CN112253126A - 一种竖井掘进机连杆同步支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及竖井盾构机技术领域，具体是一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，包括钢结构本体，以及设置在钢结构本体外周的若干个撑靴单元，还包括：设置在钢结构本体上的对应每个撑靴单元的连杆机构，以及用于驱动连杆机构动作的动力单元；连杆机构之间相互连接，以在动力单元驱动下，使撑靴单元同步从钢结构本体伸出或缩回。本发明连杆机构之间相互连接，通过动力单元带动连杆机构动作，实现撑靴单元的同步运动。本发明能够保证竖井掘进机稳定运转，减小竖井掘进机在掘进过程中的偏移量，提高竖井掘进机的作业效率。
Description
技术领域
本发明属于竖井盾构机技术领域，具体是一种竖井掘进机连杆同步支撑装置。
背景技术
竖井掘进机在破岩钻进作业时，需要对钻头施加一定的压力，也就是破岩钻压，同时以一定的扭矩驱动钻头旋转，两者共同作用将破岩能量传递到破岩滚刀上以实现高效破岩，最终形成所需井壁。竖井掘进机动力头依靠支撑推进系统提供的推力，实现对钻头施加钻压和扭矩，同时，支撑结构提供反扭矩，保持竖井掘进机的稳定运转。为保证竖井掘进机稳定运转，支撑结构在和井壁耦合时受力均衡至关重要。
目前竖井掘进机支撑装置存在如下几个缺点：
1、支撑装置撑靴动作不同步，导致设备运转不稳定。
2、支撑装置结构设计、受力情况不理想，导致设备整体显得笨重笨拙。
3、设备在竖井掘进过程中，支撑装置也起到稳定器的作用，支撑装置动作不同步导致设备掘进过程中产生偏移量大。为保证成井偏移量在允许公差范围内，需经常调整设备，作业效率低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其解决了竖井掘进机支撑装置动作不同步的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，包括钢结构本体，以及设置在钢结构本体外周的若干个撑靴单元，还包括：设置在钢结构本体上的对应每个撑靴单元的连杆机构，以及用于驱动连杆机构动作的动力单元；连杆机构之间相互连接，以在动力单元驱动下，使撑靴单元同步从钢结构本体伸出或缩回。
可选地，每一连杆机构包括：位于撑靴单元上方的两根第一连杆和两根第二连杆，以及第一直杆和第二直杆，其中，第一连杆的一端和第二连杆的一端分别铰接撑靴单元和钢结构本体，第一连杆的另一端和第二连杆的另一端与第一直杆的两端铰接，分别形成第一铰接端和第二铰接端，第二直杆的两端分别连接第一铰接端以及相邻连杆机构的第二铰接端；动力单元的输出端与第一直杆连接，当动力单元的输出端向后缩回时，第一直杆向动力单元缩回方向移动，撑靴单元同步缩回；当动力单元的输出端向前伸出时，第一直杆向动力单元伸出方向移动，撑靴单元同步伸出。
可选地，动力单元的固定端与钢结构本体连接，动力单元的输出端与第一直杆连接，用于驱动第一直杆动作。
可选地，撑靴单元包括撑靴，撑靴上方的两端分别与两根第一连杆铰接，通过撑靴两端的第一连杆动作共同带动撑靴沿钢结构本体的径向移动。
可选地，每一连杆机构还包括：位于撑靴单元下方的两根第一连杆和两根第二连杆，第一连杆的一端和第二连杆的一端分别铰接撑靴单元和钢结构本体，第一连杆的另一端和第二连杆的另一端与第一直杆的两端铰接。
可选地，位于撑靴单元一端上下方的两根第一连杆之间通过钢板连接，以增加装置的稳定性。
可选地，第二连杆为L形结构，L形结构的一个端点与钢结构本体铰接，L形结构的另一个端点与第二直杆的一端铰接，L形结构的中间顶点与第一连杆和第一直杆铰接；位于撑靴单元一端上下方的两根第二连杆之间通过钢板连接，以增加装置的稳定性。
