一种开挖装置及使用该开挖装置的隧道掘进机的制作方法

1.本实用新型涉及隧道掘进机技术领域，具体涉及一种开挖装置及使用该开挖装置的隧道掘进机。


背景技术：

2.目前在岩石隧道施工中，盾构施工法的应用越来越广泛。但岩石隧道掘进机的开挖装置的开挖断面基本为圆形，并且均采用定制化设计，开挖断面形状一旦确定，在施工过程中就无法改变，断面形式单一，适用性差，无法满足对异形断面岩石隧道的开挖需求。另外在开挖破岩形式上，现今基本上采用滚刀挤压破岩的方式进行开挖，滚刀受力大，磨损快，破岩效率低。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种能够实现多种断面形状的开挖、适用性比较强的开挖装置；本实用新型的目的还在于提供一种能够实现多种断面形状的开挖、适用性比较强的隧道掘进机。
4.为实现上述目的，本实用新型中的开挖装置采用如下技术方案：
5.一种开挖装置，包括：
6.支撑盘，支撑盘用于与驱动装置相连，以由驱动装置驱动支撑盘旋转；
7.第一挖掘臂，第一挖掘臂的一端铰接在支撑盘上，第一挖掘臂的另一端安装有第一滚刀；
8.第一伸缩动力装置，第一伸缩动力装置的两端分别与第一挖掘臂和支撑盘连接，用于控制第一挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度；
9.第二挖掘臂，第二挖掘臂的一端铰接在支撑盘上，第二挖掘臂的另一端安装有第二滚刀，第二挖掘臂的开挖区域能够位于第一挖掘臂的开挖区域的外侧；
10.第二伸缩动力装置，第二伸缩动力装置的两端分别与第二挖掘臂和支撑盘连接，用于控制第二挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度；
11.使用时，支撑盘能够带动第一挖掘臂和第二挖掘臂旋转，并通过旋转过程中第一挖掘臂和第二挖掘臂摆动角度的变化，使第一挖掘臂开挖内侧区域，第二挖掘臂开挖外侧区域，并获得不同断面形状的开挖断面。
12.上述技术方案的有益效果在于：第一挖掘臂和第二挖掘臂的一端均铰接在支撑盘上，另一端分别安装有第一滚刀和第二滚刀，这样在支撑盘的旋转作用下，就可以带动第一挖掘臂和第二挖掘臂旋转，使第一滚刀和第二滚刀实现开挖，并且第二挖掘臂的开挖区域能够位于第一挖掘臂的开挖区域的外侧，也即第一挖掘臂和第二挖掘臂内外分工进行开挖；同时，由于第一挖掘臂和支撑盘之间连接有第一伸缩动力装置，可以控制第一挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度，第二挖掘臂和支撑盘之间连接有第二伸缩动力装置，可以控制第二挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度，这样在第一挖掘臂和第二挖掘臂的旋转过程中，通过
各自摆动角度的变化，就可以使第一挖掘臂开挖内侧区域，第二挖掘臂开挖外侧区域，并且通过调整第二挖掘臂的切削轨迹能够获得不同断面形状的开挖断面，因此本实用新型的开挖装置能够实现多种断面形状的开挖、适用性比较强。
13.进一步的，为了方便第一挖掘臂和/或第二挖掘臂与对应的伸缩动力装置之间的连接，第一挖掘臂和/或第二挖掘臂包括挖掘臂主体以及与挖掘臂主体相连的分支臂，分支臂和挖掘臂主体呈y形布置，挖掘臂主体与支撑盘铰接，分支臂与对应的伸缩动力装置连接。
14.进一步的，为了使结构更加合理，提高连接效果，挖掘臂主体包括两个用于与支撑盘铰接的铰接臂，两个铰接臂相对于分支臂呈对称布置。
15.进一步的，为了方便第一挖掘臂和第二挖掘臂的布置，方便开挖控制，定义第一挖掘臂与支撑盘的铰接位置到支撑盘旋转中心的距离为第一距离，定义第二挖掘臂与支撑盘的铰接位置到支撑盘旋转中心的距离为第二距离，第二距离大于所述的第一距离。
