CN111396059B - 一种可变断面竖井开挖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可变断面竖井开挖装置，包括盾体和渣土输送系统，盾体下方设置有刀盘装置，刀盘装置与摆动装置相连接，摆动装置与刀盘平移装置相连接，刀盘平移装置滑动设置在圆周回转装置上，圆周回转装置设置在盾体内侧。本发明通过刀盘在摆动装置的作用下上下摆动，利用刀盘平移装置带动刀盘移动，并且配合圆周回转装置带动刀盘装置实现大公转，实现了刀盘对不同断面的高效开挖，实现了竖井施工的全机械化和自动化作业，提高了开挖效率，设备拆装方便，减少了作业人员数量，降低了人员劳动强度；并且盾体、刀盘装置、刀盘平移装置和圆周回转装置整体为装配式结构，根据不同的断面更改盾体内设备组合方式，能够适用于不同断面的竖井工程。
Description
技术领域
本发明涉及竖井开挖掘进设备的技术领域，尤其涉及一种可变断面竖井开挖装置。
背景技术
目前国内外竖井工程越来越多且断面大小不一，而针对竖井的主流施工方式还停留在人工半机械化的开挖方法上，其工法灵活，可进行不同断面竖井工程的施工，但施工人员众多，存在一定的安全隐患，并且施工工序复杂，施工效率明显偏低，竖井成井周期长，而用于竖井施工的竖井钻机主要应用于断面不大的竖井工程，在专利申请号为“CN2016211567123”、专利名称为“一种小断面竖井快速掘进装置”中公开了一种适合小断面的钻机角度可调的装置，通过调节钻机的角度，实现对开挖断面进行自适应调整，但是调节范围有限，其设备适用性较为局限且设备自身能力有限，在大断面竖井施工上存在明显的劣势和不足，甚至无法满足正常使用要求。
发明内容
针对目前竖井施工中设备仍停留在人工半机械化、设备适用性较为局限且设备自身能力有限，在大断面竖井施工上存在明显的劣势和不足，甚至无法满足正常使用要求的技术问题，本发明提出一种可变断面竖井开挖装置，可广泛用于矿山、隧道、水电、市政、国防等大型竖井工程的施工。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可变断面竖井开挖装置，包括盾体和渣土输送系统，盾体下方设置有刀盘装置，刀盘装置与渣土输送系统相对应设置，所述刀盘装置与摆动装置相连接，摆动装置与刀盘平移装置相连接，刀盘平移装置滑动设置在圆周回转装置上，圆周回转装置设置在盾体内侧，刀盘装置在摆动装置的作用下上下摆动，同时利用刀盘平移装置带动刀盘和摆动装置整体移动，实现了移动和摆动同步动作，并且配合圆周回转装置带动刀盘平移装置和刀盘装置整体实现大公转，进而刀盘同步实现了摆动、移动和公转三个动作，实现了刀盘对不同断面的高效开挖，大大提高了开挖效率。
优选地，所述刀盘装置包括刀具和刀盘本体钢结构，刀具分布在刀盘本体钢结构的外环面上，刀盘本体钢结构与摆动装置相连接，摆动装置带动刀盘本体钢结构和刀具进行上下摆动，提高开挖范围。
优选地，所述摆动装置包括摆动架，渣土输送系统中的出浆管路安装在摆动架上，且渣土输送系统中的吸渣口与刀盘装置最下部相对应设置，摆动架分别与摆动油缸和刀盘平移装置可拆卸连接，摆动油缸设置在刀盘平移装置上，摆动架与动力单元固定连接，动力单元通过转动轴承与刀盘装置中的刀盘本体钢结构相连接，且动力单元通过法兰结构与刀盘本体钢结构相连接。
优选地，所述刀盘平移装置包括滑移架、支撑连接装置和平移油缸，滑移架滑动安装在圆周回转装置上且滑移架与支撑连接装置相连接，支撑连接装置设置在圆周回转装置下方，平移油缸的一端与滑移架相连接，平移油缸的另一端与圆周回转装置相连接；所述滑移架分别与摆动油缸和摆动架可拆卸连接。
优选地，所述滑移架、摆动油缸和摆动架整体连接组成杠杆结构，摆动架以转动轴为摆动支点在摆动油缸的作用下带动刀盘装置进行一定范围的位置变动，并改变刀盘本体钢结构的作业姿态，另外在平移油缸的作用下，滑移架可在圆周回转装置上进行平移作业，从而改变刀盘装置的位置，增大刀盘装置的开挖作业范围。
