一種硬巖隧道掘進的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種硬巖隧道掘進機。所述硬巖隧道掘進機包括：刀盤，用于切割巖石；驅(qū)動系統(tǒng)，其用于驅(qū)動所述刀盤轉(zhuǎn)動；主梁，其包括前主梁和與所述前主梁鉸接的后主梁，所述刀盤設置于所述驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)設置于所述前主梁；推進支撐換步系統(tǒng)，其用于實現(xiàn)所述主梁的前移，所述推進支撐換步系統(tǒng)包括推進裝置，所述推進裝置分別連接所述前主梁和所述后主梁，當轉(zhuǎn)彎掘進時所述推進裝置能夠調(diào)節(jié)所述前主梁和所述后主梁之間的夾角。采用這種硬巖隧道掘進機進行掘進作業(yè)時能夠?qū)崿F(xiàn)小轉(zhuǎn)彎半徑的轉(zhuǎn)彎掘進。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及工程機械【技術領域】，特別涉及一種硬巖隧道掘進機。 一種硬巖隧道掘進機
【背景技術】
[0002] 全斷面巖石隧道掘進機（TBM)能同時實現(xiàn)推進、破巖、出碴、支護等隧道施工作 業(yè)，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟、環(huán)保等突出優(yōu)點，在水利、電力、鐵道、煤炭、礦山、交通、地 鐵及城市地下工程等隧道工程中得到了越來越廣泛的應用。
[0003] 在隧道線路設計中，由于各種原因不可避免地在水平面上存在曲線段，這就要求 硬巖隧道掘進機在施工過程中能夠按照某一轉(zhuǎn)彎半徑進行轉(zhuǎn)彎掘進。但是，硬巖隧道掘 進機本身結(jié)構長度較長，轉(zhuǎn)彎過程中受其自身結(jié)構長度的限制，基本能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑 250m-300m的轉(zhuǎn)彎掘進，但是對于特殊施工，例如煤礦隧道施工條件下需要進行轉(zhuǎn)彎半徑在 100m以下的轉(zhuǎn)彎掘進。而且隨著未來地下施工工程的多樣化，實現(xiàn)小轉(zhuǎn)彎半徑的硬巖隧道 掘進機將會具有較大的市場。因此，急需一種能夠?qū)崿F(xiàn)小轉(zhuǎn)彎半徑的硬巖隧道掘進機。 實用新型內(nèi)容
[0004] 針對上述的問題，本實用新型提出了 一種硬巖隧道掘進機，采用這種硬巖隧道掘 進機施工時能夠?qū)崿F(xiàn)小轉(zhuǎn)彎半徑的轉(zhuǎn)彎掘進。
[0005] 根據(jù)本實用新型的第一方面，提出了一種硬巖隧道掘進機，包括：刀盤，用于切割 巖石；驅(qū)動系統(tǒng)，其用于驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動；主梁，其包括前主梁和與前主梁鉸接的后主梁，刀 盤設置于驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)設置于前主梁；推進支撐換步系統(tǒng)，其用于實現(xiàn)掘進機的前 移，推進支撐換步系統(tǒng)包括推進裝置，推進裝置分別連接前主梁和后主梁，當轉(zhuǎn)彎掘進時推 進裝置能夠調(diào)節(jié)前主梁和后主梁之間的夾角。
[0006] 采用上述硬巖隧道掘進機施工時驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動，以此削掉巖屑，推進支 撐換步系統(tǒng)實現(xiàn)主梁的前移，當需要轉(zhuǎn)彎掘進時，通過推進裝置調(diào)節(jié)前主梁和后主梁之間 的夾角，由于前主梁和后主梁鉸接，所以推進裝置使得前主梁和后主梁之間的夾角可以為 任意角度，通過轉(zhuǎn)彎角度的設定實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)彎半徑，由此實現(xiàn)前主梁，特別是刀盤的小轉(zhuǎn) 彎半徑的轉(zhuǎn)彎掘進。