16.进一步的，为了方便第一伸缩动力装置和/或第二伸缩动力装置的配置，保证使用效果，第一伸缩动力装置和/或第二伸缩动力装置为油缸，油缸的一端与支撑盘铰接，油缸的另一端与对应的挖掘臂铰接。
17.进一步的，为了提高开挖效率，减少刀具受力，降低施工成本，第一滚刀和第二滚刀均为盘形滚刀，第一滚刀自身旋转轴线的延伸方向与第一挖掘臂的长度延伸方向之间具有设定的夹角，以使第一滚刀实现旋切开挖，第二滚刀自身旋转轴线的延伸方向与第二挖掘臂的长度延伸方向之间也具有设定的夹角，以使第二滚刀实现旋切开挖。
18.进一步的，为了方便使第二挖掘臂由内向外摆动实现开挖，避免与第一挖掘臂干涉，第二滚刀在开挖时的工作区域位于第二滚刀的远离支撑盘旋转轴线的一侧。
19.进一步的，为了简化结构，方便挖掘臂的布局设置，所述第一挖掘臂设置有一个或者两个。
20.进一步的，为了保证开挖效率，提高开挖效果，所述第二挖掘臂设置有至少三个，多个第二挖掘臂与支撑盘的铰接位置位于同一圆周上且均布设置。
21.为实现上述目的，本实用新型中的隧道掘进机采用如下技术方案：
22.一种隧道掘进机，包括开挖装置，开挖装置包括：
23.支撑盘，支撑盘用于与驱动装置相连，以由驱动装置驱动支撑盘旋转；
24.第一挖掘臂，第一挖掘臂的一端铰接在支撑盘上，第一挖掘臂的另一端安装有第一滚刀；
25.第一伸缩动力装置，第一伸缩动力装置的两端分别与第一挖掘臂和支撑盘连接，用于控制第一挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度；
26.第二挖掘臂，第二挖掘臂的一端铰接在支撑盘上，第二挖掘臂的另一端安装有第二滚刀，第二挖掘臂的开挖区域能够位于第一挖掘臂的开挖区域的外侧；
27.第二伸缩动力装置，第二伸缩动力装置的两端分别与第二挖掘臂和支撑盘连接，用于控制第二挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度；
28.使用时，支撑盘能够带动第一挖掘臂和第二挖掘臂旋转，并通过旋转过程中第一挖掘臂和第二挖掘臂摆动角度的变化，使第一挖掘臂开挖内侧区域，第二挖掘臂开挖外侧区域，并获得不同断面形状的开挖断面。
29.上述技术方案的有益效果在于：第一挖掘臂和第二挖掘臂的一端均铰接在支撑盘上，另一端分别安装有第一滚刀和第二滚刀，这样在支撑盘的旋转作用下，就可以带动第一挖掘臂和第二挖掘臂旋转，使第一滚刀和第二滚刀实现开挖，并且第二挖掘臂的开挖区域能够位于第一挖掘臂的开挖区域的外侧，也即第一挖掘臂和第二挖掘臂内外分工进行开挖；同时，由于第一挖掘臂和支撑盘之间连接有第一伸缩动力装置，可以控制第一挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度，第二挖掘臂和支撑盘之间连接有第二伸缩动力装置，可以控制第二挖掘臂相对于支撑盘的摆动角度，这样在第一挖掘臂和第二挖掘臂的旋转过程中，通过各自摆动角度的变化，就可以使第一挖掘臂开挖内侧区域，第二挖掘臂开挖外侧区域，并且通过调整第二挖掘臂的切削轨迹能够获得不同断面形状的开挖断面，因此本实用新型的开挖装置能够实现多种断面形状的开挖、适用性比较强。
30.进一步的，为了方便第一挖掘臂和/或第二挖掘臂与对应的伸缩动力装置之间的连接，第一挖掘臂和/或第二挖掘臂包括挖掘臂主体以及与挖掘臂主体相连的分支臂，分支臂和挖掘臂主体呈y形布置，挖掘臂主体与支撑盘铰接，分支臂与对应的伸缩动力装置连接。
31.进一步的，为了使结构更加合理，提高连接效果，挖掘臂主体包括两个用于与支撑盘铰接的铰接臂，两个铰接臂相对于分支臂呈对称布置。
32.进一步的，为了方便第一挖掘臂和第二挖掘臂的布置，方便开挖控制，定义第一挖掘臂与支撑盘的铰接位置到支撑盘旋转中心的距离为第一距离，定义第二挖掘臂与支撑盘的铰接位置到支撑盘旋转中心的距离为第二距离，第二距离大于所述的第一距离。
