CN113898361A - 一种掘进机及其撑靴单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掘进机及其撑靴单元，掘进机的撑靴单元包括：鞍架，鞍架两侧分别通过伸缩驱动结构横向可伸缩地支撑装配有撑靴；每侧伸缩驱动结构分别包括伸出驱动结构，伸出驱动结构包括内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁，内侧超导电磁铁固定在鞍架上，外侧超导电磁铁固定在相应撑靴上，内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁可用于通电产生磁斥力，进而驱动相应侧撑靴向外伸出。相比于现有技术中的撑靴油缸提供的推力，本发明给超导电磁铁通电产生的磁斥力由通电量决定，上限很高，整体尺寸不需要设计的很大就容易提供较大的撑顶作用力。

Description

一种掘进机及其撑靴单元

技术领域

本发明属于掘进机撑靴技术领域，具体涉及一种掘进机及其撑靴单元。

背景技术

现有掘进机的结构如授权公告号为CN106285703B的中国发明专利中公开的隧道掘进机，包括掘进机本体，掘进机本体上设置鞍架，鞍架上安装有撑靴，撑靴由油缸驱动动作，在掘进机掘进过程中，撑靴撑顶洞壁产生的摩擦力作为整机掘进支反力向前掘进。在部分工况下，例如极硬岩地质情况下，所需掘进动力较大，撑靴提供的支反力不足，导致整机掘进过程中振动严重，掘进效率缓慢。实际上，这种支反力不足的情况，还经常发生在软弱围岩、破碎围岩情况下，由于围岩不能提供良好的基础，无法为撑靴提供有效的撑顶作用力。

另外，掘进机刀盘旋转开挖时产生的扭矩，最终通过整机的撑靴单元传递到隧道洞壁上，尤其是在刀盘启动瞬间，刀盘所受扭矩很大，撑靴就承受了很大的扭矩，若撑靴与隧道洞壁产生的摩擦力较小时，容易发生设备姿态异常情况，造成施工偏差，存在引起施工事故的风险。

面对上述特殊工况，传统撑靴油缸提供的推力存在上限，即撑靴与隧道洞壁产生的摩擦力有限，不能很好地适应上述异常工况，同时隧道掘进机的结构一般较为紧凑，几乎没有多余空间提供安装多组油缸或更大推力油缸（对应更大的推力油缸，需要配置大适用于较大推力油缸的油泵及油路系统），因此，急需探索采用其他可提供较大推力的方式，代替推进油缸为整机掘进提供推力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于提供较大撑顶作用力的掘进机的撑靴单元；同时，本发明还提供一种使用上述撑靴单元的掘进机。

为实现上述目的，本发明所提供的掘进机的撑靴单元的技术方案是：一种掘进机的撑靴单元，包括：

鞍架，用于固定安装在掘进机的沿前后方向延伸的掘进机本体上，鞍架的水平左右两侧分别通过伸缩驱动结构横向可伸缩地支撑装配有撑靴；

每侧伸缩驱动结构分别包括伸出驱动结构，伸出驱动结构用于驱动相应撑靴向外伸出以撑顶在隧道洞壁上；

所述伸出驱动结构包括内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁，内侧超导电磁铁固定在鞍架上，外侧超导电磁铁固定在相应撑靴上，内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁可用于通电产生磁斥力，进而驱动相应侧撑靴向外伸出；

每侧伸缩驱动结构通过下述其中一种方式驱动相应撑靴向内回缩：

（1）内侧超导电磁铁和外侧超导电磁可用于通电产生磁吸力，以驱动相应撑靴回缩；

（2）伸缩驱动结构还包括回缩驱动结构，以驱动相应撑靴回缩。

有益效果是：本发明提供的掘进机的撑靴单元中，伸缩驱动结构的伸出驱动结构包括对应配合的两侧超导电磁铁，两侧超导电磁铁可用于通电产生磁斥力，进而驱动两侧撑靴向外伸出。相比于现有技术中的撑靴油缸提供的推力，该发明给超导电磁铁通电产生的磁斥力由通电量决定，上限很高，整体尺寸不需要设计的很大就容易提供较大的撑顶作用力。而且，对于超导电磁铁来讲，自身具有的性能也方便停电时保持磁斥力，稳定性好，可有效降低维持成本。

