曲臂式隧道掘进机及其作业总成

627 编辑：中冶有色技术网来源：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司

2024-02-20 13:43:57

权利要求书： 1.一种曲臂式隧道掘进机的作业总成，包括底座(100)，底座(100)用于安装在曲臂式隧道掘进机上，底座(100)上设有截割装置(200)，截割装置(200)包括截割头(203)和用于驱动截割头(203)运动的驱动机构，其特征在于，驱动机构包括总级数为二级或总级数大于二级的曲臂，在各级曲臂中：一级曲臂(201)转动装配在底座(100)上，二级曲臂(202)为末级曲臂或者二级以上的曲臂包括末级曲臂和非末级的曲臂，非末级的曲臂的一端与上一级曲臂(201)转动连接、另一端与下一级曲臂(201)转动连接，末级曲臂的一端与上一级曲臂(201)转动连接、另一端连接所述截割头(203)，各级曲臂的转动轴线均沿延后方向延伸，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线，一级曲臂(201)与底座(100)之间、各级曲臂之间均设置有回转马达(204)，各回转马达(204)用于驱动相应的曲臂实现回转动作，以使截割头(203)能够绕各级曲臂中被选定的曲臂的转动轴线在工作面内回转。

2.根据权利要求1所述的曲臂式隧道掘进机的作业总成，其特征在于，所述一级曲臂(201)转动装配在底座(100)的前侧面上，所述各级曲臂自后向前依次分布。

3.根据权利要求2所述的曲臂式隧道掘进机的作业总成，其特征在于，所述截割头(203)安装在末级曲臂的前端部并向前延伸。

4.根据权利要求1?3中任意一项所述的曲臂式隧道掘进机的作业总成，其特征在于，还包括安装在底座(100)顶部的立拱挂网装置(300)，立拱挂网装置(300)包括伸缩油缸(304)、立拱平台(301)、网片伸缩支架(302)，立拱平台(301)由伸缩油缸(304)连接于底座(100)的顶部，立拱平台(301)用于支撑拱架，伸缩油缸(304)能够上下伸缩动作而驱动立拱平台(301)升降；网片伸缩支架(302)有两个，分别由网片油缸(303)连接于立拱平台(301)的左右两侧，网片油缸(303)能够左右伸缩运动而驱动网片伸缩支架(302)左右伸展、回收动作，而在挂网作业时实现防护网的展开。

5.根据权利要求4所述的曲臂式隧道掘进机的作业总成，其特征在于，还包括安装在底座(100)左右两侧的锚杆装置(400)，锚杆装置(400)包括钻机轨道架(401)、钻机底座(402)、钻机(403)，钻机轨道架(401)安装在底座(100)的侧面，钻机底座(402)沿前后方向移动装配在钻机轨道架(401)上，钻机(403)转动安装在钻机底座(402)上，钻机(403)的转动轴线沿前后方向延伸，锚杆装置(400)还包括前后油缸(405)、俯仰油缸(404)，前后油缸(405)连接钻机底座(402)，前后油缸(405)用于驱动钻机底座(402)在钻机轨道架(401)上前后移动，俯仰油缸(404)连接钻机(403)，俯仰油缸(404)用于驱动钻机(403)左右俯仰运动而进行定位。

6.一种曲臂式隧道掘进机，包括行走底盘和作业总成，作业总成包括底座(100)，底座(100)上设有截割装置(200)，截割装置(200)包括截割头(203)和用于驱动截割头(203)运动的驱动机构，其特征在于，驱动机构包括总级数为二级或总级数大于二级的曲臂，在各级曲臂中：一级曲臂(201)转动装配在底座(100)上，二级曲臂(202)为末级曲臂或者二级以上的曲臂包括末级曲臂和非末级的曲臂，非末级的曲臂的一端与上一级曲臂(201)转动连接、另一端与下一级曲臂(201)转动连接，末级曲臂的一端与上一级曲臂(201)转动连接、另一端连接所述截割头(203)，各级曲臂的转动轴线均沿延后方向延伸，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线，一级曲臂(201)与底座(100)之间、各级曲臂之间均设置有回转马达(204)，各回转马达(204)用于驱动相应的曲臂实现回转动作，以使截割头(203)能够绕各级曲臂中被选定的曲臂的转动轴线在工作面内回转。

