CN104763438B - 绳锯式掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了绳锯式掘进机，包括相互独立但配套使用的钻孔机构、锯割机构，掘进机还包括拱顶成型机构；拱顶成型机构主要由拱顶成型机架和锯片组组成，锯片组主要由传动轴和同轴穿装在传动轴上的多个锯片组成，传动轴上具有从动轮，锯片组通过轴承装配在高度能够调节的升降支架上，该升降支架装配在拱顶成型机架上，升降支架和/或拱顶成型机架上布置有驱动锯片组做功的传动电机。本发明以钻孔机构在岩体打孔，绳锯机构在岩体对应孔内纵向、竖向锯割，用拱顶成型机构打磨坑隧道顶部，本机构切割出较完整岩块的同时对坑隧道顶部进行拱顶处理，用电气控制，自动性、灵活性高，各机构依次工作、严密配合，效率更高、功能完善、安全可靠。

Description

绳锯式掘进机

技术领域

本发明涉及坑洞隧道掘进机，具体是绳锯式掘进机。

背景技术

在坑道或隧道掘进工程中，常使用一种掘进机，现有的一种绳锯式坑隧道掘进机（授权公告日：2014-07-09，授权公告号：CN203702161 U），这种掘进机包括独立的且配套使用的钻孔机构、锯割机构，采用机械掘进，成本低廉，适宜小型坑隧道的掘进开挖，挖出的岩体也能再次利用，但该掘进机挖出的坑隧道为平顶坑道，平顶中线应力集中，容易造成坍方。

人类在生产实践中得出的经验所知，拱形顶结构能把受到的压力分解成向下的压力和向外的推力，从而比较均匀地传递到相对稳固的侧壁，使隧道更坚固和安全，所以现有的隧道都需建造成拱形顶，鉴于此技术要求，该掘进机则却无法实现这个功能，此外，该掘进机打孔和锯割效率不够高，难以满足施工需要，而且施工时，需要人工不断推动整机移动，自动性灵活性也不强。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述技术问题的不足，提供了具有拱顶成型功能的绳锯式掘进机，其掘进效率高、操作方便、安全可靠、综合性能优于现有技术的掘进机。

本发明的技术方案是：绳锯式掘进机，包括相互独立但配套使用的钻孔机构、锯割机构，所述掘进机还包括拱顶成型机构；所述拱顶成型机构主要由拱顶成型机架和锯片组组成，所述锯片组主要由传动轴和同轴穿装在传动轴上的多个锯片组成，传动轴上具有从动轮，锯片组通过轴承装配在高度能够调节的升降支架上，该升降支架装配在拱顶成型机架上，所述升降支架和/或拱顶成型机架上布置有驱动锯片组做功的传动电机。

进一步的：所述升降支架通过导轨副和下部所连接的平移传动机构装配在拱顶成型机架上，在平移传动机构的控制下，升降支架能够在拱顶成型机架上产生位移。

进一步的：所述拱顶成型机架上设有风镐。

进一步的：所述风镐通过两支调整气缸布置在锯片组的后侧，所述风镐分别铰接在两支调整气缸上，所述两支调整气缸布置在同一架体上，该调整气缸的架体通过平移机构装配在拱顶成型机架上。

进一步的：所述风镐下方的拱顶成型机架上设有碎料斗和带式输送机，所述带式输送机的前端延伸进碎料斗底部、后端延伸出拱顶成型机架。

进一步的：所述钻孔机构的钻孔机架后端面上布置有多个中间齿轮，这些中间齿轮以滑槽方式布置于钻孔机架的后端面上，所述中间齿轮用于调整并导向钻孔机架上推进电机和各钻杆的调节丝杆之间的传动链。

