掘进设备及其控制方法与流程

本发明涉及掘进设备，尤其涉及一种掘进设备及其控制方法。

背景技术：

1、随着城市现代化步伐的不断加快，越来越多的城市地铁、水利水电、公路、铁路等隧道被规划，而盾构机由于其安全快速等诸多方面的优势被普遍采用，成为目前最广泛应用的地下隧道施工方法。

2、而盾构机在施工作业时，盾体机身姿态的稳定对于施工的安全以及施工进度具有重要的意义，传统盾构机稳定方法及稳定器多采用通过控制驱动机构带动鱼鳍板相对盾体沿径向伸出，使鱼鳍板侵入外部土体的方式稳定盾体，但是这种方案适用于软土地层中，用于固定盾构机的前盾、中盾进行换步作业，或者，仅通过撑靴装置支撑隧道内壁的方式稳定盾体，但是这种方案可能由于支撑结构可承受反力较小而导致支撑力不足，稳定效果不理想。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供一种掘进设备及其控制方法，通过为撑靴装置设置提供辅助支撑的支撑装置，并将撑靴本体和支撑件构造为斜面配合，使得支撑装置可以小推力支撑撑靴本体，更好地稳定盾体姿态，满足掘进作业和换步作业的需求。

2、本发明提供一种掘进设备，包括：盾体，所述盾体具有沿自身径向延伸的活动孔；撑靴装置，所述撑靴装置包括撑靴本体和第一驱动件，所述撑靴本体的径向外端适于与围层抵压接触，所述撑靴本体的径向内端形成有支撑斜面，所述撑靴本体可伸出地设于所述活动孔，所述第一驱动件适于驱动所述撑靴本体沿所述活动孔运动；支撑装置，所述支撑装置包括：支撑件和第二驱动件，所述支撑件的沿所述盾体的径向的外侧表面的至少部分形成为与所述支撑斜面平行的配合斜面，所述第二驱动件与所述支撑件传动连接，以驱动所述支撑件沿所述盾体的轴向运动，以使所述支撑斜面与所述配合斜面抵接或脱离配合。

3、根据本发明的掘进设备，通过为撑靴装置设置提供辅助支撑的支撑装置，可以使撑靴装置更好地支撑盾体，稳定盾体姿态，以便于掘进作业。而通过将撑靴本体沿盾体径向的内表面设置为支撑斜面，支撑件的沿盾体径向的外侧表面的至少部分形成为配合斜面，配合斜面与支撑斜面平行且可分离地配合，使得支撑装置能够以自身的小推力为撑靴本体提供较大的稳定支撑力，从而承受大部分的反力，提升撑靴装置的可靠性，满足盾构机掘进作业和换步作业的需求，并且，整体结构简单，容易制造和装配。

4、根据本发明的一些实施例，所述掘进设备具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述撑靴本体从所述活动孔内伸出并与所述围层抵压接触，所述支撑件伸出并使所述配合斜面与所述支撑斜面沿所述盾体的径向抵接；在所述第二状态下，所述支撑件退回以使所述配合斜面与所述支撑斜面脱离配合，所述撑靴本体适于退回所述活动孔内。

5、可选地，所述第二驱动件被配置为根据所述撑靴本体所承受的径向载荷控制所述支撑件的伸出量。

6、在一些实施例中，所述掘进设备还包括：支撑座组件，所述支撑座组件设于所述撑靴本体沿所述盾体的径向内侧，在所述撑靴本体从所述活动孔内伸出时，所述撑靴本体的径向内端与所述支撑座组件间隔开，以限定出容纳空间，所述支撑件适于支撑于所述支撑座组件，并嵌设于所述容纳空间内，以支撑所述撑靴本体。

7、可选地，所述支撑座组件在参考面内的投影位于所述撑靴本体在参考面内的投影内，并与所述第一驱动件在参考面内的投影错开，所述参考面与所述撑靴本体的运动方向相互垂直。

8、可选地，所述第一驱动件为多个，多个所述第一驱动件沿所述支撑座组件的周向间隔布置，多个所述第一驱动件被配置为交替驱动所述撑靴本体运动。

9、根据本发明的一些实施例，所述盾体包括：连体油缸座，所述支撑座组件和所述第一驱动件的径向内端均与所述连体油缸座连接。

10、可选地，所述盾体具有中心圆筒件，所述支撑座组件包括：底座，所述底座设于所述中心圆筒件，且沿所述盾体的径向延伸；导轨座，所述导轨座设于所述底座的远离所述的中心圆筒件的一端，所述导轨座具有沿所述盾体的轴向延伸的导轨，所述支撑件可滑动地设于所述导轨，并与所述导轨导向配合。

