CN203702162U - 绳锯式坑隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绳锯式坑隧道掘进机，所述掘进机包括相互独立的钻孔机构和锯割机构。其中，钻孔机构主要由钻孔机架、钻进子机构和驱动电机构成；锯割机构主要由锯割机架、绳子张紧子机构、锯割进给子机构、驱动电机和切割绳构成，锯割机构采用绳锯机原理成型。本实用新型以钻孔机构在土体上打孔，锯割机构根据对应的孔在土体上依次进行纵向进给锯割和竖向切除锯割，直至将选定区域的土块切掉，以此实现锯割掘进开挖。本实用新型纯以机械结构掘进，安全可靠性高，相较盾构机而言，成型结构简单，操作方便，使用成本低，适宜小型坑道或隧道的掘进开挖，有利于大幅降低工程成本。

Description

绳锯式坑隧道掘进机

技术领域

本实用新型涉及坑道或隧道的掘进机，具体是一种绳锯式坑隧道掘进机。

背景技术

在坑道或隧道的掘进工程中，常用的措施为爆破掘进或盾构机掘进。其中，爆破掘进存在严重的安全隐患，其使用非常慎重；盾构机掘进是使用盾构机设备进行掘进开挖，盾构机设备集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，由于其成本高昂，进而决定了施工成本居高不下，此外，盾构机设备的掘进是将土体（包括岩石等）绞碎实现的，从而使开挖出的土体可利用性降低。

无论是上述爆破掘进或盾构机掘进，它们通常只适用于大型坑道或隧道掘进，其掘进方式决定了它们不能在小型坑道或隧道的掘进过程中使用。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、使用成本低、安全可靠的绳锯式坑隧道掘进机。

本实用新型采用的技术方案是，一种绳锯式坑隧道掘进机，所述掘进机包括：

-钻孔机构，所述钻孔机构主要由钻孔机架、钻进子机构和驱动电机构成；所述钻孔机架为方体结构，在钻孔机架的底部通过脚架设有滚轮；所述钻进子机构为至少一个，每个钻进子机构主要由底座、进给丝杆和钻杆构成，底座通过升降油缸和长度能够伸缩的支撑臂对应连接在钻孔机架前后方向的棱角处，底座的后端设有后支座、前端设有前支座，所述进给丝杆装配在前、后支座之间，在进给丝杆上以丝扣方式连接有进给滑座，所述钻杆通过轴承穿装在前支座上、且后端通过轴承与进给滑座连接，钻杆的前端连接有钻头，钻杆上设有从动轮；所述驱动电机固定在钻孔机架上，驱动电机的输出轮对应钻进子机构的钻杆上的从动轮，驱动电机通过传动带与钻杆上的从动轮连接；

-锯割机构，所述锯割机构主要由锯割机架、绳子张紧子机构、锯割进给子机构、驱动电机和切割绳构成；所述锯割机架为方体结构，在锯割机架的底部通过脚架设有滚轮；所述绳子张紧子机构主要由固定在锯割机架后端的至少一根张紧架和滑动装配在张紧架上的多个张紧轮构成；所述锯割进给子机构为至少两个，每个锯割进给子机构主要由导向轮、进给臂、第一切割轮和第二切割轮构成，进给臂通过升降油缸和长度能够伸缩的支撑臂对应连接在锯割机架前后方向的棱角处，导向轮通过轮架装配在进给臂的后端，第一切割轮通过转轴连接在进给臂前端的顶面或底面，第二切割轮通过转轴连接在进给臂前端的侧面；所述驱动电机固定在锯割机架上，驱动电机的输出端连接有对应绳子张紧子机构和锯割进给子机构上导向轮的主动绳轮；所述切割绳为环状结构，对应绕套在主动绳轮、绳子张紧子机构和锯割进给子机构上、并张紧。

