[发明专利]串联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机

说明书

本发明公开了一种串联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机，解决的技术问题是为了适应目前多元化隧道断面的开挖需求，弥补现有隧道掘进机开掘断面的单一的不足，本发明包括刀盘刀具系统、串联机器人系统、主梁、和皮带机，所述的主梁后部通过推进油缸与撑靴前部连接，撑靴后部与后支撑连接；所述的刀盘后部通过串联机器人与主梁连接。本发明通过基于串联机器人的新型柔性刀盘支撑结构的设置实现任意形状断面的开挖；通过始终位于洞底的新型出渣系统包含任何形式的刮渣和吸渣系统，将开挖产生的渣土运输出去，快捷方便。

技术领域

本发明涉及隧道施工中的岩石隧道掘进机（TBM）领域，具体涉及一种可以实现任意断面形状隧道开挖的串联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机。

背景技术

岩石隧道掘进机（TBM）是一种集机械、电子、液压、激光等技术于一体的大型隧道开挖装备，在山岭隧道及城市地铁工程建设中发挥着重要作用。目前该种掘进机主要利用刀盘的旋转进行破岩开挖，其开挖断面多为圆形，刀盘只能做轻微俯仰和摆动以调整掘进方向，但开挖面形状受限，难以适应于目前马蹄形、类矩形等多样性断面要求的隧道工程。虽然有少部分配合其他装置联合开挖可以完成矩形、马蹄形等异形断面的工程案例，但是这些异形断面全部应用于软土隧道开挖，在岩石隧道工程中的施工案例却鲜见报道。另外，隧道掘进机开挖断面一旦确定，将难以再次改变，其断面开挖形状单一，应用范围受限，难以满足不同工程不同断面以及甚至同一工程不同断面的要求，工程结束后隧道掘进机进行闲置的状态时有发生。目前在岩石隧道中，成形断面采用双圆形、类矩形、马蹄形等异形断面的公路、铁路等交通隧道工程越来越多，如果采用传统的圆形掘进机开挖，势必增大了工程开挖量，同时超挖的部分还需进行二次回填，不仅提高了工程成本、浪费了人力物力，而且延长了工期。因此，设计一种可满足不同开挖断面工程需求的新型硬岩掘进机迫在眉睫。

串联机器人研究得较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，已成功应用于很多领域，但在隧道掘进机的支撑方式上尚未见报道。

发明内容

本发明为了适应目前多元化隧道断面的开挖需求，弥补现有隧道掘进机开掘断面的单一的不足，提供一种通过控制串联机器人支撑刀盘的位置和姿态，实现结构灵活，断面转换范围大，可以真正实现岩石隧道任意断面开挖的基于串联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种串联机器人支撑、可开挖任意断面隧道的柔臂掘进机，包括刀盘刀具系统、串联机器人系统、主梁、和皮带机，所述的主梁后部通过推进油缸与撑靴前部连接，撑靴后部与后支撑连接；所述的刀盘后部通过串联机器人与主梁柔性连接。

所述的串联机器人包括刀盘姿态调整机构和串联机器人臂，刀盘姿态调整机构设置在刀盘后部，主梁前部通过串联机器人臂与刀盘刀具系统调整机构连接。

所述的刀盘姿态调整机构包括连接座，连接座前端通过关节轴承与刀盘活动连接，连接座外侧分别通过俯仰油缸和摆动油缸与刀盘连接。

所述的串联机器人臂包括机器大臂、机器小臂和回转底座，回转底座设置在主梁上，机器小臂前端与连接座固定连接，机器大臂后端通过运动关节与回转底座铰接连接，机器大臂和机器小臂铰接连接；所述的回转底座与机器大臂之间、机器大臂与机器小臂之间均设有运动驱动装置。

所述的运动驱动装置为伸缩油缸。

所述的运动关节为球铰座或万向接头。

所述的刀盘刀具系统下方设有出渣系统，出渣系统前端伸至刀盘刀具系统下方、后端与皮带机连接。

所述的出渣系统为皮带机出渣系统或螺旋输送机出渣系统。

所述的刀盘前端设有刀具，后端设有主驱动。