一种盾构机、刀盘冲击扩挖执行装置、冲击机构的制作方法

本发明涉及地下工程施工技术领域，更具体地说，涉及一种冲击机构。此外，本发明还涉及一种包括上述冲击机构的刀盘冲击扩挖执行装置，以及一种包括上述冲击机构的盾构机。

背景技术：

研究发现岩石抵抗破碎的强度高低，与其受压状态和受力方式有关，盾构机掘进中岩石属于三向受压状态，岩石单向受压时的剪切强度大幅低于三向受压时的剪切强度，因此，先利用冲击机构冲击开凿临空面，再用滚刀滚压破岩可有效提高破岩效率。

刀盘在转动过程中随着半径增大线速度逐渐增大，为了保证盾构机的施工效率，刀盘外周最小线速度在5m/min以上，这对冲击设备的设置及冲击特性提出了巨大的挑战，现有技术通常将冲击类设备的冲击破岩与滚刀滚压分阶段进行，导致破岩效率较低；若两者同步进行，冲击类设备在受到较大偏向载荷、岩石卡阻、冲击设备延伸过长等情况下容易致使钻头卡阻，甚至钎杆折弯，从而影响施工效率。

综上所述，如何提高破岩效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种冲击机构，在冲击破岩与滚压破岩同步结合进行的过程中，冲击设备受到前移方向的挤压时，在回退组件的带动下，冲击设备可以被动退回，冲击设备受到转动方向的挤压时，在转向组件的带动下，冲击设备可以被动偏转，避免冲击设备因受岩石挤压而损坏，使冲击破岩与滚压破岩可以连续的同步进行，提高破岩效率。

本发明的另一目的是提供一种包括上述冲击机构的刀盘冲击扩挖执行装置，以及一种包括上述冲击机构的盾构机。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种冲击机构，包括：冲击设备、安装于所述冲击设备端部的钻具以及回退转向组件；

所述回退转向组件包括回退组件和/或转向组件；

所述冲击设备安装于刀盘，并可随所述刀盘的转动而转动；

所述回退组件带动所述冲击设备向前推出或向后退回，并在外力作用下使所述冲击设备被动退回；

所述转向组件带动所述冲击设备朝正向或反向偏转，并在外力作用下使所述冲击设备被动偏转。

优选的，还包括滑座和相对于所述滑座可滑动的设置于所述滑座内的托盘，所述冲击设备与所述托盘连接。

优选的，所述滑座内设置有用于限制所述冲击设备相对于所述滑座滑动距离的限位结构。

优选的，所述限位结构包括位于所述冲击设备前侧的第一限位结构以及位于所述冲击设备后侧的第二限位结构。

优选的，所述回退转向组件包括所述回退组件，所述回退组件包括驱动所述冲击设备前移或后退的回退油缸以及安装于所述回退油缸的第一溢流阀；所述回退油缸转动连接于所述托盘；

所述冲击设备前移过程中受到挤压时，所述第一溢流阀溢流，以使所述冲击设备退回。

优选的，所述回退转向组件包括所述转向组件，所述转向组件包括驱动所述冲击设备偏转的转向油缸以及安装于所述转向油缸的第二溢流阀；所述转向油缸转动连接于所述滑座；

所述冲击设备随所述刀盘转动过程中受到挤压时，所述第二溢流阀溢流，以使所述冲击设备向与其初始转动方向相反的方向偏转。

优选的，所述钻具的端部为由与所述冲击设备连接的一端至与岩石接触的一端呈渐缩状的结构。

优选的，所述冲击设备为凿岩机，或为潜孔锤。

一种刀盘冲击扩挖执行装置，包括刀盘、滚刀以及上述任一项所述的冲击机构。

一种盾构机，包括上述任一项所述的冲击机构。

在使用本发明提供的冲击机构的过程中，钻具设置于冲击设备的端部，冲击设备可在回退组件的作用下向前移动，对岩石造成冲击破坏；在冲击破岩与滚压破岩同步进行时，冲击设备可以随刀盘的转动而转动，当冲击设备受到前移方向的挤压时，外力作用于回退组件，回退组件在外力的作用下带动冲击设备被动收回；当冲击设备受到转动方向的挤压时，在外力的作用下转向组件带动冲击设备被动偏转。

