CN202194662U - 一种开敞式全断面硬岩掘进机调向装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，包括两侧设有导轨的主梁、位于主梁两侧的两撑靴和一鞍架，各撑靴上通过球形铰接设有上撑靴油缸和下撑靴油缸，在两撑靴的上撑靴油缸和下撑靴油缸之间分别连接有上撑靴油缸轴和下撑靴油缸轴；所述鞍架安装在导轨上，相对于导轨可以前后移动，各上撑靴油缸的两侧和鞍架之间通过扭矩油缸铰接；所述上撑靴油缸轴与鞍架之间通过一个相互转动的十字销轴结构相连。开敞式全断面硬岩掘进机采用本实用新型调向装置后，能够快速、准确、可靠地实现掘进机掘进过程中的左右、上下和扭转的控制和调节。
Description
技术领域
本实用新型属于机械装置，具体涉及一种开敞式全断面硬岩掘进机工作过程中调节前进方向的装置。
背景技术
开敞式全断面硬岩掘进机（简称TBM）是一种集合了液压、控制、机电等技术的大型掘进装备，被广泛的应用于硬岩地质的各种隧道施工建设。隧道设计中包含了上坡、下坡、左右转弯的区段，掘进机在各个分部件的整体配合下通过调向装置实现刀盘结构上下、左右方向的微调从而带动整机调整前进方向、保证施工按设计路线正常进行。掘进机刀盘在前进的同时做旋转运动，在岩层对刀盘反力的作用下，掘进机有整体沿自身轴向扭转的倾向，调向装置在保证调向的同时限制机械主体发生扭转，一旦发生扭转能够调整回正常水平。调向技术是保证开敞式全断面岩石掘进机施工按设计路线进行的关键，转弯过程中掘进机刀盘前进角度出现些微差别，掘进机将脱离预定轨道行进，调向装置本身结构形式复杂，对调向装置的正确把握和精确控制仍是较大的技术难点，国内尚未完全掌握和应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，能够快速、准确地实现掘进机掘进过程中的左右、上下和扭转的控制和调节。
实现本实用新型目的采用的技术方案是：开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，包括两侧设有导轨的主梁、位于主梁两侧的两撑靴和一鞍架，各撑靴上通过球形铰接设有上撑靴油缸和下撑靴油缸，在两撑靴的上撑靴油缸和下撑靴油缸之间分别连接有上撑靴油缸轴和下撑靴油缸轴；所述鞍架安装在导轨上，相对于导轨可以前后移动，各上撑靴油缸的两侧和鞍架之间通过扭矩油缸铰接；所述上撑靴油缸轴与鞍架之间通过一个相互转动的十字销轴结构相连。
所述鞍架的前后端分别设有两个向上的且位于上撑靴油缸轴两侧的叉脚，在叉脚的内侧设有与上撑靴油缸轴对应的弹性部件作为防扭转过大装置。
所述的防扭转过大装置是由设在支座和固定架之间的导向杆和一个嵌套在导向杆上并置于固定架和支座之间的预压紧的弹簧构成，其中导向杆的一端与固定架一端铰接，另一端由螺母固定在支座上，支座用螺栓固定在所述叉脚上，导向杆可以相对支座移动。
所述的十字销轴结构由一个活动销轴连接上撑靴油缸轴与鞍架销轴，鞍架销轴通过鞍架上的鞍架销轴座固定在鞍架上。
开敞式全断面硬岩掘进机采用本实用新型调向装置后，能够快速、准确、可靠地实现掘进机掘进过程中的左右、上下和扭转的控制和调节。
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
附图说明
图1是本实用新型装置的结构示意图。
图2是图1的A—A剖面图。
图3是本实用新型装置中的十字销轴结构示意图。
图4是图3的B—B剖面图。
图5是本实用新型装置左右调向前的示意图。
图6是本实用新型装置左右调向后的示意图。
