一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置的制作方法

本发明属于掘进机步进装置，具体涉及一种适用于敞开式岩石隧道掘进机(全断面岩石掘进机)斜井自动夹轨步进装置。

背景技术：

传统敞开式岩石隧道掘进机步进装置，分为掘进式、蛙跳式、轨行式、滑轨式、滑板式等，由于工程及设备条件影响，掘进式、蛙跳式仅在特定的工程设备条件下选用，轨行式成本较高，拆装不便，滑板式及滑轨式成为应用较为广泛的步进方式，受到各掘进机施工方及业主的青睐。

滑板式步进方式即在掘进机底护盾下部安装小滑板，可在大滑板上滑动，大滑板置于混凝土底板上，底护盾和大滑板之间安装有步进油缸；同时为保证掘进机稳定性，在撑靴下方设有支撑支架。

滑板式掘进机步进方式具有步进速度快，稳定性高，无需预先铺设轨道等特点，结构简单、成本适中，是掘进机施工中最为常用的步进方式，但滑板式也存在明显的缺陷，结构笨重、焊接量大，到达掌子面后步进小车拆除及不仅机构运输困难等等问题明显，此外滑板式需要将掘进机主机不断地顶升，在斜井隧道步进时危险系数较高，容易对主机结构及附件造成损伤。

滑轨式则是在步进洞内预设滑轨，底护盾后方安装步进油缸，油缸另一侧设有夹轨装置，夹紧轨道为掘进机在滑轨上前移提供反力，或油缸另一端焊接在滑轨上的钢结构，或步进油缸另一侧安装活动牛腿，牛腿插入地板预留空洞中为掘进机提供反力，可使用于各种机型。

滑轨式不需要笨重的大小滑板，不需要顶升主机，体积小，结构简单，成本较低，通用性强，焊接量小，步进轨道也可与掘进机物料运输轨道共用，适用于现有所有规格的敞开式岩石隧道掘进机。但传统的机械式夹轨及牛腿拆装不便、稳定性低，容易造成人员伤害及施工故障，焊接钢结构提供反力又会大大增加劳动力，降低步进速度。

鉴于此，为克服上述缺陷，本发明的发明人基于滑轨式步进方式设计出一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置。

技术实现要素：

本发明的目的是基于滑轨式步进方式设计的一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其不仅可以在平坡段步进，同时可满足10°以上的大坡度(下坡)的步进要求，无需顶升主机，施工安全性高，并且夹轨器夹轨器采用液压管路系统控制，操作简易，稳定性高。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，所述掘进机具有TBM主机，所述TBM主机的下方设置有底护盾；

其中，所述斜井自动夹轨步进装置包括：滑轨板、步进油缸以及夹轨器，所述滑轨板设置在所述底护盾的下方，所述滑轨板的后方通过步进油缸而与夹轨器连接。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述夹轨器包括：夹轨器油缸、夹轨器合金块、油缸进油口以及油缸回油口，所述夹轨器油缸具有活塞杆，所述夹轨器合金块设置在活塞杆的下方，并且用于从轨道的下方对轨道进行限位。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述夹轨器由液压系统管路控制。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，还包括侧向导向轮，其设置在所述滑轨板的下方、底护盾的两侧。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述滑轨板上垂直设有多根对称布置的轮轴，所述侧向导向轮套设在所述轮轴上，侧向导向轮能够绕着轮轴旋转。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述侧向导向轮与邻近的轨道之间具有预设间隙。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述预设间隙为10mm。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述底护盾的下方还设置有一个导向块，步进洞地面下设置有导向槽，所述导向块在所述导向槽内移动。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，所述底护盾的前方设置有刀盘，所述刀盘下方设置有一个导向块，步进洞地面下设置有导向槽，所述导向块在所述导向槽内移动。

所述的敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置，其中，在所述步进电机与所述底护盾之间也设有一个夹轨器。

本发明的有益效果是：

1、通过液压系统控制实现敞开式岩石隧道掘进机在轨自动步进功能，可实现整机在轨步进功能；

2、同时可满足10°以上的大坡度(下坡)的步进要求，无需顶升主机，施工安全性高；

3、掘进机步进在预铺设轨道上，掘进机主机和后配套同时步进，步进后轨道可供物料运输车使用，无需拆除；

4、采用自动夹轨装置提供步进反力，无需手动拆装夹轨，无焊接量；

5、可实现自动化控制，操作简单，往复控制单一的换向阀，即可以实现敞开式岩石隧道掘进机的步进及换步，工作效率高；

6、结构简单，体积小，空间紧凑，适用现有的所有直径的敞开式岩石隧道掘进机步进施工，通用性强。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为根据本发明的一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置在平坡段步进的示意图；

