小直径全断面硬岩隧道掘进机所用圆周撑靴装置的制作方法

本发明涉及一种应用于煤矿巷道的小直径全断面硬岩隧道掘进机所用圆周撑靴装置。

背景技术：

目前硬岩隧道掘进机(tbm)已广泛应用于水利水电、交通、市政等工程中，所涉及硬岩隧道掘进机直径较大，一般直径在5米以上；而煤矿工程全断面硬岩巷道掘进基本上仍采用传统的钻爆法施工，施工效率低、劳动强度大、风险高。因此煤矿巷道从经济性、高效性、安全性以及硬岩掘进机的下井和转场等方面综合考虑，要求煤矿巷道直径小，一般直径3米以下。由于需要强大的推进力，方能保证硬岩隧道掘进机的正常推进，传统方式是通过两个水平对称的撑靴支撑在围岩上提供摩阻力，但该结构存在以下缺陷：首先是外形尺寸大，在直径4.5米以下掘进机中几乎无法实现(提供的摩阻力难以满足掘进时的推进要求)，同时受下井罐笼尺寸限制，需要分块下井转场和安装；其次单个撑靴面积大，受力不均匀，撑靴的表面易发生变形损坏；最后撑靴千斤顶受偏载很大，容易失稳。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种能增大撑靴与围岩之间的摩阻力，提高支撑稳定性的小直径全断面硬岩隧道掘进机所用圆周撑靴装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小直径全断面硬岩隧道掘进机所用圆周撑靴装置，用于盾构掘进时支撑于围岩四周，具有圆筒状的壳体，所述的壳体周壁均布有至少六个可伸出或缩回壳体外壁的撑靴，壳体内安装有对应每个撑靴的液压式千斤顶，所述撑靴与千斤顶活塞杆之间设置有具有增力效应的连杆，所述的连杆两端分别与撑靴和千斤顶的活塞杆球形铰接。

进一步地，所述的壳体周壁均布有十个撑靴，所述的撑靴包括一体结构的支撑部和连接部，对应撑靴位置的壳体周壁上开设有容置支撑部伸缩的开口，撑靴的连接部与连杆通过球面滑动轴承球形铰接。

具体说，所述的连杆包括一体结构呈l形相接的主动杆和从动杆，主动杆长度大于从动杆长度，主动杆前端与千斤顶的活塞杆通过球面滑动轴承球形铰接，从动杆后端与撑靴的连接部通过球面滑动轴承球形铰接，主动杆后端和从动杆前端相接处与固定在壳体内壁上的固定座通过球面滑动轴承球形铰接。

所述的壳体内位于开口两侧分别固定有引导撑靴伸缩的导向板。

本发明的有益效果是：本发明通过在壳体周向均布多个撑靴，增加撑靴数量，使得撑靴与围岩之间受力均匀分散，同时总的接触面积大，稳定性提高；各部件连接采用球形铰接方式，受偏载影响小，千斤顶不易失稳；采用连杆增力机构，可增大撑靴与围岩之间的压力，从而达到提高掘进机摩擦阻力和掘进效率的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是撑靴伸出时的状态示意图。

图4是撑靴缩回时的状态示意图。

图中1.壳体1-1.开口2.撑靴2-1.支撑部2-2.连接部3.千斤顶4.连杆4-1.主动杆4-2.从动杆5.固定座6.导向板

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1～图4所示的一种小直径全断面硬岩隧道掘进机所用圆周撑靴装置，用于盾构掘进作业时确保掘进机稳定支撑于围岩四周，具有圆筒状的壳体1，所述的壳体1周壁周向均布有十个可伸出或缩回壳体1外壁的撑靴2，壳体1内安装有对应每个撑靴2的液压式千斤顶3，每个千斤顶3由各自的液压系统控制动作。所述撑靴2与千斤顶3前端的活塞杆之间设置有具有增力效应的连杆4，所述的连杆4两端分别与撑靴2和千斤顶3的活塞杆球形铰接，千斤顶3后部的固定端与固定在壳体1内的固定块通过球面滑动轴承球形铰接。

就具体结构而言，所述的撑靴2包括一体结构的支撑部2-1和连接部2-2，对应撑靴2位置的壳体1周壁上开设有容置支撑部2-1伸缩的开口1-1，壳体1内位于开口1-1两侧分别固定有引导撑靴2支撑部2-1伸缩的导向板6；所述的连杆4包括一体结构呈l形相接的主动杆4-1和从动杆4-2，主动杆4-1长度大于从动杆4-2长度，以实现增力效果，主动杆4-1前端与千斤顶3的活塞杆通过球面滑动轴承球形铰接，从动杆4-2后端与撑靴2的连接部2-2通过球面滑动轴承球形铰接，主动杆4-1后端和从动杆4-2前端相接处(也就是连杆4拐角处)与固定在壳体1内壁上的固定座5球形铰接。

作业过程中，通过高压液压油作用，驱动千斤顶3活塞杆伸出，千斤顶3的作用力经铰接处球面滑动轴承传递到撑靴2上，由连杆4带动一起联动，在千斤顶3推动下，撑靴2的支撑部2-1由导向板6辅助导向而从开口1-1中伸出壳体1四周壁，支撑于围岩内壁上，提供持续稳定的正压力，从而在掘进机前行提供掘进时作业所必需的摩擦阻力；作业完成后，千斤顶3活塞杆缩回，通过连杆4带动撑靴3缩回到壳体1内。

上述撑靴2位于壳体周向分布数量不限于本实施例的十个，需根据具体施工的围岩口径及地质条件调整确认。同时每个撑靴2是有各自独立的液压系统控制，每个撑靴2可单独动作，也可与其他撑靴2实现联动，以满足掘进过程中掘进机盾体与围岩之间的间隙要求。

本发明适合于小直径硬岩隧道的掘进施工，其通过在壳体1周向均布多个撑靴2，增加撑靴2数量，使得撑靴2与围岩之间受力均匀分散，单个撑靴2和整个系统的结构尺寸都得到减小，同时撑靴与围岩间总的接触面积大，稳定性提高；各部件连接采用球形铰接方式，受偏载影响小，千斤顶3不易失稳；采用连杆4增力机构推动撑靴2伸缩，可增大撑靴2与围岩之间的压力，从而达到提高掘进机摩擦阻力和掘进效率的目的。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种小直径全断面硬岩隧道掘进机所用圆周撑靴装置，用于盾构掘进时支撑于围岩四周，具有圆筒状的壳体，所述的壳体周壁均布有至少六个可伸出或缩回壳体外壁的撑靴，壳体内安装有对应每个撑靴的液压式千斤顶，所述撑靴与千斤顶活塞杆之间设置有具有增力效应的连杆，所述的连杆两端分别与撑靴和千斤顶的活塞杆球形铰接。本发明通过在壳体周向均布多个撑靴，增加撑靴数量，在减少系统结构尺寸的前提下，使得撑靴与围岩之间受力均匀分散，而总的接触面积大，稳定性提高；各部件连接采用球形铰接方式，受偏载影响小，千斤顶不易失稳；采用连杆增力机构，可增大撑靴与围岩之间的压力，从而达到提高掘进机摩擦阻力和掘进效率的目的。

技术研发人员：谈海强;李大鹏;杨启双;倪绍祥;黄超;曹磊
受保护的技术使用者：江苏锐成机械有限公司
技术研发日：2017.03.31
技术公布日：2017.07.07