CN113464153B - 一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机 - Google Patents

Abstract

本案提供的适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，驱动电机通过驱动减速机、驱动轴、驱动支撑把扭矩传递给刀盘，带动刀盘旋转。在围岩条件较好时，撑紧油缸通过撑靴撑紧岩石洞壁，推进油缸推动铰接盾和前盾前移，再通过前盾上的驱动支撑推动刀盘，刀盘通过旋转与挤压破碎岩石并由出渣系统转运出去，完成隧道的开挖；待推进油缸达到行程后，撑紧盾内部撑紧油缸缩回，推进油缸缩回，撑紧盾前移，完成一个推进循环。针对软弱围岩的不利工况，在撑紧盾后部设计辅助撑紧机构以应对撑紧力不足，同时可在岩破碎时起到辅助撑紧作用和撑紧盾换步作用。本案具有设计合理、结构紧凑、挖掘效率高、满足岩石隧道施工要求等优点。

Description

一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机

技术领域

本发明属于隧道施工机械技术领域，特别适用于小直径(直径小于3m)快速施工的全断面岩石掘进机。

背景技术

目前，全断面岩石掘进机在中大断面岩石隧道施工中较成熟，但在在小直径岩石隧道施工中，受制于全断面岩石掘进机的结构限制，传统采用人工爆破法，月进尺不到100m，且工作环境异常恶劣。

因此，如何满足小直径岩石隧道施工要求，提高掘进效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，利用滚刀挤压破岩原理，机构设计合理、结构紧凑、操作空间合理、掘进效率高、满足小直径岩石隧道施工要求，解决了小直径岩石隧道安全高效施工难题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，包括刀盘、主机、主驱动系统、辅助撑紧机构和出渣系统；其中，

所述刀盘设置有刀盘溜渣板；

所述主机包括依次设置的前盾、铰接盾、伸缩盾和撑紧盾，所述铰接盾通过铰接油缸与所述前盾连接，所述铰接盾通过推进油缸与所述撑紧盾连接，所述伸缩盾与所述铰接盾搭接，所述伸缩盾通过伸缩盾油缸与所述撑紧盾连接，所述撑紧盾设置有撑紧油缸，所述撑紧油缸连接撑靴；

所述主驱动系统包括驱动支撑、驱动减速机、驱动电机和驱动轴，所述驱动支撑固定于所述前盾的前部且与所述刀盘连接，所述驱动减速机和所述驱动电机均固定于所述前盾的后部，所述驱动电机通过所述驱动减速机连接所述驱动轴，所述驱动轴与所述驱动支撑连接；

所述辅助撑紧机构设置于所述撑紧盾的后部，用于辅助撑紧以及所述撑紧盾的换步；

所述出渣系统贯穿所述主机，用于将所述刀盘的刀盘溜渣板截割渣料转运出去。

可选的，所述辅助撑紧机构包括底座、辅助推进油缸、辅助撑紧油缸和辅助撑靴，所述辅助推进油缸连接所述撑紧盾和所述辅助撑靴，所述底座与隧道接触，所述辅助撑紧油缸两端分别连接其两侧的所述辅助撑靴。

