CN115788443A - 一种竖井掘进机及其同步回转排渣装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同步回转排渣装置，涉及掘进机技术领域，包括可旋转地设置于竖井掘进机的机身底端的刀盘、设置于所述机身顶端的后配套系统，还包括设置于所述机身上的收渣系统、内置于所述机身中的链斗输送机，所述链斗输送机的底端安装在所述刀盘内并延伸至所述刀盘的底面外，所述链斗输送机的顶端与所述后配套系统形成转动连接；所述收渣系统用于收集所述链斗输送机上的铲斗从顶端转向后倾倒的渣土。本发明公开的同步回转排渣装置，能够提高深竖井的竖向上排渣效率，同时提高渣土收集均匀性，防止渣土在掌子面的局部方向上堆积。本发明还公开一种竖井掘进机，其有益效果如上所述。

Description

一种竖井掘进机及其同步回转排渣装置

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种同步回转排渣装置。本发明还涉及一种竖井掘进机。

背景技术

掘进机(Boring Machine)是一种用于平直地面开凿巷道的机器。掘进机的种类很多，比如TBM(Tunnel Boring Machine，全断面硬岩隧道掘进机)、盾构机和竖井掘进机等。

竖井施工装备是竖井快速高效成型的关键性因素，目前竖井开挖方法主要有钻爆法、钻井法等。与传统竖井开挖方法比较，竖井掘进机在成井速度、安全性、经济性方面有着明显的优势，特别是在深竖井领域更为突出。但是至今为止并没有一套相对成熟的竖井掘进机施工装备，主要难题在于没有完全解决竖井施工过程中的竖向上排渣问题。因此，对于竖井掘进机施工，设计一套成熟的竖向上排渣结构体系成为当前亟待解决的问题。

在现有技术中，普遍通过螺纹运输机收集竖井掌子面的渣土，然后再转运至刀盘上方的中继运输机构，最后再通过吊桶、吊机等设备将渣土垂直提升至地面。这种竖向上排渣方案的中间过程复杂，传输流程较长，使用的设备种类较多，导致传输效率较低、传输装置的结构复杂，对于深竖井竖向上排渣还需要开发更高效的传输装置。

因此，如何提高深竖井的竖向上排渣效率，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步回转排渣装置，能够提高深竖井的竖向上排渣效率。本发明的另一目的是提供一种竖井掘进机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种同步回转排渣装置，包括可旋转地设置于竖井掘进机的机身底端的刀盘、设置于所述机身顶端的后配套系统，还包括设置于所述机身上的收渣系统、内置于所述机身中的链斗输送机，所述链斗输送机的底端安装在所述刀盘内并延伸至所述刀盘的底面外，所述链斗输送机的顶端与所述后配套系统形成转动连接；所述收渣系统用于收集所述链斗输送机上的铲斗从顶端转向后倾倒的渣土。

优选地，所述链斗输送机的底端与所述刀盘的相连位置偏离所述刀盘的中轴线。

优选地，所述链斗输送机在所述机身内呈倾斜安装姿态。

优选地，所述链斗输送机的长度方向与所述刀盘的中轴线呈3～5°夹角。

优选地，还包括连接于所述链斗输送机顶端的支撑平台，所述支撑平台的顶面与所述后配套系统转动连接。

优选地，还包括设置于所述后配套系统上的回转接头组件，所述支撑平台的顶面与所述回转接头组件的旋转端转动连接；所述回转接头组件的旋转端与所述链斗输送机之间连接有供给管线。

优选地，所述回转接头组件包括固定于所述后配套系统上的外套筒、可旋转地设置于所述外套筒中的旋转芯轴，所述旋转芯轴的底端与所述支撑平台的顶面相连。

优选地，所述旋转芯轴的底端套设有转接法兰，所述转接法兰上开设有若干个沿所述旋转芯轴的径向延伸的长滑孔，所述支撑平台的顶面上连接有若干个插设进所述长滑孔内的驱动拨杆。

