CN217028917U - 一种柔臂掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种柔臂掘进机，含有刀盘(1)、柔臂(3)和车体(4)，车体(4)的前部设有前工作机构(41)，刀盘(1)通过柔臂(3)与前工作机构(41)连接，前工作机构(41)能够相对于车体(4)前后移动，柔臂(3)能够使刀盘(1)相对于前工作机构(41)具有六个自由度。该柔臂掘进机可以满足硬岩自由断面隧道的开挖需求，开挖能力强，工作效率高。

Description

一种柔臂掘进机

技术领域

本实用新型涉及隧道挖掘设备领域，具体的是一种柔臂掘进机。

背景技术

硬岩隧道的开挖一直是地下施工的难题。目前硬岩的开挖主要采用钻爆法和TBM开挖。钻爆法施工过程中存在较大的安全隐患和环境问题，也不能精确控制断面的尺寸，存在超挖和欠挖的情况。现有硬岩隧道的开挖多采用TBM工法进行施工，TBM的开挖断面基本为圆形断面，矩形和马蹄形等异形断面的案例均是应用于软土隧道施工中，并且前期开挖断面一旦确定，在后续的施工过程中就无法改变断面的形状和尺寸。

实用新型内容

为了实现挖掘自由断面，本实用新型提供了一种柔臂掘进机，该柔臂掘进机可以满足硬岩自由断面隧道的开挖需求，开挖能力强，工作效率高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔臂掘进机，含有刀盘、柔臂和车体，车体的前部设有前工作机构，刀盘通过柔臂与前工作机构连接，前工作机构能够相对于车体前后移动，柔臂能够使刀盘相对于前工作机构具有六个自由度。

柔臂含有沿周向均匀间隔排列的至少三个油缸机构，油缸机构的前端通过第一铰接部件与刀盘铰接，油缸机构的后端通过第二铰接部件与前工作机构铰接。

第一铰接部件为转轴、虎克铰或球铰，第二铰接部件为转轴、虎克铰或球铰，油缸机构含有并排设置的多个液压油缸，液压油缸能够沿前后方向伸缩。

刀盘的后端设有背板，前工作机构的前端设有安装板，油缸机构的前端通过第一铰接部件与刀盘的背板铰接，油缸机构的后端通过第二铰接部件与前工作机构的安装板铰接。

车体还设有渣土挡板和履带行走装置，渣土挡板位于车体的前端，渣土挡板位于柔臂的下方。

车体还设有渣土运输机和拖链装置，渣土运输机沿前后方向延伸，渣土运输机的前端穿过渣土挡板，渣土运输机的后端位于车体的后方，拖链装置位于前工作机构上，拖链装置能够托运液压管路。

车体还含有底座和后工作机构，后工作机构与底座连接固定为一体，前工作机构和后工作机构均位于底座上，前工作机构能够相对于车体的底座前后移动，前工作机构与后工作机构前后设置。

底座连接有底部支撑机构，底部支撑机构位于底座的前部和后部，前工作机构连接有顶部支撑机构和左右支撑机构，后工作机构也连接有顶部支撑机构和左右支撑机构。

底座上设有前后长距移动机构，前后长距移动机构含有依次连接的直线导轨、导轨滑块和长距驱动油缸，直线导轨固定于底座上，直线导轨沿前后方向延伸，前工作机构固定于导轨滑块上，长距驱动油缸能够驱动前工作机构前后移动。

刀盘含有从内向外依次套设的驱动机构、轴承内圈、轴承外圈和旋切刀，驱动机构外还固定套设有背板，旋切刀与背板前后设置，驱动机构能够驱动旋切刀旋转。

本实用新型的有益效果是：

1、可以开挖硬岩自由断面尺寸，柔臂和各种支撑机构可以适应硬岩工况，履带式行走装置方便行走，长距移动系统可以提高单次工作的长度，相较于同类产品，可更好的适应硬岩工况，能够开挖自由断面。

2、可以满足硬岩自由断面隧道的开挖需求，开挖能力强，工作效率高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型所述柔臂掘进机的立体示意图。

