本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種用于隧道掘進(jìn)機(jī)系列化的方法。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，導(dǎo)致國內(nèi)的城市地鐵隧道、水工隧道、越江隧道、鐵路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程將需要大量的隧道掘進(jìn)機(jī)。隧道掘進(jìn)機(jī)是一種高智能化，集機(jī)、電、液、光、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的隧道施工重大技術(shù)裝備。實(shí)施隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化，既可打破外企在國內(nèi)市場一統(tǒng)天下的局面，又能促進(jìn)和帶動相關(guān)的機(jī)電、液壓、材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)裝備制造業(yè)綜合實(shí)力，提高我國重大裝備在國際市場上的競爭力。

通常，隧道掘進(jìn)機(jī)是根據(jù)隧道施工對象而度身定做的。然而，隧道掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件繁多，這導(dǎo)致隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)制造周期長而且生產(chǎn)費(fèi)用也非常高。在滿足定制產(chǎn)品的差異化的前提下，如何滿足實(shí)現(xiàn)主要零部件的通用性、縮短設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)費(fèi)用是目前面臨的重大課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于隧道掘進(jìn)機(jī)系列化的方法。通過該方法能使得隧道掘進(jìn)機(jī)系列化，在實(shí)際施工過程中，僅需要改變這種隧道掘進(jìn)機(jī)的部分結(jié)構(gòu)，而無需整體改變，則可實(shí)現(xiàn)主要零部件的通用性，并且極大地縮短了設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)費(fèi)用。

根據(jù)本發(fā)明的用于隧道掘進(jìn)機(jī)系列化的方法，包括：

確定隧道掘進(jìn)機(jī)的主驅(qū)動機(jī)構(gòu)以適應(yīng)不同的預(yù)開挖隧道的直徑，其中，先將主驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主軸承直徑劃分為不同的系列以適應(yīng)不同的預(yù)開挖隧道的直徑，再確定主驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動源總功率。

在一個實(shí)施例中，將主軸承直徑劃分為四個系列，其中，

第一系列中，主軸承直徑為3米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于4米而小于5.5米；

第二系列中，主軸承直徑為3.6米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于5.1米而小于6.5米；

第三系列中，主軸承直徑為4.6米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于6.2米而小于7.5米；

第四系列中，主軸承直徑為5.3米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于7.2米而小于9米。

在一個實(shí)施例中，第一系列中，驅(qū)動源總功率為1400千瓦；

第二系列中，驅(qū)動源總功率為2100千瓦；

第三系列中，驅(qū)動源總功率為3500千瓦；

第四系列中，驅(qū)動源總功率為4200千瓦。

在一個實(shí)施例中，在同一系列中，確定與主驅(qū)動機(jī)構(gòu)適應(yīng)的護(hù)盾，通過在護(hù)盾的外殼部分的外表面上固定新外殼部分來改變其尺寸。

在一個實(shí)施例中，在外殼部分和新外殼部分之間具有間隙，并在間隙內(nèi)設(shè)置多個支撐肋。

在一個實(shí)施例中，將刀盤構(gòu)造為包括中心塊和設(shè)置在中心塊的外周的多個邊塊，邊塊能與中心塊拆卸式連接。

在一個實(shí)施例中，中心塊的徑向截面為多邊形，任一個邊塊均與中心塊的至少兩個相鄰側(cè)面相接合。

在一個實(shí)施例中，在同一系列中，撐靴通過在原外表面上固定設(shè)置新的撐靴來改變其尺寸。

在一個實(shí)施例中，在同一系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬保持不變。

在一個實(shí)施例中，在第一系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為0.65米；

在第二系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為0.8米；

在第三系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為0.9米；

在第四系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為1米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在定制化產(chǎn)品差異化的前提下，通過該方法能夠?qū)崿F(xiàn)一些零部件的通用，極大地簡化了隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)；

圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的主驅(qū)動機(jī)構(gòu)；

圖3示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的護(hù)盾的結(jié)構(gòu)；

圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤的結(jié)構(gòu)；

圖5示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的主梁的結(jié)構(gòu)；

圖6是圖5的俯視圖；

圖7是圖5的A-A剖視圖；

圖8是圖3的C部分放大視圖；

圖9示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的撐靴；

圖10示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的變徑板；

圖11示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)的變徑之后的撐靴。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，隧道掘進(jìn)機(jī)10包括沿軸線11布置的刀盤1、護(hù)盾2、主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、主梁7以及設(shè)置在主梁7的多個其他結(jié)構(gòu)或組件，例如鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)4和錨桿鉆機(jī)組件5。

刀盤1處于隧道掘進(jìn)機(jī)10的最前方，并且用以向地層內(nèi)鉆進(jìn)。主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3用于給刀盤1施加驅(qū)動力。護(hù)盾2用于初步支撐剛剛鉆成的隧道的隧道壁。與護(hù)盾2相鄰并設(shè)置在后方的鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)4用于對隧道實(shí)施支護(hù)。設(shè)置在鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)4后方的錨桿鉆機(jī)組件5用于向隧道壁內(nèi)打孔并插入鋼筋等加強(qiáng)件，以進(jìn)一步加強(qiáng)隧道壁。

圖2示意性地顯示了主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3。如圖2所示，主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3包括在周向上均勻布置的電機(jī)21。電機(jī)21分別與變速箱24內(nèi)的減速機(jī)22、齒輪23相連。齒輪23與齒圈25嚙合。齒圈25又與刀盤承載件27相連。在刀盤承載件27上設(shè)置刀盤1。由此，實(shí)現(xiàn)了主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3驅(qū)動刀盤1。

為了避免齒圈25和齒輪23承受來自刀盤1的推力，在刀盤承載件27和變速箱24的外壁之間安裝有主軸承26和滾珠28，以將該推力傳遞到變速箱24上。主軸承26和滾珠28用于減小摩擦力。

主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3作為隧道掘進(jìn)機(jī)10的最重要的部件，對其進(jìn)行系列化對增加隧道掘進(jìn)機(jī)10的通用性有重大意義。從而，在用于隧道掘進(jìn)機(jī)系列化的方法中，要確定主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3以適應(yīng)不同的與開挖隧道的直徑。其中，先將主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3的主軸承26的直徑劃分為不同的系列以適應(yīng)不同的預(yù)開挖隧道的直徑，再確定主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3的電機(jī)21的總功率。

在一個實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)4-9米級敞開式隧道掘進(jìn)機(jī)10的系列化，將主軸承26按照直徑不同分為四個系列。其中，第一系列中，主軸承直徑為3米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于4米而小于5.5米；第二系列中，主軸承直徑為3.6米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于5.1米而小于6.5米；第三系列中，主軸承直徑為4.6米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于6.2米而小于7.5米；第四系列中，主軸承直徑為5.3米，適用于預(yù)開挖隧道的直徑為大于等于7.2米而小于9米。

進(jìn)一步地，確定電機(jī)21的總功率。第一系列中，電機(jī)21的總功率為1400千瓦；第二系列中，電機(jī)21的總功率為2100千瓦；第三系列中，電機(jī)21的總功率為3500千瓦；第四系列中，電機(jī)21的總功率為4200千瓦。例如，單個電機(jī)21的功率為350千瓦，則在第一系列中，需要設(shè)置四個電機(jī)21。并且這四個電機(jī)21在周向上均勻布置。

圖3示意性地顯示了護(hù)盾2。護(hù)盾2包括外殼31和設(shè)置在外殼31的內(nèi)部用于驅(qū)動外殼31的護(hù)盾油缸32。外殼31由多個相互搭接的外殼部分33形成，因此護(hù)盾油缸32的數(shù)量也相應(yīng)地為多個，以驅(qū)動這些外殼部分33。

