一种单缸防旋转装置及掘进设备的制作方法

本发明涉及一种单缸防旋转装置及掘进设备。

背景技术：

盾构施工因具有高效、安全、对周围环境影响小等优点，因此得到了广泛的应用。盾构施工中管片的安装是在尾盾壳体的保护下在主机内部进行的，每环管片安装完成后，主机在已安装的管片提供的反作用力下通过推进油缸向前推进。推进油缸在接触管片前有一段的空推行程，在空推过程中，单根油缸普遍存在扭转现象，单缸发生扭转后将导致油缸撑靴接触管片的面积变小，增加推坏管片的风险；同时，在单缸发生一定程度扭转后，油缸撑靴与尾盾壳体内壁相接触，增加磨损尾盾的风险。

授权公告号为cn204783026u的中国实用新型专利公开了一种单缸油缸防旋转装置，包括中盾、尾盾、推进油缸、单缸撑靴和防转块，中盾和尾盾通过螺栓连接，推进油缸固定在中盾后部，单缸撑靴通过销轴固定在推进油管的后部，单缸撑靴上焊接有防转块，在推进油缸伸缩时，防转块与尾盾发生摩擦，限制单缸撑靴旋转，从而限制了单根油缸的旋转。

上述防旋转装置虽然解决了单缸的旋转问题，避免了油缸撑靴磨损尾盾内壁，但在推进油缸伸缩时，防转块会与尾盾内壁发生摩擦，仍会增加磨损尾盾的风险。而且，在盾构机转弯过程中，尾盾内壁与油缸撑靴的间距是不断变化的，推进油缸伸出后，推进油缸端部可能会受到尾盾内壁对油缸的压力，使推进油缸呈“悬臂梁尖端受压”的状态，有损坏推进油缸的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种单缸防旋转装置，以解决现有技术中在盾构机转弯的过程中，油缸端部会受到尾盾内壁对油缸的压力而容易损坏油缸的技术问题；本发明的目的还在于提供一种掘进设备。

为实现上述目的，本发明单缸防旋转装置的技术方案是：

单缸防旋转装置，包括：

油缸撑靴，用于连接在推进油缸上；

支撑臂，设置有两个，两个支撑臂均铰接在油缸撑靴上，支撑臂远离油缸撑靴的一端具有支撑部，该支撑部用于支撑在盾体的内壁上；

弹性伸缩结构，设置在两个支撑臂之间，弹性伸缩结构包括：

套筒，其内滑动装配有滑动盘，套筒内于滑动盘的两侧均设有弹性件，两个弹性件向滑动盘施加相反的弹性作用力；

连接臂，设置有两个，两个连接臂的一端分别铰接在相应支撑臂上，两个连接臂的另一端均与滑动盘连接，以滑动装配在套筒内；或者两个连接臂分别为第一连接臂和第二连接臂，第一、二连接臂的一端分别铰接在相应支撑臂上，第一连接臂的另一端与套筒固定连接，第二连接臂的另一端与滑动盘连接，以滑动装配在套筒内。

有益效果是：本发明的单缸防旋转装置不仅起到防止推进油缸扭转的作用，而且通过弹性伸缩结构自适应调节两个支撑臂之间的夹角，以调节支撑臂与尾盾内壁之间的相互作用力，减小尾盾内壁的磨损及推进油缸端部受压损坏的风险。此外，该装置工作原理简单，制作成本低。

进一步的，在第一连接臂与套筒固定连接且第二连接臂与滑动盘连接时，第一连接臂沿套筒的轴向位置可调的固定在套筒上。

有益效果是：这样设计，能够调节第一连接臂在套筒轴向的位置，以调节相应弹性件的预压缩量，保证支撑臂上的支撑部稳定支撑在尾盾的内壁上。

进一步的，所述第一连接臂具有螺纹段，第一连接臂螺纹连接在套筒上以调节其在套筒轴向的位置，所述螺纹段上设有锁紧螺母，锁紧螺母用于在第一连接臂调节到位后将其锁紧在套筒上。