可选的，所述撑紧盾设置有撑紧杠杆，所述撑紧油缸连接所述撑紧杠杆和所述撑靴。

可选的，所述驱动轴上设置有旋转接头以及输水管，所述刀盘设置有喷嘴，外部水源依次通过所述旋转接头和所述输水管通入所述喷嘴。

可选的，所述输水管为开设于所述驱动轴上且贯穿轴线的通槽。

可选的，还包括罩设于所述撑紧盾后部的临时支护，用于操作人员在该区域对围岩进行支护。

可选的，所述出渣系统包括皮带机，所述皮带机的前部与所述刀盘溜渣板搭接、后部与隧道皮带机搭接。

可选的，所述皮带机位于所述主驱动系统上部。

可选的，所述前盾设置有稳定靴。

可选的，所述刀盘的外部边缘设置有预留换刀通道，以便更换。

本方案提供一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，有益效果在于：

驱动电机通过驱动减速机、驱动轴、驱动支撑把扭矩传递给刀盘，带动刀盘旋转。在围岩条件较好时，撑紧盾内部的撑紧油缸通过撑靴撑紧岩石洞壁，推进油缸提供推进力推动铰接盾和前盾前移，再通过固定在前盾上的驱动支撑推动刀盘，刀盘上的盘形滚刀通过旋转与挤压破碎岩石并由刀盘溜渣板将渣石转运到出渣系统上，再通过出渣系统把渣料转载到隧道皮带机上，完成隧道的开挖；待推进油缸达到行程后，撑紧盾内部撑紧油缸缩回，推进油缸缩回，撑紧盾前移，完成一个推进循环。针对软弱围岩的不利工况，在撑紧盾后部设计辅助撑紧机构以应对撑紧力不足，辅助撑紧机构在岩破碎时起到辅助撑紧作用和撑紧盾换步作用。

相比于现有技术，具有机构设计合理、结构紧凑、挖掘效率高、满足岩石隧道施工要求。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本方案提供的适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机的结构示意图；

图2为图1在A-A向的剖视图。

上图中：

刀盘1、前盾2、铰接盾3、撑紧盾4、临时支护5、辅助撑紧机构6、皮带机7、刀盘溜渣板8、驱动支撑9、旋转接头10、驱动减速机11、驱动电机12、伸缩盾13、撑紧杠杆14、驱动轴15、铰接油缸16、推进油缸17、伸缩盾油缸18、撑紧油缸19、辅助推进油缸20、辅助撑紧油缸21、辅助撑靴22、撑靴23、稳定靴24、支护区域M。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，机构设计合理、结构紧凑、操作空间合理、掘进效率高、满足小直径岩石隧道施工要求，解决了小直径岩石隧道安全高效施工难题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，本发明提供一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，包括刀盘1、主机、主驱动系统、辅助撑紧机构6和出渣系统。

其中，刀盘1设置有刀盘溜渣板8，用于通过自身旋转和挤压破碎岩石来截割成渣石、渣料。根据实际需要，刀盘1还设置有刀具、铲斗、喷水嘴、人员通道等结构。

主机包括依次设置的前盾2、铰接盾3、伸缩盾13和撑紧盾4，铰接盾3通过铰接油缸16与前盾2连接，铰接盾3通过推进油缸17与撑紧盾4连接，伸缩盾13与铰接盾3搭接，以保证掘进机掘进时围岩不外露。伸缩盾13通过伸缩盾油缸18与撑紧盾4连接。

主驱动系统包括驱动支撑9、驱动减速机11、驱动电机12和驱动轴15，用于向刀盘1提供旋转的驱动力。驱动支撑9固定于前盾2的前部且与刀盘1连接，驱动减速机11和驱动电机12均固定于前盾2的后部，驱动电机12通过驱动减速机11连接驱动轴15，驱动轴15与驱动支撑9连接。

辅助撑紧机构6设置于撑紧盾4的后部，用于辅助撑紧以及撑紧盾4的换步。

出渣系统贯穿主机，用于将刀盘1的刀盘溜渣板8截割渣料转运出去。

本案提供的适用于小直径的全断面岩石隧道掘进机的操作方法为：驱动电机12通过驱动减速机11、驱动轴15、驱动支撑9把扭矩传递给刀盘1，带动刀盘1旋转。在围岩条件较好时，撑紧盾4内部的撑紧油缸19通过撑靴23撑紧岩石洞壁，推进油缸17提供推进力推动铰接盾3和前盾2前移，再通过固定在前盾2上的驱动支撑9推动刀盘1，刀盘1上的盘形滚刀通过旋转与挤压破碎岩石并由刀盘溜渣板8将渣石转运到出渣系统上，再通过出渣系统把渣料转载到隧道皮带机上，完成隧道的开挖；待推进油缸17达到行程后，撑紧盾4内部撑紧油缸19缩回，稳定靴24撑紧到要求压力后，推进油缸17缩回，撑紧盾4前移，完成一个推进循环。

