CN203822312U - X型开敞式全断面隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种X型开敞式全断面隧道掘进机，包括驱动系统（2）和安装在驱动系统前端的刀盘（1），驱动系统（2）依次与护盾系统（3）、内凯组件（6）和后支撑组件（7）连接，外凯组件（5）通过推进系统（4）安装在内凯组件（6）上，所述外凯组件（5）由外凯结构件（15）、撑靴（16）、撑靴油缸（17）、撑靴油缸导向柱（18）组成，所述护盾系统（3）由顶护盾（8）、侧护盾（10）、中护盾（12）、底护盾（13）组成。采用这种结构仅需一个支点承担掘进机重力，撑靴板支撑面积大，适应范围围岩广灵活度高，掘进机重心平衡不会引起主机在掘进的时候产生下沉现象，掘进隧道过程中可以改变工作模式应对不同围岩的变化。

Description

X型开敞式全断面隧道掘进机

技术领域

 本实用新型涉及一种开敞式全断面隧道掘进机，尤其是X型开敞式全断面隧道掘进机。

背景技术

全断面隧道掘进机（TBM）是一种集机械、电子、液压、激光等技术于一体的大型隧道掘进装备，在山岭隧道及城市地铁的建设中发挥着重要作用。开敞式全断面隧道掘进机主要由刀盘、护盾、驱动组件、主梁、推进及支撑系统和其他辅助系统等结构组成。掘进机的工作原理为在推进油缸的推力作用下，通过刀盘旋转，对掌子面的岩壁进行破碎开挖。传统的开敞式全断面隧道掘进机，只有一对撑靴系统，在掘进机工作的时候，第一，由撑靴系统和护盾系统的底护盾作为掘进机的两个支点，承担掘进机的重力，且两个支点缺一不可，当遇到软弱破碎围岩或者岩壁出现塌腔时，必须采取注浆加固或者其他特殊处理办法，才能使掘进机顺利掘进；第二，其撑靴系统的撑靴板数量较少，支撑面积有限，对围岩的适应范围较窄，工作的时候，撑靴板必须全部到位，灵活度较差；第三，由于掘进机的重心靠前，当底护盾支撑位置的围岩强度较弱时，不足以承担掘进机的重力，容易引起掘进机在掘进的时候产生下沉倾向，造成整机频繁纠偏甚至纠偏困难。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有技术中的第一，掘进机需要撑靴系统和护盾系统同时作为掘进机的两个支点，第二，撑靴系统的撑靴板数量较少支撑面积有限，灵活度较差，第三，掘进机的重心靠前，不足以抵抗掘进机的重力，容易引起掘进机在掘进的时候产生下沉倾向。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案如下：

本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机，包括驱动系统和安装在驱动系统前端的刀盘，驱动系统后端依次与护盾系统、内凯组件和后支撑组件连接，外凯组件通过推进系统安装在内凯组件的上，所述刀盘、驱动系统、护盾系统、内凯组件和后支撑组件的中心线在同一条轴线上；所述外凯组件由外凯结构件、撑靴、撑靴油缸、撑靴油缸导向柱组成，撑靴通过撑靴油缸、撑靴油缸导向柱与外凯结构件连接；护盾系统由顶护盾、侧护盾、中护盾、底护盾组成，顶护盾通过顶护盾伸缩油缸与中护盾连接，侧护盾有两组分别设置在驱动系统的左右两侧，其中每组侧护盾一端与顶护盾连接，另一端通过侧护盾伸缩油缸与中护盾连接，底护盾通过底护盾伸缩油缸与驱动系统连接。采用这种结构的护盾系统的四个护盾可以在伸缩油缸的作用下进行移动，底护盾在掘进过程中可以收缩不承受掘进机的重力，使得掘进机在掘进隧道过程中可以改变工作模式，可应对不同围岩的变化。采用这种结构只需用外凯组件作为掘进机的支点，承担掘进机的重力。

做为本实用新型的一种优选方案，撑靴有两组，每组四对，每对两个，共十六个，外凯结构件有两个，每组撑靴设置在一个外凯结构件上，每个撑靴均通过两个撑靴油缸和一个撑靴导向柱与外凯结构件连接，每组四对撑靴分别设置在外凯结构件的四角位置且位于外凯结构件两条对角线的延长线上，并以外凯结构件的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。通过这种结构增多了撑靴的数量的同时带来了支撑面积增大的效果，具有更好的支撑力，撑靴不需要全部到位，灵活度高。

