X型開敞式全斷面隧道掘進的製造方法

2023-10-31 16:58:07

X型開敞式全斷面隧道掘進的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種X型開敞式全斷面隧道掘進機，包括驅動系統（2）和安裝在驅動系統前端的刀盤（1），驅動系統（2）依次與護盾系統（3）、內凱組件（6）和後支撐組件（7）連接，外凱組件（5）通過推進系統（4）安裝在內凱組件（6）上，所述外凱組件（5）由外凱結構件（15）、撐靴（16）、撐靴油缸（17）、撐靴油缸導向柱（18）組成，所述護盾系統（3）由頂護盾（8）、側護盾（10）、中護盾（12）、底護盾（13）組成。採用這種結構僅需一個支點承擔掘進機重力，撐靴板支撐面積大，適應範圍圍巖廣靈活度高，掘進機重心平衡不會引起主機在掘進的時候產生下沉現象，掘進隧道過程中可以改變工作模式應對不同圍巖的變化。
【專利說明】X型開敞式全斷面隧道掘進機
【技術領域】
[0001]本實用新型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】
[0002]全斷面隧道掘進機(TBM)是一種集機械、電子、液壓、雷射等技術於一體的大型隧道掘進裝備，在山嶺隧道及城市地鐵的建設中發揮著重要作用。開敞式全斷面隧道掘進機主要由刀盤、護盾、驅動組件、主梁、推進及支撐系統和其他輔助系統等結構組成。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，對掌子面的巖壁進行破碎開挖。傳統的開敞式全斷面隧道掘進機，只有一對撐靴系統，在掘進機工作的時候，第一，由撐靴系統和護盾系統的底護盾作為掘進機的兩個支點，承擔掘進機的重力，且兩個支點缺一不可，當遇到軟弱破碎圍巖或者巖壁出現塌腔時，必須採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，其撐靴系統的撐靴板數量較少，支撐面積有限，對圍巖的適應範圍較窄，工作的時候，撐靴板必須全部到位，靈活度較差；第三，由於掘進機的重心靠前，當底護盾支撐位置的圍巖強度較弱時，不足以承擔掘進機的重力，容易引起掘進機在掘進的時候產生下沉傾向，造成整機頻繁糾偏甚至糾偏困難。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是現有技術中的第一，掘進機需要撐靴系統和護盾系統同時作為掘進機的兩個支點，第二，撐靴系統的撐靴板數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生下沉傾向。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型採用技術方案如下:
[0005]本實用新型X型開敞式全斷面隧道掘進機，包括驅動系統和安裝在驅動系統前端的刀盤，驅動系統後端依次與護盾系統、內凱組件和後支撐組件連接，外凱組件通過推進系統安裝在內凱組件的上，所述刀盤、驅動系統、護盾系統、內凱組件和後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構件、撐靴、撐靴油缸、撐靴油缸導向柱組成，撐靴通過撐靴油缸、撐靴油缸導向柱與外凱結構件連接；護盾系統由頂護盾、側護盾、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，側護盾有兩組分別設置在驅動系統的左右兩側，其中每組側護盾一端與頂護盾連接，另一端通過側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動系統連接。採用這種結構的護盾系統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，可應對不同圍巖的變化。採用這種結構只需用外凱組件作為掘進機的支點，承擔掘進機的重力。
[0006]做為本實用新型的一種優選方案，撐靴有兩組，每組四對，每對兩個，共十六個，外凱結構件有兩個，每組撐靴設置在一個外凱結構件上，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸和一個撐靴導向柱與外凱結構件連接，每組四對撐靴分別設置在外凱結構件的四角位置且位於外凱結構件兩條對角線的延長線上，並以外凱結構件的中心為圓心形成內接於圓的環形空間。通過這種結構增多了撐靴的數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。
[0007]做為本實用新型的第二種優選方案，撐靴油缸、撐靴油缸導向柱與外凱結構件以球頭形式連接。
[0008]做為本實用新型的一種改進，驅動系統由驅動箱、主軸承、小齒輪、安全軸、傳動軸、保護套、減速機、電機組成；主軸承上設置有內齒圈，內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，電機設置在內凱組件上。採用這種結構使得減速機與電機置於本實用新型的後部，通過將減速機與電機後置的方式使本實用新型的重心靠後，當底護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生下沉現象。
[0009]做為本實用新型的第二種改進，後支撐組件由後支撐結構件、後支撐撐靴、後支撐油缸、後支撐油缸導向柱、水平調向油缸、垂直調向油缸組成；後支撐結構件與內凱組件連接，後支撐撐靴通過後支撐油缸導向柱與後支撐結構件連接，水平調向油缸一端與後支撐結構件連接，另一端與後支撐撐靴連接，垂直調向油缸一端與後支撐結構件連接，另一端與後支撐撐靴連接。採用這種結構的後支撐撐靴可在後支撐油缸的作用下伸縮運動，並進一步提高對掘進機的支撐作用。
