CN113323684A - 一种掘进机用支撑系统、掘进机及掘进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种掘进机用支撑系统，支撑系统包括安装件、撑靴组件、动力件、第一伸缩件以及第二伸缩件；动力件能根据工况带动撑靴组件撑紧在洞壁上，为掘进机提供支撑反力，并且第一伸缩件能推动掘进机向前换步，第二伸缩件拖动外部辅助设备前进，从而实现换步。本发明还公开了一种掘进机，包括掘进机本体、撑紧盾以及掘进机用支撑系统；本发明通过设置撑紧盾和支撑系统为掘进机本体提供有效的支反力，在极限工况下，支撑系统能提供支撑反力并且还能将撑紧盾向前推进，从而完成换步。本发明还公开了一种掘进方法，包括使用掘进机在三种工况下的掘进，通过三种不同工况下的掘进方法，能适应施工过程中的各种突发情况，便于施工的有序进行。

Description

一种掘进机用支撑系统、掘进机及掘进方法
技术领域
本发明涉及掘进机技术领域，具体涉及一种掘进机用支撑系统、掘进机以及掘进方法。
背景技术
TBM(隧道掘进机)在软岩地质施工过程中需要支撑设备为掘进机的推进系统提供支反力，但现有技术中的掘进机存在以下问题：1、支撑设备提供的支撑力不足，导致刀盘掘进失效；2、与掘进机连接的外部辅助设备(如后配套设施)重量过重，掘进机无法有效拖动外部辅助设备前进，从而无法实现换步；
综上所述，急需一种能提供有效支反力以及便于拖动外部辅助设备前进的掘进机用支撑系统、掘进机以及掘进方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种能提供有效支反力以及便于拖动外部辅助设备前进的掘进机用支撑系统、掘进机以及掘进方法，具体技术方案如下：
一种掘进机用支撑系统，支撑系统包括安装件、撑靴组件、动力件、第一伸缩件以及第二伸缩件；所述安装件滑动设置在外部辅助设备上；所述动力件设置在安装件上；所述撑靴组件设置在动力件上，通过动力件带动撑靴组件撑紧洞壁或与洞壁脱离接触；所述第一伸缩件的两端分别与掘进机以及安装件活动连接；所述第二伸缩件的两端分别与掘进机以及外部辅助设备活动连接。
以上技术方案优选的，所述撑靴组件设有两组；两组撑靴组件分别设置在动力件的两端。
以上技术方案优选的，所述撑靴组件包括内套筒和第一撑靴；所述第一撑靴设置在内套筒上；所述动力件与内套筒连接，通过动力件带动第一撑靴沿垂直于洞壁方向撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。
以上技术方案优选的，所述第一伸缩件和第二伸缩件的数量均为两组。
以上技术方案优选的，所述第一伸缩件和第二伸缩件均为伸缩油缸或伸缩气缸。
一种掘进机，包括掘进机本体、撑紧盾以及所述的掘进机用支撑系统；所述掘进机本体、撑紧盾以及掘进机用支撑系统沿掘进方向依次设置；所述掘进机用支撑系统的第一伸缩件和第二伸缩件均与撑紧盾活动连接，所述撑紧盾与掘进机本体连接，用于提供支反力。
以上技术方案优选的，所述撑紧盾包括护盾、撑靴伸缩件和第二撑靴；所述第一伸缩件和第二伸缩件均与护盾活动连接；所述护盾与掘进机本体连接；所述撑靴伸缩件设置在护盾上；所述第二撑靴设置在撑靴伸缩件上，通过撑靴伸缩件带动第二撑靴沿垂直于洞壁方向撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。
以上技术方案优选的，还包括固定件；所述外部辅助设备和安装件之间均设有固定部；所述固定件设置在固定部内，用于外部辅助设备和安装件的稳固。
以上技术方案优选的，所述固定部为安装孔；所述固定件为销轴；所述销轴设置在安装孔内实现外部辅助设备和安装件的稳固。
一种掘进方法，包括使用所述的掘进机在三种工况下的掘进，具体如下：
第一种工况：
步骤A1：撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，为掘进机本体提供支反力；
步骤A2：掘进机本体朝向掌子面向前掘进；
