一种可实现拱臂前后滑移的工作装置

技术领域

本发明属于悬臂式隧道掘进机技术领域，具体涉及一种可实现拱臂前后滑移的工作装 置。

背景技术

目前悬臂式隧道掘进机广泛应用于各种隧道开挖，在隧道开挖过程中存在开挖完后需 要退机，切换为支护设备进行支护作业，针对围岩等级较差的工地，掘进机退机与支护设 备进场的过程中存在一定的安全隐患，

专利申请号为202021937409.3的实用新型专利公开了一种单臂式隧道掘进机，其包 括机身，设置在机身上的切割机构，所述切割结构通过切割减速器连接到机身并在所述机 身上设置有驱动所述切割机构转动的切割电机；所述切割结构包括包括切割头、切割头连 接轴，所述切割头连接轴插入到切割减速器，且在切割连接轴两侧设置有喷淋结构；所述 喷淋机构包括分水环架、设置在分水环架后方的摇摆式散雾风机，且在所述分水环架上设 置有多个斜置的喷水头。上述单臂式隧道掘进机在掘进时，通过提供液雾降尘，和风机降 尘形成联动，提高降尘效率，优化工作环境。但在隧道开挖过程中，仍然存在开挖完后需要退机，切换为支护设备进行支护作业的问题，存在着一定的安全隐患。

因此解决悬臂式隧道掘进机掘进单一功能的问题非常必要，通过隧道掘进机集成支护 功能到掘进机的方法可有效解决掘进作业完成后后退主机及围岩等级差带来的安全隐患， 提升隧道作业向多元化发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可实现拱臂前后滑移的工作装 置，解决悬臂式隧道掘进机掘进单一功能的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可实现拱臂前后滑移的工作装置，包括掘进机主机本体，所述掘进机主机本体上 端设有掘进机本体架，所述掘进机本体架上端设有拱臂滑移平台，所述拱臂滑移平台上端 通过齿轮齿条啮合驱动结构设有可往返移动的拱臂安装架；所述拱臂安装架与所述拱臂滑 移平台之间还设有滑动限位结构，所述滑动限位结构将所述拱臂安装架的移动限制为直线 移动；所述拱臂安装架两端均通过回转支承与拱架臂的一端转动设置；所述回转支承内部 对称设有拱架臂回转减速机，所述拱架臂回转减速机用于驱动所述拱架臂回转；所述拱架 臂设有用于控制所述拱架臂进行俯仰的臂架俯仰机构，所述拱臂安装架设有用于限制所述 拱架臂回转的回转限位机构。

本发明集成掘进功能与支护功能，当需要拱架臂夹持拱架，可通过拱臂安装架的滑移、 所述拱架臂的回转以及所述拱架臂自身俯仰功能，使得所述拱臂架的操作栏及夹持臂达到 巷道断面任意位置，为巷道立拱架提供便利位置。

所述拱架臂通过所述拱臂安装架与掘进机本体架上的拱臂滑移平台连接，通过齿轮齿 条啮合驱动结构驱动所述拱臂滑移平台平稳移动，并通过所述滑动限位结构对所述拱臂滑 移平台的移动方向进行限位，确保所述拱臂滑移平台的移动方向。

所述拱架臂可在掘进机本体机上的拱臂滑移平台进行回转，并且还设有回转限位机 构，对所述拱架臂的回转进行限位，避免所述拱架臂的移动。

进一步的，所述齿轮齿条啮合驱动结构包括齿条、马达、齿轮，所述拱臂滑移平台上 表面沿长度方向设有所述齿条，所述马达与所述拱臂滑移平台连接，且所述马达的输出端 通过花键共轴连接有所述齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合。所述马达为低速大扭矩马达。 所述拱臂安装座采用低速大扭矩马达驱动，所述马达下方通过花键装配有齿轮，所述齿轮 与固定于所述拱臂滑移平台的所述齿条啮合传动，从而带动所述拱臂安装架的滑移，使得 前后滑动平稳，安全。

进一步的，拱臂安装架包括上安装板、下安装板，所述上安装板与所述下安装板之间 对称设有斜向支撑杆；所述马达安装在所述下安装板上端面的中部，所述马达的输出扭矩 5300N·m。所述斜向支撑杆能够起到固定支撑的作用，并且通过所述上安装板、所述下安装板以及所述斜支撑杆三者位置的设置，能够为所述马达的安装提供基础。

进一步的，所述滑动限位结构包括调节螺钉、调节垫块、垫板，所述拱臂安装架下端 对称设有两个挤压部，两个所述挤压部之间设有所述拱臂滑移平台；所述挤压部靠近所述 拱臂滑移平台的端面设有嵌入槽，所述拱臂滑移平台嵌入所述嵌入槽内；位于所述嵌入槽 内部的所述拱臂滑移平台的上、下表面与所述嵌入槽之间均设有所述垫板，所述垫板用于 所述拱臂滑移平台与所述嵌入槽之间的润滑与支撑；位于所述嵌入槽内部的所述拱臂滑移 平台的边侧与所述嵌入槽之间设有所述调节垫块，所述调节螺钉横向螺接于所述挤压部， 并且所述调节螺钉的一端与所述调节垫块紧密贴合。