图7 是本实用新型装置上下调向的示意图。
图8是本实用新型装置中的防扭转过大装置结构示意图。
图9、图10分别是本实用新型装置中的防扭转过大装置的不同结构示意图。
图中： 1. 上撑靴油缸，2. 扭矩油缸，3. 导轨，4. 主梁，5. 撑靴，6. 下撑靴油缸，7. 下撑靴油缸轴，8. 鞍架，9. 上撑靴油缸轴，10. 十字销轴结构，11. 鞍架销轴，12. 活动销轴，13. 防扭转过大装置，14. 鞍架销轴座， 15. 叉脚，16. 刀盘，17. 推进油缸，18. 弹簧，19. 导向杆，20. 固定架，21. 拉紧螺栓，22.固定螺栓，23.支座，24.橡胶块，25.压簧。
具体实施方式
见图1至图4，开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，包括两侧设有导轨3的主梁4、位于主梁4两侧的两撑靴5和一鞍架8，各撑靴5上通过球形铰接设有上撑靴油缸1和下撑靴油缸6，在两撑靴5的上撑靴油缸1和下撑靴油缸6之间分别连接有上撑靴油缸轴9和下撑靴油缸轴7；所述鞍架8安装在导轨3上，相对于导轨3可以前后移动，各上撑靴油缸1的两侧和鞍架8之间通过扭矩油缸2铰接；所述上撑靴油缸轴9与鞍架8之间通过一个相互转动的十字销轴结构10相连，十字销轴结构10由一个活动销轴12连接上撑靴油缸轴9与鞍架销轴11，其中鞍架销轴11通过鞍架8上的鞍架销轴座14固定在鞍架8上；鞍架8的前后端分别设有两个向上的且位于上撑靴油缸轴9两侧的叉脚15，在叉脚15的内侧设有与上撑靴油缸轴9对应的弹性部件作为防扭转过大装置13。
防扭转过大装置13如图8所示，由设在支座23和固定架20之间的导向杆19和一个嵌套在导向杆19上并置于固定架20和支座23之间的预压紧的弹簧18构成，其中导向杆19的一端与固定架20一端铰接，另一端由螺母21固定在支座23上，支座23用螺栓22固定在叉脚15上，导向杆19可以相对支座向右移动。防扭转过大装置13还可以采用其它常用的弹性部件，如图9所示的橡胶块24、图10所示的压簧25等等。
以下通过具体操作对本实用新型的工作原理进行说明。
开敞式全断面硬岩掘进机（TBM）向前推进是通过推进油缸17的作用驱动固定在主梁4前端的刀盘16实现的，推进油缸17一端连接在撑靴5上，另一端连接在主梁4上。掘进机掘进时，上撑靴油缸1和下撑靴油缸6伸长并将撑靴5压紧在隧道洞壁上，利用撑靴5与洞壁之间的摩擦作用力来平衡掘进机刀盘16向前推进的反作用力及反扭矩。撑靴5对地保持静止不动，同时推进油缸17不断伸长，迫使主梁4、导轨3与撑靴5、鞍架8之间相对滑动，主梁4前进，带动刀盘16向前推进，每向前掘进一段距离后，上撑靴油缸1和下撑靴油缸6收缩，撑靴5放松，然后推进油缸17收缩使撑靴5随鞍架8沿主梁4上的导轨3滑动下一个掘进行程距离，如此交替操作使掘进不断进行。
正常直线掘进时，上撑靴油缸1和下撑靴油缸6在主梁左右两边的伸出运动的行程相同，导轨3、主梁4、和鞍架8等结构在隧道空间内的运动方式为沿隧道轴线方向的直线运动，十字销轴结构10始终处于隧道左右对称中线上，主梁4的轴线时刻与隧道轴线平行。上、下撑靴油缸1、6左右两端同时支撑撑靴5压紧洞壁以克服刀盘16向前推进的反作用力，四个扭矩油缸2支撑上撑靴油缸1，抵制鞍架8和主梁4绕隧道轴线方向扭转，克服岩层对刀盘16旋转时的反力矩作用，防止机器扭转。