作为进一步地改进，两侧撑靴上分别设有压力传感器，用于检测撑靴撑顶在隧道洞壁上的撑顶作用力，对应所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁设有外伸通电电路，在所述压力传感器检测到的压力上升至设定压力值时断开，外伸通电电路断开，保持超导状态的所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁维持设定磁斥力。

有益效果是：撑靴上设置压力传感器，利用压力传感器及时检测撑顶作用力，并与外伸通电电路形成联锁，当检测到的压力上升至设定压力值时，外伸通电电路断开，方便使内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁维持设定磁斥力。

作为进一步地改进，在伸缩驱动结构还包括所述回缩驱动结构时，所述回缩驱动结构包括自复位气缸，自复位气缸包括缸体和活塞杆，缸体和活塞杆中的其中一个与所述鞍架传动连接，另一个与相应撑靴传动连接，自复位气缸用于被向外伸出的撑靴驱动伸长以储存复位气压能量，并在内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁间的磁斥力消失时释放复位气压能量以牵引相应撑靴内缩。

有益效果是：回缩驱动结构采用自复位气缸，方便储存能量以驱使撑靴复位。

作为进一步地改进，所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁均为环绕结构，所述自复位气缸的朝向鞍架的一端为内端，朝向撑靴的一端为外端，自复位气缸的外端位于相应内侧超导电磁铁的环内，外端位于相应外侧超导电磁铁的环内。

有益效果是：超导电磁铁为环形结构，方便将自复位气缸布置在超导电磁铁的环内，尽可能的缩小整体占用空间。

作为进一步地改进，对应配合的所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁均为矩形结构，内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁的长边沿上下方向延伸。

作为进一步地改进，所述缸体和活塞杆中的其中一个与所述鞍架固定装配以实现与鞍架的传动连接，另外一个与撑靴固定装配以实现与撑靴的传动连接。

有益效果是：利用缸体、活塞杆与鞍架、撑靴的固定装配，使得自复位气缸不仅起到驱动撑靴回缩的作用，还起到导向支撑撑靴的作用，不需要另外再配置导向支撑结构，可减少零部件数量，提高装配效率。

作为进一步地改进，所述鞍架上对应两侧撑靴分别布置固定安装件，各侧固定安装件和撑靴之间分别设有可伸缩磁屏蔽防护罩，可伸缩磁屏蔽防护罩罩设在所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁外。

有益效果是：利用可伸缩磁屏蔽防护罩形成对超导电磁铁的屏蔽防护，可有效避免超导电磁铁对外部电气元件的电磁影响。

作为进一步地改进，所述内侧超导电磁铁通过焊接或螺栓连接的方式与相应的固定安装件固定装配，所述外侧超导电磁铁通过焊接或螺栓连接的方式与相应的撑靴固定装配。

本发明所提供的掘进机的技术方案是：一种掘进机，包括掘进机本体，该掘进机本体沿前后方向延伸，掘进机本体上固定安装有撑靴单元，撑靴单元包括：

鞍架，用于固定安装在掘进机的沿前后方向延伸的掘进机本体上，鞍架的水平左右两侧分别通过伸缩驱动结构横向可伸缩地支撑装配有撑靴；

每侧伸缩驱动结构分别包括伸出驱动结构，伸出驱动结构用于驱动相应撑靴向外伸出以撑顶在隧道洞壁上；

所述伸出驱动结构包括内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁，内侧超导电磁铁固定在鞍架上，外侧超导电磁铁固定在相应撑靴上，内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁可用于通电产生磁斥力，进而驱动相应侧撑靴向外伸出；

