一种冲击裂岩设备以及方法与流程

1.本发明涉及隧道掘进机械技术领域，具体涉及一种冲击裂岩设备以及方法。


背景技术：

2.随着铁路、公路的快速发展，各种复杂条件下的隧道施工问题对于施工工法提出了更高要求。传统施工中，较硬质围岩隧道多采用钻爆法施工，但若周边环境复杂，尤其经过城区时，临近居民区，建筑物密集，需严格控制施工过程中的振动，以防止产生扰民、上覆地表建筑物振动开裂等影响。随着火药使用的限制以及环保要求的提高，很多工程受制于火工品管理及环保要求，施工时间无法得到保证。非爆破开挖法是避免以上问题的方法之一，非爆破开挖法是指由于周边环境、管理要求、围岩条件等因素影响，不能通过爆破方式而可以采取相应设备进行的施工办法。
3.现有的机械开挖设备通过多级折叠臂架以及回转机构实现全断面的隧道掘进开挖，但是现有非爆开挖机械设备臂架的自由度不足，掌子面局部区域有死角无法达到，无法实现隧道零超挖、零欠挖。而通过累加多级折叠的臂架以及设置多个回转机构可以实现全断面的隧道开挖，但是结构复杂且稳定性差，不利于使用破碎锤进行硬岩破碎，进行掘进。
4.综上所述，急需一种冲击裂岩设备以及方法以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中机械开挖设备难以实现全断面隧道开挖以及复杂的折叠回转臂架稳定性差的问题，本发明提出了一种冲击裂岩设备以及方法，所述冲击裂岩设备采用三级折叠以及二级回转实现了全断面隧道开挖，且破碎锤可贴合隧道开挖面进行破碎作业，实现零超挖和零欠挖，具体技术方案如下：
6.一种冲击裂岩设备，包括基座以及依次铰接的一级转台、折叠臂、大臂和破碎锤，所述一级转台设置在基座上且连接折叠臂，所述折叠臂远离一级转台的一端设有二级转台，所述二级转台上铰接设有所述大臂；一级转台和折叠臂之间设有折叠臂俯仰调节件，通过折叠臂俯仰调节件调节折叠臂相对于一级转台的俯仰角度；二级转台和大臂之间设有大臂俯仰调节件，通过大臂俯仰调节件调节大臂相对于二级转台的俯仰角度；大臂和破碎锤之间设有破碎锤俯仰调节件，通过破碎锤俯仰调节件调节破碎锤相对于大臂的俯仰角；
7.所述一级转台围绕第一回转中心作回转运动，所述二级转台围绕第二回转中心作回转运动。
8.优选的，所述折叠臂包括串联且相互铰接设置的一臂和二臂，所述一臂和二臂之间铰接有二臂俯仰油缸，通过二臂俯仰调节件调节二臂相对于一臂的俯仰角度；所述一臂远离二臂的一端铰接一级转台，所述二臂远离一臂的一端设置二级转台。
9.优选的，所述折叠臂俯仰调节件为折叠臂俯仰油缸，所述大臂俯仰调节件为大臂俯仰油缸，所述破碎锤俯仰调节件为破碎锤俯仰油缸，所述二臂俯仰调节件为二臂俯仰油缸。
10.优选的，所述一臂和二臂的俯仰方向位于同一竖直平面。
11.优选的，所述一级转台的回转平面沿着水平设置。
12.优选的，所述破碎锤为高频振动破碎锤。
13.优选的，所述破碎锤通过一级转台和二级转台的回转运动以及折叠臂和大臂的俯仰运动实现破碎锤的工作面与隧道开挖面相贴合。
14.另外，本发明还提出了一种冲击裂岩方法，应用如上述的冲击裂岩设备，所述方法具体如下：
15.第一步，通过一级转台的回转运动以及折叠臂的俯仰运动调整二级转台、大臂以及破碎锤的位置；
16.第二步，通过二级转台的回转运动以及大臂的俯仰运动将破碎锤移动到隧道开挖面附近，在这一过程中通过二级转台的回转运动以及大臂的俯仰运动使得破碎锤俯仰油缸的俯仰运动方向所在的平面垂直隧道开挖面；
