发明内容
本实用新型的目的在于提供一种隧道塌方救生机,它可以快速、安全、人性化的对隧道挖掘过程中因塌方受困人员进行施救。
本实用新型目的是通过以下技术方案实现的:其包括具有变径功能的切削头、螺旋输送轴、螺旋输送轴旋转驱动装置、救生筒、推进系统、液压泵站、底盘、配电柜和控制柜,螺旋输送轴套设于救生筒内,螺旋输送轴与救生筒内侧壁间设有间隙,具有变径功能的切削头通过接盘固定于螺旋输送轴前端,螺旋输送轴旋转驱动装置设于滑动底座上,螺旋输送轴后端与螺旋输送轴旋转驱动装置相连接,滑动底座与底盘之间设有沿底盘长度方向的滑动副,推进系统包括推进油缸,在底盘后端设有推进油缸支架,推进油缸两端分别连接于推进油缸支架和滑动底座上,液压泵站包括油箱、泵站电机、液压泵和阀组,泵站电机驱动液压泵,液压泵的压力油通过管路和阀组与推进油缸相连,控制柜中设有控制器,控制器与螺旋输送轴旋转驱动装置、泵站电机和阀组的控制端相连,配电柜给具有变径功能的切削头、螺旋输送轴旋转驱动装置、泵站电机和阀组提供电源,该具有变径功能的切削头包括刀盘、装配在刀盘上的切刀、边刮刀伸缩机构、液压控制装置,边刮刀与边刮刀伸缩机构相连结,边刮刀伸缩机构安装在刀盘的出渣槽内,边刮刀伸缩机构由液压控制装置中的驱动油缸驱动。
所述螺旋输送轴旋转驱动装置包括驱动电机和中空轴减速机,驱动电机设于滑动底座上,驱动电机输出轴与中空轴减速机相连,中空轴减速机输出轴通过联轴器与螺旋输送轴后端相连接。
螺旋输送轴包括中空轴和输送螺旋,输送螺旋由钢板构成,输送螺旋焊接于中空轴外侧,在隧道塌方救生机中还设有螺旋输送轴辅助装置,其包括电动绞车、钢丝绳、芯轴和轴承座,轴承座呈圆柱筒状,轴承座焊接于中空轴前端,具有变径功能的切削头的接盘焊接于轴承座前端,轴承座内设有轴承,芯轴设于轴承内孔,芯轴中后部设有角接触轴承,该角接触轴承的内圈与芯轴为过渡配合,角接触轴承外圈与轴承座过盈配合,在轴承座前部设有挡圈,芯轴前端与该挡圈之间设有推力轴承,电动绞车固定于滑动底座上,钢丝绳一端缠绕于电动绞车的钢丝绳卷筒上,另一端与芯轴后端连接。
中空轴减速机前端与鼠笼式推力架一端固定连接,鼠笼式推力架另一端通过救生筒端部过渡接头与所述救生筒后端相连接,联轴器位于鼠笼式推力架内部。
在底盘前部固定有辅助油缸支架,该辅助油缸支架上固定设有辅助油缸,辅助油缸的活塞杆与救生筒端部过渡接头相对应,辅助油缸的活塞杆与救生筒中心线的竖直距离小于救生筒端部过渡接头边缘与救生筒中心线的距离。
在底盘上设有沿其长度方向的导轨,在滑动底座底部设有滑靴与该导轨相配合构成滑动副。
所述螺旋输送轴由至少两个螺旋输送轴段相连接而成,所述救生筒由至少两个救生筒段相连接构成,螺旋输送轴段的长度为4m~6m,救生筒段的长度为4m~6m。
相邻两个救生筒段之间采用锥面连接,在救生筒段一端的外侧面设有外锥面、在救生筒段的另一端的内侧面设有内锥面,该外锥面与内锥面相配合,该外锥面与内锥面的锥度为1:10~1:15。
底盘由两个箱体通过螺栓相连接而成。
所述隧道塌方救生机中还设有救生床,救生床包括床身、床身滑靴、头罩和安全带,在床身一端通过铰链设有头罩,床身滑靴设于床身下部,床身滑靴的横截面外轮廓呈半圆形,床身滑靴的外径小于救生筒的内径。
