一种全断面岩石隧道掘进机

1.本发明属于隧道掘进设备技术领域，尤其涉及一种全断面岩石隧道掘进机。


背景技术：

2.受全断面岩石隧道掘进机（tbm）技术的不断进步，在铁路、公路、水利、城市地铁等工程建设中广泛应用。tbm在掘进施工作业过程中，存在以下技术问题：（1）由于岩石破碎、渣料的存在，造成tbm刀盘内部及周边存在粉尘。粉尘包括直径大的降尘和直径小的飘尘两类，以气溶胶形式长期飘浮在tbm刀盘内部以及皮带输送机周边的空气中，肉眼看不到。粉尘中可能含有多种重金属，吸附着有毒物质的飘尘到处飘荡，严重污染tbm内部的工作环境。隧道属于密闭空间，除尘工作不能及时开展，虽然工作时佩戴的防尘口罩可以缓解一些，但无法从源头上控制粉尘。
3.（2）敞开式和双护盾式的tbm掘进主要依靠左右两个撑靴装置撑紧洞壁，利用撑靴和洞壁之间的摩擦力提供tbm掘进时的推进反力。tbm撑靴水平伸出，左右对称布置，为获得合适的接地比压，采用大撑靴设计，同时为获得较大的摩擦力，撑靴表面焊接耐磨网格层或镶嵌硬质合金的耐磨齿来提高撑靴表面的耐磨性。但tbm施工条件恶劣，环境复杂，在施工中往往出现工作环境变化的情况，撑靴装置外圆上的耐磨层磨损较快，特别是通过破碎岩层时，撑靴装置易打滑，则会因撑靴能力不足导致施工效率低，影响施工进度。另外，撑靴的球面自调节结构也易出现磨损，磨损后需要进行拆卸检修或更换，由于在恶劣环境中粉尘较大，球面自调节结构不易拆卸。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种降尘效果好、撑靴装置不易打滑、易损件更加耐磨、使用寿命长、方便拆卸的全断面岩石隧道掘进机。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种全断面岩石隧道掘进机，包括沿前后方向设置的鞍架，鞍架底部前侧和后侧分别设有前支撑和后支撑，鞍架上方设有顶护盾，鞍架前端转动设有刀盘，鞍架前侧设有驱动电机和驱动箱，驱动电机通过驱动箱与刀盘后侧的动力输入轴传动连接，刀盘后侧设有集渣槽，鞍架内部由前向后设有出渣皮带机，出渣皮带机前端位于集渣槽下方，出渣皮带机后端延伸到鞍架后侧，鞍架中部的左侧和右侧分别设有一个撑靴装置，鞍架上设有用于调节撑靴装置前后位置的调节油缸组件，鞍架后侧设有位于出渣皮带机后端上方的后喷淋降尘装置，顶护盾前侧设有向刀盘内部空间喷淋降尘剂的前喷淋降尘装置，前喷淋降尘装置和后喷淋降尘装置通过一根支供水管连接；两个撑靴装置的结构相同且左右对称设置，左侧的撑靴装置包括弧形焊接靴架、撑靴油缸、球头、铰接座和平衡拆卸机构，撑靴油缸轴线沿左右方向设置，弧形焊接靴架左侧设有双层弧面板，弧形焊接靴架右侧设有竖向平板，球头左侧与竖向平板定位连接，铰接座右侧面与撑靴油缸的活塞杆左端面对接并通过沉头螺栓连接，铰接座左侧面开设有球
窝，球头右侧的球面转动连接在球窝内，竖向平板上设有与铰接座转动连接的限位结构，平衡拆卸机设在弧形焊接靴架上，平衡拆卸机的动力驱动端与铰接座左侧面接触，双层弧面板左侧面上均匀设置有若干个耐磨齿，耐磨齿外表面电镀有第一金刚石耐磨层。
6.竖向平板中心左侧与双层弧面板右侧之间通过一节支承管连接，竖向平板中心右侧设有定位槽，球头左侧设有过盈装配在定位槽内的定位凸柱。
