本發(fā)明涉及一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自適應(yīng)的三足并聯(lián)式tbm支撐器，屬掘進(jìn)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

公知的tbm(硬巖墜道掘進(jìn)機(jī))支撐器有的采用h型雙支撐腿結(jié)構(gòu)，其雙支撐腿左右布局，垂直方向調(diào)心動作需要通過附加機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其自重載荷垂直作用于液壓缸移動方向上，形成橫向彎曲力，造成液壓缸拉傷等損害，影響支撐缸工作性能。其結(jié)構(gòu)上每組布置一個或兩個推進(jìn)缸，可為兩足或四足推進(jìn)器提供支撐，不適為六足推進(jìn)器提供支撐。

公知的tbm支撐器有的采用δ型3支撐腿結(jié)構(gòu)，其支撐缸工作壓力作用方向與支撐面工作壓力作用方向成60°交角，理論上有效力傳遞效率為50％，支撐力作用效果差。

公知的tbm支撐器有的采用十字型或者x型4支撐腿結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)上每組布置一個推進(jìn)缸，宜配合四足推進(jìn)器提供支撐，不宜配合六足推進(jìn)器提供支撐。

公知的tbm支撐器的每個支撐腿，采用剛性大的撐靴，容易造成撐靴與支撐面接觸力分布不均勻，且每個支撐腿普遍采用單驅(qū)動方式，無法調(diào)整這種不均的接觸力。在遇到支撐面較軟或其表面有缺陷的情形，難于提供足夠大的支撐力，以產(chǎn)生足夠大的摩擦力來抗拒推進(jìn)力與切削力矩，使得其不得不降推進(jìn)力及切削力矩為代價，降低掘進(jìn)機(jī)工作能力。

公知的tbm支撐器未能提供支撐腿重構(gòu)功能，其支撐剛度不可改變，不能提高支撐面局部有缺陷的情形下的適應(yīng)性。

綜上所述，公知的tbm支撐裝置存在以下問題：一是有的不適于六足推進(jìn)器；二是有的支撐力作用效果差；三是有的不能完全自動調(diào)心；四是容易造成接觸力不均，且無調(diào)節(jié)功能；五是未能提供支撐腿重構(gòu)功能，對支撐面工況適應(yīng)性差。公知的tbm支撐裝置尚不存在能適用于六足并聯(lián)式推進(jìn)器且支撐力作用效果好的，可自調(diào)心和自重構(gòu)以提高支撐面適應(yīng)性的技術(shù)方案或適用裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，為了解決公知的tbm支撐裝置存在的上述問題，本發(fā)明提出一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自適應(yīng)的三足并聯(lián)式tbm支撐器。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自適應(yīng)的三足并聯(lián)式tbm支撐器，包括中心支架、上支撐腿、左下支撐腿和右下支撐腿；所述中心支架是一個六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)，上支撐腿、左下支撐腿和右下支撐腿分別垂直安裝在六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)相互成120°的環(huán)邊上，與六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)同處一個平面；所述的上支撐腿由中心支撐缸、兩個側(cè)向支撐缸并聯(lián)后再串聯(lián)上支撐靴構(gòu)成，驅(qū)動所述上支撐腿，可帶動上支撐靴沿徑向伸縮運(yùn)動；左下支撐腿和右下支撐腿與上支撐腿結(jié)構(gòu)相同，但其沿各自徑向伸縮運(yùn)動的方向與上支撐腿在圓周上分別相隔120°。

所述支撐器可自適應(yīng)隧道曲線及其支撐面的位置和姿態(tài)偏差；側(cè)向支撐缸與中心支架采用回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，可適應(yīng)繞掘進(jìn)縱軸方向的滾轉(zhuǎn)偏差；兩個側(cè)向支撐缸并聯(lián)后，其運(yùn)動可適應(yīng)撐靴沿掘進(jìn)斷面徑向的偏差；所述的側(cè)向支撐缸上關(guān)節(jié)和中心支撐缸上關(guān)節(jié)可繞共同軸線即掘進(jìn)水平軸轉(zhuǎn)動，可適應(yīng)隧道軸線的姿態(tài)偏差。

調(diào)節(jié)左下支撐腿和右下支撐腿的位置，即可調(diào)節(jié)支撐器中心支架的位置，改變支撐器壓力中心位置，可適應(yīng)隧道輪廓線變化及支撐面沿周向不同支撐工況條件。