优选地，所述圆周回转装置包括上支撑、回转体和下支撑，上支撑固定在盾体上部，下支撑固定在盾体内部，回转体滑动安装在上支撑和下支撑之间；所述上支撑上固定设置有大齿圈，回转体上设置有若干个驱动单元，驱动单元与小齿轮相连接，小齿轮与大齿圈相啮合；所述回转体上设置有滑动轨道，滑移架滑动设置在滑动轨道上，回转体与平移油缸相连接，支撑连接装置设置在回转体的下方。
优选地，所述回转体为闭合框架结构。
优选地，所述盾体包括固定盾体、伸缩油缸和伸缩盾体，伸缩盾体通过伸缩油缸滑动设置在固定盾体内；所述上支撑固定在固定盾体上部，下支撑固定在固定盾体内部。
优选地，所述固定盾体包括若干个盾体分块单元，相邻盾体分块单元固定连接，伸缩盾体滑动设置在盾体分块单元内且伸缩盾体的底部为刃角结构，当刀盘装置需要开挖井壁外围或需要超挖调整主机姿态时，刀盘装置所需要开挖位置处的伸缩盾体收回到固定盾体内，待开挖完成，伸缩盾体再伸出，保证安全高效开挖井壁外围且伸缩盾体的底部为刃角结构，利用刃角结构便于向下推进开挖面。
优选地，所述盾体、刀盘装置、摆动装置、刀盘平移装置和圆周回转装置整体为装配式结构，各设备均为模块化设计，当竖井断面大小发生变化时，整个开挖装置的配置不发生变动，只需要更改盾体、刀盘平移装置中的平移油缸和圆周回转装置安装位置，然后重合组配，不需要再进行新的方案设计。
本发明的有益效果：
1、本发明通过刀盘在摆动装置的作用下上下摆动，同时利用刀盘平移装置带动刀盘和摆动装置整体移动，实现了移动和摆动同步动作，并且配合圆周回转装置带动刀盘平移装置和刀盘装置整体实现大公转，进而刀盘同步实现了摆动、移动和公转三个动作，实现了刀盘对不同断面的高效开挖，大大提高了开挖效率，实现了竖井施工的全机械化和自动化作业，同时渣土输送系统的吸渣口设置在刀盘装置上，使得渣土输送系统吸渣动作跟随刀盘装置动作实现对开挖区域自适应吸渣，避免开挖区域出现积渣影响开挖效率；
2、本发明实现了全机械化作业，提高了竖井施工安全性，减少了作业人员数量，降低了人员劳动强度；
3、本发明中盾体、刀盘装置、摆动装置、刀盘平移装置和圆周回转装置整体为装配式结构，结构简单，整体设备拆装方便，根据不同的断面更改盾体内设备组合方式，能够适用于不同断面的竖井工程，实现一机多用，具有更广的适用性。
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为本发明的整机主视图。
图2为图1的整机右剖视图。
图3为图1中刀盘装置的结构示意图。
图4为图1的整机俯视图。
图5为图1中盾体的俯视图。
图中，1为盾体，101为固定盾体，10101为盾体分块单元，102为伸缩油缸，103为伸缩盾体，2为刀盘装置，201为摆动架，202为刀盘本体钢结构，203为动力单元，204为转动轴承，205为刀具，3为刀盘平移装置，301为滑移架，302为支撑连接装置，303为平移油缸，4为圆周回转装置，401为上支撑，402为回转体，403为下支撑，404为小齿轮，405为大齿圈，406为驱动单元，5为渣土输送系统，601为转动轴，602为摆动油缸。
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。
如图1所示，一种可变断面竖井开挖装置，包括盾体1和渣土输送系统5，渣土输送系统5采用流体介质输送渣土，例如泥水泵或真空泵进行吸渣，另外根据竖井断面的大小，盾体1下方可设置1个或多个刀盘装置2，刀盘装置2与渣土输送系统5相对应设置，并且渣土输送系统穿过开挖装置与地面设备连接用于将渣土向外抽出，所述刀盘装置2与摆动装置相连接，摆动装置与刀盘平移装置3相连接，刀盘平移装置3滑动设置在圆周回转装置4上，圆周回转装置4设置在盾体1内侧，刀盘装置在摆动装置的作用下上下摆动，同时利用刀盘平移装置带动刀盘和摆动装置整体移动，实现了移动和摆动同步动作，并且配合圆周回转装置带动刀盘平移装置和刀盘装置整体实现大公转，进而刀盘同步实现了摆动、移动和公转三个动作，实现了刀盘对不同断面的高效开挖，大大提高了开挖效率。
如图3所示，所述刀盘装置2包括刀具205和刀盘本体钢结构202，刀盘本体钢结构202为盘形体，刀具205分布在刀盘本体钢结构202的外环面上，刀盘本体钢结构202与摆动装置相连接。