每侧伸缩驱动结构通过下述其中一种方式驱动相应撑靴向内回缩：

（1）内侧超导电磁铁和外侧超导电磁可用于通电产生磁吸力，以驱动相应撑靴回缩；

（2）伸缩驱动结构还包括回缩驱动结构，以驱动相应撑靴回缩。

有益效果是：本发明提供的掘进机中，撑靴单元的伸缩驱动结构的伸出驱动结构包括对应配合的两侧超导电磁铁，两侧超导电磁铁可用于通电产生磁斥力，进而驱动两侧撑靴向外伸出。相比于现有技术中的撑靴油缸提供的推力，本发明给超导电磁铁通电产生的磁斥力由通电量决定，上限很高，整体尺寸不需要设计的很大就容易提供较大的撑顶作用力。而且，对于超导电磁铁来讲，自身具有的性能也方便停电时保持磁斥力，稳定性好，可有效降低维持成本。

作为进一步地改进，所述掘进机本体上对应两侧撑靴分别设置两侧推进油缸，每侧推进油缸均沿前后方向延伸，每侧推进油缸的一端与所述掘进机本体铰接，另一端与相应侧撑靴铰接。

作为进一步地改进，两侧撑靴上分别设有压力传感器，用于检测撑靴撑顶在隧道洞壁上的撑顶作用力，对应所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁设有外伸通电电路，在所述压力传感器检测到的压力上升至设定压力值时断开，外伸通电电路断开，保持超导状态的所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁维持设定磁斥力。

有益效果是：撑靴上设置压力传感器，利用压力传感器及时检测撑顶作用力，并与外伸通电电路形成联锁，当检测到的压力上升至设定压力值时，外伸通电电路断开，方便使内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁维持设定磁斥力。

作为进一步地改进，在伸缩驱动结构还包括所述回缩驱动结构时，所述回缩驱动结构包括自复位气缸，自复位气缸包括缸体和活塞杆，缸体和活塞杆中的其中一个与所述鞍架传动连接，另一个与相应撑靴传动连接，自复位气缸用于被向外伸出的撑靴驱动伸长以储存复位气压能量，并在内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁间的磁斥力消失时释放复位气压能量以牵引相应撑靴内缩。

有益效果是：回缩驱动结构采用自复位气缸，方便储存能量以驱使撑靴复位。

作为进一步地改进，所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁均为环绕结构，所述自复位气缸的朝向鞍架的一端为内端，朝向撑靴的一端为外端，自复位气缸的外端位于相应内侧超导电磁铁的环内，外端位于相应外侧超导电磁铁的环内。

有益效果是：超导电磁铁为环形结构，方便将自复位气缸布置在超导电磁铁的环内，尽可能的缩小整体占用空间。

作为进一步地改进，对应配合的所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁均为矩形结构，内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁的长边沿上下方向延伸。

作为进一步地改进，所述缸体和活塞杆中的其中一个与所述鞍架固定装配以实现与鞍架的传动连接，另外一个与撑靴固定装配以实现与撑靴的传动连接。

有益效果是：利用缸体、活塞杆与鞍架、撑靴的固定装配，使得自复位气缸不仅起到驱动撑靴回缩的作用，还起到导向支撑撑靴的作用，不需要另外再配置导向支撑结构，可减少零部件数量，提高装配效率。

作为进一步地改进，所述鞍架上对应两侧撑靴分别布置固定安装件，各侧固定安装件和撑靴之间分别设有可伸缩磁屏蔽防护罩，可伸缩磁屏蔽防护罩罩设在所述内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁外。

有益效果是：利用可伸缩磁屏蔽防护罩形成对超导电磁铁的屏蔽防护，可有效避免超导电磁铁对外部电气元件的电磁影响。

作为进一步地改进，所述内侧超导电磁铁通过焊接或螺栓连接的方式与相应的固定安装件固定装配，所述外侧超导电磁铁通过焊接或螺栓连接的方式与相应的撑靴固定装配。

附图说明

图1为本发明所提供的掘进机的结构示意图；

图2为图1中撑靴单元的结构示意图；

图3为图2中固定安装件和撑靴之间安装磁屏蔽防护罩时的结构示意图；

图4为图2中外侧超导电磁铁的结构示意图。

附图标记说明：

1、掘进机本体；2、刀盘；3、撑靴单元；4、鞍架；5、外侧超导电磁铁；6、内侧超导电磁铁；7、撑靴；8、固定安装件；9、压力传感器；10、可伸缩磁屏蔽防护罩；11、冷媒注入口；12、超导电磁块；13、冷媒释放口；14、外伸通电电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的掘进机的具体实施例1：