[0010]做為本實用新型的第三種優選方案，垂直調向油缸數目有兩個設置在後支撐結構件的左右兩側，水平調向油缸數目有一個設置在後支撐結構件的下部，後支撐撐靴數目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸和一個撐靴導向柱分別設置在外凱結構件的下方兩角位置且位於後支撐結構件對角線的延長線上，並以後支撐結構件的中心為圓心形成內接於圓的環形空間。
[0011]本實用新型由於通過外凱組件的撐靴經撐靴油缸、撐靴油缸導向柱與外凱結構件連接方式，只需用外凱組件作為掘進機的支點，承擔掘進機的重力；
[0012]由於護盾系統由頂護盾、側護盾、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，可應對不同圍巖的變化；
[0013]由於撐靴有兩組，每組四對共十六個，外凱組件有兩個，每組撐靴設置在一個外凱結構件上，撐靴數目多，帶來了支撐面積增大的效果，具有更好的支撐力；
[0014]由於驅動系統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於本實用新型的後部，通過將減速機與電機後置的方式使本實用新型的重心平衡，當底護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生下沉現象；
[0015]由於後支撐組件的後支撐撐靴數目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸和一個撐靴導向柱與外凱結構件連接，設置在外凱結構件的下方兩角位置且位於後支撐結構件對角線的延長線上，所以撐靴在垂直調向油缸和水平調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，收縮時不承擔掘進機重量。
[0016]綜上所述，本實用新型的優點是僅需一個支點承擔掘進機重力，撐靴板支撐面積大，適應範圍圍巖廣，靈活度高，掘進機重心平衡不會引起主機在掘進的時候產生下沉現象，掘進隧道過程中可以改變工作模式應對不同圍巖的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型X型開敞式全斷面隧道掘進機的主視圖。
[0018]圖2是本實用新型X型開敞式全斷面隧道掘進機的護盾系統的結構示意圖。
[0019]圖3是本實用新型X型開敞式全斷面隧道掘進機的外凱組件的結構示意圖。
[0020]圖4是本實用新型X型開敞式全斷面隧道掘進機的後支撐組件的結構示意圖。
[0021]圖5是本實用新型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】
[0022]如圖1至5所示，本實用新型X型開敞式全斷面隧道掘進機，包括驅動系統2和安裝在驅動系統前端的刀盤1，驅動系統2依次與護盾系統3、內凱組件6和後支撐組件7連接，外凱組件5通過推進系統4安裝在內凱組件6上，所述刀盤1、驅動系統2、護盾系統3、內凱組件6和後支撐組件7的中心線在同一條軸線上，刀盤1、驅動系統2、護盾系統3、內凱組件6依次通過螺栓連接。外凱組件5安裝在內凱組件6的滑軌上，並且在推進系統4的作用下，沿內凱組件6具備一定行程的滑動能力。推進系統4的一端與內凱組件6螺栓連接，一端與外凱組件5螺栓連接。內凱組件6的尾端連接後支撐組件7。
[0023]護盾系統2由頂護盾8、側護盾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。側護盾10有兩組分別設置在驅動系統3的左右兩側，其中每組側護盾10—端與頂護盾8連接，另一端通過側護盾伸縮油缸11與中護盾12連接，側護盾10可以在側護盾伸縮油缸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與驅動系統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，不承受掘進機的重量。
[0024]外凱組件5由外凱結構件15、撐靴16、撐靴油缸17、撐靴油缸導向柱18組成，撐靴16通過撐靴油缸17、撐靴油缸導向柱18與外凱結構件15連接，做為一種優選方案，撐靴16有兩組，每組四對，每對兩個，共十六個，外凱結構件15有兩個，每組撐靴16設置在一個外凱結構件15上,每個撐靴均通過兩個撐靴油缸17和一個撐靴導向柱18與外凱結構件15連接，每組四對撐靴16分別設置在外凱結構件15的四角位置且位於外凱結構件15兩條對角線的延長線上，並以外凱結構件15的中心為圓心形成內接於圓的環形空間。撐靴16能夠在撐靴油缸17的作用下沿撐靴油缸導向柱18伸縮一定行程。
[0025]驅動系統3由驅動箱、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上設置有內齒圈，內齒圈與安裝在驅動箱上的小齒輪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設置在內凱組件6上，安全軸27與傳動軸28的連接方式優選為花鍵連接。
[0026]後支撐組件7由後支撐結構件19、後支撐撐靴22、後支撐油缸24、後支撐油缸導向柱21、水平調向油缸20、垂直調向油缸23組成；後支撐結構件19與內凱組件6連接，後支撐撐靴22通過後支撐油缸導向柱21與後支撐結構件19連接，並在後支撐油缸24的作用下具備伸縮運動。水平調向油缸20—端與後支撐結構件19連接，另一端與後支撐撐靴22連接，垂直調向油缸23 —端與後支撐結構件19連接，另一端與後支撐撐靴22連接，做為一種優選方案，垂直調向油缸23數目有兩個設置在後支撐結構件19的左右兩側，水平調向油缸20數目有一個設置在後支撐結構件19的下部，後支撐撐靴22數目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸24和一個撐靴導向柱21分別設置在外凱結構件15的下方兩角位置且位於後支撐結構件19對角線的延長線上，並以後支撐結構件19的中心為圓心形成內接於圓的環形空間。
