CN205778999U - 一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于隧道施工救援配套设备相关领域，并公开了一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其包括由两个纵向支架和多个横梁共同固接而成的主体框架，其中各纵向支架沿着救生舱的长轴方向而布置，其一端设置有驱动轮及配套的驱动电机和减速器，另外一端设置有托链轮，履带套设在两轮之间实现循环运动；横梁横跨设置在两个纵向支架之间，并可拆卸地连接于救生舱舱体下侧；此外，两个纵向支架上所承载的运动部件呈反对称的布置关系，并且履带的链片呈不平整的凸凹结构。通过本实用新型，能够以结构紧凑、便于操控和安全平稳的方式实现前进、后退和360度自由转弯等功能，并且可很好地适应于隧道施工的复杂路况。

Description

一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统

技术领域

本实用新型属于隧道施工救援配套设备领域，更具体地，涉及一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统。

背景技术

随着我国交通建设蓬勃发展，越来越多的隧道工程安全问题出现于软弱围岩等不良地层中。在软弱围岩隧道施工中，由于地质条件差、地表覆土浅或隧道下穿(建)构筑物等不利因素，施工中极易发生变形和塌方等灾害。近年来软弱围岩隧道施工事故频发，造成设备、人员损失惨重，社会影响极大。事后调查发现，超过70％的塌方发生在隧道掌子面后方一定距离，塌方发生后掌子面施工人员被“关门”，如果塌方范围波及至掌子面或不及时救援，极易导致被困人员遇难。因此，采用何种设备确保掌子面施工人员的安全是隧道施工、尤其是暗挖法修建软弱围岩隧道施工过程中一个需要解决的关键问题。

在以往的隧道施工中，由于经济技术条件的限制，一般是通过在开挖面附近放置钢制空心管节作为应急措施，但其安全保障能力较为有限。随着工业技术的发展，施工人员的安全日益受到企业乃至社会的重视，在隧道施工中开始逐渐推广采用隧道施工救生舱系统。现有技术中出现了一些关于隧道救生舱的研究方案，例如，CN 201510492065.7公开了一种移动隧道救生舱，其包括舱体和履带总成，该救生舱能安全、稳定、多方向地移动，适时监测灾后隧道并主动移动救生舱至安全区域；又如，CN201510166924.3公开了一种隧道救生舱结构，其包括舱体，舱体上铰接有舱门与逃生门，舱体底部连接有履带，舱体内设有供风系统、供氧系统、空气净化系统、环境监控系统、通信系统及生存保障系统，其在事故发生后可为幸存人员提供避难空间，减少人员伤害。

现有的救生舱系统根据其移动方式可分为无移动构件救生舱和有移动构件救生舱两种，其中后者的救生舱下部装有可移动装置，通常为轮胎或导轨，但一般不具备行进动力装置，仍需要借助外力移动。在此情况下，在隧道施工过程中，如果在开挖面的跨度受限的情况下，拖移救生舱将占用道路影响正常施工工序进而导致工期增加；此外由于施工中洞内临时道路通行条件较差，机械车辆进出频繁，或由于隧道修建速度较快，可能经常需要移动救生舱位置，这就为施工带来了极大不便。相应地，考虑到综合移动性能属于救生舱产品的关键性能指标之一，并直接影响到日常运行及救援过程中的可靠性和操作便利性，本领域亟需针对适用于隧道施工救生舱的移动系统做出更进一步的深入研究，以便更好地符合隧道施工的复杂应用需求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其中通过结合救生舱自身结构及应用环境的特点，对该履带移动系统的具体结构组成、设置方式等进行针对性设计，相应与现有技术相比，能够以结构紧凑、便于操控和安全平稳的方式实现前进、后退和360度自由转弯等功能，并且可很好地适应于隧道施工的复杂路况，同时有效避免路面碎石、爬坡下落冲击等对履带、驱动电机等关键部件的影响，因而尤其适用于各类隧道施工救援的应用场合。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，该履带移动系统包括由两个纵向支架和多个横梁共同固接而成的主体框架，其中：

所述纵向支架包括均沿着救生舱的长轴方向而布置的第一纵向支架和第二纵向支架，其中对于第一纵向支架而言，其前端设置有第一驱动轮及配套的第一驱动电机和第一减速器，它的后端设置有第一托链轮，第一履带套设在所述第一驱动轮与第一托链轮之间，由此在所述第一驱动电机的作用下独立实现循环运动；对于第二纵向支架而言，其后端设置有第二驱动驱动轮及配套的第二驱动电机和第二减速器，它的前端设置有第二托链轮，第二履带同样套设在所述第二驱动轮与第二托链轮之间，由此在所述第二驱动电机的作用下独立实现循环运动；所述横梁则彼此平行地横跨设置在所述两个纵向支架之间，并可拆卸地连接于救生舱舱体下侧。

