CN110671048A - 一种tbm超前锚杆复合钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锚杆钻机技术领域，具体涉及一种TBM超前锚杆复合钻机。解决了现有技术中L1区锚杆钻机与隧道轮廓线法线方向的夹角较大，锚固效果不佳的问题。本发明的技术方案是：包括锚杆钻机和安装座，所述安装座连接有第一旋转驱动机构，第一旋转驱动机构连接有一级回转臂，所述一级回转臂连接有第二旋转驱动机构，所述第二旋转驱动机构连接有二级回转臂，所述二级回转臂连接有第三旋转驱动机构，所述第三旋转驱动机构与锚杆钻机连接，所述第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构和第三旋转驱动机构的转动轴平行。本发明便于锚杆钻机角度的调节，使得L1区锚杆钻机与隧道轮廓线可能垂直，提高锚固效果，适用于隧道的支护和超前地质探测。
Description
技术领域
本发明属于锚杆钻机技术领域，具体涉及一种TBM超前锚杆复合钻机。
背景技术
目前敞开式TBM通常将锚杆钻机实行分区配合实现隧道的支护锚固效果，即L1区锚杆钻机13和L2区锚杆钻机14。如图1所示，L1区锚杆钻机13主要作用是在指型护盾的保护下，配合钢拱架安装机及喷混装置对洞壁进行初步支护和超前地质探测。L2区锚杆钻机14则是进行最终的锚杆支护。
当锚杆钻机的钻进方向垂直于隧道轮廓线时，锚固效果才能达到最佳。目前L1区锚杆钻机13的钻进方向和隧道轮廓线法线方向存在较大的夹角，致使锚固效果不好。
现有技术中L1区锚杆钻机13的布置方案如图2所示，L1区锚杆钻机13的姿态调整通过液压马达带动其在大齿圈15上进行旋转运动而实现，L1区锚杆钻机13与隧道轮廓线法线方向夹角较大，约为29°～41°，锚固效果不佳。而且L1区锚杆钻机工作区域内设置有主梁、推进油缸及皮带运输装置，该区域内的部件较大且优化设计的空间有限。
发明内容
针对现有技术中L1区锚杆钻机与隧道轮廓线法线方向的夹角较大，锚固效果不佳的问题，本发明提供一种TBM超前锚杆复合钻机，其目的在于：减小L1区锚杆钻机与隧道轮廓线法线方向的夹角，增强锚固效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种TBM超前锚杆复合钻机，包括锚杆钻机和安装座，所述安装座连接有第一旋转驱动机构，第一旋转驱动机构连接有一级回转臂，所述一级回转臂连接有第二旋转驱动机构，所述第二旋转驱动机构连接有二级回转臂，所述二级回转臂连接有第三旋转驱动机构，所述第三旋转驱动机构与锚杆钻机连接，所述第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构和第三旋转驱动机构的转动轴平行。
采用该技术方案后，锚杆钻机绕第三旋转驱动机构转动，第三旋转驱动机构能够以二级回转臂的长度为半径绕第二旋转驱动机构转动，第二旋转驱动机构能够以一级回转臂的长度为半绕第一旋转驱动机构转动，实现锚杆钻机的多自由度旋转，便于锚杆钻机角度的调节，使得L1区锚杆钻机与隧道轮廓线法线方向的夹角尽可能接近0度，提高锚固效果。并且将安装座设置在主梁的侧面，能够充分利用空间，不与其他设备冲突，取消了现有技术中的大齿圈及其配套的设施，节约了空间。
优选的，所述第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构和第三旋转驱动机构为旋转油缸。
采用该优选方案后，旋转油缸的体积小，节省空间，便于操作。
优选的，所述第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构和第三旋转驱动机构为液压马达和减速器总成。
采用该优选方案后，液压马达和减速器总成能够提供更大的扭矩，用于承受从锚杆钻机传来的力矩，结构的稳定性和承载能力更好。
优选的，所述第三旋转驱动机构连接有回转转接座，所述回转转接座一端与锚杆钻机铰接，另一端铰接连接有回转油缸，所述回转油缸的两端分别与回转转接座和锚杆钻机连接，所述回转油缸、回转转接座和锚杆钻机共同构成的平面与第三旋转驱动机构的旋转平面互相垂直。
采用该优选方案后，锚杆钻机不仅能够在隧道轮廓线所在的平面内转动，对隧道侧壁进行初步支护，还能够在垂直于隧道轮廓线所在平面的平面内转动，对掌子面前方的岩体或土体进行超前地质探测，及时掌握前方的地质情况，及时调整掘进方案，增加施工的安全性。
优选的，所述锚杆钻机包括固定部和钻机本体，所述钻机本体与固定部滑动连接，所述固定部的两端分别与回转转接座和回转油缸铰接连接。
采用该优选方案后，能够调节锚杆钻机与侧壁之间的距离，便于锚杆钻机旋转，使锚杆钻机的钻进方向与隧道轮廓线的法线方向的夹角在隧道侧壁的任何部位都能够达到最小，保证锚杆的锚固效果。
优选的，所述安装座连接有滑轨和滑动油缸，所述滑轨与滑动油缸互相平行。