图2是本实用新型所述柔臂掘进机的俯视示意图。

图3是本实用新型所述柔臂掘进机的左视示意图。

图4是前后长距移动机构的示意图。

图5是旋切刀盘的示意图。

1、刀盘；2、拖车；3、柔臂；4、车体；

11、驱动机构；12、背板；13、花键结构；14、轴承内圈；15、轴承外圈；16、旋切刀；17、滚刀；

31、油缸机构；32、第一铰接部件；33、第二铰接部件；

41、前工作机构；42、渣土挡板；43、底座；44、后工作机构；45、底部支撑机构；46、顶部支撑机构；47、左右支撑机构；48、履带行走装置；49、拖链装置；410、渣土运输机；

311、液压油缸；

411、安装板；

431、前后长距移动机构；432、直线导轨；433、导轨滑块；434、长距驱动油缸。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种柔臂掘进机，含有从前往后依次设置的刀盘1、柔臂3和车体4，车体4的前部设有前工作机构41，刀盘1通过柔臂3与前工作机构41连接，前工作机构41能够相对于车体4前后移动，柔臂3能够使刀盘1相对于前工作机构41具有六个自由度，如图1至图3所示。

柔臂3能够使刀盘1相对于前工作机构41具有六个自由度的含义为，当前工作机构41固定不动时，柔臂3能够使刀盘1沿上下方向移动，柔臂3还能够使刀盘1沿左右方向移动，柔臂3还能够使刀盘1沿前后方向移动，柔臂3还能够使刀盘1以上下方向为轴转动，柔臂3还能够使刀盘1以左右方向为轴转动，柔臂3还能够使刀盘1以前后方向为轴转动。

在本实施例中，柔臂3含有沿前后方向的周向均匀间隔排列的至少三个油缸机构31，油缸机构31的前端通过第一铰接部件32与刀盘1铰接，油缸机构31的后端通过第二铰接部件33与前工作机构41铰接。第一铰接部件32可以为转轴、虎克铰或球铰，第二铰接部件33可以为转轴、虎克铰或球铰，油缸机构31含有沿前后方向的周向并排(或者也可以称为并联)设置的多个液压油缸311，液压油缸311能够沿前后方向伸缩。优选油缸机构31含有两个平行且独立的液压油缸311。

在本实施例中，刀盘1呈圆锥台形结构，刀盘1的轴线沿前后方向设置，刀盘1上设有滚刀17，刀盘1内设有驱动机构11，驱动机构11能够驱动刀盘1以刀盘1的轴线为轴旋转，刀盘1的后端设有背板12，前工作机构41的前端设有安装板411，油缸机构31的前端通过第一铰接部件32与刀盘1的背板12铰接，油缸机构31的后端通过第二铰接部件33与前工作机构41的安装板411铰接。背板12、柔臂3和安装板411依次连接成为六自由度运动平台。

具体的，柔臂3含有刀盘1的周向均匀间隔排列的三个油缸机构31，每个油缸机构31含有刀盘1的周向并排设置的两个液压油缸311，即柔臂3共有6个液压油缸311，液压油缸311的前端通过第一铰接部件32与刀盘1的背板12铰接，液压油缸311的后端通过第二铰接部件33与前工作机构41的安装板411铰接。

驱动机构11含有液压马达和减速机，液压马达的动力经过减速机驱动刀盘1进行旋转，刀盘1旋转切割时刀盘1上的滚刀17也在自转，通过滚刀17的整体旋转和自转共同作用来截割岩石。柔臂3负责控制刀盘1在空间任意方向的位置和姿态，柔臂3摆动刀盘1切割岩石成型到需要的断面形状，由于在柔臂3的带动下，刀盘1的自由度较大，可按照一定的角度对岩石进行切割，因此有利于提高生产效率，常规的TBM和只能正向推进，无法使刀盘倾斜一定的角度，常规的悬臂掘进机只能正向推进和侧向转动，同样无法使底盘倾斜。

根据地质和岩土的性质不同，刀盘1上滚刀17的布局设计可自由变更，以更好的适应不同工况。刀盘1内部有液压马达驱动和减速机减速，液压马达可提供较大的扭矩，液压马达的扭矩经减速机放大后，驱动刀盘的旋转，由于是液压马达驱动，转速可无极调速，刀盘1可根据不同的工况进行液压马达转速的调节，使切割效率提高，能更好的适应不同的工况。柔臂3采用并排(或并联)设置的油缸机构31，相比于普通的串联油缸结构，刚性和自由度更高，稳定性更好，可以提供更大的负载能力。

