CN114033415A - 一种环切式掘进设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种环切式掘进设备，包括环切主机头、推进臂箱、角度调整装置、出料箱、动力箱、冷却箱；环切主机头整体呈圆筒状，环切主机头的前端设置有圆环状刀盘；圆环状刀盘上设置有多个切刀，多个切刀沿圆环状刀盘的周向均匀排布；动力箱能够驱动环切主机头旋转，从而带动切刀实现环切掘进；环切主机头的中部设置有第一出料通道，出料箱具有第二出料通道；沿掘进方向，出料箱设置在环切主机头的后方，第一出料通道与第二出料通道相连通，经切刀切下的芯料能够经由第一出料通道和第二出料通道整体或呈规则块状排出。采用环切的掘进方式提高了工作效率，且能够实时在线的输出规则石料，提高岩石等自然资源的利用率。

Description

一种环切式掘进设备

技术领域

本发明属于大型工程设备技术领域，尤其涉及一种环切式掘进设备。

背景技术

目前，传统的矿层、岩层或隧洞等盾构机，都是依靠整机壳体前端面的刀盘，和刀盘的整个圆形横截面上安装的滚切刀，完成对地下施工矿层、岩层等的切割钻孔掘进，从而加工出预铺设管道所需的圆筒状隧洞。

传统盾构机的刀盘上配置的各切削刀，多是布满了同一个整圆的横截面。经过刀盘上各切削刀切割掘进加工出的隧洞壁面应平整、无凹面，以利于后期管道壁块的铺设。否则，还需对凹凸隧道壁面进行铺平填补，或加大管道壁后注水泥浆的工作量和成本，也易引起隧洞管道壁的凹陷及塌落。由于开凿施工各种岩质层的多样性，使的目前整圆钻孔盾构的方法，各切割掘进岩层完成隧洞的速度普遍较低，亦使整机刀盘、整机结构及各切削刀具的受力很大，造成需求动力大，能源损耗也大。

且传统盾构机在掘进过程中是将岩石等破碎排出，无法充分利用掘进过程中开采出的石材，容易造成资源的浪费。

由此可见，现有技术有待于进一步地改进和提高。

发明内容

本发明提供了一种环切式掘进设备，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

本发明提供了一种环切式掘进设备，包括环切主机头、推进臂箱、角度调整装置、出料箱、动力箱、冷却箱；所述环切主机头整体呈圆筒状，沿掘进方向，所述环切主机头的前端设置有圆环状刀盘；所述圆环状刀盘上设置有多个切刀，多个所述切刀沿所述圆环状刀盘的周向均匀排布；所述动力箱能够驱动所述环切主机头旋转，从而带动切刀实现环切掘进；所述环切主机头的中部设置有第一出料通道，所述出料箱具有第二出料通道；沿掘进方向，所述出料箱设置在所述环切主机头的后方，所述第一出料通道与所述第二出料通道相连通，经所述切刀切下的芯料能够经由所述第一出料通道和所述第二出料通道整体或呈规则块状排出。

作为本发明的一种优选实施方式，沿径向，单个所述切刀的环切宽度不大于所述环切主机头半径的三分之一；且沿径向，多个切刀的外端所在圆的直径不小于所述环切主机头的直径。

作为本发明的一种优选实施方式，沿掘进方向，所述切刀的后侧中心部设置有连接孔；所述圆环状刀盘设置有多个安装槽，所述切刀分别设置在所述安装槽中，且所述安装槽具有与所述连接孔相对应的安装孔；所述圆环状刀盘还包括紧固件，所述紧固件穿过所述连接孔和所述安装孔将所述切刀与所述安装槽锁紧固定。

作为本发明的一种优选实施方式，所述推进臂箱设置在所述环切主机头和所述出料箱之间，所述推进臂箱分别与所述环切主机头和所述出料箱相连接；所述推进臂箱设置有多个能够沿所述推进臂箱的轴向做直线往复运动的推进油缸，且多个所述推进油缸沿所述推进臂箱的周向均匀设置。

作为本发明的一种优选实施方式，所述角度调整装置包括第一调整组件和第二调整组件，所述第一调整组件包括多个沿竖直方向设置的调整油缸，所述第二调整组件包括多个沿水平方向设置的调整油缸。

作为本发明的一种优选实施方式，所述角度调整装置还包括测距组件，所述测距组件与所述环切主机头相连接，所述测距组件用于测量所述环切主机头侧壁与掘进隧洞内壁之间的距离。

