X型開敞式全斷面隧道掘進的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X型開敞式全斷面隧道掘進機，包括驅(qū)動系統(tǒng)（2）和安裝在驅(qū)動系統(tǒng)前端的刀盤（1），驅(qū)動系統(tǒng)（2）依次與護盾系統(tǒng)（3）、內(nèi)凱組件（6）和后支撐組件（7）連接，外凱組件（5）通過推進系統(tǒng)（4）安裝在內(nèi)凱組件（6）上，所述外凱組件（5）由外凱結(jié)構(gòu)件（15）、撐靴（16）、撐靴油缸（17）、撐靴油缸導(dǎo)向柱（18）組成，所述護盾系統(tǒng)（3）由頂護盾（8）、側(cè)護盾（10）、中護盾（12）、底護盾（13）組成。采用這樣的結(jié)構(gòu)僅需一個支點承擔(dān)掘進機重力，撐靴板支撐面積大，適應(yīng)范圍圍巖廣，靈活度高，掘進機重心平衡不會引起主機在掘進的時候產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，掘進隧道過程中可以改變工作模式應(yīng)對不同圍巖的變化。
【專利說明】X型開敞式全斷面隧道掘進機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開敞式全斷面隧道掘進機，尤其是X型開敞式全斷面隧道掘進機。
【背景技術(shù)】
[0002]全斷面隧道掘進機(TBM)是一種集機械、電子、液壓、激光等技術(shù)于一體的大型隧道掘進裝備，在山嶺隧道及城市地鐵的建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。開敞式全斷面隧道掘進機主要由刀盤、護盾、驅(qū)動組件、主梁、推進及支撐系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成。掘進機的工作原理為在推進油缸的推力作用下，通過刀盤旋轉(zhuǎn)，對掌子面的巖壁進行破碎開挖。傳統(tǒng)的開敞式全斷面隧道掘進機，只有一對撐靴系統(tǒng)，在掘進機工作的時候，第一，由撐靴系統(tǒng)和護盾系統(tǒng)的底護盾作為掘進機的兩個支點，承擔(dān)掘進機的重力，且兩個支點缺一不可，當(dāng)遇到軟弱破碎圍巖或者巖壁出現(xiàn)塌腔時，必須采取注漿加固或者其他特殊處理辦法，才能使掘進機順利掘進；第二，其撐靴系統(tǒng)的撐靴板數(shù)量較少，支撐面積有限，對圍巖的適應(yīng)范圍較窄，工作的時候，撐靴板必須全部到位，靈活度較差；第三，由于掘進機的重心靠前，當(dāng)?shù)鬃o盾支撐位置的圍巖強度較弱時，不足以承擔(dān)掘進機的重力，容易引起掘進機在掘進的時候產(chǎn)生下沉傾向，造成整機頻繁糾偏甚至糾偏困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中的第一，掘進機需要撐靴系統(tǒng)和護盾系統(tǒng)同時作為掘進機的兩個支點，第二，撐靴系統(tǒng)的撐靴板數(shù)量較少支撐面積有限，靈活度較差，第三，掘進機的重心靠前，不足以抵抗掘進機的重力，容易引起掘進機在掘進的時候產(chǎn)生下沉傾向。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下:
本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機，包括驅(qū)動系統(tǒng)和安裝在驅(qū)動系統(tǒng)前端的刀盤，驅(qū)動系統(tǒng)后端依次與護盾系統(tǒng)、內(nèi)凱組件和后支撐組件連接，外凱組件通過推進系統(tǒng)安裝在內(nèi)凱組件的上，所述刀盤、驅(qū)動系統(tǒng)、護盾系統(tǒng)、內(nèi)凱組件和后支撐組件的中心線在同一條軸線上；所述外凱組件由外凱結(jié)構(gòu)件、撐靴、撐靴油缸、撐靴油缸導(dǎo)向柱組成，撐靴通過撐靴油缸、撐靴油缸導(dǎo)向柱與外凱結(jié)構(gòu)件連接；護盾系統(tǒng)由頂護盾、側(cè)護盾、中護盾、底護盾組成，頂護盾通過頂護盾伸縮油缸與中護盾連接，側(cè)護盾有兩組分別設(shè)置在驅(qū)動系統(tǒng)的左右兩側(cè)，其中每組側(cè)護盾一端與頂護盾連接，另一端通過側(cè)護盾伸縮油缸與中護盾連接，底護盾通過底護盾伸縮油缸與驅(qū)動系統(tǒng)連接。采用這種結(jié)構(gòu)的護盾系統(tǒng)的四個護盾可以在伸縮油缸的作用下進行移動，底護盾在掘進過程中可以收縮不承受掘進機的重力，使得掘進機在掘進隧道過程中可以改變工作模式，可應(yīng)對不同圍巖的變化。采用這種結(jié)構(gòu)只需用外凱組件作為掘進機的支點，承擔(dān)掘進機的重力。