柔臂3可根据项目要求，自由切割隧道断面形状，如城门洞型、矩形，圆形等。同时由于柔臂3可为刀盘1提供的自由度较多，当柔臂3驱动刀盘1横向和上下摆动时，刀盘1有一定的倾斜角度，使刀盘1能使用指定位置的滚刀切割岩石。相较于普通的串联液压油缸悬臂掘进机横向摆动时，只能使刀盘保持一个姿态，不能截割头倾斜的情况，本实用新型中的柔臂3为刀盘1提供了更高的自由度，刀盘受力更为合理，切割过程更为平稳，能更好更快的切割岩石。

在本实施例中，车体4还设有渣土挡板42和履带行走装置48，渣土挡板42位于车体4的前端，渣土挡板42位于柔臂3的下方，渣土挡板42堆积刀盘1切割下的渣土和岩石。车体4还设有渣土运输机410和拖链装置49，渣土运输机410沿前后方向延伸，渣土运输机410的输送方向为从前往后，渣土运输机410的前端穿过渣土挡板42，渣土运输机410的后端位于车体4的后方，拖链装置49位于前工作机构41上，拖链装置49能够托运柔臂3(以及下述底部支撑机构45、顶部支撑机构46和左右支撑机构47)的液压管路，避免液压管路出现不正常的扭曲弯折等现象。

在本实施例中，车体4还含有底座43和后工作机构44，后工作机构44与底座43连接固定为一体，前工作机构41和后工作机构44均位于底座43上，前工作机构41能够相对于车体4的底座43前后移动，前工作机构41与后工作机构44前后设置，如图1至图2所示。另外，车体4的后方可以连接有拖车2，拖车2负责承载整机的液压系统，包括液压油箱、泵站、电机等。

在本实施例中，底座43连接有四个底部支撑机构45，底部支撑机构45位于底座43的前部和后部，前工作机构41连接有两个顶部支撑机构46和左右支撑机构47，前工作机构41连接的两个顶部支撑机构46和左右支撑机构47能够随前工作机构41同步前后移动。后工作机构44也连接有两个顶部支撑机构46和左右支撑机构47，后工作机构44连接的两个顶部支撑机构46和左右支撑机构47不能相当于后工作机构44前后移动。

在本实施例中，底座43上设有前后长距移动机构431，前后长距移动机构431含有依次连接的直线导轨432、导轨滑块433和长距驱动油缸434，直线导轨432固定于底座43上，直线导轨432沿前后方向延伸，前工作机构41固定于导轨滑块433上，长距驱动油缸434与导轨滑块433连接，长距驱动油缸434能够驱动前工作机构41前后移动，如图1和图4所示。

刀盘1不但可以采用图1所示的常规刀盘(即滚刀刀盘)，刀盘1还可以采用旋切刀盘，此时，刀盘1含有从内向外依次套设的驱动机构11、轴承内圈14、轴承外圈15和旋切刀16，如图5所示，驱动机构11含有液压马达和减速机，驱动机构11外还固定套设有背板12，旋切刀16与背板12前后设置，减速机通过花键结构13与轴承内圈14连接固定，液压马达、背板12、轴承外圈15和旋切刀16连接固定，驱动机构11能够驱动旋切刀16旋转，即液压马达能够驱动旋切刀16旋转，以进行切割岩石工作。

下面介绍所述柔臂掘进机的工作过程。

柔臂3的液压油缸311缩回到最小状态，长距驱动油缸434缩回到最小状态，以保证行走时整机重心靠后、行走稳定，由履带行走装置48带动整机移动。到达指定位置后，长距驱动油缸434伸出，使柔臂3、前工作机构41和刀盘1整体向前移动，长距驱动油缸434锁死。然后，各个底部支撑机构45、顶部支撑机构46和左右支撑机构47全部伸出，支护整机，保证整机的工作稳定性和提供足够的支撑力。

然后刀盘1旋转、柔臂3的液压油缸311伸出一定距离，整机开始工作。当全部完成一个掌子面的切割后，柔臂3的液压油缸311开始缩回。长距驱动油缸434缩回，同时，顶部支撑机构46和左右支撑机构47缩回，底部支撑机构45缩回。整机靠履带向前行走，到达下一个工作位置。

