CN115898498A - 一种隧道机械化半自动支护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧道机械化半自动支护装置，包括底板，底板顶端固定连接有升降机构，升降机构顶端固定连接有顶板，顶板一端滑动连接有加长板，顶板另一端转动连接有活动板，活动板底端中部固定连接有连接部一端，连接部另一端与底板固定连接；升降机构包括第一升降部、第二升降部，第一升降部与第二升降部结构相同，第一升降部与第二升降部分别固定在底板顶部两端。本发明的装置体积小、重量轻能伴随掘进机械行进、及时支护及封堵水、支撑面可以灵活调整角度，可以在多种存在复杂地质环境的施工场地发挥作用，可以实现安全高效的作业，提高富水破碎岩层隧道施工的机械化水平，具有前景广阔的市场。

Description

一种隧道机械化半自动支护装置

技术领域

本发明属于隧道施工辅助机械技术领域，特别是涉及一种隧道机械化半自动支护装置。

背景技术

多自由度液压系统是维持隧道原状能否实现安全高效节约期限的关键设备，掘进过程中两侧侧拱部会出现涌水，针对性调节挡板堵住后方便后续永久性堵水加固措施，临时支配堵水隧道时，液压支架还是富水破碎岩层隧道开凿成败的重要因素。目前广泛使用的液压支架是在上世纪60年代设计的四连杆液压支架基础上发展起来的,但因为隧道倾角及地质构造的原因，顶板对液压支架的压力必然存在侧向分力，而现有四连杆型支架立柱采用球形铰联接，没有承受侧向力的能力，从而侧向力通过掩护梁传递给连杆机构，造成倒架和支架机构损坏，这就是现有的四连杆液压支架存在原理性缺陷。我国隧道矿山结构复杂，在实际应用中由于顶板的不平整性和隧道倾角的变化，会产生较大的附加载荷，导致掩护梁损坏、倒架和下滑等重大安全事故。因此，需要设计一种隧道机械化半自动支护装置以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道机械化半自动支护装置，以解决上述问题，达到提高液压支架支撑稳定性和对围岩的适应性，克服现有液压支架的技术缺陷、节约成本，提高施工效率的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种隧道机械化半自动支护装置，包括底板，所述底板顶端固定连接有升降机构，所述升降机构顶端固定连接有顶板，所述顶板一端滑动连接有加长板，所述顶板另一端转动连接有活动板，所述活动板底端中部固定连接有连接部一端，所述连接部另一端与所述底板固定连接；

所述升降机构包括第一升降部、第二升降部，所述第一升降部与所述第二升降部结构相同，所述第一升降部与所述第二升降部分别固定在所述底板顶部两端。

优选的，所述第一升降部包括三个支撑气缸，所述支撑气缸底端通过下铰接部与所述底板顶端固定连接，所述支撑气缸活塞端通过上铰接部与所述顶板底端固定连接；

所述下铰接部包括下连接板，所述下连接板底端与所述底板顶端固定连接，所述下连接板顶端两侧分别固定连接有下连接支耳，两个所述下连接支耳顶端之间转动连接有下连接轴，所述支撑气缸底端与所述下连接轴固定连接，三个所述下连接轴所在轴线形成等腰三角形；

所述上铰接部包括上连接板，所述上连接板顶端与所述顶板底端固定连接，所述上连接板底端两侧分别固定连接有上连接支耳，两个所述上连接支耳底端之间转动连接有上连接轴，所述支撑气缸活塞端与所述上连接轴固定连接。

优选的，所述顶板底端固定连接有伸缩部，所述伸缩部包括第二连接板，所述第二连接板顶端与所述顶板底端固定连接，所述第二连接板底端固定连接有两个第二连接支耳，两个所述第二连接支耳底端之间转动连接有第二连接轴，所述第二连接轴固定连接有伸缩气缸，所述伸缩气缸活塞端固定连接有第一连接轴，所述第一连接轴两端分别转动连接有第一连接支耳，两个所述第一连接支耳顶端共同固定连接有第一连接板，所述第一连接板顶端与所述加长板底端固定连接。

优选的，所述连接部包括支撑板，所述支撑板一端与所述底板转动连接，所述支撑板另一端滑动连接有滑动板一端，所述滑动板另一端中部固定连接有底座，所述底座转动连接有铰接轴，所述铰接轴两端分别固定连接有顶座，两个所述顶座均与所述活动板底端固定连接。