7.根据权利要求6所述的曲臂式隧道掘进机，其特征在于，所述一级曲臂(201)转动装配在底座(100)的前侧面上，所述各级曲臂自后向前依次分布。

8.根据权利要求7所述的曲臂式隧道掘进机，其特征在于，所述截割头(203)安装在末级曲臂的前端部并向前延伸。

9.根据权利要求6?8中任意一项所述的曲臂式隧道掘进机，其特征在于，还包括安装在底座(100)顶部的立拱挂网装置(300)，立拱挂网装置(300)包括伸缩油缸(304)、立拱平台(301)、网片伸缩支架(302)，立拱平台(301)由伸缩油缸(304)连接于底座(100)的顶部，立拱平台(301)用于支撑拱架，伸缩油缸(304)能够上下伸缩动作而驱动立拱平台(301)升降；

网片伸缩支架(302)有两个，分别由网片油缸(303)连接于立拱平台(301)的左右两侧，网片油缸(303)能够左右伸缩运动而驱动网片伸缩支架(302)左右伸展、回收动作，而在挂网作业时实现防护网的展开。

10.根据权利要求9所述的曲臂式隧道掘进机，其特征在于，还包括安装在底座(100)左右两侧的锚杆装置(400)，锚杆装置(400)包括钻机轨道架(401)、钻机底座(402)、钻机(403)，钻机轨道架(401)安装在底座(100)的侧面，钻机底座(402)沿前后方向移动装配在钻机轨道架(401)上，钻机(403)转动安装在钻机底座(402)上，钻机(403)的转动轴线沿前后方向延伸，锚杆装置(400)还包括前后油缸(405)、俯仰油缸(404)，前后油缸(405)连接钻机底座(402)，前后油缸(405)用于驱动钻机底座(402)在钻机轨道架(401)上前后移动，俯仰油缸(404)连接钻机(403)，俯仰油缸(404)用于驱动钻机(403)左右俯仰运动而进行定位。