7.限位结构包括均与球头同中心线的固定环座和限位环，固定环座左侧固定连接在竖向平板上，铰接座外圆和限位环内圆均为左粗右细的球面结构，限位环套在铰接座外圆，限位环通过若干紧固螺栓与固定环座连接为一体，若干紧固螺栓沿限位环的圆周方向均匀布置。
8.球头和铰接座转动配合的球面均电镀有第二金刚石耐磨层，球头的球面上开设有润滑油槽，铰接座上部开设有与球头的球面连通的注油孔。
9.平衡拆卸机构设有两组，两组平衡拆卸机构关于球头中心线上下对称设置，下部的平衡拆卸机构包括拆卸油缸，拆卸臂和顶销，拆卸油缸的缸体铰接在竖向平板右侧面，拆卸油缸的活塞杆向左穿过竖向平板伸入到弧形焊接靴架内，拆卸臂竖向设置，拆卸臂中上部铰接在弧形焊接靴架上，拆卸臂上部向右折弯，拆卸油缸的活塞杆左端与拆卸臂下端铰接，竖向平板上开设有左右通透的导孔，顶销设置到导孔内，顶销右端与铰接座左侧面接触，顶销左端与拆卸臂上端右侧接触。
10.后喷淋降尘装置包括主供水管和水平设在鞍架后侧和的矩形框架，矩形框架上沿前后方向间隔布置有若干根后喷淋管，每根后喷淋管均沿左右方向设置，每根后喷淋管两端口均封堵，每根后喷淋管底部均设有至少两个第一雾化喷头，主供水管沿前后方向设置在所有的后喷淋管上部，主供水管与前端封堵，主供水管与每根后喷淋管均连通，主供水管前端上部与支供水管后端连接，主供水管上设有总阀门。
11.前喷淋降尘装置包括一根沿左右方向水平设置的前喷淋管，前喷淋管后侧中部与支供水管前端口连接，顶护盾下部通过吊环与支供水管前端部连接，前喷淋管前侧沿长度方向均匀间隔设置至少两个第二雾化喷头，刀盘后侧上部开设有与第二雾化喷头对应的安装孔，第二雾化喷头穿过安装孔伸入到刀盘内，支供水管上设有前喷淋调节阀。
12.出渣皮带机包括电机减速机、主动辊、从动辊、弧形输送带和若干弧形导辊，主动辊和从动辊通过弧形输送带传动连接，电机减速机与主动辊传动连接，若干弧形导辊沿前后方向均匀间隔设在鞍架内，弧形输送带的上半幅下表面与所有的弧形导辊顶部滚动配合。
13.弧形导辊包括软轴和若干轴承，软轴左端和右端分别连接在鞍架左侧内壁的左支架和鞍架右侧内壁的右支架上，轴承内圈过盈装配在软轴上，左支架下部和右支架下部之间转动设有一根支撑辊，支撑辊中间上部与软轴中部装配的轴承底部接触。
14.采用上述技术方案，本发明的主供水管的进水口连接水泵，水泵抽取降尘剂，在工作时，驱动电机通过驱动箱驱动刀盘旋转，刀盘将岩石破碎，渣料进入刀盘内部，第二雾化喷头将降尘剂雾化，对刀盘内部即将落入集渣槽内的渣料进行初步降尘，落入集渣槽内的渣料，直接落到出渣皮带机前端部的弧形输送带上，出渣皮带机将渣料向后输送，输送出鞍架后，第一雾化喷头将弧形输送带宽度方向全部覆盖，对渣料进一步进行喷雾，使输出渣料基本全部降尘。
15.本发明中降尘处理的降尘剂喷淋过程可持续进行，也可间隔固定时段进行。通过总阀门和前喷淋调节阀来控制喷淋量。
16.弧形导辊采用软轴，并在软轴上设置轴承，这样为弧形输送带提供弧形支撑空间，并且具有良好的滚动导向作用。支撑辊用于支撑软轴，提高弧形导辊的承载量。
17.撑靴油缸长度方向沿前后方向水平设置，撑靴油缸的缸体固定连接在tbm设备的鞍架上。撑靴油缸水平伸长时，通过铰接座、球头驱动弧形焊接靴架向左和向右移动，直到双层弧面板外表面的耐磨齿顶压隧道洞壁，在tbm设备前后移动时，双层弧面板外表面的耐磨齿与隧道洞壁之间形成定位支撑，耐磨齿受到较大的摩擦力，因此需要提高其耐磨性，本发明在耐磨齿外端面电镀第一金刚石耐磨层，提高耐磨齿的耐磨性，延长使用寿命。