如图1和图3所示，所述摆动装置包括摆动架201，渣土输送系统5中的出浆管路安装在摆动架上，且渣土输送系统5中的吸渣口与刀盘装置最下部相对应设置，保证吸渣口始终对应刀盘装置的开挖位置，及时将刀具205切削产生的岩渣输送至地面，完成岩渣的及时排泄出井，防止岩渣的堆积，使得渣土输送系统吸渣动作跟随刀盘装置动作实现对开挖区域自适应吸渣，避免开挖区域出现积渣影响开挖效率；摆动架201分别与摆动油缸602和刀盘平移装置3可拆卸连接，摆动油缸602设置在刀盘平移装置3上，摆动架201与动力单元203固定连接，动力单元203通过转动轴承204与刀盘装置2中的刀盘本体钢结构202相连接，且动力单元203通过法兰结构与刀盘本体钢结构202相连接，刀盘本体刚结构202通过法兰结构与动力单元203的输出端相连接，摆动架201通过法兰结构与动力单元的固定端相连接，在动力单元203的作用下，刀盘本体钢结构202绕摆动架201进行转动。
如图2所示，所述刀盘平移装置3包括滑移架301、支撑连接装置302和平移油缸303，滑移架301滑动安装在圆周回转装置4上且滑移架301与支撑连接装置302相连接，支撑连接装置302设置在圆周回转装置4下方，平移油缸303的一端与滑移架301相连接，平移油缸303的另一端与圆周回转装置4相连接；所述滑移架301分别与摆动油缸602和摆动架201可拆卸连接，滑移架上设置有摆动油缸连接孔和转动销轴孔，摆动油缸连接孔与摆动油缸可拆卸连接，转动销轴孔通过转动轴601与摆动架可拆卸连接，刀盘平移装置3中滑移架301、摆动架201、转动轴601和摆动油缸四部分整体连接构成杠杆结构，摆动架201以转动轴601为摆动支点在摆动油缸602的作用下带动刀盘装置2进行一定范围的位置变动，并改变刀盘本体钢结构202的作业姿态，另外在平移油缸303的作用下，滑移架301可在圆周回转装置上进行平移作业，从而改变刀盘装置2的位置，增大刀盘装置2的开挖作业范围。
如图1和图4所示，所述圆周回转装置4包括上支撑401、回转体402和下支撑403，上支撑401固定在盾体1上部，下支撑403固定在盾体1内部，回转体402滑动安装在上支撑401和下支撑403之间，回转体402为闭合框架结构；所述上支撑401上固定设置有大齿圈405，回转体402上设置有若干个驱动单元406，驱动单元406与小齿轮404相连接，小齿轮404与大齿圈405相啮合，在驱动单元406的作用下，回转体402带动刀盘平移装置和刀盘装置2整体进行圆周回转，覆盖竖井整个断面的开挖作业；所述回转体402与刀盘平移装置的配合连接面上均设有滑动轨道，回转体402上设置有滑动轨道，滑移架301滑动设置在滑动轨道上，回转体402与平移油缸303相连接，支撑连接装置302设置在回转体402下方用于支撑回转体402转动。
所述盾体1包括固定盾体101、伸缩油缸102和伸缩盾体103，伸缩盾体103通过伸缩油缸102滑动设置在固定盾体101内；所述上支撑401固定在固定盾体101上部，下支撑403固定在固定盾体101内部。
如图5所示，所述固定盾体101包括若干个盾体分块单元10101，相邻盾体分块单元10101固定连接，伸缩盾体的数量为若干个且伸缩盾体103滑动设置在盾体分块单元10101内，每个伸缩盾体在伸缩油缸102的作用下均可进行独立的伸出和收回，当刀盘装置需要开挖井壁外围或需要超挖调整主机姿态时，刀盘装置2所需要开挖位置处的伸缩盾体1收回到固定盾体内，待开挖完成，伸缩盾体103再伸出，保证安全高效开挖井壁外围且伸缩盾体103的底部为刃角结构，利用刃角结构便于向下推进开挖面。
所述盾体1、刀盘装置2、摆动装置、刀盘平移装置3和圆周回转装置4整体为装配式结构，各设备均为模块化设计，整体实现了全机械化作业，提高了竖井施工安全性，减少了作业人员数量，降低了人员劳动强度；当竖井断面大小发生变化时，整个开挖装置的配置不发生变动，只需要更改盾体、刀盘平移装置3中的平移油缸和圆周回转装置安装位置，然后重合组配，不需要再进行新的方案设计，即可满足不同断面大小的竖井工程的施工，真正实现竖井开挖装置的循环重复利用，降低机器采购成本。