作为进一步优选地，所述横梁被设计为两侧低下中间高的倒U形结构。

作为进一步优选地，对于所述第一、第二履带而言，其基本组成链片的一侧呈不平整的凸凹结构。

作为进一步优选地，所述第一驱动电机及第一减速器、第二驱动电机及第二减速器均采用横卧式布置。

作为进一步优选地，所述第一、第二纵向支架的下侧还均匀布置有多个支重轮；此外，在所述第一、第二纵向支架的外侧还布置有踏板。

作为进一步优选地，所述第一、第二履带配套安装有沿着水平方向安装的多个托辊，并且在这些托辊中，处于整个救生舱的中部重心线两侧的两个相邻托辊之间的间距被设计为大于其他相邻托辊之间的间距。

作为进一步优选地，所述第一、第二履带的最大行驶速度被设定为16m/min，最大爬坡角度为18°。

作为进一步优选地，上述履带移动系统采用无线遥控方式来实现舱内和舱外的控制。

作为进一步优选地，上述履带移动系统优选由高强度的钢结构构件制成，并具备防爆功能。

作为进一步优选地，所述救生舱的舱体整体呈T型材网格式分布的箱体结构，其顶部为圆弧形，其外部布置有外壳体钢板，内部交叉布置加强筋，其中所述加强筋优选采用如下方式布置：在所述舱体内部的前后端面以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋，在所述舱体内部的左右侧面水平均匀布置多根扁钢作为加强筋，在所述舱体内部的底面沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋，在所述舱体内部的顶面沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋，在舱体内部的纵向上还设置有多圈T型钢作为加强筋，该多圈T型钢沿所述舱体的长度方向均匀分布。

作为进一步优选地，所述舱体的前、后端面分别设置有前舱门和后舱门，左、右侧面分别设置有逃生门；所述前舱门、后舱门、逃生门均设计为外开式结构，并且后舱门通过螺栓固定安装在救生舱的内部，同时该后舱门上还设置有用于对其执行位置定位的定位传感器。

作为进一步优选地，所述舱体内部集成设有供风单元、供氧单元、空气净化单元以及供电单元，其中供风单元、供氧单元和空气净化单元协同工作，用于为救生舱内部提供供风压力为0.1MPa～0.3MPa，人均供风量不低于0.3m³/min的空气，以及压力为0.1MPa～0.2Mpa、人均供氧量不低于0.5L/min的氧气，并使得救生舱内的空气无粉尘和有毒成分且CO₂浓度小于1.0％；此外，所述供电单元由外部交流电源和内部直流电源共同组成，并可切换地用于救生舱内所有用电设备的供电。

作为进一步优选地，所述救生舱包括小型舱、中型舱、大型舱和特大型舱四种类型，其中：所述小型舱的外形尺寸规格为长2700mm×宽1700×高2200mm或者3000mm×宽1700×高2200mm，额定容纳人数≤7人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述中型舱的外形尺寸规格为长3200mm×宽2000×高2500mm或者3500mm×宽2000×高2500mm，额定容纳人数8～10人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述大型舱的外形尺寸规格为长4000mm×宽2000×高2500mm或者4400mm×宽2000×高2500mm，额定容纳人数11～15人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述超大型舱的外形尺寸规格为长4000mm×宽2500×高2500mm或者4400mm×宽2500×高2500mm，额定容纳人数16～20人，额定保障时间为72小时或者120小时。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.通过对按照本实用新型的履带移动系统的关键组件如驱动电机、履带等在结构组成、布置及其运行方式等方面做出研究和设计，不仅能够以结构紧凑、布置合理的方式自由实现前进、后退和360度自由转弯等功能，而且能够在保证救生舱整体高度不变的情况下，适当增大了电机减速机组与地面之间的高度；相应能够在无需其他任何拖移或吊运设备的情况下有效、灵活地执行移动功能，避免路面碎石的不利影响，同时明显减少对隧道施工的干扰；