[0005]做為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，撐靴有兩組，每組四對，每對兩個，共十六個，外凱結(jié)構(gòu)件有兩個，每組撐靴設(shè)置在一個外凱結(jié)構(gòu)件上，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸和一個撐靴導(dǎo)向柱與外凱結(jié)構(gòu)件連接，每組四對撐靴分別設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件的四角位置且位于外凱結(jié)構(gòu)件兩條對角線的延長線上，并以外凱結(jié)構(gòu)件的中心為圓心形成內(nèi)接于圓的環(huán)形空間。通過這種結(jié)構(gòu)增多了撐靴的數(shù)量的同時帶來了支撐面積增大的效果，具有更好的支撐力，撐靴不需要全部到位，靈活度高。
[0006]做為本發(fā)明的第二種優(yōu)選方案，撐靴油缸、撐靴油缸導(dǎo)向柱與外凱結(jié)構(gòu)件以球頭形式連接。
[0007]做為本發(fā)明的一種改進，驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動箱、主軸承、小齒輪、安全軸、傳動軸、保護套、減速機、電機組成；主軸承上設(shè)置有內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈與小齒輪嚙合連接，小齒輪軸承末端通過安全軸與傳動軸連接，保護套設(shè)置在傳動軸外部，減速機前端與傳動軸連接，末端與電機連接，電機設(shè)置在內(nèi)凱組件上。采用這種結(jié)構(gòu)使得減速機與電機置于本發(fā)明的后部，通過將減速機與電機后置的方式使本發(fā)明的重心靠后，當(dāng)?shù)鬃o盾支撐位置的圍巖強度較弱時，可以抵抗掘進機的重力，不會引起掘進機在掘進的時候產(chǎn)生下沉現(xiàn)象。
[0008]做為本發(fā)明的第二種改進，后支撐組件由后支撐結(jié)構(gòu)件、后支撐撐靴、后支撐油缸、后支撐油缸導(dǎo)向柱、水平調(diào)向油缸、垂直調(diào)向油缸組成；后支撐結(jié)構(gòu)件與內(nèi)凱組件連接，后支撐撐靴通過后支撐油缸導(dǎo)向柱與后支撐結(jié)構(gòu)件連接，水平調(diào)向油缸一端與后支撐結(jié)構(gòu)件連接，另一端與后支撐撐靴連接，垂直調(diào)向油缸一端與后支撐結(jié)構(gòu)件連接，另一端與后支撐撐靴連接。采用這種結(jié)構(gòu)的后支撐撐靴可在后支撐油缸的作用下伸縮運動，并進一步提高對掘進機的支撐作用。
[0009]做為本發(fā)明的第三種優(yōu)選方案，垂直調(diào)向油缸數(shù)目有兩個設(shè)置在后支撐結(jié)構(gòu)件的左右兩側(cè)，水平調(diào)向油缸數(shù)目有一個設(shè)置在后支撐結(jié)構(gòu)件的下部，后支撐撐靴數(shù)目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸和一個撐靴導(dǎo)向柱分別設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件的下方兩角位置且位于后支撐結(jié)構(gòu)件對角線的延長線上，并以后支撐結(jié)構(gòu)件的中心為圓心形成內(nèi)接于圓的環(huán)形空間。
[0010]本發(fā)明由于通過外凱組件的撐靴經(jīng)撐靴油缸、撐靴油缸導(dǎo)向柱與外凱結(jié)構(gòu)件連接方式，只需用外凱組件作為掘進機的支點，承擔(dān)掘進機的重力；
由于護盾系統(tǒng)由頂護盾、側(cè)護盾、中護盾、底護盾四組護盾組成，四個護盾均可以在伸縮油缸的作用下進行移動，使得掘進機在掘進隧道過程中可以改變工作模式，可應(yīng)對不同圍巖的變化；
由于撐靴有兩組，每組四對共十六個，外凱組件有兩個，每組撐靴設(shè)置在一個外凱結(jié)構(gòu)件上，撐靴數(shù)目多，帶來了支撐面積增大的效果，具有更好的支撐力；
由于驅(qū)動系統(tǒng)的減速機前端與傳動軸連接，末端與電機連接，使得減速機與電機置于本發(fā)明的后部，通過將減速機與電機后置的方式使本發(fā)明的重心平衡，當(dāng)?shù)鬃o盾支撐位置的圍巖強度較弱時，可以抵抗掘進機的重力，不會引起掘進機在掘進的時候產(chǎn)生下沉現(xiàn)象；