可选地，撑靴单元还包括设置在撑靴中部的撑靴导向杆，钢结构本体的外周设有与撑靴导向杆配合的撑靴导向筒，使撑靴导向杆在撑靴导向筒内滑动，以约束撑靴沿钢结构本体的径向移动。
可选地，撑靴导向筒的两侧设有开孔，用于使第一直杆穿过。
可选地，撑靴导向杆的自由端设有凹槽，凹槽的尺寸大于第一直杆的尺寸，以防止在第一直杆穿过撑靴导向筒时与撑靴导向杆的自由端相互影响。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，通过动力单元带动连杆机构动作，两个相邻的撑靴单元之间通过与连杆机构转动连接，实现撑靴单元的同步运动。通过动力单元伸出和缩回，来实现支撑结构中每个撑靴撑紧和缩回动作的同步运行。
本发明通过连杆机构实现同步支撑，使撑靴动作同步，竖井掘进机运转稳定；结构受力均衡，当连杆机构处于死点位置时，撑靴的支撑力大，能够放大动力单元的推力。
本发明的各个撑靴单元在撑紧和缩回动作的同步，来满足支撑装置受力均衡，以保证竖井掘进机的稳定运转。
本发明能够保证竖井掘进机稳定运转、受力情况理想，减小竖井掘进机在掘进过程中的偏移量，提高竖井掘进机的作业效率。
附图说明
图1为本发明一种竖井掘进机连杆同步支撑装置的结构示意图。
图2为本发明一种竖井掘进机连杆同步支撑装置缩回状态结构示意图。
图3为本发明一种竖井掘进机连杆同步支撑装置伸出状态结构示意图。
图4为本发明一种竖井掘进机连杆同步支撑装置完全伸出状态结构示意图。
图5为本发明撑靴的受力分析图。
【附图标记说明】
1：钢结构本体；2：动力单元；3：撑靴；4：第一连杆；5：第二连杆；6：第一直杆；7：第二直杆；8：撑靴导向筒；9：撑靴导向杆；A：动力单元推力；B：连杆机构撑力；C：撑靴正压力。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”“左”、“右”等方位名词以图1的定向为参照。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例：参照图1，本发明应用于竖井掘进机支撑推进系统，其主要作用是施加和承载破岩钻压、旋转扭矩及产生的反作用力、反扭矩，并且有效地将力传递到管片中。本发明提供的竖井掘进机连杆同步支撑装置为竖井施工的掘进机械的一部分，包括钢结构本体1、动力单元2、撑靴单元和连杆机构等。
在钢结构本体1的外周设置若干个撑靴单元，相邻的两个撑靴单元通过连杆机构连接，以实现撑靴单元的同步运动。在钢结构本体1上设置与每个撑靴单元对应的动力单元2，每个动力单元2的动力输出端与一个连杆机构连接，用于驱动连杆机构动作，连杆机构之间相互连接，以在动力单元2驱动下，使撑靴单元同步沿钢结构本体1的径向伸出或缩回，以实现支撑竖井掘进机的目的。
具体地，每一个连杆机构包括：位于撑靴单元上方的两根第一连杆4和两根第二连杆5，以及第一直杆6和第二直杆7。
其中，第一连杆4的一端和第二连杆5的一端分别铰接撑靴单元和钢结构本体1，第一连杆4的另一端和第二连杆5的另一端与第一直杆6的两端铰接，分别形成第一铰接端和第二铰接端，第二直杆7的两端分别连接第一铰接端以及相邻连杆机构的第二铰接端，形成铰接闭环，从而实现连杆机构的同步动作，进而带动撑靴单元的同步运动。使支撑装置的整体同步性更好。
本实施例中，撑靴3一端的第一连杆4的一端、第二连杆5的一端和第一直杆6的一端通过销轴连接，形成第一铰接端。撑靴3另一端的第一连杆4的一端、第二连杆5的一端和第一直杆6的另一端通过销轴连接，形成第二铰接端。第二直杆7的两端分别连接第一铰接端以及相邻连杆机构的第二铰接端，形成铰接闭环，以实现动力单元2驱动第一直杆6动作，第一直杆6带动第一连杆4、第二连杆5、第二直杆7动作，当第一连杆4和第二连杆5处于死点位置时，撑靴3的支撑力大，能够放大动力单元2的推力。
