轴向进给掘进装置及掘进机的制作方法

本发明涉及掘进装置技术领域，特别涉及一种轴向进给掘进装置及掘进机。

背景技术：

现有隧道施工，主要是有3种开挖方法：钻爆法开挖、单臂掘进开挖及盾构法开挖，三种施工方法，各有优劣势，相互补充形成了涵盖目前隧道施工的所有工况范围。

目前，悬臂式掘进机的悬臂与回转支承平台铰接，悬臂通过悬臂油缸在上、下方向作业及通过回转油缸带动回转支承平台实现回转作业，一方面，悬臂的工作面较小，无法对整个断面进行施工，其中，受悬臂油缸行程的限制，悬臂的俯仰角度有限，受回转支承平台和回转油缸连接关系的限制，回转油缸仅能带动回转支承平台小角度转动；另一方面，由于悬臂式掘进机的工作面较小，在对断面不同位置进行加工时，需要反复调整悬臂式掘进机的工作位置，耗费时间，由于悬臂的长度固定，导致悬臂在每个工作位置的切削量较小，每次切削完成后需要重新调整位置，工作效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种轴向进给掘进装置及掘进机，以解决现有的掘进装置工作面小、工作效率低的问题。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种轴向进给掘进装置，所述轴向进给掘进装置，包括：

悬臂组件，包括悬臂、中心轴和轴筒，所述悬臂安装在所述中心轴的一端，所述轴筒套设在所述中心轴的外周且设置为固定，所述中心轴能够相对所述轴筒转动和滑动；

进给组件，用以带动所述中心轴沿所述轴筒轴向移动；

转动组件，用以带动所述中心轴相对所述轴筒转动。

优选地，所述进给组件通过沿所述中心轴的轴向运动带动所述中心轴运动。

优选地，所述进给组件包括驱动单元，所述驱动单元包括伸缩件，所述伸缩件的一端与所述轴筒连接，另一端与所述中心轴可转动地连接。

优选地，所述进给组件包括导轨单元，所述导轨单元包括滑轨和与所述滑轨滑动连接的滑块，所述滑轨与所述中心轴同轴向设置，所述中心轴与所述滑块可转动地连接。

优选地，所述转动组件包括伸缩件，所述伸缩件的一端设置为能够沿所述滑轨滑动，另一端与所述中心轴一端的端面可转动地连接。

优选地，所述转动组件包括两个所述伸缩件，两个所述伸缩件分别设置在所述中心轴的两侧。

优选地，所述悬臂组件包括多个悬臂，多个所述悬臂间隔地围绕所述中心轴的轴线设置。

优选地，所述悬臂包括悬臂油缸和悬臂本体，所述悬臂本体的一端与所述中心轴铰接，所述悬臂油缸的两端分别与所述悬臂本体和所述中心轴铰接。

优选地，所述悬臂组件包括安装台，所述安装台与所述中心轴的一端固定连接，所述悬臂安装在所述安装台上，所述悬臂本体的一端与所述安装台铰接，所述悬臂油缸的两端分别与所述悬臂本体和所述安装台铰接。

此外本发明还提供一种掘进机，所述掘进机包括本发明所述的轴向进给掘进装置。

相对于现有技术，本发明的轴向进给掘进装置将悬臂设置在中心轴的一端，并在所述中心轴的外周设置轴筒，使得轴筒能够为中心轴提供支撑，避免中心轴因悬臂的重量过重而引起中心轴倾斜；通过设置进给组件带动中心轴相对轴筒移动，增加悬臂沿掘进方向的进给距离，减少掘进机工作位置的调整次数，进而提高工作效率；通过设置转动组件带动悬臂转动，这样的设置使得悬臂能够绕中心轴转动，使得悬臂能够对工作面的不同位置进行加工，进而增加悬臂的工作面。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明的一种实施方式的轴向进给掘进装置的主视图；

图2为本发明的一种实施方式的进给组件的结构示意图；

图3为本发明的一种实施方式的轴向进给掘进装置的右视图；

图4为本发明的一种实施方式的轴向进给掘进装置的左视图；

图5为本发明的一种实施方式的悬臂组件的剖视图；

图6为本发明的一种实施方式的悬臂的结构示意图。

附图标记说明：

10悬臂组件11悬臂

12中心轴13轴筒

14安装台20进给组件

21驱动单元22导轨单元

30转动组件111悬臂油缸

112悬臂本体221滑轨

222滑块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下。下面将参考附图1至图6并结合实施方式来详细说明本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种轴向进给掘进装置，如图1和图5所示，包括：