所述支撐器設(shè)置了中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥和側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥用于驅(qū)動支撐器作支撐作業(yè)，并改變其結(jié)構(gòu)剛度；

所述支撐器的側(cè)向支撐缸設(shè)側(cè)向支撐缸進(jìn)油口、側(cè)向支撐缸回油口；中心支撐缸設(shè)有中心支撐缸進(jìn)油口、中心支撐缸回油口；中心支撐缸由中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥改變其驅(qū)動模式；如若中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵失電，則中心支撐缸進(jìn)油口與中心支撐缸回油口斷開，中心支撐缸工作于雙向驅(qū)動模式；如若中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵得電，則中心支撐缸進(jìn)油口與中心支撐缸回油口連通，中心支撐缸工作于差動驅(qū)動模式；側(cè)向支撐缸可由側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥改變其驅(qū)動模式；如若側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵失電，則側(cè)向支撐缸進(jìn)油口、側(cè)向支撐缸回油口斷開，側(cè)向支撐缸處于雙向驅(qū)動狀態(tài)；如若側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵得電，則側(cè)向支撐缸進(jìn)油口與側(cè)向支撐缸回油口連通，側(cè)向支撐缸處于差動驅(qū)動狀態(tài)。

所述支撐器的上支撐腿、左下支撐腿、右下支撐腿的側(cè)向支撐缸分別驅(qū)動；而上支撐腿、左下支撐腿、右下支撐腿的中心支撐缸可分別驅(qū)動，也可并聯(lián)在一起驅(qū)動。

所述撐靴按位置分為上支撐靴、左下支撐靴和右下支撐靴，這些支撐靴的結(jié)構(gòu)形狀完全相同。所述撐靴是具有一定柔度的圓弧形結(jié)構(gòu)，其外圓半徑略大于支撐面內(nèi)圓半徑，兩側(cè)向支撐缸與中心支撐缸分兩路驅(qū)動。由于中心支撐缸和兩側(cè)向支撐缸受力的不同，將對接觸力分布產(chǎn)生不同的影響，改變兩者受力大小，將改變接觸力分布狀態(tài)。其計算方法為：

第1步：根據(jù)撐靴幾何形狀參數(shù)，建立其初始間隙δ0與接觸位置θ之關(guān)系f_δ0(θ)；

第2步：建立中心支撐缸的剛度模型：f_δ1(θ)，預(yù)測其在支撐力f1作用不同接觸位置θ的接觸變形量：δ1＝f1×f_δ1(θ)；

第3步：建立兩側(cè)向支撐缸的剛度模型：f_δ2(θ)，預(yù)測其在支撐力f2作用下不同接觸位置θ的接觸變形量：δ2＝f2×f_δ2(θ)；

第4步：根據(jù)極大極小原理求解最優(yōu)匹配載荷：δmax(θ)＝f1×f_δ1(θ)+f2×f_δ2(θ)-f_δ0(θ)找出θ劣值，命：δ(f1,f2)＝δmax(θ)，然后據(jù)δmin(f1,f2)找出f1與f2的優(yōu)值。

另外，重構(gòu)支撐器驅(qū)動模式，可改變支撐器的結(jié)構(gòu)剛度，以改善支撐器對動態(tài)支撐力響應(yīng)特性。

本發(fā)明設(shè)計了可調(diào)心且對支撐面可自適應(yīng)的雙自由度三足并聯(lián)式支撐腿結(jié)構(gòu)；提出了所述支撐器驅(qū)動方法和實(shí)現(xiàn)撐靴與支撐面接觸載荷均布的方法；提出了所述支撐器支撐缸自重構(gòu)方法，重構(gòu)支撐器驅(qū)動模式，改善支撐器對動態(tài)支撐力響應(yīng)特性。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)決定本發(fā)明支撐器具有自調(diào)心能力，對支撐面的形位偏差可自適應(yīng)，易于調(diào)節(jié)支撐器的壓力中心，使其受力更加合理；本發(fā)明調(diào)節(jié)中心支撐缸與側(cè)向支撐缸支撐力的大小，可使撐靴與支撐面接觸載荷的分布更加均勻。本發(fā)明在不需要大支撐力工況條件下，采用差動驅(qū)動方式，支撐器剛度小，在振動載荷作用下，撐靴在工作過程中不易松脫，降低了支撐故障風(fēng)險。