步骤A3：掘进完成后，撑紧盾的第二撑靴与洞壁脱离接触；掘进机本体将撑紧盾、外部辅助设备以及支撑系统沿掘进方向向前拖进，从而完成掘进的一个循环；
第二种工况：
步骤B1：撑紧盾的第二撑靴撑紧在洞壁上，为掘进机本体提供支反力；支撑系统的动力件带动撑靴组件撑紧在洞壁上，为撑紧盾提供支反力；
步骤B2：掘进机本体朝向掌子面向前掘进；
步骤B3：撑紧盾的第二撑靴与洞壁脱离接触，支撑系统的撑靴组件保持撑紧洞壁；掘进机本体将撑紧盾以及外部辅助设备朝向掌子面向前拖进，同时第一伸缩件朝向掌子面向前伸出提供推进动力；第一伸缩件推进完成后，撑靴组件与洞壁脱离接触，第一伸缩件将安装件朝向掌子面向前拖进，从而完成掘进的一个循环；
第三种工况：
步骤C1：支撑系统的安装件与外部辅助设备通过固定件固定连接；支撑系统的撑靴组件撑紧洞壁，支撑系统和外部辅助设备为撑紧盾提供支反力；
步骤C2：掘进机本体朝向掌子面向前掘进；
步骤C3：第一伸缩件和第二伸缩件朝向掌子面向前伸出，从而将撑紧盾朝向掌子面向前推出一定距离后，撑紧盾的第二撑靴撑紧洞壁，支撑系统的撑靴组件与洞壁脱离接触；第一伸缩件和第二伸缩件靠近外部辅助设备的这一端朝向掌子面收缩，从而带动支撑系统以及外部辅助设备朝向掌子面向前拖进；从而完成掘进的一个循环。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的掘进机用支撑系统，支撑系统包括安装件、撑靴组件、动力件、第一伸缩件以及第二伸缩件；动力件能根据工况带动撑靴组件撑紧在洞壁上，为掘进机提供支撑反力，并且第一伸缩件能推动掘进机向前换步，第二伸缩件拖动外部辅助设备(如后配套设施)沿掘进方向前进，从而实现外部辅助设备的换步。
(2)本发明的撑靴组件设有两组，通过两组撑靴组件撑紧在洞壁上，保证稳定性，从而为掘进机提供足够的支撑反力。
(3)本发明的撑靴组件包括内套筒和第一撑靴；内套筒设置在动力件的一端上，第一撑靴设置在内套筒靠近洞壁一端的端部上，通过动力件带动内套筒运动，使得第一撑靴撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。
(4)本发明的第一伸缩件和第二伸缩件的数量均为两组，保证能有效推动掘进机前进以及拖动外部辅助设备前进，并且两组第一伸缩件或第二伸缩件左右对称设置，保证结构的稳定性。优选第一伸缩件以及第二伸缩件为伸缩油缸或伸缩气缸，能提供有效的动力。
一种掘进机，包括掘进机本体、撑紧盾以及所述的掘进机用支撑系统；所述撑紧盾分别与支撑系统的第一伸缩件和第二伸缩件活动连接，所述撑紧盾用于为掘进机本体提供支反力，现有技术中单一的支撑设备无法适应各种工况，本发明通过设置撑紧盾和支撑系统为掘进机本体提供有效的支反力，并且在极限工况下(即掘进前方因塌方造成洞壁破损，撑紧盾不能撑紧固定)撑紧盾不能提供支撑反力以及不能进行换步时，支撑系统能撑紧洞壁提供支撑反力并且还能将撑紧盾向前推进，从而完成换步；在掘进机进行斜井掘进时，支撑系统可以提供额外支撑，防止掘进机整体下滑。
(1)本发明的撑紧盾包括护盾、撑靴伸缩件和第二撑靴；通过撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，从而为掘进机提供支反力。
(2)本发明还包括固定件；通过固定件将外部辅助设备和安装件进行固定，使得外部辅助设备也能为撑紧盾提供支撑反力，并且在极限工况下(如撑紧盾被掩埋时)，第二伸缩件能和第一伸缩件一起推动撑紧盾向前换步；换步完成后第一伸缩件和第二伸缩件将支撑系统和外部辅助设备朝向掌子面向前拖进。
(3)本发明的固定部为安装孔；所述固定件为销轴，通过销轴和孔的配合实现外部辅助设备和安装件的固定，结构强度高，且方便快捷。
一种掘进方法，包括使用所述的掘进机在三种工况下的掘进，通过三种不同工况下的掘进方法，能适应施工过程中的各种突发情况，便于施工的有序进行。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本实施例的掘进机的结构示意图；