本实施例所提供的掘进机上配置的撑靴单元3采用超导电磁铁提供磁斥力，迫使撑靴7撑顶隧道洞壁，与液压油缸撑顶的方式相比，在提供同等磁斥力的条件下，采用超导电磁铁的撑靴单元3的尺寸相对较小，占用空间相对较小。在同等尺寸的情况下，采用超导电磁铁的撑靴单元3能够很方便地提供足够大的撑顶作用力，以满足掘进机在异常工况下的撑顶需求。

本实施例所提供的掘进机的结构如图1至图4所示，具体为盾构机。如图1所示，盾构机包括掘进机本体1，掘进机本体1整体沿前后方向延伸，掘进机本体1前端设置刀盘2，刀盘2转动以切削掌子面。在掘进机本体1上固定安装有撑靴单元3，撑靴单元3包括两侧撑靴7，两侧撑靴7位于掘进机本体1的左右两侧，相应地，在掘进机本体1上对应两侧撑靴7分别设置两侧推进油缸，每侧推进油缸均沿前后方向延伸，每侧推进油缸的一端与掘进机本体1铰接，另一端与相应侧撑靴7铰接。

如图2所示，撑靴单元3包括鞍架4，该鞍架4固定安装在掘进机本体1上，鞍架4的左右两侧分别通过伸缩驱动结构横向可伸缩地装配有撑靴7。此处的两侧伸缩驱动结构对称分布于鞍架4左右两侧，相应地，两侧撑靴7对称分布于鞍架4的左右两侧。

鞍架4上对应两侧撑靴7分别布置固定安装件8，每侧撑靴7通过相应侧伸缩驱动结构安装在相应侧的固定安装件8上。每侧伸缩驱动结构分别包括伸出驱动结构和回缩驱动结构，伸出驱动结构用于驱动相应撑靴7向外伸出以撑顶在隧道洞壁上，回缩驱动结构用于驱动相应撑靴7回缩。

在本实施例中，回缩驱动结构为自复位气缸，自复位气缸包括缸体和活塞杆，缸体固定安装在固定安装件8上，活塞杆与撑靴7固定装配，进而可利用自复位气缸实现对相应侧撑靴7的导向支撑。

伸出驱动结构具体包括内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5，内侧超导电磁铁6可通过螺栓连接的方式固定安装在固定安装件8上，外侧超导电磁铁5可通过螺栓连接的方式与相应侧撑靴7固定装配，内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5可用于通电产生磁斥力，进而驱动相应侧撑靴7向外伸出。

如图2和图4所示，内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5的结构一致，以外侧超导电磁铁5为例介绍，外侧超导电磁铁5为环绕结构，包括环形腔体，环形腔体的内腔中用于注入冷媒以形成超低温腔，相应的，在环形腔体上设有冷媒注入口11和冷媒释放口13，在环形腔体的内腔中布置有超导电磁块12，超导电磁块12环形布置，在超导电磁块12上设置外伸通电电路14，以向超导电磁供电块供电。此处的内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5均为现有技术，在此不再赘述。

在向超导电磁铁缓慢通电时，缓慢增大通电电流，内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5之间产生磁斥力，迫使外侧超导电磁铁5带着相应侧撑靴7缓慢向外伸出，抵紧隧道洞壁，直至提供足够的推力。

