一种矿用TBM的主梁铰接中置结构

技术领域

本发明涉及隧道掘进机技术领域，具体涉及一种矿用TBM的主梁铰接中置结构。

背景技术

近年来，对于矿山建设的需求越来越多，其中隧道施工技术是一个重要的影响因素，针对矿山建设的要求，传统的敞开式硬岩TBM已经不能满足其施工规划。传统的敞开式硬岩TBM其转弯半径基本都在500m左右，受限于刚性的主梁结构，传统的敞开式硬岩TBM无法有更小的转弯半径，仅适用于打直段隧道，如果转弯半径小于300mm，由于刚性的主梁限制，鞍架上的撑紧油缸行程将不能满足过弯要求，且主梁尾部的主机皮带机容易与洞壁干涉。其次传统的敞开式硬岩TBM由于鞍架结构的限制，主梁一般上置，但也有下置的情况，主梁上置则会影响主机后部的顶部支护空间，下置则主机底部堆积渣料难以清理，特别在煤矿施工中岩石破碎，渣料会从隧道侧帮掉落，隧道底部渣必须处理。在煤矿巷道中使用双护盾TBM可以满足转弯半径的要求，但是风险太大，主要是围岩破碎撑紧盾容易卡死，现场处理困难，且浪费掘进时间。双护盾TBM的调坡能力也没有敞开式TBM强，现场容易载头。

因此，研制开发出一种矿用TBM的主梁铰接中置结构是十分有必要的。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种具备直线掘进、左右小转弯掘进及上下坡调头功能的矿用TBM的主梁铰接中置结构。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括机头，其特征在于：机头上通过水平铰接结构与一主梁相连，机头上位于主梁两侧均设置有主推油缸，两主推油缸均与一中部撑靴相连；两中部撑靴之间设置有上撑紧油缸和下撑紧油缸，所述主梁位于上撑紧油缸和下撑紧油缸之间，主梁外通过导轨设置有鞍架，鞍架上设置有插入孔，所述上撑紧油缸上设置有与插入孔对应的中心轴；所述鞍架和上撑紧油缸之间设置有竖向的调头油缸；所述机头和横梁之间设置有横向的减震保持油缸。

作为本发明的一种优选方案，所述水平铰接结构包括设置于机头上的两铰接座，所述主梁位于两铰接座之间，两铰接座上均水平固定设置有第一铰接盘，所述主梁上下两侧均水平固定设置有第二铰接盘，第一铰接盘和第二铰接盘相互套接配合。

进一步的，所述第一铰接盘与第二铰接盘采用高强度合金钢锻造而成，所述第二铰接盘直径与主梁同宽，第一铰接盘套于第二铰接盘外。

作为本发明的另一种优选方案，所述主梁端部设置有尾部支撑机构，所述尾部支撑机构包括与主梁端部固定连接的外壳，外壳两侧下方设置有尾部油缸，尾部油缸与尾部撑靴相连。

作为本发明的第三种优选方案，所述主梁内设置有与机头配合的皮带机。

作为本发明的第四种优选方案，所述机头包括主驱动系统，主驱动系统前端为刀盘，主驱动系统上方通过护盾油缸设置有顶部护盾；所述主梁通过水平铰接结构与主驱动系统相连。

本发明的有益效果：本发明具有施工作业灵活、转弯半径小、调坡能力强的有点，同时、本发明结构布局合理、紧凑，能保证足够的支护和清渣空间，铰接处可靠性高。

本发明的小转弯能力是由主梁铰接形式保证的，本发明的主梁可以与主驱动系统实现角度偏转，在开挖直径的机型上，只需要±7°的偏转，就可以实现50m的转弯半径，完全满足现在绝大数矿山隧道的转弯半径要求。

本发明为了保证铰接处的强度，采用了内外铰接盘结构，外铰接盘与内铰接盘可采用高强度合金钢锻造而成，直径与主梁同宽，其结构强度完全能满足传递主驱动传递给主梁的反向扭矩，以及调头油缸产生的调向力也能够在安全系数范围内承受。为了保证本发明铰接结构的可靠性，前部创新性地增加了减震保持油缸，在设备直线掘进过程中，保证主梁不会左右摆动，防止内外铰接盘互相磨损，在该设备小转弯时，减震保持油缸改变为随动模式，同时保持一定背压，减少刀盘传递给主梁的震动。

本发明采取主梁中置的结构既保证了主梁上部的工人支护空间，又保证了主梁下部的工人清渣空间，主梁中置的结构是由鞍架结构保证的，其整体鞍架结构紧凑，保证上下两处的过人空间，方便工人作业。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的A-A剖视图。

图4是图1的B-B剖视图。

图5是图1的C-C剖视图。

附图中1为刀盘、2为顶部护盾、3为主驱动系统、4为铰接座、5为第二铰接盘、6为第一铰接盘、7为主梁、8为主推油缸、9为中部撑靴、10为外壳、11为尾部支撑机构、12为皮带机、13为护盾油缸、14为减震保持油缸、15为滑道、16为鞍架、17为中心轴、18为调头油缸、19为下撑紧油缸、20为尾部油缸、21为尾部撑靴、22为上撑紧油缸。

具体实施方式

本发明包括机头，其特征在于：机头上通过水平铰接结构与一主梁7相连，机头上位于主梁7两侧均设置有主推油缸8，两主推油缸8均与一中部撑靴9相连；两中部撑靴9之间设置有上撑紧油缸22和下撑紧油缸19，所述主梁7位于上撑紧油缸22和下撑紧油缸19之间，主梁7外通过导轨设置有鞍架16，鞍架16上设置有插入孔，所述上撑紧油缸22上设置有与插入孔对应的中心轴17；所述鞍架16和上撑紧油缸22之间设置有竖向的调头油缸18；所述机头和横梁之间设置有横向的减震保持油缸14。