动力单元2的输出端与第一直杆6连接，当动力单元2的输出端向后缩回时，第一直杆6向动力单元2缩回方向移动，撑靴单元同步缩回；当动力单元2的输出端向前伸出时，第一直杆6向动力单元2伸出方向移动，撑靴单元同步伸出。
动力单元2的固定端与钢结构本体1连接，动力单元2的动力输出端与第一直杆6连接，用于驱动第一直杆6动作。
撑靴单元包括撑靴3，撑靴3的两端分别与第一连杆4铰接，通过撑靴3两端的第一连杆4动作共同带动撑靴3运动。
本实施例中的动力单元2可以为油缸，也可以为气缸，但不限于上述结构。
本发明提供一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，通过动力单元2带动连杆机构动作，两个撑靴单元之间通过与连杆机构铰接，实现撑靴单元的同步运动。通过动力单元2伸出和缩回，来实现支撑装置中每个撑靴3伸出和缩回动作的同步运行。
本发明通过连杆机构实现同步支撑，使撑靴3动作同步，竖井掘进机运转稳定；结构受力均衡，当连杆机构处于死点位置时，撑靴3的支撑力大，能够放大动力单元2的推力。
本发明的各个撑靴单元在伸出和缩回动作的同步，来满足支撑装置受力均衡，以保证竖井掘进机的稳定运转。
本发明能够保证竖井掘进机稳定运转、受力情况理想，减小竖井掘进机在掘进过程中的偏移量，提高竖井掘进机的作业效率。
在上述实施例的基础上，本发明中，动力单元2上还安装位移传感器(图中未示出)以控制撑靴3伸出和缩回的行程。
具体地，位移传感器与控制装置连接，通过控制装置控制动力单元2伸出和缩回的行程，进而控制撑靴3伸出和缩回的行程。
在上述实施例的基础上，本发明中，每一个连杆机构还包括：位于撑靴单元下方的两根第一连杆4和两根第二连杆5，第一连杆4的一端和第二连杆5的一端分别铰接撑靴单元和钢结构本体1，第一连杆4的另一端和第二连杆5的另一端与第一直杆6的两端铰接。
在撑靴3一端的上下两侧分别铰接两根第一连杆4，可以有效地增加装置的稳定性。
其中，撑靴3一端的上下两侧的两根第一连杆4之间通过钢板连接，以增加装置的稳定性。撑靴3一端的上下两侧的两根第二连杆5之间通过钢板连接，以增加装置的稳定性。
本实施例中，撑靴3一端的上下两侧的两根第一连杆4的一端内侧分别设置两根第二连杆5，两根第二连杆5的内侧设置一根第一直杆6，两根第一连杆4的一端、两根第二连杆5的一端和一根第一直杆6的一端通过销轴连接，形成第一铰接端。撑靴3另一端的上下两侧的两根第一连杆4的一端、两根第二连杆5的一端和一根第一直杆6的另一端通过销轴连接，形成第二铰接端。第二直杆7的两端分别连接第一铰接端以及相邻连杆机构的第二铰接端，形成铰接闭环，以实现动力单元2驱动第一直杆6动作，第一直杆6带动第一连杆4、第二连杆5、第二直杆7动作，当第一连杆4和第二连杆5处于死点位置时，撑靴3的支撑力大，能够放大动力单元2的推力。
当然，本发明不限于上述连杆机构的结构，还可以是如下结构：两根第一连杆4的外侧分别设置两根第二连杆5，两根第一连杆4的内侧设置一根第一直杆6，两根第一连杆4、两根第二连杆5和一根第一直杆6通过销轴连接，同样可以起到上述的效果。
具体地，第二连杆5为L形结构，L形结构的一个端点与钢结构本体1铰接，L形结构的另一个端点与第二直杆7的一端铰接，L形结构的中间顶点与第一连杆4和第一直杆6铰接。L形结构的中间顶点到L形结构的一个端点之间的部分为第一铰接端或第二铰接端，通过第二直杆7的两端分别连接两个相邻的连杆机构的第一铰接端和第二铰接端，实现撑靴3沿钢结构本体1径向上的同步伸缩。