相比于现有技术，本发明提供的冲击机构在冲击破岩与滚压破岩同步进行的工况下，可以有效避免冲击设备在前移方向受到挤压时，而使冲击设备损坏或卡阻；也可以有效避免冲击设备在转动方向受到挤压时，而使冲击设备弯曲、或钎杆折弯等故障；因此冲击设备无论是只受到前移方向的挤压，还是只受到转动方向的挤压，或者是既受到前移方向的挤压又受到转动方向的挤压，回退转向组件的设置使冲击设备具有自保护功能，可以有效解决刀盘前移钻具受到挤压而使冲击设备损折、钻具卡阻，或钻具受到过大偏向力致使冲击设备折弯等技术问题，极大提高了隧道掘进的连续性，提高了施工效率，降低了设备损耗，延长了冲击机构的使用寿命；另外，还可以提高冲击设备随刀盘转动的冲击平稳性。

此外，本发明还提供了一种包括上述冲击机构的刀盘冲击扩挖执行装置，以及一种包括上述冲击机构的盾构机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的刀盘冲击扩挖执行装置的部分结构的具体实施例的结构示意图；

图2为图1中a部分的局部放大图；

图3为图2中b部分所示的冲击机构的具体实施例的结构示意图；

图4为图3中c部分的钻具的局部放大图；

图5为图3中冲击机构回退过程的示意图；

图6为图3中冲击机构转向过程的示意图；

图7为转向油缸与第二溢流阀或回退油缸与第一溢流阀之间连接关系的示意图。

图1-7中：

1为冲击设备、2为钻具、3为滑座、4为托盘、5为限位结构、6为回退油缸、7为第一溢流阀、8为转向油缸、9为第二溢流阀、10为刀盘、11为滚刀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种冲击机构，无论是只受到前移方向的挤压，还是只受到转动方向的挤压，或者是既受到前移方向的挤压又受到转动方向的挤压的情况下，冲击设备均具有自保护功能，可以有效解决刀盘前移钻具受到挤压而使冲击设备损折、钻具卡阻，或钻具受到过大偏向力致使冲击设备折弯等技术问题。本发明的另一核心是提供一种包括上述冲击机构的刀盘冲击扩挖执行装置，以及一种包括上述冲击机构的盾构机。

请参考图1-7，图1为本发明所提供的刀盘冲击扩挖执行装置的部分结构的具体实施例的结构示意图；图2为图1中a部分的局部放大图；图3为图2中b部分所示的冲击机构的具体实施例的结构示意图；图4为图3中c部分的钻具的局部放大图；图5为图3中冲击机构回退过程的示意图；图6为图3中冲击机构转向过程的示意图；图7为转向油缸与第二溢流阀或回退油缸与第一溢流阀之间连接关系的示意图。

本具体实施例提供的冲击机构，包括：冲击设备1、安装于冲击设备1端部的钻具2以及回退转向组件；回退转向组件包括回退组件和/或转向组件；冲击设备1安装于刀盘10，并可随刀盘10的转动而转动；回退组件带动冲击设备1向前推出或向后退回，并在外力作用下使冲击设备1被动退回；转向组件带动冲击设备1朝正向或反向偏转，并在外力作用下使冲击设备1被动偏转。

在使用本发明提供的冲击机构的过程中，钻具2设置于冲击设备1的端部，冲击设备1可在回退组件的作用下向前移动，对岩石造成冲击破坏；在冲击破岩与滚压破岩同步进行时，冲击设备1可以随刀盘10的转动而转动。单纯受到前移方向的挤压力的情况下，此时可以只设置回退组件，外力作用于回退组件，回退组件在外力的作用下带动冲击设备1被动收回；当冲击设备1只受到转动方向的挤压时，此时可以只设置转向组件，在外力的作用下转向组件带动冲击设备1被动偏转；当冲击设备1既受到前移方向的挤压力又受到转动方向的挤压力的情况下，此时回退转向组件包括回退组件和转向组件，外力作用于回退组件和转向组件，使冲击设备1被动转向和回退。

