[发明专利]X型开敞式全断面隧道掘进机

说明书

技术领域

 本发明涉及一种开敞式全断面隧道掘进机，尤其是X型开敞式全断面隧道掘进机。

背景技术

全断面隧道掘进机（TBM）是一种集机械、电子、液压、激光等技术于一体的大型隧道掘进装备，在山岭隧道及城市地铁的建设中发挥着重要作用。开敞式全断面隧道掘进机主要由刀盘、护盾、驱动组件、主梁、推进及支撑系统和其他辅助系统等结构组成。掘进机的工作原理为在推进油缸的推力作用下，通过刀盘旋转，对掌子面的岩壁进行破碎开挖。传统的开敞式全断面隧道掘进机，只有一对撑靴系统，在掘进机工作的时候，第一，由撑靴系统和护盾系统的底护盾作为掘进机的两个支点，承担掘进机的重力，且两个支点缺一不可，当遇到软弱破碎围岩或者岩壁出现塌腔时，必须采取注浆加固或者其他特殊处理办法，才能使掘进机顺利掘进；第二，其撑靴系统的撑靴板数量较少，支撑面积有限，对围岩的适应范围较窄，工作的时候，撑靴板必须全部到位，灵活度较差；第三，由于掘进机的重心靠前，当底护盾支撑位置的围岩强度较弱时，不足以承担掘进机的重力，容易引起掘进机在掘进的时候产生下沉倾向，造成整机频繁纠偏甚至纠偏困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中的第一，掘进机需要撑靴系统和护盾系统同时作为掘进机的两个支点，第二，撑靴系统的撑靴板数量较少支撑面积有限，灵活度较差，第三，掘进机的重心靠前，不足以抵抗掘进机的重力，容易引起掘进机在掘进的时候产生下沉倾向。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：

本发明X型开敞式全断面隧道掘进机，包括驱动系统和安装在驱动系统前端的刀盘，驱动系统后端依次与护盾系统、内凯组件和后支撑组件连接，外凯组件通过推进系统安装在内凯组件的上，所述刀盘、驱动系统、护盾系统、内凯组件和后支撑组件的中心线在同一条轴线上；所述外凯组件由外凯结构件、撑靴、撑靴油缸、撑靴油缸导向柱组成，撑靴通过撑靴油缸、撑靴油缸导向柱与外凯结构件连接；护盾系统由顶护盾、侧护盾、中护盾、底护盾组成，顶护盾通过顶护盾伸缩油缸与中护盾连接，侧护盾有两组分别设置在驱动系统的左右两侧，其中每组侧护盾一端与顶护盾连接，另一端通过侧护盾伸缩油缸与中护盾连接，底护盾通过底护盾伸缩油缸与驱动系统连接。采用这种结构的护盾系统的四个护盾可以在伸缩油缸的作用下进行移动，底护盾在掘进过程中可以收缩不承受掘进机的重力，使得掘进机在掘进隧道过程中可以改变工作模式，可应对不同围岩的变化。采用这种结构只需用外凯组件作为掘进机的支点，承担掘进机的重力。

做为本发明的一种优选方案，撑靴有两组，每组四对，每对两个，共十六个，外凯结构件有两个，每组撑靴设置在一个外凯结构件上，每个撑靴均通过两个撑靴油缸和一个撑靴导向柱与外凯结构件连接，每组四对撑靴分别设置在外凯结构件的四角位置且位于外凯结构件两条对角线的延长线上，并以外凯结构件的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。通过这种结构增多了撑靴的数量的同时带来了支撑面积增大的效果，具有更好的支撑力，撑靴不需要全部到位，灵活度高。

做为本发明的第二种优选方案，撑靴油缸、撑靴油缸导向柱与外凯结构件以球头形式连接。

做为本发明的一种改进，驱动系统由驱动箱、主轴承、小齿轮、安全轴、传动轴、保护套、减速机、电机组成；主轴承上设置有内齿圈，内齿圈与小齿轮啮合连接，小齿轮轴承末端通过安全轴与传动轴连接，保护套设置在传动轴外部，减速机前端与传动轴连接，末端与电机连接，电机设置在内凯组件上。采用这种结构使得减速机与电机置于本发明的后部，通过将减速机与电机后置的方式使本发明的重心靠后，当底护盾支撑位置的围岩强度较弱时，可以抵抗掘进机的重力，不会引起掘进机在掘进的时候产生下沉现象。

做为本发明的第二种改进，后支撑组件由后支撑结构件、后支撑撑靴、后支撑油缸、后支撑油缸导向柱、水平调向油缸、垂直调向油缸组成；后支撑结构件与内凯组件连接，后支撑撑靴通过后支撑油缸导向柱与后支撑结构件连接，水平调向油缸一端与后支撑结构件连接，另一端与后支撑撑靴连接，垂直调向油缸一端与后支撑结构件连接，另一端与后支撑撑靴连接。采用这种结构的后支撑撑靴可在后支撑油缸的作用下伸缩运动，并进一步提高对掘进机的支撑作用。

做为本发明的第三种优选方案，垂直调向油缸数目有两个设置在后支撑结构件的左右两侧，水平调向油缸数目有一个设置在后支撑结构件的下部，后支撑撑靴数目有四个，每个撑靴均通过两个撑靴油缸和一个撑靴导向柱分别设置在外凯结构件的下方两角位置且位于后支撑结构件对角线的延长线上，并以后支撑结构件的中心为圆心形成内接于圆的环形空间。