做为本实用新型的第二种优选方案，撑靴油缸、撑靴油缸导向柱与外凯结构件以球头形式连接。

做为本实用新型的一种改进，驱动系统由驱动箱、主轴承、小齿轮、安全轴、传动轴、保护套、减速机、电机组成；主轴承上设置有内齿圈，内齿圈与小齿轮啮合连接，小齿轮轴承末端通过安全轴与传动轴连接，保护套设置在传动轴外部，减速机前端与传动轴连接，末端与电机连接，电机设置在内凯组件上。采用这种结构使得减速机与电机置于本实用新型的后部，通过将减速机与电机后置的方式使本实用新型的重心靠后，当底护盾支撑位置的围岩强度较弱时，可以抵抗掘进机的重力，不会引起掘进机在掘进的时候产生下沉现象。

做为本实用新型的第二种改进，后支撑组件由后支撑结构件、后支撑撑靴、后支撑油缸、后支撑油缸导向柱、水平调向油缸、垂直调向油缸组成；后支撑结构件与内凯组件连接，后支撑撑靴通过后支撑油缸导向柱与后支撑结构件连接，水平调向油缸一端与后支撑结构件连接，另一端与后支撑撑靴连接，垂直调向油缸一端与后支撑结构件连接，另一端与后支撑撑靴连接。采用这种结构的后支撑撑靴可在后支撑油缸的作用下伸缩运动，并进一步提高对掘进机的支撑作用。

做为本实用新型的第三种优选方案，垂直调向油缸数目有两个设置在后支撑结构件的左右两侧，水平调向油缸数目有一个设置在后支撑结构件的下部，后支撑撑靴数目有四个，每个撑靴均通过两个撑靴油缸和一个撑靴导向柱分别设置在外凯结构件的下方两角位置且位于后支撑结构件对角线的延长线上，并以后支撑结构件的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。

本实用新型由于通过外凯组件的撑靴经撑靴油缸、撑靴油缸导向柱与外凯结构件连接方式，只需用外凯组件作为掘进机的支点，承担掘进机的重力；

由于护盾系统由顶护盾、侧护盾、中护盾、底护盾四组护盾组成，四个护盾均可以在伸缩油缸的作用下进行移动，使得掘进机在掘进隧道过程中可以改变工作模式，可应对不同围岩的变化；

由于撑靴有两组，每组四对共十六个，外凯组件有两个，每组撑靴设置在一个外凯结构件上，撑靴数目多，带来了支撑面积增大的效果，具有更好的支撑力；

由于驱动系统的减速机前端与传动轴连接，末端与电机连接，使得减速机与电机置于本实用新型的后部，通过将减速机与电机后置的方式使本实用新型的重心平衡，当底护盾支撑位置的围岩强度较弱时，可以抵抗掘进机的重力，不会引起掘进机在掘进的时候产生下沉现象；

由于后支撑组件的后支撑撑靴数目有四个，每个撑靴均通过两个撑靴油缸和一个撑靴导向柱与外凯结构件连接，设置在外凯结构件的下方两角位置且位于后支撑结构件对角线的延长线上，所以撑靴在垂直调向油缸和水平调向油缸的作用下可伸缩运动，伸出时可提高对掘进机的支撑效果，收缩时不承担掘进机重量。

综上所述，本实用新型的优点是仅需一个支点承担掘进机重力，撑靴板支撑面积大，适应范围围岩广，灵活度高，掘进机重心平衡不会引起主机在掘进的时候产生下沉现象，掘进隧道过程中可以改变工作模式应对不同围岩的变化。

附图说明

图1是本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机的主视图。

图2是本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机的护盾系统的结构示意图。

图3是本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机的外凯组件的结构示意图。

图4是本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机的后支撑组件的结构示意图。

图5是本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机的A部放大图。

具体实施方式

如图1至5所示，本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机，包括驱动系统2和安装在驱动系统前端的刀盘1，驱动系统2依次与护盾系统3、内凯组件6和后支撑组件7连接，外凯组件5通过推进系统4安装在内凯组件6上，所述刀盘1、驱动系统2、护盾系统3、内凯组件6和后支撑组件7的中心线在同一条轴线上，刀盘1、驱动系统2、护盾系统3、内凯组件6依次通过螺栓连接。外凯组件5安装在内凯组件6的滑轨上，并且在推进系统4的作用下，沿内凯组件6具备一定行程的滑动能力。推进系统4的一端与内凯组件6螺栓连接，一端与外凯组件5螺栓连接。内凯组件6的尾端连接后支撑组件7。