18.由于球头的球面转动连接在铰接座的球窝内，这样可根据双层弧面板的弧面与隧道洞壁的顶压配合面自行调节角度，从而使定位支撑的可靠性。
19.铰接座、球头之间的球面接触面也采用与耐磨齿电镀第一金刚石耐磨层的工艺进行加工，这样也使铰接座、球头的使用寿命大大延长。定位凸柱装配在竖向平板中心右侧开设的定位槽内，这样可方便安装和定位球头。
20.限位结构的设置，不仅用于连接弧形焊接靴架与铰接座，而且可使铰接座外圆与限位环之间转动连接，从而适应铰接座与球头之间的转动连接。
21.通过注油孔可向铰接座、球头之间的球面注入润滑油，润滑油通过球头的球面上开设的润滑油槽在表面摊开，进一步延长铰接座、球头的使用寿命。注油孔上端口设置堵头。
22.需要将球头和铰接座进行拆卸时，先将固定环座和限位环之间的紧固螺栓拆卸，取下限位环，然后同时启动两个拆卸油缸，拆卸油缸的活塞杆伸长，驱动拆卸臂以与弧形焊接靴架的铰接点为支点转动，拆卸臂另一端顶压顶销左端，顶销右端顶压铰接座，在上下对称的驱动力作用下，铰接座与球头分开。由于两个平衡拆卸机构上下对称设置且同时动作，这样就可以很容易将球头与铰接座拆卸，且不会损伤铰接座与球头之间的配合球面。
23.在耐磨齿焊接在双层弧面板的外圆表面，耐磨齿采用特殊原料配方制造的高强度合金钢，耐磨齿外端面电镀的第一金刚石耐磨层采用特定工艺操作，利用了金刚石材料的高耐磨性和良好的自锐性，第一金刚石耐磨层与耐磨齿结合紧密，具有更强的耐磨性。
24.综上所述，本发明结构紧凑，对耐磨齿、球头和铰接座采用特殊的工艺电镀第一金刚石耐磨层，提高了撑靴装置易磨损件的耐磨性，在施工环境变化的情况下，可延长tbm撑靴的工作寿命。同时方便了球头和铰接座易磨损面的安装和拆卸。在施工作业时缓解刀盘内部空间的飘尘，同时在出渣皮带机上方设置后喷淋降尘装置，以喷淋式的方式及时喷洒降尘剂，降低渣料输送过程的飘尘，从而提高作业环境中的清洁度，有效维护作业人员身体健康。
附图说明
25.图1是本发明的整体结构示意图；图2是图1中后喷淋装置的横截面剖视图；图3是图1中前喷淋降尘装置的俯视图图4是本发明中左侧一个撑靴装置的结构示意图；
图5是图4中球头的放大图；图6是图4中耐磨齿的结构示意图。
具体实施方式
26.如图1-图6所示，本发明的一种全断面岩石隧道掘进机，包括沿前后方向设置的鞍架24，鞍架24底部前侧和后侧分别设有前支撑21和后支撑22（采用液压支撑），鞍架24上方设有顶护盾23，鞍架24前端转动设有刀盘25，鞍架24前侧设有驱动电机26和驱动箱27，驱动电机26通过驱动箱27与刀盘25后侧的动力输入轴传动连接，刀盘25后侧设有集渣槽28，鞍架24内部由前向后设有出渣皮带机，出渣皮带机前端位于集渣槽28下方，出渣皮带机后端延伸到鞍架24后侧，鞍架24中部的左侧和右侧分别设有一个撑靴装置30，鞍架24上设有用于调节撑靴装置30前后位置的调节油缸组件31，鞍架24后侧设有位于出渣皮带机后端上方的后喷淋降尘装置，顶护盾23前侧设有向刀盘25内部空间喷淋降尘剂的前喷淋降尘装置，前喷淋降尘装置和后喷淋降尘装置通过一根支供水管连接；两个撑靴装置30的结构相同且左右对称设置，左侧的撑靴装置30包括弧形焊接靴架9、撑靴油缸1、球头4、铰接座2和平衡拆卸机构，撑靴油缸1轴线沿左右方向设置，弧形焊接靴架9左侧设有双层弧面板，双层弧面板包括