CN115875049A - 一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，包括：机架，摆动截割装置，布置于所述机架的前端，用于在掘进机推进过程中，对巷道岩面作摆动截割；移动支撑机构，布置于所述机架的导轨上，用于在掘进机掘进过程中，实时对围岩进行支护并稳定掘进机的机体姿态；输送机构，包括刮板输送装置，用于对所述摆动截割装置截割下的岩石进行向外输送，多组设备小车，相邻之间通过万向接头机构相连，用于掘进机的巷道行走；以及折叠式皮带输送装置，布置于所述刮板输送装置的尾端，用于掘进机在直角转弯或大倾角掘进状态下的连续运输。通过本发明的公开，该掘进机具有破岩能力足、掘进效率高、巷道成型质量好、结构简单、使用简易的特点。

Description

一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机

技术领域

本发明涉及掘进机装备技术领域，更具体涉及一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机。

背景技术

掘进机是一种用于开凿平直巷道的地下装备，按断面成型方式可分为部分断面掘进机和全断面掘进机，其机构组成通常包括截割机构、装运机构、转载机构和行走机构，随着行走机构向前推进，利用截割机构中的截割工具不断破碎掌子面岩石，再通过装运机构及转载机构把破碎后的岩石运走，其具有安全、高效和成巷质量好等优点。

目前部分断面掘进机以悬臂式掘进机为主，全断面掘进机以圆形全断面掘进机(TBM)为主，悬臂式掘进机虽断面成型方式灵活，但存在如下缺点：利用截齿破碎岩石，其硬岩破岩能力低；采用电机驱动方式进行破岩，其最大功率受到体积限制；通过多次截割头循迹截割才完成一次断面形成，其掘进效率较低，同时存在超挖和欠挖的现象，其巷道成形质量差；不能实现边掘边支，其掘进工期长。TBM虽然改善悬臂式掘进机许多缺点，例如：采用滚刀破碎岩石，其硬岩破岩能力足；可实现一次全断面成形，但是目前的全断面掘进机的巷道成形多为圆形，因此不方便后续运输车辆出入。

有鉴于此，有必要对现有技术中的掘进机予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于公开一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，以解决上述技术问题，提供一种破岩能力足、掘进效率高、巷道成型质量好、结构简单、使用简易的硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机。

为实现上述目的，本发明提供了一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，包括：

机架，

摆动截割装置，布置于所述机架的前端，用于在掘进机推进过程中，对巷道岩面作摆动截割；

移动支撑机构，布置于所述机架的导轨上，用于在掘进机掘进过程中，实时对围岩进行支护并稳定掘进机的机体姿态；

输送机构，包括刮板输送装置，用于对所述摆动截割装置截割下的岩石进行向外输送，

多组设备小车，相邻之间通过万向接头机构相连，用于掘进机的巷道行走；

以及折叠式皮带输送装置，布置于所述刮板输送装置的尾端，用于掘进机在直角转弯或大倾角掘进状态下的连续运输。

作为本发明的进一步改进，所述摆动截割装置包括：

刀盘组件，位于掘进机的正前方；

摆动连接件，一端与所述刀盘组件的背部固定连接，另一端与所述机架转动连接，

驱动组件，布置于所述机架上，且具有一作直线往复运动的活动端；

连杆，一端与所述活动端铰接，另一端与所述摆动连接件铰接；

所述驱动组件通过所述摆动连接件与所述连杆能够将直线往复运动转化为所述刀盘组件的摆动运动。

作为本发明的进一步改进，所述刀盘组件包括：

矩形刀盘，背离所述掘进机的一侧为截割操作面；

截齿，布置于所述截割操作面的顶端；

刮刀，布置于所述截割操作面的底端，所述截齿与刮刀用于在所述刀盘组件的摆动过程中，对巷道围岩的顶板和底板进行充分截割及清扫；

正滚刀，布置于所述操作面的中央，用于破岩；

边滚刀，布置于所述矩形刀盘的四角，用于对矩形巷道的两帮进行截割与清扫。

作为本发明的进一步改进，所述正滚刀布置有两组，且沿所述刀盘组件摆动方向的垂直方向布置并作平行间隔布置；

所述正滚刀包括主轴，转动布置于所述矩形刀盘内；

刀组，具有若干组，沿所述主轴的轴向间隔布置，且相邻所述正滚刀的刀组依次错位布置。

作为本发明的进一步改进，所述移动支撑机构包括：

动力组件，布置于所述机架上，其输出轴安装有驱动齿轮；

移动支撑件，与所述机架的导轨构成滑动配合，且所述移动支撑件上沿平行于所述导轨的方向布置有齿条，所述齿条与所述驱动齿轮相啮合，通过所述动力组件的驱动，所述移动支撑件沿所述导轨的方向滑动；所述移动支撑件具有支撑巷道顶部的支撑顶板；