33.进一步的，为了方便第一伸缩动力装置和/或第二伸缩动力装置的配置，保证使用效果，第一伸缩动力装置和/或第二伸缩动力装置为油缸，油缸的一端与支撑盘铰接，油缸的另一端与对应的挖掘臂铰接。
34.进一步的，为了提高开挖效率，减少刀具受力，降低施工成本，第一滚刀和第二滚刀均为盘形滚刀，第一滚刀自身旋转轴线的延伸方向与第一挖掘臂的长度延伸方向之间具有设定的夹角，以使第一滚刀实现旋切开挖，第二滚刀自身旋转轴线的延伸方向与第二挖掘臂的长度延伸方向之间也具有设定的夹角，以使第二滚刀实现旋切开挖。
35.进一步的，为了方便使第二挖掘臂由内向外摆动实现开挖，避免与第一挖掘臂干涉，第二滚刀在开挖时的工作区域位于第二滚刀的远离支撑盘旋转轴线的一侧。
36.进一步的，为了简化结构，方便挖掘臂的布局设置，所述第一挖掘臂设置有一个或者两个。
37.进一步的，为了保证开挖效率，提高开挖效果，所述第二挖掘臂设置有至少三个，多个第二挖掘臂与支撑盘的铰接位置位于同一圆周上且均布设置。
附图说明
38.图1为本实用新型中开挖装置的主视图；
39.图2为本实用新型中开挖装置的左视图；
40.图3为本实用新型中开挖装置的其中一种开挖断面的形状图；
41.图4为本实用新型中的开挖装置在开挖图3中所示断面的使用状态图。
42.图中：1
‑
第一挖掘臂；2
‑
第二挖掘臂；201
‑
挖掘臂主体；202
‑
分支臂；203
‑
铰接臂；
204
‑
第二滚刀；3
‑
油缸；4
‑
支撑盘；5
‑
驱动装置。
具体实施方式
43.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
44.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
45.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。
46.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
47.本实用新型中开挖装置的一个实施例如图1和图2所示，包括驱动装置5和与驱动装置5相连的支撑盘4，驱动装置5用于驱动支撑盘4旋转。
48.开挖装置还包括第一挖掘臂1，第一挖掘臂1的一端铰接在支撑盘4上，第一挖掘臂1的另一端安装有第一滚刀（图中未标记），本实施例中的第一挖掘臂1仅设有一个，且第一挖掘臂1与支撑盘4的铰接位置相对于支撑盘4的旋转中心偏心设置，定义第一挖掘臂1与支撑盘4的铰接位置到支撑盘4旋转中心的距离为第一距离。
49.开挖装置还包括第一伸缩动力装置，第一伸缩动力装置具体为油缸（图中未示出），油缸的两端分别与第一挖掘臂1和支撑盘4铰接，用于控制第一挖掘臂1相对于支撑盘4的摆动角度。
50.开挖装置还包括第二挖掘臂2，第二挖掘臂2和第一挖掘臂1的结构完全相同，第二挖掘臂2包括挖掘臂主体201以及与挖掘臂主体201相连的分支臂202，分支臂202和挖掘臂主体201呈y形布置（如图1所示）。挖掘臂主体201的一端铰接在支撑盘4上，具体的，挖掘臂主体201包括两个用于与支撑盘4铰接的铰接臂203，两个铰接臂203相对于分支臂202呈对称布置（如图2所示）。
51.挖掘臂主体201的另一端安装有第二滚刀204，第二滚刀204与第一滚刀均为盘形滚刀，关于盘形滚刀本身的结构以及工作原理均属于现有技术，本实用新型中不再详细介绍。在本实施例中，参考图4所示，第一滚刀自身旋转轴线的延伸方向与第一挖掘臂1的长度延伸方向之间具有设定的夹角，以使第一滚刀实现旋切开挖，同理第二滚刀204自身旋转轴线的延伸方向与第二挖掘臂2（具体是挖掘臂主体201）的长度延伸方向之间也具有设定的
夹角，以使第二滚刀204实现旋切开挖，这样在岩石隧道施工中，旋切破岩能大大降低刀具受力，破岩效率高，能耗少，可以降低施工成本。