[0007] 在一個實施例中，推進支撐換步系統(tǒng)還包括支撐換步裝置和后支撐裝置，支撐換 步裝置和后支撐裝置設置于后主梁，用于交替支撐于洞壁，推進裝置與支撐換步裝置連接， 并且與支撐換步裝置和后支撐裝置配合實現(xiàn)掘進機的前移。直線掘進時，支撐換步裝置支 撐于洞壁，后支撐裝置收起，刀盤切削巖石，推進裝置推進前主梁前移，此時前移的前主梁 帶動后主梁向前移動，當移動預定距離后后支撐裝置支撐于洞壁，支撐換步裝置收起，推進 裝置帶動支撐換步裝置跟進后主梁，由此實現(xiàn)掘進機的前移。
[0008] 在一個實施例中，前主梁和后主梁分別構造為中空的殼體，前主梁的后端部和后 主梁的前端部疊置以形成貫通主梁的內(nèi)部腔室，以用于輸送巖屑的皮帶機從中穿過。中空 殼體的采用用于皮帶機從中穿過，由此使得該硬巖隧道掘進機整體結(jié)構簡化。
[0009] 在一個實施例中，后主梁的后端部設置有巖屑出口，皮帶機將巖屑輸送至巖屑出 口。由此通過設置于主梁的內(nèi)部腔室的皮帶機經(jīng)巖屑出口排出，從而能夠?qū)⒌侗P切割下來 的巖屑及時導出，順利地實現(xiàn)掘進機的掘進工作，提高生產(chǎn)效率。
[0010] 在一個實施例中，前主梁的后端部包括厚度較厚的第一加強部，后主梁的前端部 包括厚度較厚的第二加強部，第一加強部和第二加強部通過銷軸實現(xiàn)前主梁的后端部和后 主梁的前端部的疊置。厚度較厚的第一加強部和厚度較厚的第二加強部可以提高前主梁和 后主梁的連接強度，另外銷軸工作可靠，拆裝方便。
[0011] 在一個實施例中，推進裝置包括分別設置于主梁兩側(cè)的至少一組推進缸，推進缸 的有桿端連接至前主梁，推進缸的無桿端設置于后主梁。直線掘進時，主梁兩側(cè)的至少一組 推進缸的工作狀態(tài)基本相同，以確保直線掘進工作的正常進行，當轉(zhuǎn)彎掘進時，通過調(diào)節(jié)主 梁一側(cè)的至少一組推進缸的伸長量不同于主梁另一側(cè)的推進缸的伸長量來實現(xiàn)前主梁相 對于后主梁之間的夾角的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)設定的轉(zhuǎn)彎半徑。在一個優(yōu)選實施例中，設置于所 述主梁每側(cè)的至少一組推進缸的合力所在直線低于所述刀盤的旋轉(zhuǎn)軸線。由于刀盤和驅(qū)動 系統(tǒng)的重量較重，刀盤和驅(qū)動系統(tǒng)在切削巖石的過程中會受到巖石的擠壓力以及自身重力 對其向下后方的扭轉(zhuǎn)力矩，而主梁每測的至少一組推進缸的合力所在直線低于刀盤的旋轉(zhuǎn) 軸線的情況下，該合力會抵消部分刀盤和驅(qū)動系統(tǒng)所受到的向下的扭轉(zhuǎn)力矩，利于掘進工 作的安全進行。
[0012] 在一個實施例中，支撐換步裝置包括其上設置有滑軌的鞍架和設置于鞍架兩側(cè)的 撐靴，撐靴通過撐靴缸連接至所述鞍架，后主梁設置于滑軌上以能夠沿滑軌移動。由此當后 支撐裝置收起，支撐換步裝置的撐靴支撐于洞壁上時，推進裝置推動前主梁前移的同時前 主梁帶動后主梁和后支撐裝置在鞍架的滑軌上前移，由此后主梁和后支撐裝置前移，然后 后支撐裝置支撐于洞壁上，撐靴缸的活塞桿帶動撐靴收回，鞍架通過滑軌跟進后主梁。
[0013] 在一個實施例中，推進缸的無桿端連接于撐靴。推進缸在推進前主梁或者后主梁 的過程中會受到反推力，推進缸的無桿端連接至撐靴，通過撐靴與洞壁之間的摩擦力來平 衡推進缸所受到的反推力，以提高該硬巖隧道掘進機的工作性能。
[0014] 在本申請中，用語"前"、"后"規(guī)定為相對于掘進機掘進方向而言的，朝向掘進機掘 進的方向為"前"，與之相反的方向為"后"，另外用語"上"和"下"規(guī)定為相對于掘進機所在 水平面而言的，由地面指向掘進機所在水平面的方向為"下"，于之相反的方向為"上"。
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于，將傳統(tǒng)的主梁通過鉸接的方式分為前 主梁和后主梁，前主梁上設置有驅(qū)動系統(tǒng)帶動的刀盤以此切割巖屑，后主梁上設置有推進 裝置，當直線掘進時，推進裝置推動前主梁前移，并且與支撐換步裝置和后支撐裝置配合實 現(xiàn)掘進機的整體前移。另外，當轉(zhuǎn)彎掘進時，通過推進裝置調(diào)節(jié)前主梁和后主梁之間的夾 角，以此實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑的轉(zhuǎn)彎掘進。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進行更詳細的描述。其中：