优选地，所述支撑平台的顶面上连接有传动轴，所述传动轴的顶端与所述旋转芯轴的底端相连。

本发明还提供一种竖井掘进机，包括机身和设置于所述机身上的同步回转排渣装置，其中，所述同步回转排渣装置具体为上述任一项所述的同步回转排渣装置。

本发明所提供的同步回转排渣装置，主要包括刀盘、后配套系统、收渣系统和链斗输送机。其中，刀盘设置在竖井掘进机的机身底端(或前端)，并与机身形成旋转连接，可在机身上的主驱动的驱动下进行旋转运动，以对竖井底部掌子面进行挖掘。后配套系统设置在机身上，具体位于机身的顶端(或后端)位置，主要用于提供配套部件，并对链斗输送机的顶端提供支撑。收渣系统设置在机身上，一般位于机身的中间区域，主要用于收集链斗输送机所输送的渣土。链斗输送机为核心部件，安装在机身的内部空腔中，整体具有较大高度(或长度)尺寸，能够实现深井长距离渣土输送，同时，链斗输送机的底端插设进刀盘内部，与刀盘相连，并穿过刀盘的底面，延伸至刀盘的底面外，直接与竖井底部的掌子面接触，以便链斗输送机上绕链轮循环往复转动的铲斗能够在掌子面上收集破碎的渣土，并将渣土源源不断地向上运输，直至铲斗在链斗输送机的顶端位置处转向至斗口朝下时，将渣土倾倒在收渣系统内进行集中排渣处理；而链斗输送机的顶端与后配套系统形成转动连接，以便在刀盘进行旋转进给运动而带动链斗输送机的底端进行同步旋转运动时，使得链斗输送机的顶端也保持同步旋转运动，即整个链斗输送机在机身内部与刀盘进行同步回转运动。如此，在链斗输送机与刀盘进行同步回转运动过程中，一方面铲斗能够沿周向不同方位收集掌子面上的渣土，由于掌子面呈倒锥形，渣土破碎后沿各个径向同时往中心底部聚拢，因此不同的铲斗能够收集不同方位产生的渣土，提高渣土收集效率和渣土收集均匀性，防止渣土在掌子面的局部方向上堆积，另一方面，铲斗收集的渣土直接随着链斗输送机的链条向上提升，直到运输到顶端时因换向运动而将渣土倾倒在收渣系统中集中处理，期间无需其余转运流程，也无需安装其余中间转运设备，渣土输送流程非常简短，因此能够提高深竖井的竖向上排渣效率。

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为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1的局部结构示意图。

图3为回转接头组件、转接法兰与驱动拨杆的连接结构示意图。

图4为本发明所提供的另一种具体实施方式的整体结构示意图。

其中，图1—图4中：

机身—1，刀盘—2，后配套系统—3，收渣系统—4，链斗输送机—5，支撑平台—6，回转接头组件—7，转接法兰—8，驱动拨杆—9，传动轴—10，主驱动—11，支撑系统—12；

外套筒—71，旋转芯轴—72，长滑孔—81。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，同步回转排渣装置主要包括刀盘2、后配套系统3、收渣系统4和链斗输送机5。

其中，刀盘2设置在竖井掘进机的机身1底端(或前端)，并与机身1形成旋转连接，可在机身1上的主驱动11的驱动下进行旋转运动，以对竖井底部掌子面进行挖掘。

后配套系统3设置在机身1上，具体位于机身1的顶端(或后端)位置，主要用于提供配套部件，并对链斗输送机5的顶端提供支撑。

收渣系统4设置在机身1上，一般位于机身1的中间区域，主要用于收集链斗输送机5所输送的渣土。

链斗输送机5为核心部件，安装在机身1的内部空腔中，整体具有较大高度(或长度)尺寸，能够实现深井长距离渣土输送。同时，链斗输送机5的底端插设进刀盘2内部，与刀盘2相连，并穿过刀盘2的底面，延伸至刀盘2的底面外，直接与竖井底部的掌子面接触，以便链斗输送机5上绕链轮循环往复转动的铲斗能够在掌子面上收集破碎的渣土，并将渣土源源不断地向上运输，直至铲斗在链斗输送机5的顶端位置处转向至斗口朝下时，将渣土倾倒在收渣系统4内进行集中排渣处理；而链斗输送机5的顶端与后配套系统3形成转动连接，以便在刀盘2进行旋转进给运动而带动链斗输送机5的底端进行同步旋转运动时，使得链斗输送机5的顶端也保持同步旋转运动，即整个链斗输送机5在机身1内部与刀盘2进行同步回转运动。

如此，在链斗输送机5与刀盘2进行同步回转运动过程中，一方面铲斗能够沿周向不同方位收集掌子面上的渣土，由于掌子面呈倒锥形，渣土破碎后沿各个径向同时往中心底部聚拢，因此不同的铲斗能够收集不同方位产生的渣土，提高渣土收集效率和渣土收集均匀性，防止渣土在掌子面的局部方向上堆积，另一方面，铲斗收集的渣土直接随着链斗输送机5的链条向上提升，直到运输到顶端时因换向运动而将渣土倾倒在收渣系统4中集中处理，期间无需其余转运流程，也无需安装其余中间转运设备，渣土输送流程非常简短，因此能够提高深竖井的竖向上排渣效率。