作为本发明的一种优选方案，所述水平铰接结构包括设置于机头上的两铰接座4，所述主梁7位于两铰接座4之间，两铰接座4上均水平固定设置有第一铰接盘6，所述主梁7上下两侧均水平固定设置有第二铰接盘5，第一铰接盘6和第二铰接盘5相互套接配合。

进一步的，所述第一铰接盘6与第二铰接盘5采用高强度合金钢锻造而成，所述第二铰接盘5直径与主梁7同宽，第一铰接盘6套于第二铰接盘5外。

作为本发明的另一种优选方案，所述主梁7端部设置有尾部支撑机构11，所述尾部支撑机构11包括与主梁7端部固定连接的外壳10，外壳10两侧下方设置有尾部油缸20，尾部油缸20与尾部撑靴21相连。

作为本发明的第三种优选方案，所述主梁7内设置有与机头配合的皮带机12。

作为本发明的第四种优选方案，所述机头包括主驱动系统3，主驱动系统3前端为刀盘1，主驱动系统3上方通过护盾油缸13设置有顶部护盾2；所述主梁7通过水平铰接结构与主驱动系统3相连。

实施例：本发明包括刀盘1、顶部护盾2、主驱动系统3、铰接座4、第二铰接盘5、第一铰接盘6、主梁7、主推油缸8、中部撑靴9、外壳10、尾部支撑机构11、皮带机12、护盾油缸13、减震保持油缸14、滑道15、鞍架16、中心轴17、调头油缸18、下撑紧油缸19、尾部油缸20、尾部撑靴21和上撑紧油缸22。刀盘1和主驱动系统3相连接，并安装于顶部护盾2内部，主驱动系统3与上下两个铰接座4通过螺栓把合连接，第一铰接盘6与铰接座4通过螺栓把合连接，第二铰接盘5通过螺栓与主梁7前段把合连接，上下两个第二铰接盘5同轴心，第二铰接盘5与第一铰接盘6同轴心，圆柱面配合。主推油缸8前端安装在主驱动系统3上，主推油缸8后端安装在中部撑靴9上，尾部支撑机构11的外壳10通过螺栓与主梁7把合连接。尾部油缸20安装在外壳10内部，皮带机12安装在主梁7内部。护盾油缸13一端安装在主驱动系统3上，另一端安装在顶部护盾2上。减震保持油缸14一端安装主驱动系统3上，另一端安装在主梁7上。上撑紧油缸22两端活塞杆安装在中部撑靴9上，中心轴17安装在上撑紧油缸22内部，下端与鞍架16上的插入孔连接。下撑紧油缸19两端活塞杆安装在中部撑靴9上。两个调头油缸18的上端安装在上撑紧油缸22上，下端安装在鞍架16上。两个滑道15安装在主梁7两侧，鞍架16安装在滑道15上。尾部油缸20一端安装尾部支撑机构11的外壳10上，另一端与尾部撑靴21连接。

本发明具备直线掘进、左右小转弯掘进，以及上下坡调头功能三种工作状态，其工作原理和操作方法是：当TBM在地层掘进中，主驱动系统3开始驱动刀盘1旋转，主推油缸8同步伸出，通过焊接在主驱动系统3上的油缸座推动主驱动系统3前进，从而促使刀盘1旋转前进，刀盘1开始切削掌子面围岩，实现破岩。刀盘1刮落的渣料通过刀盘1上设置的铲齿铲入刀盘1内部，通过刀盘1内部的溜渣板流入皮带机12内。在主推油缸8伸出前，上撑紧油缸22与下撑紧油缸19需要提前同步伸出，将两侧的中部撑靴9顶紧在隧道围岩洞壁上，为主推油缸8提供可靠的后座力，在上撑紧油缸22与下撑紧油缸19撑紧后，尾部油缸20需要缩回，收起尾部撑靴21。在刀盘1旋转掘进时，顶部护盾2通过护盾油缸13张开，抵住岩壁，从而抵消刀盘1在切削过程中的剧烈震动，保护主驱动系统3。在TBM掘进一个行程后，尾部油缸20开始伸出，将尾部撑靴21抵住隧道底部，刀盘1停止转动，上撑紧油缸22与下撑紧油缸19同步缩回，将中部撑靴9缩回，离开洞壁。主推油缸8开始收缩，带动中部撑靴9连接上撑紧油缸22与下撑紧油缸19，通过设置在上撑紧油缸22中的中心轴17连接鞍架16在滑道15上前进，完成一个换步行程。在TBM需要左右小转弯掘进时，释放减震保持油缸14内部压力，减震保持油缸14变为随动状态，通过分区控制主推油缸8的压力，推动主驱动系统3带动刀盘1偏向掘进，实现转弯，在TBM主机转弯时，第二铰接盘5与第一铰接盘6保持同轴心圆柱面配合，通过第二铰接盘5与第一铰接盘6的相对转动实现主梁7与主驱动系统3的角度偏转。在TBM需要上下坡调头功能时，当上撑紧油缸22撑紧时，通过控制调头油缸18的伸出或缩回，带动鞍架16、滑道15以及主梁7上偏或下偏，通过第二铰接盘5、第一铰接盘6与铰接座4传递调头油缸18产生的偏转力，使得整个主机部分以顶部护盾2下边缘为支点上下偏转，实现TBM的上下坡调头功能。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。