專利名稱：一種開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械裝置，具體涉及一種開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)工作過程中調(diào)節(jié)前進(jìn)方向的裝置。
背景技術(shù)：
開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(簡(jiǎn)稱TBM)是一種集合了液壓、控制、機(jī)電等技術(shù)的大型掘進(jìn)裝備，被廣泛的應(yīng)用于硬巖地質(zhì)的各種隧道施工建設(shè)。隧道設(shè)計(jì)中包含了上坡、下坡、 左右轉(zhuǎn)彎的區(qū)段，掘進(jìn)機(jī)在各個(gè)分部件的整體配合下通過調(diào)向裝置實(shí)現(xiàn)刀盤結(jié)構(gòu)上下、左右方向的微調(diào)從而帶動(dòng)整機(jī)調(diào)整前進(jìn)方向、保證施工按設(shè)計(jì)路線正常進(jìn)行。掘進(jìn)機(jī)刀盤在前進(jìn)的同時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在巖層對(duì)刀盤反力的作用下，掘進(jìn)機(jī)有整體沿自身軸向扭轉(zhuǎn)的傾向，調(diào)向裝置在保證調(diào)向的同時(shí)限制機(jī)械主體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，一旦發(fā)生扭轉(zhuǎn)能夠調(diào)整回正常水平。調(diào)向技術(shù)是保證開敞式全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工按設(shè)計(jì)路線進(jìn)行的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)彎過程中掘進(jìn)機(jī)刀盤前進(jìn)角度出現(xiàn)些微差別，掘進(jìn)機(jī)將脫離預(yù)定軌道行進(jìn)，調(diào)向裝置本身結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，對(duì)調(diào)向裝置的正確把握和精確控制仍是較大的技術(shù)難點(diǎn)，國內(nèi)尚未完全掌握和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中的左右、上下和扭轉(zhuǎn)的控制和調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，包括兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌的主梁、位于主梁兩側(cè)的兩撐靴和一鞍架，各撐靴上通過球形鉸接設(shè)有上撐靴油缸和下?lián)窝ビ透?，在兩撐靴的上撐靴油缸和下?lián)窝ビ透字g分別連接有上撐靴油缸軸和下?lián)窝ビ透纵S；所述鞍架安裝在導(dǎo)軌上，相對(duì)于導(dǎo)軌可以前后移動(dòng)，各上撐靴油缸的兩側(cè)和鞍架之間通過扭矩油缸鉸接；所述上撐靴油缸軸與鞍架之間通過一個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)的十字銷軸結(jié)構(gòu)相連。所述鞍架的前后端分別設(shè)有兩個(gè)向上的且位于上撐靴油缸軸兩側(cè)的叉腳，在叉腳的內(nèi)側(cè)設(shè)有與上撐靴油缸軸對(duì)應(yīng)的彈性部件作為防扭轉(zhuǎn)過大裝置。所述的防扭轉(zhuǎn)過大裝置是由設(shè)在支座和固定架之間的導(dǎo)向桿和一個(gè)嵌套在導(dǎo)向桿上并置于固定架和支座之間的預(yù)壓緊的彈簧構(gòu)成，其中導(dǎo)向桿的一端與固定架一端鉸接，另一端由螺母固定在支座上，支座用螺栓固定在所述叉腳上，導(dǎo)向桿可以相對(duì)支座移動(dòng)。所述的十字銷軸結(jié)構(gòu)由一個(gè)活動(dòng)銷軸連接上撐靴油缸軸與鞍架銷軸，鞍架銷軸通過鞍架上的鞍架銷軸座固定在鞍架上。開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)采用本發(fā)明調(diào)向裝置后，能夠快速、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中的左右、上下和扭轉(zhuǎn)的控制和調(diào)節(jié)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A— A剖面圖。