在撑靴7上设有压力传感器9，用于检测撑靴7撑顶在隧道洞壁上的撑顶作用力。对应压力传感器9和外伸通电电路14之间设计连锁关系，在压力传感器9检测到的压力上升至设定压力值时，此时，认为撑靴7顶紧隧道洞壁，控制外伸通电电路14断开，维持现有的设定磁斥力，使得撑靴7能保持在撑顶位置。需要特别说明的是，对于超导电磁铁来讲，由于超导材料电阻为零，当停止供电时，电流持续存在，这样一来，产生的磁斥力也持续存在，保持状态并不需要持续通电，这样就降低了电能消耗，也可有效避免撑靴7在不良地质条件下压馈洞壁。当去除降温介质时，磁场消失，磁斥力消失。

对于自复位气缸来讲，自复位气缸用于被向外伸出的撑靴7驱动伸长以储存复位气压能量，并在内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5间的磁斥力消失时释放复位气压能量，进而牵引相应撑靴7内缩。

需要解释的是，当撑靴7带着自复位气缸伸长时，其内部活塞一侧的气体密度下降，另一侧气体密度上升，从而在活塞两侧建立压差，方便储存复位气压能量，并驱动自复位气缸自动回缩。

内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5均为环绕结构，具体为矩形，内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5的长边沿上下方向延伸。各自复位气缸的外端位于内侧超导电磁铁6的环内，外端位于外侧超导电磁铁5的环内。在固定连接件和撑靴7之间设有可伸缩磁屏蔽防护罩10，可伸缩磁屏蔽防护罩10罩设在内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5外，避免磁感线扩散对周围元器件干扰，且使得磁感线更集中，磁斥力更强。同时，利用可伸缩磁屏蔽防护罩10还可形成对内部自复位气缸的有效防护。可伸缩磁屏蔽防护罩10可采用金属波纹管结构，具备一定的伸缩变形能力，同时，可起到相应的磁屏蔽功能。

使用时，向内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5内加注液氮等介质，把两侧超导电磁铁的环形腔体内的温度降低至超导所需温度。

超导电磁铁通电，并缓慢增大通电电流，磁斥力逐渐增大，利用内侧超导电磁铁6带着撑靴7缓慢伸出，并由撑靴7抵紧洞壁，直至提供足够推力，外伸通电电路14断电。在撑靴7上放置的压力传感器9，能够实时监控撑靴7对洞壁的撑顶力，在撑顶力达到设定值后，控制伸出通电电路停止供电，维持内侧超导电磁铁6和外侧超导电磁铁5之间的磁斥力（超导材料因电阻为零，断电后电流持续存在，即产生的磁斥力持续存在），实现较长时间的撑顶。同时，便于保证撑顶力稳定不变，避免撑靴7在不良地质条件下压溃洞壁。

掘完一环后，去除降温介质，磁场消失，在自复位气缸的作用下，带着撑靴7回缩，整个撑靴单元3跟随掘进机本体1前进，重复注降温介质、通电等步骤，继续掘进。

本实施例所提供的掘进机中，采用超导电磁铁产生的磁斥力代替液压油缸的推力，在占用空间一定的情况下，通过增大通电量，可使得撑靴的撑顶力更大，为整机提供更大的支反力及扭矩，方便保障日常的掘进效率，并保持预定的掘进姿态。

比较超导电磁铁和液压油缸，在为整体机提供相同撑顶力的情况下，超导电磁铁的体积要远小于液压油缸的体积，占用空间相对较小，适应于对安装空间要求更高的掘进机类型。

因为磁斥力是通过向超导电磁铁通电得到的，超导电磁铁的特性是根据磁铁通电量大小产生强度不同的磁斥力，因此方便适应各种支反力的需求，进而适用于不同类型的地层条件。

本发明所提供的掘进机的具体实施例2：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，每侧伸缩驱动结构分别包括伸出驱动结构和回缩驱动结构。在本实施例中，每侧伸缩驱动结构包括伸出驱动结构，伸出驱动结构同样包括内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁，内侧超导电磁铁和外侧超导电磁铁可用于通电产生磁斥力，进而驱动相应侧撑靴向外伸出。并且，可以单独更换一侧超导电磁铁的电流方向，进而改变磁场方向，使内侧超导电磁铁和外侧超导电磁通电产生磁吸力，通过缓慢增大通电量，驱使撑靴缓慢回缩。