有益效果是：该调节结构较为简单，且便于调节第一连接臂在套筒轴向上的位置。

进一步的，两个弹性件均为压簧。

有益效果是：便于将压簧安装到套筒内。

进一步的，所述套筒包括筒体和端盖，筒体的一端为封闭结构，另一端为开口结构，端盖封盖在开口结构处，端盖和封闭结构上均设有穿孔，以供相应连接臂穿过。

有益效果是：这样设计，便于各部件安装在套筒内。

进一步的，所述套筒的筒壁上设有注油孔。

有益效果是：注油孔供黄油注入套筒内，有利于滑动盘在套筒内的滑动。

进一步的，两个支撑臂的结构相同。

有益效果是：这样只需生产一种结构的支撑臂即可，便于加工制造。

进一步的，所述支撑臂包括万向球，万向球的球面构成所述支撑部。

有益效果是：由于万向球可沿任意方向发生滚动，即可同时满足在推进油缸的推进方向和两个支撑臂靠近-远离方向的滚动，可有效解决尾盾内壁的磨损问题。

进一步的，所述油缸撑靴上焊接有耳板，两个支撑臂分别通过铰轴铰接在相应耳板上。

为实现上述目的，本发明掘进设备的技术方案是：

掘进设备，包括盾体，盾体内设有推进油缸，推进油缸用于顶推管片，推进油缸的伸缩杆上连接有单缸防旋转装置，所述单缸防旋转装置包括：

油缸撑靴，用于连接在推进油缸上；

支撑臂，设置有两个，两个支撑臂均铰接在油缸撑靴上，支撑臂远离油缸撑靴的一端具有支撑部，该支撑部用于支撑在盾体的内壁上；

弹性伸缩结构，设置在两个支撑臂之间，弹性伸缩结构包括：

套筒，其内滑动装配有滑动盘，套筒内于滑动盘的两侧均设有弹性件，两个弹性件向滑动盘施加相反的弹性作用力；

连接臂，设置有两个，两个连接臂的一端分别铰接在相应支撑臂上，两个连接臂的另一端均与滑动盘连接，以滑动装配在套筒内；或者两个连接臂分别为第一连接臂和第二连接臂，第一、二连接臂的一端分别铰接在相应支撑臂上，第一连接臂的另一端与套筒固定连接，第二连接臂的另一端与滑动盘连接，以滑动装配在套筒内。

有益效果是：本发明的单缸防旋转装置不仅起到防止推进油缸扭转的作用，而且通过弹性伸缩结构自适应调节两个支撑臂之间的夹角，以调节支撑臂与尾盾内壁之间的相互作用力，减小尾盾内壁的磨损及推进油缸端部受压损坏的风险。此外，该装置工作原理简单，制作成本低。

进一步的，在第一连接臂与套筒固定连接且第二连接臂与滑动盘连接时，第一连接臂沿套筒的轴向位置可调的固定在套筒上。

有益效果是：这样设计，能够调节第一连接臂在套筒轴向的位置，以调节相应弹性件的预压缩量，保证支撑臂上的支撑部稳定支撑在尾盾的内壁上。

进一步的，所述第一连接臂具有螺纹段，第一连接臂螺纹连接在套筒上以调节其在套筒轴向的位置，所述螺纹段上设有锁紧螺母，锁紧螺母用于在第一连接臂调节到位后将其锁紧在套筒上。