由于后支撐組件的后支撐撐靴數(shù)目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸和一個撐靴導(dǎo)向柱與外凱結(jié)構(gòu)件連接，設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件的下方兩角位置且位于后支撐結(jié)構(gòu)件對角線的延長線上，所以撐靴在垂直調(diào)向油缸和水平調(diào)向油缸的作用下可伸縮運動，伸出時可提高對掘進機的支撐效果，收縮時不承擔(dān)掘進機重量。
[0011 ] 綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是僅需一個支點承擔(dān)掘進機重力，撐靴板支撐面積大，適應(yīng)范圍圍巖廣，靈活度高，掘進機重心平衡不會引起主機在掘進的時候產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，掘進隧道過程中可以改變工作模式應(yīng)對不同圍巖的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機的主視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機的護盾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機的外凱組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機的后支撐組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機的A部放大圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1至5所示，本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機，包括驅(qū)動系統(tǒng)2和安裝在驅(qū)動系統(tǒng)前端的刀盤1，驅(qū)動系統(tǒng)2依次與護盾系統(tǒng)3、內(nèi)凱組件6和后支撐組件7連接，夕卜凱組件5通過推進系統(tǒng)4安裝在內(nèi)凱組件6上，所述刀盤1、驅(qū)動系統(tǒng)2、護盾系統(tǒng)3、內(nèi)凱組件6和后支撐組件7的中心線在同一條軸線上，刀盤1、驅(qū)動系統(tǒng)2、護盾系統(tǒng)3、內(nèi)凱組件6依次通過螺栓連接。外凱組件5安裝在內(nèi)凱組件6的滑軌上，并且在推進系統(tǒng)4的作用下，沿內(nèi)凱組件6具備一定行程的滑動能力。推進系統(tǒng)4的一端與內(nèi)凱組件6螺栓連接，一端與外凱組件5螺栓連接。內(nèi)凱組件6的尾端連接后支撐組件7。
[0018]護盾系統(tǒng)2由頂護盾8、側(cè)護盾10、中護盾12、底護盾13組成，頂護盾8通過頂護盾伸縮油缸9與中護盾12連接，可以在頂護盾油缸9的作用下上下移動。側(cè)護盾10有兩組分別設(shè)置在驅(qū)動系統(tǒng)3的左右兩側(cè)，其中每組側(cè)護盾10—端與頂護盾8連接，另一端通過側(cè)護盾伸縮油缸11與中護盾12連接，側(cè)護盾10可以在側(cè)護盾伸縮油缸11的作用下繞鉸接裝置擺動一定角度。底護盾13通過底護盾伸縮油缸14與驅(qū)動系統(tǒng)3連接，可以在底護盾伸縮油缸14的作用下上下移動，在掘進過程中底護盾呈收縮狀態(tài)，不承受掘進機的重量。
[0019]外凱組件5由外凱結(jié)構(gòu)件15、撐靴16、撐靴油缸17、撐靴油缸導(dǎo)向柱18組成，撐靴16通過撐靴油缸17、撐靴油缸導(dǎo)向柱18與外凱結(jié)構(gòu)件15連接，做為一種優(yōu)選方案，撐靴16有兩組，每組四對，每對兩個，共十六個，外凱結(jié)構(gòu)件15有兩個，每組撐靴16設(shè)置在一個外凱結(jié)構(gòu)件15上,每個撐靴均通過兩個撐靴油缸17和一個撐靴導(dǎo)向柱18與外凱結(jié)構(gòu)件15連接，每組四對撐靴16分別設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件15的四角位置且位于外凱結(jié)構(gòu)件15兩條對角線的延長線上，并以外凱結(jié)構(gòu)件15的中心為圓心形成內(nèi)接于圓的環(huán)形空間。撐靴16能夠在撐靴油缸17的作用下沿撐靴油缸導(dǎo)向柱18伸縮一定行程。