内弧面板6和外弧面板7，弧形焊接靴架9右侧设有竖向平板10，球头4左侧与竖向平板10定位连接，铰接座2右侧面与撑靴油缸1的活塞杆左端面对接并通过沉头螺栓11连接，铰接座2左侧面开设有球窝，球头4右侧的球面转动连接在球窝内，竖向平板10上设有与铰接座2转动连接的限位结构，平衡拆卸机设在弧形焊接靴架9上，平衡拆卸机的动力驱动端与铰接座2左侧面接触，双层弧面板左侧面上均匀设置有若干个耐磨齿8，耐磨齿8外表面电镀有第一金刚石耐磨层11。
27.竖向平板10中心左侧与双层弧面板右侧之间通过一节支承管12连接，竖向平板10中心右侧设有定位槽，球头4左侧设有过盈装配在定位槽内的定位凸柱13。
28.限位结构包括均与球头4同中心线的固定环座14和限位环15，固定环座14左侧固定连接在竖向平板10上，铰接座2外圆和限位环15内圆均为左粗右细的球面结构，限位环15套在铰接座2外圆，限位环15通过若干紧固螺栓3与固定环座14连接为一体，若干紧固螺栓3沿限位环15的圆周方向均匀布置。
29.球头4和铰接座2转动配合的球面均电镀有第二金刚石耐磨层20，球头4的球面上开设有润滑油槽16，铰接座2上部开设有与球头4的球面连通的注油孔17。
30.平衡拆卸机构设有两组，两组平衡拆卸机构关于球头4中心线上下对称设置，下部的平衡拆卸机构包括拆卸油缸5，拆卸臂18和顶销19，拆卸油缸5的缸体铰接在竖向平板10右侧面，拆卸油缸5的活塞杆向左穿过竖向平板10伸入到弧形焊接靴架9内，拆卸臂18竖向设置，拆卸臂18中上部铰接在弧形焊接靴架9上，拆卸臂18上部向右折弯，拆卸油缸5的活塞杆左端与拆卸臂18下端铰接，竖向平板10上开设有左右通透的导孔，顶销19设置到导孔内，顶销19右端与铰接座2左侧面接触，顶销19左端与拆卸臂18上端右侧接触。
31.后喷淋降尘装置包括主供水管32和水平设在鞍架24后侧和的矩形框架33，矩形框架33上沿前后方向间隔布置有若干根后喷淋管34，每根后喷淋管34均沿左右方向设置，每根后喷淋管34两端口均封堵，每根后喷淋管34底部均设有至少两个第一雾化喷头35，主供水管32沿前后方向设置在所有的后喷淋管34上部，主供水管32与前端封堵，主供水管32与
每根后喷淋管34均连通，主供水管32前端上部与支供水管36后端连接，主供水管32上设有总阀门37。
32.前喷淋降尘装置包括一根沿左右方向水平设置的前喷淋管38，前喷淋管38后侧中部与支供水管36前端口连接，顶护盾23下部通过吊环49与支供水管36前端部连接，前喷淋管38前侧沿长度方向均匀间隔设置至少两个第二雾化喷头39，刀盘25后侧上部开设有与第二雾化喷头39对应的安装孔，第二雾化喷头39穿过安装孔伸入到刀盘25内，支供水管36上设有前喷淋调节阀40。
33.出渣皮带机包括电机减速机29、主动辊41、从动辊42、弧形输送带43和若干弧形导辊，主动辊41和从动辊42通过弧形输送带43传动连接，电机减速机29与主动辊41传动连接，若干弧形导辊沿前后方向均匀间隔设在鞍架24内，弧形输送带43的上半幅下表面与所有的弧形导辊顶部滚动配合。
34.弧形导辊包括软轴44和若干轴承45，软轴44左端和右端分别连接在鞍架24左侧内壁的左支架47和鞍架24右侧内壁的右支架48上，轴承45内圈过盈装配在软轴44上，左支架47下部和右支架48下部之间转动设有一根支撑辊46，支撑辊46中间上部与软轴44中部装配的轴承45底部接触。