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 (6)
1.一种可变断面竖井开挖装置，包括盾体（1）和渣土输送系统（5），盾体（1）下方设置有刀盘装置（2），刀盘装置（2）与渣土输送系统（5）相对应设置，其特征在于，所述刀盘装置（2）与摆动装置相连接，摆动装置与刀盘平移装置（3）相连接，刀盘平移装置（3）滑动设置在圆周回转装置（4）上，圆周回转装置（4）设置在盾体（1）内侧；盾体（1）、刀盘装置（2）、摆动装置、刀盘平移装置（3）和圆周回转装置（4）整体为装配式结构；
所述摆动装置包括摆动架（201），渣土输送系统（5）中的出浆管路安装在摆动架上，且渣土输送系统（5）中的吸渣口与刀盘装置最下部相对应设置，摆动架（201）分别与摆动油缸（602）和刀盘平移装置（3）可拆卸连接，摆动油缸（602）设置在刀盘平移装置（3）上，摆动架（201）与动力单元（203）固定连接，动力单元（203）通过转动轴承（204）与刀盘装置（2）中的刀盘本体钢结构（202）相连接，且动力单元（203）通过法兰结构与刀盘本体钢结构（202）相连接；
所述刀盘平移装置（3）包括滑移架（301）、支撑连接装置（302）和平移油缸（303），滑移架（301）滑动安装在圆周回转装置（4）上且滑移架（301）与支撑连接装置（302）相连接，支撑连接装置（302）设置在圆周回转装置（4）下方，平移油缸（303）的一端与滑移架（301）相连接，平移油缸（303）的另一端与圆周回转装置（4）相连接；所述滑移架（301）分别与摆动油缸（602）和摆动架（201）可拆卸连接；
所述盾体（1）包括固定盾体（101）、伸缩油缸（102）和伸缩盾体（103），伸缩盾体（103）通过伸缩油缸（102）滑动设置在固定盾体（101）内；
所述固定盾体（101）包括若干个盾体分块单元（10101），相邻盾体分块单元（10101）固定连接，伸缩盾体（103）滑动设置在盾体分块单元（10101）内且伸缩盾体（103）的底部为刃角结构；每个伸缩盾体在伸缩油缸（102）的作用下均可进行独立的伸出和收回，当刀盘装置需要开挖井壁外围或需要超挖调整主机姿态时，刀盘装置（2）所需要开挖位置处的伸缩盾体（1）收回到固定盾体内，待开挖完成，伸缩盾体（103）再伸出，保证安全高效开挖井壁外围。
2.根据权利要求1所述的可变断面竖井开挖装置，其特征在于，所述刀盘装置（2）包括刀具（205）和刀盘本体钢结构（202），刀具（205）分布在刀盘本体钢结构（202）的外环面上，刀盘本体钢结构（202）与摆动装置相连接。
3.根据权利要求1所述的可变断面竖井开挖装置，其特征在于，所述滑移架（301）、摆动油缸（602）和摆动架（201）整体连接组成杠杆结构。
4.根据权利要求1或2或3所述的可变断面竖井开挖装置，其特征在于，所述圆周回转装置（4）包括上支撑（401）、回转体（402）和下支撑（403），上支撑（401）固定在盾体（1）上部，下支撑（403）固定在盾体（1）内部，回转体（402）滑动安装在上支撑（401）和下支撑（403）之间；所述上支撑（401）上固定设置有大齿圈（405），回转体（402）上设置有若干个驱动单元（406），驱动单元（406）与小齿轮（404）相连接，小齿轮（404）与大齿圈（405）相啮合；所述回转体（402）上设置有滑动轨道，滑移架（301）滑动设置在滑动轨道上，回转体（402）与平移油缸（303）相连接，支撑连接装置（302）设置在回转体（402）下方。
5.根据权利要求4所述的可变断面竖井开挖装置，其特征在于，所述回转体（402）为闭合框架结构。
6.根据权利要求4所述的可变断面竖井开挖装置，其特征在于，所述上支撑（401）固定在固定盾体（101）上部，下支撑（403）固定在固定盾体（101）内部。
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