17.第三步，调节破碎锤的俯仰角度，使得破碎锤的工作面与隧道开挖面平行，通过调节折叠臂的折叠角度使得破碎锤的工作面贴合隧道开挖面；
18.第四步，启动破碎锤对隧道进行硬岩破碎。
19.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
20.(1)本发明提出的冲击裂岩设备通过一级转台、折叠臂、大臂、二级转台组合实现破碎锤的工作面贴合隧道开挖面，实现隧道掘进的零超挖和零欠挖。另外，本发明中的折叠臂可以是由一臂和二臂组成的二级折叠臂，一臂和二臂之间的俯仰运动可以实现不改变破碎锤的工作面角度的前提下，调节破碎锤的位置，有利于破碎锤贴合隧道开挖面，提高了冲击裂岩设备的掘进广度，且一级转台、一臂、二臂、大臂、二级转台的组合结构稳定，有利于破碎锤进行硬岩破碎，确保隧道掘进的零超挖和零欠挖。
21.(2)本发明提出的冲击裂岩方法通过依次调节一级转台、折叠臂、二级转台、大臂和破碎锤实现破碎锤的工作面贴合隧道开挖面，使得破碎锤在对隧道硬岩进行破碎的同时保证了隧道掘进的零超挖和零欠挖。
22.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1是本发明实施例的结构示意图；
25.图2是图1中a处放大的结构示意图；
26.图3是图1中破碎锤破碎时的示意图；
27.图4是图1中冲击裂岩设备掘进作业时的示意图；
28.图5是图1中冲击裂岩设备大俯角破碎的示意图。
29.其中，1-基座，2-一级转台，3-大臂，3.1-大臂俯仰油缸，4-破碎锤，4.1-连杆机构，4.2-破碎锤俯仰油缸，5-一臂，5.1-一臂俯仰油缸，6-二臂，6.1-二臂俯仰油缸，7-二级转台，a-第一回转中心，b-第二回转中心。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
31.实施例1：
32.参见图1，本实施例公开了一种冲击裂岩设备，包括基座1以及依次铰接的一级转台2、折叠臂、大臂3和破碎锤4，本实施例优选的折叠臂包括一臂5和二臂6，所述一级转台2设置在基座1上且连接一臂5，所述一臂5铰接所述二臂6，所述二臂6远离一臂5的一端设有二级转台7，所述二级转台7上铰接设有所述大臂3。
33.进一步地，所述一级转台2围绕第一回转中心a作回转运动，所述二级转台7围绕第二回转中心b作回转运动。其中，所述一级转台2以及二级转台7均可完成360度的回转角度，一级转台2以及二级转台7的动力源均为电机，实现全方位无死角覆盖作业。
34.优选的，所述一级转台2的动力源还可以是偏摆油缸，所述偏摆油缸实现一级转台2的120度偏摆，由于所述冲击裂岩设备用于破碎隧道硬岩，因此一级转台2的偏摆中心线和隧道掘进开挖方向相同。所述二级转台7为液压回转台。
35.进一步地，所述一级转台2和一臂5之间、一臂5和二臂6之间、二级转台7和大臂3之间以及大臂3和破碎锤4之间均设有用于驱动对应部件的俯仰调节件，本实施例优选的俯仰调节件为俯仰油缸，所述俯仰油缸均包括油缸本体和活塞杆，具体设置如下：
36.所述一级转台2和一臂5之间设有一臂俯仰油缸5.1，所述一臂俯仰油缸5.1的油缸本体铰接一级转台2，所述一臂俯仰油缸5.1的活塞杆铰接一臂5，所述一臂俯仰油缸5.1用于驱动一臂5相对于一级转台2进行俯仰运动。
