一种前置式支护掘进机结构及工作方法技术

本发明专利技术涉及隧道掘进机设备领域，特别是一种前置式支护掘进机结构及工作方法。旨在提供一种实现前置式支护且结构更为紧凑的掘进机结构，解决传统掘进机开挖破碎岩层或软弱岩层的出露围岩大变形甚至卡机问题。本发明专利技术刀盘后方安装前护盾，前护盾为棱台形，其外部安装支护组件机构；在所述支护组件机构的后方安装外护盾；所述刀盘结构中设有岩渣导出槽，所述岩渣导出槽连接岩渣输送机构的入料端；所述岩渣输送机构的外方套装防护壳，所述外护盾的后方，防护壳上安装支撑靴和支护组件输送平台。优点在于：实现了掘进出露围岩的及时紧跟支护，并且结构紧凑，减少设组件间的缝隙，防止岩渣经由缝隙对设备的伤害，延长设备的寿命。延长设备的寿命。延长设备的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种前置式支护掘进机结构及工作方法


[0001]本专利技术涉及隧道掘进机设备领域，特别是一种前置式支护掘进机结构及工作方法。

技术介绍

[0002]隧道掘进机是一种集掘进、出渣、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械，基本工作原理是支撑靴撑紧围岩以提供刀盘掘进所需的推力和刀盘旋转所需的扭矩，刀盘切入岩石，切削岩渣靠自重经溜渣槽落入皮带机出渣，这样连续掘进成洞；刀盘后面设置有护盾，护盾内装有驱动电机等系统；护盾后装有隧道围岩支护组件，包括钢拱架、锚杆安装机、初衬混凝土喷射机等，起到对围岩开挖面的支持维护作用。
[0003]采用传统结构隧道掘进机开挖破碎岩层或软弱岩层时，由于隧道岩层被挖空，内部应力迅速释放且未得到及时支护，导致围岩发生快速且较大变形；当围岩变形过大时，围岩会完全包裹住盾壳，当包裹力大于掘进机推力极限时，导致围岩卡机事故。目前，隧道掘进机卡机是极难处理的工程现场问题，甚至导致掘进机报废，隧道不得不更改线路。因此，掘进机施工过程中应避免卡机事故。目前，针对掘进机开挖破碎岩层或软弱岩层防卡机措施十分有限，一般采用盾壳后的超前管棚注浆设备，沿盾壳上侧沿一定角度超前打设管棚，将破碎岩层或软弱岩层提前注浆加固，该措施耗时较长，且需要消耗大量的浆液和钢管。
[0004]现阶段，山岭隧道破碎岩层或软弱岩层的掘隧道进机施工仍然是行业的重大难题之一。受限于传统掘进机结构，支护组件位于盾壳后方，无法实现对裸露围岩的及时跟进支护，导致隧道围岩悬空变形过大。
[0005]申请人认为，为了防止破碎岩层或软弱岩层的过大变形，阻止卡机事故发生，可以充分利用刀盘后方盾壳内侧未使用空间，合理布设支护组件，当刀盘掘进破岩后围岩出露后，该部位的支护组件可以及时支撑围岩，有效阻止围岩的变形，这也就阻止了围岩大变形引起的卡机事故。与此同时，在刀盘后方盾壳内侧未使用空间内布设支护组件，可以有效利用盾构空间，达到结构紧凑，防止岩渣进入主机系统，增大了掘进机的使用寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的就是为了解决隧道掘进机开挖破碎岩层或软弱岩层过程中裸露围岩未及时支护导致的围岩大变形甚至卡机问题；同时，合理利用掘进机内部空间，达到结构紧凑，延长设备使用寿命。
[0007]本专利技术的具体方案是：设计一种实现前置式支护的结构紧凑型掘进机结构，包括刀头，刀头底部安装棱台形前护盾，所述前护盾外部安装防护网组件机构，在所述防护网组件机构的后方安装外护盾，所述前护盾内设有出渣导出槽，所述土渣导出槽连接土渣输送机构的入料端，所述土渣输送机构的外方套装防护壳；所述外护盾的后方、防护壳上安装支撑靴和送料平台，所述防护网组件机构和所述送料平台间设有送料机构；所述外护盾的外径小于所述防护网组件
