【技术实现步骤摘要】
一种水射流辅助破岩隧道掘进机
[0001]本专利技术涉及破岩施工设备
，特别涉及一种水射流辅助破岩隧道掘 进机。
技术介绍
[0002]隧道掘进机依靠全断面刀盘开挖岩层，刀盘上布置有大量正滚刀、边滚刀、 刮刀等不同类型刀具，其中正滚刀和边滚刀是主要破岩刀具。滚刀破岩主要依 靠掘进机强大推力将刀刃压入岩石并在刀盘回转驱动作用下连续滚压岩石，实 现全断面开挖。当在较坚硬岩层尤其是极硬岩岩层时，刀刃压入岩石所需的推 力非常大，极易导致刀具过载而崩刃，或刀刃快速磨损，给隧道施工带来极大 的损失并导致施工中断。长期以来，工程领域均非常重视提高刀具破岩能力和 掘进机施工效率相关技术。
[0003]提高滚刀破碎硬岩效率的关键在于降低刀圈压入岩石的阻力或提高相同 压入力下的压入深度，而采用高压水射流辅助滚刀破岩已被试验和理论分析证 明效果良好，可大幅度降低滚刀破岩载荷。水射流辅助滚刀破岩有多种方式， 其中在极硬岩地层可采用水射流切缝辅助滚刀破岩，其原理见图5
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6所示，先 采用水射流在岩石面上切割出一定深度切缝，破坏原始极硬岩的结构完整性从 而弱化其破碎强度，再用滚刀进行滚压破碎，此时的滚刀破岩载荷大幅度降低。 该破岩技术的首要问题和难点是如何获得较大的切缝深度。
[0004]对于相同硬度岩石而言，不同的水射流类型产生的切缝深度相差较大，例 如常见的纯水射流切缝能力要远小于磨料射流切缝能力，因此在相同压力、流 量的水射流工作参数下，磨料射流切缝效果要显著好于纯水射流。但是，磨料 射流由于工作过...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水射流辅助破岩隧道掘进机，包括掘进机主机(3)、刀盘(1)和刀具(2)，所述掘进机主机(3)连接所述刀盘(1)，所述刀盘(1)上连接所述刀具(2)，其特征在于，还包括:雾化磨料射流动力系统(9)，所述雾化磨料射流动力系统(9)包括：高压水射流泵站(902)、工业雾化装置(903)、液态高压制冷剂容器(901)；磨料发生器(610)、多通道回转接头(6)，所述磨料发生器(610)、多通道回转接头(6)均安装在刀盘(1)内，所述多通道回转接头(6)与所述雾化磨料射流动力系统(9)的输出端连接以及和所述磨料发生器(610)的输入端连接，所述磨料发生器(610)的输出端连接水射流喷头组件(8)，所述水射流喷头组件(8)连接在刀盘(1)上。2.根据权利要求1所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，所述多通道回转接头(6)包括：外部固定体(601)和中心回转体(608)，所述中心回转体(608)贯通转动安装在外部固定体(601)内的环形空腔内，所述外部固定体(601)前侧安装有前盖板(603)；所述磨料发生器(610)包括：磨料发生器罐体(61008)，所述磨料发生器罐体(61008)上设有液态冷却剂注入口(61006)、雾化气体注入口(61002)、液态冷却剂注入通道(61003)，所述液态冷却剂注入通道(61003)上设置有若干所述液态冷却剂注入口(61006)，所述磨料发生器罐体(61008)的出口端连接有磨料输出管路(61001)；所述中心回转体(608)内部空腔同心固定安装有高压水管路(605)和液态制冷剂管路(606)，所述高压水管路(605)输入端连接有高压活接头(604)，所述高压活接头(604)一侧与掘进机主机(3)内的高压水输入管路(6051)连接，所述高压水输入管路(6051)与所述高压水射流泵站(902)连接，所述高压水管路(605)输出端连接有若干高压水分配通道(6052)，所述高压水分配通道(6052)输出端连接有高压水出口接口(6053)，所述高压水出口接口(6053)通过高压水输出管路(612)连通水射流喷头组件(8)；所述液态制冷剂管路(606)外部安装有制冷剂回转接头，所述液态制冷剂管路(606)与制冷剂回转接头(6064)连接，所述制冷剂回转接头(6064)连接第一液态制冷剂输入管路(6061)，所述第一液态制冷剂输入管路(6061)与液态高压制冷剂容器(901)连接，所述液态制冷剂管路(606)在中心回转体(608)出口侧分成多个制冷剂支路口，所述制冷剂支路口通过第二液态制冷剂输入管路(6063)与磨料发生器(610)的液态冷却剂注入口(61006)连接；所述外部固定体(601)和中心回转体上对应设置有若干通道口，所述通道口连通所述中心回转体(608)上的工作介质通道(6081)及外部固定体(601)外部；所述工作介质通道(6081)包括水雾通道，所述水雾通道连通的连通口通过水雾管路(609)与所述工业雾化装置(903)输出端连接，所述水雾通道通过水雾输出管路(6091)连接雾化气体输入管路(61005)，所述雾化气体输入管路(61005)与磨料发生器(610)的雾化气体注入口(61002)连接，所述磨料发生器(610)出口所有端通过磨料输出管路(61001)连接水射流喷头组件(8)的磨料输送管路(611)。