[0027]內凱組件6為一焊接的矩型截面梁，包括兩段，兩段之間用螺栓連接，內凱組件6的前端與驅動系統2連接，尾端與後支撐組件7連接，內凱組件6截面的四角安裝滑軌，前後兩段內凱組件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。
[0028]本實用新型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4帶動內凱組件6、驅動系統2、護盾系統3和刀盤I實現的。在推進的時候，推進系統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驅動沿撐靴油缸導向柱18滑動並始終與巖壁保持貼緊，後支撐撐靴22通過後支撐油缸24驅動沿後支撐油缸導向柱21縮回，底護盾13通過底護盾伸縮油缸14作用並縮回，然後由驅動系統2帶動刀盤I做迴轉運動，從而完成對掌子面巖石的開挖。當推進系統4伸出一定行程後，底護盾伸縮油缸14伸出，驅動底護盾13與底部巖壁貼緊，後支撐油缸24伸出，驅動後支撐撐靴22與巖壁貼緊，然後撐靴16在撐靴油缸17的作用下縮回，推進系統4縮回，帶動外凱組件5沿內凱組件6向前移動下一個掘進行程的長度，如此循環完成掘進機的不斷向前掘進。
[0029]以上結合附圖對本實用新型的優選實施例做了詳細說明，但本實用新型並不限於上述實施方式，只要在所述領域普通技術人員所具備的知識範圍內，對本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案範圍之內。
【權利要求】
1.一種X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特徵在於:包括驅動系統(2)和安裝在驅動系統前端的刀盤(1)，驅動系統(2)依次與護盾系統(3)、內凱組件(6)和後支撐組件(7)連接，外凱組件(5)通過推進系統(4)安裝在內凱組件(6)上，所述刀盤(I)、驅動系統(2)、護盾系統(3)、內凱組件(6)和後支撐組件(7)的中心線在同一條軸線上；所述外凱組件(5)由外凱結構件(15)、撐靴(16)、撐靴油缸(17)、撐靴油缸導向柱(18)組成，撐靴(16)通過撐靴油缸(17)、撐靴油缸導向柱(18)與外凱結構件(15)連接；所述護盾系統(3)由頂護盾(8)、側護盾(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，側護盾(10)有兩組分別設置在驅動系統(3)的左右兩側，其中每組側護盾(10)一端與頂護盾(8)連接，另一端通過側護盾伸縮油缸(11)與中護盾(12)連接，底護盾(13)通過底護盾伸縮油缸(14)與驅動系統(2)連接。
2.根據權利要求1所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特徵在於:所述撐靴(16)有兩組，每組四對，每對兩個，共十六個，外凱結構件(15)有兩個，每組撐靴(16)設置在一個外凱結構件(15)上，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸(17)和一個撐靴導向柱(18)與外凱結構件(15)連接，每組四對撐靴(16)分別設置在外凱結構件(15)的四角位置且位於外凱結構件(15)兩條對角線的延長線上，並以外凱結構件(15)的中心為圓心形成內接於圓的環形空間。
3.根據權利要求2所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特徵在於:所述撐靴油缸(17)、撐靴油缸導向柱(18)與外凱結構件(15)以球頭形式連接。
4.根據權利要求1所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特徵在於:所述驅動系統(2 )由驅動箱、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)上設置有內齒圈，內齒圈與小齒輪(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)設置在內凱組件(6 )上。
5.根據權利要求1所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特徵在於:所述後支撐組件(7)由後支撐結構件(19)、後支撐撐靴(22)、後支撐油缸(24)、後支撐油缸導向柱(21)、水平調向油缸(20)、垂直調向油缸(23)組成；後支撐結構件(19)與內凱組件(6)連接，後支撐撐靴(22)通過後支撐油缸導向柱(21)與後支撐結構件(19)連接，水平調向油缸(20)一端與後支撐結構件(19)連接，另一端與後支撐撐靴(22)連接，垂直調向油缸(23)—端與後支撐結構件(19)連接，另一端與後支撐撐靴(22)連接。
6.根據權利要求5所述的X型開敞式全斷面隧道掘進機，其特徵在於:所述垂直調向油缸(23)數目有兩個設置在後支撐結構件(19)的左右兩側，水平調向油缸(20)數目有一個設置在後支撐結構件(19)的下部，後支撐撐靴(22)數目有四個，每個撐靴均通過兩個撐靴油缸(24)和一個撐靴導向柱(21)分別設置在外凱結構件(15)的下方兩角位置且位於後支撐結構件(19)對角線的延長線上，並以後支撐結構件(19)的中心為圓心形成內接於圓的環形空間。
【文檔編號】E21D9/06GK203822312SQ201420096815
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】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