圖3是本發(fā)明裝置中的十字銷軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的B— B剖面圖。圖5是本發(fā)明裝置左右調(diào)向前的示意圖。圖6是本發(fā)明裝置左右調(diào)向后的示意圖。圖7是本發(fā)明裝置上下調(diào)向的示意圖。圖8是本發(fā)明裝置中的防扭轉(zhuǎn)過大裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖9、圖10分別是本發(fā)明裝置中的防扭轉(zhuǎn)過大裝置的不同結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.上撐靴油缸，2.扭矩油缸，3.導(dǎo)軌，4.主梁，5.撐靴，6.下?lián)窝ビ透祝?.下?lián)窝ビ透纵S，8.鞍架，9.上撐靴油缸軸，10.十字銷軸結(jié)構(gòu)，11.鞍架銷軸，12. 活動(dòng)銷軸，13.防扭轉(zhuǎn)過大裝置，14.鞍架銷軸座，15.叉腳，16.刀盤，17.推進(jìn)油缸， 18.彈簧，19.導(dǎo)向桿，20.固定架，21.拉緊螺栓，22.固定螺栓，23.支座，24.橡膠塊， 25. Jzbο
具體實(shí)施例方式見圖1至圖4，開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，包括兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌3的主梁4、 位于主梁4兩側(cè)的兩撐靴5和一鞍架8，各撐靴5上通過球形鉸接設(shè)有上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?，在兩撐靴5的上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?之間分別連接有上撐靴油缸軸9和下?lián)窝ビ透纵S7 ；所述鞍架8安裝在導(dǎo)軌3上，相對(duì)于導(dǎo)軌3可以前后移動(dòng)，各上撐靴油缸 1的兩側(cè)和鞍架8之間通過扭矩油缸2鉸接；所述上撐靴油缸軸9與鞍架8之間通過一個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)的十字銷軸結(jié)構(gòu)10相連，十字銷軸結(jié)構(gòu)10由一個(gè)活動(dòng)銷軸12連接上撐靴油缸軸 9與鞍架銷軸11，其中鞍架銷軸11通過鞍架8上的鞍架銷軸座14固定在鞍架8上；鞍架8 的前后端分別設(shè)有兩個(gè)向上的且位于上撐靴油缸軸9兩側(cè)的叉腳15，在叉腳15的內(nèi)側(cè)設(shè)有與上撐靴油缸軸9對(duì)應(yīng)的彈性部件作為防扭轉(zhuǎn)過大裝置13。防扭轉(zhuǎn)過大裝置13如圖8所示，由設(shè)在支座23和固定架20之間的導(dǎo)向桿19和一個(gè)嵌套在導(dǎo)向桿19上并置于固定架20和支座23之間的預(yù)壓緊的彈簧18構(gòu)成，其中導(dǎo)向桿19的一端與固定架20 —端鉸接，另一端由螺母21固定在支座23上，支座23用螺栓 22固定在叉腳15上，導(dǎo)向桿19可以相對(duì)支座向右移動(dòng)。防扭轉(zhuǎn)過大裝置13還可以采用其它常用的彈性部件，如圖9所示的橡膠塊24、圖10所示的壓簧25等等。以下通過具體操作對(duì)本發(fā)明的工作原理進(jìn)行說明。開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)向前推進(jìn)是通過推進(jìn)油缸17的作用驅(qū)動(dòng)固定在主梁4前端的刀盤16實(shí)現(xiàn)的，推進(jìn)油缸17 —端連接在撐靴5上，另一端連接在主梁4上。 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?伸長并將撐靴5壓緊在隧道洞壁上，利用撐靴 5與洞壁之間的摩擦作用力來平衡掘進(jìn)機(jī)刀盤16向前推進(jìn)的反作用力及反扭矩。撐靴5對(duì)地保持靜止不動(dòng)，同時(shí)推進(jìn)油缸17不斷伸長，迫使主梁4、導(dǎo)軌3與撐靴5、鞍架8之間相對(duì)滑動(dòng)，主梁4前進(jìn)，帶動(dòng)刀盤16向前推進(jìn)，每向前掘進(jìn)一段距離后，上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?