在关于链斗输送机5的一种可选实施例中，该链斗输送机5主要包括驱动电机、传动链轮、链条和铲斗等，具体可以参考现有技术中的链斗输送机5。其中，驱动电机通常设置在链斗输送机5的顶端位置，主要用于驱动传动链轮进行旋转，而传动链轮一般上下两个分别布置，位于底部的传动链轮安装在刀盘2内，链条套在两个传动链轮之间，能够进行循环往复运动，铲斗固定在链条上，随着链条的运动而同步运动。当铲斗运输到底部时，从掌子面上收集渣土，并随着链条上升，将渣土向上运输，直至达到顶部的传动链轮位置时，铲斗换向运动，逐渐下降，此时铲斗朝下倾斜并将渣土倾倒在收渣系统4内。

为尽量避免链斗输送机5在刀盘2上的安装干涉滚刀对掌子面的破碎效果，本实施例中，链斗输送机5的底端与刀盘2的相连位置偏离刀盘2的中轴线，即链斗输送机5的底端并非连接在刀盘2的圆心位置，而是与圆心存在一定距离的偏心位置。如此设置，链斗输送机5的底端避免刀盘2的圆心位置后，刀盘2的圆心位置即可正常安装滚刀，实现对掌子面圆心位置的破碎，而偏心位置处虽然无法安装滚刀，但偏心位置所处的圆周上的其余位置却仍然可以安装滚刀，在刀盘2进行旋转运动时，这部分滚刀进行圆周进给，仍然可以对偏心位置处进行破碎，保证实现全断面掘进效果。

进一步的，为适应链斗输送机5的底端与刀盘2之间的偏心连接，本实施例中，链斗输送机5在机身1内具体呈倾斜安装姿态，即链斗输送机5整体并非竖直安装在机身1内，而是链斗输送机5的长度方向与刀盘2或机身1的中轴线成一定夹角。具体的，该夹角范围在3～5°内，比如4°等。

如图2所示，图2为图1的局部结构示意图。

为便于实现链斗输送机5的顶端与后配套系统3之间的转动连接，本实施例中增设了支撑平台6。具体的，该支撑平台6连接在链斗输送机5的顶端位置，且支撑平台6的顶面与后配套系统3形成转动连接，从而通过支撑平台6对链斗输送机5的顶端形成稳定支撑，并保证支撑平台6与链斗输送机5的顶端能够相对后配套系统3进行同步旋转运动。

进一步的，为便于实现支撑平台6与后配套系统3之间的转动连接，本实施例中增设了回转接头组件7。具体的，该回转接头组件7设置在后配套系统3上，与后配套系统3的安装支架等部件相连，而该回转接头组件7具有旋转端，该旋转端具有旋转运动自由度。同时，该旋转端的底端与支撑平台6的顶面相连，从而能够实现运动传递，将链斗输送机5的旋转运动通过支承平台传递至回转接头组件7的旋转端上，带动旋转端进行旋转运动。

不仅如此，链斗输送机5在运行过程中，通常需要消耗电能和液压油，为保证链斗输送机5的长期稳定运行，通常需要对链斗输送机5连接供给管线，比如电缆、油路等，考虑到链斗输送机5在运行过程中始终处于与刀盘2的同步旋转运动状态中，为防止供给管线被逐渐缠绕在链斗输送机5上而导致拉扯、断裂等，本实施例中，供给管线的一端固定在回转接头组件7的旋转端上，而供给管线的另一端与链斗输送机5的对应接头连通。如此设置，当链斗输送机5进行旋转运动时，由于回转接头组件7的旋转端也同步进行旋转运动，即带动供给管线进行同步旋转运动，因此供给管线与链斗输送机5保持相对静止状态，避免供给管线出现缠绕卷绕现象。

如图3所示，图3为回转接头组件7、转接法兰8与驱动拨杆9的连接结构示意图。

在关于回转接头组件7的一种可选实施例中，该回转接头组件7主要包括外套筒71和旋转芯轴72。其中，外套筒71固定在后配套系统3上，而旋转芯轴72为回转接头组件7的旋转端，具体安装在外套筒71内，并保持旋转运动自由度，同时，旋转芯轴72的底端伸出外套筒71的底端，并与支撑平台6的顶面相连。

进一步的，为便于实现回转接头组件7的旋转芯轴72与支撑平台6之间的动力连接，本实施例中增设了转接法兰8和驱动拨杆9。

其中，转接法兰8套设在回转接头组件7的旋转芯轴72的底端上，能够与其进行同步旋转运动。同时，在转接法兰8上开设有若干个长滑孔81，比如2～4个等，而各个长滑孔81的延伸方向均沿旋转芯轴72的径向。