35.本发明的主供水管32的进水口连接水泵，水泵抽取降尘剂，在工作时，驱动电机26通过驱动箱27驱动刀盘25旋转，刀盘25将岩石破碎，渣料进入刀盘25内部，第二雾化喷头39将降尘剂雾化，对刀盘25内部即将落入集渣槽28内的渣料进行初步降尘，落入集渣槽28内的渣料，直接落到出渣皮带机前端部的弧形输送带43上，出渣皮带机将渣料向后输送，输送出鞍架24后，第一雾化喷头35将弧形输送带43宽度方向全部覆盖，对渣料进一步进行喷雾，使输出渣料基本全部降尘。
36.本发明中降尘处理的降尘剂喷淋过程可持续进行，也可间隔固定时段进行。通过总阀门37和前喷淋调节阀40来控制喷淋量。
37.弧形导辊采用软轴44，并在软轴44上设置轴承45，这样为弧形输送带43提供弧形支撑空间，并且具有良好的滚动导向作用。支撑辊46用于支撑软轴44，提高弧形导辊的承载量。
38.撑靴油缸1长度方向沿前后方向水平设置，撑靴油缸1的缸体固定连接在tbm设备的鞍架24上。撑靴油缸1水平伸长时，通过铰接座2、球头4驱动弧形焊接靴架9向左和向右移动，直到双层弧面板外表面的耐磨齿8顶压隧道洞壁，在tbm设备前后移动时，双层弧面板外表面的耐磨齿8与隧道洞壁之间形成定位支撑，耐磨齿8受到较大的摩擦力，因此需要提高其耐磨性，本发明在耐磨齿8外端面电镀第一金刚石耐磨层11，提高耐磨齿8的耐磨性，延长使用寿命。
39.由于球头4的球面转动连接在铰接座2的球窝内，这样可根据双层弧面板的弧面与隧道洞壁的顶压配合面自行调节角度，从而使定位支撑的可靠性。
40.铰接座2、球头4之间的球面接触面也采用与耐磨齿8电镀第一金刚石耐磨层11的工艺进行加工，这样也使铰接座2、球头4的使用寿命大大延长。定位凸柱13装配在竖向平板10中心右侧开设的定位槽内，这样可方便安装和定位球头4。
41.限位结构的设置，不仅用于连接弧形焊接靴架9与铰接座2，而且可使铰接座2外圆与限位环15之间转动连接，从而适应铰接座2与球头4之间的转动连接。
42.通过注油孔17可向铰接座2、球头4之间的球面注入润滑油，润滑油通过球头4的球面上开设的润滑油槽16在表面摊开，进一步延长铰接座2、球头4的使用寿命。注油孔17上端口设置堵头。
43.需要将球头4和铰接座2进行拆卸时，先将固定环座14和限位环15之间的紧固螺栓3拆卸，取下限位环15，然后同时启动两个拆卸油缸5，拆卸油缸5的活塞杆伸长，驱动拆卸臂18以与弧形焊接靴架9的铰接点为支点转动，拆卸臂18另一端顶压顶销19左端，顶销19右端顶压铰接座2，在上下对称的驱动力作用下，铰接座2与球头4分开。由于两个平衡拆卸机构上下对称设置且同时动作，这样就可以很容易将球头4与铰接座2拆卸，且不会损伤铰接座2与球头4之间的配合球面。
44.在耐磨齿8焊接在双层弧面板的外圆表面，耐磨齿8采用特殊原料配方制造的高强度合金钢，耐磨齿8外端面电镀的第一金刚石耐磨层11采用特定工艺操作，利用了金刚石材料的高耐磨性和良好的自锐性，第一金刚石耐磨层11与耐磨齿8结合紧密，具有更强的耐磨性。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，本实施例中的叙述的各部件的设置位置及相应方向，仅仅便于本领域技术人员对技术方案的理解，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。