说明书：一种曲臂式隧道掘进机及其作业总成技术领域[0001] 本实用新型涉及隧道掘进机械设备，具体涉及隧道掘进机及其作业总成。背景技术[0002] 隧道施工中悬臂掘进机扮演着开挖施工的重要角色，现有技术中的悬臂掘进机可见于申请公布号为CN113833486A的专利文献公开的“一种多功能悬臂式隧道掘进机”，其包括行走底盘和截割臂，截割臂末端安装有截割头。[0003] 由于现有技术中的悬臂掘进机的截割臂为俯仰摆动的悬臂结构，只能带动截割头俯仰摆动，因此现有的悬臂掘进机存在后述的施工难点，截割臂长加上挖掘机的主机身长，总长可达到15m左右，主要适用于大断面隧道台阶法施工，而目前中、大型隧道却常需要采用“短台阶法”对工作面进行开挖施工，短台阶法施工是在工作面位置按照预定的上下顺序的逐级的成型出步距较短的台阶，这时长度较长的截割臂将很难在台阶面上自由地腾挪移位或转向，所以现有的悬臂掘进机难以适应短台阶法施工和控制步距的要求。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的是提供一种曲臂式隧道掘进机的作业总成，以解决现有悬臂掘进机的截割臂难以适应“短台阶法”施工和控制掘进步距的需求的问题。同时提供具有该作业总成的曲臂式隧道掘进机。[0005] 本实用新型的一种曲臂式隧道掘进机的作业总成，包括底座，底座用于安装在曲臂式隧道掘进机上，底座上设有截割装置，截割装置包括截割头和用于驱动截割头运动的驱动机构，驱动机构包括总级数为二级或总级数大于二级的曲臂，在各级曲臂中：一级曲臂转动装配在底座上，二级曲臂为末级曲臂或者二级以上的曲臂包括末级曲臂和非末级的曲臂，非末级的曲臂的一端与上一级曲臂转动连接、另一端与下一级曲臂转动连接，末级曲臂的一端与上一级曲臂转动连接、另一端连接所述截割头，各级曲臂的转动轴线均沿延后方向延伸，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线，一级曲臂与底座之间、各级曲臂之间均设置有回转马达，各回转马达用于驱动相应的曲臂实现回转动作，以使截割头能够绕各级曲臂中被选定的曲臂的转动轴线在工作面内回转。[0006] 本实用新型提供的曲臂式隧道掘进机的作业总成，用于驱动截割头运动的驱动机构是由总级数两级以上的曲臂构成的回转机构，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线，所以截割装置的前后方向的尺寸相较于现有技术的悬臂掘进机大大减小，截割装置的回转马达驱动相应曲臂实现回转动作，使得末级曲臂上的截割头能够在曲臂的回转运动范围内非常顺利地覆盖短台阶法施工中各级台阶所需开挖的区域，并且配合隧道掘进机的移动来调整截割头的回转中心的位置，实现短台阶法施工以及在施工中控制步距，实现任意断面的短台阶开挖，解决了现有的悬臂掘进机无法适应短台阶开挖问题。[0007] 进一步的，所述一级曲臂转动装配在底座的前侧面上，所述各级曲臂自后向前依次分布。[0008] 进一步的，所述截割头安装在末级曲臂的前端部并向前延伸。[0009] 进一步的，还包括安装在底座顶部的立拱挂网装置，立拱挂网装置包括伸缩油缸、立拱平台、网片伸缩支架，立拱平台由伸缩油缸连接于底座的顶部，立拱平台用于支撑拱架，伸缩油缸能够上下伸缩动作而驱动立拱平台升降；网片伸缩支架有两个，分别由网片油缸连接于立拱平台的左右两侧，网片油缸能够左右伸缩运动而驱动网片伸缩支架左右伸展、回收动作，而在挂网作业时实现防护网的展开。从而使作业总成集成了挂网、立拱施工功能。[0010] 进一步的，还包括安装在底座左右两侧的锚杆装置，锚杆装置包括钻机轨道架、钻机底座、钻机，钻机轨道架安装在底座的侧面，钻机底座沿前后方向移动装配在钻机轨道架上，钻机转动安装在钻机底座上，钻机的转动轴线沿前后方向延伸，锚杆装置还包括前后油缸、俯仰油缸，前后油缸连接钻机底座，前后油缸用于驱动钻机底座在钻机轨道架上前后移动，俯仰油缸连接钻机，俯仰油缸用于驱动钻机左右俯仰运动而进行定位。