作为本发明的一种优选实施方式，所述出料箱内部还设置有一个或多个料芯切割装置，多个所述料芯切割装置沿所述出料箱和轴向和/或径向均匀排布。

作为本发明的一种优选实施方式，所述动力箱内部设置有液压泵以及液压油箱，所述液压油箱通过液压油管分别与所述推进油缸和所述调整油缸相连通，所述液压泵设置在所述液压油管上；所述动力箱内部还设置液压马达，所述液压马达与所述环切主机头通过齿轮传动，所述液压马达用于驱动所述环切主机头旋转。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却箱内部设置有冷却水泵，所述环切主机头、所述推进臂箱、所述出料箱内部还设置有循环管路，所述冷却水泵分别与所述循环管路和外界冷却水源相连通。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却箱内部还设置有应急水箱，所述冷却水泵分别与所述循环管路和所述应急水箱相连通。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1.作为本申请的一种优选实施方式，本发明采用环切的掘进方式，保证了理想的切割隧洞壁面效果，通过主机头的高速环状切割提高了工作效率，且使得隧洞的壁面切割效果，比传统的更加光滑和平整。

2.作为本申请的一种优选实施方式，本申请中的环切式掘进设备能够实现持续掘进，即整机可朝掘进方向持续作业，无须回退即能实现持续输出料芯，省略了间歇掘进、停工回退、等待作业等无用功的施工情况；且能够根据不同尺寸要求，实时生产不同规格的石材石料，提高岩石等自然资源的利用率。

3.作为本申请的一种优选实施方式，本发明利用环切刀盘，与切割的岩层接触面少，对刀盘及整机结构的反作用力小，需求动力小，能源损耗小，节省能源效果显著，通过合理测算，在岩层作业中，能源节省率约为40％左右。

4.作为本申请的一种优选实施方式，本发明可针对不同硬度地质岩层，可以便捷的更换不同环切模式的主机头，将切割效率增高，也降低了施工成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为环切式掘进设备的结构示意图；

图2为环切式掘进设备的局部简图；

图3为环切式掘进设备的剖视图；

图4为刀座及切刀的结构示意图；

图5为具有梯形刀齿切刀环切主机头结构示意图；

图6为环切主机头的侧面剖视图；

图7为潜孔钻环切主机头；

图8为三牙式切刀环切主机头；

图9为硬质合金滚刀式环切主机头；

图10为锥切刀式环切主机头。

其中，

1环切主机头，11圆环状刀盘，111刀座，112切刀，113连接孔，114安装槽，115安装孔，116紧固件，12第一出料通道，13固定卡爪；

2推进臂箱，21推进臂，22推进油缸；

3角度调整装置，31调整油缸；

4出料箱，41第二出料通道，42料芯切割装置；

5料芯；

6输料装置，61输送带；

7动力箱，71液压马达。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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，还可以是通信；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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意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。

如图1-9所示，本发明提供了一种环切式掘进设备，包括环切主机头1、推进臂箱2、角度调整装置3、出料箱4、动力箱7、冷却箱(图中未示出)；环切主机头1整体呈圆筒状，沿掘进方向，环切主机头1的前端设置有圆环状刀盘11；圆环状刀盘11上设置有多个切刀112，多个切刀112沿圆环状刀盘11的周向均匀排布；动力箱7能够驱动环切主机头1旋转，从而带动切刀112实现环切掘进；环切主机头1的中部设置有第一出料通道12，出料箱4具有第二出料通道41；沿掘进方向，出料箱4设置在环切主机头1的后方，第一出料通道12与第二出料通道41相连通，经切刀112切下的料芯5能够经由第一出料通道12和第二出料通道41整体或呈规则块状排出。进一步地，继续参照图1所示，出料箱4的后端还设置有输料装置6，输料装置6包括多条并列设置的输送带61，从而方便快捷的将料芯5输送至隧洞以外。

相较于传统的盾构设备而言，本申请中的环切式掘进设备采用环切的掘进方式，大大缩小了掘进过程中的切割工作面积，一方面能够提高切割效率，加快施工进程，另一方面也能够提升切割效果，使得隧洞的切割避免更加光滑平整，方便后续的加固施工。且这种环切的切割方式对刀盘及整机结构的反作用力小，需求动力小，能源损耗小，节省能源效果显著，通过合理测算，在岩层作业中，能源节省率约为40％左右。

同时，本申请中的环切式掘进设备能够实现持续掘进，即即整机可朝掘进方向持续作业，省略了间歇掘进、停工回退、等待作业等无用功的施工情况，无须回退即能实现持续输出料芯5，根据不同尺寸要求，在施工过程中能够将环切切下的岩石芯料整体的排出或者将岩石芯料切割成具有规则形状的不同规格的石材石料输出，从而方便切出的石料直接应用到矿场、堤坝等建筑的施工建设，提高岩石芯料的利用率。

作为本申请的一个优选的实施方式，参照图4所示，沿径向，单个切刀112的环切宽度不大于环切主机头1半径的三分之一；且沿径向，多个切刀112的外端所在圆的直径不小于环切主机头1的直径。