11、可选地，所述导轨座在参考方向上的宽度小于所述底座在所述参考方向上的宽度，以在所述导轨座沿所述参考方向的两侧限定出避让空间，所述参考方向与所述盾体的轴向以及所述撑靴本体的运动方向垂直，所述支撑座组件还包括位于所述避让空间内，且分别与所述导轨座和所述底座连接的加强筋板，所述加强筋板为至少一个。

12、本发明第二方面提供一种掘进设备的控制方法，应用于根据本发明第一方面所述的掘进设备，所述控制方法包括以下步骤：控制所述第一驱动件驱动所述撑靴本体沿所述盾体的径向，从所述活动孔内伸出，并与所述围层抵压接触；获取所述撑靴本体的径向载荷；根据所述径向载荷确定所述支撑件的目标伸出量；控制所述第二驱动件驱动所述支撑件沿所述盾体的轴向伸出至所述目标伸出量。

13、根据本发明的掘进设备的控制方法，通过将控制逻辑设置为先控制撑靴本体与围层抵接，然后根据撑靴本体承受的径向载荷，来确定支撑件的目标伸出量，可以使支撑件准确地到达目标位置，并为撑靴本体提供足够的支撑力，来更好地稳定盾体的姿态，便于掘进设备进行掘进作业和换步作业，并且，整体控制逻辑较为简单，容易实现。

技术特征：

1.一种掘进设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的掘进设备，其特征在于，所述掘进设备具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述撑靴本体从所述活动孔内伸出并与所述围层抵压接触，所述支撑件伸出并使所述配合斜面与所述支撑斜面沿所述盾体的径向抵接；

3.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，所述第二驱动件被配置为根据所述撑靴本体所承受的径向载荷控制所述支撑件的伸出量。

4.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的掘进设备，其特征在于，所述支撑座组件在参考面内的投影位于所述撑靴本体在参考面内的投影内，并与所述第一驱动件在参考面内的投影错开，所述参考面与所述撑靴本体的运动方向相互垂直。

6.根据权利要求5所述的掘进设备，其特征在于，所述第一驱动件为多个，多个所述第一驱动件沿所述支撑座组件的周向间隔布置，多个所述第一驱动件被配置为交替驱动所述撑靴本体运动。

7.根据权利要求6所述的掘进设备，其特征在于，所述盾体包括：连体油缸座，所述支撑座组件和所述第一驱动件的径向内端均与所述连体油缸座连接。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的掘进设备，其特征在于，所述盾体具有中心圆筒件，所述支撑座组件包括：

9.根据权利要求8所述的掘进设备，其特征在于，所述导轨座在参考方向上的宽度小于所述底座在所述参考方向上的宽度，以在所述导轨座沿所述参考方向的两侧限定出避让空间，所述参考方向与所述盾体的轴向以及所述撑靴本体的运动方向垂直，

10.一种掘进设备的控制方法，应用于根据权利要求1-9中任一项所述的掘进设备，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种掘进设备及其控制方法，所述掘进设备包括：盾体，盾体具有沿自身径向延伸的活动孔；撑靴装置，撑靴装置包括撑靴本体和第一驱动件，撑靴本体的径向外端适于与围层抵压接触，撑靴本体的径向内端形成有支撑斜面，撑靴本体可伸出地设于活动孔，第一驱动件适于驱动撑靴本体沿活动孔运动；支撑装置，支撑装置包括：支撑件和第二驱动件，支撑件的沿盾体的径向的外侧表面的至少部分形成为与支撑斜面平行的配合斜面，第二驱动件与支撑件传动连接，以驱动支撑件沿盾体的轴向运动，以使支撑斜面与配合斜面抵接或脱离配合。根据本发明的掘进设备，支撑装置能够稳定地支撑撑靴本体，有利于稳定盾体姿态，以进行掘进作业和换步作业。

技术研发人员：刘松浩,欧阳惠宁,梁兴生,杨运健,赵苗苗,巫勇军
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11