2.考虑到隧道施工常用的台阶法工艺往往会产生大量碎石或土块、并导致施工阶段隧道内路面多以大小不一的坑洼起伏路况为主的特点，本实用新型还专门对履带的基本组成链片的形状结构特点做出了针对性设计，相应能够获得更强的抓地力，同时各个链片的凹凸表面有效增加了履带的接触面积，并与隧道施工坑洼起伏的路况更好地相适应；

3.此外，针对隧道施工中救生舱需要爬坡的需求，为避免履带整体因爬坡而产生履带与地面之间的高度差，本实用新型中还进一步对救生舱重心位置处的履带托辊、以及横梁的形状结构作出了针对性的改进，相应可在一定程度上改善爬坡过程中履带下落对地面造成的冲击；

4.通过将救生舱整体结构采用T型材网格式分布的箱体结构设计，箱体结构外部布置外壳体钢板，内部交叉设置加强筋，舱体主体框架、T型材自身筋板、翼板的结构特点和网格式分布组合而成的箱体结构能有效的承载各个方向的作用力，在减轻舱体自重的同时，又能增强舱体的承载能力；舱体顶部为拱形设计，能更好的消化、吸收顶部的冲击载荷，同时能分散竖直方向上的静载荷；加强筋自身具有一定的断面面积，同时其剖面模数值与结构承压强度相匹配，起到了牢固整个结构的作用；

5、由于该救生舱内集成设有通风、供氧、空气净化、环境监测、供电及生存保障等系统，通过这些系统的优化布置，使撤离到救生舱内的被困人员生存空间更大，生存时间更长；此外，救生舱内可设有视屏通话系统，在救生舱内能跟外面进行视屏通话，有利于洞外了解救生舱内被困人员的生存状态，有利于洞外开展救援工作；

6、按照本实用新型的隧道施工救生舱整体结构紧凑、强度分布设计合理、功能完善且便于操控，在发生塌方的情况下不仅利于人员第一时间进入到救生系统内部，而且还便于外界救援人员对该系统的定位查找和组织救援，因而尤其适用于各类隧道施工救援场合，并具备广阔的推广前景。

附图说明

图1是按照本实用新型所构建的履带移动系统的整体结构平面图；

图2是图1中所示履带移动系统的结构侧视图；

图3是示范性显示驱动电机减速机组的横卧式布置示意图；

图4是按照本实用新型优选实施例的履带链片的结构侧视图；

图5是按照本实用新型优选实施例的履带托辊的布置示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本实用新型所构建的履带移动系统的整体结构平面图，图2是图1中所示履带移动系统的结构侧视图。如图1和图2所示，该履带移动系统主要包括由两个纵向支架和多个横梁10共同固接而成的主体框架，并在两个纵向支架上分别承载安装有包含驱动轮、驱动电机减速机组、托链轮和履带在内的运动单元。

具体而言，纵向支架包括均沿着救生舱的长轴方向而布置的第一纵向支架4和第二纵向支架4’，其中对于第一纵向支架4而言，其前端(图中显示为左端)设置有第一驱动轮2及配套的第一驱动电机1和第一减速器12，它的后端(图中显示为右端)设置有第一托链轮7，第一履带8套设在第一驱动轮2与第一托链轮7之间，由此在第一驱动电机1作用下驱动第一驱动轮、进而被带动而独立实现循环运动；与此类似地，对于第二纵向支架4’而言，其后端(图中显示为右端)设置有第二驱动轮2’及配套的第二驱动电机1’和第二减速器12’，它的前端(图中显示为左端)设置有第二托链轮7’，第二履带8’同样套设述第二驱动2’与第二托链轮7’之间，由此在第二驱动电机1’的作用下独立实现循环运动；横梁10譬如为三根，它们彼此平行地横跨设置在所述两个纵向支架之间，并譬如通过连接螺栓9可拆卸地连接于救生舱舱体下侧。以此方式，由于两个纵向支架上所承载的运动单元呈反对称的布置关系，当所述第一、第二驱动电机转向相同时，用于实现履带在360°范围内的自由转向；而当所述第一、第二驱动电机转向相反时，用于实现履带的前进或后退功能。

更具体地，可以在纵向支架的外侧布置一个踏板，方便乘客上下。每个纵向支架下侧优选均匀布置譬如10个的支重轮，由此分担上部救生舱及履带移动单元的重量。两个纵向支架通过三个等间距布置的横梁相固接，该横梁优选被设计为两侧低中间高的倒U形结构，每个横梁上譬如布置有8个连接螺栓孔，通过连接螺栓与上部救生舱主体结构连接，以便拆卸和更换。

