专利名称：多功能全断面隧道挖掘机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种隧道挖掘设备。
背景技术：
现有的全断面隧道挖掘机主要包括安装在履带小车上的机体，所述机体与主轴连 接，所述主轴的前端设置有机头，所述机头的刀盘端面上设置有为数众多的刀片。其掘进方 式基本依赖这些刀片对岩石和泥土进行切割，一旦遭遇坚硬的岩层，就不得不换用传统的 钻孔_放炮_排渣的掘进方式，隧道断面由大到小多次成型，施工周期漫长，效率低下。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题是提供一种可掘进复杂的地质结构，使隧道断面一 次成型的多功能全断面隧道挖掘机。解决上述技术问题的技术方案是多功能全断面隧道挖掘机，包括安装在行走机 构上的机体，所述机体上设有主轴，所述主轴的前端设置有机头，所述机头的刀盘端面上设 置有切割装置，所述机头中分散布置有多个冲击装置，所述各冲击装置具有从机头的刀盘 端面向外冲顶的冲击部件。进一步的是，所述机头内设置有排渣装置，该排渣装置的输入端与设置在机头的 刀盘端面上的收料口相通，该排渣装置的输出端设置有输料装置。进一步的是，在机头的刀盘端面上沿一周均布有多个收料口，所述各收料口的开 口从所述机头刀盘端面的中间部位朝外径向延伸至机头的边缘，并且所述各收料口的开口 大小从内向外逐渐扩大。进一步的是，在所述机头的边缘处还设置有用于将挖掘出的碎料导入所述收料口 中的收料刀。进一步的是，所述切割装置由多组切割刀组成，相邻两个收料口之间设置有至少 一组切割刀，每组切割刀由从机头刀盘端面的中心向外排列的多个独立并朝外延伸的切割 刀所组成，每组切割刀中的各切割刀从内向外逐渐向旁侧的收料口偏斜并靠近。进一步的是，所述切割装置沿机头轴向伸可缩的安装在机头的刀盘端面上。进一步的是，所述冲击装置采用如下布置形式选择所述机头的刀盘端面上至少 四条可将该刀盘端面划分成每个形状大小相同的扇形区域的直径线，沿所述各条直径线并 以机头的中心轴线轴对称的布置至少两个冲击装置，位于所述任意两条直径线上的冲击装 置不在该刀盘端面的同一同心圆上。进一步的是，所述冲击装置中冲击部件的冲击方向与所述刀盘端面垂线间的夹角 为5° 30°，并且该夹角能够使所述冲击部件冲顶后产生的反作用力具有促进所述刀盘 端面沿其旋转方向进行转动的分量。进一步的是，靠近机头边缘处的各冲击装置中冲击部件的冲击方向具有使该冲击 部件在冲击时其顶端向外超出所述边缘的斜度。[0013]进一步的是，所述冲击装置工作时，其冲击部件的顶端与所述机头刀盘端面之间 的最大距离小于30mm。进一步的是，所述机体安装在支座上并连接平移驱动机构，所述支座通过升降装 置支撑在水平转动平台上，所述水平转动平台安装在行走机构上。本实用新型的有益效果是本实用新型的多功能全断面隧道挖掘机在相对柔软的 地质结构中进行掘进作业时，直接依靠机头刀盘端面上的切割装置进行切割，而一旦遭遇 坚硬的岩层，则可动用机头上的冲击装置，通过其冲击部件直接进行岩石的破碎，而无须再 进行传统的钻孔放炮。因此，该挖掘机可掘进复杂的地质结构，隧道断面一次成型，作业效 率大大提高。本实用新型的多功能全断面隧道挖掘机可用于铁路干线、城市地铁等各种隧 道工程。
图1为本实用新型多功能全断面隧道挖掘机的整体结构示意图。图2为本实用新型多功能全断面隧道挖掘机及其输料装置的结构示意图。图3为图1中A向示意图。图4为图3中B向的局部放大示意图。图5为图3中C向的局部放大示意图。图中标记为机头1、中心轴线101、刀盘端面102、直径线103、收料口 104、切割刀 105、冲击装置106、冲击部件107、收料刀108、边缘109、主轴2、机体3、输料装置4、支座5、
升降液压缸6、水平转动平台7、行走机构8、旋转方向9、冲击方向10、夹角a、最大距离b、斜