进一步的，所述钻孔机构的钻进子机构为四个，它们分别对应连接在钻孔机架前后方向的四个棱角处。

再进一步的，所述钻孔机构的钻孔机架四个面上分别通过支撑油缸和长度能够伸缩的支撑杆连接有支撑板。

进一步的，所述钻孔机构的钻进子机构的进给丝杆通过端部所连接的进给电机驱动，该进给电机固定在钻进子机构的底座或后支座上。

进一步的，所述钻孔机构的钻进子机构的钻杆为中空结构，该钻杆用于向钻头输送水液。

进一步的，所述锯割机构还包括有紧固支撑子机构，该紧固支撑子机构主要由紧固油缸和紧固支撑架构成；所述紧固油缸装配在锯割进给子机构的进给臂前端，紧固油缸的活塞杆用于连接紧固支撑架；所述紧固支撑架为至少一块，紧固支撑架由铰接在一起的前、后两节构成，紧固支撑架的前节铰接在锯割进给子机构的进给臂前端，紧固支撑架的后节滑动装配在锯割进给子机构的进给臂上并与紧固油缸的活塞杆铰接。

进一步的，所述锯割机构的锯割进给子机构为四个，它们分别对应连接在锯割机架前后方向的四个棱角处。

再进一步的，所述锯割机构的锯割机架四个面上分别通过支撑油缸和长度能够伸缩的支撑杆连接有支撑板。

进一步的，所述钻孔机架和锯割机架分别为框型状的方体结构。

进一步的，所述钻孔机架和锯割机架上分别设有电控柜和液压站。

本实用新型的有益效果是：利用绳锯机的原理，设计出相互独立的钻孔机构和锯割机构，以钻孔机构在土体上打孔，锯割机构根据对应的孔在土体上依次进行纵向进给锯割和竖向切除锯割，直至将选定区域的土块切掉，以此实现锯割掘进开挖；本实用新型纯以机械结构掘进，安全可靠性高，相较盾构机而言，成型结构简单，操作方便，使用成本低，适宜小型坑道或隧道的掘进开挖，有利于大幅降低工程成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型中钻孔机构的一种结构示意图。

图2是本实用新型中锯割机构的一种结构示意图。

图3是图2的后视图。

图中代号含义：101—钻孔机架；102、202—脚架；103、203—滚轮；104、204—电控柜；105—底座；106—进给电机；107—后支座；108—进给滑座；109—进给丝杆；110—前支座；111、211—支撑臂；112、212—升降油缸；113、213—支撑板；114、214—支撑杆；115、215—支撑油缸；116—钻头；117—从动轮；118—钻杆；119—输出轮；120、220—驱动电机；121、221—液压站；122—注水孔；201—锯割机架；205—张紧轮；206—张紧架；207—主动绳轮；208—轮架；209—导向轮；210—进给臂；216—第一切割轮；217—第二切割轮；218—紧固支撑架；219—紧固油缸。

具体实施方式

本实用新型包括相互独立的钻孔机构和锯割机构，两个机构依序配套使用。

参见图1：本实用新型的钻孔机构主要由钻孔机架101、钻进子机构和驱动电机120构成。

其中，钻孔机架101为角钢、槽钢等钢件焊接而成的框型状方体结构，根据使用要求，其朝向钻进土体的面为前面；在钻孔机架101的底部通过四个脚架102分别设有四个滚轮103，用于在钻进过程中移动。此外，在钻孔机架101上安置有电控柜104和液压站121，电控柜104用于控制钻孔机架101上的各电气元件动作，液压站121用于向钻孔机架101上的各油缸提供液压油。