需要注意，此时驱动撑靴伸缩的伸缩驱动结构还包括导向支撑结构，导向支撑结构仅起到导向支撑的作用，具体可采用滑动支撑结构，包括导向滑动插装在一起的固定套和滑动柱，固定套和滑动柱均沿水平横向延伸，固定套与鞍架相对固定装配，滑动柱与撑靴相对固定装配，利用固定套和滑动柱的支撑装配，实现对撑靴的有效支撑。在实际使用时，固定套和滑动柱的数量可根据实际情况布置，如果撑靴较重、尺寸较大，可布置多组，反之，也可仅对应撑靴中心布置一组。

本发明所提供的掘进机的具体实施例3：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，每侧伸缩驱动结构中的内侧超导电磁铁通过螺栓连接的方式与相应固定安装件固定装配，外侧超导电磁铁也通过螺栓连接的方式与相应的撑靴固定装配。在本实施例中，可将内侧超导电磁铁通过焊接的方式与相应固定安装件固定装配，外侧超导电磁铁也可通过焊接的方式与相应撑靴固定装配。

本发明所提供的掘进机的具体实施例4：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，鞍架的左右两侧对应两侧伸缩驱动结构分别设有固定安装件，可预先利用固定安装件与相应侧伸缩驱动结构以及撑靴装配好，形成预装单元，再将整个预装单元整体安装在鞍架的相应侧。在本实施例中，省去固定安装件，在鞍架的相应侧面直接设置相应连接结构，并向相应侧伸缩驱动结构直接固定安装在鞍架上。

本发明所提供的掘进机的具体实施例5：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，超导电磁铁均为矩形。在本实施例中，超导电磁铁也可根据设计情况设计成圆形。

本发明所提供的掘进机的具体实施例6：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，回缩驱动结构为自复位气缸，既起到驱动撑靴回缩的作用，又起到支撑相应撑靴的作用。在本实施例中，撑靴自身可通过尺寸较小的撑靴油缸支撑，同时，可采用该撑靴油缸驱动撑靴收回，因此此处的撑靴油缸主要起到支撑和回缩的作用，对撑靴油缸的尺寸以及性能要求相对较低。

本发明所提供的掘进机的具体实施例7：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，回缩驱动结构为自复位气缸，不仅起到驱动撑靴回缩的作用，还起到支撑相应撑靴的作用，对自复位气缸整体强度要求较高。在本实施例中，在撑靴和固定安装件之间专门设置导向支撑结构，导向支撑结构仅起到导向支撑的作用，具体可采用滑动支撑结构，包括导向滑动插装在一起的固定套和滑动柱，固定套和滑动柱均沿水平横向延伸，固定套与鞍架相对固定装配，滑动柱与撑靴相对固定装配，利用固定套和滑动柱的支撑装配，实现对撑靴的有效支撑。此时，回缩驱动结构还采用自复位气缸或其他回缩驱动结构如油缸等结构时，回缩驱动结构仅起到驱动回缩的作用即可，可降低对回缩驱动结构的要求。

当然，在实际使用时，固定套和滑动柱的数量可根据实际情况布置，如果撑靴较重、尺寸较大，可布置多组，反之，也可仅对应撑靴中心布置一组。

本发明所提供的掘进机的具体实施例8：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，撑靴单元的两侧撑靴均与推进油缸铰接。在本实施例中，撑靴单元也可仅用于撑顶隧道洞壁，可以并不与推进油缸连接。例如，当将上述的撑靴单元应用于需要配置多组撑靴单元时，可以仅设置一组撑靴单元与推进油缸连接，另外一组撑靴单元仅起到撑顶和换步的功能，此时，在同等撑顶作用力下，撑靴单元中的超导电磁铁可有效降低撑靴单元的外形体积，减少占用空间。