当然，为使刀盘1切割扭矩传递到后部撑靴23，还可以在伸缩盾13左右设计扭矩油缸，使扭矩传递路线为刀盘1-前盾2-铰接盾3-伸缩盾13-撑紧盾4-撑靴23-洞壁。

在本实施例中，针对软弱围岩的不利工况，在撑紧盾后部设计辅助撑紧机构以应对撑紧力不足，辅助撑紧机构6在岩破碎时起到辅助撑紧作用和撑紧盾4换步作用。具体地，辅助撑紧机构6包括底座、辅助推进油缸20、辅助撑紧油缸21和辅助撑靴22，辅助推进油缸20连接撑紧盾4和辅助撑靴22，为隧道掘进机的掘进提供推力；底座与隧道接触，用于支撑辅助撑紧推进机构；辅助撑紧油缸21两端分别连接其两侧的辅助撑靴22。

进一步的，撑紧盾4内设置有撑紧杠杆14，撑紧油缸19连接撑紧杠杆14和撑靴23。利用杠杆原理，解放撑紧盾4内部空间，解决人员进入前部和刀具运输问题，同时，可放大撑紧力，满足撑紧要求。

在围岩条件较差时，撑紧盾4的撑靴23不能提供足够的撑紧力，此时，撑紧盾内部的撑紧油缸19把撑靴23撑紧岩石洞壁，同时，调整辅助推进油缸20的行程，待辅助撑紧机构6的辅助撑靴22撑紧到较完整洞壁，锁死辅助推进油缸20，推进油缸17提供推进力推动铰接盾3和前盾2前移，再通过固定在前盾2上的驱动支撑9推动刀盘1，刀盘1通过盘形滚刀旋转与挤压破碎岩石并将渣石带到出渣系统上，在通过出渣系统把渣料转载到隧道皮带机上，完成隧道的开挖；待推进油缸17达到行程后，撑紧盾4内部撑紧油缸19缩回，利用辅助推进油缸20和辅助撑紧机构6完成撑紧盾4前移，完成一个推进循环。若设备需要调向时，通过分区控制铰接油缸16和推进油缸17的压力、行程，配合导向系统，完成设备调向工作。

为了达到良好的除尘降温作用，满足刀盘旋转时的喷雾要求，驱动轴15上设置有旋转接头10以及输水管，刀盘1设置有喷嘴，隧道供水经过加压泵二次加压把外部水源依次通过旋转接头10和输水管通入刀盘1上的喷嘴。刀盘为装有滚刀的全断面刀盘，具有喷雾功能。

特别的，为了减少附加部件，输水管开设在驱动轴上，使驱动轴内部形成输水管道。具体地，输水管为开设于驱动轴15上且贯穿轴线的通槽。旋转接头10在驱动轴15外部，位于驱动支撑9和驱动减速机11之间，用于将流体介质从静止的管道输入到旋转运动的驱动轴15的输水管中。

本方案还包括罩设于撑紧盾4后部的临时支护5，临时支护5的下方是支护区域M，用于操作人员在该区域对围岩进行支护。

在本实施例中，出渣系统包括皮带机7，皮带机7的前部与刀盘溜渣板8搭接、后部与隧道皮带机搭接，用于把刀盘截割渣料通过皮带机7转运到隧道皮带机上。此外，受狭小空间限制，皮带机7布置在主驱动系统的上部，刀盘溜渣板8螺旋设计，使刀盘1切割渣石从刀盘1前下部转运到刀盘1后上部的皮带机溜渣槽中。