在上述实施例的基础上，参见图4，钢结构本体1的外周设有与撑靴3数量相同的撑靴导向筒8，撑靴3的中部设有与撑靴导向筒8配合的撑靴导向杆9，撑靴导向杆9在撑靴导向筒8内滑动，以起到导向撑靴3的作用，避免撑靴3在伸出或缩回时的不稳定性。
本实施例的撑靴3数量为6个，6个撑靴3通过撑靴导向杆9均布安装在撑靴导向筒8内。6个动力单元2串联，由一个位移传感器控制动力单元2的伸出和缩回行程。
具体地，撑靴导向筒8的两侧设有开孔，用于使第一直杆6穿过。
撑靴导向杆9的自由端设有凹槽，凹槽的尺寸大于第一直杆6的尺寸，以防止在第一直杆6穿过撑靴导向筒8时与撑靴导向杆9的自由端相互影响。
参照图2，撑靴3处于缩回状态时，动力单元2缩回，驱动第一直杆6向动力单元2缩回方向动作，进而驱动第一连杆4、第二连杆5、第二直杆7同时向动力单元2缩回方向动作，使所有撑靴3沿钢结构本体1的径向向内缩回，实现撑靴3缩回动作同步。
参照图3，撑靴3处于撑紧井帮状态时，动力单元2伸出，驱动第一直杆6向动力单元2伸出方向动作，进而驱动第一连杆4、第二连杆5、第二直杆7同时向动力单元2伸出方向动作，使所有撑靴3沿钢结构本体1的径向向外伸出，实现撑靴3撑紧动作同步。
参照图4，撑靴3处于完全伸出状态时，动力单元2伸出达到最大行程，撑靴3两端第一连杆4、第二连杆5完全伸直，此时，第一连杆4、第二连杆5在一条直线上。图3为撑靴3撑紧井帮的状态，继续伸出动力单元2可增大撑靴3和井帮径向和轴向摩擦力，以抵抗竖井掘进机重力和竖井掘进机运转时的扭力，保证竖井掘进机稳定运转。
参照图5，根据受力三角形可知，此受力结构由很小的动力单元推力A即可以获得很大的撑靴正压力C。此连杆同步支撑装置受力均衡，放大了动力单元2的推力，三角形受力结构使支撑装置结构更稳固，死点支撑力大。
本发明的工作流程为：
首先，在竖井掘进机刚开始钻进的时候，撑靴3处于缩回状态。参见图2，动力单元2的一端固定在钢结构本体1上，动力单元2的另一端与第一直杆6连接，第一直杆6的一端分别与第一连杆4、第二连杆5铰接，第一连杆4的一端与撑靴3铰接，第二连杆5与钢结构本体1和第二直杆7铰接。两个相邻的撑靴单元通过与连杆机构铰接，从而形成铰接闭环，实现撑靴3的同步运动。此时的运动路径为：动力单元2缩回，驱动第一直杆6、第一连杆4、第二连杆5运动，带动撑靴3缩回，带动第二直杆7运动，进而带动所有撑靴3同步缩回。
然后，在竖井掘进机钻进的过程中，撑靴3处于伸出状态。参见图3，此时的运动路径为：动力单元2伸出，带动第一直杆6、第一连杆4、第二连杆5运动，带动撑靴3伸出，带动第二直杆7运动，进而带动所有撑靴3同步伸出。
最后，在竖井掘进机钻进的作业完成后，再把撑靴3缩回，将整个竖井掘进机提升至井外。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，包括钢结构本体(1)，以及设置在钢结构本体(1)外周的若干个撑靴单元，其特征在于，
还包括：设置在钢结构本体(1)上的对应每个撑靴单元的连杆机构，以及用于驱动连杆机构动作的动力单元(2)；
所述连杆机构之间相互连接，以在所述动力单元(2)驱动下，使所述撑靴单元同步从所述钢结构本体(1)伸出或缩回。
2.如权利要求1所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