附圖說明

圖1是一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自重構(gòu)的三足并聯(lián)式tbm支撐器的三維立體示意圖；

圖2是一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自重構(gòu)的三足并聯(lián)式tbm支撐器的平面投影示意圖；

圖3是一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自重構(gòu)的三足并聯(lián)式tbm支撐器的平面投影示意圖；

圖4是圖2所述支撐器在一種帶六足并聯(lián)推進(jìn)器的掘進(jìn)裝置上的應(yīng)用實(shí)例；

圖5是圖2和圖3所述支撐器在一種雙六足并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置上的應(yīng)用實(shí)例；

圖6是圖1所述支撐器在一種兩個12缸并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置上的應(yīng)用實(shí)例；

圖7是圖1和圖2所述支撐器在一種12缸并聯(lián)推進(jìn)器與六足并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置上的應(yīng)用實(shí)例；

圖8是圖3所述支撐器支撐自適應(yīng)位置和姿態(tài)偏差的示意圖；

圖9是如圖1所述支撐器撐靴自適應(yīng)運(yùn)動及支撐缸液壓驅(qū)動分組示意圖；

圖10是如圖3或圖8所述支撐器支撐缸液壓驅(qū)動原理圖；

圖中，1是刀盤系統(tǒng)；2是支承環(huán)；3是推進(jìn)器；4是支撐器；5是副推進(jìn)器；6是副支撐器；7是支撐面；8是圍巖；1b是支撐器后關(guān)節(jié)連接座；1e為彈性復(fù)位裝置；1f是支撐器前關(guān)節(jié)連接座；3c是推進(jìn)缸；3f是推進(jìn)缸前關(guān)節(jié)；3b是推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)；4f是支撐器前關(guān)節(jié)連接座；4b是支撐器后關(guān)節(jié)連接座；5c是副推進(jìn)缸；5f是副推進(jìn)缸前關(guān)節(jié)；5b是副推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)；6f是副支撐器前關(guān)節(jié)連接座；10是中心支架；1l是上支撐腿；2l是左下支撐腿；3l是右下支撐腿；1g是上支撐靴；2g是左下支撐靴；3g是右下支撐靴；1c是中心支撐缸；1u是中心支撐缸上關(guān)節(jié)；1d是中心支撐缸下關(guān)節(jié)1e是彈性復(fù)位裝置；2c是側(cè)向支撐缸；2u是側(cè)向支撐缸上關(guān)節(jié)；2d是側(cè)向支撐缸下關(guān)節(jié)；1p是中心支撐缸進(jìn)油口；1q是中心支撐缸回油口；2p是側(cè)向支撐缸進(jìn)油口；2q是側(cè)向支撐缸回油口；1yf是中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥；2yf是側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥；1dt是中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵；2dt是側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵；1x是掘進(jìn)水平軸方向；1r是掘進(jìn)斷面徑向；1z是掘進(jìn)縱軸方向。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的具體實(shí)施方式如圖1～圖10所示。

實(shí)施例1

本實(shí)施例一種帶三足并聯(lián)支撐腿可自適應(yīng)的三足并聯(lián)式tbm支撐器如圖1～圖3所示。

本實(shí)施例支撐器包括中心支架10、上支撐腿1l、左下支撐腿2l和右下支撐腿3l。

本實(shí)施例中的中心支架10是一個六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)，上支撐腿1l、左下支撐腿2l和右下支撐腿3l向外分別垂直安裝在六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)相互成120°的環(huán)邊上，與六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)同處一個平面；所述的上支撐腿1l由中心支撐缸1c、兩個側(cè)向支撐缸2c并聯(lián)后再串聯(lián)上支撐靴1g構(gòu)成，驅(qū)動所述上支撐腿1l，可帶動上支撐靴1g沿徑向伸縮運(yùn)動；左下支撐腿2l和右下支撐腿3l與上支撐腿1l結(jié)構(gòu)相同，但它們沿各自徑向伸縮運(yùn)動的方向與上支撐腿1l分別相隔120°。