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具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。如图1 3所示的多功能全断面隧道挖掘机，包括安装在行走机构8上的机体3， 所述机体3上设置有主轴2，所述主轴2的前端设置有机头1，所述机头1的刀盘端面102上 设置有切割装置，此外，所述机头1中分散布置有多个冲击装置106，所述各冲击装置106具 有从机头1的刀盘端面102向外冲顶的冲击部件107。冲击装置106可采用液压破碎凿岩 机，使用时其冲击部件可进行旋转式冲击切割岩层，因此对各种坚硬的岩层均能够破碎。各 台冲击装置106最好能够单独的控制，这样各台冲击装置106既能够独立工作，又能够多台 一起工作。所述液压破碎凿岩机的动力通过位于主轴2中的输送通道进行供给的，所述机 体3上还相应的设置有液压泵站和控制系统，这些均是本领域的常规技术，再次不在赘述。通过冲击装置106进行岩层的破碎工作时，如果各冲击装置106与刀盘端面102 一起沿刀盘的旋转方向9进行旋转，则有可能出现当冲击部件107向外冲顶还未收回时，由 于刀盘端面102的旋转使冲击部件107卡死在岩层内的问题。本申请充分认识到该问题出 现的可能性。为了解决该问题，本申请做出了以下的进一步改进首先，如图3、4所示，将所述冲击装置106中冲击部件107的冲击方向10与所述 刀盘端面102垂线间的夹角a设为5° 30°，并且该夹角a能够使所述冲击部件107冲 顶后产生的反作用力具有促进所述刀盘端面102沿其旋转方向进行转动的分量。该改进可以带来两方面的效果由于所述夹角a的存在，使冲击部件10的冲击方向10并非完全与机 头1的中心轴线101平行，因此减小了整个机体3、主轴2因为冲击部件107冲顶所承受的 反作用力，降低了轴线负载；更重要的，由于所述夹角a的方向能够使所述冲击部件107冲 顶后产生的反作用力具有促进所述刀盘端面102沿其旋转方向进行转动的分量，因此使得 冲击部件107冲顶后随刀盘端面102的旋转能够更容易的从岩层中收回，有利于避免冲击 部件107卡死，防止主轴2承受更大的扭转载荷。其次，如图4所示，所述冲击装置106工作时，其冲击部件107的顶端与所述机头 1刀盘端面102之间的最大距离b小于30mm。将冲击部件107的顶端与所述机头1刀盘端 面102之间的最大距离b限定在上述的范围，既能够确保冲击部件107每次进入岩层的深 度不会过大，同时又能够确保其回收的速度，因此进一步的使得冲击部件107冲顶后随刀 盘端面102的旋转能够更容易的从岩层中收回，有利于避免冲击部件107卡死。在上述技术方案的基础上，本实用新型还做出了如下改进，即如图3、5所示，使靠 近机头1的边缘109处的各冲击装置106中冲击部件107的冲击方向10具有使该冲击部件 107在冲击时其顶端向外超出所述边缘109的斜度C。本改进的目的在于通过使挖掘机实 际的岩层破碎断面直径略微大于其利理论的断面直径，来确保不会因为机头1的边缘109 处的岩层的漏掘而导致整个掘进过程的受阻。如图2、3所示，为了在掘进过程中自动进行排渣，所述机头1内还设置有排渣装 置，该排渣装置的输入端与设置在机头1的刀盘端面102上的收料口 104相通，该排渣装置 的输出端设置有输料装置4。所述排渣装置可以采用现有的螺旋排渣机构，从而将挖掘下来 的岩层碎石、碎土从收料口 104送到出料口，再通过输料装置4输出，实现挖掘和排渣的同 时进行，提高作业效率。如图2，作为输料装置4的具体结构，该输料装置4包括位于排渣装 置出料口处的接料斗401，所述接料斗401的输出端设置有上层输送带402，所述上层输送 带402的出口下方设置下层输送带403，该下层输送带403直接延伸到多功能全断面隧道挖 掘机的后方，从而进行输料作业。输料装置4输出的碎料通过车辆等运输设备运出隧道。如图3所示，为了更好的排渣，在机头1的刀盘端面102上沿一周均布有多个收料 口 104，所述各收料口 104的开口从所述机头1刀盘端面102的中间部位向外延伸至机头 1的边缘109。这些收料口 104的开口最好是沿着所述机头1刀盘端面102的径向从内向 外延伸。并且，所述各收料口 104的开口大小从内向外逐渐扩大。采用上述的收料口 104 布置形式，可将大量挖掘出的岩层碎石、碎土通过收料口 104进行收集，防止碎料的淤积阻 塞，因此更加有利于本功多能全断面隧道挖掘机的掘进作业。