优选的，所述底板顶部一端固定连接有后护板底端，所述后护板顶端通过连接轴与所述支撑板转动连接。

优选的，所述顶板底部靠近所述活动板的一端固定连接有角度调节部，所述角度调节部包括第三连接板，所述第三连接板顶端与所述顶板底端固定连接，所述第三连接板底端两侧分别固定连接有第三连接支耳，两个所述第三连接支耳底端通过第三连接轴转动连接有调节气缸，所述调节气缸活塞端固定连接有第四连接轴，所述第四连接轴两端分别转动连接有第四连接支耳，两个所述第四连接支耳共同固定连接有第四连接板，所述第四连接板与所述活动板底端固定连接。

优选的，所述顶板通过转动部与所述活动板转动连接，所述转动部包括两个第二连接耳，两个所述第二连接耳固定在所述顶板端部两侧，两个所述第二连接耳共同转动连接有转轴，所述转轴上转动连接有两个第一连接耳，两个所述第一连接耳位于两个所述第二连接耳之间，两个所述第一连接耳与所述活动板端部两侧固定连接。

优选的，所述底板底部两端分别固定连接有行走部，所述行走部包括两个相互平行且竖直设置的支撑杆，所述支撑杆顶端与所述底板底端固定连接，两个所述支撑杆底端共同转动连接有车轴，所述车轴两端分别固定连接有车轮。

本发明具有如下技术效果：

本发明通过设置升降机构实现了相对顶板、底板有限的指定让压运动和有效承载，不仅可承受顶板与底板对升降机构施加的垂直压力, 还可承受来自其他方向的侧向分力，有效提高升降机构的支撑性能，提高支护的稳定性、安全性和稳定性，避免掩护梁损坏、倒架和下滑等安全事故的发生，克服了现有液压支架的缺点。本发明的装置还具有结构刚度大、承受能力强、惯性小、定位和运动精度高等特点。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构轴测图；

图2为本发明整体结构另一角度轴测图；

图3为本发明第一升降部结构示意图；

图4为本发明连接部与角度调节部结构示意图。

其中，1、底板；2、顶板；3、加长板；4、活动板；5、前护板；6、支撑板；7、滑动板；8、支撑气缸；9、下连接板；10、下连接支耳；11、下连接轴；12、上连接板；13、上连接支耳；14、上连接轴； 15、后护板；16、伸缩气缸；17、第一连接板；18、第一连接支耳； 19、第一连接轴；20、第二连接板；21、第二连接支耳；22、第二连接轴；23、调节气缸；24、第三连接板；25、第三连接支耳；26、第三连接轴；27、第四连接板；28、第四连接支耳；29、第四连接轴； 30、底座；31、顶座；32、铰接轴；33、连接轴；34、车轮；35、支撑杆；36、车轴；37、转轴；38、第一连接耳；39、第二连接耳；40、侧护板。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-4，本发明提供一种隧道机械化半自动支护装置，包括底板1，底板1顶端固定连接有升降机构，升降机构顶端固定连接有顶板2，顶板2一端滑动连接有加长板3，顶板2另一端转动连接有活动板4，活动板4底端中部固定连接有连接部一端，连接部另一端与底板1固定连接；

升降机构包括第一升降部、第二升降部，第一升降部与第二升降部结构相同，第一升降部与第二升降部分别固定在底板1顶部两端。

进一步的，底板1的前端固定连接有前护板5，前护板5对升降机构起到保护作用，顶板2的两长侧边分别铰接有侧护板40,侧护板40转动的动力以及封堵导水通道的力由液压支柱提供。

侧护板40的表面固定连接有堵水层，堵水层由柔性、高密闭性材料制成，侧护板40支起一定角度后能够与隧道侧拱部接触，并将侧拱部局部的导水通道进行封堵，起到堵塞泥、水的作用。侧护板 40附带自锁功能，处于封堵水的工作位置时能够实现自动锁定功能，防止液压支柱出现故障时侧护板40脱离工作位置，转动自锁功能为现有技术，此处不再赘述。

进一步优化方案，第一升降部包括三个支撑气缸8，支撑气缸8 底端通过下铰接部与底板1顶端固定连接，支撑气缸8活塞端通过上铰接部与顶板2底端固定连接；

下铰接部包括下连接板9，下连接板9底端与底板1顶端固定连接，下连接板9顶端两侧分别固定连接有下连接支耳10，两个下连接支耳10顶端之间转动连接有下连接轴11，支撑气缸8底端与下连接轴11固定连接，三个下连接轴11所在轴线形成等腰三角形；

上铰接部包括上连接板12，上连接板12顶端与顶板2底端固定连接，上连接板12底端两侧分别固定连接有上连接支耳13，两个上连接支耳13底端之间转动连接有上连接轴14，支撑气缸8活塞端与上连接轴14固定连接。