護(hù)盾2內(nèi)部僅有較小的空間來安裝這些護(hù)盾油缸32。特別是對于頂護(hù)盾油缸321，其安裝空間更小，為此創(chuàng)造性地改進(jìn)了頂護(hù)盾油缸321與頂外殼311的連接方式。如圖8所示，在頂外殼部分311的內(nèi)表面上設(shè)置有連接板312。連接板312具有弧形凸出的配合體313，頂護(hù)盾油缸321的驅(qū)動桿322的端部構(gòu)造成弧形凹陷的承載體323。承載體323與配合體313相互配合形成類似于球連接的連接結(jié)構(gòu)。在配合體313上構(gòu)造有貫穿的通孔314，在承載體323上構(gòu)造有與通孔314對應(yīng)的安裝孔324。連接螺栓325延伸穿過通孔314并與安裝孔324固定相連，以實(shí)現(xiàn)頂外殼部分311與頂護(hù)盾油缸321的相連。通孔314的直徑大于連接螺栓325的螺栓桿326的直徑小于接螺栓的螺栓頭327的直徑。在頂護(hù)盾油缸321向外推動頂外殼部分311時，通過承載體323與配合體313的弧面配合和具有較大直徑的通孔314可以調(diào)節(jié)頂外殼部分311的位置，以使其支護(hù)在隧道壁的適當(dāng)位置。

優(yōu)選地，在配合體313上設(shè)置有與通孔314連通的注油孔317。這樣，可通過注油孔317將潤滑油注入到通孔314內(nèi)。進(jìn)而，潤滑油會流入到配合體313和承載體323之間，從而在配合體313和承載體323之間的弧形配合面上起到潤滑作用。

在同一系列中，確定與主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3適應(yīng)的護(hù)盾2，通過在護(hù)盾2的外殼部分33的外表面上固定新外殼部分35來改變其尺寸。例如，需要開挖的隧道直徑為5米，可以采用第一系列，而護(hù)盾2的外殼部分33可以構(gòu)造為與3米直徑的具有主軸承26的主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3相匹配，并在外殼部分33上固定安裝新的外殼部分35來增大護(hù)盾2(或外殼31)的尺寸，以使得隧道掘進(jìn)機(jī)10適于開挖直徑在5米的隧道。對于重復(fù)使用的隧道掘進(jìn)機(jī)而言，通過這種方式可極為方便地將隧道掘進(jìn)機(jī)適用于新的待開挖的隧道。如圖3所示，在外殼部分33和新外殼部分35之間存在有間隙36，在間隙36內(nèi)設(shè)置有多個支撐肋37。通過調(diào)節(jié)間隙36的尺寸，可以方便地調(diào)整設(shè)置了新的外殼部分35之后的外殼31的直徑。

圖4示意性地顯示了刀盤1的結(jié)構(gòu)。刀盤1包括中心塊41和邊塊42。邊塊42為多個，分布在中心塊41的外周，并與中心塊41可拆卸式連接，以便于邊塊42更換。該可拆卸連接優(yōu)選為螺栓連接，所謂螺栓連接應(yīng)理解為包含所有使用螺栓的連接，如法蘭連接等。當(dāng)然，該可拆卸連接也可是其他的可拆卸連接，如鎖扣連接等。多個邊塊42的結(jié)構(gòu)和尺寸相同，以方便加工制造。容易理解的是，多個邊塊42的結(jié)構(gòu)和尺寸也可不同。

在一個實(shí)施例中，中心塊41的徑向截面為多邊形，任一個邊塊42均與中心塊41的至少兩個相鄰側(cè)面相接合。同時，邊塊42與中心塊41的至少兩個相鄰側(cè)面相接合后，中心塊41將對邊塊42進(jìn)行定位，提高兩者之間連接的穩(wěn)定性。

圖5示意性地顯示了隧道掘進(jìn)機(jī)10的主梁7。主驅(qū)動機(jī)構(gòu)3的電機(jī)21安裝在主梁7的前端部511上。在主梁7的中部512上設(shè)置有推進(jìn)組件52和支撐組件753，如圖5和圖6所示。在一個實(shí)施例中，推進(jìn)組件52為推進(jìn)油缸。推進(jìn)油缸52的連桿53與主梁7活動式相連，并且推進(jìn)油缸52的端部與支撐組件753活動式相連。優(yōu)選地，在主梁7的兩側(cè)對稱地設(shè)置有推進(jìn)油缸52。通過連桿53從推進(jìn)油缸52的缸體內(nèi)縮回和伸出，可推動主梁7前進(jìn)，進(jìn)而推動刀盤1前進(jìn)。應(yīng)理解的是，圖6以兩個處于不同狀態(tài)的推進(jìn)油缸顯示了推進(jìn)油缸52的動作過程。