所述上支撐腿1l包括中心支撐缸1c、側(cè)向支撐缸2c、中心支撐缸上關(guān)節(jié)1u、中心支撐缸下關(guān)節(jié)1d、側(cè)向支撐缸上關(guān)節(jié)2u、側(cè)向支撐缸下關(guān)節(jié)2d、上支撐靴1g、支撐器后關(guān)節(jié)連接座1b和支撐器前關(guān)節(jié)連接座1f。中心支撐缸1c通過中心支撐缸下關(guān)節(jié)1d安裝在中心支架六邊形的環(huán)形結(jié)構(gòu)的一條環(huán)邊的中心；兩個側(cè)向支撐缸2c分別通過側(cè)向支撐缸下關(guān)節(jié)2d平行安裝在環(huán)邊上中心支撐缸1c等距離的兩側(cè)；中心支撐缸1c的另一端通過中心支撐缸上關(guān)節(jié)1u連接上支撐靴1g的內(nèi)弧中部；兩個側(cè)向支撐缸2c分別通過側(cè)向支撐缸上關(guān)節(jié)2u連接上支撐靴1g的內(nèi)弧兩側(cè)；上支撐靴1g還設(shè)置了支撐器后關(guān)節(jié)連接座1b和支撐器前關(guān)節(jié)連接座1f。

本實(shí)施例如圖1所示，在中心支撐缸1c與上支撐1g間裝有彈性復(fù)位裝置1e，用于限定上支撐靴1g未撐緊支撐面時，上支撐靴1g的位置；其上支撐靴1g前端預(yù)留有4個支撐器前關(guān)節(jié)連接座1f。

如圖2所示，支撐器的上支撐靴1g前端預(yù)留有2個支撐器前關(guān)節(jié)連接座1f，后端未預(yù)留支撐器后關(guān)節(jié)連接座。

如圖3所示，支撐器的上支撐靴1g前端預(yù)留有2個支撐器前關(guān)節(jié)連接座1f，后端預(yù)留有兩個支撐器后關(guān)節(jié)連接座1b。

支撐器支撐自適應(yīng)位置和姿態(tài)偏差分析，如圖8和圖9所示。其中圖8支撐器結(jié)構(gòu)如圖3，圖9支撐器結(jié)構(gòu)如圖1。

支撐器4可自適應(yīng)位置和姿態(tài)偏差，側(cè)向支撐缸2c與中心支架10采用回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，可適應(yīng)繞掘進(jìn)縱軸方向1z的滾轉(zhuǎn)偏差；兩個側(cè)向支撐缸2c并聯(lián)后，其運(yùn)動可適應(yīng)撐靴沿掘進(jìn)斷面徑向1r的偏差；所述的側(cè)向支撐缸上關(guān)節(jié)2u、中心支撐缸上關(guān)節(jié)1u可繞共同軸線即掘進(jìn)水平軸方向1x轉(zhuǎn)動，可適應(yīng)隧道軸線姿態(tài)偏差。

本實(shí)施例支撐器撐靴自適應(yīng)運(yùn)動及支撐缸液壓驅(qū)動如圖9和圖10所示。圖9支撐器結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖10支撐器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本實(shí)施例帶有中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥1yf和側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥2yf，用于驅(qū)動支撐器作支撐作業(yè)，并改變其結(jié)構(gòu)剛度。

如圖10所述的支撐器，其側(cè)向支撐缸2c設(shè)有側(cè)向支撐缸進(jìn)油口2p、側(cè)向支撐缸回油口2q，中心支撐缸1c設(shè)有中心支撐缸進(jìn)油口1p、中心支撐缸回油口1q。中心支撐缸1c可由中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥1yf改變其驅(qū)動模式，如若中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵1dt失電，則中心支撐缸進(jìn)油口1p與中心支撐缸回油口1q斷開，中心支撐缸1c工作于雙向驅(qū)動模式；如若中心支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵1dt得電，則中心支撐缸進(jìn)油口1p與中心支撐缸回油口1q連通，中心支撐缸1c工作于差動驅(qū)動模式。側(cè)向支撐缸2c可由側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥2yf改變其驅(qū)動模式；如若側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵2dt失電，則側(cè)向支撐缸進(jìn)油口2p、側(cè)向支撐缸回油口2q斷開，側(cè)向支撐缸2c處于雙向驅(qū)動狀態(tài)；如若側(cè)向支撐缸驅(qū)動重構(gòu)閥電磁鐵2dt得電，則側(cè)向支撐缸進(jìn)油口2p與側(cè)向支撐缸回油口2q連通，側(cè)向支撐缸2c處于差動驅(qū)動狀態(tài)。

