一种竖向掘进机的制作方法

1.本实用新型涉及一种竖向掘进机。


背景技术：

2.在隧道建设初期，竖井在通风、物料运输等方面有着明显的优势。但是，对于超大超深竖井施工装备方面，依然存在许多问题。一方面，现有的竖向掘进机一般无法做到对洞壁及时支护，洞壁容易失稳坍塌，造成卡机，降低施工效率；另一方面，现有技术中，撑靴沿径向相对固定座运动，而推进油缸连接在撑靴和固定座之间，对于掘进方向的控制效果较差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种新型的竖向掘进机，以解决现有技术中的一个或者多个问题。
4.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
5.一种竖向掘进机，包括由下至上依次排布的刀盘、稳定靴组件、沿竖直方向延伸的筒体，所述筒体下端部的外侧周向阵列地设置有多组撑靴组件，所述竖向掘进机还包括支护系统及多组推进油缸，所述支护系统位于所有的所述撑靴组件的上方，所述支护系统包括能够沿所述筒体轴心线转动的旋转平台、用于拼装钢拱架以及安装钢筋网的安装机构，以及锚杆钻机，所述锚杆钻机位于所述安装机构的上方，所述安装机构和所述锚杆钻机均设于所述旋转平台上，所述旋转平台沿竖直方向滑动地设置于所述筒体上，任一所述撑靴组件与所述稳定靴组件之间均设置有若干组所述的推进油缸，其中，所述撑靴组件包括撑靴、连接在所述撑靴与所述筒体之间的滑动件，所述推进油缸包括第一缸体和第一伸缩杆，所述第一缸体和第一伸缩杆这两者中的一者转动地连接在所述撑靴上，另一者转动地连接在所述稳定靴组件上。
6.优选地，所述竖向掘进机还包括用于排出所述竖向掘进机掘进时产生的碎石的泥水循环系统，所述泥水循环系统包括形成于所述刀盘背部的开挖仓、用于分离出泥浆中碎石且能够将处理后的泥浆注入所述开挖仓的泥浆净化装置，以及能够将所述开挖仓中泥浆输送至所述泥浆净化装置中的吸渣泵，其中，所述泥浆净化装置位于所述撑靴组件的上方，所述吸渣泵位于所述开挖仓中。
7.优选地，所述稳定靴组件上设置有用于驱动所述刀盘旋转的主驱动，所述刀盘的转动中心线和所述筒体的轴心线重合，所述吸渣泵沿竖直方向相对滑动地设置于所述主驱动上。
8.优选地，所述主驱动上设置有连接座，所述连接座上开设有沿竖直方向延伸的导向槽，所述吸渣泵上设有滑动块，所述滑动块能够沿竖直方向相对滑动地设置在所述导向槽中。
9.进一步地，所述泥浆净化装置包括能够将泥浆中泥水和碎石分开的分离机构，以
及连接在所述分离机构上且用于收集碎石的渣土收集机构，所述分离机构位于所述渣土收集机构的上方。
10.进一步地，所述泥浆净化装置还包括用于将所述分离机构处理后的泥浆注入所述开挖仓的泥浆循环机构，所述泥浆循环机构和所述分离机构通过管道连通。
11.进一步地，所述泥水循环系统还包括用于向所述开挖仓中补充泥浆的中转装置，所述中转装置位于所述泥浆净化装置的上方。
12.优选地，所述筒体包括筒体主体，以及阵列地设于筒体主体外侧周部上的多组固定座，所述滑动件包括能够沿竖直方向相对滑动地设置在所述撑靴上的竖直滑动部，以及能够沿所述筒体的径向方向相对滑动地设置在所述筒体外侧周部上的水平滑动部，所述竖直滑动部和所述水平滑动部绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动连接。
13.优选地，所述支护系统还包括用于喷射混凝土的喷射装置，所述喷射装置设置于所述锚杆钻机的上侧。
14.优选地，所述喷射装置包括相对所述筒体固定设置的固定架、能够沿竖直方向伸缩的伸缩臂，以及能够沿所述筒体主体的径向方向滑动地设置在所述伸缩臂的伸缩端上的喷射工作头，所述伸缩臂能够绕所述筒体主体的轴心线转动地设置在所述固定架的外侧周向。
15.由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的竖向掘进机，撑靴组件的上方设置有支护系统，在施工过程中能够及时对洞壁进行支护，防止其坍塌而造成卡机；同时，推进油缸连接在撑靴组件和稳定靴组件之间，增大了推进力的传递距离，便于对掘进方向的控制。
附图说明
16.附图1为本实用新型的竖向掘进机的整体结构示意图；
17.附图2为本实用新型的竖向掘进机的部分结构示意图；
18.附图3为本实用新型的竖向掘进机的吸渣泵的机构示意图；
19.附图4为附图3沿a-a处的剖视图；