钻进子机构为四个，分别对应钻孔机架101前后方向的四个棱角。每个钻进子机构主要由底座105、进给丝杆109和钻杆118构成。底座105通过升降油缸112和长度能够伸缩的支撑臂111（类似于鱼竿状的叠加伸缩结构）对应连接在钻孔机架101前后方向的棱角处，即在钻孔机架101的棱角处前部和后部分别连接有长度能够伸缩的支撑臂111，在这两个支撑臂111之间的棱角处连接有升降油缸112，支撑臂111的顶端和升降油缸112的活塞杆连接在底座105的底部，在升降油缸112的作用下，底座105在支撑臂111的支撑下实现升、降。前述底座105的顶部后端设有向上延伸的后支座107，在后支座107上开有通孔状的注水孔122，通过注水孔122连接注水装置，前述底座105的顶部前端设有向上延伸的前支座110，在前支座110上设有钻杆118的穿装孔。进给丝杆109的前端和后端分别通过轴承装配在前支座110和后支座107上，即进给丝杆109装配在前、后支座之间，为了方便操作，进给丝杆109的后端从后支座107上延伸出，在进给丝杆109的延伸端连接有进给电机106，由进给电机106驱动进给丝杆109旋转，前述进给电机106固定在后支座107上（也可以是底座105上，这就需要中间驱动件），在前述前支座110和后支座107之间的进给丝杆109上以丝扣方式连接有进给滑座108，该进给滑座108在进给丝杆109的作用下，在底座105上滑动。钻杆118为中空结构，钻杆118通过轴承穿装在前支座110上，且钻杆118的后端通过轴承与进给滑座108连接，由进给滑座108的前、后动作带动钻杆118前行或后退，在钻杆118的前端连接有钻头116和从动轮117，中空的钻杆118在使用过程中通过后支座107上的注水孔122向所连接注水装置给钻头116输送降温水液。前述结构的四个钻进子机构分别对应连接在钻孔机架101前后方向的四个棱角处，用于对土体上钻探打孔，四个钻进子机构可以同时在土体上打出四个孔，大幅提高工程效率，但若只采用一个、两个或三个钻进子机构也完全可以实现在土体上的钻探打孔，只不过效率较低。

驱动电机120安装固定在钻孔机架101上，驱动电机120的输出轮119对应钻进子机构的钻杆118上的从动轮117，驱动电机120通过传动带（如三角带等）与钻杆118上的从动轮117连接，以此带动钻杆118旋转、实现钻进。为了适应四个钻进子机构，前述驱动电机120可以为四个（各对应一个钻进子机构）或两个（各对应两个钻进子机构，要求输出轮上具有相应的轮槽）。

为了在坑道或隧道内稳定、可靠的进行钻进施工，上述钻孔机构的钻孔机架101四个面上分别通过支撑油缸115和长度能够伸缩的支撑杆114（类似于鱼竿状的叠加伸缩结构）连接有支撑板113，支撑板113的方向为前后方向，即在钻孔机架101的前部和后部分别连接有长度能够伸缩的支撑杆114，在这两个支撑杆114之间的面上连接有支撑油缸115，支撑杆114的顶端和支撑油缸115的活塞杆连接在支撑板113的底部，在支撑油缸115的作用下，支撑板113在支撑杆114的支撑下实现升、降，进而与坑道或隧道壁抵接、脱离。

参见图2和图3：本实用新型的锯割机构主要由锯割机架201、绳子张紧子机构、锯割进给子机构、驱动电机220、切割绳和紧固支撑子机构构成。

其中，锯割机架201为角钢、槽钢等钢件焊接而成的框型状方体结构，根据使用要求，其朝向钻进土体的面为前面。在锯割机架201的底部通过四个脚架202分别设有四个滚轮203，用于在施工过程中移动。在锯割机架201上安置有电控柜204和液压站221，电控柜204用于控制锯割机架201上的各电气元件动作，液压站221用于向锯割机架201上的各油缸提供液压油。

绳子张紧子机构主要由张紧架206和张紧轮205构成。张紧架206为两根（数量根据使用要求合理确定），分别竖向固定在锯割机架201的后端。张紧轮205为多个，它们分别通过各自的转轴和定位件滑动装配在两根张紧架206上，这些张紧轮205在张紧架206上的位置根据具体要求灵活调节。

锯割进给子机构为四个，分别对应锯割机架201前后方向的四个棱角。每个锯割进给子机构主要由导向轮209、进给臂210、第一切割轮216和第二切割轮217构成。进给臂210通过升降油缸212和长度能够伸缩的支撑臂211（类似于鱼竿状的叠加伸缩结构）对应连接在锯割机架201前后方向的棱角处，即在锯割机架201的棱角处前部和后部分别连接有长度能够伸缩的支撑臂211，在这两个支撑臂211之间的棱角处连接有升降油缸212，支撑臂211的顶端和升降油缸212的活塞杆连接在进给臂210上，在升降油缸212的作用下，进给臂210在支撑臂211的支撑下实现升、降。导向轮209通过轮架208活动装配在进给臂210的后端，即导向轮209的轮架208可以在进给臂210上作周向旋转。第一切割轮216通过转轴连接在进给臂210前端的顶面（锯割机架201上部棱角处的）或底面（锯割机架201下部棱角处的），第二切割轮217通过转轴连接在进给臂210前端的侧面，即第一切割轮216和第二切割轮217处在相互垂直（近似于）的两个面上。前述结构的四个锯割进给子机构分别对应连接在锯割机架201前后方向的四个棱角处，用于对土体上打好孔的部位进行锯割，四个锯割进给子机构可以同时在土体上实现四条锯割线，大幅提高工程效率，但若只采用两个或三个（为了切割绳张紧最少要保持两个）锯割进给子机构也完全可以实现在土体上的锯割，只不过效率较低。