有益效果是：该调节结构较为简单，且便于调节第一连接臂在套筒轴向上的位置。

进一步的，两个弹性件均为压簧。

有益效果是：便于将压簧安装到套筒内。

进一步的，所述套筒包括筒体和端盖，筒体的一端为封闭结构，另一端为开口结构，端盖封盖在开口结构处，端盖和封闭结构上均设有穿孔，以供相应连接臂穿过。

有益效果是：这样设计，便于各部件安装在套筒内。

进一步的，所述套筒的筒壁上设有注油孔。

有益效果是：注油孔供黄油注入套筒内，有利于滑动盘在套筒内的滑动。

进一步的，两个支撑臂的结构相同。

有益效果是：这样只需生产一种结构的支撑臂即可，便于加工制造。

进一步的，所述支撑臂包括万向球，万向球的球面构成所述支撑部。

有益效果是：由于万向球可沿任意方向发生滚动，即可同时满足在推进油缸的推进方向和两个支撑臂靠近-远离方向的滚动，可有效解决尾盾内壁的磨损问题。

进一步的，所述油缸撑靴上焊接有耳板，两个支撑臂分别通过铰轴铰接在相应耳板上。

附图说明

图1为现有技术中盾构机的结构示意图；

图2为本发明单缸防旋转装置的结构示意图；

图3为图2中弹性伸缩结构的结构示意图；

图4为图3的分解图；

图中：11-刀盘；12-前盾；13-中盾；14-推进油缸；15-油缸撑靴；16-尾盾；17-管片；18-耳板；19-支撑臂；20-万向球；21-弹性伸缩结构；22-第一连接臂；23-锁紧螺母；24-套筒；25-注油孔；26-滑动盘；27-第二压簧；28-第二连接臂；29-第一压簧；30-固定螺栓；31-筒体；32-端盖。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“上”、“下”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明单缸防旋转装置的实施例1：

在介绍本发明的单缸防旋转装置之前，先介绍现有技术中盾构机的结构，如图1所示，盾构机包括前盾12、中盾13以及尾盾16，前盾12的前部设有刀盘11，中盾13内固设有推进油缸14，推进油缸14的伸缩杆上连接有油缸撑靴15；管片17的安装是在尾盾16的保护下进行的，每环管片17安装完成后，推进油缸14的伸缩杆伸出，伸缩杆上的油缸撑靴15顶压在已安装的管片17上，利用管片17提供的反作用力，使得盾构机向前掘进。

由于图1中的油缸撑靴15上未设置防旋转结构，因此，伸缩杆在伸出时容易绕自身轴线发生旋转，伸缩杆旋转后将导致油缸撑靴15接触管片17的面积变小，增加推坏管片17的风险；而且，在伸缩杆旋转后，油缸撑靴15容易与尾盾16的内壁相接触，增加磨损尾盾16的风险。

为了避免上述问题，本实施例中设计了单缸防旋转装置，如图2所示，单缸防旋转装置包括油缸撑靴15、两个支撑臂19以及弹性伸缩结构21，油缸撑靴15上焊接有两个耳板18，两个支撑臂19的一端分别铰接在相应耳板18上，两个支撑臂19的另一端分别设有万向球20，万向球20用于支撑在尾盾16的内壁上；万向球20可沿任意方向发生滚动，即可同时满足在推进油缸的推进方向和两个支撑臂19靠近-远离方向的滚动，可有效解决尾盾内壁的磨损问题。其中，万向球20的球面构成支撑部。应当说明的是，万向球20为标准件。

本实施例中，两个支撑臂19的结构相同，只需生产一种结构的支撑臂即可，便于加工制造。

如图2和图3所示，弹性伸缩结构21设置在两个支撑臂19之间。具体的，弹性伸缩结构21包括套筒24和两个连接臂，套筒24处于两个连接臂之间，套筒24内滑动装配有滑动盘26，套筒24内与滑动盘26的两侧分别设有第一压簧29和第二压簧27，两个压簧向滑动盘26施加相反的弹性作用力。其中，第一压簧29和第二压簧27分别构成弹性件。在其他实施例中，两个弹性件均为拉簧。

应当说明的是，本实施例中的套筒24和滑动盘26可以不是严格意义上的筒类和盘类结构，其上可以有镂空。

本实施例中，两个连接臂分别为第一连接臂22和第二连接臂28，第一连接臂22的一端铰接在相应支撑臂19上，第一连接臂22的另一端固定连接在套筒24上；第二连接臂28的一端铰接在相应支撑臂19上，第二连接臂28的另一端连接在滑动盘26上，以滑动装配在套筒24内。

本实施例中，第一连接臂22具有螺纹段，第一连接臂22螺纹连接在套筒24上，以调节第一连接臂22在套筒24轴向的位置，同时，在螺纹段上设有锁紧螺母23，锁紧螺母23用于在第一连接臂22调节到位后将其锁紧在套筒24上。