本发明所提供掘进机的撑靴单元的实施例：

该实施例中撑靴单元的结构与上述掘进机实施例1中的撑靴单元的结构相同，在此不再赘述。

当然，在其他实施例中，撑靴单元也可采用上述掘进机实施例2至7中任一实施例中的撑靴单元的结构，在此也不再赘述。

最后需要说明的是，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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种掘进机的撑靴单元，包括：

鞍架（4），用于固定安装在掘进机的沿前后方向延伸的掘进机本体（1）上，鞍架（4）的水平左右两侧分别通过伸缩驱动结构横向可伸缩地支撑装配有撑靴（7）；

其特征在于，每侧伸缩驱动结构分别包括伸出驱动结构，伸出驱动结构用于驱动相应撑靴（7）向外伸出以撑顶在隧道洞壁上；

所述伸出驱动结构包括内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5），内侧超导电磁铁（6）固定在鞍架（4）上，外侧超导电磁铁（5）固定在相应撑靴（7）上，内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）可用于通电产生磁斥力，进而驱动相应侧撑靴（7）向外伸出；

每侧伸缩驱动结构通过下述其中一种方式驱动相应撑靴向内回缩：

（1）内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁可用于通电产生磁吸力，以驱动相应撑靴（7）回缩；

（2）伸缩驱动结构还包括回缩驱动结构，以驱动相应撑靴（7）回缩。

2.根据权利要求1所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，两侧撑靴（7）上分别设有压力传感器（9），用于检测撑靴（7）撑顶在隧道洞壁上的撑顶作用力，对应所述内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）设有外伸通电电路（14），在所述压力传感器（9）检测到的压力上升至设定压力值时断开，外伸通电电路（14）断开，保持超导状态的所述内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）维持设定磁斥力。

3.根据权利要求1或2所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，在伸缩驱动结构还包括所述回缩驱动结构时，所述回缩驱动结构包括自复位气缸，自复位气缸包括缸体和活塞杆，缸体和活塞杆中的其中一个与所述鞍架（4）传动连接，另一个与相应撑靴（7）传动连接，自复位气缸用于被向外伸出的撑靴（7）驱动伸长以储存复位气压能量，并在内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）间的磁斥力消失时释放复位气压能量以牵引相应撑靴（7）内缩。

4.根据权利要求3所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，所述内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）均为环绕结构，所述自复位气缸的朝向鞍架（4）的一端为内端，朝向撑靴（7）的一端为外端，自复位气缸的外端位于相应内侧超导电磁铁（6）的环内，外端位于相应外侧超导电磁铁（5）的环内。

5.根据权利要求4所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，对应配合的所述内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）均为矩形结构，内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）的长边沿上下方向延伸。

6.根据权利要求3所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，所述缸体和活塞杆中的其中一个与所述鞍架（4）固定装配以实现与鞍架（4）的传动连接，另外一个与撑靴（7）固定装配以实现与撑靴（7）的传动连接。

7.根据权利要求1或2所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，所述鞍架（4）上对应两侧撑靴（7）分别布置固定安装件（8），各侧固定安装件（8）和撑靴（7）之间分别设有可伸缩磁屏蔽防护罩（10），可伸缩磁屏蔽防护罩（10）罩设在所述内侧超导电磁铁（6）和外侧超导电磁铁（5）外。

8.根据权利要求7所述的掘进机的撑靴单元，其特征在于，所述内侧超导电磁铁（6）通过焊接或螺栓连接的方式与相应的固定安装件（8）固定装配，所述外侧超导电磁铁（5）通过焊接或螺栓连接的方式与相应的撑靴（7）固定装配。

9.一种掘进机，包括掘进机本体（1），该掘进机本体（1）沿前后方向延伸，掘进机本体（1）上固定安装有撑靴单元，其特征在于，所述撑靴单元（3）采用权利要求1至8中任一项所述的掘进机的撑靴单元。

10.根据权利要求9所述的掘进机，其特征在于，所述掘进机本体（1）上对应两侧撑靴（7）分别设置两侧推进油缸，每侧推进油缸均沿前后方向延伸，每侧推进油缸的一端与所述掘进机本体（1）铰接，另一端与相应侧撑靴（7）铰接。

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