[0017] 圖1是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的硬巖隧道掘進機的立體圖；
[0018] 圖2是圖1所示硬巖隧道掘進機的俯視圖；
[0019] 圖3是沿圖2所示硬巖隧道掘進機的A-A線的剖面圖；
[0020] 圖4是圖3中的B處的局部放大圖。
[0021] 在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0023] 如圖所示，本實用新型提出的硬巖隧道掘進機包括刀盤10、驅(qū)動系統(tǒng)20、主梁30 以及推進支撐系統(tǒng)，主梁30包括前主梁31和后主梁32。下面將詳細地描述本實用新型的 硬巖隧道掘進機及其各個部件。
[0024] 如圖1和圖2所示，刀盤10可以切割巖屑，根據(jù)切割的巖層以及生產(chǎn)能力，刀盤10 上可以安裝相應的刀具，例如滾刀。刀盤10通過刀盤支撐裝置安裝至驅(qū)動系統(tǒng)20的前端 部。
[0025] 驅(qū)動系統(tǒng)20產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩以帶動刀盤10轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)滾刀破巖。如圖所示，驅(qū) 動系統(tǒng)20設置在前主梁31上，由此可以看出前主梁31在一定程度上決定著刀盤10的旋 轉(zhuǎn)軸線的方向，即前主梁31決定著掘進方向。在掘進作業(yè)的過程中，前主梁31承載著破巖 掘進力產(chǎn)生的反力矩和扭轉(zhuǎn)力矩，可見前主梁31必須具有較高抗扭矩能力，而前主梁31和 后主梁32的中空設計相對來說具有更強的抗扭轉(zhuǎn)能力。
[0026] 如圖1和圖2所示，主梁30包括前主梁31和后主梁32,前主梁31和后主梁32通 過銷軸35鉸接。由此前主梁31和后主梁32之間形成不同角度的夾角。
[0027] 推進支撐換步系統(tǒng)用于推進主梁30的前移，該推進支撐換步系統(tǒng)包括推進裝置 40,推進裝置40分別連接前主梁31和后主梁32,當轉(zhuǎn)彎掘進時，推進裝置40用來調(diào)節(jié)前主 梁31和后主梁32之間的夾角。本領域技術人員可以看出，推進裝置40作為調(diào)節(jié)單元能夠 調(diào)節(jié)前主梁31和后主梁32的相對角度。推進裝置40可以是任意能夠調(diào)節(jié)相互鉸接的桿 件，使它們之間的夾角發(fā)生變化的裝置。例如液壓缸或者電機與蝸桿渦輪機構的總成。
[0028] 優(yōu)選地，推進支撐換步系統(tǒng)還包括支撐換步裝置50和后支撐裝置70,由于推進裝 置40分別連接前主梁31和后主梁32,特別是推進裝置40與后主梁32的支撐換步裝置50 連接。掘進工況下，支撐換步裝置50支撐于洞壁，后支撐裝置70收起時，刀盤10切削巖石， 推進裝置40推進前主梁31前移，前移的前主梁31帶動后主梁和后支撐裝置70向前移動， 移動預定距離后后支撐裝置70支撐于洞壁，支撐換步裝置50收起，推進裝置40帶動支撐 換步裝置50跟進后主梁32,由此實現(xiàn)掘進機整體的前移，以此實現(xiàn)硬巖隧道掘進機的掘進 工作。
[0029] 作為優(yōu)選的實施例，如圖3所示，前主梁31和后主梁32均為中空的殼體，前主梁 31和后主梁32的鉸接可以采用：前主梁31的后端部和后主梁32的前端部疊置，然后在疊 置部位鉸接，以此主梁31和后主梁32的內(nèi)部形成貫通主梁30的內(nèi)部腔室33,輸送巖屑的 皮帶機60從主梁30的這個內(nèi)部腔室33內(nèi)穿過，由此順利將巖屑導出至硬巖隧道掘進機的 后側(cè)，確保硬巖隧道掘進機正常工作的進行。
