CN110173273B - 一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道掘进设备领域，具体说是一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机，包括一级回转升降组件，所述一级回转升降组件相对掘进机本体实现左右回转和上下俯仰动作；二级回转升降组件，所述二级回转升降组件相对一级回转升降组件实现左右回转和上下俯仰动作；截割动力机构，截割动力机构固定设置于二级回转升降机构上；截割梁，用于传递截割动力机构的动力；截割头，所述截割头由截割动力机构通过截割梁带动旋转；本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机，实现了大断面隧道上下、左右各个角度的自平衡一次性截割，打破了目前隧道施工中通过上下台阶法、通过设备移机进行作业的技术壁垒，提高了硬岩掘进的截割掘进效率。

Description

一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机

技术领域

本发明涉及隧道掘进设备领域，具体说是一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机。

背景技术

随着国家基础设施建设力度进一步加大和川藏铁路的开工建设，隧道机械式开挖在工程建设中占有相当大的比重，其中也不乏硬岩大断面隧道的存在。目前，针对硬岩隧道施工主要采用的是盾构机或硬岩TBM进行，这种设备对于不同断面隧道应用的灵活性就比较差，而悬臂掘进机对不同断面隧道的适应能力较强，但主要适用于软岩隧道，对硬岩的截割能力较差。针对不同断面的硬岩隧道，为提高设备的适应能力和重复利用，采用硬岩滚刀配合自平衡功能的伸缩截割臂来解决这种复杂问题，显得尤为重要。

硬岩、大断面是目前隧道截割中两大重要难点。因目前隧道施工中大断面隧道一般采用上下台阶法进行施工，虽然开挖工作也能进行，但是上下台阶交替开挖，严重影响施工开挖效率和工程进度；对硬岩隧道，TBM灵活性和重复利用性不强，爆破式开挖对环境和生态影响较大。因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于克服背景技术中所描述的缺陷，从而实现一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机，实现了大断面隧道上下、左右各个角度的自平衡一次性截割，双层自平衡伸缩截割臂前端探出较长，有效避免了截割落石对设备和施工人员造成的危险，极大提高了设备和作业人员的安全性。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂，包括一级回转升降组件，所述一级回转升降组件设置于掘进机本体的前端，所述一级回转升降组件相对掘进机本体实现左右回转和上下俯仰动作；二级回转升降组件，所述二级回转组件设置于一级回转升降组件上，所述二级回转升降组件相对一级回转升降组件实现左右回转和上下俯仰动作；截割动力机构，截割动力机构固定设置于二级回转升降机构上；截割梁，用于传递截割动力机构的动力；以及截割头，所述截割头由截割动力机构通过截割梁带动旋转。

进一步地，所述一级回转升降组件包括一级回转机构、截割架和截割架升降油缸，所述一级回转机构回转固定设置于掘进机本体前端，所述截割架后部铰接设置于一级回转机构上，所述截割架升降油缸的一端铰接设置于一级回转机构上，截割架升降油缸的另一端铰接设置于截割架前部。

进一步地，所述一级回转机构包括一级回转台和截割架回转油缸，所述截割架回转油缸一端固定设置于掘进机本体上，截割架回转油缸另一端与一级回转台侧部铰接，截割架回转油缸的伸缩带动一级回转台回转动作。

进一步地，所述二级回转升降组件包括二级回转机构、摆动座、摆动座升降油缸，所述二级回转机构回转固定设置于一级回转升降组件上，所述摆动座后部铰接设置于二级回转机构上，所述摆动座升降油缸一端铰接设置于二级回转机构上，摆动座升降油缸的另一端铰接设置于摆动座前部。

进一步地，所述二级回转机构包括二级回转台和摆动座回转油缸，所述摆动座回转油缸一端固定设置于一级回转升降组件上，摆动座回转油缸另一端与二级回转台侧部铰接，摆动座回转油缸的伸缩带动二级回转台回转动作。