图2是图1中支撑系统和撑紧盾的结构示意图；
图3是图2的侧视剖面图；
图4是图1的A-A视图；
图5是本实施例第一种工况下支撑系统、撑紧盾和滑车的配合示意图；
图6是本实施例第二种工况下支撑系统、撑紧盾和滑车的配合示意图；
图7是本实施例第三种工况下支撑系统、撑紧盾和滑车的配合示意图；
其中，1、支撑系统；1.1、安装件；1.2、撑靴组件；1.21、内套筒；1.22、第一撑靴；1.3、动力件；1.4、第一伸缩件；1.5、第二伸缩件；2、掘进机；2.1、撑紧盾；2.11、护盾；2.12、撑靴伸缩件；2.13、第二撑靴；2.2、刀盘；2.3、前盾；2.4、主驱动；2.5、推进系统；2.6、掘进机本体；3、外部辅助设备；3.1、滑车；4、托梁；5、固定件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例：
一种掘进机用支撑系统，支撑系统1包括安装件1.1、撑靴组件1.2、动力件1.3、第一伸缩件1.4以及第二伸缩件1.5；所述撑靴组件1.2数量设有两组；撑靴组件1.2包括内套筒1.21和第一撑靴1.22，如图1-5所示，具体如下：
如图3所示，所述安装件1.1(形状为圆筒)通过导轨滑动设置在外部辅助设备3上(如后配套设施，后配套设施参考现有结构)，安装件1.1能沿掘进方向在外部辅助设备3的滑车3.1上滑移；安装件水平设置且安装件的轴向垂直于洞壁；两组撑靴组件1.2的内套筒1.21分别设置在安装件的左右两端内，能沿其轴向在安装件内滑移；所述第一撑靴1.22设置在内套筒靠近洞壁的一端；所述动力件1.3(如伸缩油缸)设置在安装件内，且动力件的两端分别固定连接两组内套筒，通过动力件推动内套筒沿其轴向运动，从而带动第一撑靴撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。图3中示意了两组动力件。此处形状为圆筒形的安装件能为内套筒1.21进行导向。
所述第一伸缩件1.4和第二伸缩件1.5的第一端均与掘进机2的撑紧盾2.1铰接，第一伸缩件的第二端与安装件1.1铰接，第二伸缩件的第二端与外部辅助设备3(具体是滑车)铰接；所述第一伸缩件和第二伸缩件的伸缩方向与掘进方向一致。所述第一伸缩件和第二伸缩件均优选为伸缩油缸。
本实施例还公开了一种掘进机，如图1所示，所述掘进机包括掘进机本体2.6、撑紧盾2.1以及所述的掘进机用支撑系统；所述掘进机本体2.6、撑紧盾2.1以及掘进机用支撑系统沿掘进方向依次设置，所述掘进机本体2.6靠近掌子面，用于掘进；撑紧盾用于为掘进机本体(具体是为掘进机本体的推进系统提供支反力)掘进时提供支反力，保证掘进机本体能有效掘进。
撑紧盾2.1结构具体是：所述撑紧盾2.1包括护盾2.11、撑靴伸缩件2.12和第二撑靴2.13；所述护盾位于掘进机本体的推进系统2.5的后方，且护盾与推进系统连接，从而为推进系统提供支反力；所述第一伸缩件以及第二伸缩件均与护盾2.11上的托梁4铰接；
所述撑靴伸缩件2.12(如伸缩油缸)设置在护盾上，所述第二撑靴2.13设置在撑靴伸缩件的伸缩端上(具体是设置在撑靴伸缩件靠近洞壁的一端)，通过撑靴伸缩件带动第二撑靴沿垂直于洞壁的方向撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。第二撑靴和撑靴伸缩件的数量均设有两组，且一一对应设置。
优选的，还包括固定件5；所述外部辅助设备3(具体是外部辅助设备的滑车)和安装件之间均设有固定部；所述固定件设置在固定部内，用于外部辅助设备和安装件的稳固，具体是：所述固定部为安装孔；所述固定件为销轴；所述销轴穿过外部辅助设备和安装件上的安装孔，从而实现稳固。除此之外，固定件也可以是螺栓，所述固定部为与螺栓配合的螺纹孔。
所述掘进机本体2.6的其他结构参考现有结构，如图1所示，掘进机本体2.6包括刀盘2.2、前盾2.3、主驱动2.4以及推进系统2.5；所述刀盘用于掘进；所述主驱动用于驱动刀盘工作；所述主驱动设置在前盾内，前盾用于保护主驱动；所述推进系统的两端分别连接前盾和撑紧盾的护盾2.11，通过推进系统推动前盾从而实现刀盘掘进。