护盾系统2由顶护盾8、侧护盾10、中护盾12、底护盾13组成，顶护盾8通过顶护盾伸缩油缸9与中护盾12连接，可以在顶护盾油缸9的作用下上下移动。侧护盾10有两组分别设置在驱动系统3的左右两侧，其中每组侧护盾10一端与顶护盾8连接，另一端通过侧护盾伸缩油缸11与中护盾12连接，侧护盾10可以在侧护盾伸缩油缸11的作用下绕铰接装置摆动一定角度。底护盾13通过底护盾伸缩油缸14与驱动系统3连接，可以在底护盾伸缩油缸14的作用下上下移动，在掘进过程中底护盾呈收缩状态，不承受掘进机的重量。

外凯组件5由外凯结构件15、撑靴16、撑靴油缸17、撑靴油缸导向柱18组成，撑靴16通过撑靴油缸17、撑靴油缸导向柱18与外凯结构件15连接，做为一种优选方案，撑靴16有两组，每组四对，每对两个，共十六个，外凯结构件15有两个，每组撑靴16设置在一个外凯结构件15上，每个撑靴均通过两个撑靴油缸17和一个撑靴导向柱18与外凯结构件15连接，每组四对撑靴16分别设置在外凯结构件15的四角位置且位于外凯结构件15两条对角线的延长线上，并以外凯结构件15的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。撑靴16能够在撑靴油缸17的作用下沿撑靴油缸导向柱18伸缩一定行程。

驱动系统3由驱动箱、主轴承25、小齿轮26、安全轴27、传动轴28、保护套29、减速机30、电机31组成；主轴承25上设置有内齿圈，内齿圈与安装在驱动箱上的小齿轮26啮合连接，小齿轮26轴端通过安全轴27与传动轴28连接，保护套29设置在传动轴28外部，减速机30前端与传动轴28连接，末端与电机31连接，电机31设置在内凯组件6上，安全轴27与传动轴28的连接方式优选为花键连接。

后支撑组件7由后支撑结构件19、后支撑撑靴22、后支撑油缸24、后支撑油缸导向柱21、水平调向油缸20、垂直调向油缸23组成；后支撑结构件19与内凯组件6连接，后支撑撑靴22通过后支撑油缸导向柱21与后支撑结构件19连接，并在后支撑油缸24的作用下具备伸缩运动。水平调向油缸20一端与后支撑结构件19连接，另一端与后支撑撑靴22连接，垂直调向油缸23一端与后支撑结构件19连接，另一端与后支撑撑靴22连接，做为一种优选方案，垂直调向油缸23数目有两个设置在后支撑结构件19的左右两侧，水平调向油缸20数目有一个设置在后支撑结构件19的下部，后支撑撑靴22数目有四个，每个撑靴均通过两个撑靴油缸24和一个撑靴导向柱21分别设置在外凯结构件15的下方两角位置且位于后支撑结构件19对角线的延长线上，并以后支撑结构件19的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。

内凯组件6为一焊接的矩型截面梁，包括两段，两段之间用螺栓连接，内凯组件6的前端与驱动系统2连接，尾端与后支撑组件7连接，内凯组件6截面的四角安装滑轨，前后两段内凯组件6各安装一组外凯组件5，外凯组件5沿滑轨具备一定行程的轴向位移。

本实用新型X型开敞式全断面隧道掘进机向前推进的工作原理是：通过推进系统4带动内凯组件6、驱动系统2、护盾系统3和刀盘1实现的。在推进的时候，推进系统4的反力通过外凯组件5传递到围岩上，外凯组件5的撑靴16通过撑靴油缸17驱动沿撑靴油缸导向柱18滑动并始终与岩壁保持贴紧，后支撑撑靴22通过后支撑油缸24驱动沿后支撑油缸导向柱21缩回，底护盾13通过底护盾伸缩油缸14作用并缩回，然后由驱动系统2带动刀盘1做回转运动，从而完成对掌子面岩石的开挖。当推进系统4伸出一定行程后，底护盾伸缩油缸14伸出，驱动底护盾13与底部岩壁贴紧，后支撑油缸24伸出，驱动后支撑撑靴22与岩壁贴紧，然后撑靴16在撑靴油缸17的作用下缩回，推进系统4缩回，带动外凯组件5沿内凯组件6向前移动下一个掘进行程的长度，如此循环完成掘进机的不断向前掘进。

