一种TBM防扭转稳定器及掘进机的制作方法

本发明涉及掘进机技术领域，尤其涉及一种tbm防扭转稳定器及掘进机。

背景技术：

tbm在进行隧道掘进的过程中，因刀盘旋转受到岩体的反作用力，tbm的盾体容易发生扭转及振动，针对这种情况，需要在tbm的盾体上安装稳定器。稳定器主要是为了在掘进时稳定盾体和减少振动。

传统的稳定器嵌入到岩层后，在掘进过程中岩层会对稳定器产生较大的阻力，继而极大地影响到tbm掘进的速度；另外，传统的稳定器无法较深的嵌入岩层，以至于稳定器的抗扭能力(抵抗盾体扭转的能力)弱，从而难以保证盾体的稳定，使得在掘进过程中盾体会产生一定程度地扭转。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种tbm防扭转稳定器及掘进机，用以解决现有技术中的问题。

为解决上述问题，本发明提供了：一种tbm防扭转稳定器，包括安装座和用于驱使所述安装座直线运动的伸缩驱动装置；

所述安装座上设置有用于嵌入岩层的滚轮，所述滚轮与所述安装座可转动地连接，其中，所述滚轮的转动轴心线与所述安装座的直线运动方向垂直，所述滚轮的滚动方向与tbm的掘进方向一致；

所述滚轮的外圈设置有刃口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述安装座上设置有转轴，所述滚轮套设于所述转轴上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述安装座包括平行设置的第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板之间的间距大于所述滚轮的厚度，其中，所述滚轮位于所述第一连接板和所述第二连接板之间；

所述第一连接板和所述第二连接板均与所述转轴转动连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滚轮的表面设置有用于提高硬度的硬化层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述伸缩驱动装置包括油缸，其中，所述安装座固定于所述油缸的活塞上。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括用于驱使所述伸缩驱动装置旋转的旋转驱动装置，所述伸缩驱动装置转动轴心线与所述安装座的直线运动方向平行。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转驱动装置包括电机。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括用于控制所述伸缩驱动装置使其无法转动的限转装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述限转装置包括电磁吸盘和固定于所述伸缩驱动装置上的铁盘。

本发明还提供了：一种掘进机，包括如上任一项所述的tbm防扭转稳定器。

本发明的有益效果是：本发明提出一种tbm防扭转稳定器，包括安装座和用于驱使安装座直线运动的伸缩驱动装置，安装座上设置有用于嵌入岩层的滚轮，滚轮与安装座可转动地连接，其中，滚轮的转动轴心线与安装座的直线运动方向垂直，滚轮的外圈设置有刃口。

tbm防扭转稳定器的伸缩驱动装置可安装于tbm的侧壁，在伸缩驱动装置的作用下安装座伸向岩层。由于滚轮的转动轴心线与安装座的直线运动方向垂直，所以随着安装座的移动，滚轮的刃口将会嵌入至岩层中。在安装时，使得滚轮的转动轴心线与tbm的掘进方向垂直，保证滚轮滚动方向与tbm的掘进方向一致，如此在tbm进行掘进时，滚轮与岩层之间为滚动摩擦，由此便降低了岩层对tbm防扭转稳定器的纵向阻力，并减小了tbm防扭转稳定器与岩层之间的作用力对tbm掘进速度的影响；同时由于刃口的存在，使得滚轮可以在岩层中嵌入地更深，由此能够提高tbm防扭转稳定器的抗扭能力。

该tbm防扭转稳定器能够降低了掘进过程中tbm防扭转稳定器及tbm受到的纵向阻力；同时，利用滚轮的刃口能使滚轮更加深地嵌入岩层中，以提高tbm防扭转稳定器的抗扭能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中一种tbm防扭转稳定器的第一轴侧图；

图2为本发明实施例中一种tbm防扭转稳定器的第二轴侧图；

图3为本发明实施例中一种tbm防扭转稳定器的正视图；

图4为本发明实施例中一种tbm防扭转稳定器的爆炸图；

图5为本发明实施例中一种滚轮的示意图；

图6为本发明实施例中一种安装座的示意图。

主要元件符号说明：

1-安装座；2-伸缩驱动装置；3-滚轮；4-刃口；5-固定座；6-转轴；7-第一连接板；8-第二连接板。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“a或/和b”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合，例如，可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

