，机体上设置有动力系统和控制系统；

如权利要求1-7任一所述的截割部，其设置在所述机体前端；以及

输送系统。

9.根据权利要求8所述的隧道掘进设备，其特征在于，所述输送系统包括：

设置在所述机体上的输送机，所述输送机的倒料口位于机体前部，所述输送机的出料口位于机体的后部；以及

铲板部，其设置在所述截割部下部。

10.一种隧道掘进方法，其特征在于，利用权利要求8或9所述隧道掘进设备进行隧道掘进，具体包括以下步骤；

a、将隧道掘进设备行进至隧道作业面，控制截割臂和截割动力头动作，在隧道作业面的两侧进行掘进，完成初步截割并加固；

b、将中部回转刀架移动至相应的作业位置，驱动中部回转刀架进行掘进，控制中部回转刀架的上下动作，完成整个隧道作业面的截割并加固；

c、重复上述步骤，进行下一施工区段的作业；

或具体包括以下步骤：

x、将隧道掘进设备行进至隧道作业面，控制截割臂和截割动力头动作，在隧道作业面的两侧进行掘进；同时，驱动中部回转刀架进行掘进，并控制中部回转刀架的上下动作，完成整个隧道作业面的截割并加固；

y、重复上述步骤，进行下一施工区段的作业。