驱动电机220安装固定在锯割机架201上，驱动电机220的输出端连接有对应绳子张紧子机构和锯割进给子机构上导向轮209的主动绳轮207，即主动绳轮207处在锯割机架201的后面，主动绳轮207、绳子张紧子机构的张紧轮205和锯割进给子机构的导向轮209基本上处在同一平面内。

切割绳为环状结构（图中未示出），对应绕套在主动绳轮207、绳子张紧子机构的张紧轮205和各锯割进给子机构的导向轮209、第一切割轮216、第二切割轮217上，以此使切割绳张紧，在驱动电机220的作用下，主动绳轮207带动切割绳在各轮上传动、进行切割。切割绳在前述轮上的绕套应根据施工要求而合理、灵活的进行，其并无特定的绕套方式。

紧固支撑子机构主要由紧固油缸219和紧固支撑架218构成。紧固油缸219固定装配在锯割进给子机构的进给臂210，其活塞杆朝向进给臂210的前端，紧固油缸219的活塞杆用于连接紧固支撑架218。紧固支撑架218为两块（具体数量可以根据使用要求而合理确定），每块紧固支撑架218由铰接在一起的前、后两节构成，紧固支撑架218的前节铰接在锯割进给子机构的进给臂210前端，紧固支撑架218的后节滑动装配在锯割进给子机构的进给臂210上并与紧固油缸219的活塞杆铰接，在紧固油缸219的作用下，活塞杆带动紧固支撑架218拱起或放平，从而在钻孔机构打出的孔内实现卡固或脱离。

为了在坑道或隧道内稳定、可靠的进行锯割施工，上述锯割机构的锯割机架201四个面上分别通过支撑油缸215和长度能够伸缩的支撑杆214（类似于鱼竿状的叠加伸缩结构）连接有支撑板213，支撑板213的方向为前后方向，即在锯割机架201的前部和后部分别连接有长度能够伸缩的支撑杆214，在这两个支撑杆214之间的面上连接有支撑油缸215，支撑杆214的顶端和支撑油缸215的活塞杆连接在支撑板213的底部，在支撑油缸215的作用下，支撑板213在支撑杆214的支撑下实现升、降，进而与坑道或隧道壁抵接、脱离。

下面就本实用新型的工作过程作如下简述：在隧道工程掘进时，利用钻孔机构在土体上打出四个孔，根据孔的位置调节锯割机构的锯割进给子机构和切割绳绕套，使锯割机构的相邻锯割进给子机构之间都张紧切割绳（即进给臂前端由切割绳绕套成框型）；将锯割机构上的进给臂插入土体上对应的内，启动锯割机构的动力源，锯割相邻孔之间的土体，在土体上形成周向封闭的锯割轨迹；将切割绳套入锯割轨迹内并使其在锯割机构对应的锯割进给子机构上张紧，启动锯割机构的动力源，锯割切掉锯割轨迹所围拢的掘进土块，进而形成掘进开挖，挖掘处的土块可以作路基铺设之用。

Claims (10)

