专利名称：多功能全断面隧道掘进机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种隧道掘进机。
目前我国铁路、城市地铁隧道施工工序陈旧、尚无能在任何复杂地质结构(除溶洞、阴河外)下快速、经济地进行直道、弯道及坡度隧道掘进施工的多功能大型隧道掘进机。六十年代修建成昆线、米易境内一枝山隧道时采用日本台车式掘进机，该车为轧道式三层平台，上层设有3台凿岩机，中层设有4台，下层设有4台，共11台凿岩机，均由人工操作，施工工序为先凿好炮眼，凿好后台车退出，再由工人进入实施装药爆破，爆破完毕后风动装载机将岩渣装入槽式列车运出。米易境内对青沟隧道采用上道坑、下道坑、中槽返台阶开掘方式，均采用我国支架式凿岩机打孔放炮的施工工序。九十年代，攀枝花二滩电站的整个隧道、坑道、地下机房的开掘，使用了当时由德国、意大利外商带来的最先进的掘进设备--轮胎型支架式掘进机。该设备虽设有空压机、液压装置和水压装置，但仍然采用支架式滑道，滑道上安装有1-3台凿岩机，同样采用钻孔放炮作业。直至目前，我国的隧道掘进设备仍然采用着钻孔→放炮→排渣的施工作业，隧道成型需经多次反复钻孔、放炮、排渣，隧道直径由小到大直至成型，工程进度缓慢，工程费用昂贵。
本实用新型的目的在于为加速我国铁路、城市地铁的建设，解决当前铁路、城市地铁施工工序陈旧、进度缓慢的局面，提供一种能快速、经济地在任何地质结构下，进行直道、弯道和坡度隧道掘进的多功能大型全断面隧道掘进机。
本实用新型的目的是通过实施下述技术方案来实现的
多功能全断面隧道掘进机，包括有能作转向行走的行车，车上设置平台，台上设有滑道，滑道上装置转动平台，转动平台上装有两根支柱支撑上面的框架，框架支撑一根水平设置的主轴，框架内还装有由电动机、减速机组成的驱动主轴自转的驱动机构，支撑框架的2根支柱中有一根由垂直调动液压装置构成并通过液压调整主轴的上、下仰俯角，在平台上设置有能使转动平台作横向左、右转动的横向调动液压装置，以调整主轴作左、右施工角度转动，还在转动平台上设置有使主轴及框架作前后运动的纵向移动液压装置，主轴由外、内空心轴构成，外空心轴传递扭矩、弯矩、输送凿岩机用气，内空心轴输送凿岩机用水，主轴前端装置机头，机头由机架、凿岩机具和切割机具构成，机头后下部装有接料输送斗，行车内装有上、下两套皮带运输机，以及内装红外线自动监控器和各种监控仪表、压力表的行车操作室等机构构成。其中控制主轴、机头直道掘进的纵向移动液压装置为设置在转动平台上的纵向移动油压马达及其液压回路系统；控制其弯道掘进的横向调动液压装置为设置在行车平台上的横向调动油缸及其液压回路系统，控制坡度隧道掘进的垂直调动液压装置为设置在转动平台上的垂直调动油缸及其液压回路系统，本机总液压系统由油箱、管路、滤油器、恒功率变量泵、单向阀、油循环主回路及并联在主回路上的3个支路构成，它们是由手动换向阀、单向节流阀、液压锁、横向调动油缸构成的横向调动油缸液压控制支路，由手动换向阀、单向节流阀、液压锁、垂直调动油缸构成的垂直调动油缸液压控制支路，由电磁换向阀，液压锁、溢流阀、纵向移动油压马达构成的纵向移动油压马达液压控制支路。装置在机头平面上的凿岩机具和切割机具分布是依据工作现场实际，结合机头平面面积大小确定设计的。为达到隧道全断面凿岩目的，将机头平面划分为26层，总计80套凿岩机具，在第一层(即机头最大尺寸)上布置安装15套凿岩机具，第二层布置安装10套凿岩机具，第三层为6套，……第26层布置1套，每层间均采用交叉递减法分布安装，其优点是实施全断面凿岩效果好，空间位置大凿岩机好安装。每套凿岩机具均由钻头、钻杆、机身与气推等部件构成，在机头平面上切割刀具的分布与凿岩机类似，它是将机头平面划分成7层，布置22套刀具，第1层布置安装6套切割刀具，第2层6套，第3层4套……第7层1套，也是采取交叉递减布置安装。