从而使作业总成进一步集成了锚杆功能，实现了掘锚、挂网、立拱施工一体化。[0011] 本实用新型的一种曲臂式隧道掘进机，包括行走底盘和作业总成，作业总成包括底座，底座上设有截割装置，截割装置包括截割头和用于驱动截割头运动的驱动机构，驱动机构包括总级数为二级或总级数大于二级的曲臂，在各级曲臂中：一级曲臂转动装配在底座上，二级曲臂为末级曲臂或者二级以上的曲臂包括末级曲臂和非末级的曲臂，非末级的曲臂的一端与上一级曲臂转动连接、另一端与下一级曲臂转动连接，末级曲臂的一端与上一级曲臂转动连接、另一端连接所述截割头，各级曲臂的转动轴线均沿延后方向延伸，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线，一级曲臂与底座之间、各级曲臂之间均设置有回转马达，各回转马达用于驱动相应的曲臂实现回转动作，以使截割头能够绕各级曲臂中被选定的曲臂的转动轴线在工作面内回转。[0012] 本实用新型提供的曲臂式隧道掘进机，其作业总成的用于驱动截割头运动的驱动机构是由总级数两级以上的曲臂构成的回转机构，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线，所以截割装置的前后方向的尺寸相较于现有技术的悬臂掘进机大大减小，截割装置的回转马达驱动相应曲臂实现回转动作，使得末级曲臂上的截割头能够在曲臂的回转运动范围内非常顺利地覆盖短台阶法施工中各级台阶所需开挖的区域，并且配合隧道掘进机的移动来调整截割头的回转中心的位置，实现短台阶法施工以及在施工中控制步距，实现任意断面的短台阶开挖，解决了现有的悬臂掘进机无法适应短台阶开挖问题。[0013] 进一步的，所述一级曲臂转动装配在底座的前侧面上，所述各级曲臂自后向前依次分布。[0014] 进一步的，所述截割头安装在末级曲臂的前端部并向前延伸。[0015] 进一步的，还包括安装在底座顶部的立拱挂网装置，立拱挂网装置包括伸缩油缸、立拱平台、网片伸缩支架，立拱平台由伸缩油缸连接于底座的顶部，立拱平台用于支撑拱架，伸缩油缸能够上下伸缩动作而驱动立拱平台升降；网片伸缩支架有两个，分别由网片油缸连接于立拱平台的左右两侧，网片油缸能够左右伸缩运动而驱动网片伸缩支架左右伸展、回收动作，而在挂网作业时实现防护网的展开。从而使曲臂式隧道掘进机集成了挂网、立拱施工功能。[0016] 进一步的，还包括安装在底座左右两侧的锚杆装置，锚杆装置包括钻机轨道架、钻机底座、钻机，钻机轨道架安装在底座的侧面，钻机底座沿前后方向移动装配在钻机轨道架上，钻机转动安装在钻机底座上，钻机的转动轴线沿前后方向延伸，锚杆装置还包括前后油缸、俯仰油缸，前后油缸连接钻机底座，前后油缸用于驱动钻机底座在钻机轨道架上前后移动，俯仰油缸连接钻机，俯仰油缸用于驱动钻机左右俯仰运动而进行定位。从而使曲臂式隧道掘进机进一步集成了锚杆功能，实现了掘锚、挂网、立拱施工一体化。附图说明[0017] 图1是本实用新型的曲臂式隧道掘进机的实施例的作业总成的结构示意图；[0018] 图2是图1中作业总成的立体示意图；[0019] 图3是图1的侧视结构示意图；[0020] 图4是图1的俯视结构示意图；[0021] 图中：[0022] 100、底座；200、截割装置；201、一级曲臂；202、二级曲臂；203、截割头；204、回转马达；300、立拱挂网装置；301、立拱平台；302、网片伸缩支架；303、网片油缸；304、伸缩油缸；400、锚杆装置；401、钻机轨道架；402、钻机底座；403、钻机；404、俯仰油缸；405、前后油缸。