参阅图1和图2，在本实施例中，提出一种tbm防扭转稳定器，包括安装座1和用于驱使安装座1直线运动的伸缩驱动装置2。

安装座1上可设置有用于嵌入岩层的滚轮3，滚轮3与安装座1可转动地连接，其中，滚轮3的转动轴心线与安装座1的直线运动方向垂直。参照图3，箭头所示方向与安装座1直线运动方向平行，图中顺时针或逆时针方向为滚轮3的转动方向，其中，滚轮3的滚动方向应与tbm的掘进方向一致。

如图5所示，滚轮3的外圈设置有刃口4，其中，刃口4为滚轮3上最薄的部位。

tbm,全称为tunnelboringmachine，中文为全断面硬岩隧道掘进机，为掘进机的一种，主要用于隧道的掘进工作。tbm包括盾体，盾体呈圆柱体状，其前端设置有用于挤压破岩的刀盘。tbm在进行工作时，刀盘将会与岩体产生相互作用力，在岩体的反作用力的作用下，盾体可能会发现扭转。

利用tbm防扭转稳定器，在保障盾体稳定性的同时，还可以减低tbm掘进过程中受到的阻力，并能有效避免盾体发生扭转。

将tbm防扭转稳定器的伸缩驱动装置2安装于盾体的侧壁，在具体安装时，伸缩驱动装置2可安装于盾体的内部，滚轮3及安装座1则位于盾体的外部，同时，还需保证滚轮3的转动轴心线与tbm的掘进方向垂直，继而使得滚轮3的滚动方向与tbm的掘进方向一致。

在盾体上安装tbm防扭转稳定器时，可将伸缩驱动装置2固定于盾体上。为此，可在伸缩驱动装置2上设置有固定座5，然后通过螺栓等紧固件将固定座5安装于盾体上。

安装座1可设置于伸缩驱动装置2的顶部，启动伸缩驱动装置2驱使安装座1朝岩层移动，随着安装座1的移动，滚轮3的刃口4最先与岩层接触，并逐渐嵌入到岩层中。

由于滚轮3的转动轴心线与tbm的掘进方向垂直，所以在tbm掘进过程中，滚轮3与岩层之间为滚动摩擦，从而使得盾体移动过程中tbm防扭转稳定器所受的纵向阻力将会变小，由此降低了岩层对tbm防扭转稳定器的纵向阻力，并减小了tbm防扭转稳定器与岩层之间的作用力对tbm掘进速度的影响。其中，纵向阻力与tbm的掘进方向相反。

同时，刃口4为滚轮3上最薄的部位，对于滚轮3而言刃口4对岩层的压强最大，由此使得滚轮3可以更容易且更深地嵌入至岩层中。在刀盘工作过程中，由于岩体对刀盘的反作用力，盾体将会受到一定的扭矩而发生扭转，但由于位于盾体侧壁的滚轮3嵌入至岩层中，所以当盾体产生扭转的趋势时，滚轮3的侧面便会因受到岩层的反作用力而无法转动，继而作用于盾体使得盾体也无法扭转，从而保证了盾体的稳定性。

其中，滚轮3嵌入岩层的深度越深，岩层对滚轮3侧面的作用力便会更加稳定，tbm防扭转稳定器的抗扭能力便会越强。

由于滚轮3需要嵌入至岩层中，那么滚轮3的硬度应大于岩层的硬度，具体的，滚轮3可选用硬度高、力学性能好的材料制成。

为提高滚轮3的寿命，滚轮3的表面可设置有用于提高硬度的硬化层。具体的，硬化层可以通过渗碳、氮化、硬质阳极氧化、镀铬、表面淬火以及渗金属等方式获得。

为了提高tbm掘进过程中的稳定性，tbm上可设置有多个tbm防扭转稳定器，具体的，多个tbm防扭转稳定器可以在盾体的侧壁环形阵列分布。

如图4所示，为对滚轮3进行安装，安装座1上可设置有转轴6，滚轮3套设于转轴6上。其中，滚轮3与转轴6之间可过盈配合。

如图6所示，安装座1可包括平行设置的第一连接板7和第二连接板8，第一连接板7和第二连接板8之间的间距大于滚轮3的厚度，其中，滚轮3位于第一连接板7和第二连接板8之间。