进一步地，所述摆动座包括摆动座体和滑动套筒，所述滑动套筒可伸缩套接设置于摆动座体内，所述滑动套筒和摆动座体之间设置滑动油缸，截割动力机构设置于所述滑动套筒上。

进一步地，所述截割动力机构包括截割电机和截割减速机，截割电机通过截割减速机带动截割梁内的截割主轴旋转。

进一步地，截割头上设置有滚刀，在硬岩隧道截割开挖时，采用悬臂掘进机截割头上布置硬岩滚刀对岩石进行破岩，根据滚刀破岩机理，当处于工作状态的硬岩滚刀与岩面处于垂直状态时受力最好，破岩效率最高，所以采用一级回转台和二级回转台，摆动座升降油缸和截割架升降油缸，来实现摆动座、截割架的上下、左右角度调节和截割头的平衡作业。

另外，本发明还公开了一种悬臂掘进机，包括掘进机本体，所述掘进机本体前端设置有上述任一项所述的硬岩双层自平衡伸缩截割臂。

进一步地，所述掘进机本体底部设置有行走部，所述掘进机本体前端下部设置有铲板部，所述掘进机本体后侧设置有输送机，所述行走部后侧的掘进机本体上还设置有后支撑。

本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机的工作原理：

一级回转台通过回转支撑固定于掘进机本体上，通过截割架回转油缸的伸缩来调节截割架的摆动方向，截割架通过截割架升降油缸的伸缩来调节截割架的上仰和下俯角度；二级回转台通过下方回转支撑和截割架进行连接，通过摆动座回转油缸的伸缩来实现二级回转台和摆动座的左右方向的摆动，摆动座通过摆动座升降油缸伸缩直接控制摆动座绕摆动座连接销轴做上仰或下俯动作；本截割臂和掘进机采用一级回转台和二级回转台、摆动座升降油缸和截割架升降油缸的配合，来实现摆动座、截割架的上下、左右角度调节和截割头的平衡作业，使截割头滚刀与岩面可以始终处于垂直状态，提高破岩效率；摆动座的滑动套筒内部装有有截割电机，前端安装有截割减速机，截割梁安装于截割减速机的前端，通过其内部的截割主轴和前端截割头形成一个整体结构，在滑动油缸的伸缩状态下，实现截割头和截割梁的伸缩控制，设备截割臂的这种伸缩功能，在截割作业的过程中，可实现设备不动，对隧道岩面进行二次截割。

本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机的有益效果：

1.本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机，克服了硬岩地质截割问题，自平衡伸缩截割臂实现了大断面隧道上下、左右各个角度的自平衡一次性截割，打破了目前隧道施工中通过上下台阶法、通过设备移机进行作业的技术壁垒，极大地提高了硬岩掘进的截割掘进效率。

2.本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机，双层自平衡伸缩截割臂前端探出较长，有效避免了截割落石对设备和施工人员造成的危险，极大提高了设备和作业人员的安全性。

3.本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机，在滑动油缸的伸缩状态下，可实现截割头和截割梁的伸缩控制，设备截割臂的这种伸缩功能，在截割作业的过程中，可实现设备不动，对隧道岩面进行二次截割，，减少了隧道内频繁移机的次数，进一步提高了截割效率。

附图说明

图1是本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机的滑动套筒伸出时的结构示意图；

图2是本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机的滑动套筒缩回时的结构示意图的结构示意图；

图3是本发明的悬臂掘进机截割大断面上部分岩石时的工作状态示意图；

图4是本发明的悬臂掘进机对大高度隧道顶部扫边截割时的工作状态示意图；

图5是本发明的悬臂掘进机对小高度隧道顶部扫边截割时的工作状态示意图；

图6是本发明的悬臂掘进机对隧道进行扫底截割时的工作状态示意图；

图7是本发明的悬臂掘进机左右截割作业时的工作状态俯视示意图之一；

图8是本发明的悬臂掘进机左右截割作业时的工作状态俯视示意图之二。

图中：1-一级回转升降组件，101-一级回转机构，111-一级回转台，112-截割架回转油缸，102-截割架，103-截割架升降油缸，2-二级回转组件，201-二级回转机构，211-二级回转台，212-摆动座回转油缸，202-摆动座，221-摆动座体，222-滑动套筒，223-滑动油缸，203-摆动座升降油缸，3-截割动力机构，4-截割梁，5-截割头，6-掘进机本体，7-行走部，8-铲板部，9-输送机，10-后支撑。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本发明的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机做更加详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

