[发明专利]一种新型柔臂TBM及其掘进方法

说明书

本发明公开了一种新型柔臂TBM及其掘进方法，解决了现有技术中柔臂掘进机掘进效率低的问题。本发明的技术方案包括刀盘掘进系统、主梁撑护系统和出渣系统，刀盘掘进系统设置在主梁撑护系统的前部，出渣系统位于主梁撑护系统上且与刀盘掘进系统相对应，所述刀盘掘进系统包括旋切刀盘和并联油缸臂，并联油缸臂的一端与旋切刀盘相连接、另一端通过回转机构与主梁撑护系统转动连接。本发明刀盘掘进系统的旋切刀盘在破岩方式上，既有正滚刀又有在固定刀筒轴向布置有多把旋切的侧滚刀，当带动刀盘运动的并联油缸臂完全缩回时，柔臂掘进机以正滚刀压裂破岩为主，当需要向四周扩挖洞径时以刀盘的侧滚刀旋切破岩为主，以适应不同工况，提高掘进效率。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种新型柔臂TBM及其掘进方法。

背景技术

岩石隧道掘进机（TBM）是一种集机、电、液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TBM的开挖断面基本为圆形，矩形、马蹄形等异形断面的案例均是应用于软土隧道施工中，并且开挖断面一旦确定，在施工过程中就无法改变，造成其开挖断面形状单一，应用范围受限。国内外岩石隧道施工现状及规划表明，采用异形断面的工程越来越多，如果采用传统的掘进机定制化方案，势必大幅增加设备生产周期，不仅提高了施工成本，还会造成资源浪费。针对目前工程多样化带来的掘进机制造难题，提出了基于机器人支撑的柔臂掘进机（Robotic TBM）概念。柔臂掘进机可依靠机器人支撑刀盘在较大范围内实现六自由度运动，实现以小直径刀盘开挖大直径任意形状断面隧道。

但是国内外对柔臂掘进机的研究较少，柔臂掘进机的柔臂控制和相应刀盘的掘进效率都是柔臂掘进机设计的关键，如何使柔臂掘进机的柔臂便于控制的同时提高其控制精度，及如何提高相应刀盘的掘进效率，是现在柔臂掘进机的重点。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种新型柔臂TBM及其掘进方法，解决了现有技术中柔臂掘进机掘进效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种新型柔臂TBM，包括刀盘掘进系统、主梁撑护系统和出渣系统，刀盘掘进系统设置在主梁撑护系统的前部，出渣系统位于主梁撑护系统上且与刀盘掘进系统相对应，所述刀盘掘进系统包括旋切刀盘和并联油缸臂，并联油缸臂的一端与旋切刀盘相连接、另一端通过回转机构与主梁撑护系统转动连接。

所述回转机构包括连接盘座和主轴承，连接盘座通过主轴承与主梁撑护系统转动连接，连接盘座与设置在主梁撑护系统上的主驱动相连接，并联油缸臂铰接在连接盘座上。

所述并联油缸臂为由6个油缸组成的Stewart并联机构，6个油缸并联设置且每个油缸上设有位移传感器，回转机构的前端面设有液压阀组，液压阀组通过回转液压管与并联油缸臂相连接，回转液压管通过回转接头与设置在主梁撑护系统上的液压驱动系统相连接。

所述旋切刀盘包括固定刀筒，固定刀筒与并联油缸臂铰接，固定刀筒的前面板上设有正滚刀和边滚刀，正滚刀垂直设置在固定刀筒的前面板上，边滚刀倾斜设置在固定刀筒前面板的外边沿；固定刀筒的外环面上设有侧面旋挖刀具。

所述侧面旋挖刀具为沿固定刀筒周向设置的侧滚刀组，固定刀筒上设有至少一圈侧滚刀组，每圈侧滚刀组包括至少两个垂直设置的侧滚刀。

所述旋切刀盘还包括自转机构，固定刀筒通过自转机构与并联油缸臂连接，自转机构包括刀盘座和自转驱动，刀盘座的一端与固定刀筒转动连接、另一端与并联油缸臂铰接，自转驱动固定连接在刀盘座上，自转驱动的输出端设有主动齿轮，主动齿轮与设置在固定刀筒内部的内齿圈啮合。

所述主梁撑护系统包括主梁，主梁上设有辅助撑靴和主撑靴，辅助撑靴位于回转机构的后方，主撑靴位于辅助撑靴的后方，辅助撑靴固定在主梁上，主撑靴通过设置在主梁上的步进油缸沿主梁步进。

所述辅助撑靴和主撑靴之间设有支护系统，支护系统连接在主梁上；所述出渣系统设置在主梁上且向前延伸至刀盘掘进系统下方。