进一步的：所述钻孔机构的各钻杆上具有注水孔，各钻杆上的注水孔通过水管连接于钻孔机架上所布置的供水总汇上。

进一步的：所述锯割机构的进给臂上布置有至少一个张紧轮，所述进给臂上的张紧轮用于支撑、张紧切割绳。

本发明的有益效果是：1、本掘进机同样利用绳锯机的原理，在现有技术的基础上设计出相互独立且配套使用的钻孔机构、锯割机构和拱顶成型机构，以钻孔机构在岩体上打孔，锯割机构根据对应的孔在岩体上依次进行纵向和竖向锯割，将选定区域的岩体整块切掉后形成平顶的坑隧道，而挖出的岩块可以重复利用，如铺设路基；2、在初步成型的平顶坑隧道内利用可升降的拱顶成型机打磨出平滑的拱顶结构，打磨的同时，风镐对岩体进行打击破碎，风镐的高度和角度可调，更实用，二者结合，效率高；3、掘进机的3个机构依次工作、严密配合、使用方便，相比现有技术，本发明的效率更高，功能更完善；采用电气控制，自动性和灵活性高、安全可靠，结构简单、操作方便，适宜坑隧道挖掘工作，具有较高的推广价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中钻孔机构的一种结构示意图（未画出外壳和链条）；

图2是本发明中锯割机构的一种结构示意图（未画出外壳和切割绳）；

图3是本发明中拱顶成型机构的一种结构示意图（未画出外壳）；

图中代号含义：101—钻孔机架；102—轨道；103—行走轮；104—进给电机；105—底座；106—进给丝杆；107—进给滑座；108—供水接口；109—钻杆；110—伸缩座；111—钻头；112—传动轮；113—传动带；114—电机安装座；115—从动齿轮；116—主动齿轮；117—推进电机；118—中间齿轮；119—供水总汇；120—调整杆；121—蜗轮蜗杆减速机；201—锯割机架；202—轨道；203—行走轮；204—进给臂；205—导向轮；206—张紧轮；207—第一切割轮；208—第二切割轮；209—调整杆；210—伸缩座；211—角轮；212—主绳轮；213—驱动电机；214—中间张紧轮；215—供水总汇；216—蜗轮蜗杆减速机；301—拱顶成型机架；302—行走轮；303—平移导轨；304—平移传动机构；305—平移底座；306—锯片组；307—传动轴；308—传动电机；309—传动带；310—传动轮；311—升降支架；312—输送带；313—风镐；314—碎料斗；315—角度调整机构；316—平移机构；317—上滑轮；318—空压机；319—滚轮；320—蜗轮蜗杆减速机。

具体实施方式

本发明包括相互独立的钻孔机构、绳锯机构和拱顶成型机构，三个机构依序配套使用。

参见图1：本发明的钻孔机构主要由钻孔机架101、钻进子机构、主动齿轮116、电机和控制柜构成。

其中，钻进子机构、主链轮和电机设置在钻孔机架101上，钻孔机架101上各电机由控制柜控制；所述钻孔机架101为角钢、槽钢等钢件焊接而成的框形方体结构，钻孔机架101表面包覆有铁皮等材料制成的封装外壳，钻孔机架101朝向钻进岩体的面为前面；在钻孔机架101的底部设有四个行走轮103，用于钻进过程中移动，四个行走轮103套装在轨道上；在钻孔机架101上设置有供水总汇119，为各钻进子机构提供水源。

每个钻进子机构由钻杆109、伸缩座110、调整杆120和进给丝杆106构成，伸缩座110是2根螺纹伸缩筒（类似口红的旋转螺纹伸缩筒），伸缩座110、调整杆120和进给丝杆106合围呈“口”字，其中钻杆109自后端向前端的部件依次是后端端部的供水接口108和进给滑座107、中部套装的传动轮112、轴承座和前端的钻头111，钻杆109为中空，方便从供水接口108补给降温水源，各钻杆109上的供水接口108通过水管连接于钻孔机架101上所布置的供水总汇119上。上述的2根伸缩筒具有连接的中心螺杆和伸缩杆，伸缩杆外套装一个伸缩套筒，伸缩套筒固定在钻孔机架101内侧；2根伸缩筒为平行状，其中心螺杆内端通过轴承座固定连接在钻孔机架101内，外端的伸缩杆延伸出钻孔机架101，在中心螺杆突出轴承座的部分设有斜齿轮，本实施例中以45度斜齿轮为例。调整杆120的两端上也设有斜齿轮并通过轴承座固定于钻孔机架101内的前、后方向上，该斜齿轮与中心螺杆上的斜齿轮啮合连接，此时，可根据最终钻取坑隧道的大小需要，对调整杆120进行旋转，旋转时将带动中心螺杆旋转，而伸缩筒将实现伸缩功能，则调整了钻进子机构的伸缩延展宽度，所述的伸缩座110上的螺纹伸缩筒也可采用液压伸缩座等具有伸缩功能的机构。上述进给丝杆106为螺纹杆，进给丝杆106上以丝扣方式套装钻杆109的进给滑座107，进给丝杆106后端具有一个从动齿轮115，进给丝杆106套装在有一个U型底座105凹槽内，底座105的两端与机架上的2根伸缩筒的外端部连接，底座105背面上设置有电机安装座114，电机安装座114上安装有进给电机104，进给电机104的输出轮与钻杆109上套装的传动轮112之间通过传动带113连接传动；在底座105的前端连接一个轴承座供钻杆109插装其中，而钻杆109的端部又与进给丝杆106上的进给滑座107连接，两点固定钻杆109，同时进给丝杆106旋转带动进给滑座107进而控制钻杆109的移动。前述结构的6个钻进子机构结构完全相同，用于岩体打孔时，能同时打出6个孔，效率高，从而方便绳锯锯割。