收縮，撐靴5放松，然后推進(jìn)油缸17收縮使撐靴5隨鞍架8沿主梁4上的導(dǎo)軌3滑動(dòng)下一個(gè)掘進(jìn)行程距離，如此交替操作使掘進(jìn)不斷進(jìn)行。正常直線掘進(jìn)時(shí)，上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?在主梁左右兩邊的伸出運(yùn)動(dòng)的行程相同，導(dǎo)軌3、主梁4、和鞍架8等結(jié)構(gòu)在隧道空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式為沿隧道軸線方向的直線運(yùn)動(dòng)，十字銷軸結(jié)構(gòu)10始終處于隧道左右對(duì)稱中線上，主梁4的軸線時(shí)刻與隧道軸線平行。 上、下?lián)窝ビ透?、6左右兩端同時(shí)支撐撐靴5壓緊洞壁以克服刀盤16向前推進(jìn)的反作用力，四個(gè)扭矩油缸2支撐上撐靴油缸1，抵制鞍架8和主梁4繞隧道軸線方向扭轉(zhuǎn)，克服巖層對(duì)刀盤16旋轉(zhuǎn)時(shí)的反力矩作用，防止機(jī)器扭轉(zhuǎn)。機(jī)器左右調(diào)向過程如圖5、圖6所示，在隧道左右轉(zhuǎn)彎區(qū)段，通過上撐靴油缸1和鞍架8等結(jié)構(gòu)的相互配合對(duì)掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整。圖5所示為發(fā)明裝置調(diào)向前的狀態(tài)，以隧道右轉(zhuǎn)彎的情況為例，如圖6所示，在保持撐靴5撐緊洞壁的情況下，將上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?左邊無桿腔內(nèi)的油液導(dǎo)到右邊，使上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?右邊的伸長量大于左邊，此時(shí)十字銷結(jié)構(gòu)10偏離隧道中線，以刀盤16底部與隧道底部接觸點(diǎn)為支點(diǎn)， 主梁4和鞍架8將在水平面內(nèi)繞支點(diǎn)沿圖示順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，主梁4的軸線偏離隧道中線，鞍架8相對(duì)主梁4有些微滑動(dòng)，主梁4的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀盤16向右偏轉(zhuǎn)，刀盤16 偏轉(zhuǎn)后繼續(xù)掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)TBM向右轉(zhuǎn)向。在隧道上坡或下坡區(qū)段，需要進(jìn)行上下調(diào)向。以隧道下坡為例調(diào)向過程如圖7所示隧道下坡需要刀盤16下仰，在保持撐靴5撐緊隧道洞壁的情況下，控制四個(gè)扭矩油缸2 全部收縮，帶動(dòng)主梁4尾部和鞍架8等結(jié)構(gòu)沿豎直方向向上提升，主梁4的軸線偏離隧道中線，鞍架8相對(duì)主梁4有些微滑動(dòng)。此時(shí)主梁4以刀盤16底部與隧道底部接觸點(diǎn)為支點(diǎn)， 在豎直平面內(nèi)繞支點(diǎn)沿圖示逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，主梁4的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀盤16向下低頭，刀盤16下仰后繼續(xù)掘進(jìn)，則完成的隧道路線為向下延伸。隧道上坡段，控制扭矩油缸2 全部伸長，刀盤16上仰即實(shí)現(xiàn)TBM上坡掘進(jìn)。在左右及上下調(diào)向的過程中，鞍架8與上撐靴油缸軸9之間發(fā)生相對(duì)偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的連接部位是十字銷軸結(jié)構(gòu)10。十字銷軸結(jié)構(gòu)10允許鞍架8與上撐靴油缸軸9之間轉(zhuǎn)動(dòng)而不發(fā)生機(jī)械干涉。當(dāng)左右調(diào)向時(shí)鞍架8和上撐靴油缸軸9與扭矩油缸2連接的部位也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，扭矩油缸2油缸頭與油缸座之間有間隙，油缸頭與油缸銷軸為球軸承，允許其一定角度的擺動(dòng)，不會(huì)造成機(jī)械干涉或損傷。