机构的安装内径，所述防护壳与外护盾间设有物料得以通过的通道孔，所述防护网组件机构包括同心安装的圈状法兰和固定内圈，所述支撑架和所述固定内圈间设有辐条，所述圈状法兰上设有齿条，所述固定内圈上设有与所述全装法兰配合的齿轮，所述齿轮之一连接动力电机；所述防护壳固定于盾构机的支架上，其上安装支撑架，在所述支撑架上、支撑架与防护壳之间安装若干刀盘驱动电机，所述刀盘驱动电机经由齿轮齿条机构传动动力至刀盘转筒，以转动带动刀盘转动，在所述刀盘转筒上、支撑架与转动之间设有密封式安装部件，以形成对转筒的定位安装；所述固定内圈与所述支撑架间固定安装。
[0008]具体实施中，所述支护组件输送机构包括输送车和工具车输送组件、连接头部组件中外盾尾端到外盾头端的前后输送组件，连接刀盘外首端垂直输送组件和圈状法兰从动旋转形成的周向输送；具体实施中，所述工具车输送组件包括安装在防护壳上的限位筒，所述限位筒上设有螺旋状通槽。所述限位筒内安装带有动力源的转筒；所述转筒上设有转运杆，所述转运杆的一端铰支连接在所述定位转筒上，穿经螺旋状通槽后安装第一机械爪，所述机械爪的工位空间途径所述通道孔并延伸至防护壳与刀盘的空间内。
[0009]具体实施中，所述支护输送组件安装在外护盾内壁的顶部，包括滑道和得以在滑道上带动支护组件水平移动的第二机械爪，所述第二机械爪安装在一级或二级液压驱动的液压杆组的端部，所述第二机械爪为气动机械爪，其上包括横向卡爪的横向移动部件和竖直方向调节高度的高度调节液压部件；具体实施中，所述垂直输送组件包括安装在所述法兰圈内侧的垂直液压机构，所述垂直液压机构包括升降液压杆，所述升降液压杆的底部端部设有升降托架，顶部固定在法兰圈圈内侧顶部。
[0010]具体实施中，所述一级或二级液压驱动的液压杆组中，一级液压驱动杆包括底部固定在外护盾后缘的液压缸，顶部安装第一机械爪的液压杆；所述外护盾上设有与一级液压驱动杆配合的导向固定槽；所述二级液压驱动杆组中，一级液压驱动杆的底部固定在支撑板上，所述支撑板与所述导向固定槽间导向连接，同时所述支撑板与所述外护盾后缘间设有二级液压缸。
[0011]具体实施中，所述升降托架上设有气动拉钩。
[0012]具体实施中，所述第一机械爪包括气动机械爪和设置在气动机械爪底部的铰支连接，所述铰支连接的另一侧连接所述转运杆。
[0013]具体实施中，所述防护壳的端部设有入料孔，所述入料孔处于所述岩渣输送机构的入料端。
[0014]具体实施中，所述通道孔为扇形，其对应的中心角大于80度，设计沿刀盘的中心界面中心对称。
[0015]具体实施中，所述支撑件上、前护盾和支护组件机构间还设有凿岩机，所述凿岩机为圆环形，套装在所述支撑件上，其上设有得以插装钻杆的凿岩部件和得以带动所述凿岩机构沿所述圆环形转动的动力部件。
[0016]具体实施中，还包括爬行式支撑靴，所述爬行式支撑靴包括两组液压缸及三个铰
支连接的支撑点；公用支撑点与隧道围岩相抵接，另外两个支撑点的一个处于支撑件上，另一个处于输送平台上，所述输送平台与所述支撑件间为轴套式连接。
[0017]实现前置式支护的结构紧凑型掘进机头部组件的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）.刀盘切削和岩渣送料：在初始位置，刀盘被刀盘驱动电机带动进而转动，切削隧道前方岩体，隧道开挖面切削的岩渣经由岩渣导出槽输送后，经由所述入料口进入所述岩渣输送机构内向外运输；（2）.支护组件搭装；对步骤（1）中成型的隧道围岩面，利用支护组件输送机构送支护钢拱架至支护组件上，形成对隧道围岩面的防护，支护面搭装完成后，插装支撑杆，实时注浆，对外护盾形成保护；（3）.掘进机整体挪移：利用爬行式支撑靴实现对支撑件的施力和角度的调节，进而掘进机整体位移。