如图4所示，套筒24包括筒体31和端盖32，筒体31的一端为封闭结构，另一端为开口结构，端盖32通过固定螺栓30固定在开口结构处，端盖32和封闭结构上均设有穿孔，以供相应连接臂穿过。装配时，先将第二弹簧27、第二连接臂28以及第一压簧29从筒体31的开口处依次装入筒体31内，之后先将端盖32固定筒体31上，再将第一连接臂22螺纹连接在端盖32上并通过锁紧螺母23锁紧，以实现弹性伸缩结构的装配。其中，端盖32上的穿孔为螺纹孔。

本实施例中，为了便于滑动盘26在套筒24内滑动，在套筒24的筒壁上加工有注油孔25，黄油经注油孔25注入套筒24内；其中，注油孔25设置有两个且分别处于滑动盘26的两侧。

当盾构机直线掘进时，调整第一连接臂22旋入套筒24内的深度，使得第二压簧27处于压缩状态，在第二压簧27的弹性作用力下，使得第二连接臂28始终处于收回套筒24内的状态，这样，弹性伸缩结构21始终处于收紧状态，以拉紧两个连接臂，从而使得连接臂上的万向球20紧贴在尾盾16的内壁上。此时，第一压簧29处于自由伸缩状态。

当盾构机进行转弯区间的掘进时，推进油缸14的伸缩杆在伸缩过程中油缸撑靴15与尾盾16内壁间的距离是渐变值。当油缸撑靴15与尾盾16内壁间的距离逐渐增大时，在第二压簧27的弹性作用力下，两个支撑臂19之间的夹角逐渐减小，始终保持万向球20紧贴尾盾16的内壁，以防止推进油缸的伸缩杆旋转；当两个支撑臂19之间的夹角较小，第二连接臂28缩回套筒24内的尺寸较多时，第一压簧29提供将第二连接臂28推出套筒24的弹力，避免两个支撑臂19的夹角进一步减小。当油缸撑靴15与尾盾16内壁间的距离逐渐减小时，两个支撑臂19之间的夹角逐渐增大，同样可始终保持万向球20紧贴尾盾16的内壁，以防止推进油缸14的伸缩杆旋转，同时，由于两个支撑臂之间的夹角能够变化，避免推进油缸的端部受到较大压力，从而避免了损坏推进油缸的风险。

本发明的单缸防旋转装置不仅起到防止推进油缸扭转的作用，而且通过弹性伸缩结构自适应调节两个支撑臂之间的夹角，以调节支撑臂与尾盾内壁之间的相互作用力，减小尾盾内壁的磨损及推进油缸端部受压损坏的风险。此外，该装置工作原理简单，制作成本低。

本发明单缸防旋转装置的实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第一连接臂22固定连接在套筒24上，第二连接臂28滑动装配在套筒24内，通过第二连接臂28在套筒24内滑动，实现两个连接臂之间的夹角变化。本实施例中，第一、二连接臂均滑动装配在套筒内，通过两个连接臂在套筒内滑动，实现两个连接臂之间的夹角变化。

本发明单缸防旋转装置的实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第一连接臂22具有螺纹段，第一连接臂22螺纹连接在套筒24上以调节其在套筒24轴向的位置，且在第一连接臂22调节到位后通过锁紧螺母23将其锁紧在套筒24上。本实施例中，第一连接臂上设有平面，端盖上设有紧定螺钉，紧定螺钉沿套筒的径向延伸，第一连接臂调节到位后通过紧定螺钉固定在端盖上。

本发明单缸防旋转装置的实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，套筒24包括筒体31和端盖32，筒体31的一端为封闭结构，另一端为开口结构，端盖32封盖在开口结构处，端盖32和封闭结构上均设有穿孔，以供相应连接臂穿过。本实施例中，套筒包括筒体和两个端盖，筒体的两端均为开口结构，两个端盖分别封盖在相应开口处，两个端盖上均设有穿孔，以供相应连接臂穿过。

本发明单缸防旋转装置的实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，支撑臂19包括万向球20，万向球20的球面构成支撑部。本实施例中，支撑臂包括万向轮，万向轮的外周面构成支撑部。

本发明掘进设备的实施例，本实施例中的掘进设备包括盾体，盾体内设有推进油缸，推进油缸用于顶推管片，推进油缸的伸缩杆上连接有单缸防旋转装置，该单缸防旋转装置与上述单缸防旋转装置的实施例1至5中任一个的结构相同，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。