所述滑动限位结构对所述拱臂滑移平台的移动方向进行限位。所述拱臂安装架与所述 拱臂滑移平台之间通过垫板连接，所述垫板材质为较软的铝青铜，这样能够减少拱臂安装 架与拱臂滑移平台之间的摩擦。当所述拱臂安装架与所述拱臂滑移平台之间的间隙过大 时，可通过及时更换所述垫板的方式对间隙进行调整。同时安装有所述调节垫块，所述调 节螺钉紧贴所述调节垫块，通过所述调节螺钉来调节所述拱臂安装架与所述拱臂滑移平台 之间的间隙，保证所述拱臂安装座滑移平稳。

进一步的，所述挤压部为上下组合式挤压部，包括纵截面呈矩形状的上固定座、纵截 面呈“L”状的下托板，所述上固定座与所述下托板之间螺栓固定连接。通过所述螺栓可对 所述固定座与所述下托板之间进行拆卸，进而安装所述垫板。

进一步的，所述回转限位结构包括限位销轴、限位块，所述拱臂安装架上表面固设有 限位块，所述限位块位于所述回转支承周围；所述限位块设有竖直方向的第一限位孔，所 述拱架臂设有竖直方向的第二限位孔；所述限位销轴按顺序依次插入所述第二限位孔、所 述第一限位孔，用以对回转的所述拱架臂进行限位。所述拱架臂回转至极限位置时，通过 所述限位销轴将所述拱架臂与所述限位块固定。

进一步的，所述拱架臂通过销轴与L形托架的一端转动连接，所述拱架臂与所述L形 托架之间设有第一角度调节结构，所述第一角度调节结构用于调节所述拱架臂与所述L形 托架之间的角度；所述L形托架另一端通过机械手回转减速机转动设有机械手总成，所述 机械手总成连接有操作平台。所述机械手总成能够对巷道立拱架进行夹持支撑。

进一步的，所述拱架臂回转半径小于或等于1.5m，所述拱架臂回转角度为0°～360°。 旋转半径不大于1.5m，占用空间小，可用于窄小空间内的拱架及物料转移。所述拱架臂回 转角度为0°～360°，这样任意位置均能回转。

进一步的，所述掘进机本体架与掘进机切割头、掘进机行走部、掘进机后支撑、掘进 机铲板、刮板运输机连接；所述掘进机切割头用于对隧道土层进行切割；所述掘进机行走 部用于驱动所述掘进机本体架移动；所述掘进机后支撑用于对所述掘进机本体架进行支 撑、减震以及缓冲；所述掘进机铲板用于装载所述掘进机切割头切割产生的切割料；所述 刮板运输机用于对所述铲板装载的所述切割料进行转运。

进一步的，所述的可实现拱臂前后滑移的工作装置的使用方法为：

S1、所述掘进机本体通过所述掘进机切割头、所述掘进机行走部、所述掘进机后支撑、 所述掘进机铲板和所述刮板运输机对所述隧道土层进行切割，并朝着所述隧道土层深处掘 进；

S2、所述掘进机本体朝着所述隧道土层深处掘进的过程中，所述齿轮齿条啮合驱动结 构与所述滑动限位结构两者能够带动所述拱臂安装架进行直线移动，调整所述拱架臂与所 述掘进机本体架之间的相对位置；所述拱架臂回转减速机能够驱动所述拱架臂回转，在水 平方向改变了所述拱臂安装架与所述拱架臂的相对位置；所述臂架俯仰机构控制所述拱架 臂俯仰，在竖直方向改变了所述拱架臂的高度；

S3、所述掘进机本体通过对所述齿轮齿条啮合驱动结构、所述拱架臂回转减速机与所 述臂架俯仰机构三者的调整，控制所述拱架臂的位置，让所述拱架臂对挖掘后的隧道进行 支护。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明集成掘进功能与支护功能，当需要拱 架臂夹持拱架，可通过拱臂安装架的滑移、所述拱架臂的回转以及所述拱架臂自身俯仰功 能，使得所述拱臂架的操作栏及夹持臂达到巷道断面任意位置，为巷道立拱架提供便利位 置。