采用该优选方案后，滑动油缸能够推动安装架在轨道中滑动，在硬岩隧道掘进机(即TBM)没有向前掘进的时候，也能够使锚杆钻机沿隧道轴线进行移动，使锚杆钻机对准锚固点所在的位置。
优选的，所述一级回转臂和二级回转臂均一体成型。
采用该优选方案后，一级回转臂和二级回转臂的结构更加简单、稳定，强度更高，承受锚杆钻机传来的荷载的能力更强。
优选的，所述一级回转臂和二级回转臂的两端形状为圆筒形，一级回转臂和二级回转臂的中部截面形状为圆角矩形。
由于锚杆钻机能够在两个互相垂直的平面内进行钻孔作业，因此一级回转臂和二级回转臂会受到两个垂直方向上的力的作用，一级回转臂和二级回转臂中部截面形状设置为圆角矩形，使得一级回转臂和二级回转臂在两个方向上的承受荷载的能力相同，不存在薄弱的环节，结构更加合理。
优选的，所述第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构和第三旋转驱动机构能够实现360°旋转。
采用该优选方案后，便于锚杆钻机对隧道侧壁上的任意部位进行锚固。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.设置三个旋转油缸以及两个回转臂，实现锚杆钻机的多自由度旋转，便于锚杆钻机角度的调节，使得L1区锚杆钻机与隧道轮廓线法线方向的夹角尽可能接近0度，提高锚固效果。并且将安装座设置在主梁的侧面，能够充分利用空间，不与其他设备冲突，取消了现有技术中的大齿圈及其配套的设施，节约了空间。
2.旋转油缸的体积小，节省空间，便于操作。
3.液压马达和减速器总成能够提供更大的扭矩，用于承受从锚杆钻机传来的力矩，结构的稳定性和承载能力更好。
4.设置回转转接座和回转油缸，锚杆钻机不仅能够在隧道轮廓线所在的平面内转动，对隧道侧壁进行初步支护，还能够在垂直于隧道轮廓线所在平面的平面内转动，对掌子面前方的岩体或土体进行超前地质探测，及时掌握前方的地质情况，及时调整掘进方案，增加施工的安全性。
5.钻机本体与固定部滑动连接，能够调节锚杆钻机与侧壁之间的距离，便于锚杆钻机旋转，使锚杆钻机的钻进方向与隧道轮廓线的法线方向的夹角在隧道侧壁的任何部位都能够达到最小，保证锚杆的锚固效果。
6.安装座连接有滑轨和滑动油缸，滑动油缸能够推动安装架在轨道中滑动，在硬岩隧道掘进机(即TBM)没有向前掘进的时候，也能够使锚杆钻机沿隧道轴线进行移动，使锚杆钻机对准锚固点所在的位置。
7.一级回转臂和二级回转臂均一体成型，结构更加简单、稳定，强度更高，承受锚杆钻机传来的荷载的能力更强。
8.一级回转臂和二级回转臂的中部截面形状为圆角矩形，使得一级回转臂和二级回转臂在两个方向上的承受荷载的能力相同，不存在薄弱的环节，结构更加合理。
9.第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构和第三旋转驱动机构能够实现360°旋转，便于锚杆钻机对隧道侧壁上的任意部位进行锚固。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是现有技术中TBM掘进机L1区锚杆钻机与L2区锚杆钻机的布置图；
图2是现有技术中L1区锚杆钻机的安装示意图；
图3是对洞壁进行初步支护时本发明的结构示意图；
图4是进行超前地质探测时本发明的结构示意图；
图5是图4中A部分的局部放大图。
其中，1-主梁，2-锚杆钻机，3-第一旋转驱动机构，4-一级回转臂，5-第二旋转驱动机构，6-二级回转臂，7-第三旋转驱动机构，8-回转转接座，9-回转油缸，10-安装座，11-滑动油缸，12-滑轨，13-L1区锚杆钻机，14-L2区锚杆钻机,15-大齿圈,16-钻机本体，17-固定部，18-掌子面。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1～图5对本发明作详细说明。
实施例一
一种TBM超前锚杆复合钻机，包括锚杆钻机2和安装座10，所述安装座10上安装有第一旋转驱动机构3，第一旋转驱动机构3与一级回转臂4的一端连接，所述一级回转臂4的另一端连接有第二旋转驱动机构5，所述第二旋转驱动机构5与二级回转臂6的一端连接，所述二级回转臂6的另一端连接有第三旋转驱动机构7，所述第三旋转驱动机构7与锚杆钻机2连接，所述第一旋转驱动机构3、第二旋转驱动机构5和第三旋转驱动机构7的转动轴平行。本实施例中，为了保持主梁1受力的平衡，安装座10设置为两个，分别对称安装在主梁1的两侧，两个安装座10上均设置锚杆钻机2。
本实施例中，所述第一旋转驱动机构3、第二旋转驱动机构5和第三旋转驱动机构7均为旋转油缸。由于L1区锚杆钻机工作区域内设置有主梁、推进油缸及皮带运输装置等设备，空间有限。旋转油缸体积小，采用旋转油缸能够节约空间，方便安装和使用。