本实施例还公开了一种掘进方法，包括使用所述的掘进机在三种工况下的掘进，具体如下：
第一种工况(即正常工况，撑紧盾为推进系统提供的支反力足够，因此支撑系统不工作)，如图5所示，图5箭头示意撑紧盾运动方向：
步骤A1(支撑)：撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，为推进系统提供支反力；
步骤A2(掘进)：推进系统推动前盾朝向掌子面前进，从而带动刀盘掘进；
步骤A3(换步)：掘进完成后，撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴与洞壁脱离接触；推进系统将撑紧盾、外部辅助设备以及支撑系统沿掘进方向向前拖进，从而完成掘进的一个循环。
第二种工况(即第一种极限工况，因掘进前方洞壁破损，撑紧盾的第二撑靴不能有效的撑紧在洞壁上，从而不能提供稳固的支反力，此时，支撑系统和撑紧盾都进行工作)，如图6所示，图6箭头示意第一伸缩件伸缩方向：
步骤B1(支撑)：撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，为推进系统提供支反力；支撑系统的动力件带动第一撑靴撑紧在洞壁上，为撑紧盾提供支反力；
步骤B2(掘进)：推进系统推动前盾朝向掌子面前进，从而带动刀盘掘进；
步骤B3(换步)：撑紧盾的第二撑靴与洞壁脱离接触，推进系统将撑紧盾以及外部辅助设备朝向掌子面向前拖进，此时支撑系统的第一撑靴保持撑紧洞壁状态，并且第一伸缩件朝向掌子面向前伸出提供推进动力，避免前盾的稳定性不足而使得推进系统不能拉动外部辅助设备朝向掌子面前进，反而被拖回；第一伸缩件推进完成后，第一撑靴与洞壁脱离接触，第一伸缩件将安装件朝向掌子面向前拖进，从而完成掘进的一个循环。
第三种工况(即第二种极限工况，掘进前方因塌方严重，撑紧盾被虚渣掩埋，撑紧盾失效，此时支撑系统工作)，如图7所示，图7箭头示意第一伸缩件和第二伸缩件伸缩方向：
步骤C1(支撑)：支撑系统的安装件与外部辅助设备的滑车通过固定件固定连接；支撑系统的第一撑靴撑紧洞壁，因安装件与滑车固定连接，使得支撑系统和外部辅助设备都能为撑紧盾提供支反力；
步骤C2(掘进)：推进系统推动前盾朝向掌子面前进，从而带动刀盘掘进；
步骤C3(换步)：第一伸缩件和第二伸缩件朝向掌子面向前伸出，从而将撑紧盾向前推出塌方段后，撑紧盾的第二撑靴撑紧洞壁，支撑系统的第一撑靴与洞壁脱离接触；第一伸缩件和第二伸缩件靠近外部辅助设备的这一端朝向掌子面收缩，从而带动支撑系统以及外部辅助设备朝向掌子面向前拖进，此时支撑系统和外部辅助设备固定在一起向前运动；离开塌方段后，撑紧盾继续工作，从而完成掘进的一个循环。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种掘进机用支撑系统，其特征在于，支撑系统(1)包括安装件(1.1)、撑靴组件(1.2)、动力件(1.3)、第一伸缩件(1.4)以及第二伸缩件(1.5)；
所述安装件(1.1)滑动设置在外部辅助设备(3)上；所述动力件(1.3)设置在安装件(1.1)上；所述撑靴组件(1.2)设置在动力件(1.3)上，通过动力件(1.3)带动撑靴组件(1.2)撑紧洞壁或与洞壁脱离接触；
所述第一伸缩件(1.4)的两端分别与掘进机(2)以及安装件(1.1)活动连接；所述第二伸缩件(1.5)的两端分别与掘进机(2)以及外部辅助设备(3)活动连接。
2.根据权利要求1所述的掘进机用支撑系统，其特征在于，所述撑靴组件(1.2)设有两组；两组撑靴组件分别设置在动力件(1.3)的两端。