每套切割刀具均由切割刀，刀架组成，为解决在施工中泥土里出现暗藏石头对刀具产生的卡阻现象，特在切割刀下设置压力弹簧，为减小被切割物对刀具的阻力，在机头平面上安装的刀具要与被切割物形成25°角，可以明显地增强切割效果。本实用新型的基本特征在于具有由平台上装置的滑道，滑道上装置的转动平台，及转动平台与其上装有的纵向移动液压装置相配合构成的驱动转动平台及主轴前后移动的机构，由平台及其上装有的横向调动液压装置相配合构成的转动平台及主轴的横向左右角度转动机构，由装在转动平台上的一固定支柱及另一起支柱作用可作高低调整的垂直调动液压装置、及由二者支撑的框架相配合构成的调整主轴上、下仰俯角的转动机构。
本实用新型的优点在于由于本掘进机具有了主轴前后移动机构、主轴横向左右角度转动机构，及调整主轴上、下仰俯角转动的机构，才得以实现在任何复杂地质结构(溶洞、阴河除外)下，快速、高效地进行直道、弯道和坡度隧道的多功能全断面掘进施工作业，废弃原有钻孔、放炮、排渣等繁琐低效的落后施工作业，可实现隧道一次性掘进成型，施工中产生的碎石、泥土可随机排出，实现了隧道掘进技术的全面革新。本机具有自动化程度高、功能齐全、结构紧凑、操作灵活等突出优点。
本实用新型有如下附图
图1为本实用新型隧道掘进机机构示意图图2为本实用新型掘进机液压系统结构示意图图3左图为机头上凿岩机具布置图，右为凿岩机结构图图4左图为机头上切割刀具布置图，右为切割刀结构图图5为本实用新型框架、主轴、机头及驱动机构示意图图6为现有台式及支架式凿岩机结构示意图图中标记1为行车，2为机头，3为出风法兰，4为出水法兰，5为主轴，6为框架，7为支柱，8为减速驱动机构，9为垂直调动液压装置，10为转动平台，11为纵向移动液压装置，12为平台，13为进气法兰，14为进水万向接手，15为横向调动液压装置，16为下运输带，17为上运输带，18为接料输送斗，19为钻头，20为钻杆，21为机身，22为气推，23为切割刀，24为刀架，25为弹簧，26为电动机，27为减速机，28为油箱，29、30、31为滤油器，32、33为恒功率变量泵，34、35为单向阀，36为冷却器，37为电接点温度计，38为空气滤清器，39为卸荷溢流阀，40为蓄能器，41为压力继电器，42为压力表，43、44为手动换向阀，45为电磁换向阀，46、47为单向节流阀，48、49、50为液压锁，51为溢流阀，52为横向调动油缸，53为垂直调动油缸，54为纵向移动油压马达，55为油循环主回路，56、57、58为油循环支路，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7为减速机中减速换向传动齿轮，Z8为与主轴联体的齿轮。
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步说明本机设计机身长约20米，机宽约4米，机高约5米，总重100吨左右。能在任何复杂地质结构下快速、高效、经济地掘进隧道。为满足掘进隧道的各种要求(如上下坡度、左右弯度等)，特设计本机实施7种运动，即机头2在主轴5带动下作旋转、上下、左右、前后运动；行车1可作前后、左右运动；上运输带17可作前后运动。为防止隧道内可能出现的各种情况，如瓦斯、溶洞、阴河等，特设置一套红外线自动监控器，使在掘进隧道过程中能自动报警，以保护设备正常运行和人身安全，同时还考虑到对掘进机工作时所产生的粉尘进行除尘处理。掘进机的主要构件机头2由凿岩机具80套，切割机具22套，机架，供水、供气五大系统组成。
主轴5主轴5由外空心轴(输送凿岩机用气，气压为0．6-1MP，传递扭矩和弯矩)，内空心轴(输送凿岩机用水，水压为0．3MP-0．4MP)，前后进出水、气法兰组成。