此外，还通过调节引导轮和张紧装置调节履带的张紧度，电机提供动力控制驱动轮转动以带动履带卷绕，使移动单元行进。由于两个移动单元纵向支架按反对称布置，当电机转向相同时，可以实现移动单元转向，电机转向相反时实现移动单元的前进、后退和爬坡功能。电机上配有减速器，可以进行减速和刹车，操作简单，方便救生舱首次进入隧道后的落位，配合施工工序移动和跟随隧道掘进而前移。上述移动系统整体可采用高强度钢结构构件，可具有一定的防爆功能，在隧道爆破开挖过程中保证正常工作不受影响。

此外，对于所述第一、第二履带而言，其基本组成链片的一侧呈不平整的凸凹结构，由此在增大接触面积的同时还与隧道路面的坑洼和起伏路况相适应；所述第一驱动电机及第一减速器、第二驱动电机及第二减速器均采用横卧式布置，并容纳处于所述舱体的底面。

之所以进行以上设计，首先，是考虑到隧道内施工多采用台阶法施工，其特点在于在每级台阶处会实施定点爆破，爆破会产生大量的碎石或土块，造成施工阶段隧道内路面多以大小不一的碎石或土块为主；在此情况下，救生舱在隧道施工过程中始终处于羊拱和掌子面间的台阶处，为不影响隧道施工进程，需要跟随隧道的向前掘进而向前移动，或配合清理路面的挖机、渣土车等设备的施工而左右移动，故履带需适应隧道内的复杂路况。通过以上对履带具体结构的设计，实际测试表明，其与地面接触面积大，能更好的适应隧道施工现场的复杂通行条件，方便首次进入隧道后的落位；此外，能获得更强的抓地力，同时每个链片的间隙也能更好地适应路面的坑洼、起伏。

其次，考虑到救生舱需要在隧道施工内复杂路面行驶，具备直行、转弯、爬坡等功能，履带的动力源电机减速机组就需要能够输出足够的扭矩来满足履带功能上的要求。故而电机减速机组的规格通常较大，但是考虑到救生舱的舱内空间和整体高度上的限制，通过将电机减速机组由常规的立式安装专门改为横卧式安装，相应能够减小电机减速机组对舱内空间的占用，并保证救生舱整体高度不变的情况下，尽可能的增大电机减速机组同地面的高度，以避免路面较大碎石对电机减速机组的阻碍。

按照本实用新型的一个优选实施例，所述横梁优选设计为两侧低下中间高的倒U形结构。此外，所述第一、第二履带配套安装有沿着水平方向安装的多个托辊，并且在这些托辊中，处于整个救生舱的中部重心线两侧的两个相邻托辊之间的间距优选被设计为大于其他相邻托辊之间的间距。以此方式，当履带爬坡时，为避免履带整体因爬坡而产生的履带和地面的高度差，通过将履带两个托辊之间的距离加大，使得履带在爬坡过程中履带可因救生舱整体重量的影响而使得履带与地面的高度逐渐减小，从而大大降低履带因爬坡下落对地面造成的冲击。

按照本实用新型的另一优选实施例，所述第一、第二履带的最大行驶速度优选被设定为16m/min，最大爬坡角度为18°，这些参数经过比较测试而得出，并能够更好地适合各类隧道施工应用场合。此外，其他常规规格参数譬如包括：设备总重8.5T；电机型号可选用Y112M-4(4Kw)；减速机参数1：转速：7.9r/min、扭矩：4810Nm、减速比：178.84、输出力：56700N；尺寸:电机中心间距3370mm；外形尺寸：2000x3930x400(履带宽)。

按照本实用新型的另一优选实施例，对于履带移动系统所承载的救生舱舱体而言，其譬如为箱体结构，其最大能容纳20人，其顶部为圆弧形，其外部布置外壳体钢板，具体譬如采用Q345R钢板制成，具备抗冲击安全防护功能，具体的，舱体顶面和底面的钢板厚度譬如为8mm，两侧面和两端面钢板的厚度譬如为4mm，圆弧形顶部的拱高譬如为0.25m。优选地，该舱体内部交叉布置加强筋，加强筋采用如下方式布置：在所述舱体内部的前后端面分别以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋，在所述舱体内部的左右侧面分别水平均匀布置多根扁钢作为加强筋，具体的，例如可布置三根80mm宽6mm厚的扁钢，在所述舱体内部的底面沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋，具体的，譬如布置四根80mm宽6mm厚的扁钢，在所述舱体内部的顶面沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋，具体譬如为四根，在舱体内部的纵向上还设置有多圈T型钢作为加强筋，具体譬如为8圈，该8圈T型钢沿所述舱体的长度方向均匀分布。具体的，所述T型钢的腹板高度譬如为80mm、厚度譬如为8mm，T型钢的翼板宽度譬如为80mm、厚度譬如为8mm。具有上述结构的本实用新型救生系统，较多的实际测试表明，其舱体顶部抵抗土石掩埋静压力可达380kPa以上，两侧抵抗土石掩埋静压力可达190kPa以上，顶部能够抵抗由于隧道坍方所产生的冲击载荷可达200kN以，因而具备令人满足的整体结构强度。