第一升降部形成一个三平移双并联机构3-RPC，以SOC{-R⊥P ⊥C-}实现X,Y方向的少量平移和Z向的长距离平移。

第一升降部与第二升降部均以SOC{-R⊥P⊥C-}为支链，其POC 集为

则该支链自由度＝4。考虑R11与R21不平行，则

其中则第一升降部、第二升降部的自由度

式中，F为第i个运动副自由度，n为构件数，v为独立回路数且n＝3，v＝2，对称布置后的第一升降部、第二升降部的自由度也为3。在第一升降部、第二升降部中由支撑气缸8作为驱动副，称为第一升降部、第二升降部的驱动缸，实现顶板2沿X、Y方向的少量平移让压卸载和沿Z向的长距离升降或平移让压卸载。

第一升降部、第二升降部结构完全相同，则顶板2的运动轨迹为：

其中x',y',z'为第二升降部的运动轨迹参数，进一步分析可得出：x＝±x',y＝±y',z＝z'，且当x＝-x',y＝-y'时，顶板2存在一个垂直方向的伴随转动。

进一步优化方案，顶板2底端固定连接有伸缩部，伸缩部包括第二连接板20，第二连接板20顶端与顶板2底端固定连接，第二连接板20底端固定连接有两个第二连接支耳21，两个第二连接支耳21 底端之间转动连接有第二连接轴22，第二连接轴22固定连接有伸缩气缸16，伸缩气缸16活塞端固定连接有第一连接轴19，第一连接轴 19两端分别转动连接有第一连接支耳18，两个第一连接支耳18顶端共同固定连接有第一连接板17，第一连接板17顶端与加长板3底端固定连接。

进一步优化方案，连接部包括支撑板6，支撑板6一端与底板1 转动连接，支撑板6另一端滑动连接有滑动板7一端，滑动板7另一端中部固定连接有底座30，底座30转动连接有铰接轴32，铰接轴 32两端分别固定连接有顶座31，两个顶座31均与活动板4底端固定连接。

进一步优化方案，底板1顶部一端固定连接有后护板15底端，后护板15顶端通过连接轴33与支撑板6转动连接。

进一步优化方案，顶板2底部靠近活动板4的一端固定连接有角度调节部，角度调节部包括第三连接板24，第三连接板24顶端与顶板2底端固定连接，第三连接板24底端两侧分别固定连接有第三连接支耳25，两个第三连接支耳25底端通过第三连接轴26转动连接有调节气缸23，调节气缸23活塞端固定连接有第四连接轴29，第四连接轴29两端分别转动连接有第四连接支耳28，两个第四连接支耳 28共同固定连接有第四连接板27，第四连接板27与活动板4底端固定连接。

进一步优化方案，顶板2通过转动部与活动板4转动连接，转动部包括两个第二连接耳39，两个第二连接耳39固定在顶板2端部两侧，两个第二连接耳39共同转动连接有转轴37，转轴37上转动连接有两个第一连接耳38，两个第一连接耳38位于两个第二连接耳39 之间，两个第一连接耳38与活动板4端部两侧固定连接。

进一步优化方案，底板1底部两端分别固定连接有行走部，行走部包括两个相互平行且竖直设置的支撑杆35，支撑杆35顶端与底板 1底端固定连接，两个支撑杆35底端共同转动连接有车轴36，车轴 36两端分别固定连接有车轮34。

本实施例的工作过程如下：

工作时，根据支撑工作面的实际需要调节第一升降部和第二升降部的三个支撑气缸8的伸缩长度，使顶板2升起，顶住顶部围岩，再调节伸缩气缸16，使加长板3伸出，延伸顶板2的工作空间；然后调节调节气缸23的伸缩长度，使活动板4向后展开，顶住后部围岩，此时支撑板6转动而滑动板7伸出，延伸活动板4的工作空间。当需要移动装置时，调节支撑气缸8、伸缩气缸16、调节气缸23的伸缩长度，使顶板2下降、加长板3缩回、活动板4收回，实现移架功能。

本发明的装置可承受来自其它方向的侧向分力，避免掩护梁损坏、倒架和下滑等安全事故的发生。同时能够实现装置在XYZ三个方向运动，提高装置的工作效率。下连接轴11呈等腰三角形布置，使得支撑气缸8具有一定的退让性。