本实用新型中的切削头安装在螺旋输送轴的前端,利用切削头的旋转和轴向推进,对塌方后的渣土进行破岩切削,切削下来的渣土通过螺旋输送轴的旋转,将其推向后方,从救生筒的后端排出。为了减小救生筒向塌方体的贯入阻力,采用具有变径功能的切削头,该切削头的边刮刀在驱动液压缸的作用下,可沿半径方向进行伸缩,从而改变切削头的开挖直径。在开始掘进时,边刮刀向外伸出,使其开挖直径比救生筒的外径略大,这样可使救生筒的贯入阻力大大减小。救生筒贯穿塌方体后,将切削头的边刮刀缩回,使其回转直径小于救生筒的内径,伸出辅助油缸,向前顶紧救生筒,缩回推进油缸至最后端,启动电动绞车将螺旋输送轴逐段地拖出拆除,最终使救生筒内形成一个通透的空间,被困人员从救生筒内自行爬出或通过救生床将被困人员救出,完成救生过程。采用本救生机,可以快速、安全、人性化的对隧道挖掘过程中因塌方而受困的人员进行施救。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示,图2中箭头所示为隧道掘进方向。图中序号如下:1、具有变径功能的切削头,2、螺旋输送轴,3、驱动电机,4、中空轴减速机,5、救生筒,6、推进油缸,7、辅助油缸,8、滑动底座,9、滑靴,10、导轨,11、电动绞车,12、角接触轴承,13、推力轴承,14、油箱,15、泵站电机,16、液压泵,17、阀组,18、配电柜,19、控制柜,20、底盘,21、床身,22、床身滑靴,23、头罩,24、联轴器,25、鼠笼式推力架,26、救生筒端部过渡接头,27、边刮刀,28、钢丝绳,29、铰链,30、芯轴,31、轴承座,32、螺旋输送轴延长接头,33、安全带,34、塌方体,35、高强度螺栓,36、推进油缸支架,37、辅助油缸支架。
在本实施例中,该隧道塌方救生机包括具有变径功能的切削头1、螺旋输送轴2、螺旋输送轴旋转驱动装置、救生筒5、推进系统、液压泵站、底盘20、配电柜18和控制柜19,救生筒5最好呈圆柱筒状,这便于推进,采用内径为600mm的救生筒5,以保证被救人员的活动空间,螺旋输送轴2套设于救生筒5内,螺旋输送轴2与救生筒5内侧壁间设有间隙,具有变径功能的切削头1通过接盘固定于螺旋输送轴2前端,螺旋输送轴旋转驱动装置设于滑动底座8上,螺旋输送轴2后端与螺旋输送轴旋转驱动装置相连,滑动底座8与底盘20之间设有沿底盘长度方向的滑动副,推进系统包括推进油缸6,在底盘20后端设有推进油缸支架36,推进油缸6两端分别铰接于推进油缸支架36和滑动底座8上,液压泵站包括油箱14、泵站电机15、液压泵16和阀组17,泵站电机驱动液压泵,液压泵的压力油通过管路和阀组与推进油缸6相连,控制柜19中设有控制器,控制器与螺旋输送轴旋驱动装置、泵站电机和阀组的控制端相连,实现各个动作的控制,配电柜18给具有变径功能的切削头、螺旋输送轴旋驱动装置、泵站电机和阀组提供电源,该具有变径功能的切削头1包括刀盘271、装配在刀盘上的切刀272、边刮刀伸缩机构、液压控制装置,边刮刀27与边刮刀伸缩机构相连结,边刮刀伸缩机构安装在刀盘的出渣槽内,边刮刀伸缩机构由液压控制装置中的驱动油缸273驱动。
所述螺旋输送轴旋转驱动装置包括驱动电机3和中空轴减速机4,驱动电机3设于滑动底座8上,驱动电机3输出轴与中空轴减速机4相连,中空轴减速机4输出轴通过联轴器24与螺旋输送轴2后端相连接。
螺旋输送轴包括中空轴和输送螺旋,输送螺旋由钢板构成,输送螺旋焊接于中空轴外侧,在隧道塌方救生机中还设有螺旋输送轴辅助装置,其包括电动绞车11、钢丝绳28、芯轴30和轴承座31,轴承座31呈圆柱筒状,轴承座31焊接于中空轴前端,具有变径功能的切削头1的接盘焊接于轴承座31前端,轴承座31内通过轴承设有该芯轴30,芯轴30中后部设有角接触轴承12,该角接触轴承12的内圈与芯轴为过渡配合,角接触轴承外圈与轴承座过盈配合,在轴承座31前部设有挡圈311,挡圈与轴承座内壁通过螺纹连接,同时,挡圈与推力轴承之间设有轴承端盖,芯轴30前端与该挡圈311之间设有推力轴承13,芯轴前端通过螺纹设有螺母,该推力轴承13设于螺母与挡圈311之间,电动绞车11固定于滑动底座8上,钢丝绳28一端缠绕于电动绞车11的钢丝绳卷筒上,另一端与芯轴30后端连接。