[0030] 進一步地，如圖4所示，前主梁31的后端部包括厚度較厚的第一加強部311，后主 梁32的前端部包括厚度較厚的第二加強部321。具體安裝時，第一加強部311和第二加強部 321分別形成與銷軸配合的安裝孔，然后將第一加強部311和第二加強部321疊置，通過吊 具卡持到銷軸35的吊銷孔352中以將銷軸35安裝至安裝孔中，最后安裝好銷軸卡板353， 以限制銷軸35沿其自身軸向方向移動。另外如圖所示，銷軸35的外周分別設置有耐磨套 351，以降低對銷軸35以及第一加強部311和第二加強部321之間的磨損，延長它們的使用 壽命。
[0031] 作為一個優(yōu)選的實施例，推進裝置40包括分別設置在主梁30兩側(cè)的至少一組推 進缸，推進缸的有桿端連接到前主梁31，推進缸的無桿端設置在后主梁32。推進缸可以是 控制精度較高的液壓缸，由此將主梁30 -側(cè)的至少一組推進缸的活塞桿的伸長量不同于 主梁30另一側(cè)的至少一組推進缸的活塞桿的伸長量，就可以實現(xiàn)前主梁31和后主梁32之 間的任意角度的夾角。
[0032] 進一步地，如圖1和圖2所示，推進裝置40包括分別設置于主梁30兩側(cè)的兩組推 進缸，為了清楚地說明，特給出編號，每一側(cè)的兩組推進缸中的一組靠近主梁30的上端，如 第一推進缸41和第二推進缸42，每一側(cè)的兩組推進缸中的另一組靠近主梁30的下端，如第 三推進缸43和第四推進缸44。由此通過調(diào)節(jié)上述四組推進缸的活塞桿的伸長量來調(diào)節(jié)前 主梁31和后主梁32之間的夾角。上述四個推進缸的位置在此僅作為示例，并不構成對本 實用新型的限制。
[0033] 優(yōu)選地，設置于主梁30每側(cè)的至少一組推進缸（第一推進缸41和第三推進缸43， 或者第二推進缸42和第四推進缸44)的合力所在直線低于刀盤10的旋轉(zhuǎn)軸線。由于主梁 30每側(cè)的至少一組推進缸的合力所在的直線低于刀盤10,那么推進裝置40通過前主梁給 予刀盤10和驅(qū)動系統(tǒng)20以向前上方的扭轉(zhuǎn)力矩，以此平衡刀盤10和驅(qū)動系統(tǒng)20所受到 的向下后方的扭轉(zhuǎn)力矩。
[0034] 在一個實施例中，如圖2所示，支撐換步裝置50包括其上設置有滑軌的鞍架51和 設置于鞍架51兩側(cè)的撐靴52,撐靴52通過撐靴缸53連接至鞍架51，后主梁32設置于滑 軌上以能夠沿滑軌移動。由此當后支撐裝置70收起，支撐換步裝置50的撐靴52支撐于洞 壁上時，推進裝置40推動前主梁31前移，前主梁31帶進后主梁32和后支撐裝置70在鞍 架51的滑軌上前移，由此后主梁32和后支撐裝置70前移，移動預定距離后，后支撐裝置70 支撐于洞壁上，撐靴缸53的活塞桿帶動撐靴52收回，鞍架51通過滑軌也實現(xiàn)了向前移動。 鞍架51起支架作用，撐靴缸53可以是液壓缸，其活塞桿的伸長量可以實現(xiàn)撐靴52撐緊洞 壁或者收回。
[0035] 在一個實施例中，推進缸的無桿端連接于撐靴。以此撐靴支撐于洞壁時所受到的 摩擦力可以抵消推進缸在推進前主梁31的過程中所受到的反推力。
[0036] 下面描述本實用新型的硬巖隧道掘進機的工作過程。
[0037] 采用該硬巖隧道掘進機掘進施工時，刀盤10在工作狀態(tài)下始終保持轉(zhuǎn)動，當直線 掘進時，推進裝置40的推進缸的活塞桿伸長，向前推動前主梁31，前主梁31帶動驅(qū)動系統(tǒng) 20和刀盤10向前移動，因此直線掘進時刀盤10的前移和轉(zhuǎn)動同時發(fā)生，同時刀盤10切削 巖體，掉落的巖屑經(jīng)過皮帶機60輸送至巖屑出口 34,并通過其他排碴設備運送至隧道外， 另外由于后主梁32能夠在鞍架51的滑軌上滑動，所以推進裝置40向前推進前主梁31 (此 時后支撐裝置收起，撐靴52支撐于洞壁上）時，前主梁31同時帶動后主梁32和后支撐裝 置70前移，以此實現(xiàn)刀盤、驅(qū)動系統(tǒng)以及主梁等部件的前移。當推進缸的伸長量達到最大 行程時，后支撐裝置70展開支撐在洞壁上，撐靴缸53回縮以將撐靴52收回，推進缸回縮以 帶動撐靴52和鞍架51在后主梁32上向前移動（此時刀盤10、驅(qū)動系統(tǒng)20、前主梁31、后 主梁32、后支撐裝置70都不動，刀盤10仍在轉(zhuǎn)動），當推進缸回縮至初始位置時，撐靴缸53 撐開撐靴52支撐于洞壁，后支撐裝置70收起，推進缸的活塞桿伸長，開始下一個推進過程。 當需要轉(zhuǎn)彎掘進時，由于前主梁31和后主梁32鉸接，所以前主梁31和后主梁32之間可以 呈任意角度的夾角，通過調(diào)節(jié)主梁30 -側(cè)的至少一組推進缸的活塞桿的伸長量不同于主 梁30另一側(cè)的至少一組推進缸的活塞桿的伸長量來實現(xiàn)前主梁31和后主梁32之間的任 意夾角，以此實現(xiàn)刀盤10的不同轉(zhuǎn)彎半徑，特別是小轉(zhuǎn)彎半徑的轉(zhuǎn)彎掘進。