所述第三旋转驱动机构7连接有回转转接座8，所述回转转接座8一端与锚杆钻机2铰接，另一端铰接连接有回转油缸9，所述回转油缸9的两端分别与回转转接座8和锚杆钻机2连接，所述回转油缸9、回转转接座8和锚杆钻机2共同构成的平面与第三旋转驱动机构的旋转平面互相垂直。如图3所示，当需要对隧道侧壁进行初步支护时，锚杆钻机2与隧道轴线方向垂直，并通过旋转油缸在该垂直于隧道轴线方向的平面内转动，对隧道侧壁的各个部位进行初步支护。如图4所示，当需要对隧道掌子面18前方进行超前地质探测时，通过回转油缸9的伸长或缩短，能够使锚杆钻机2绕回转转接座8旋转，进而使锚杆钻机2垂直于隧道的掌子面18或者与掌子面18呈一定的角度，然后锚杆钻机2进行钻孔，对掌子面18前方进行超前地质探测。
所述锚杆钻机2包括固定部17和钻机本体16，所述钻机本体16与固定部17滑动连接，所述固定部17的两端分别与回转转接座8和回转油缸9铰接连接。本实施例中，所述钻机本体16上设置有导轨，固定部17在导轨上滑动，固定部17中设置油缸，油缸的推杆一端与钻机本体的一端连接。
所述安装座10连接有滑轨12和滑动油缸11，所述滑轨12与滑动油缸11互相平行。滑动油缸11的一端与主梁1铰接连接，通过滑动油缸11的伸长和缩短就能够使安装座10在滑轨12上滑动。
所述一级回转臂4和二级回转臂6均一体成型。
所述一级回转臂4和二级回转臂6的两端形状为圆筒形，中部截面形状为圆角矩形。一级回转臂4和二级回转臂6的两端便于与旋转油缸连接，一级回转臂4和二级回转臂6的中部截面形状设置为圆角矩形，并且各边长相等，使其在两个垂直方向上的力学性能相同，不存在薄弱环节。
所述第一旋转驱动机构3、第二旋转驱动机构5和第三旋转驱动机构7能够实现360°旋转。
实施例二
本实施例与实施例一的技术方案基本上相同，区别之处在于，所述第一旋转驱动机构3、第二旋转驱动机构5和第三旋转驱动机构7为液压马达和减速器总成。由于本发明自重较重，施工荷载较大，以及工作时力臂较长，因此在工作过程中各个旋转驱动机构需要提供较大的扭矩，特别是第一旋转驱动机构3需要提供的扭矩最大，达到50000NM左右，液压马达和减速器总成的组合能够提供更大的扭矩，用于保证锚杆钻机2正常工作。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于：包括锚杆钻机(2)和安装座(10)，所述安装座(10)连接有第一旋转驱动机构(3)，第一旋转驱动机构(3)连接有一级回转臂(4)，所述一级回转臂(4)连接有第二旋转驱动机构(5)，所述第二旋转驱动机构(5)连接有二级回转臂(6)，所述二级回转臂(6)连接有第三旋转驱动机构(7)，所述第三旋转驱动机构(7)与锚杆钻机(2)连接，所述第一旋转驱动机构(3)、第二旋转驱动机构(5)和第三旋转驱动机构(7)的转动轴平行。
2.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述第一旋转驱动机构(3)、第二旋转驱动机构(5)和第三旋转驱动机构(7)为旋转油缸。
3.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述第一旋转驱动机构(3)、第二旋转驱动机构(5)和第三旋转驱动机构(7)为液压马达和减速器总成。
4.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述第三旋转驱动机构(7)连接有回转转接座(8)，所述回转转接座(8)一端与锚杆钻机(2)铰接，另一端铰接连接有回转油缸(9)，所述回转油缸(9)的两端分别与回转转接座(8)和锚杆钻机(2)连接，所述回转油缸(9)、回转转接座(8)和锚杆钻机(2)共同构成的平面与第三旋转驱动机构(7)的旋转平面互相垂直。
5.如权利要求4所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述锚杆钻机(2)包括固定部(17)和钻机本体(16)，所述钻机本体(16)与固定部(17)滑动连接，所述固定部(17)的两端分别与回转转接座(8)和回转油缸(9)铰接连接。
6.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述安装座(10)连接有滑轨(12)和滑动油缸(11)，所述滑轨(12)与滑动油缸(11)互相平行。
7.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述一级回转臂(4)和二级回转臂(6)均一体成型。
8.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述一级回转臂(4)和二级回转臂(6)的两端形状为圆筒形，中部截面形状为圆角矩形。
9.如权利要求1所述的一种TBM超前锚杆复合钻机，其特征在于，所述第一旋转驱动机构(3)、第二旋转驱动机构(5)和第三旋转驱动机构(7)能够实现360°旋转。
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