37.所述一臂5和二臂6之间设有二臂俯仰油缸6.1，所述二臂俯仰油缸6.1的油缸本体铰接一臂5，所述二臂俯仰油缸6.1的活塞杆铰接二臂6，所述二臂俯仰油缸6.1用于驱动一臂5相对于二臂6进行俯仰运动。需要说明的是，本实施例中设有两个油缸本体沿着二臂6和一臂5的铰接点左右对称设置在一臂5上的二臂俯仰油缸6.1，可以提高折叠臂架的稳定性，确保破碎锤作业过程中能够稳定地沿着设定路线开挖。
38.优选的，所述一臂5的俯仰空间和二臂6的俯仰方向位于同一竖直平面，可以提高了折叠臂的稳定性，延长折叠臂的使用寿命，避免因为多级折叠导致折叠臂中铰接部分的零件快速损耗。
39.所述二级转台7和大臂3之间设有大臂俯仰油缸3.1，所述大臂俯仰油缸3.1的油缸本体铰接二级转台7，所述大臂俯仰油缸3.1的活塞杆铰接大臂3，所述大臂俯仰油缸3.1用于驱动大臂3相对于二级转台7进行俯仰运动。需要说明的是，本实施例中设有两个油缸本体沿着大臂3和二级转台7铰接点左右对称设置在二级转台7上的大臂俯仰油缸3.1，可以提高折叠臂架的稳定性，确保破碎锤4作业过程中能够稳定地沿着设定路线开挖。
40.所述大臂3和破碎锤4之间设有连杆机构4.1和破碎锤俯仰油缸4.2，所述破碎锤4铰接连杆机构4.1，所述连杆结构铰接破碎锤俯仰油缸4.2的活塞杆，所述破碎锤俯仰油缸4.2的油缸本体铰接大臂3，所述连杆结构和破碎锤俯仰油缸4.2组合实现破碎锤4相对于大臂3进行俯仰运动，所述连杆机构4.1和破碎锤俯仰油缸4.2可实现破碎锤0到100度的俯仰角度。
41.具体的，如图2所示，所述连杆机构4.1包括第一连杆4.11和第二连杆4.12，所述第
一连杆4.11包括第一端4.11-a和第二端4.11-b，所述第二连杆4.12包括第三端4.12-a和第四端4.12-b，所述第一端4.11-a铰接破碎锤4，第三端4.12-a铰接大臂3，第二端4.11-b以及第四端4.12-b铰接破碎锤俯仰油缸4.2的活塞杆。
42.优选的，本实施例中所有的铰接均通过销轴连接实现。
43.优选的，所述一级转台2的回转平面沿着水平设置，使得冲击裂岩设备更加稳定，提高了冲击裂岩设备在破碎开挖过程中的稳定性。
44.优选的，所述破碎锤4为高频振动破碎锤，所述高频振动破碎锤的破碎齿为板型破碎齿结构，能够更好地贴合隧道开挖面，实现零超挖。
45.另外，本实施例还提出了一种基于上述冲击裂岩设备的冲击裂岩方法，具体如下：
46.参阅图3，本实施例通过一级转台2偏摆以及一臂5和二臂6俯仰可以调整二级转台7、大臂3和破碎锤4的位置，再通过二级转台7的360度回转运动以及大臂俯仰油缸3.1将破碎锤4移动到隧道开挖面附近，同时调整二级转台7以及大臂俯仰油缸3.1使得破碎锤俯仰油缸4.2的俯仰面垂直隧道开挖面，然后通过破碎锤俯仰油缸4.2调节破碎锤4的俯仰角度，使得破碎锤4的破碎齿贴合隧道开挖面，若是破碎锤4和隧道开挖面之间还存在一定距离，可以通过一臂5和二臂6进行俯仰运动，在不改变破碎锤角度的前提下完成破碎锤向隧道开挖面靠拢，最后启动破碎锤对隧道硬岩进行破碎，实现零超挖和零欠挖。
47.如图4所示，本实施例中可以实现全断面的开挖，通过折叠臂的折叠程度对一级转台2和二级转台7的回转平面之间角度进行调节，从而可以实现隧道全工作面覆盖的零超挖和零欠挖。
48.如图5所示，本实施例还可以实现大俯角的隧道硬岩破碎，通过折叠臂以及大臂之间的弯曲折叠，可以对位于冲击裂岩设备下方的硬岩进行破碎。
49.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。