悬臂组件10，包括悬臂11、中心轴12和轴筒13，所述悬臂11安装在所述中心轴12的一端，所述轴筒13套设在所述中心轴12的外周且设置为固定，所述中心轴12能够相对所述轴筒13转动和滑动，具体地，所述中心轴12与所述轴筒13之间间隙配合且在所述中心轴12与所述轴筒13之间的间隙中填充有润滑剂；

进给组件20，用以带动所述中心轴12沿所述轴筒13轴向移动；

转动组件30，用以带动所述中心轴12相对所述轴筒13转动。

本发明的轴向进给掘进装置将悬臂11设置在中心轴12的一端，并在所述中心轴12的外周设置轴筒，使得轴筒13能够为中心轴12提供支撑，避免中心轴12因悬臂11的重量过重而引起中心轴12倾斜；通过设置进给组件20带动中心轴12相对轴筒13移动，增加悬臂11沿掘进方向的进给距离，减少掘进机工作位置的调整次数，进而提高工作效率；通过设置转动组件30带动悬臂11转动，这样的设置使得悬臂11能够绕中心轴12转动，使得悬臂11能够对工作面的不同位置进行加工，进而增加悬臂11的工作面。

进一步的，所述中心轴12的轴线与水平面的夹角在-20°到20°之间，优选地，所述中心轴12的轴线与水平面的夹角在-10°到10°之间，更为优选地，所述中心轴12的轴线与水平面的夹角为0°，所述中心轴12的轴线与水平面平行。这样的设置使得当中心轴12进行进给时，中心轴12的进给方向与掘进方向一致。

如图6所示，所述悬臂11包括截割头和悬臂本体112，所述截割头能够相对所述悬臂本体112转动，从而使得截割头带动安装在截割头上的截齿转动，进而对待加工进行切割。进一步的，所述悬臂本体112上安装有驱动电机，所述截割头安装在所述驱动电机的输出轴上，所述驱动电机带动所述截割头相对悬臂本体112转动。

上述中，为了驱动中心轴12的轴向进给，所述进给组件20通过沿所述中心轴12的轴向运动带动所述中心轴12运动。所述进给组件20一方面可以通过伸缩沿所述中心轴12的轴向运动，具体的，所述进给组件20可以为气压缸、液压缸或电动推杆等伸缩件带动所述中心轴12运动，另一方面，所述进给组件20可以为剪叉机构，通过调节剪叉机构中相互铰接的两个杆件之间的夹角，带动所述中心轴12运动，此外，所述进给组件20还可以为齿轮齿条传动机构，所述齿轮齿条传动机构包括齿条和与所述齿条啮合的齿轮，所述齿条安装在所述中心轴12上且与所述中心轴12同轴向设置，所述齿轮转动时，通过所述齿条带动所述中心轴12转动。

如图2所示，所述进给组件20包括驱动单元21，所述驱动单元21包括伸缩件，根据本发明的一种实施方式，所述伸缩件的一端与所述轴筒13连接，另一端与所述中心轴12可转动地连接，所述伸缩件通过伸缩带动所述中心轴12移动。所述伸缩件的两端分别与所述轴筒13和所述中心轴12铰接，同时为了不影响中心轴12的转动，所述伸缩件的一端与所述中心轴12铰接的同时，与所述中心轴12可转动地连接。

根据本发明的另一种实施方式，所述伸缩件的一端与所述中心轴12可转动地连接，另一端设置为固定或能够绕定轴转动，当所述伸缩件的伸缩方向与所述中心轴12的轴线不平行时，所述伸缩件的一端与所述中心轴12可转动地连接，另一端设置为能够绕定轴转动；当所述伸缩件的伸缩方向与所述中心轴12的轴线平行时，所述伸缩件的一端与所述中心轴12可转动地连接，另一端设置为能够绕定轴转动。

上述中，所述伸缩件为气压缸或者液压缸等能够进行轴向伸缩的装置，优选地，所述伸缩件的伸缩方向与所述中心轴12的轴线平行，这样的设置能够减小导轨单元22之间的摩擦，提高导轨单元22的使用寿命。优选地，所述伸缩件为液压缸。

进一步的，为了防止中心轴12运动时，轴筒13受力过大，所述进给组件20包括导轨单元22，所述导轨单元22包括滑轨221和与所述滑轨221滑动连接的滑块222，所述滑轨221和所述滑块222一方面可以设置为卡槽连接，如燕尾槽、t型槽等，另一方面，所述滑轨221和所述滑块222可以设置为光杠与轴套滑动连接的形式。所述滑轨221与所述中心轴12同轴向设置且设置为固定，所述中心轴12与所述滑块222可转动地连接。这样的设置使得中心轴12在沿着轴筒13伸缩时，中心轴12的一端能够沿着滑轨221滑动，当中心轴12前伸时，轴筒13受到中心轴12的弯矩增大，为了防止轴筒13发生形变甚至损坏，由滑轨221和滑块222为中心轴12提供拉力，保持中心轴12两端的受力平衡。