中空轴减速机4前端与鼠笼式推力架25一端固定连接,鼠笼式推力架25另一端通过救生筒端部过渡接头26与所述救生筒5后端相连接,联轴器24位于鼠笼式推力架5内部,采用鼠笼式推力架便于安装联轴器。
在底盘20前部固定有辅助油缸支架37,该辅助油缸支架上固定设有辅助油缸7,辅助油缸7的活塞杆与救生筒端部过渡接头26相对应,救生筒端部过渡接头26采用圆盘,辅助油缸的活塞杆与救生筒中心线的竖直距离小于救生筒端部过渡接头边缘与救生筒中心线的距离,当辅助油缸的活塞杆伸出时正好可以给救生筒端部过渡接头26施加作用力,可以起到辅助推进的作用,同时还可在抽出螺旋输送轴时防止救生筒后退,该辅助油缸7兼有防救生筒后退的功能。
在底盘20上设有沿其长度方向的导轨10,在滑动底座底8部设有滑靴9与该导轨10相配合构成滑动副。
所述螺旋输送轴2由7个螺旋输送轴段相连接而成,相邻两个螺旋输送轴段通过螺旋输送轴延长接头32相连接,所述救生筒5由7个救生筒段相连接构成,螺旋输送轴段的长度为4m~6m,救生筒段的长度为4m~6m。
相邻两个救生筒段之间采用锥面连接,在救生筒段一端的外侧面设有外锥面、在救生筒段的另一端的内侧面设有内锥面,该外锥面与内锥面相配合,该外锥面与内锥面的锥度为1:10~1:15。
所述隧道塌方救生机中还设有救生床,救生床包括床身21、床身滑靴22、头罩23和安全带33,在床身21一端通过铰链29设有头罩23,床身滑靴22设于床身21下部,床身滑靴的横截面外轮廓呈半圆形,床身滑靴22的外径小于救生筒5的内径。
切削头1通过高强度螺栓35安装在螺旋输送轴2的前端。利用切削头1的旋转和轴向推进,对塌方后的渣土进行破岩切削。切削下来的渣土通过螺旋输送轴2的旋转,将其推向后方,从救生筒5的后端排出。螺旋输送轴2和切削头1的旋转是由驱动电机3、减速机4、联轴器24来驱动的。驱动电机3和减速机4安装在滑动底座8上,它们可通过滑动底座8下方的滑靴9沿固定在底盘20上的导轨10作轴向移动。推进油缸6固定在推进油缸支撑架36上,在推进油缸6的作用下,驱动电机3、减速机4通过联轴器24将旋转的螺旋输送轴2和切削头1向前推进,同时通过鼠笼式推力架25及救生筒端部过渡接头26,将救生筒5也向前作轴向推进,由于采用了机械方式的强制同步措施,故螺旋输送轴2、切削头1和救生筒5的轴向推进速度是相同的。
为了减小救生筒5向塌方体34的贯入阻力,采用具有变径功能的切削头1(已由本申请人申请了国家实用新型专利,专利申请名称为“软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置”申请号为201010261104.X,申请日为2010年08月24日,目前已收到国家知识产权的授权通知书)。该具有变径功能的切削头包括刀盘、装配在刀盘上的切刀、边刮刀伸缩机构、液压控制装置,边刮刀与边刮刀伸缩机构相连结,边刮刀伸缩机构安装在刀盘的出渣槽内,边刮刀伸缩机构由液压控制装置中的驱动油缸驱动。该切削头1的边刮刀27在驱动油缸的作用下,可沿半径方向进行伸缩,从而改变切削头1的开挖直径。在开始掘进时,边刮刀27向外伸出,使其开挖直径比救生筒5的外径略大,这样可使救生筒5的贯入阻力大大减小。
辅助油缸7,具有辅助推进兼救生筒防后退锁紧功能,其固定在辅助油缸支架37上,辅助油缸支架37固定于底盘20前部。如果救生筒5与塌方体34之间的摩擦力过大,在使用推进油缸6的同时,还可使用辅助油缸7。