参见图1-2，本实施例的硬岩双层自平衡伸缩截割臂，包括一级回转升降组件1、二级回转组件2、截割动力机构3、截割梁4和截割头5，所述一级回转升降组件1设置于掘进机本体6的前端，所述一级回转升降组件1相对掘进机本体6实现左右回转和上下俯仰动作，所述一级回转升降组件1包括一级回转机构101、截割架102和截割架升降油缸103，所述一级回转机构101回转固定设置于掘进机本体6前端，所述截割架102后部铰接设置于一级回转机构101上，所述截割架升降油缸103的一端铰接设置于一级回转机构101上，截割架升降油缸103的另一端铰接设置于截割架102前部；

所述二级回转组件2设置于一级回转升降组件1上，所述二级回转升降组件2相对一级回转升降组件1实现左右回转和上下俯仰动作，所述二级回转升降组件2包括二级回转机构201、摆动座202、摆动座升降油缸203，所述二级回转机构201回转固定设置于截割架102上，所述摆动座202后部铰接设置于二级回转机构201上，所述摆动座升降油缸203一端铰接设置于二级回转机构201上，摆动座升降油缸203的另一端铰接设置于摆动座202前部；所述摆动座202包括摆动座体221和滑动套筒222，所述滑动套筒222可伸缩套接设置于摆动座体221内，所述滑动套筒222和摆动座体221之间设置滑动油缸223，截割动力机构3设置于所述滑动套筒222上。

所述截割动力机构包括截割电机和截割减速机，截割电机设置于所述滑动套筒222内，截割减速机设置于滑动套筒222前端，截割电机通过截割减速机带动截割梁4内的截割主轴旋转；所述截割梁4用于传递截割动力机构的动力；所述截割头5由截割动力机构3通过截割梁4带动旋转。

所述一级回转机构101包括一级回转台111和截割架回转油缸112，所述截割架回转油缸112一端固定设置于掘进机本体6上，截割架回转油缸112另一端与一级回转台111侧部铰接，截割架回转油缸112的伸缩带动一级回转台111回转动作；所述二级回转机构201包括二级回转台211和摆动座回转油缸212，所述摆动座回转油缸212一端固定设置于截割架102上，摆动座回转油缸212另一端与二级回转台211侧部铰接，摆动座回转油缸212的伸缩带动二级回转台211回转动作。

为了更加快速的实现破岩，截割头5上设置有滚刀，在硬岩隧道截割开挖时，采用悬臂掘进机截割头5上布置硬岩滚刀对岩石进行破岩，根据滚刀破岩机理，当处于工作状态的硬岩滚刀与岩面处于垂直状态时受力最好，破岩效率最高，所以采用一级回转台111和二级回转台211，摆动座升降油缸203和截割架升降油缸103，来实现摆动座202、截割架102的上下、左右角度调节和截割头5的平衡作业。

另外，本实施例还公开了一种悬臂掘进机，包括掘进机本体6，所述掘进机本体6前端设置有上述的硬岩双层自平衡伸缩截割臂，所述掘进机本体6底部设置有行走部7，所述掘进机本体6前端下部设置有铲板部8，所述掘进机本体6后侧设置有输送机9，所述行走部7后侧的掘进机本体6上还设置有后支撑10。