20.附图5为附图4中b处的局部放大图；
21.附图6为本实用新型的竖向掘进机的吸渣泵调节高度时的使用状态图；
22.附图7为本附图6中第一滑槽和锁定机构的结构示意图；
23.附图8为本实用新型的竖向掘进机中泥浆管的结构示意图；
24.附图9为本实用新型的竖向掘进机中分离机构的结构示意图；
25.附图10为本实用新型的竖向掘进机中泥水循环系统的结构示意图；
26.附图11为附图10中c处的局部放大图；
27.附图12为附图10中d处的局部放大图；
28.附图13为附图10中e处的局部放大图；
29.附图14为本实用新型的竖向掘进机中撑靴组件和稳定靴组件的结构示意图；
30.附图15为附图14中f处的局部放大图；
31.附图16为附图14中沿g向观察时的向视图；
32.附图17为附图14中沿h-h向的剖视图；
33.附图18为附图17中i处的局部放大图；
34.附图19为附图18中j处的局部放大图；
35.附图20为本实用新型的竖向掘进机中稳定靴组件的结构示意图；
36.附图21为附图20中稳定靴组件的主视图；
37.附图22为本实用新型的竖向掘进机的部分结构示意图；
38.附图23为附图22中k处的局部放大图；
39.附图24为本实用新型的竖向掘进机中支护系统的部分结构示意图；
40.附图25为本实用新型的竖向掘进机中喷射装置的机构示意图；
41.附图26为附图25中l处的局部放大图；
42.附图27为附图25中喷射装置的俯视图；
43.其中：
44.1、刀盘；
45.2、稳定靴组件；21、安装环；21a、主驱动；211、连接座；2111、导向槽；22、安装座；23、稳定靴；24、伸缩油缸；241、第二油缸；242、第二伸缩杆；
46.3、筒体；31、筒体主体；32、固定座；321、水平滑槽；322、耐磨板；33、润滑通道；34、固定杆；35、支撑杆；
47.4、撑靴组件；41、撑靴；411、竖向滑槽；42、滑动件；42a、转轴；421、竖直滑动部；422、水平滑动部；43、水平驱动油缸；431、第三缸体；432、第三伸缩杆；44、调节油缸；441、第四缸体；442、第四伸缩杆；
48.5、推进油缸；51、第一缸体；52、第二缸体；
49.6、泥水循环系统；61、开挖仓；62、泥浆净化装置；621、分离机构；621a、粗筛分离机构；621b、旋流分离机构；621c、溢流分离机构；622、渣土收集机构；623、泥浆循环机构；6231、泥浆箱；63、吸渣泵；631、滑动块；64、中转装置；641、中转箱；642、进浆管路；643、排浆管路；6431、第二泵；65、锁定机构；651、锁定孔；652、锁定螺栓；66、泥浆管；661、挠性接头；662、第一阀；67、输送管辂；67a、第一段；67b、第二段；671、第二阀；672、第一泵；68、第一支路；681、第三阀；69、第二支路；691、第四阀；
50.7、支护系统；71、旋转平台；72、安装机构；73、锚杆钻机；74、喷射装置；741、固定架；742、伸缩臂；743、喷射工作头；744、水平杆；75、第一驱动组件；751、第一齿圈；752、第一齿轮；753、第一电机；76、升降油缸；77、第二驱动组件；771、第二齿圈；772、第二齿轮；773、第二电机。
具体实施方式
51.下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
52.参见各附图所示的一种竖向掘进机，包括由下至上依次排布的刀盘1、稳定靴组件2、沿竖直方向延伸的筒体3，筒体3下端部的外侧周向阵列地设置有多组撑靴组件4，稳定靴组件2上设置有用于驱动刀盘1旋转的主驱动21a，刀盘1的转动中心线和筒体3的轴心线重合。
53.竖向掘进机还包括支护系统7、多组推进油缸5，以及用于排出竖向掘进机掘进时产生的碎石的泥水循环系统6。支护系统7位于所有的撑靴组件4的上方，支护系统7包括能
够沿筒体主体31轴心线转动的旋转平台71、用于拼装钢拱架以及安装钢筋网的安装机构72，以及锚杆钻机73，锚杆钻机73位于安装机构72的上方，安装机构72和锚杆钻机73均设于旋转平台71上，旋转平台71沿竖直方向滑动地设置于筒体3上。