相比于现有技术，本具体实施例提供的冲击机构在冲击破岩与滚压破岩同步进行的工况下，可以有效避免冲击设备1在前移方向受到挤压时，而使冲击设备1损坏或卡阻；也可以有效避免冲击设备1在转动方向受到挤压时，而使冲击设备1弯曲、或钎杆折弯等故障；因此冲击设备1无论是只受到前移方向的挤压，还是只受到转动方向的挤压，或者是既受到前移方向的挤压又受到转动方向的挤压，回退转向组件的设置使冲击设备1具有自保护功能，可以有效解决刀盘10前移钻具2受到挤压而使冲击设备1损折、钻具2卡阻，或钻具2受到过大偏向力致使冲击设备1折弯等技术问题，极大提高了隧道掘进的连续性，提高了施工效率，降低了设备损耗，延长了冲击机构的使用寿命；另外，还可以提高冲击设备1随刀盘10转动的冲击平稳性。

需要进行说明的是钻具2一般为钻头，设置于冲击设备1的端部，冲击设备1可以为凿岩机，或为潜孔锤，或者其他符合要求的结构，在此不做赘述。

为了是钻具2可以方便的绕过卡阻和受挤压的位置，将钻具2的端部设置为由与冲击设备1连接的一端至与岩石接触的一端呈渐缩状的结构，如图4所示，在对岩石进行冲击的过程中，钻具2设置为渐缩状，在前移和随刀盘10转动的过程中，钻具2与岩石接触之后，渐缩的侧面具有导向作用，可以有效避免被卡阻和受到挤压。

为方便冲击设备1的安装，如图3所示，还包括滑座3和相对于滑座3可滑动设置于滑座3内的托盘4，冲击设备1与托盘4连接；在使用的过程中，可以通过回退组件直接推动托盘4前移或拉动托盘4退回；也可以通过转向组件带动滑座3偏转，从而带动冲击设备1偏转。

为了使冲击设备1单次前移的距离一致，在滑座3内设置有用于限制冲击设备1相对于滑座3滑动距离的限位结构5，即在使用的过程中，限位结构5可以限制冲击设备1前移和后退的距离。

如图3所示，限位结构5包括位于冲击设备1前侧的第一限位结构和位于冲击设备1后侧的第二限位结构。在使用的过程中，当回退组件推动冲击设备1前移至第一限位结构限定的位置之后，便到达前移的极限位置，当回退组件带动冲击设备1后退至第二限位结构限定的位置之后，便到达后退的极限位置。

第一限位结构和第二限位结构的设置，使冲击组件可以重复多次且连续的向前推进相同的距离，实现对冲击设备1前移、后退距离的机械限位，以解决冲击设备1随刀盘10旋转过程中受重力影响推进力变化引起的破岩不一致的为题，有益于冲击设备1连续移动时严格控制破岩尺寸，提高破岩效率。

如图3所示，限位结构5设置于滑座3的内部，且托盘4的前侧设置有两个第一限位结构，托盘4的后侧设置有两个第二限位结构，通过对托盘4相对于滑块的移动距离进行限位，实现冲击设备1前移、后退距离的限位。

限位结构5可以是限位块、定位销等机械结构的限位，限位结构5只对冲击设备1的前移和后退的距离进行限定，不改变冲击设备1的冲击方向，限位结构5的尺寸、形状和材质可以根据隧道、盾构机的特性进行选择。限位结构5还可以通过检测回退组件的前移和后退距离实现，需要设置对应的传感器，并在传感器检测到相应位置的信息时，控制回退组件停止前移或停止后退。