本实施例的硬岩双层自平衡伸缩截割臂及悬臂掘进机的工作过程：

参见图3，当需要截割大断面上部分岩石时，通过截割架升降油缸103的伸长来调节截割架102的上仰，为保证硬岩截割滚刀与岩面的正向截割，摆动座升降油缸203收缩，进而调平摆动座202及前端的截割臂，确保截割部与岩面垂直截割。

参见图4-5，当需要对隧道顶部进行扫边截割时，可根据隧道高度尺寸按照图4或图5对截割臂进行自平衡状态调节，图4工况适合隧道高度较高，图5工况适合隧道高度较低，进而保证大断面隧道高度方向截割工作的一次性完成，避免了目前上下台阶法施工中效率低下，开挖缓慢的状况。

参见图6，当需要对隧道进行扫底截割时，可对设备按照图6所示状态进行自平衡调节，确保设备能够适用于隧道断面的清根作业。

参见图7-8，当设备进行左右截割作业时，利用一、二级回转机构的回转油缸对相关部件进行调节，调至适用于隧道内的具体环境进行工作。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中如使用“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种硬岩双层自平衡伸缩截割臂，其特征在于：包括

一级回转升降组件，所述一级回转升降组件设置于掘进机本体的前端，所述一级回转升降组件相对掘进机本体实现左右回转和上下俯仰动作；

二级回转升降组件，所述二级回转升降组件设置于一级回转升降组件上，所述二级回转升降组件相对一级回转升降组件实现左右回转和上下俯仰动作；

所述一级回转升降组件包括一级回转机构、截割架和截割架升降油缸，所述一级回转机构回转固定设置于掘进机本体前端，所述截割架后部铰接设置于一级回转机构上，所述截割架升降油缸的一端铰接设置于一级回转机构上，截割架升降油缸的另一端铰接设置于截割架前部；

所述一级回转机构包括一级回转台和截割架回转油缸，所述截割架回转油缸一端固定设置于掘进机本体上，截割架回转油缸另一端与一级回转台侧部铰接，截割架回转油缸的伸缩带动一级回转台回转动作；

所述二级回转升降组件包括二级回转机构、摆动座、摆动座升降油缸，所述二级回转机构回转固定设置于一级回转升降组件上，所述摆动座后部铰接设置于二级回转机构上，所述摆动座升降油缸一端铰接设置于二级回转机构上，摆动座升降油缸的另一端铰接设置于摆动座前部；

所述二级回转机构包括二级回转台和摆动座回转油缸，所述摆动座回转油缸一端固定设置于一级回转升降组件上，摆动座回转油缸另一端与二级回转台侧部铰接，摆动座回转油缸的伸缩带动二级回转台回转动作；

截割动力机构，截割动力机构固定设置于二级回转升降机构上；

截割梁，用于传递截割动力机构的动力；以及

截割头，所述截割头由截割动力机构通过截割梁带动旋转。

2.根据权利要求1所述的硬岩双层自平衡伸缩截割臂，其特征在于：所述摆动座包括摆动座体和滑动套筒，所述滑动套筒可伸缩套接设置于摆动座体内，所述滑动套筒和摆动座体之间设置滑动油缸，截割动力机构设置于所述滑动套筒上。

3.根据权利要求1或2所述的硬岩双层自平衡伸缩截割臂，其特征在于：所述截割动力机构包括截割电机和截割减速机，截割电机通过截割减速机带动截割梁内的截割主轴旋转。

4.根据权利要求3所述的硬岩双层自平衡伸缩截割臂，其特征在于：截割头上设置有滚刀。

5.一种悬臂掘进机，包括掘进机本体，其特征在于：所述掘进机本体前端设置有如权利要求1-4任一项权利要求所述的硬岩双层自平衡伸缩截割臂。

6.根据权利要求5所述的悬臂掘进机，其特征在于：所述掘进机本体底部设置有行走部，所述掘进机本体前端下部设置有铲板部，所述掘进机本体后侧设置有输送机，所述行走部后侧的掘进机本体上还设置有后支撑。