框架6支撑主轴5，机头2；主轴5的转动是靠框架6内部装置的由电动机26，减速机27来实现的(图5)，电动机输出轴将动能通过减速机内的传动换向齿Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7相互啮合传递，输出到与主轴联成一体的齿轮8上，带动主轴5与机头2转动作业。
行车1由驱动电机、减速机、履带、离合器等组成，起着承受机头、主轴、框架、平台等机件的重量和行走作用。
液压装置系统由液压油缸、液压回路、油泵、油压马达、油箱等组成，起调整主轴仰俯角、左右转角及前后移动的作用。其中液压系统(图2)中，由手动换向阀43控制液压支路的横向调动油缸52，操纵机头2主轴5作左、右横向弯道掘进；由手动换向阀44控制液压支路的垂直调动油缸53，操纵机头2，主轴5作上、下仰俯角的坡度隧道掘进；由电磁换向阀45控制液压支路的纵向移动油压马达54，操纵机头2、主轴5作直道掘进；系统中的卸荷溢流阀3的设置是对系统起限压保护作用，在需要时，对整个系统卸荷；单向节流阀46、47的设置便于调节液压油缸52、53中活塞的往返运动速度；液压锁48、49、50使油缸和油压马达在动作完成后保持不动；溢流阀51的设置是用于减缓油压马达54停转瞬间，因机体惯性在液压回路中产生的冲击；蓄能器40的设置用于吸收凿岩机振动对液压系统产生的压力脉冲；冷却器36用于控制系统温升；滤油器29、30、31用于保证系统油液清洁；空气滤清器38用于防止空气中灰尘进入系统；压力继电器41用于检测压力，并在系统压力异常时，使系统卸荷和停机。
上、下运输带17、16运输凿岩的岩石和切割的泥土。
除尘系统隧道内除尘方式采用水，通过主轴5的内空心轴流入凿岩机转杆、钻头喷射到工作面上。
本机在掘进直道时，行车1不向前运动，只需启动主轴5转动，机头2就随之转动，主轴5作纵向运动，使机头永远与岩层或泥土层接触进行工作。机头上装有凿岩、切割机具，当遇到坚硬的岩层时，凿岩机具启动工作，否则切割机具启动工作。凿岩的碎石、切割的泥土经机头2所设置的进料口输送到出料口，进入上输送带17输移到下输送带16，经设置的尾部输送机送入汽车拉走。主轴5行程长度为6米，当行程长度到位时，就完成第一次掘进，此时主轴5、上输送带17缩回到零位，行车开始向前移动到掘进位置，开始第二次掘进，一直到隧道掘进完成。
掘进弯道时，横向调动液压装置15，使能隧道掘进机在掘进左右弯道时顺利施工，其左右转角为30度，行车也设有360度转向机构，两者配合完成复杂的弯道施工任务。
掘进坡度隧道时，垂直调动液压装置9调整主轴5仰俯角，使隧道掘进机在掘进坡度隧道时能在仰俯角5度下进行顺利施工。
权利要求1.一种多功能全断面隧道掘进机，包括有由内装电动机、减速机、离合器、皮带运输机组成的行车(1)，装在行车(1)上的平台(12)，内装由减速机、电动机及转动齿轮组成的转动驱动机构所构成的框架(6)，由框架(6)支撑并由其内部转动机构驱动自转、具有内外空心轴构成的主轴(5)，主轴(5)尾端内空心轴接装进水万向接手(14)，外空心轴接装进气法兰(13)及由空压机、气缸等组成的气动系统，主轴(5)的头部装有出水法兰(4)和出风法兰(3)，主轴(5)的头前装有由机架、凿岩机具和切割机具、供水、供气系统组成的机头(2)，装在机头(2)后下部的接料输送斗(18)，装于行车(1)内由皮带、电机等组成的皮带运输机，以及内装红外线自动监控器和各种监控仪表、压力表的操作室等机构构成，其特征在于还具有由平台(12)上装置的滑道，滑道上装置的转动平台(10)，及转动平台(10)与其上装有的纵向移动液压装置(11)相配合构成的驱动转动平台及主轴前后移动的机构，由平台(12)及其上装有的横向调动液压装置(15)相配合构成的转动平台(10)及主轴(5)的横向左右角度转动机构，由装在转动平台(10)上的支柱(7)及另一起支柱作用可作高低调整的垂直调动液压装置(9)、及由二者支撑的框架(6)相配合构成的调整主轴(5)上、下仰俯角的转动机构。