支撑组件，布置有多组，且呈矩形阵列布置于所述移动支撑件上，且竖直布置，顶部具有活动伸缩的伸缩端，所述伸缩端与所述支撑顶板的底部相铰接。

作为本发明的进一步改进，所述动力组件采用步进电机。

作为本发明的进一步改进，所述折叠式皮带输送装置包括若干独立分布的输送单元，每组所述设备小车上均布置有一组输送单元，每组所述输送单元包括：倾斜输送段、水平输送段以及调节机构，所述水平输送段布置于所述倾斜输送段的尾端，所述调节机构铰接连接在所述倾斜输送段与所述水平输送段之间，用于调节倾斜输送段的倾斜角，以适应不同重量岩渣的输送要求；

料斗，布置于每组所述倾斜输送段的前端，正对相邻所述输送单元的水平输送段的末端下方；

所述输送机构能够在掘进机直角转弯或大倾角掘进时，保证岩渣的连续运输。

作为本发明的进一步改进，所述支撑组件为支撑液压缸且布置有4组，且呈矩形均匀分布在所述移动支撑件上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，采用了液压推进摆动截割方式，相比传统电机驱动方式，更容易满足最大掘进负载要求；采用矩形轮廓刀盘，结合摆动截割形式使得巷道矩形断面一次成型，减少超挖或欠挖的现象，其矩形巷道方便后续配套设备及运输车辆出入；采用滚刀破岩为主，截齿刮刀破岩为辅的破岩方式，使得硬岩掘进能力得到提升，此外，在刀盘的摆动过程中，滚刀做线性截割运动，其受力形式简单，因此刀具不容易损坏；此外，本发明专利提出一种移动支撑机构，该机构可以在掘进机掘进过程中实时对围岩进行支护，以此提升掘进安全性，还可以稳定掘进机的机体姿态，避免刀盘在摆动截割过程中受突变负载影响造成掘进机机体姿态出现偏差。

附图说明

图1为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机的三维结构示意图；

图2为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机中刀盘组件的主视结构示意图；

图3为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机中刀盘组件的侧视示意图；

图4为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机中摆动截割装置的结构示意图；

图5为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机中摆动连接件的结构示意图；

图6为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机中移动支撑机构的结构示意图；

图7为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机中输送单元的结构示意图；

图8为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机在直角转弯时工作示意图；

图9为本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机大倾角掘进时工作示意图。

图中：1、机架；2、摆动截割装置；3、移动支撑机构；4、设备小车；5、折叠式皮带输送装置；6、超前钻探装置；10、导轨；21、刀盘组件；22、摆动连接件；23、驱动组件；24、连杆；31、动力组件；32、驱动齿轮；33、移动支撑件；34、支撑组件；51、倾斜输送段；52、水平输送段；53、调节机构；54、料斗；210、矩形刀盘；211、截齿；212、刮刀；213、正滚刀；214、边滚刀；331、支撑顶板。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

请参图1至图9所示出的本发明一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机的一种具体实施方式。

参图1所示，一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，包括：机架1，摆动截割装置2，布置于机架1的前端，用于在掘进机推进过程中，对巷道岩面作摆动截割；移动支撑机构3，布置于机架1的导轨10上，用于在掘进机掘进过程中，实时对围岩进行支护并稳定掘进机的机体姿态；输送机构，包括刮板输送装置，用于对摆动截割装置2截割下的岩石进行向外输送，多组设备小车4，相邻之间通过万向接头机构相连，用于掘进机的巷道行走；以及折叠式皮带输送装置5，布置于刮板输送装置的尾端，用于掘进机在直角转弯或大倾角掘进状态下的连续运输。在掌子面岩体破碎过程中，可利用刮板输送装置及时将破碎的岩渣收集并输送出去，当完成一次断面开挖后，启动掘进机履带行走机构，使掘进机朝前方移步进入下一掘进循环。