每一所述连杆机构包括：位于撑靴单元上方的两根第一连杆(4)和两根第二连杆(5)，以及第一直杆(6)和第二直杆(7)，其中，所述第一连杆(4)的一端和所述第二连杆(5)的一端分别铰接撑靴单元和钢结构本体(1)，所述第一连杆(4)的另一端和所述第二连杆(5)的另一端与所述第一直杆(6)的两端铰接，分别形成第一铰接端和第二铰接端，所述第二直杆(7)的两端分别连接所述第一铰接端以及相邻连杆机构的第二铰接端；
所述动力单元(2)的输出端与所述第一直杆(6)连接，当动力单元(2)的输出端向后缩回时，所述第一直杆(6)向动力单元(2)缩回方向移动，所述撑靴单元同步缩回；当动力单元(2)的输出端向前伸出时，所述第一直杆(6)向动力单元(2)伸出方向移动，所述撑靴单元同步伸出。
3.如权利要求2所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
所述动力单元(2)的固定端与钢结构本体(1)连接，动力单元(2)的输出端与第一直杆(6)连接，用于驱动第一直杆(6)动作。
4.如权利要求2所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
所述撑靴单元包括撑靴(3)，所述撑靴(3)上方的两端分别与两根第一连杆(4)铰接，通过撑靴(3)两端的第一连杆(4)动作共同带动撑靴(3)沿钢结构本体(1)的径向移动。
5.如权利要求2所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
每一所述连杆机构还包括：位于撑靴单元下方的两根第一连杆(4)和两根第二连杆(5)，所述第一连杆(4)的一端和所述第二连杆(5)的一端分别铰接撑靴单元和钢结构本体(1)，所述第一连杆(4)的另一端和所述第二连杆(5)的另一端与所述第一直杆(6)的两端铰接。
6.如权利要求5所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
位于撑靴单元一端上下方的两根第一连杆(4)之间通过钢板连接，以增加装置的稳定性。
7.如权利要求5所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
所述第二连杆(5)为L形结构，L形结构的一个端点与钢结构本体(1)铰接，L形结构的另一个端点与第二直杆(7)的一端铰接，L形结构的中间顶点与第一连杆(4)和第一直杆(6)铰接；
位于撑靴单元一端上下方的两根第二连杆(5)之间通过钢板连接，以增加装置的稳定性。
8.如权利要求4所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
所述撑靴单元还包括设置在撑靴(3)中部的撑靴导向杆(9)，
所述钢结构本体(1)的外周设有与撑靴导向杆(9)配合的撑靴导向筒(8)，使撑靴导向杆(9)在撑靴导向筒(8)内滑动，以约束撑靴(3)沿钢结构本体(1)的径向移动。
9.如权利要求8所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
所述撑靴导向筒(8)的两侧设有开孔，用于使第一直杆(6)穿过。
10.如权利要求9所述的一种竖井掘进机连杆同步支撑装置，其特征在于，
所述撑靴导向杆(9)的自由端设有凹槽，凹槽的尺寸大于第一直杆(6)的尺寸，以防止在第一直杆(6)穿过撑靴导向筒(8)时与撑靴导向杆(9)的自由端相互影响。
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2020
- 2020-09-07 CN CN202010931173.0A patent/CN112253126B/zh active Active
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