钻孔机构的主动齿轮116设在钻孔机架101上的推进电机117输出轴上，并延伸突出钻孔机架101后侧，在对应的钻孔机架101后侧面还设有多个水平或竖直的滑槽，滑槽中设有中间齿轮118，本实施例中，滑槽水平、对称设置在机架上，左右各两个，在主动齿轮116和上述的6个从动齿轮115及中间齿轮118上绕套有链条，在主动齿轮116的控制带动下调节钻杆109的前进、后退，并且能通过中间齿轮118的移动来调节链条的张紧度。

为方便钻孔在钻孔机架101上还设有多个电机，包括前述的每个钻进子机构上对应设置的进给电机104，还包括整机行走电机和蜗轮蜗杆减速机121，整机行走电机为钻孔机架101在轨道102上的移动提供动力源，控制其前后滑动，钻孔时，整机可自动朝向岩体推进，避免人靠近带来安全隐患，并能加快钻孔。机架内的蜗轮蜗杆减速机121使整机行驶到合适的位置并开始钻孔时能起到自锁功能，避免机架在钻孔时受到岩体的反作用力而在轨道上向后侧滑动。

参见图2，本发明的绳锯机构主要由切割进给子机构、绳子张紧子机构、驱动电机213、切割绳、控制柜和锯割机架201构成。

其中，切割进给子机构、绳子张紧子机构、切割绳和驱动电机213设置在机架上，锯割机架201上的电机启闭由控制柜控制；所述锯割机架201为角钢、槽钢等钢件焊接而成的框形方体结构，锯割机架201表面包覆有铁皮等材料制成的封装外壳，根据使用要求，锯割机架201朝向钻进岩体的面为前面；在锯割机架201的底部设有四个行走轮203，用于钻进过程中移动，四个行走轮203装配在轨道202上；在锯割机架201上设置有供水总汇215，为锯绳提供水源。

切割进给子机构为6个，对称设置在锯割机架201前、后方向上，右、各3个，6个机构自机架内部向外呈发散状布置。每个切割进给子机构由进给臂204、伸缩座210和调整杆209构成，伸缩座210是2根平行的螺纹伸缩筒（类似口红的旋转螺纹伸缩筒），伸缩座210、调整杆209和进给臂204的后端合围呈“口”字。上述的2根伸缩筒具有连接的中心螺杆和伸缩杆，伸缩杆外套装一个伸缩套筒，伸缩套筒固定在锯割机架201内侧；2根伸缩筒为平行状，其中心螺杆内端通过轴承座固定连接在锯割机架201内，外端的伸缩杆延伸出机架201，在中心螺杆突出轴承座的部分设有斜齿轮，本实施例中以45度斜齿轮为例。调整杆209的两端上也设有斜齿轮并通过轴承座固定于锯割机架201内的前、后方向上，该斜齿轮与中心螺杆上的斜齿轮啮合连接，此时，对连杆进行旋转，将进一步带动伸缩筒螺杆的旋转，而伸缩筒将实现伸缩功能，则对应的调整了切割子机构的伸缩延展宽度，使进给臂204前端与钻孔对齐，所述的伸缩座210上的螺纹伸缩筒也可采用液压伸缩座等具有伸缩功能的机构。进给臂204上设有导向轮205、竖直的第一切割轮207和水平的第二切割轮208，导向轮205通过轮架活动装配在进给臂204的后端并能作周向旋转；进给臂204上布置有至少一个张紧轮206，用于支撑、张紧切割绳。第一切割轮207和第二切割轮208通过转轴连接在进给臂204的前端，第一切割轮207和第二切割轮208所在的平面相互垂直。在实际锯割过程中，机架201上左、右两侧的切割进给子机构中间的两个进给臂204前端只需要设置水平的切割轮即可饶套锯绳并满足使用。

