[发明专利]一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器

权利要求书

1.一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器，其特征在于，所述支撑器包括中心支架、上支撑腿、左下支撑腿和右下支撑腿；所述中心支架是一个六边形的环形结构，上支撑腿、左下支撑腿和右下支撑腿分别垂直安装在六边形的环形结构相互成120°的环边上，与六边形的环形结构同处一个平面；所述的上支撑腿由中心支撑缸、两个侧向支撑缸并联后再串联撑靴构成，驱动所述上支撑腿，能带动撑靴沿径向伸缩运动；左下支撑腿和右下支撑腿与上支撑腿结构相同，但其沿各自径向伸缩运动的方向与上支撑腿在圆周上分别相隔120°；

所述上支撑腿包括中心支撑缸、侧向支撑缸、中心支撑缸上关节、中心支撑缸下关节、侧向支撑缸上关节、侧向支撑缸下关节、上支撑靴、支撑器后关节连接座和支撑器前关节连接座；中心支撑缸通过中心支撑缸下关节安装在中心支架六边形的环形结构的一条环边的中心；两个侧向支撑缸分别通过侧向支撑缸下关节平行安装在环边上中心支撑缸等距离的两侧；中心支撑缸的另一端通过中心支撑缸上关节连接上支撑靴的内弧中部；两个侧向支撑缸分别通过侧向支撑缸上关节连接上支撑靴的内弧两侧；上支撑靴还设置了支撑器后关节连接座和支撑器前关节连接座。

2.根据权利要求1所述的一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器，其特征在于，所述支撑器可自适应隧道曲线及其支撑面的位置和姿态偏差；侧向支撑缸与中心支架采用回转关节连接，适应绕掘进纵轴方向的滚转偏差；两个侧向支撑缸并联后，其运动适应撑靴沿掘进断面径向的偏差；所述的侧向支撑缸上关节和中心支撑缸上关节绕共同轴线即掘进水平轴转动，适应隧道轴线的姿态偏差；调节左下支撑腿和右下支撑腿的位置，即调节支撑器中心支架的位置，改变支撑器压力中心，能适应隧道轮廓线变化及支撑面沿周向不同支撑工况条件。

3.根据权利要求1所述的一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器，其特征在于，所述支撑器设置了中心支撑缸驱动重构阀和侧向支撑缸驱动重构阀用于驱动支撑器作支撑作业，并改变其结构刚度；

所述支撑器的侧向支撑缸设侧向支撑缸进油口、侧向支撑缸回油口；中心支撑缸设有中心支撑缸进油口、中心支撑缸回油口；中心支撑缸由中心支撑缸驱动重构阀改变其驱动模式；如若中心支撑缸驱动重构阀电磁铁失电，则中心支撑缸进油口与中心支撑缸回油口断开，中心支撑缸工作于双向驱动模式；如若中心支撑缸驱动重构阀电磁铁得电，则中心支撑缸进油口与中心支撑缸回油口连通，中心支撑缸工作于差动驱动模式；侧向支撑缸可由侧向支撑缸驱动重构阀改变其驱动模式；如若侧向支撑缸驱动重构阀电磁铁失电，则侧向支撑缸进油口、侧向支撑缸回油口断开，侧向支撑缸处于双向驱动状态；如若侧向支撑缸驱动重构阀电磁铁得电，则侧向支撑缸进油口与侧向支撑缸回油口连通，侧向支撑缸处于差动驱动状态。

4.根据权利要求1所述的一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器，其特征在于，所述支撑器的上支撑腿、左下支撑腿、右下支撑腿的侧向支撑缸分别驱动；而上支撑腿、左下支撑腿、右下支撑腿的中心支撑缸可分别驱动，也可并联在一起驱动。

5.根据权利要求1所述的一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器，其特征在于，所述撑靴是具有一定柔度的圆弧形结构，其外圆半径略大于支撑面内圆半径，两侧向支撑缸与中心支撑缸分两路驱动；由于中心支撑缸和两侧向支撑缸所受支撑力的不同，将对接触力分布产生不同的影响，改变两者受力大小，将改变接触力分布状态。

6.根据权利要求5所述的一种带三足并联支撑腿可自适应的三足并联式TBM支撑器，其特征在于，所述支撑力的计算方法如下：

(1)根据撑靴几何形状参数，建立其初始间隙δ₀与接触位置θ之关系F_δ₀(θ)；

(2)建立中心支撑缸的刚度模型：F_δ₁(θ)，预测其在支撑力F₁作用不同接触位置θ的接触变形量：δ₁＝F₁×F_δ₁(θ)；

(3)建立两侧向支撑缸的刚度模型：F_δ₂(θ)，预测其在支撑力F₂作用下不同接触位置θ的接触变形量：δ₂＝F₂×F_δ₂(θ)；

(4)根据极大极小原理求解最优匹配载荷：δ_max(θ)＝F₁×F_δ₁(θ)+F₂×F_δ₂(θ)-F_δ₀(θ)找出θ劣值，命：δ(F₁,F₂)＝δ_max(θ)，然后据δ_min(F₁,F₂)找出F₁与F₂的优值；

其中，F₁为中心支撑缸支撑力；F₂为侧向支撑缸支撑力。