驱动拨杆9连接在支撑平台6的顶面上，具有一定延伸长度(高度)，通常可同时设置多个，且各个驱动拨杆9的顶端分别插设进对应的长滑孔81内，与长滑孔81形成滑动连接。

如此设置，当支撑平台6进行旋转运动时，带动各个驱动拨杆9同步旋转运动，进而通过驱动拨杆9对长滑孔81的孔壁的抵接作用力，对转接法兰8形成旋转力矩，进而驱动转接法兰8和旋转芯轴72进行同步旋转运动。并且，由于驱动拨杆9并非与长滑孔81形成直接连接，且驱动拨杆9的直径略小于长滑孔81的孔径(比如比长滑孔81的孔径小2％～5％)，因此，当链斗输送机5在旋转运动过程中产生的振动能量传递到支撑平台6上时，驱动拨杆9将产生一定幅度的不可控制的无规律摆动，此时，驱动拨杆9能够在长滑孔81内沿其长度方向进行位移、摆动，以消耗掉部分振动能量，防止振动能量全部传递至旋转芯轴72上。此外，长滑孔81的孔壁也可以通过弹性形变的方式，吸收部分驱动拨杆9的振动能量。

如图4所示，图4为本发明所提供的另一种具体实施方式的整体结构示意图。

在另一种实施方式中，为便于实现回转接头组件7的旋转芯轴72与支撑平台6之间的动力连接，本实施例中增设了传动轴10，以代替前述实施例中的转接法兰8与驱动拨杆9。

其中，传动轴10立设在支撑平台6的顶面上，而传动轴10的顶端与旋转芯轴72的底端相连，从而简单、方便地实现了支撑平台6与回转接头组件7之间的转动连接。一般的，传动轴10与旋转芯轴72之间可通过万向联轴器进行连接。此外，该传动轴10具体为内外嵌套的伸缩轴结构，能够适当延长连接长度，以在机身1上的支撑系统12进行换步以进行下一个掘进行程时，仍然保持与旋转芯轴72的稳定连接。而对于前述驱动拨杆9，只需将驱动拨杆9的长度适当延长即可。

本实施例还提供一种竖井掘进机，主要包括机身1和设置在机身1上的同步回转排渣装置，其中，该同步回转排渣装置的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种同步回转排渣装置，包括可旋转地设置于竖井掘进机的机身(1)底端的刀盘(2)、设置于所述机身(1)顶端的后配套系统(3)，其特征在于，还包括设置于所述机身(1)上的收渣系统(4)、内置于所述机身(1)中的链斗输送机(5)，所述链斗输送机(5)的底端安装在所述刀盘(2)内并延伸至所述刀盘(2)的底面外，所述链斗输送机(5)的顶端与所述后配套系统(3)形成转动连接；所述收渣系统(4)用于收集所述链斗输送机(5)上的铲斗从顶端转向后倾倒的渣土。

2.根据权利要求1所述的同步回转排渣装置，其特征在于，所述链斗输送机(5)的底端与所述刀盘(2)的相连位置偏离所述刀盘(2)的中轴线。

3.根据权利要求2所述的同步回转排渣装置，其特征在于，所述链斗输送机(5)在所述机身(1)内呈倾斜安装姿态。

4.根据权利要求3所述的同步回转排渣装置，其特征在于，所述链斗输送机(5)的长度方向与所述刀盘(2)的中轴线成3～5°夹角。

5.根据权利要求1-4任一项所述的同步回转排渣装置，其特征在于，还包括连接于所述链斗输送机(5)顶端的支撑平台(6)，所述支撑平台(6)的顶面与所述后配套系统(3)转动连接。

6.根据权利要求5所述的同步回转排渣装置，其特征在于，还包括设置于所述后配套系统(3)上的回转接头组件(7)，所述支撑平台(6)的顶面与所述回转接头组件(7)的旋转端转动连接；所述回转接头组件(7)的旋转端与所述链斗输送机(5)之间连接有供给管线。

7.根据权利要求6所述的同步回转排渣装置，其特征在于，所述回转接头组件(7)包括固定于所述后配套系统(3)上的外套筒(71)、可旋转地设置于所述外套筒(71)中的旋转芯轴(72)，所述旋转芯轴(72)的底端与所述支撑平台(6)的顶面相连。

8.根据权利要求7所述的同步回转排渣装置，其特征在于，所述旋转芯轴(72)的底端套设有转接法兰(8)，所述转接法兰(8)上开设有若干个沿所述旋转芯轴(72)的径向延伸的长滑孔(81)，所述支撑平台(6)的顶面上连接有若干个插设进所述长滑孔(81)内的驱动拨杆(9)。

9.根据权利要求7所述的同步回转排渣装置，其特征在于，所述支撑平台(6)的顶面上连接有传动轴(10)，所述传动轴(10)的顶端与所述旋转芯轴(72)的底端相连。

10.一种竖井掘进机，包括机身(1)和设置于所述机身(1)上的同步回转排渣装置，其特征在于，所述同步回转排渣装置具体为权利要求1-9任一项所述的同步回转排渣装置。

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