3.根据权利要求2所述的掘进机用支撑系统，其特征在于，所述撑靴组件(1.2)包括内套筒(1.21)和第一撑靴(1.22)；所述第一撑靴(1.22)设置在内套筒(1.21)上；所述动力件(1.3)与内套筒(1.21)连接，通过动力件(1.3)带动第一撑靴(1.22)沿垂直于洞壁方向撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的掘进机用支撑系统，其特征在于，所述第一伸缩件(1.4)和第二伸缩件(1.5)的数量均为两组。
5.根据权利要求4所述的掘进机用支撑系统，其特征在于，所述第一伸缩件(1.4)和第二伸缩件(1.5)均为伸缩油缸或伸缩气缸。
6.一种掘进机，其特征在于，包括掘进机本体(2.6)、撑紧盾(2.1)以及如权利要求1-5任意一项所述的掘进机用支撑系统；所述掘进机本体(2.6)、撑紧盾(2.1)以及掘进机用支撑系统沿掘进方向依次设置；所述掘进机用支撑系统的第一伸缩件(1.4)和第二伸缩件(1.5)均与撑紧盾(2.1)活动连接，所述撑紧盾与掘进机本体连接，用于提供支反力。
7.根据权利要求6所述的掘进机，其特征在于，所述撑紧盾(2.1)包括护盾(2.11)、撑靴伸缩件(2.12)和第二撑靴(2.13)；所述第一伸缩件(1.4)和第二伸缩件(1.5)均与护盾(2.11)活动连接；所述护盾与掘进机本体连接；所述撑靴伸缩件(2.12)设置在护盾上；所述第二撑靴(2.13)设置在撑靴伸缩件上，通过撑靴伸缩件带动第二撑靴沿垂直于洞壁方向撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。
8.根据权利要求6或7所述的掘进机，其特征在于，还包括固定件(5)；所述外部辅助设备(3)和安装件(1.1)之间均设有固定部；所述固定件设置在固定部内，用于外部辅助设备(3)和安装件(1.1)的稳固。
9.根据权利要求8所述的掘进机，其特征在于，所述固定部为安装孔；所述固定件为销轴；所述销轴设置在安装孔内实现外部辅助设备和安装件的稳固。
10.一种掘进方法，其特征在于，包括使用权利要求9所述的掘进机在三种工况下的掘进，具体如下：
第一种工况：
步骤A1：撑紧盾(2.1)的撑靴伸缩件(2.12)带动第二撑靴(2.13)撑紧在洞壁上，为掘进机本体(2.6)提供支反力；
步骤A2：掘进机本体(2.6)朝向掌子面向前掘进；
步骤A3：掘进完成后，撑紧盾(2.1)的第二撑靴(2.13)与洞壁脱离接触；掘进机本体(2.6)将撑紧盾(2.1)、外部辅助设备(3)以及支撑系统(1)沿掘进方向向前拖进，从而完成掘进的一个循环；
第二种工况：
步骤B1：撑紧盾(2.1)的第二撑靴(2.13)撑紧在洞壁上，为掘进机本体(2.6)提供支反力；支撑系统(1)的动力件(1.3)带动撑靴组件(1.2)撑紧在洞壁上，为撑紧盾(2.1)提供支反力；
步骤B2：掘进机本体(2.6)朝向掌子面向前掘进；
步骤B3：撑紧盾(2.1)的第二撑靴(2.13)与洞壁脱离接触，支撑系统(1)的撑靴组件(1.2)保持撑紧洞壁；掘进机本体(2.6)将撑紧盾(2.1)以及外部辅助设备(3)朝向掌子面向前拖进，同时第一伸缩件(1.4)朝向掌子面向前伸出提供推进动力；第一伸缩件推进完成后，撑靴组件(1.2)与洞壁脱离接触，第一伸缩件(1.4)将安装件(1.1)朝向掌子面向前拖进，从而完成掘进的一个循环；
第三种工况：
步骤C1：支撑系统(1)的安装件(1.1)与外部辅助设备(3)通过固定件(5)固定连接；支撑系统的撑靴组件(1.2)撑紧洞壁，支撑系统(1)和外部辅助设备(3)为撑紧盾(2.1)提供支反力；
步骤C2：掘进机本体(2.6)朝向掌子面向前掘进；
步骤C3：第一伸缩件(1.4)和第二伸缩件(1.5)朝向掌子面向前伸出，从而将撑紧盾(2.1)朝向掌子面向前推出一定距离后，撑紧盾的第二撑靴(2.13)撑紧洞壁，支撑系统的撑靴组件(1.2)与洞壁脱离接触；第一伸缩件(1.4)和第二伸缩件(1.5)靠近外部辅助设备(3)的这一端朝向掌子面收缩，从而带动支撑系统(1)以及外部辅助设备(3)朝向掌子面向前拖进；从而完成掘进的一个循环。
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