回退转向组件包括回退组件时，即回退转向组件为回退组件、或为回退组件与转向组件的组合结构时，回退组件包括驱动冲击设备1前移和后退的回退油缸6以及安装于回退油缸6的第一溢流阀7，回退油缸6的一端转动连接于托盘4，另一端转动连接于刀盘10；当然，在没有滑座3和托盘4的情况下，可以直接将回退油缸6的一端转动设置于冲击设备1，另一端转动设置于刀盘10。在冲击设备1前移过程中受到挤压时，第一溢流阀7溢流，以使冲击设备1退回。

如图3所示，图3中为冲击机构回退前的结构示意图，此状态下，托盘4相对于滑座3向前滑动至第一限位结构的位置，对岩石进行冲击；如图5所示，为冲击机构回退过程的示意图，在此状态下，托盘4相对于滑座3向后滑动，直至回退至第二限位结构的位置；如图7所示，为回退油缸6与第一溢流阀7的连接关系示意图，在冲击设备1前移的过程中受到前移方向的挤压时，挤压力朝向冲击设备1后退的方向，在挤压力的作用下，回退油缸6受压致使其内腔液压油压力升高，与其连接的第一溢流阀7溢流，使回退油缸6回退，从而带动冲击设备1回退，避免冲击设备1被岩石的挤压力破坏。

回退转向组件包括转向组件时，即回退转向组件为转向组件、或为回退组件与转向组件的组合结构时，转向组件包括驱动冲击设备1偏转的转向油缸8以及安装于转向油缸8的第二溢流阀9；转向油缸8转动连接于滑座3；冲击设备1随刀盘10转动过程中受到挤压时，第二溢流阀9溢流，以使冲击设备1向与其初始转动方向相反的方向偏转。当然，在没有滑座3和托盘4的情况下，转向油缸8可以一端直接与冲击设备1转动连接，另一端与刀盘10转动连接，在受到转动方向的挤压时，第二溢流阀9溢流，冲击设备1在外力的作用下被动转动。

如图6和图7所示，在冲击设备1受到转动方向的挤压力时，即受到较大的偏向力时，在外力的作用下，转向油缸8的内腔油压升高，第二溢流阀9溢流，转向油缸8发生偏转，从而带动冲击设备1发生偏转，冲击设备1在偏转的过程中，偏转方向与原来转动的方向相反，以避免转动方向的挤压力对其造成破坏。

在冲击设备1回退和偏转之后，即冲击设备1绕过受挤压区域或偏向力恢复至元水平之后，则冲击机构复位。

需要进行说明的是，在转向油缸8带动冲击设备1转动的过程中，冲击设备1的偏转角度范围为0°-180°。

除了上述冲击机构，本发明还提供一种包括上述实施例公开的冲击机构、刀盘10以及滚刀11的刀盘冲击扩挖执行装置，冲击机构安装于刀盘10，如图1、2所示，为冲击机构安装于刀盘10的位置，在安装冲击机构的过程中，如果回退转向组件包括转向油缸8、第二溢流阀9、回退油缸6和第一溢流阀7，则在安装的过程中，回退油缸6和转向油缸8均需要转动安装于刀盘10；该刀盘冲击扩挖执行装置的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

在使用本发明提供的刀盘冲击扩挖执行装置的过程中，冲击设备1在轴向方向不超出刀盘10的刀圈时，为非扩挖状态；当冲击设备1的钻具2相对于刀盘10的滚刀11刀圈向外延伸0-1000mm时，为扩挖状态，具体使用的过程中，根据实际状况的不同，可以将钻具2相对于刀盘10的滚刀11刀圈向外延伸30-200mm时认定为扩挖状态，具体根据实际情况确定；回退油缸6可带动冲击设备1由扩挖状态会推至非扩挖状态，或者带动冲击设备1由费扩挖状态前移至扩挖状态。

本发明还提供了一种包括上述冲击机构的盾构机，该盾构机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本申请文件中提到的第一溢流阀7和第二溢流阀9，第一限位结构和第二限位结构中的第一和第二只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的盾构机、刀盘冲击扩挖执行装置、冲击机构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。