[0020]驅(qū)動系統(tǒng)3由驅(qū)動箱、主軸承25、小齒輪26、安全軸27、傳動軸28、保護套29、減速機30、電機31組成；主軸承25上設(shè)置有內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈與安裝在驅(qū)動箱上的小齒輪26嚙合連接，小齒輪26軸端通過安全軸27與傳動軸28連接，保護套29設(shè)置在傳動軸28外部，減速機30前端與傳動軸28連接，末端與電機31連接，電機31設(shè)置在內(nèi)凱組件6上，安全軸27與傳動軸28的連接方式優(yōu)選為花鍵連接。
[0021 ] 后支撐組件7由后支撐結(jié)構(gòu)件19、后支撐撐靴22、后支撐油缸24、后支撐油缸導(dǎo)向柱21、水平調(diào)向油缸20、垂直調(diào)向油缸23組成；后支撐結(jié)構(gòu)件19與內(nèi)凱組件6連接，后支撐撐靴22通過后支撐油缸導(dǎo)向柱21與后支撐結(jié)構(gòu)件19連接，并在后支撐油缸24的作用下具備伸縮運動。水平調(diào)向油缸20—端與后支撐結(jié)構(gòu)件19連接，另一端與后支撐撐靴22連接，垂直調(diào)向油缸23 —端與后支撐結(jié)構(gòu)件19連接，另一端與后支撐撐靴22連接，做為一種優(yōu)選方案，垂直調(diào)向油缸23數(shù)目有兩個設(shè)置在后支撐結(jié)構(gòu)件19的左右兩側(cè)，水平調(diào)向油缸20數(shù)目有一個設(shè)置在后支撐結(jié)構(gòu)件19的下部，后支撐撐靴22數(shù)目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸24和一個撐靴導(dǎo)向柱21分別設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件15的下方兩角位置且位于后支撐結(jié)構(gòu)件19對角線的延長線上，并以后支撐結(jié)構(gòu)件19的中心為圓心形成內(nèi)接于圓的環(huán)形空間。
[0022]內(nèi)凱組件6為一焊接的矩型截面梁，包括兩段，兩段之間用螺栓連接，內(nèi)凱組件6的前端與驅(qū)動系統(tǒng)2連接，尾端與后支撐組件7連接，內(nèi)凱組件6截面的四角安裝滑軌，前后兩段內(nèi)凱組件6各安裝一組外凱組件5，外凱組件5沿滑軌具備一定行程的軸向位移。
[0023]本發(fā)明X型開敞式全斷面隧道掘進機向前推進的工作原理是:通過推進系統(tǒng)4帶動內(nèi)凱組件6、驅(qū)動系統(tǒng)2、護盾系統(tǒng)3和刀盤I實現(xiàn)的。在推進的時候，推進系統(tǒng)4的反力通過外凱組件5傳遞到圍巖上，外凱組件5的撐靴16通過撐靴油缸17驅(qū)動沿撐靴油缸導(dǎo)向柱18滑動并始終與巖壁保持貼緊，后支撐撐靴22通過后支撐油缸24驅(qū)動沿后支撐油缸導(dǎo)向柱21縮回，底護盾13通過底護盾伸縮油缸14作用并縮回，然后由驅(qū)動系統(tǒng)2帶動刀盤I做回轉(zhuǎn)運動，從而完成對掌子面巖石的開挖。當(dāng)推進系統(tǒng)4伸出一定行程后，底護盾伸縮油缸14伸出，驅(qū)動底護盾13與底部巖壁貼緊，后支撐油缸24伸出，驅(qū)動后支撐撐靴22與巖壁貼緊，然后撐靴16在撐靴油缸17的作用下縮回，推進系統(tǒng)4縮回，帶動外凱組件5沿內(nèi)凱組件6向前移動下一個掘進行程的長度，如此循環(huán)完成掘進機的不斷向前掘進。
[0024]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例做了詳細說明，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，只要在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，對本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特征在于:包括驅(qū)動系統(tǒng)(2)和安裝在驅(qū)動系統(tǒng)前端的刀盤(1)，驅(qū)動系統(tǒng)(2)依次與護盾系統(tǒng)(3)、內(nèi)凱組件(6)和后支撐組件(7)連接，外凱組件(5)通過推進系統(tǒng)(4)安裝在內(nèi)凱組件(6)上，所述刀盤(1)、驅(qū)動系統(tǒng)(2)、護盾系統(tǒng)(3)、內(nèi)凱組件(6)和后支撐組件(7)的中心線在同一條軸線上；所述外凱組件(5)由外凱結(jié)構(gòu)件(15)、撐靴(16)、撐靴油缸(17)、撐靴