绳子张紧子机构主要由设在机架201后侧的多个多层或单层的角轮211和中间张紧轮214，中间张紧轮214装配在机架201后侧上的横向或竖向滑槽中，角轮211固定在机架201上，角轮211和张紧轮214的主要作用是张紧切割绳。

驱动电机213安装在锯割机架201内部，其输出轴延伸出锯割机架201的后侧，输出轴上设有至少3层的多层主绳轮212，主绳轮212与绳子张紧子机构的张紧轮214和切割进给子机构的导向轮205处于同一侧面。

切割绳饶套在主绳轮212、绳子张紧机构的中间张紧轮214、角轮211和切割进给子机构的导向轮205、第一切割轮207、第二切割轮208，通过调节张紧轮214的使切割绳张紧，在驱动电机213的作用下，主绳轮212带动切割绳在上述各轮传动并切割。切割绳在各轮上饶套连接方式根据施工要求合理灵活调节， 6个切割进给子机构可形成6条锯割线，大幅提高工程效率，也可仅使用两个或三个切割子机构进行锯割，但是效率较低。

为方便锯割在机架上还设有整机行走电机和蜗轮蜗杆减速机216，整机行走电机为整机在轨道上的移动提供电源，控制其前后滑动，在锯割时，整机可自动朝向岩体推进，避免人靠近带来安全隐患，并且能加快锯割。在锯割机架201内还设有蜗轮蜗杆减速机216，在割机架201行驶到合适的位置并开始锯割时，该蜗轮蜗杆减速机216能起到自锁功能，从而避免机架在锯割时受到岩体的反作用力而在轨道上向后侧滑动。

参见图3，本发明的拱顶成型机构主要包括拱顶成型机和风镐破碎机构。拱顶成型机和风镐破碎机构设置在拱顶成型机架301上，所述拱顶成型机架301为角钢、槽钢等钢件焊接而成的框形方体结构，拱顶成型机架301分为左、右两部分，分别是左侧的拱顶成型机构和右侧的风镐破碎机构，根据使用要求，拱顶成型机架301朝向钻进岩体的面为前面,底部设有四个行走轮302，方便前、后移动。

拱顶成型机包括切割锯片组306、传动电机308、升降支架311，升降支架311为4根螺纹旋转伸缩杆构成的竖直方向伸缩的方形架体，所述的升降支架311也可采用液压伸缩座等具有伸缩功能的机构；锯片组306由多个圆形的金刚石锯片重叠穿装于传动轴307上，传动轴307的两端通过轴承座固定支撑在升降支架311的上方，传动轴307的一端设有传动轮310，传动轮310由传动电机308的输出轴通过传动带309连接带动，在升降支架311的下方是一个平移底座305，底座305的下底面设有滚轮319，滚轮319在拱顶成型机架301底部上表面的两条左、右方向设置的平移导轨303上滑动，底座305由平移传动机构304控制其平移动作，平移传动机构304是两台蜗轮蜗杆减速机及连接的螺杆，即由涡轮蜗杆减速电机控制其左、右移动，并能在指定位置自锁，为使切割时锯片组306更加稳定，在升降支架311上部、与拱顶成型机架301结合处可以设置上滑轮317，上滑轮317在拱顶成型机架301顶部下表面的轨道上滑动，可防止底座位置因震颤偏转，方便锯割。

风镐破碎机构设置在拱顶成型机架301上、拱顶成型机的旁侧，包括风镐313、空压机318和输送装置。风镐313具有平移机构316和角度调整机构315，能实现高度、角度调节和平移功能，具体的，角度调整机构315包括两只平行、竖直的气缸和装配气缸的“工”字架体，风镐313的中部和尾部分别铰接在两只调整气缸的活塞杆上，风镐头朝向锯片组306，风镐313在两只调整气缸的作用下可以实现高度调整，在其中一个活塞杆上设有一个水平方向的气缸并与风镐313连接，使风镐头得以角度摆动，风镐313和气缸的动力源来源于拱顶成型机架301上设置的空压机318，促成机械运动。