参图4-5所示，摆动截割装置2包括：刀盘组件21，位于掘进机的正前方；摆动连接件22，一端与刀盘组件21的背部固定连接，另一端与机架1转动连接；驱动组件23，布置于机架1上，且具有一作直线往复运动的活动端；在掘进过程中，刀盘组件21与掌子面直接接触，并利用刀盘组件21上安装的刀具对岩石进行破碎，而驱动组件23则是为破岩工具破碎岩石提供动力。驱动组件23采用液压缸，其相比电机驱动更能满足硬岩掘进负载要求，在掘进过程中，刀具的破岩力主要由活塞杆的正向推力提供，即刀盘下摆为主要截割过程，这是由液压缸活塞杆无杆腔作用力大于有杆腔作用力的特性所决定的。

连杆24，一端与活动端铰接，另一端与摆动连接件22铰接；驱动组件23通过摆动连接件22与连杆24能够将直线往复运动转化为刀盘组件21的摆动运动。

参图2-3所示，刀盘组件21包括：矩形刀盘210，背离掘进机的一侧为截割操作面；截齿211，布置于截割操作面的顶端；刮刀212，布置于截割操作面的底端一排，截齿211与刮刀212用于在刀盘组件21的摆动过程中，对巷道围岩的顶板和底板进行充分截割及清扫；正滚刀213，布置于操作面的中央，用于破岩；边滚刀214，布置于矩形刀盘210的四角，用于对矩形巷道的两帮进行截割与清扫。正滚刀213布置有两组，且沿刀盘组件21摆动方向的垂直方向布置并作平行间隔布置；正滚刀213包括主轴，转动布置于矩形刀盘210内；刀组，具有若干组，沿主轴的轴向间隔布置，且相邻正滚刀213的刀组依次错位布置。

具体的，采用矩形刀盘210，结合摆动截割方式，可使得巷道一次成型为矩形断面，减少超挖和欠挖的现象，巷道成型质量高，其巷道的宽度及高度分别取决于矩形刀盘210的长度和矩形刀盘210的摆动幅度，此外，矩形巷道可弥补圆形巷道地面不平的缺点，方便后续运输车辆的出入；采用滚刀作为主要破岩工具，首先，因为滚刀的破岩机理为挤压-剪切破坏和挤压-张拉破坏，而岩石的抗剪强度及抗拉强度要小于其抗压强度，因此滚刀的硬岩破碎能力相较于截齿211要更高，其次，采用上下摆动截割方式，滚刀的截割形式，相比其他破岩工具，其受力形式简单，不受摆动方向限制，因此刀具不容易损坏。刀盘组件21上下摆动过程中，每把刀具的轨迹为一定角度的圆弧线，此种安装形式可以保证刀盘组件21上每把刀具与岩石进行充分接触，进而保证破岩过程中每把刀具受力均匀。

参图6所示，移动支撑机构3包括：动力组件31，动力组件31采用步进电机，布置于机架1上，其输出轴安装有驱动齿轮32；移动支撑件33，与机架1的导轨10构成滑动配合，且移动支撑件33上沿平行于导轨10的方向布置有齿条，齿条与驱动齿轮32相啮合，通过动力组件31的驱动，移动支撑件33沿导轨10的方向滑动；移动支撑件33具有支撑巷道顶部的支撑顶板331；支撑组件34，布置有多组，且呈矩形阵列布置于移动支撑件33上，且竖直布置，顶部具有活动伸缩的伸缩端，伸缩端与支撑顶板331的底部相铰接。支撑组件34为支撑液压缸，通过驱动支撑液压缸使支撑顶板331与围岩紧密接触，以此稳定掘进机的机体姿态，避免刀盘组件21在摆动截割过程中受突变负载影响造成掘进机机体姿态出现偏差。

具体的，支撑组件34为支撑液压缸且布置有4组，且呈矩形均匀分布在移动支撑件33上。相比一般的液压缸推动的形式，动力组件31采用步进电机能够节省较大的设计空间，结构较为简单；同时驱动齿轮32均采用步进电机驱动，不仅距离调整精度高，相较于液压马达驱动方式，能够大大减小整机的重量和体积，增强了整个装备的机动性，便于操作。

参图7-9所示，折叠式皮带输送装置5包括若干独立分布的输送单元，每组设备小车4上均布置有一组输送单元，每组输送单元包括：倾斜输送段51、水平输送段52以及调节机构53，水平输送段52布置于倾斜输送段51的尾端，调节机构53铰接连接在倾斜输送段51与水平输送段52之间，用于调节倾斜输送段51的倾斜角，以适应不同重量岩渣的输送要求；料斗54，布置于每组倾斜输送段51的前端，正对相邻输送单元的水平输送段52的末端下方；输送机构能够在掘进机直角转弯或大倾角掘进时，保证岩渣的连续运输。输送单元包括：支撑架，布置于设备小车4上；托辊，间隔排布设有多组，均转动安装于支撑架上；驱动辊，布置在支撑架的尾端，输送带，承接在托辊与驱动辊上；输送驱动电机，布置在水平输送段52的尾端，与驱动辊传动连接，以驱动输送带传动；防尘罩，安装在支撑架上，减轻运输过程中的矿石粉尘，同时避免岩渣掉落。