机器左右调向过程如图5、图6所示，在隧道左右转弯区段，通过上撑靴油缸1和鞍架8等结构的相互配合对掘进机推进方向进行调整。图5所示为实用新型装置调向前的状态，以隧道右转弯的情况为例，如图6所示，在保持撑靴5撑紧洞壁的情况下，将上撑靴油缸1和下撑靴油缸6左边无杆腔内的油液导到右边，使上撑靴油缸1和下撑靴油缸6右边的伸长量大于左边，此时十字销结构10偏离隧道中线，以刀盘16底部与隧道底部接触点为支点，主梁4和鞍架8将在水平面内绕支点沿图示顺时针方向转动一定的角度，主梁4的轴线偏离隧道中线，鞍架8相对主梁4有些微滑动，主梁4的转动带动刀盘16向右偏转，刀盘16偏转后继续掘进实现TBM向右转向。
在隧道上坡或下坡区段，需要进行上下调向。以隧道下坡为例调向过程如图7所示：隧道下坡需要刀盘16下仰，在保持撑靴5撑紧隧道洞壁的情况下，控制四个扭矩油缸2全部收缩，带动主梁4尾部和鞍架8等结构沿竖直方向向上提升，主梁4的轴线偏离隧道中线，鞍架8相对主梁4有些微滑动。此时主梁4以刀盘16底部与隧道底部接触点为支点，在竖直平面内绕支点沿图示逆时针方向转动一定的角度，主梁4的转动带动刀盘16向下低头，刀盘16下仰后继续掘进，则完成的隧道路线为向下延伸。隧道上坡段，控制扭矩油缸2全部伸长，刀盘16上仰即实现TBM上坡掘进。
在左右及上下调向的过程中，鞍架8与上撑靴油缸轴9之间发生相对偏转，转动的连接部位是十字销轴结构10。十字销轴结构10允许鞍架8与上撑靴油缸轴9之间转动而不发生机械干涉。当左右调向时鞍架8和上撑靴油缸轴9与扭矩油缸2连接的部位也会发生转动，扭矩油缸2油缸头与油缸座之间有间隙，油缸头与油缸销轴为球轴承，允许其一定角度的摆动，不会造成机械干涉或损伤。同时扭矩油缸2能够防止刀盘16反力矩过大引起机器扭转，在机器出现微小扭转的情况下，控制主梁4左右两侧扭矩油缸2的伸长量带动主梁4向相反方向扭转，使TBM主机恢复到正常水平位置。
TBM的调向过程为微调向，在鞍架8对应上撑靴油缸1和下撑靴油缸6的位置上都设有防扭转过大装置13，防止单次调向过大，引起刀盘16偏转过大，损伤刀具和其他结构。TBM每次的调向行为均通过多次微调向完成。
Claims (4)
1.一种开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，其特征在于包括两侧设有导轨的主梁、位于主梁两侧的两撑靴和一鞍架，各撑靴上通过球形铰接设有上撑靴油缸和下撑靴油缸，在两撑靴的上撑靴油缸和下撑靴油缸之间分别连接有上撑靴油缸轴和下撑靴油缸轴；所述鞍架安装在导轨上，相对于导轨可以前后移动，各上撑靴油缸的两侧和鞍架之间通过扭矩油缸铰接；所述上撑靴油缸轴与鞍架之间通过一个相互转动的十字销轴结构相连。
2.根据权利要求1所述的开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，其特征在于所述鞍架的前后端分别设有两个向上的且位于上撑靴油缸轴两侧的叉脚，在叉脚的内侧设有与上撑靴油缸轴对应的弹性部件作为防扭转过大装置。
3.根据权利要求2所述的开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，其特征在于所述的防扭转过大装置是由设在支座和固定架之间的导向杆和一个嵌套在导向杆上并置于固定架和支座之间的预压紧的弹簧构成，其中导向杆的一端与固定架一端铰接，另一端由螺母固定在支座上，支座用螺栓固定在所述叉脚上，导向杆可以相对支座移动。
4.根据权利要求1或2或3所述的开敞式全断面硬岩掘进机调向装置，其特征在于所述的十字销轴结构由一个活动销轴连接上撑靴油缸轴与鞍架销轴，鞍架销轴通过鞍架上的鞍架销轴座固定在鞍架上。
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