第一连接板7和第二连接板8均与转轴6转动连接，同时，第一连接板7和第二连接板8均与转轴6垂直。

在本实施例中，第一连接板7和第二连接板8上均设置有用于连接转轴6的通孔，通孔内可设置有轴承，转轴6插入至轴承的内圈中，由此实现转轴6与第一连接板7和第二连接板8的转动连接。其中，轴承可选用深沟球轴承。为提高转动的稳定性，每个通孔内可设置有2个或多个轴承。

为防止轴承从通孔中滑落，通孔内可设置有弹性挡圈，利用弹性挡圈可对通孔内轴承的位置进行固定。

伸缩驱动装置2驱动安装座1移动，并使得滚轮3嵌入岩层中。由于岩层具有一定的硬度，为此，伸缩驱动装置2需要提供一定的作用力才能使得滚轮3嵌入至岩层中。

在本实施例中，伸缩驱动装置2可包括油缸，其中，安装座1固定于油缸的活塞上。在液压力的作用下，能够使得滚轮3更深地嵌入至岩层中。

油缸上可设置有导向槽等导向结构，导向结构用于限制油缸的活塞的运动方向，使其仅能伸缩。利用导向结构可以确保油缸的活塞不会因为滚轮3受力而发生旋转。

在本实施例中，tbm防扭转稳定器还可以包括用于驱使伸缩驱动装置2旋转的旋转驱动装置。由于滚轮3通过安装座1与伸缩驱动装置2相连，所以当伸缩驱动装置2转动时，滚轮3也会随着转动。

其中，在旋转驱动装置的作用下，伸缩驱动装置2转动轴心线与安装座1的直线运动方向平行。此时，可将伸缩驱动装置2上的固定座5进行拆卸，在盾体上安装tbm防扭转稳定器时，伸缩驱动装置2需与盾体转动连接。

通过旋转驱动装置可以驱使伸缩驱动装置2旋转，使得安装座1随之转动，继而方便调节滚轮3的位置。具体的，当滚轮3的转动轴心线与tbm的掘进方向不相垂直时，可以通过旋转驱动装置进行调整。

在本实施例中，旋转驱动装置可包括电机。

由于伸缩驱动装置2可转动，所以当tbm在掘进过程中，滚轮3可能会因受到岩层的作用力而发生偏转，继而使得滚轮3的转动轴心线与tbm的掘进方向不相垂直，而这就会导致tbm防扭转稳定器稳定盾体的作用变弱，且使得tbm防扭转稳定器与岩层之间阻碍tbm掘进的纵向阻力变大。

为此，在本实施例中，tbm防扭转稳定器还可以包括用于控制伸缩驱动装置2使其无法转动的限转装置。当旋转驱动装置驱使伸缩驱动装置2旋转，使得滚轮3移动至所需位置后，通过限转装置可以对伸缩驱动装置2进行限制，并使其无法旋转。

在本实施例中，限转装置可包括电磁吸盘和固定于伸缩驱动装置2上的铁盘。具体的，铁盘还可以替换成其可磁吸的金属盘等。

电磁吸盘可固定于盾体内，铁盘可设置于伸缩驱动装置2的底部。电磁吸盘通电后会产生一定的磁场力，通过磁场力实现对铁盘的吸引，从而使得伸缩驱动装置2保持固定而无法转动。在当电磁吸盘去磁后，伸缩驱动装置2就可以恢复转动。其中，电磁吸盘与铁盘可以相互贴合，两者之间摩擦系数可小于0.2，这样可以避免两者之间因摩擦力过大而影响伸缩驱动装置2的转动。具体的，电磁吸盘可设置呈圆环状，由此方便旋转驱动装置与伸缩驱动装置2传动连接。

在其他具体实施例中，限制装置还可以选用夹爪等夹具，或者其他锁紧装置等。

在本实施例中，还提出一种掘进机，包括上文中的tbm防扭转稳定器。其中，掘进机可以是tbm。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述实施例序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。