图2为根据本发明的一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置在斜坡段步进的示意图；

图3为根据本发明的一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置的第一实施例的局部示意图；

图4为夹轨器的结构示意图；

图5为液压系统管路的结构示意图；

图6为侧向导向轮的结构示意图；

图7为导向块的结构示意图；

图8为根据本发明的一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置的第二实施例的局部示意图；

图9为底部加固的主视图；

图10为底部加固的侧视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明提供一种敞开式岩石隧道掘进机斜井自动夹轨步进装置的第一实施例，其主要包括：导向块1、侧向导向轮2、滑轨板3、步进油缸4、夹轨器5、行走机构6、鞍架支撑7、液压系统管路8、电气控制系统等。

具体如图3至图7所示，所述滑轨板3设置在TBM(Tunnel Boring Machine，全断面隧道掘进机)主机的底护盾9的下方，刀盘10设置在所述底护盾9的前方，行走机构6和鞍架支撑7依次设置在底护盾9的后方。

所述滑轨板3的后方通过步进油缸4而与夹轨器5连接。具体如图4所示，所述夹轨器5主要包括：夹轨器油缸51、夹轨器合金块52、油缸进油口53以及油缸回油口54，所述夹轨器油缸51具有活塞杆511，所述夹轨器合金块52设置在活塞杆511的下方，并且用于从轨道11的下方对轨道11进行限位，常态下，活塞杆511与轨道11上方的间距为D，当夹轨器油缸51驱动活塞杆511向下直至活塞杆511顶抵至所述轨道11上时，夹轨器5在轨道11上制动；当夹轨器油缸51驱动活塞杆511向上直至活塞杆511与所述轨道11之间的间距符合安全距离时，例如间距D，那么夹轨器5能够在轨道11上自由移动，并且无法脱离轨道11。

所述夹轨器5由液压系统管路8控制。具体如图5所示，液压系统管路8主要包括：I组夹紧油缸81、I组液控单向阀811、I组单向调压阀812、II组夹紧油缸82、II组液控单向阀821、II组单向调压阀822、夹紧油缸控制阀83、推移油缸控制阀84、推移油缸85、推移双向调速阀86、夹紧油缸压力控制阀831、推移调压阀841、卸荷阀871、高压安全阀872、系统压力表873、高压泵874、电机875、吸油过滤器876以及散热器877。

I组夹紧油缸81的无杆腔通过I组液控单向阀811与夹紧油缸控制阀83的第一个油口连通，I组夹紧油缸81的有杆腔通过I组单向调压阀812与夹紧油缸控制阀83的第二个油口连通，夹紧油缸控制阀83的第三个油口与推移油缸控制阀84的第三个油口连通，夹紧油缸控制阀83的第四个油口通过散热器与夹轨器5的油缸进油口53相连通。II组夹紧油缸82的无杆腔通过II组液控单向阀821与夹紧油缸控制阀83的第二个油口连通，II组夹紧油缸82的有杆腔通过II组单向调压阀822与夹紧油缸控制阀83的第一个油口连通。推移双向调速阀86的无杆腔与推移油缸85的无杆腔连通并与推移油缸控制阀84的第一个油口连通，并且在连接管路上设有推移调压阀841；推移双向调速阀86的有杆腔与推移油缸85的有杆腔连通并与推移油缸控制阀84的第二个油口连通；夹轨器5的油缸回油口54依次通过吸油过滤器876、由电机875驱动的高压泵874、单向阀而与推移油缸控制阀84的第三个油口连通；推移油缸控制阀84的第四个油口与夹紧油缸控制阀83的第四个油口连通；此外，推移油缸控制阀84的第三个油口与夹紧油缸控制阀83的第四个油口连通的管路上设有卸荷阀871；并且还设有高压安全阀872，其一端连接在单向阀与推移油缸控制阀84的第三个油口的管路之间，另一端连接在卸荷阀871与夹紧油缸控制阀83的第四个油口的管路之间。