前盾2设置有稳定靴24，稳定靴设置于前盾四周，在截割过程中起稳定机身作用。待推进油缸17达到行程后，撑紧盾4内部撑紧油缸19缩回，前盾4上稳定靴24油缸压力达到设定值，推进油缸17缩回，撑紧盾4前移，完成一个推进循环。

受狭小空间限制，为了便于更换，刀具更换方式为前部更换，刀盘1外缘设置预留换刀通道，刀具和人员可通过顶部皮带机7区域进入刀盘1前部。

综上，本案提供的一种适用于小直径的全断面岩石隧道掘进机与现有技术相比，具有机构设计合理、结构紧凑、挖掘效率高、满足岩石隧道施工要求、工作粉尘少等优点，将广泛地应用于小直径岩石隧道施工机械技术领域中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于小直径岩石隧道的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，包括刀盘（1）、主机、主驱动系统、辅助撑紧机构（6）和出渣系统；其中，

所述刀盘（1）设置有刀盘溜渣板（8）；

所述主机包括依次设置的前盾（2）、铰接盾（3）、伸缩盾（13）和撑紧盾（4），所述铰接盾（3）通过铰接油缸（16）与所述前盾（2）连接，所述铰接盾（3）通过推进油缸（17）与所述撑紧盾（4）连接，所述伸缩盾（13）与所述铰接盾（3）搭接，所述伸缩盾（13）通过伸缩盾油缸（18）与所述撑紧盾（4）连接，所述撑紧盾（4）设置有撑紧油缸（19），所述撑紧油缸（19）连接撑靴（23）；

所述主驱动系统包括驱动支撑（9）、驱动减速机（11）、驱动电机（12）和驱动轴（15），所述驱动支撑（9）固定于所述前盾（2）的前部且与所述刀盘（1）连接，所述驱动减速机（11）和所述驱动电机（12）均固定于所述前盾（2）的后部，所述驱动电机（12）通过所述驱动减速机（11）连接所述驱动轴（15），所述驱动轴（15）与所述驱动支撑（9）连接；

所述辅助撑紧机构（6）设置于所述撑紧盾（4）的后部，用于辅助撑紧以及所述撑紧盾（4）的换步；

所述出渣系统贯穿所述主机，用于将所述刀盘（1）的刀盘溜渣板（8）截割渣料转运出去；

所述辅助撑紧机构（6）包括底座、辅助推进油缸（20）、辅助撑紧油缸（21）和辅助撑靴（22），所述辅助推进油缸（20）连接所述撑紧盾（4）和所述辅助撑靴（22），所述底座与隧道接触，所述辅助撑紧油缸（21）两端分别连接其两侧的所述辅助撑靴（22）；

所述撑紧盾（4）设置有撑紧杠杆（14），所述撑紧油缸（19）连接所述撑紧杠杆（14）和所述撑靴（23）；

所述前盾（2）设置有稳定靴（24）。

2.根据权利要求1所述的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，所述驱动轴（15）上设置有旋转接头（10）以及输水管，所述刀盘（1）设置有喷嘴，外部水源依次通过所述旋转接头（10）和所述输水管通入所述喷嘴。

3.根据权利要求2所述的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，所述输水管为开设于所述驱动轴（15）上且贯穿轴线的通槽。

4.根据权利要求1所述的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，还包括罩设于所述撑紧盾（4）后部的临时支护（5），用于操作人员在该区域对围岩进行支护。

5.根据权利要求1所述的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，所述出渣系统包括皮带机（7），所述皮带机（7）的前部与所述刀盘溜渣板（8）搭接、后部与隧道皮带机搭接。

6.根据权利要求5所述的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，所述皮带机（7）位于所述主驱动系统上部。

7.根据权利要求1所述的紧凑型全断面岩石掘进机，其特征在于，所述刀盘（1）的外部边缘设置有预留换刀通道，以便更换。

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