在实际救生中,救生机的掘进距离可能会长达几十米,为了减小螺旋输送轴2的挠度,可采用螺旋输送轴辅助装置,如图4和图8所示,它是通过钢丝绳28的张紧来实现的。在螺旋输送轴2的不同长度下,采用多大的张紧力比较合适,可通过计算和出厂试验提供的数据得知。钢丝绳28的实际张力,可通过市售的钢丝绳张力测试仪进行测定。
钢丝绳28的一端固定在电动绞车11的卷筒上,另一端穿过中空轴减速机4、联轴器24进入中空的螺旋输送轴2,在螺旋输送轴2的前端与芯轴30相连。角接触轴承12的内圈与芯轴30相配合,可采用过渡配合,外圈与轴承座31配合,可采用过盈配合。轴承座31和螺旋输送轴2采用焊接方式连为一体,当螺旋输送轴2旋转时,轴承座31连同轴承外圈通过滚动体绕其轴承内圈旋转。
当电动绞车11将钢丝绳28张紧后,螺旋输送轴2会受到一个顺时针力矩的作用,与螺旋输送轴2由于自重产生的反时针力矩相抵消,可以减小螺旋输送轴2的挠度。在角接触轴承12和推力轴承13的作用下,螺旋输送轴辅助装置工作时,螺旋输送轴2绕其钢丝绳28和芯轴30所在的轴线回转,钢丝绳28和芯轴30本身并不转动(图2、图4)。
由于救生机的掘进距离可能会长达几十米,为了方便运输和安装,螺旋输送轴2和救生筒5必须分段制造,现场接长。螺旋输送轴2和救生筒5的分段长度取4m~6m较为合适。螺旋输送轴2的延长接头32可采用普通的地质钻杆或石油钻杆接头型式。救生筒5的延长接头采用锥面连接,锥度取1∶10~1∶15,其优点是对中性好,操作简便,节省时间。同时这种接长方式还可保证救生筒5的外表光滑,可有效地减小筒体的贯入阻力。
救生筒5、切削头1及螺旋输送轴2的同步推进距离受推进油缸6的最大行程的限制,一般为4m~6m,该长度应与螺旋输送轴2和救生筒5的分段长度相同。为了使救生筒5、切削头1及螺旋输送轴2能不断地向前推进,必须采取换步接长措施。当推进油缸6的活塞杆向外伸出达满行程时,打开联轴器24,使螺旋输送轴2与中空轴减速机4脱开;松开电动绞车11的离合器,使钢丝绳卷筒与电机脱开处于自由状态,然后将推进油缸6缩回到最大行程。脱开钢丝绳28与电动绞车11的钢丝绳卷筒的连接,同时卸掉救生筒端部过渡接头26,将钢丝绳28从中空轴减速机4、联轴器24和救生筒端部过渡接头26中向前抽出,从欲接长的螺旋输送轴2及救生筒5中穿过并穿越联轴器24、中空轴减速机4并重新与电动绞车11的钢丝绳卷筒连接。此后便可进行螺旋输送轴2及救生筒5的接长。接长后,将救生筒端部过渡接头26套在救生筒5的后端,合上联轴器24,这样切削头1可继续旋转掘进。同时合上电动绞车11的离合器,通过电动绞车11将钢丝绳28绷紧,以减小螺旋输送轴2的挠度。随着推进油缸6的向外伸出,救生筒5、螺旋输送轴2及切削头1又可继续同步推进,开始了换步接长后的新一轮工作循环。
鼠笼式推力架25通过螺纹连接或焊接与中空轴减速机4固接,它的作用是将推进油缸6的推力通过救生筒端部过渡接头26传递给救生筒5。之所以采用鼠笼形式,是为了给联轴器24的拆装提供必要的操作空间。
救生筒端部过渡接头26的作用除承受推进油缸6的推力外,还可对救生筒5的端部锥面进行保护,以防机械损伤,保证筒体接长的对中性质量,如图7和图8所示。
经过若干个换步—接长—推进的工作循环后,切削头1、螺旋输送轴2、救生筒5将贯穿塌方体34。此时,应将切削头1的边刮刀27缩回,使其回转直径小于救生筒5的内径,以便于螺旋输送轴2连同切削头1从救生筒5中向后抽出。
同推进的过程相比,抽出的过程相对比较简便。