52.本实施例中的第二挖掘臂2设置有三个，如图2所示，三个第二挖掘臂2与支撑盘4的铰接位置位于同一圆周上且均布设置，并且三个第二挖掘臂2与支撑盘4的铰接位置靠近支撑盘4的边缘，各第二挖掘臂2的分支臂202朝内设置。
53.定义第二挖掘臂2与支撑盘4的铰接位置到支撑盘4旋转中心的距离为第二距离，第二距离大于上述的第一距离，因此结合图3所示，第二挖掘臂2的开挖区域b位于第一挖掘臂1的开挖区域a的外侧，也即第一挖掘臂1和第二挖掘臂2内外分工进行开挖。
54.开挖装置还包括第二伸缩动力装置，如图1所示，第二伸缩动力装置具体为油缸3，油缸3的两端分别与第二挖掘臂2的分支臂202以及支撑盘4铰接，用于控制第二挖掘臂2相对于支撑盘4的摆动角度。
55.本实用新型中开挖装置的工作原理是：
56.以矩形开挖断面为例，结合图3和图4所示，使用时，驱动装置驱动支撑盘旋转，由支撑盘带动第一挖掘臂1和第二挖掘臂2圆周转动，与此同时，通过旋转过程中第一挖掘臂1摆动角度的变化，使第一挖掘臂1开挖内侧区域，形成开挖区域a；通过旋转过程中第二挖掘臂2摆动角度的变化，使第二挖掘臂2开挖外侧区域，形成开挖区域b，对于开挖区域b中的直轮廓，通过不断改变第二挖掘臂2的摆动角度来实现。
57.具体的，为了避免第一挖掘臂1和第二挖掘臂2产生干涉，使第一挖掘臂1从开挖区域a的外部向内摆动进行开挖，使第二挖掘臂2从开挖区域b的内部向外摆动进行开挖，并且为了方便开挖，结合图1和图4所示，第二滚刀在开挖时的工作区域位于第二滚刀的远离支撑盘旋转轴线的一侧，也即第二滚刀的工作区域位于外侧，这样方便第二挖掘臂2在由内向外摆动时实现开挖。
58.以上开挖区域a为圆形，开挖区域b为矩形，这只是本实用新型中开挖装置所能够开挖出的其中一种断面形状，实际上通过调整第二挖掘臂2的切削轨迹能够获得任意形状的断面，因此本实用新型的开挖装置能够实现多种断面形状的开挖、适用性比较强。
59.在开挖装置的其他实施例中，第二挖掘臂的数量也可以是四个或者更多，当然也可以只有一个。
60.在开挖装置的其他实施例中，第一挖掘臂的数量也可以是两个，两个第一挖掘臂与支撑盘的铰接位置相对于支撑盘的旋转中心对称布置，两个挖掘臂的摆动面可以在同一平面内，也可以是平行的。
61.在开挖装置的其他实施例中，当第二挖掘臂在开挖时为由外向内摆动时，第二滚刀的工作区域也可以位于第二滚刀的靠近支撑盘旋转轴线的一侧，也即位于内侧。
62.在开挖装置的其他实施例中，第一滚刀和第二滚刀可以不是盘形滚刀，并且也不是旋切开挖，例如挤压破岩方式，理论上只要滚刀的刀刃能够与掌子面接触，即可实现开挖。
63.在开挖装置的其他实施例中，可以仅设置第一伸缩动力装置或者仅设置第二伸缩动力装置为油缸，当然第一伸缩动力装置和/或第二伸缩动力装置也可以是气缸或者电动推杆。
64.在开挖装置的其他实施例中，第一距离和第二距离也可以是相等的，甚至第一距
离可以大于第二距离，第一距离和第二距离关系到第一挖掘臂和第二挖掘臂与支撑盘的铰接位置，不管铰接位置在何处，通过第一挖掘臂和第二挖掘臂结构的不同以及摆动角度的控制，都可以实现第二挖掘臂的开挖区域位于第一挖掘臂的开挖区域的外侧。
65.在开挖装置的其他实施例中，挖掘臂主体可以只包括一个铰接臂。
66.在开挖装置的其他实施例中，可以仅设置第一挖掘臂或者仅设置第二挖掘臂包括挖掘臂主体和分支臂，当然第一挖掘臂和/或第二挖掘臂可以只包括挖掘臂主体，没有分支臂结构，此时伸缩动力装置直接与挖掘臂主体连接。
67.本实用新型中隧道掘进机的实施例为：隧道掘进机包括开挖装置，开挖装置的具体结构与上述实施例中的开挖装置相同，在此不再重述。
68.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。