上述平移机构316固定连接设置在拱顶成型机架301的后侧面，平移机构316是水平、平行的滑杆和螺纹杆，螺纹杆的一端与蜗轮蜗杆减速机320连接并实现旋转功能；两根杆件上套装在角度调整机构315的“工”字架体上，两根杆件插装在该部件的中并以高度方向排列，使“工”字架体可在滑杆和螺纹杆上同步滑动；此时，调节气缸和减速机的启闭，可以实现风镐313高度调整和水平移动，根据需要自动进行破碎动作。

为方便接收和运送风镐313击碎的岩石，在风镐镐头的正下方设有一个碎料斗314，用来收集碎石，碎料斗314的下方还有一个输送带312，输送带312设置在机架后侧并延伸出拱顶成型机架301，输送带312前、后方向输送，输送带312由拱顶成型机架301上设置的电机带动传输，可将风镐313击碎的石块运出。

下面就本发明的工作过程作如下简述，在隧道工程掘进时，利用钻孔机构在岩体上打出六个孔，然后将锯割机构的进给臂204与打好的孔对齐，饶套切割绳并张紧，启动电机，可锯割相邻孔之间的岩体，岩体上形成周向封闭的切割轨迹，然后调整切割绳的方向，可将整个岩体整体切下，切下的岩块大致为方体，切面平整，可以作为铺设路基之用，然后对坑隧道的平顶部进行拱顶成型处理，将拱顶成型机构移动在指定位置，开启电源，即可实施动作，同时配合风镐击碎岩石，效率更高。

Claims (8)

1. 绳锯式掘进机，包括相互独立但配套使用的钻孔机构（1）、锯割机构（2），其特征在于：所述掘进机还包括拱顶成型机构（3）；所述拱顶成型机构（3）主要由拱顶成型机架（301）和锯片组（306）组成，所述锯片组（306）主要由传动轴（307）和同轴穿装在传动轴（307）上的多个锯片组成，传动轴（307）上具有从动轮，锯片组（306）通过轴承装配在高度能够调节的升降支架（311）上，该升降支架（311）装配在拱顶成型机架（301）上，所述升降支架（311）和/或拱顶成型机架（301）上布置有驱动锯片组（306）做功的传动电机（308）。

2. 根据权利要求1所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述升降支架（311）通过导轨副和下部所连接的平移传动机构（304）装配在拱顶成型机架（301）上，在平移传动机构（304）的控制下，升降支架（311）能够在拱顶成型机架（301）上产生位移。

3. 根据权利要求1或2所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述拱顶成型机架（301）上设有风镐（313）。

4.根据权利要求3所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述风镐（313）通过两支调整气缸（315）布置在锯片组（306）的后侧，所述风镐（313）分别铰接在两支调整气缸（315）上，所述两支调整气缸（315）布置在同一架体上，该调整气缸的架体通过平移机构（316）装配在拱顶成型机架（301）上。

5.根据权利要求3所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述风镐（313）下方的拱顶成型机架（301）上设有碎料斗（314）和带式输送机（312），所述带式输送机（312）的前端延伸进碎料斗（314）底部、后端延伸出拱顶成型机架（301）。

6. 根据权利要求1所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述钻孔机构（1）的钻孔机架（101）后端面上布置有多个中间齿轮（118），这些中间齿轮（118）以滑槽方式布置于钻孔机架（101）的后端面上，所述中间齿轮（118）用于调整并导向钻孔机架（101）上推进电机（117）和各钻杆（109）的调节丝杆（106）之间的传动链。

7.根据权利要求6所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述钻孔机构（1）的各钻杆（109）上具有注水孔，各钻杆（109）上的注水孔通过水管连接于钻孔机架（101）上所布置的供水总汇（119）上。

8. 根据权利要求1所述绳锯式掘进机，其特征在于：所述锯割机构（2）的进给臂（204）上布置有至少一个张紧轮（206），所述进给臂（204）上的张紧轮（206）用于支撑、张紧切割绳。