[0018]所述步骤（2）中支护组件的搭装包括如下步骤：a. 支护组件输送车工作，运送将组装成防护网的支护工字钢；b，定位转筒在动力源的带动下转动，带动转运杆转动至支护组件输送车上方，定位转筒短暂暂停，第一机械爪气动抓取零件后，定位转筒继续转动，第一机械爪在螺旋状通槽的引导下带动单个支护工字钢位移至前后送料组件初始工位的下方，第一机械爪气动部件关闭，支护工字钢在第一机械爪上处于静置状态；c.第二机械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种前置式支护掘进机结构，其特征在于：包括刀头，刀头底部安装棱台形前护盾（3），所述前护盾（3）外部安装防护网组件机构，在所述防护网组件机构的后方安装外护盾，所述前护盾（3）内设有出渣导出槽，所述土渣导出槽连接土渣输送机构的入料端，所述土渣输送机构的外方套装防护壳（19）；所述外护盾的后方、防护壳（19）上安装支撑靴和送料平台，所述防护网组件机构和所述送料平台间设有送料机构；所述外护盾的外径小于所述防护网组件机构的安装内径，所述防护壳（19）与外护盾间设有物料得以通过的通道孔，所述防护网组件机构包括同心安装的圈状法兰（22）和固定内圈（23），所述支撑架和所述固定内圈（23）间设有辐条（28），所述圈状法兰（22）上设有齿条，所述固定内圈（23）上设有与所述全装法兰配合的齿轮，所述齿轮之一连接动力电机；所述防护壳（19）固定于盾构机的支架上，其上安装支撑架，在所述支撑架上、支撑架与防护壳（19）之间安装若干刀盘（1）驱动电机，所述刀盘（1）驱动电机经由齿轮齿条机构传动动力至刀盘转筒（18），以转动带动刀盘（1）转动，在所述刀盘转筒（18）上、支撑架与转动之间设有密封式安装部件，以形成对转筒的定位安装；所述固定内圈（23）与所述支撑架间固定安装。2.如权利要求1所述的前置式支护掘进机结构，其特征在于：所述支护组件输送机构包括隧道支护组件输送车（29）和工具车输送组件、连接头部组件中外盾尾端到外盾头端的前后输送组件，连接刀盘（1）外盾首端垂直输送组件和圈状法兰（22）从动旋转形成的周向输送；所述工具车输送组件包括安装在防护壳（19）上的限位筒（15），所述限位筒（15）上设有螺旋状通槽（16），所述限位筒（15）内安装带有动力源的转筒；所述转筒上设有转运杆（17），所述转运杆（17）的一端铰支连接（31）在所述定位转筒（26）上，穿经螺旋状通槽（16）后安装第一机械爪（30），所述机械爪的工位空间途径所述通道孔并延伸至防护壳（19）与刀盘（1）间的空间内；所述前后支护输送组件安装在外护盾内壁的顶部，包括滑道（33）和得以在滑道（33）上带动物料水平移动的第二机械爪（32），所述第二机械爪（32）安装在一级或二级液压驱动的液压杆组的端部，所述第二机械爪（32）为气动机械爪，其上包括横向卡爪的横向移动部件和竖直方向调节高度的高度调节液压部件；所述支护组件垂直输送组件包括安装在所述法兰圈内侧的垂直液压机构，所述垂直液压机构包括升降液压杆，所述升降液压杆的底部端部设有升降托架（24），顶部固定在法兰圈内侧顶部。3.如权利要求2所述的前置式支护掘进机结构，其特征在于：所述一级或二级液压驱动的液压杆组中，一级液压驱动杆（34）包括底部固定在外护盾后缘的液压缸，顶部安装第一机械爪（30）的液压杆；所述外护盾上设有与一级液压驱动杆（34）配合的导向固定槽；所述二级液压驱动杆（35）组中，一级液压驱动杆（34）的底部固定在支撑板上，所述支撑板与所述导向固定槽间导向连接，同时所述支撑板与所述外护盾后缘间设有二级液压缸。4.如权利要求2所述的前置式支护掘进机结构，其特征在于：所述升降托架（24）上设有气动拉钩。5.如权利要求1所述的前置式支护掘进机结构，其特征在于：所述第一机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振兴，曾垂刚，张凯，李凤远，赵海雷，王利明，游金虎，王军，翟乾智，冯欢欢，唐纵雄，谢韬，郭新强，焦一峰，张海涛，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：