支撐組件753包括與主梁7固定相連并且向下延伸的鞍架54、處于主梁7的下方并且與鞍架54懸掛式相連的撐靴油缸71。在撐靴油缸71的伸出桿72的端部安裝有撐靴73。優(yōu)選地，撐靴油缸71的有兩個伸出桿，因此也就有兩個撐靴73對稱地處于主梁7的兩側(cè)。對稱的撐靴73支撐在隧道壁上，以保證主梁7始終沿著正確的方向前進(jìn)。還應(yīng)注意的是，推進(jìn)油缸52與撐靴73相連。這樣，推進(jìn)油缸52和撐靴油缸71、撐靴73能夠同步地向前運(yùn)動。

同樣，對于重復(fù)使用的隧道掘進(jìn)機(jī)而言，可在撐靴73的外表面上固定設(shè)置變徑板1301來改變其尺寸，從而適應(yīng)新的待開挖隧道。如圖9所示，撐靴73包括基體1201，通過支撐件1202與基體1201相連的弧形板1203?；⌒伟?203用于頂靠隧道壁?；⌒伟?203上設(shè)置有螺紋孔1204，變徑板1301上也設(shè)置有與螺紋孔1204相對應(yīng)的螺紋孔1302，這樣可通過螺栓1401在弧形板1203上安裝變徑板1301來改變撐靴的尺寸。在一個實(shí)施例中，變徑板1301為厚度是50mm的鋼板。當(dāng)使用具有撐靴73的隧道掘進(jìn)機(jī)10開挖新的隧道時，可以在方便地根據(jù)需要在弧形板1203上安裝一個或多個變徑板1301(如圖11)，來適應(yīng)待開挖的新的隧道。

在一個實(shí)施例中，在鞍架54上安裝有扭矩油缸74，撐靴油缸71與扭矩油缸74的伸出桿相連，從而實(shí)現(xiàn)撐靴油缸71與鞍架54的懸掛式相連。通過調(diào)節(jié)扭矩油缸74的伸出桿的伸出長度，可以方便地調(diào)節(jié)撐靴油缸71的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)撐靴73在隧道壁上的支撐位置。

隧道掘進(jìn)機(jī)10還包括鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)4。鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)4緊鄰地設(shè)置在護(hù)盾2的后方，以對開挖完成的隧道壁實(shí)施支護(hù)。在同一系列中，鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)4的鋼拱架安裝器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動類型相同。但是，在第一和第二系列中，采用卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動，而在第三和第四系列中，采用齒輪齒圈驅(qū)動。

隧道掘進(jìn)機(jī)10還包括錨桿鉆機(jī)組件5，用于在隧道壁的內(nèi)壁上進(jìn)行打眼并向隧道壁內(nèi)施加錨桿等加強(qiáng)材料，以加強(qiáng)隧道壁的強(qiáng)度。同一系列中，錨桿鉆機(jī)組件5的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動類型相同。在第一系列中，可以采用油缸擺動的方式驅(qū)動，在第三和第四系列中，可以采用齒輪齒圈的方式驅(qū)動，然而在第二系列中，既可以采用油缸擺動的方式也可以采用齒輪齒圈的方式驅(qū)動。

隧道掘進(jìn)機(jī)10還包括皮帶輸送機(jī)(圖中未示出)，用于開挖渣土的輸送。在同一系列中，皮帶機(jī)的帶寬不變。具體地，在第一系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為0.65米，在第二系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為0.8米，在第三系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為0.9米，在第四系列中，皮帶輸送機(jī)的帶寬為1米。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。