具体实施方式[0023] 本实用新型的曲臂式隧道掘进机的一种实施例，包括行走底盘和的作业总成，行走底盘为履带式底盘，属于现有技术。如图1?图4所示，作业总成包括底座100、截割装置200、立拱挂网装置300和锚杆装置400。底座100安装在曲臂式隧道掘进机的机身上，截割装置200设置在底座100的前端，立拱挂网装置300设置在底座100的顶部，锚杆装置400有两个，分别设置在底座的左右两侧。

[0024] 截割装置200包括截割头203和用于驱动截割头运动的驱动机构，驱动机构是由总级数两级以上的曲臂构成的回转机构，本实施例中的各级曲臂包括：一级曲臂201、二级曲臂202，一级曲臂201转动装配在底座100上且处于底座100前侧，二级曲臂202转动装配在一级曲臂201的远离底座100的一端且处于一级曲臂的前侧，截割头203安装在二级曲臂202远离一级曲臂201的一端且处于二级曲臂的前侧。一级曲臂201的转动轴线、二级曲臂202的转动轴线均沿延后方向延伸，且自后向前分布，各曲臂的长度延伸方向垂直于转动轴线。截割装置200的一级曲臂201与底座100之间、一级曲臂201与二级曲臂202之间均设置有回转马达204，各回转马达204驱动截割装置200的相应曲臂实现回转动作，以使截割头203能够绕各级曲臂中被选定的曲臂的转动轴线在工作面内回转，并配合曲臂式隧道掘进机的移动调整截割头203的回转中心的位置(前后左右位置)，实现短台阶法施工并在施工中控制步距。在本实施例中截割装置200的曲臂的总级数为两级，在其它实施例中则并不限于两级，截割装置200可以包括三级以上的曲臂。

[0025] 立拱挂网装置300包括伸缩油缸304、立拱平台301、网片伸缩支架302，立拱平台301由伸缩油缸304连接于底座100顶部，立拱平台301用于支撑拱架，伸缩油缸304能够上下伸缩动作而驱动立拱平台300升降，从而在立拱作业时实现拱架的升降，网片伸缩支架302有两个，分别由网片油缸303连接于立拱平台301的左右两侧，网片油缸303能够左右伸缩运动而驱动网片伸缩支架302左右伸展、回收动作，从而在挂网作业时实现防护网的展开。

[0026] 锚杆装置400包括钻机轨道架401、钻机底座402、钻机403。钻机轨道架401安装在底座100的侧面，钻机底座402沿前后方向移动装配在钻机轨道架401上，钻机403通过销轴转动安装在钻机底座402上，钻机403的转动轴线沿前后方向延伸，锚杆装置400还包括前后油缸405、俯仰油缸404，前后油缸405连接钻机底座402，前后油缸405用于驱动钻机底座402在钻机轨道架401上前后移动，俯仰油缸404连接钻机403，俯仰油缸404用于驱动钻机403左右俯仰运动。[0027] 本实用新型的上述曲臂式隧道掘进机的实施例在使用时，施工步骤为：作业总成随曲臂式隧道掘进机移动至工作面的选定区域，作业总成通过各回转马达204驱动截割装置200的相应曲臂实现回转动作，以使截割头203能够绕各级曲臂中被选定的曲臂的转动轴线在工作面内回转，截割头201进行工作面切割破岩作业，可实现自由端面截割，截割完成后，底座100上方的伸缩油缸304带动立拱挂网装置300进行升降动作，使其上端的立拱平台301贴近隧道边缘进行立拱作业，立拱完成后，网片油缸303带动网片伸缩支架302左右伸出，进行挂网作业，挂网完成后，处于底座100左右两侧的前后油缸405带动钻机底座402和钻机403在钻机轨道架401上前后平移，然后俯仰油缸404带动钻机403进行左右俯仰定位，定位后进行钻锚作业，来实现定点打孔、打锚杆，并依次循环作业施工。

[0028] 本实用新型的曲臂式隧道掘进机的作业总成的实施例，与上述曲臂式隧道掘进机的实施例中的作业总成的结构相同。[0029] 在本实用新型的上述实施例中，截割装置中的曲臂的总级数为二级，所以二级曲臂即为末级曲臂，即二级以上的曲臂仅有末级曲臂一个。而在本实用新型的其它实施例中，截割装置可以包括三级以上的曲臂，即截割装置包括自后向前分布的多级曲臂，一级曲臂转动装配在底座上，这时二级以上的曲臂除了包括末级曲臂外还包括非末级的曲臂，非末级的曲臂的一端与上一级曲臂转动连接、另一端与下一级曲臂转动连接，末级曲臂的一端与上一级曲臂转动连接、另一端连接截割头。