需要说明的是，本申请对于环切面积占整个环切主机头1所占面积的比例并不做具体限定，该比例可根据实际的生产需求做相应的调整。发明人通过多次的实际生产试验并根据实际生产试验数据得出：

示例：以主机头直径1m(隧洞环切直径)为例，当前环切宽度即主机头壁厚为170mm，主机头半径为500mm，则环切宽度占主机头直径比例约为1/6；

在预留合理直径岩石料芯的前提条件下，环切宽度可自由范围内增减，以下为多规格主机头与环切宽度的比例尺寸值示范表：

其中：

环切比例：环切宽度与环切主机头直径之比

从上述表格可以明确得出，在保证本申请中的环切式掘进设备能够正常稳定工作的前提条件下，环切主机头1的直径规格越大，实际生产过程中环切比例以及环切面积占环切主机头1的最大截面积的比例越小。优选的，环切比例设置在1/30到1/3范围内，相应的环切面积占环切主机头1的最大截面积的比例设置在1/20到1/3范围内。当然，以上仅为本申请的一个优选的实施方案，其可以根据实际的生产需要做进一步的调整。

进一步地，参照图5所示，沿掘进方向，切刀112的后侧中心部设置有连接孔113；圆环状刀盘11设置有多个安装槽114，切刀112分别设置在安装槽114中，且安装槽114具有与连接孔113相对应的安装孔115；圆环状刀盘11还包括紧固件116，紧固件116穿过连接孔113和安装孔115将切刀112与安装槽114锁紧固定。

在一个具体的示例中，参照图1及图5所示，圆环状刀盘11上均匀设置有多个刀座111，刀座111上设置有安装槽114，切刀112的后侧设置在安装槽114中，前述连接孔113和安装孔115均设置有多个且均为具有内螺纹的螺纹孔，前述紧固件116为具有外螺纹的螺栓，螺栓穿过前述连接孔113和安装孔115将切刀112固定在刀座111上。需要说明的是，本申请中切刀112与圆环状刀盘11的连接方式及结构并不局限于上述举例，以上仅为本申请的一个优选的实施方式，其也可以采用焊接、铆接、销钉连接等其他更多不同的连接方式或连接结构，本申请对此不做具体限定。

同样需要说明的是，本申请对于切刀112的类型同样不做具体限定，其可以是图5所示的具有梯形刀齿的切刀112，也可以是图7-10分别所示的潜孔式切刀112、三牙式切刀112、硬质合金滚切刀112或者锥切刀112等其他更多不同类型的切刀112，从而适应各种不同硬度、不同岩层的环切需要，进而提升环切效率，降低生产成本。

进一步地，参照图1、2及图3所示，推进臂箱2设置在环切主机头1和出料箱4之间，推进臂箱2分别与环切主机头1和出料箱4相连接。继续参照图2所示，推进臂箱2设置有多个能够沿推进臂箱2的轴向做直线往复运动的推进油缸22，且多个推进油缸22沿推进臂箱2的周向均匀设置。

与传统盾构设备整体在施工过程中整体移动的前进方式不同，本申请中的环切主机头1能够在推进臂21的驱动下相对推进臂箱2移动，待环切主机头1切割前移后，后续的设备部分再随之收缩跟进。相较于传统的前进方式而言，这种前进方式所需要的动力更小，消耗的能源也更少。

进一步地，参照图1、2及图3所示，角度调整装置3包括第一调整组件和第二调整组件，第一调整组件包括多个沿竖直方向设置的调整油缸31，第二调整组件包括多个沿水平方向设置的调整油缸31。传统盾构设备通常是通过调整刀盘的角度来实现施工方向的调整和校准，而本申请则是通过对环切主机头1整体的角度调整来实现施工方向的调整和校准。相较于环切主机头1整体而言，由于刀盘的角度调整空间较小，其对于施工方向的校准需要进行多次长时间的调整；且刀盘的受力稳定性较差，在施工过程中更容易出现二次或更多次的方向偏差，本申请通过对环切主机头1整体的角度调整来实现施工方向的调整和校准则能够有效的避免方向调整后发生二次方向偏差。

作为本申请的一种优选实施方式，继续参照图1所示，角度调整装置3还包括测距组件(图中未示出)，测距组件与环切主机头1相连接，测距组件用于测量环切主机头1侧壁与隧洞内壁之间的距离。通过设置测距装置能够方便施工人员更为精准的掌握和调整环切主机头1的掘进方向，提升施工效率。继续参照图1所示，环切主机头1还设置有固定卡爪13，固定卡爪13能够沿环切主机头1的径向向外伸出，从而与隧洞的侧壁卡紧，进一步避免环切主机头1的掘进方向出现偏差。