掘进机还包括勘探系统是由超前钻探装置6组成，其装置包括钻探机架1、钻探电机、夹持推进液压缸、超前探测钻杆；超前钻探装置6安装于掘进机尾盾后方的设备小车4上；当掘进机刀盘停止掘进旋转时，探测电机控制超前探测钻杆从刀盘表面钻孔伸出，对前方岩体进行钻进，进而实现前方地质情况勘探。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，包括：

机架，

摆动截割装置，布置于所述机架的前端，用于在掘进机推进过程中，对巷道岩面作摆动截割；

移动支撑机构，布置于所述机架的导轨上，用于在掘进机掘进过程中，实时对围岩进行支护并稳定掘进机的机体姿态；

输送机构，包括刮板输送装置，用于对所述摆动截割装置截割下的岩石进行向外输送，

多组设备小车，相邻之间通过万向接头机构相连，用于掘进机的巷道行走；

以及折叠式皮带输送装置，布置于所述刮板输送装置的尾端，用于掘进机在直角转弯或大倾角掘进状态下的连续运输。

2.根据权利要求1所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述摆动截割装置包括：

刀盘组件，位于掘进机的正前方；

摆动连接件，一端与所述刀盘组件的背部固定连接，另一端与所述机架转动连接，

驱动组件，布置于所述机架上，且具有一作直线往复运动的活动端；

连杆，一端与所述活动端铰接，另一端与所述摆动连接件铰接；

所述驱动组件通过所述摆动连接件与所述连杆能够将直线往复运动转化为所述刀盘组件的摆动运动。

3.根据权利要求2所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述刀盘组件包括：

矩形刀盘，背离所述掘进机的一侧为截割操作面；

截齿，布置于所述截割操作面的顶端；

刮刀，布置于所述截割操作面的底端，所述截齿与刮刀用于在所述刀盘组件的摆动过程中，对巷道围岩的顶板和底板进行充分截割及清扫；

正滚刀，布置于所述操作面的中央，用于破岩；

边滚刀，布置于所述矩形刀盘的四角，用于对矩形巷道的两帮进行截割与清扫。

4.根据权利要求3所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述正滚刀布置有两组，且沿所述刀盘组件摆动方向的垂直方向布置并作平行间隔布置；

所述正滚刀包括主轴，转动布置于所述矩形刀盘内；

刀组，具有若干组，沿所述主轴的轴向间隔布置，且相邻所述正滚刀的刀组依次错位布置。

5.根据权利要求1所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述移动支撑机构包括：

动力组件，布置于所述机架上，其输出轴安装有驱动齿轮；

移动支撑件，与所述机架的导轨构成滑动配合，且所述移动支撑件上沿平行于所述导轨的方向布置有齿条，所述齿条与所述驱动齿轮相啮合，通过所述动力组件的驱动，所述移动支撑件沿所述导轨的方向滑动；所述移动支撑件具有支撑巷道顶部的支撑顶板；

支撑组件，布置有多组，且呈矩形阵列布置于所述移动支撑件上，且竖直布置，顶部具有活动伸缩的伸缩端，所述伸缩端与所述支撑顶板的底部相铰接。

6.根据权利要求5所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述动力组件采用步进电机。

7.根据权利要求1所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述折叠式皮带输送装置包括若干独立分布的输送单元，每组所述设备小车上均布置有一组输送单元，每组所述输送单元包括：倾斜输送段、水平输送段以及调节机构，所述水平输送段布置于所述倾斜输送段的尾端，所述调节机构铰接连接在所述倾斜输送段与所述水平输送段之间，用于调节倾斜输送段的倾斜角，以适应不同重量岩渣的输送要求；

料斗，布置于每组所述倾斜输送段的前端，正对相邻所述输送单元的水平输送段的末端下方；

所述输送机构能够在掘进机直角转弯或大倾角掘进时，保证岩渣的连续运输。

8.根据权利要求5所述的一种硬岩矩形巷道摆动截割全断面掘进机，其特征在于，所述支撑组件为支撑液压缸且布置有4组，且呈矩形均匀分布在所述移动支撑件上。

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