本實(shí)施例的支撐器，上支撐腿1l、左下支撐腿2l、右下支撐腿3l的側(cè)向支撐缸將分別驅(qū)動；而上支撐腿1l、左下支撐腿2l、右下支撐腿3l的中心支撐缸可分別驅(qū)動，也可并聯(lián)在一起驅(qū)動。

實(shí)施例2

本實(shí)施例為一種帶六足并聯(lián)推進(jìn)器的掘進(jìn)裝置，所述裝置采用了圖2所示的支撐器結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例一種帶六足并聯(lián)推進(jìn)器的掘進(jìn)裝置由刀盤系統(tǒng)1、支承環(huán)2、推進(jìn)器3、支撐器4串聯(lián)所構(gòu)成的混聯(lián)式掘進(jìn)裝置；支撐器4為如圖2所述的支撐器結(jié)構(gòu)。推進(jìn)缸3c與支承環(huán)2由推進(jìn)器前關(guān)節(jié)3f連接，推進(jìn)缸3c與支撐器4由推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)3b連接，其位置位于支撐器4的支撐器前關(guān)節(jié)連接座4f處。

實(shí)施例3

本實(shí)施例為一種雙六足并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置，如圖5所示。

本實(shí)施例一種雙六足并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置，由刀盤系統(tǒng)1、支承環(huán)2、推進(jìn)器3、支撐器4、副推進(jìn)器5、副支撐器6串聯(lián)，所構(gòu)成的混聯(lián)式掘進(jìn)裝置。

本實(shí)施例裝置的推進(jìn)缸3c與支撐器4由推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)3b連接，其位置位于支撐器4的支撐前關(guān)節(jié)連接座4f處；副推進(jìn)缸5c與支撐器4由副推進(jìn)缸前關(guān)節(jié)5f連接，其位置位于支撐器4的支撐器后關(guān)節(jié)連接座4b處；副推進(jìn)缸5c與副支撐器6由副推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)5b連接，其位置位于副支撐器6的支撐前關(guān)節(jié)連接座6f處。

本實(shí)施例裝置支撐器4采用如圖3所示的支撐器；副支撐器6采用如圖2所示的支撐器。

實(shí)施例4

本實(shí)施例為一種雙12缸并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置，如圖6所示。

本實(shí)施例一種雙12缸并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置由刀盤系統(tǒng)1、支承環(huán)2、推進(jìn)器3、支撐器4、副推進(jìn)器5、副支撐器6串聯(lián)，所構(gòu)成的混聯(lián)式掘進(jìn)裝置。

本實(shí)施例的推進(jìn)缸3c與支撐器4由推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)3b連接，其位置位于支撐器4的支撐前關(guān)節(jié)連接座4f處；副推進(jìn)缸5c與支撐器4由副推進(jìn)缸前關(guān)節(jié)5f連接，其位置位于支撐器4的支撐器后關(guān)節(jié)連接座4b處；副推進(jìn)缸5c與副支撐器6由副推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)5b連接，其位置位于副支撐器6的支撐前關(guān)節(jié)連接座6f處。

本實(shí)施例支撐器4和副支撐器6均采用圖1所示的支撐器結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例5

本實(shí)施例為一種12缸并聯(lián)推進(jìn)器與六足并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置，如圖7所示。

本實(shí)施例一種12缸并聯(lián)推進(jìn)器與六足并聯(lián)推進(jìn)器串聯(lián)的掘進(jìn)裝置由刀盤系統(tǒng)1、支承環(huán)2、推進(jìn)器3、支撐器4、副推進(jìn)器5、副支撐器6串聯(lián)所構(gòu)成的混聯(lián)式掘進(jìn)裝置。

本實(shí)施例的推進(jìn)缸3c與支撐器4由推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)3b連接，其位置位于支撐器4的支撐前關(guān)節(jié)連接座4f處；副推進(jìn)缸5c與支撐器4由副推進(jìn)缸前關(guān)節(jié)5f連接，其位置位于支撐器4的支撐器后關(guān)節(jié)連接座4b處；副推進(jìn)缸5c與副支撐器6由副推進(jìn)缸后關(guān)節(jié)5b連接，其位置位于副支撐器6的副支撐前關(guān)節(jié)連接座6f處。

本實(shí)施例的支撐器4采用圖1所示的支撐器結(jié)構(gòu)，副支撐器6采用圖2所示的支撐器結(jié)構(gòu)。