本发明的装置可保证顶梁沿X、Y方向的少量平移让压卸载和沿 Z向的长距离升降或平移让压卸载。可保证顶板2存在一个垂直方向的伴随转动。可对顶板2瞬时三个方向来压，都有让压卸载功能，让压后可保持恒阻力工作以承受三个方向的载荷。有效适应于顶板2的不平整性和煤层倾角的变化产生的侧向附加载荷。具有更高的大倾角适应性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，包括底板(1)，所述底板(1)顶端固定连接有升降机构，所述升降机构顶端固定连接有顶板(2)，所述顶板(2)一端滑动连接有加长板(3)，所述顶板(2)另一端转动连接有活动板(4)，所述活动板(4)底端中部固定连接有连接部一端，所述连接部另一端与所述底板(1)固定连接；

所述升降机构包括第一升降部、第二升降部，所述第一升降部与所述第二升降部结构相同，所述第一升降部与所述第二升降部分别固定在所述底板(1)顶部两端。

2.根据权利要求1所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述第一升降部包括三个支撑气缸(8)，所述支撑气缸(8)底端通过下铰接部与所述底板(1)顶端固定连接，所述支撑气缸(8)活塞端通过上铰接部与所述顶板(2)底端固定连接；

所述下铰接部包括下连接板(9)，所述下连接板(9)底端与所述底板(1)顶端固定连接，所述下连接板(9)顶端两侧分别固定连接有下连接支耳(10)，两个所述下连接支耳(10)顶端之间转动连接有下连接轴(11)，所述支撑气缸(8)底端与所述下连接轴(11)固定连接，三个所述下连接轴(11)所在轴线形成等腰三角形；

所述上铰接部包括上连接板(12)，所述上连接板(12)顶端与所述顶板(2)底端固定连接，所述上连接板(12)底端两侧分别固定连接有上连接支耳(13)，两个所述上连接支耳(13)底端之间转动连接有上连接轴(14)，所述支撑气缸(8)活塞端与所述上连接轴(14)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述顶板(2)底端固定连接有伸缩部，所述伸缩部包括第二连接板(20)，所述第二连接板(20)顶端与所述顶板(2)底端固定连接，所述第二连接板(20)底端固定连接有两个第二连接支耳(21)，两个所述第二连接支耳(21)底端之间转动连接有第二连接轴(22)，所述第二连接轴(22)固定连接有伸缩气缸(16)，所述伸缩气缸(16)活塞端固定连接有第一连接轴(19)，所述第一连接轴(19)两端分别转动连接有第一连接支耳(18)，两个所述第一连接支耳(18)顶端共同固定连接有第一连接板(17)，所述第一连接板(17)顶端与所述加长板(3)底端固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述连接部包括支撑板(6)，所述支撑板(6)一端与所述底板(1)转动连接，所述支撑板(6)另一端滑动连接有滑动板(7)一端，所述滑动板(7)另一端中部固定连接有底座(30)，所述底座(30)转动连接有铰接轴(32)，所述铰接轴(32)两端分别固定连接有顶座(31)，两个所述顶座(31)均与所述活动板(4)底端固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述底板(1)顶部一端固定连接有后护板(15)底端，所述后护板(15)顶端通过连接轴(33)与所述支撑板(6)转动连接。

6.根据权利要求1所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述顶板(2)底部靠近所述活动板(4)的一端固定连接有角度调节部，所述角度调节部包括第三连接板(24)，所述第三连接板(24)顶端与所述顶板(2)底端固定连接，所述第三连接板(24)底端两侧分别固定连接有第三连接支耳(25)，两个所述第三连接支耳(25)底端通过第三连接轴(26)转动连接有调节气缸(23)，所述调节气缸(23)活塞端固定连接有第四连接轴(29)，所述第四连接轴(29)两端分别转动连接有第四连接支耳(28)，两个所述第四连接支耳(28)共同固定连接有第四连接板(27)，所述第四连接板(27)与所述活动板(4)底端固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述顶板(2)通过转动部与所述活动板(4)转动连接，所述转动部包括两个第二连接耳(39)，两个所述第二连接耳(39)固定在所述顶板(2)端部两侧，两个所述第二连接耳(39)共同转动连接有转轴(37)，所述转轴(37)上转动连接有两个第一连接耳(38)，两个所述第一连接耳(38)位于两个所述第二连接耳(39)之间，两个所述第一连接耳(38)与所述活动板(4)端部两侧固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种隧道机械化半自动支护装置，其特征在于，所述底板(1)底部两端分别固定连接有行走部，所述行走部包括两个相互平行且竖直设置的支撑杆(35)，所述支撑杆(35)顶端与所述底板(1)底端固定连接，两个所述支撑杆(35)底端共同转动连接有车轴(36)，所述车轴(36)两端分别固定连接有车轮(34)。

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