油缸導(dǎo)向柱(18)組成，撐靴(16)通過撐靴油缸(17)、撐靴油缸導(dǎo)向柱(18)與外凱結(jié)構(gòu)件(15)連接；所述護盾系統(tǒng)(3)由頂護盾(8)、側(cè)護盾(10)、中護盾(12)、底護盾(13)組成，頂護盾(8)通過頂護盾伸縮油缸(9)與中護盾(12)連接，側(cè)護盾(10)有兩組分別設(shè)置在驅(qū)動系統(tǒng)(3)的左右兩側(cè)，其中每組側(cè)護盾(10)一端與頂護盾(8)連接，另一端通過側(cè)護盾伸縮油缸(11)與中護盾(12)連接，底護盾(13)通過底護盾伸縮油缸(14)與驅(qū)動系統(tǒng)(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特征在于:所述撐靴(16)有兩組，每組四對，每對兩個，共十六個，外凱結(jié)構(gòu)件(15)有兩個，每組撐靴(16)設(shè)置在一個外凱結(jié)構(gòu)件(15)上，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸(17)和一個撐靴導(dǎo)向柱(18)與外凱結(jié)構(gòu)件(15)連接，每組四對撐靴(16)分別設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件(15)的四角位置且位于外凱結(jié)構(gòu)件(15)兩條對角線的延長線上，并以外凱結(jié)構(gòu)件(15)的中心為圓心形成內(nèi)接于圓的環(huán)形空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特征在于:所述撐靴油缸(17)、撐靴油缸導(dǎo)向柱(18)與外凱結(jié)構(gòu)件(15)以球頭形式連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特征在于:所述驅(qū)動系統(tǒng)(2 )由驅(qū)動箱、主軸承(25 )、小齒輪(26 )、安全軸(27 )、傳動軸(28 )、保護套(29 )、減速機(30)、電機(31)組成；主軸承(25)上設(shè)置有內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈與小齒輪(26)嚙合連接，小齒輪(26 )的軸端通過安全軸(27 )與傳動軸(28 )連接，保護套(29 )設(shè)置在傳動軸(28 )外部，減速機(30 )前端與傳動軸(28 )連接，末端與電機(31)連接，電機(31)設(shè)置在內(nèi)凱組件(6 )上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特征在于:所述后支撐組件(7)由后支撐結(jié)構(gòu)件(19)、后支撐撐靴(22)、后支撐油缸(24)、后支撐油缸導(dǎo)向柱(21)、水平調(diào)向油缸(20)、垂直調(diào)向油缸(23)組成；后支撐結(jié)構(gòu)件(19)與內(nèi)凱組件(6)連接，后支撐撐靴(22)通過后支撐油缸導(dǎo)向柱(21)與后支撐結(jié)構(gòu)件(19)連接，水平調(diào)向油缸(20)一端與后支撐結(jié)構(gòu)件(19)連接，另一端與后支撐撐靴(22)連接，垂直調(diào)向油缸(23)—端與后支撐結(jié)構(gòu)件(19)連接，另一端與后支撐撐靴(22)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特征在于:所述垂直調(diào)向油缸(23)數(shù)目有兩個設(shè)置在后支撐結(jié)構(gòu)件(19)的左右兩側(cè)，水平調(diào)向油缸(20)數(shù)目有一個設(shè)置在后支撐結(jié)構(gòu)件(19)的下部，后支撐撐靴(22)數(shù)目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸(24)和一個撐靴導(dǎo)向柱(21)分別設(shè)置在外凱結(jié)構(gòu)件(15)的下方兩角位置且位于后支撐結(jié)構(gòu)件(19)對角線的延長線上，并以后支撐結(jié)構(gòu)件(19)的中心為圓心形成內(nèi)接于圓的環(huán)形空間。
【文檔編號】E21D9/06GK103899322SQ201410077508
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】李建斌, 趙華, 寧向可, 張嘯, 李普慶 申請人:中鐵工程裝備集團有限公司