如图3所示，作为上述技术方案的进一步的改进，在所述机头1的边缘109处还设 置有用于将挖掘出的碎料导入所述收料口 104中的收料刀108。由于在掘进过程中挖掘出 的岩层碎石、碎土不断向机头1的边缘109处扩散，因此通过设置收料刀108就能够很好的 将这些碎料集中并随着刀盘端面102沿旋转方向9的旋转将碎料排入收料口 104中。如图3所示，作为切割装置的具体结构，该切割装置由多组切割刀105组成，每组 切割刀105由从机头1刀盘端面102的中心向外排列的多个独立并朝外延伸的切割刀105 所组成，每组切割刀中的各切割刀105从内向外逐渐向旁侧的收料口 104偏斜并靠近。所 述“偏斜”的含义，是指切割刀105延伸方向的变化；而“靠近”的含义，则是指切割刀105 位置的变化。通过附图3可以清楚的解释上述“偏斜”以及“靠近”具体形式。经过模拟实验和计算发现，通过将切割刀105按照上述方式进行排列组合，可以对刀盘端面102上的各 个部位的泥土、砂石进行更加有效的切削。其中，如图3所示，相邻两个收料口 104之间设置有至少一组切割刀105 ；所述各 切割刀105的刀体沿机头1轴向可伸缩的安装在机头1的刀盘端面102上。所述各切割刀 105的刀体可沿机头1轴向伸缩的安装在机头1的刀盘端面102上，比如可将刀体通过弹簧 安装在机头1的刀盘端面102上，使之在切割作业过程中一旦遇到泥土中坚硬的石头时能 够通过该弹簧进行让刀，不实行一次性硬切，防止切割刀105的损坏。此外，如图3所示，所述冲击装置采用如下布置形式选择所述机头1的刀盘端面 102上至少四条可将该刀盘端面102划分成每个形状大小相同的扇形区域的直径线103，沿 所述各条直径线103并以机头1的中心轴线101轴对称的布置至少两个冲击装置106，位于 所述任意两条直径线103上的冲击装置106不在该刀盘端面102的同一同心圆上。当然， 每条直径线103上沿从刀盘端面102的中心点向外的方向，冲击装置106的布置最好由疏 到密。采用上述的布置形式，能够在刀盘端面102的旋转过程中，使各冲击装置106均勻的 作用于整个掘进断面。如图1所示，机体3安装在支座5上并连接平移驱动机构，所述支座5通过升降装 置支撑在水平转动平台7上，所述水平转动平台7安装在行走机构8上。升降装置可利用 杠杆原理，将支座5的前部与水平转动平台7旋转连接，后部设置升降液压缸6，从而通过升 降液压缸6驱动支座5以其前部铰点进行旋转，达到使支座5上下升降的目的。平移驱动 机构以及水平转动平台7均为现有技术，故不再赘述。上述结构能够实现通过主轴2带动 机头1做全方位的运动，从而满足掘进隧道的各种要求平移驱动机构最终使机头1前后往 复运动，升降装置最终使机头1上下俯仰，水平转动平台7最终使机头1左右摆动，同时机 体3本身能够通过主轴2带动机头1自转。实施例该多功能全断面隧道挖掘机掘进断面直径为6m。其中，将所述夹角a设为15°，将 所述斜度c设为15°，将所述最大距离b设为20mm，并在所述机头1中按照上述方式分散布 置32台液压破碎凿岩机，通过位于主轴2中的输送通道向各台液压破碎凿岩机提供动力。 以仅使用液压破碎凿岩机进行破碎掘进为例，由于机头1每旋转一周通过液压破碎凿岩机 可击碎约20mm深度的岩层，保守估计每分钟掘进25mm，则每小时掘进深度可达1. 5m,每天 不间断工作可掘进36m，相比现有的隧道挖掘设备功效大为提高，可极大降低施工成本。
权利要求多功能全断面隧道挖掘机，包括安装在行走机构(8)上的机体(3)，所述机体(3)上设有主轴(2)，所述主轴(2)的前端设置有机头(1)，所述机头(1)的刀盘端面(102)上设置有切割装置，其特征在于所述机头(1)中分散布置有多个冲击装置(106)，所述各冲击装置(106)具有从机头(1)的刀盘端面(102)向外冲顶的冲击部件(107)。
2.如权利要求1所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于所述机头(1)内设置 有排渣装置，该排渣装置的输入端与设置在机头(1)刀盘端面(102)上的收料口(104)相 通，该排渣装置的输出端设置有输料装置(4)。