附图说明

图1为本发明正视结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3为本发明图1中A-A处剖视示意图；

图4为本发明图1中B-B处剖视结构示意图；

图5为本发明拱臂运输系统正视结构示意图；

图6为本发明拱臂运输系统俯视结构示意图；

图7为本发明图6中C-C处结构示意图；

图中：1、掘进机本体架；2、拱臂滑移平台；3、拱臂安装架；4、马达；5、回转支 承；6、齿条；7、齿轮；9、托板；10、拱架臂；11、拱架臂回转减速机；12、调节螺钉； 13、调节垫块；14、下垫板；15、上垫板；16、限位销轴；17、限位块；18、机械手总成； 19、操作平台；20、机械手回转减速机；21、L形托架；22、销轴；23、臂架俯仰机构； 24、第一角度调节结构；25、上安装板；26、下安装板；27、斜向支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发 明保护的范围。

请参考图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，一种可实现拱臂前后滑移的工作 装置，包括掘进机主机本体，所述掘进机主机本体上端设有掘进机本体架1。进一步的， 所述掘进机本体架1与掘进机切割头、掘进机行走部、掘进机后支撑、掘进机铲板、刮板 运输机连接；所述掘进机切割头用于对隧道土层进行切割；所述掘进机行走部用于驱动所 述掘进机本体架1移动；所述掘进机后支撑用于对所述掘进机本体架1进行支撑、减震以 及缓冲；所述掘进机铲板用于装载所述掘进机切割头切割产生的切割料；所述刮板运输机 用于对所述铲板装载的所述切割料进行转运。本实施例中，所述掘进机行走部设置在所述 掘进机本体架1下端。

如图1和图2所示，所述掘进机本体架1上端通过螺栓固定有拱臂滑移平台2，所述拱臂滑移平台2上端通过齿轮齿条啮合驱动结构设有可往返移动的拱臂安装架3；所述拱臂安装架3与所述拱臂滑移平台2之间还设有滑动限位结构，所述滑动限位结构将所述拱臂安装架3的移动限制为直线移动；所述拱臂安装架3两端均通过回转支承5与拱架臂10 的一端转动设置；所述回转支承5内部对称设有拱架臂回转减速机，所述拱架臂回转减速 机与所述回转支承5连接，所述拱架臂回转减速机用于驱动所述拱架臂10回转；所述拱 架臂10设有用于控制所述拱架臂10进行俯仰的臂架俯仰机构23，所述拱臂安装架3设有 用于限制所述拱架臂10回转的回转限位机构。本实施例中，所述臂架俯仰机构23为油缸。

本发明集成掘进功能与支护功能，当需要拱架臂夹持拱架，可通过拱臂安装架3的滑 移、所述拱架臂10的回转以及所述拱架臂10自身俯仰功能，使得所述拱臂架的操作栏及夹持臂达到巷道断面任意位置，为巷道立拱架提供便利位置。

所述拱架臂10通过所述拱臂安装架3与掘进机本体架1上的拱臂滑移平台2连接，通过齿轮齿条啮合驱动结构驱动所述拱臂滑移平台2平稳移动，并通过所述滑动限位结构对所述拱臂滑移平台2的移动方向进行限位，确保所述拱臂滑移平台2的移动方向。

所述拱架臂10可在掘进机本体机上的拱臂滑移平台2进行回转，并且还设有回转限 位机构，对所述拱架臂10的回转进行限位，避免所述拱架臂10的移动。

进一步的，所述齿轮齿条啮合驱动结构包括齿条6、马达4、齿轮7，所述拱臂滑移平台2上表面沿长度方向设有所述齿条6，所述齿条6通过螺栓与所述拱臂滑移平台2上表 面固定连接。

所述马达4与所述拱臂滑移平台2螺栓固定连接，且所述马达4的输出端通过花键共 轴连接有所述齿轮7，所述齿轮7与所述齿条6啮合。所述马达4为低速大扭矩马达。所 述拱臂安装座采用低速大扭矩马达驱动，所述马达4下方通过花键装配有齿轮7，所述齿 轮7与固定于所述拱臂滑移平台2的所述齿条6啮合传动，从而带动所述拱臂安装架3的 滑移，使得前后滑动平稳，安全。本实施例中，所述齿条6长度5400mm，齿轮齿条模数 为16，所述齿条6与安装在所述马达4下方的所述齿轮7啮合，通过所述马达4驱动实现 所述拱臂安装架3前后滑移5m。

进一步的，拱臂安装架3包括上安装板25、下安装板26，所述上安装板25与所述下安装板26之间对称设有斜向支撑杆27，所述斜向支撑杆27的数量为多个。如图3所示， 本实施例中，所述上安装板25、单个所述斜向支撑杆27、所述下安装板26呈Z形设置。

所述马达4安装在所述下安装板26上端面的中部，所述马达4的输出扭矩5300N·m。 所述斜向支撑杆27能够起到固定支撑的作用，并且通过所述上安装板25、所述下安装板26以及所述斜支撑杆27三者位置的设置，能够为所述马达4的安装提供基础。