如上所述，相比于普通的悬臂掘进机和TBM，所述柔臂掘进机的前端的柔臂3可以提供更大的推进力，柔臂3可以满足自由断面的开挖需求。刀盘1能切割硬度较高的岩石，底部支撑机构45、顶部支撑机构46和左右支撑机构47可以为设备提供足够的支撑反力，长距驱动油缸434可以提高单次掘进长度，提高掘进效率。所述柔臂掘进机可有效的解决硬岩隧道的自由断面开挖难题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种柔臂掘进机，其特征在于，所述柔臂掘进机含有刀盘(1)、柔臂(3)和车体(4)，车体(4)的前部设有前工作机构(41)，刀盘(1)通过柔臂(3)与前工作机构(41)连接，前工作机构(41)能够相对于车体(4)前后移动，柔臂(3)能够使刀盘(1)相对于前工作机构(41)具有六个自由度。

2.根据权利要求1所述的柔臂掘进机，其特征在于，柔臂(3)含有沿周向均匀间隔排列的至少三个油缸机构(31)，油缸机构(31)的前端通过第一铰接部件(32)与刀盘(1)铰接，油缸机构(31)的后端通过第二铰接部件(33)与前工作机构(41)铰接。

3.根据权利要求2所述的柔臂掘进机，其特征在于，第一铰接部件(32)为转轴、虎克铰或球铰，第二铰接部件(33)为转轴、虎克铰或球铰，油缸机构(31)含有并排设置的多个液压油缸(311)，液压油缸(311)能够沿前后方向伸缩。

4.根据权利要求1所述的柔臂掘进机，其特征在于，刀盘(1)的后端设有背板(12)，前工作机构(41)的前端设有安装板(411)，油缸机构(31)的前端通过第一铰接部件(32)与刀盘(1)的背板(12)铰接，油缸机构(31)的后端通过第二铰接部件(33)与前工作机构(41)的安装板(411)铰接。

5.根据权利要求1所述的柔臂掘进机，其特征在于，车体(4)还设有渣土挡板(42)和履带行走装置(48)，渣土挡板(42)位于车体(4)的前端，渣土挡板(42)位于柔臂(3)的下方。

6.根据权利要求5所述的柔臂掘进机，其特征在于，车体(4)还设有渣土运输机(410)和拖链装置(49)，渣土运输机(410)沿前后方向延伸，渣土运输机(410)的前端穿过渣土挡板(42)，渣土运输机(410)的后端位于车体(4)的后方，拖链装置(49)位于前工作机构(41)上，拖链装置(49)能够托运液压管路。

7.根据权利要求1所述的柔臂掘进机，其特征在于，车体(4)还含有底座(43)和后工作机构(44)，后工作机构(44)与底座(43)连接固定为一体，前工作机构(41)和后工作机构(44)均位于底座(43)上，前工作机构(41)能够相对于车体(4)的底座(43)前后移动，前工作机构(41)与后工作机构(44)前后设置。

8.根据权利要求7所述的柔臂掘进机，其特征在于，底座(43)连接有底部支撑机构(45)，底部支撑机构(45)位于底座(43)的前部和后部，前工作机构(41)连接有顶部支撑机构(46)和左右支撑机构(47)，后工作机构(44)也连接有顶部支撑机构(46)和左右支撑机构(47)。

9.根据权利要求7所述的柔臂掘进机，其特征在于，底座(43)上设有前后长距移动机构(431)，前后长距移动机构(431)含有依次连接的直线导轨(432)、导轨滑块(433)和长距驱动油缸(434)，直线导轨(432)固定于底座(43)上，直线导轨(432)沿前后方向延伸，前工作机构(41)固定于导轨滑块(433)上，长距驱动油缸(434)能够驱动前工作机构(41)前后移动。

10.根据权利要求1所述的柔臂掘进机，其特征在于，刀盘(1)含有从内向外依次套设的驱动机构(11)、轴承内圈(14)、轴承外圈(15)和旋切刀(16)，驱动机构(11)外还固定套设有背板(12)，旋切刀(16)与背板(12)前后设置，驱动机构(11)能够驱动旋切刀(16)旋转。

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