54.任一撑靴组件4与稳定靴组件2之间均设置有若干组的推进油缸5，其中，撑靴组件4包括撑靴41、连接在撑靴41与筒体3之间的滑动件42，滑动件42包括能够沿竖直方向相对滑动地设置在撑靴41上的竖直滑动部421，以及能够沿筒体3的径向方向相对滑动地设置在筒体3外侧周向上的水平滑动部422，竖直滑动部421和水平滑动部422绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动连接；推进油缸5包括第一缸体51和第一伸缩杆52，第一缸体51和第一伸缩杆52这两者中的一者转动地连接在撑靴41上，另一者转动地连接在稳定靴组件2上。
55.参见附图14、附图17至附图21所示，筒体3包括筒体主体31，以及阵列地设于筒体主体31外侧周部上的多组固定座32。固定座32沿筒体主体31的径向方向延伸，每组固定座32上开设有沿筒体主体31径向延伸的水平滑槽321，水平滑动部422插设在水平滑槽321中。水平滑动部422和水平滑槽321的内壁之间设置有耐磨板322，耐磨板322固设于固定座32上，耐磨板322和固定座32上开设有用于输送润滑介质的润滑通道33，润滑介质经过润滑通道33到达水平滑动部422的外侧周面，以减小水平滑动部422和耐磨板322之间的摩擦力。本实施例中，固定座32具有沿筒体主体31外侧周部阵列排布的六组，撑靴组件4具有沿筒体主体31外侧周向阵列排布的六组，且所有的撑靴组件4和固定座32一一对应，筒体主体31上具有能够容纳工作人员通过的中空内腔（图中未示出），以便于换刀，保证工作人员的安全。
56.参见附图2和附图20所示，稳定靴组件2包括固设于筒体下端的安装环21，以及阵列地设置于安装环外侧周部的安装座22，安装环21的轴心线和筒体3的轴心线重合。本实施例中，第一缸体51转动地连接在安装座22上，第一伸缩杆52转动地连接在撑靴41上，每组撑靴41上连接有两组推进油缸5，且连接在同一组撑靴组件4上的两组推进油缸5分设于滑动件21的相异两侧。当竖向掘进机在掘进时，撑靴41撑紧在洞壁上，推进油缸5伸长，并带动筒体3和稳定靴组件2向下运动；当竖向掘进机换刀时，推进油缸5收缩，并将筒体3和稳定靴组件2向上提起一段距离，便于换刀。
57.稳定靴组件2还包括能够沿安装环21径向相对安装座滑动的稳定靴23，以及用于驱动稳定靴23沿安装环21径向运动的伸缩油缸24，稳定靴23的数量和撑靴41的数量一致且一一对应，每组撑靴41和相对应的稳定靴23之间设置有两组推进油缸5。其中，安装座22具有沿安装环21外侧周部间隔分布的多组，稳定靴23的数量和安装座22的数量一致且一一对应，同时，稳定靴23的数量和撑靴41的数量一致且一一对应，即安装座22具有沿安装环21外侧周部阵列排布的六组，相应地，稳定靴23具有沿安装环21外侧周向阵列排布的六组。
58.参见附图15和附图17所示，伸缩油缸24包括第二缸体241以及能够相对第二缸体241伸缩运动的第二伸缩杆242。具体地，第二缸体241绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动地连接在安装座22上，第二伸缩杆242绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动地连接在稳定靴23上，且每组稳定靴23上连接有两组伸缩油缸24。当伸缩油缸24伸长时，稳定靴23能够抵靠在洞壁上，从而对洞壁进行初步的支护。
59.参见附图18所示，竖直滑动部421和水平滑动部422通过转轴42a转动连接，撑靴41上开设有沿竖直方向延伸的竖向滑槽411，竖直滑动部421沿竖直方向相对滑动地设置在竖向滑槽411中。当竖向掘进机在刚开始掘进时，竖直滑动部421位于撑靴41的上端部，当竖向
掘进机在掘进过程中时，竖直滑动部421向下运动。
60.参见附图20所示，撑靴组件4还包括用于驱动滑动件21运动的水平驱动油缸43，水平驱动油缸43包括第三缸体431和第三伸缩杆432，每组固定座32的上下两侧分别设置有一组水平驱动油缸43，如此能够实现对撑靴41沿竖直方向的调节。本实施例中，第三缸体431转动地连接在固定座32上，第三伸缩杆432转动地连接在竖直滑动部421上。
61.参见附图14和附图16所示，撑靴组件还包括设置于任意相邻两组撑靴41之间的调节油缸44，调节油缸44包括第四缸体441和第四伸缩杆442，第四缸体441和第四伸缩杆442分别绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动地连接在相邻两组撑靴41上，第四伸缩杆442的伸缩方向垂直于筒体主体31的轴心线，任意相邻的两组撑靴41之间设置有五组调节油缸44，五组调节油缸44沿竖直方向间隔排布，且五组调节油缸44的伸缩方向相互平行。当撑靴41撑紧在洞壁上时，调节油缸44既能够使撑靴41进一步撑紧洞壁，又能够对撑靴41进行水平方向的微调，以适应洞壁轮廓，增大撑靴41和洞壁之间的摩擦力。