[〇〇38] 雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本實用新型進行了描述，但在不脫離本實用新型的范 圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。本實用新型并不 局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內(nèi)的所有技術方案。
【權利要求】
1. 一種硬巖隧道掘進機，其特征在于，包括： 刀盤，用于切割巖石； 驅(qū)動系統(tǒng)，其用于驅(qū)動所述刀盤轉(zhuǎn)動； 主梁，其包括前主梁和與所述前主梁鉸接的后主梁，所述刀盤設置于所述驅(qū)動系統(tǒng)，所 述驅(qū)動系統(tǒng)設置于所述前主梁； 推進支撐換步系統(tǒng)，其用于實現(xiàn)所述掘進機的前移，所述推進支撐換步系統(tǒng)包括推進 裝置，所述推進裝置分別連接所述前主梁和所述后主梁，當轉(zhuǎn)彎掘進時所述推進裝置能夠 調(diào)節(jié)所述前主梁和所述后主梁之間的夾角。
2. 根據(jù)權利要求1所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述推進支撐換步系統(tǒng)還包 括支撐換步裝置和后支撐裝置，所述支撐換步裝置和所述后支撐裝置設置于所述后主梁， 用于交替支撐于洞壁，所述推進裝置與所述支撐換步裝置連接，并且與所述支撐換步裝置 和所述后支撐裝置配合實現(xiàn)所述掘進機的前移。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述前主梁和所述后主梁 分別構造為中空的殼體，所述前主梁的后端部和所述后主梁的前端部疊置以形成貫通所述 主梁的內(nèi)部腔室，以用于輸送巖屑的皮帶機從中穿過。
4. 根據(jù)權利要求3所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述后主梁的后端部設置有 巖屑出口，所述皮帶機將所述巖屑輸送至所述巖屑出口。
5. 根據(jù)權利要求3所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述前主梁的后端部包括厚 度較厚的第一加強部，所述后主梁的前端部包括厚度較厚的第二加強部，所述第一加強部 和所述第二加強部通過銷軸實現(xiàn)所述前主梁的后端部和所述前主梁的前端部的疊置。
6. 根據(jù)權利要求2所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述推進裝置包括分別設置 于所述主梁兩側(cè)的至少一組推進缸，所述推進缸的有桿端連接至所述前主梁，所述推進缸 的無桿端設置于所述后主梁。
7. 根據(jù)權利要求6所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，設置于所述主梁每側(cè)的至少 一組推進缸的合力所在直線低于所述刀盤的旋轉(zhuǎn)軸線。
8. 根據(jù)權利要求6所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述支撐換步裝置包括其上 設置有滑軌的鞍架和設置于所述鞍架兩側(cè)的撐靴，所述撐靴通過撐靴缸連接至所述鞍架， 所述后主梁設置于所述滑軌上以能夠沿所述滑軌移動。
9. 根據(jù)權利要求8所述的硬巖隧道掘進機，其特征在于，所述推進缸的無桿端連接于 所述撐靴。
【文檔編號】E21D9/10GK203891891SQ201420312142
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權日:2014年6月12日
【發(fā)明者】劉飛香, 程永亮, 蘇翠俠, 梁海斌, 李大平, 薛靜 申請人:中國鐵建重工集團有限公司