进一步地，作为本申请的一种优选实施方式，参照图3所示，出料箱4内部还设置有一个或多个料芯切割装置42，多个料芯切割装置42沿出料箱4和轴向和/或径向均匀排布。通过料芯切割装置42的设置，本申请中的环切式掘进设备能够在掘进过程中在线生产不同规格的石材石料，有利于提升自然资源的利用率。需要说明的是，本申请对于料芯切割装置42的种类同样不做具体限定，在一个优选的示例中，料芯切割装置42优选为链锯，当然其也可以采用其他更多不同种类的切割装置或切割结构。

进一步地，参照图1、图2及图3所示，动力箱7内部设置有液压泵(图中未示出)以及液压油箱(图中未示出)，液压油箱通过液压油管(图中未示出)分别与推进油缸22和调整油缸31相连通，液压泵设置在液压油管上；动力箱7内部还设置液压马达71，液压马达71与环切主机头1通过齿轮传动，液压马达71用于驱动环切主机头1旋转。

进一步地，冷却箱(图中未示出)内部设置有冷却水泵(图中未示出)，环切主机头1、推进臂箱2、出料箱4内部还设置有循环管路，冷却水泵分别与循环管路和外界冷却水源相连通。作为本申请的一种优选实施方式，冷却箱内部还可以设置有应急水箱(图中未示出)，冷却水泵分别与循环管路和应急水箱相连通。冷却箱位于环切式掘进设备的最外侧，使用时，采用高压水冷却方式，为设备在钻孔切割作业时进行刀具及整机的降温和冷却。

本发明中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种环切式掘进设备，其特征在于，包括环切主机头、推进臂箱、角度调整装置、出料箱、动力箱、冷却箱；

所述环切主机头整体呈圆筒状，沿掘进方向，所述环切主机头的前端设置有圆环状刀盘；所述圆环状刀盘上设置有多个切刀，多个所述切刀沿所述圆环状刀盘的周向均匀排布；所述动力箱能够驱动所述环切主机头旋转，从而带动切刀实现环切掘进；

所述环切主机头的中部设置有第一出料通道，所述出料箱具有第二出料通道；沿掘进方向，所述出料箱设置在所述环切主机头的后方，所述第一出料通道与所述第二出料通道相连通，经所述切刀切下的芯料能够经由所述第一出料通道和所述第二出料通道整体或呈规则块状排出。

2.如权利要求1所述的环切式掘进设备，其特征在于，沿径向，单个所述切刀的环切宽度不大于所述环切主机头半径的三分之一；且沿径向，多个切刀的外端所在圆的直径不小于所述环切主机头的直径。

3.如权利要求2所述的环切式掘进设备，其特征在于，沿掘进方向，所述切刀的后侧中心部设置有连接孔；

所述圆环状刀盘设置有多个安装槽，所述切刀分别设置在所述安装槽中，且所述安装槽具有与所述连接孔相对应的安装孔；所述圆环状刀盘还包括紧固件，所述紧固件穿过所述连接孔和所述安装孔将所述切刀与所述安装槽锁紧固定。

4.如权利要求2所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述推进臂箱设置在所述环切主机头和所述出料箱之间，所述推进臂箱分别与所述环切主机头和所述出料箱相连接；

所述推进臂箱设置有多个能够沿所述推进臂箱的轴向做直线往复运动的推进油缸，且多个所述推进油缸沿所述推进臂箱的周向均匀设置。

5.如权利要求4所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述角度调整装置包括第一调整组件和第二调整组件，所述第一调整组件包括多个沿竖直方向设置的调整油缸，所述第二调整组件包括多个沿水平方向设置的调整油缸。

6.如权利要求5所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述角度调整装置还包括测距组件，所述测距组件与所述环切主机头相连接，所述测距组件用于测量所述环切主机头侧壁与掘进隧洞内壁之间的距离。

7.如权利要求2所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述出料箱内部还设置有一个或多个料芯切割装置，多个所述料芯切割装置沿所述出料箱和轴向和/或径向均匀排布。

8.如权利要求2所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述动力箱内部设置有液压泵以及液压油箱，所述液压油箱通过液压油管分别与所述推进油缸和所述调整油缸相连通，所述液压泵设置在所述液压油管上；

所述动力箱内部还设置液压马达，所述液压马达与所述环切主机头通过齿轮传动，所述液压马达用于驱动所述环切主机头旋转。

9.如权利要求2所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述冷却箱内部设置有冷却水泵，所述环切主机头、所述推进臂箱、所述出料箱内部还设置有循环管路，所述冷却水泵分别与所述循环管路和外界冷却水源相连通。

10.如权利要求9所述的环切式掘进设备，其特征在于，所述冷却箱内部还设置有应急水箱，所述冷却水泵分别与所述循环管路和所述应急水箱相连通。

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