3.根据权利要求2所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，围绕多通道回转接头(6)轴线均布有多个磨料发生器(610)，所述高压水输出管路(612)、磨料输送管路(611)、水雾输出管路(6091)均为多个。4.根据权利要求2所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，所述液态冷却剂注入通道(61003)为环形通道，所述液态冷却剂注入口(61006)采用“八”形布置方位。
5.根据权利要求1所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，所述刀盘(1)上水射流喷头组件(8)布置位置根据切缝布置确定，所述高压水射流泵站(902)的水射流出口压力大于等于100MPa。6.根据权利要求1所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，所述水射流喷头组件(8)包括：第一安装座(81)，安装在所述刀盘(1)的安装槽上，所述第一安装座(81)内设置有；第一腔体(82)、第二腔体(83)，上下间隔布置，且第一腔体(82)上端左右两侧均设置有第三腔体(84)；两个第一水平转轴，左右间隔的转动连接在所述第二腔体(83)内，所述第一水平转轴沿前后方向布置，所述第一水平转轴上设置第一齿轮(85)，至少一个第一水平转轴由设置在第二腔体(83)内的第一驱动装置驱动旋转；第二安装座(86)，可上下滑动的连接在所述第二腔体(83)内，所述第二安装座(86)内左右间隔设置有两个齿条腔(87)，两个所述齿条腔(87)内侧的齿条分别与两个第一齿轮(85)啮合；第一竖直喷头安装杆(88)，所述第一竖直喷头安装杆(88)上端安装有第一喷头，所述第一喷头与所述磨料发生器(610)的输出端连接，所述第一竖直喷头安装杆(88)下部与所述第二安装座(86)相对固定连接，所述第一竖直喷头安装杆(88)上端贯穿所述第一安装座(81)上端；两个第四腔体(89)，设置在所述第二安装座(86)内，且分别位于第一竖直喷头安装杆(88)左右两侧；两个第一竖直导杆(811)，下端均滑动贯穿所述第二安装座(86)下端后，与第一水平连接板(812)固定连接，所述第一竖直导杆(811)上端滑动贯穿至所述第四腔体(89)内；两个第一连接块(810)，分别固定连接在两个第一竖直导杆(811)上端，所述第一连接块(810)上端设置第一斜面；两个第二连接块(813)，分别左右滑动连接在两个第四腔体(89)内，所述第二连接块(813)下端设置第二斜面，所述第一斜面与第二斜面接触配合；两个第一水平移动杆(814)，分别与两个第二连接块(813)固定连接，所述第一水平移动杆(814)靠近第一竖直喷头安装杆(88)的一侧固定连接有密封滑块，所述第一竖直喷头安装杆(88)内部中空，且对应密封滑块的位置设置第二通孔，所述密封滑块密封滑动连接在对应的第二通孔内，所述第二连接块(813)与所述第四腔体(89)内壁之间固定连接有第一弹簧(815)；第二弹簧(816)，两端分别与所述第一水平连接板(812)及所述第二安装座(86)下端固定连接。7.根据权利要求6所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，所述水射流喷头组件(8)还包括：齿条块(817)，固定套接在所述第一竖直喷头安装杆(88)中部，且位于所述第一腔体(82)内；两个左右间隔的第二齿轮(818)，分别通过前后方向的转轴与所述第一腔体(82)内壁转动连接，且两个第二齿轮(818)分别齿条块(817)左右两侧啮合；
两个第二竖直喷头安装杆(819)，均设置啮合齿条，且两个第二竖直喷头安装杆(819)的啮合齿条分别与两个第二齿轮(818)啮合，所述第二竖直喷头安装杆(819)上端安装有第二喷头装置。8.根据权利要求6所述的一种水射流辅助破岩隧道掘进机，其特征在于，还包括：第二喷头装置，所述第二喷头装置包括：L形连接架(820)，所述L形连接架(820)的水平段上端固定连接有第一竖直连接轴；出水座(821)，包括外圆柱体和内圆柱体，所述内圆柱体密封转动连接在所述外圆柱体内，内圆柱体转动连接在所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张金良，杨风威，曹智国，夏毅敏，李冰洋，白正雄，罗星臣，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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