2.按照权利要求1所述的多功能全断面隧道掘进机，其特征在于装在转动平台(10)上的纵向移动液压装置(11)，由设置在平台(10)上的纵向移动油压马达(54)及其液压回路系统构成，所述该液压回路为由油箱(28)、滤油器(29)、(30)、(31)、恒功率变量泵(32)、(33)、单向阀(34)、(35)、冷却器(36)、蓄能器(40)、压力继电器(41)、卸荷溢流阀(39)、主回路(55)及并联在主回路上的纵向移动油压马达液压控制支路(58)构成。
3.按照权利要求2所述的多功能全断面隧道掘进机，其特征在于装在平台(12)上的横向调动液压装置(15)，由设置在平台(12)上的横向调动油缸(52)及其液压回路系统构成，所述该液压回路为由油箱(28)、滤油器(29)、(30)、(31)，恒功率变量泵(32)、(33)，单向阀(34)、(35)，冷却器(36)，蓄能器(40)，压力继电器(41)，卸荷溢流阀(39)，主回路(55)及并联在主回路(55)上的横向调动油缸液压控制支路(56)构成。
4.按照权利要求3所述的多功能全断面隧道掘进机，其特征在于装在转动平台(10)上的垂直调动液压装置(9)，由设置在转动平台(10)上的垂直调动油缸(53)及其液压回路系统构成，所述该液压回路为由油箱(28)、滤油器(29)、(30)、(31)，恒功率变量泵(32)、(33)，单向阀(34)、(35)，冷却器(36)，蓄能器(40)，压力继电器(41)，卸荷溢流阀(39)，主回路(55)及并联在主回路(55)上的垂直调动油缸液压控制支路(57)构成。
5.按照权利要求4所述的多功能全断面隧道掘进机，其特征在于纵向移动油压马达液压控制支路(58)，由电磁换向阀(45)、液压锁(50)、溢流阀(51)及纵向移动油压马达(54)构成；横向调动油缸液压控制支路(56)，由手动换向阀(43)、单向节流阀(46)，液压锁(48)及横向调动油缸(52)构成；垂直调动油缸液压控制支路(57)，由手动换向阀(44)，单向节流阀(47)，液压锁(49)及垂直调动油缸(53)构成。
6.按照权利要求5所述的多功能全断面隧道掘进机，其特征在于在机头平面上80套凿岩机具布置有26层，第一层布置15套，第二层布置10套，第三层布置6套……第26层布置1套；切割刀具22套，布置7层，第一层6套，第二层6套，第3层布置4套…第7层1套(各层间依交叉递减法布置机具数)。
7.按照权利要求6所述的多功能全断面隧道掘进机，其特征在于每套切割刀具，在其切割刀(23)下部与刀架(24)间设置压缩弹簧(25)。
专利摘要目前国内铁路、地铁隧道施工尚无现代化先进大型掘进机,工程进度缓慢,施工费用高。本设计提供的多功能全断面现代化隧道掘进机,结构是:在行车的平台上装有滑道,其上装转动平台,台上设置支撑框架的支柱,框架支撑主轴,主轴前端装带有凿岩、切割机具的机头。特征是在平台上装有三种液压装置,与相应机件配合,可调整主轴机头的仰俯角、左右转角、驱动主轴前后移动,能在任何复杂地质结构下实施直道、弯道及坡度隧道的掘进,具有快速、高效、经济施工的优点,该机自动化程度高,功能齐全,结构紧凑,操作灵活。
文档编号E21D9/00GK2428572SQ0022317
公开日2001年5月2日 申请日期2000年5月31日 优先权日2000年5月31日
发明者余官生, 甘中荣 申请人:余官生, 甘中荣