1. 一种绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于，所述掘进机包括：

-钻孔机构，所述钻孔机构主要由钻孔机架（101）、钻进子机构和驱动电机（120）构成；所述钻孔机架（101）为方体结构，在钻孔机架（101）的底部通过脚架（102）设有滚轮（103）；所述钻进子机构为至少一个，每个钻进子机构主要由底座（105）、进给丝杆（109）和钻杆（118）构成，底座（105）通过升降油缸（112）和长度能够伸缩的支撑臂（111）对应连接在钻孔机架（101）前后方向的棱角处，底座（105）的后端设有后支座（107）、前端设有前支座（110），所述进给丝杆（109）装配在前、后支座之间，在进给丝杆（109）上以丝扣方式连接有进给滑座（108），所述钻杆（118）通过轴承穿装在前支座（110）上、且后端通过轴承与进给滑座（108）连接，钻杆（118）的前端连接有钻头（116），钻杆（118）上设有从动轮（117）；所述驱动电机（120）固定在钻孔机架（101）上，驱动电机（120）的输出轮（119）对应钻进子机构的钻杆（118）上的从动轮（117），驱动电机（120）通过传动带与钻杆（118）上的从动轮（117）连接；

-锯割机构，所述锯割机构主要由锯割机架（201）、绳子张紧子机构、锯割进给子机构、驱动电机（220）和切割绳构成；所述锯割机架（201）为方体结构，在锯割机架（201）的底部通过脚架（202）设有滚轮（203）；所述绳子张紧子机构主要由固定在锯割机架（201）后端的至少一根张紧架（206）和滑动装配在张紧架（206）上的多个张紧轮（205）构成；所述锯割进给子机构为至少两个，每个锯割进给子机构主要由导向轮（209）、进给臂（210）、第一切割轮（216）和第二切割轮（217）构成，进给臂（210）通过升降油缸（212）和长度能够伸缩的支撑臂（211）对应连接在锯割机架（201）前后方向的棱角处，导向轮（209）通过轮架（208）装配在进给臂（210）的后端，第一切割轮（216）通过转轴连接在进给臂（210）前端的顶面或底面，第二切割轮（217）通过转轴连接在进给臂（210）前端的侧面；所述驱动电机（220）固定在锯割机架（201）上，驱动电机（220）的输出端连接有对应绳子张紧子机构和锯割进给子机构上导向轮（209）的主动绳轮（207）；所述切割绳为环状结构，对应绕套在主动绳轮（207）、绳子张紧子机构和锯割进给子机构上、并张紧。

2.根据权利要求1所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述钻孔机构的钻进子机构为四个，它们分别对应连接在钻孔机架（101）前后方向的四个棱角处。

3.根据权利要求2所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述钻孔机构的钻孔机架（101）四个面上分别通过支撑油缸（115）和长度能够伸缩的支撑杆（114）连接有支撑板（113）。

4.根据权利要求1或2所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述钻孔机构的钻进子机构的进给丝杆（109）通过端部所连接的进给电机（106）驱动，该进给电机（106）固定在钻进子机构的底座（105）或后支座（107）上。

5.根据权利要求1或2所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述钻孔机构的钻进子机构的钻杆（118）为中空结构，该钻杆（118）用于向钻头（116）输送水液。

6.根据权利要求1所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述锯割机构还包括有紧固支撑子机构，该紧固支撑子机构主要由紧固油缸（219）和紧固支撑架（218）构成；所述紧固油缸（219）装配在锯割进给子机构的进给臂（210）前端，紧固油缸（219）的活塞杆用于连接紧固支撑架（218）；所述紧固支撑架（218）为至少一块，紧固支撑架（218）由铰接在一起的前、后两节构成，紧固支撑架（218）的前节铰接在锯割进给子机构的进给臂（210）前端，紧固支撑架（218）的后节滑动装配在锯割进给子机构的进给臂（210）上并与紧固油缸（219）的活塞杆铰接。

7.根据权利要求1或6所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于，所述锯割机构的锯割进给子机构为四个，它们分别对应连接在锯割机架（201）前后方向的四个棱角处。

8.根据权利要求7所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述锯割机构的锯割机架（201）四个面上分别通过支撑油缸（215）和长度能够伸缩的支撑杆（214）连接有支撑板（213）。

9.根据权利要求1所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述钻孔机架（101）和锯割机架（201）分别为框型状的方体结构。

10.根据权利要求1所述绳锯式坑隧道掘进机，其特征在于：所述钻孔机架（101）和锯割机架（201）上分别设有电控柜和液压站。