同時(shí)扭矩油缸2能夠防止刀盤16反力矩過大引起機(jī)器扭轉(zhuǎn)，在機(jī)器出現(xiàn)微小扭轉(zhuǎn)的情況下，控制主梁4左右兩側(cè)扭矩油缸2的伸長量帶動(dòng)主梁4向相反方向扭轉(zhuǎn)，使TBM主機(jī)恢復(fù)到正常水平位置。TBM的調(diào)向過程為微調(diào)向，在鞍架8對(duì)應(yīng)上撐靴油缸1和下?lián)窝ビ透?的位置上都設(shè)有防扭轉(zhuǎn)過大裝置13，防止單次調(diào)向過大，引起刀盤16偏轉(zhuǎn)過大，損傷刀具和其他結(jié)構(gòu)。 TBM每次的調(diào)向行為均通過多次微調(diào)向完成。
權(quán)利要求
1.一種開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，其特征在于包括兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌的主梁、位于主梁兩側(cè)的兩撐靴和一鞍架，各撐靴上通過球形鉸接設(shè)有上撐靴油缸和下?lián)窝ビ透?，在兩撐靴的上撐靴油缸和下?lián)窝ビ透字g分別連接有上撐靴油缸軸和下?lián)窝ビ透纵S；所述鞍架安裝在導(dǎo)軌上，相對(duì)于導(dǎo)軌可以前后移動(dòng)，各上撐靴油缸的兩側(cè)和鞍架之間通過扭矩油缸鉸接；所述上撐靴油缸軸與鞍架之間通過一個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)的十字銷軸結(jié)構(gòu)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，其特征在于所述鞍架的前后端分別設(shè)有兩個(gè)向上的且位于上撐靴油缸軸兩側(cè)的叉腳，在叉腳的內(nèi)側(cè)設(shè)有與上撐靴油缸軸對(duì)應(yīng)的彈性部件作為防扭轉(zhuǎn)過大裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，其特征在于所述的防扭轉(zhuǎn)過大裝置是由設(shè)在支座和固定架之間的導(dǎo)向桿和一個(gè)嵌套在導(dǎo)向桿上并置于固定架和支座之間的預(yù)壓緊的彈簧構(gòu)成，其中導(dǎo)向桿的一端與固定架一端鉸接，另一端由螺母固定在支座上，支座用螺栓固定在所述叉腳上，導(dǎo)向桿可以相對(duì)支座移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，其特征在于所述的十字銷軸結(jié)構(gòu)由一個(gè)活動(dòng)銷軸連接上撐靴油缸軸與鞍架銷軸，鞍架銷軸通過鞍架上的鞍架銷軸座固定在鞍架上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)調(diào)向裝置，包括兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌的主梁、位于主梁兩側(cè)的兩撐靴和一鞍架，各撐靴上通過球形鉸接設(shè)有上撐靴油缸和下?lián)窝ビ透?，在兩撐靴的上撐靴油缸和下?lián)窝ビ透字g分別連接有上撐靴油缸軸和下?lián)窝ビ透纵S；所述鞍架安裝在導(dǎo)軌上，相對(duì)于導(dǎo)軌可以前后移動(dòng)，各上撐靴油缸的兩側(cè)和鞍架之間通過扭矩油缸鉸接；所述上撐靴油缸軸與鞍架之間通過一個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)的十字銷軸結(jié)構(gòu)相連。開敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)采用本發(fā)明調(diào)向裝置后，能夠快速、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中的左右、上下和扭轉(zhuǎn)的控制和調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)E21D9/093GK102337899SQ20111025209
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者程永亮, 羅水鑫, 蘇翠俠 申請(qǐng)人:中國鐵建重工集團(tuán)有限公司