此外，所述舱门中还配置有各种不同用途的门结构。其中，方形舱门设于舱体的前后端面(前舱门、后舱门)，逃生门(左舱门、右舱门)对称设于舱体的左右侧面。前舱门作为主要的避险用舱门，左右两侧舱门作为辅助的避险用舱门，两种舱门均为外开式，方便避险人员在紧急情况下开启，即发生塌方时，来不及逃生的遇险人员可从靠近掌子面的前舱门进入救生舱内避险，同时左右两侧舱门亦可作为分散避险人流的避险用舱门；后舱门主要作用是在救生舱生产制造过程中，为设备舱(靠近后舱门)中设备的安装提供便利；最主要作用为方便救援逃生。

另外，对于舱体内部而言，其设有供风系统、供氧系统、空气净化系统、环境监测系统、通讯系统、供电系统及生存保障系统。通过舱体中各个系统的相互配合及合理布置，可为被困人员提供较大的生存空间，较好的生存环境，进一步延长生存时间，防护时间可达72小时，通过在舱体上铰接本实用新型结构的舱门与逃生门，可以方便被困人员的进出。

在应用时，上述履带移动系统可采用无线遥控方式，一用一备，由此实现舱内和舱外的控制，相应实现在隧道中自由前进、后退、转向、爬坡等功能，同时电机上配有减速器，可以进行减速和刹车。将本实用新型配置于救生舱下部后，既能对施工人员提供有力的安全保障，又能明显减少对施工的干扰，提高工作效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，该履带移动系统包括由两个纵向支架和多个横梁(10)共同固接而成的主体框架，其中：

所述纵向支架包括均沿着救生舱的长轴方向而布置的第一纵向支架(4)和第二纵向支架(4’)，其中对于第一纵向支架(4)而言，其前端设置有第一驱动轮(2)及配套的第一驱动电机(1)和第一减速器(12)，它的后端设置有第一托链轮(7)，第一履带(8)套设在所述第一驱动轮(2)与第一托链轮(7)之间，由此在所述第一驱动电机(1)的作用下独立实现循环运动；对于第二纵向支架(4’)而言，其后端设置有第二驱动驱动轮(2’)及配套的第二驱动电机(1’)和第二减速器(12’)，它的前端设置有第二托链轮(7’)，第二履带(8’)同样套设在所述第二驱动轮(2’)与第二托链轮(7’)之间，由此在所述第二驱动电机(1’)的作用下独立实现循环运动；所述横梁(10)则彼此平行地横跨设置在所述两个纵向支架之间，并可拆卸地连接于救生舱舱体下侧。

2.如权利要求1所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，所述横梁被设计为两侧低下中间高的倒U形结构。

3.如权利要求1或2所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，对于所述第一、第二履带而言，其基本组成链片的一侧呈不平整的凸凹结构。

4.如权利要求3所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，所述第一驱动电机及第一减速器、第二驱动电机及第二减速器均采用横卧式布置。

5.如权利要求1或2所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，所述第一、第二纵向支架的下侧还均匀布置有多个支重轮(3)；此外，在所述第一、第二纵向支架的外侧还布置有踏板。

6.如权利要求1或2所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，所述第一、第二履带配套安装有沿着水平方向安装的多个托辊，并且在这些托辊中，处于整个救生舱的中部重心线两侧的两个相邻托辊之间的间距被设计为大于其他相邻托辊之间的间距。

7.如权利要求1或2所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，所述第一、第二履带的最大行驶速度被设定为16m/min，最大爬坡角度为18°。

8.如权利要求6所述的一种适用于隧道施工救生舱的履带移动系统，其特征在于，上述履带移动系统采用无线遥控方式来实现舱内和舱外的控制。