以上结合附图对本实用新型的优选实施例做了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式，只要在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，对本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围之内。

Claims (6)

1.一种X型开敞式全断面隧道掘进机，其特征在于：包括驱动系统（2）和安装在驱动系统前端的刀盘（1），驱动系统（2）依次与护盾系统（3）、内凯组件（6）和后支撑组件（7）连接，外凯组件（5）通过推进系统（4）安装在内凯组件（6）上，所述刀盘（1）、驱动系统（2）、护盾系统（3）、内凯组件（6）和后支撑组件（7）的中心线在同一条轴线上；所述外凯组件（5）由外凯结构件（15）、撑靴（16）、撑靴油缸（17）、撑靴油缸导向柱（18）组成，撑靴（16）通过撑靴油缸（17）、撑靴油缸导向柱（18）与外凯结构件（15）连接；所述护盾系统（3）由顶护盾（8）、侧护盾（10）、中护盾（12）、底护盾（13）组成，顶护盾（8）通过顶护盾伸缩油缸（9）与中护盾（12）连接，侧护盾（10）有两组分别设置在驱动系统（3）的左右两侧，其中每组侧护盾（10）一端与顶护盾（8）连接，另一端通过侧护盾伸缩油缸（11）与中护盾（12）连接，底护盾（13）通过底护盾伸缩油缸（14）与驱动系统（2）连接。

2.根据权利要求1所述的X型开敞式全断面隧道掘进机，其特征在于：所述撑靴（16）有两组，每组四对，每对两个，共十六个，外凯结构件（15）有两个，每组撑靴（16）设置在一个外凯结构件（15）上，每个撑靴均通过两个撑靴油缸（17）和一个撑靴导向柱（18）与外凯结构件（15）连接，每组四对撑靴（16）分别设置在外凯结构件（15）的四角位置且位于外凯结构件（15）两条对角线的延长线上，并以外凯结构件（15）的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。

3.根据权利要求2所述的X型开敞式全断面隧道掘进机，其特征在于：所述撑靴油缸（17）、撑靴油缸导向柱（18）与外凯结构件（15）以球头形式连接。

4.根据权利要求1所述的X型开敞式全断面隧道掘进机，其特征在于：所述驱动系统（2）由驱动箱、主轴承（25）、小齿轮（26）、安全轴（27）、传动轴（28）、保护套（29）、减速机（30）、电机（31）组成；主轴承（25）上设置有内齿圈，内齿圈与小齿轮（26）啮合连接，小齿轮（26）的轴端通过安全轴（27）与传动轴（28）连接，保护套（29）设置在传动轴（28）外部，减速机（30）前端与传动轴（28）连接，末端与电机（31）连接，电机（31）设置在内凯组件（6）上。

5.根据权利要求1所述的X型开敞式全断面隧道掘进机，其特征在于：所述后支撑组件（7）由后支撑结构件（19）、后支撑撑靴（22）、后支撑油缸（24）、后支撑油缸导向柱（21）、水平调向油缸（20）、垂直调向油缸（23）组成；后支撑结构件（19）与内凯组件（6）连接，后支撑撑靴（22）通过后支撑油缸导向柱（21）与后支撑结构件（19）连接，水平调向油缸（20）一端与后支撑结构件（19）连接，另一端与后支撑撑靴（22）连接，垂直调向油缸（23）一端与后支撑结构件（19）连接，另一端与后支撑撑靴（22）连接。

6.根据权利要求5所述的X型开敞式全断面隧道掘进机，其特征在于：所述垂直调向油缸（23）数目有两个设置在后支撑结构件（19）的左右两侧，水平调向油缸（20）数目有一个设置在后支撑结构件（19）的下部，后支撑撑靴（22）数目有四个，每个撑靴均通过两个撑靴油缸（24）和一个撑靴导向柱（21）分别设置在外凯结构件（15）的下方两角位置且位于后支撑结构件（19）对角线的延长线上，并以后支撑结构件（19）的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。