夹紧油缸动作顺序：当II组夹紧油缸82由夹紧状态释放时，系统由夹紧油缸控制阀83的第二个油口向夹轨器5的夹轨器油缸51供油，由于II组单向调压阀822的作用，在压力达到单向调压阀凋整压力前，系统先向I组夹紧油缸81供油，I组夹紧油缸81由回程状态推出，开始进行夹紧，直至I组夹紧油缸81夹紧压力达到调压阀设定时，系统向II组夹紧油缸82有杆腔供油；当II组夹紧油缸82压力上升至II组液控单向阀821解锁压力(此时I组夹紧油缸81夹紧压力为调压阀调整压力+液控单向阀解锁压力)，II组夹紧油缸82从夹紧状态释放，开始回程，II组夹紧油缸82回程完成后，系统压力再次上升，继续向I组夹紧油缸81加压，直至所设定的锁紧压力；当需要II组夹紧油缸82夹紧，I组夹紧油缸81释放时(此时系统由夹紧油缸控制阀83的第一个油口向夹轨器5的夹轨器油缸51供油)，其工作原理相同，系统将首先完成II组夹紧油缸82的夹紧，再进行I组夹紧油缸81的释放。

换言之，在夹紧油缸工作的整个过程中，至少保证有一组油缸处于夹紧状态。能够确保夹轨器5的工作稳定，有效地提升了安全性。

所述侧向导向轮2设置在所述滑轨板3的下方、底护盾9的两侧。具体如图6所示，所述滑轨板3上垂直设有多根对称布置的轮轴21，所述侧向导向轮21套设在所述轮轴21上，并且二者之间可设置滚动轴承(图中未标示)，使得侧向导向轮21能够绕着轮轴21旋转。当滑轨板3位于轨道11上时，通过侧向导向轮2与轨道11间的滚动摩擦产生的侧向力来调节掘进机主机的左右偏转。在常态下，以其中一侧的侧向导向轮2为例，比如图6中所示的侧向导向轮2与其右侧邻近的轨道11之间具有10mm的间隙G(但不以此为限)，以提供调整空间。

掘进机底护盾正下方及刀盘正下方分别设置了一个刚性导向块1。具体如图7所示，掘进机步进时导向块1没于隧道中部的导向槽12内，即隐没于步进洞地面13之下，当掘进机步进跑偏时，靠导向块1将方向校正，不仅起到辅助侧向导向轮2对方向进行校正的作用，还能起到保护导向轮2的作用。

最后如图8所示，本发明还提供了第二个实施例，在第二个实施例中，在步进电机4的前后两端分别设置了一个夹轨器5，换言之，在TBM主机14和步进电机4之间增设了一个夹轨器5，该夹轨器5的结构可以与第一实施例中的夹轨器5相同也可以不同。设置两个夹轨器5使得整个步进装置的制动更加有力，在应用中安全性更高。并且出于节约成本、易于操控的目的，还可以根据需要仅启用一个夹轨器5，在负载更高时、坡度更大(例如上至6°的坡度)时可以启用两个夹轨器5，应用更为灵活。

本发明的工作原理是：首先，启动泵站并操作控制阀，夹轨器5先自动夹紧轨道11，在顺序阀的控制下步进油缸4的活塞杆伸出，掘进机向前推进一个行程；操作换向阀，夹轨器5先自动松开轨道，然后随着步进油缸4的活塞杆的回缩，夹轨器5向前跟进一个行程，往复操作单一的换向阀，即可以实现敞开式岩石隧道掘进机的一步步平移，直至顶推平移到掌子面。待掘进机步进至距掌子面24m左右时，主机开始铺设临时轨道，连接桥则继续铺设固定轨道并架高。掘进机步进至掌子面附近，底部设置弧形混凝土加固段15(请见图9和图10)，侧部设置侧支撑16和导向架，当掘进机主机脱离步进轨道端部18时，将整体落在弧形加固段15上，再依次割除侧支撑16、滑轨板3并拖出主机区域，完成掘进机步进。

本发明的有益效果是：

1、通过液压系统控制实现敞开式岩石隧道掘进机在轨自动步进功能，可实现整机在轨步进功能；

2、同时可满足10°以上的大坡度(下坡)的步进要求，无需顶升主机，施工安全性高；

3、掘进机步进在预铺设轨道上，掘进机主机和后配套同时步进，步进后轨道可供物料运输车使用，无需拆除；

4、采用自动夹轨装置提供步进反力，无需手动拆装夹轨，无焊接量；

5、可实现自动化控制，操作简单，往复控制单一的换向阀，即可以实现敞开式岩石隧道掘进机的步进及换步，工作效率高；

6、结构简单，体积小，空间紧凑，适用现有的所有直径的敞开式岩石隧道掘进机步进施工，通用性强；

7、元件皆用快换接头连接，便于安装、维护，结合压力表监测顶升系统承载情况和泵站的运行情况；

8、不需要减速机，降低成本投入；

9、抗污染能力强，适用于矿山、隧道等恶劣施工环境使用。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。