3.如权利要求2所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于在机头(1)的刀盘端 面(102)上沿一周均布有多个收料口(104)，所述各收料口(104)的开口从所述机头(1)刀 盘端面(102)的中间部位朝外径向延伸至机头(1)的边缘(109)，并且所述各收料口(104) 的开口大小从内向外逐渐扩大。
4.如权利要求3所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于在所述机头(1)的边 缘(109)处还设置有用于将挖掘出的碎料导入所述收料口(104)中的收料刀(108)。
5.如权利要求1、2、3或4所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于所述切割装 置由多组切割刀(105)组成，每组切割刀(105)由从机头(1)刀盘端面(102)的中心向外 排列的多个独立并朝外延伸的切割刀(105)所组成，每组切割刀中的各切割刀(105)从内 向外逐渐向旁侧的收料口(104)偏斜并靠近。
6.如权利要求5所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于相邻两个收料口(104) 之间设置有至少一组切割刀(105)；所述各切割刀(105)的刀体沿机头(1)轴向可伸缩的 安装在机头(1)的刀盘端面(102)上。
7.如权利要求1、2、3或4所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于所述冲击装 置采用如下布置形式选择所述机头(1)的刀盘端面(102)上至少四条可将该刀盘端面 (102)划分成每个形状大小相同的扇形区域的直径线(103)，沿所述各条直径线(103)并以 机头(1)的中心轴线(101)轴对称的布置至少两个冲击装置(106)，位于所述任意两条直径 线(103)上的冲击装置(106)不在该刀盘端面(102)的同一同心圆上。
8.如权利要求1、2、3或4所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于所述冲击装 置(106)中冲击部件(107)的冲击方向(10)与所述刀盘端面(102)垂线间的夹角(a)为 5° 30°，并且该夹角(a)能够使所述冲击部件(107)冲顶后产生的反作用力具有促进所 述刀盘端面(102)沿其旋转方向进行转动的分量。
9.如权利要求8所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于靠近机头(1)的边缘 (109)处的各冲击装置(106)中冲击部件(107)的冲击方向(10)具有使该冲击部件(107) 在冲击时其顶端向外超出所述边缘(109)的斜度(C)。
10.如权利要求1、2、3或4所述的多功能全断面隧道挖掘机，其特征在于所述冲击装 置(106)工作时，其冲击部件(107)的顶端与所述机头(1)刀盘端面(102)之间的最大距 离(b)小于30mm。
专利摘要本实用新型公开了一种可掘进复杂的地质结构，使隧道断面一次成型的多功能全断面隧道挖掘机，包括安装在行走机构上的机体，所述机体上设有主轴，所述主轴的前端设置有机头，所述机头的刀盘端面上设置有切割装置，所述机头中分散布置有多个冲击装置，所述各冲击装置具有从机头的刀盘端面向外冲顶的冲击部件。在相对柔软的地质结构中进行掘进作业时，直接依靠机头刀盘端面上的切割装置进行切割，而一旦遭遇坚硬的岩层，则可动用机头上的冲击装置，通过其冲击部件直接进行岩石的破碎，而无须再进行传统的钻孔放炮。该挖掘机可掘进复杂的地质结构，隧道断面一次成型，作业效率大大提高。本实用新型的多功能全断面隧道挖掘机可用于铁路干线等各种隧道工程。
文档编号E21D9/11GK201714393SQ20102014227
公开日2011年1月19日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者甘忠荣 申请人:甘忠荣