为了驱动中心轴12转动，根据本发明的一种实施方式，如图3所示，所述转动组件30包括伸缩件，所述伸缩件的一端设置为能够沿所述滑轨221滑动，另一端与所述中心轴12一端的端面可转动地连接。这样的设置使得在中心轴12沿所述轴筒13的轴向移动时，转动组件30仍然能够驱动所述中心轴12转动。

上述中，为了提高中心轴12的转动角度，两个所述伸缩件远离所述中心轴12的一端与所述中心轴12的轴线在所述中心轴12的端面的投影的连线形成一个等腰三角形，所述伸缩件与所述中心轴12的铰接点在所述中心轴12的端面的投影位于所述等腰三角形外且靠近所述等腰三角形的腰设置。

上述中，为了使中心轴12的受力平衡，所述转动组件30包括两个所述伸缩件，两个所述伸缩件分别设置在所述中心轴12的两侧，进一步的，为了便于对伸缩件的控制，两个所述伸缩件平面对称设置，所述对称面为中心轴12的轴线所在的垂直面。所述伸缩件为气压缸或者液压缸等能够进行轴向伸缩的装置，优选地，所述伸缩件为液压缸。

根据本发明的另一种实施方式，所述转动机构包括马达和传动机构，所述传动机构包括相互啮合的齿轮和齿圈，所述齿轮与所述马达的输出轴连接，所述齿圈安装在所述中心轴12的外周且与所述中心轴12同轴线设置，上述中，所述马达包括电动机、液压马达或内燃机。所述马达通过带动齿轮和齿圈转动从而带动中心轴12转动。

为了提高所述悬臂11式掘进装置的工作效率，如图4所示，所述悬臂组件10包括多个悬臂11，多个所述悬臂11间隔地围绕所述中心轴12的轴线设置。进一步的，多个所述悬臂11旋转对称设置，这样的设置有利于平衡中心轴12两侧的力矩、减小中心轴12的磨损，进而提高中心轴12的使用寿命。

上述中，为了平衡多个悬臂11之间的力矩，所述悬臂11的数量为偶数，如2个、4个、6个或8个，优选地，所述悬臂11的数量4个。这样的设置使得中心轴12在转动的过程中，中心轴12两侧的力矩都保持相同，从而避免悬臂11式掘进装置倾覆。

为了进一步增大所述悬臂11式掘进装置的工作面，如图4所示，所述悬臂11包括悬臂油缸111和悬臂本体112，所述悬臂本体112的一端与所述中心轴12铰接，所述悬臂油缸111的两端分别与所述悬臂本体112和所述中心轴12铰接。优选地，所述悬臂油缸111在中心轴12的端面上的投影与所述中心轴12的径向重合，这样的设置使得悬臂油缸111能够带动悬臂本体112最大程度地摆动，从而进一步增大所述悬臂11式掘进装置的工作面。

为了便于多个悬臂11的安装，如图6所示，所述悬臂组件10包括安装台14，所述安装台14与所述中心轴12的一端固定连接，所述悬臂11安装在所述安装台14上，所述悬臂本体112的一端与所述安装台14铰接，所述悬臂油缸111的两端分别与所述悬臂本体112和所述安装台14铰接。上述中，所述安装台14可以设置为与中心轴12可拆卸连接，也可以设置为与中心轴12为一体结构。

此外，本发明还提供一种掘进机，所述掘进机包括本发明所述的轴向进给掘进装置。所述掘进机包括安装座，所述中心轴12的轴线平行所述安装座设置，这样的设置有利于中心轴12的进给。

根据图示的实施方式说明本申请的掘进装置的操作,当使用本发明所述的轴向进给掘进装置时，首先将轴向进给掘进装置移动至指定位置，驱动电机带动截割头转动，进给组件20中的伸缩件通过伸长或收缩带动中心轴12沿轴筒13滑动，从而带动中心轴12轴向进给，直至才截割头对待加工面进行切削，悬臂油缸111通过伸长或收缩带动悬臂本体112摆动，从而带动截割头沿中心轴12的径向运动，转动组件30中的伸缩件通过伸长或收缩带动中心轴12转动，从而带动截割头沿中心轴12的轴向摆动，改变加工位置，直至截割头完成对整个工作面的加工，进给组件20再次带动中心轴12轴向进给。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。