为防止在抽出螺旋输送轴2的同时拖动救生筒5向后退出,以保证安全通道的结构空间不被破坏,首先伸出辅助油缸7,通过救生筒端部过渡接头26将救生筒5顶紧以防后退。打开联轴器24,松开电动绞车11的离合器,将推进油缸6缩回到最大行程后,合上电动绞车11的离合器。通过电动绞车的转动,带动钢丝绳28向后拖拽螺旋输送轴2,当延长接头32露出救生筒体后,即可拆卸延长接头32并松开电动绞车11的钢丝绳端头连接,这样一节螺旋输送轴2即可取出。
重复以上的步骤,螺旋输送轴2被逐段地拖出拆除,最终使救生筒5内形成一个通透的空间。被困人员可从救生筒5内自行爬出或采用电动绞车11助力将受困者拽出。
在切削头1掘进的过程中,如遇塌方体中含有用于隧道初期支护用的格栅拱架钢筋或型钢而导致掘进困难时,可采用上述方法抽回螺旋输送轴2,由施工人员携带切割工具爬进救生筒5内进行切割作业。
实施例2
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14所示。本实施例的救生机结构与救生过程与实施例1基本相同,但也具有以下不同之处。
螺旋输送轴旋转驱动装置中的驱动电机改为液压马达,电动绞车改为液压绞车。
为便于运输,将底盘20由整体式改为分体式,由2个箱体构成,剖分面位于中部,两个箱体之间每一个设置接盘,用高强度螺栓连接,采用分体式底盘便于施工中的运输。
在救生筒5内形成了通透的空间以后,使用市售的气动抛缆枪将缆绳射向救生筒5的前端,被困人员接住缆绳后,向前拉动拴在缆绳中部的急救箱。急救箱内有基本的外伤救治药品和少量的食品、纯净水。一方面可使伤员得到尽可能早的救护,另一方面可为被困人员补充必要的体能,以加快救援速度。
在使用抛缆枪之前,可通过救生筒5向被困人员喊话或使用灯语提示被困人员注意安全。
对于受伤并失去主动爬行能力的被困人员,应使用救生床(图12)。
救生床由床身21、床身滑靴22、头罩23和安全带33组成。头罩23可绕固定在床身上的铰链29旋转,床身21和头罩23由玻璃钢材料制成,床身滑靴22由超高分子量聚乙烯( UHMW-PE)材料制成,它具有 超强的抗滑动摩擦能力和极高的耐磨性能。床身滑靴22的外径为590mm,与救生筒5的内径基本吻合。
救生床固定在缆绳的中部,缆绳的前端位于被困区,后端可与液压绞车11相连。被困人员通过缆绳将救生床拉至救生筒的前端后,将伤员抬至救生床上,扣上头罩23以保护脸部不受救生筒壁上可能掉落的渣块的伤害。系上安全带33,以防伤员从救生床上滑落。
启动液压绞车11,将受伤人员平稳地拉至救生筒5的后端。抬下伤员后,被困人员通过缆绳再次将救生床拉向前端,可进行第二个伤员的救援。
需要说明的是,对于未受伤的被困人员,也可以采取上述方法救援,其速度要比主动爬行快。
如果救生筒前端的积水较多,应使用潜水泵将水排除。
如果由于救生机的掘进距离过长导致螺旋输送轴2排渣困难,可采取切削头1与螺旋输送轴2连续旋转,救生筒5、螺旋输送轴2与切削头1间歇推进的办法来解决。间歇时间的长短,视排渣状况灵活掌握。
除上述技术方案之外,滑动底座与底盘之间的滑动副也可采用其它结构形式,比如滑套与滑杆方式;救生筒段之间也可采用卡口连接方式;为了便于施工,螺旋输送轴和救生筒至少由两段构成,还可以是3段、4段、5段或10段,而每一段的长度一般采取4~6m,其具体数量根据塌方体的长度而定;而分体式底盘中一般采用两箱体构成底盘即可,以便于运输。当然,在保证底盘整体刚度情况下,也可适当增加分体式底盘的箱体数量,比如采用2~5个箱体构成底盘;具有变径功能的切削头中边刮刀采用滚刀代替。