进一步的，所述滑动限位结构包括调节螺钉12、调节垫块13、垫板，所述拱臂安装架3下端对称设有两个挤压部，两个所述挤压部之间设有所述拱臂滑移平台2；所述挤压 部靠近所述拱臂滑移平台2的端面设有嵌入槽，所述拱臂滑移平台2嵌入所述嵌入槽内； 位于所述嵌入槽内部的所述拱臂滑移平台2的上、下表面与所述嵌入槽之间均设有所述垫 板，所述垫板用于所述拱臂滑移平台2与所述嵌入槽之间的润滑与支撑；位于所述嵌入槽 内部的所述拱臂滑移平台2的边侧与所述嵌入槽之间设有所述调节垫块13，所述调节螺钉 12横向螺接于所述挤压部，并且所述调节螺钉12的一端与所述调节垫块13紧密贴合。所 述滑动限位结构对所述拱臂滑移平台2的移动方向进行限位。所述拱臂安装架3与所述拱 臂滑移平台2之间通过垫板连接，所述垫板材质为较软的铝青铜，这样能够减少拱臂安装 架3与拱臂滑移平台2之间的摩擦。当所述拱臂安装架3与所述拱臂滑移平台2之间的间 隙过大时，可通过及时更换所述垫板的方式对间隙进行调整。同时安装有所述调节垫块13， 所述调节螺钉12紧贴所述调节垫块13，通过所述调节螺钉12来调节所述拱臂安装架3与 所述拱臂滑移平台2之间的间隙，保证所述拱臂安装座滑移平稳。本实施例中，如图4所 示，所述垫板包括上垫板15与下垫板14，所述上垫板15位于所述拱臂滑移平台2上方， 所述下垫板14位于所述拱臂滑移平台2下方。

进一步的，所述挤压部为上下组合式挤压部，包括纵截面呈矩形状的上固定座、纵截 面呈“L”状的下托板9，所述上固定座与所述下托板9之间螺栓固定连接。通过所述螺栓可对所述固定座与所述下托板9之间进行拆卸，进而安装所述上垫板15与下垫板14。

进一步的，如图7所示，所述回转限位结构包括限位销轴16、限位块17，所述拱臂安装架3上表面固设有限位块17，所述限位块17位于所述回转支承5周围；所述限位块 17设有竖直方向的第一限位孔，所述拱架臂10设有竖直方向的第二限位孔；所述限位销 轴16按顺序依次插入所述第二限位孔、所述第一限位孔，用以对回转的所述拱架臂10进 行限位。所述拱架臂10回转至极限位置时，通过所述限位销轴16将所述拱架臂10与所 述限位块17固定。

进一步的，所述拱架臂10通过销轴22与L形托架21的一端转动连接，所述拱架臂10与所述L形托架21之间设有第一角度调节结构24，本实施例中，所述第一角度调节结 构24位油缸。所述第一角度调节结构24用于调节所述拱架臂10与所述L形托架21之间 的角度；所述L形托架21另一端通过机械手回转减速机转动设有机械手总成18，所述机 械手总成18连接有操作平台19。所述机械手总成18能够对巷道立拱架进行夹持支撑。本 实施例中，所述机械手总成18通过所述机械手回转减速机20与所述L形托架21相连， 实现左右回转；所述操作平台19固定在所述机械手总成18上方，所述L形托架21通过 所述销轴22与所述拱架臂10相连，以上组成拱臂运输系统。

进一步的，所述拱架臂10回转半径小于或等于1.5m，所述拱架臂10回转角度为0°～360°。所述拱架臂10的旋转半径不大于1.5m，占用空间小，可用于窄小空间内的拱架 及物料转移。所述拱架臂10回转角度为0°～360°，这样任意位置均能回转。

所述的可实现拱臂前后滑移的工作装置的使用方法为：

S1、所述掘进机本体通过所述掘进机切割头、所述掘进机行走部、所述掘进机后支撑、 所述掘进机铲板和所述刮板运输机对所述隧道土层进行切割，并朝着所述隧道土层深处掘 进；

S2、所述掘进机本体朝着所述隧道土层深处掘进的过程中，所述齿轮齿条啮合驱动结 构与所述滑动限位结构两者能够带动所述拱臂安装架3进行直线移动，调整所述拱架臂10 与所述掘进机本体架1之间的相对位置；所述拱架臂回转减速机11能够驱动所述拱架臂 10回转，在水平方向改变了所述拱臂安装架3与所述拱架臂10的相对位置；所述臂架俯仰机构23控制所述拱架臂10俯仰，在竖直方向改变了所述拱架臂10的高度；

S3、所述掘进机本体通过对所述齿轮齿条啮合驱动结构、所述拱架臂回转减速机11 与所述臂架俯仰机构23三者的调整，控制所述拱架臂10的位置，让所述拱架臂10对挖掘后的隧道进行支护。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。