62.参见附图17所示，每组固定座32和筒体主体31之间还设置有固定杆34，每组固定杆34的一端转动地连接在固定座32上，另一端转动地连接在筒体主体31的上端部，固定杆34由下向上倾斜地设置。本实施例中，固定杆34设置有六组，用以增加固定座32的强度，防止固定座32向下弯曲变形。
63.参见附图14所示，任意相邻的两组固定座32之间还设置有支撑杆35，支撑杆35的两端分别绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动地连接在相邻两组固定座32上。任意相邻的两组固定座32之间设置有两组支撑杆35，两组支撑杆35沿筒体主体31径向方向间隔排布，且两组支撑杆35之间相互平行。支撑杆35的设置能够进一步增加固定座32的强度，防止固定座32沿水平方向发生弯曲变形。
64.参见附图22至附图24所示，旋转平台71和筒体主体31之间设置有用于驱动旋转平台71转动的第一驱动组件75。第一驱动组件75包括设置于旋转平台下侧部的第一齿圈751、能够和第一齿圈751内啮合的第一齿轮752，以及用于驱动第一齿轮752转动的第一电机753，第一齿轮752安装于第一电机753的输出轴上。旋转平台71和筒体主体31之间还设置有能够驱动旋转平台71沿竖直方向升降的升降油缸76，升降油缸76包括第五缸体（图中未示出）和第五伸缩杆（图中未示出），第五缸体转动地连接在筒体主体31上，第五伸缩杆转动地连接在旋转平台71的底部。
65.参见附图25至附图27所示，支护系统7还包括用于喷射混凝土的喷射装置74，喷射装置74设置于锚杆钻机73的上侧。具体地，喷射装置74包括相对筒体3固定设置的固定架741、能够沿竖直方向伸缩的伸缩臂742，以及能够沿筒体主体31的径向方向滑动地设置在伸缩臂742的伸缩端上的喷射工作头743，伸缩臂742能够绕筒体主体31的轴心线转动地设置在固定架741的外侧周向。
66.本实施例中，固定架741和伸缩臂742之间还设置有用于驱动伸缩臂742绕固定架741外侧周向转动的第二驱动组件77，第二驱动组件77包括设置于固定架741上的第二齿圈771、能够和第二齿圈771内啮合的第二齿轮772、以及能够驱动第二齿轮772转动的第二电机773，第二齿轮772安装于第二电机773的输出轴。本实施例中，第二齿圈771具有沿竖直方向间隔排布的两组，相应地，第二齿轮772和第二电机773也分别设置有两组，伸缩臂742连接于两组第二电机773上。伸缩臂742的伸出端上设置有水平杆744，喷射工作头743能够沿
筒体主体31的径向方向相对滑动地设置在水平杆744上。
67.泥水循环系统6包括形成于刀盘1背部的开挖仓61、用于分离出泥浆中碎石且能够将处理后的泥浆注入开挖仓61的泥浆净化装置62、位于开挖仓61中且能够将开挖仓61中泥浆输送至泥浆净化装置62中的吸渣泵63，以及用于向开挖仓61中补充泥浆的中转装置64。其中，泥浆净化装置62位于筒体3的上方，中转装置64位于泥浆净化装置62的上方，吸渣泵63沿竖直方向相对滑动地设置于主驱动21a上，以更好地吸取开挖仓61中的泥浆。
68.具体地，参见附图1至附图9所示，主驱动21a上设置有连接座211，连接座211上开设有沿竖直方向延伸的导向槽2111，吸渣泵63上设有滑动块631，滑动块631能够沿竖直方向相对滑动地设置在导向槽2111中。本实施例中，滑动块631和导向槽2111之间还设置有能够将吸渣泵63锁定于固定高度的锁定机构65，锁定机构包括设置于开设于导向槽2111和滑动块631上中的锁定孔651，以及能够和锁定孔配合的锁定螺栓652，锁定螺栓652插设在锁定孔651中。
69.参见附图9至附图11所示，泥浆净化装置62包括能够将泥浆中泥水和碎石分开的分离机构621，以及连接在分离机构621上且用于收集碎石的渣土收集机构622，分离机构621位于渣土收集机构622的上方。其中，分离机构621包括粗筛分离机构621a、旋流分离机构621b和溢流分离机构621c，泥浆依次流经粗筛分离机构621a、旋流分离机构621b和溢流分离机构621c，且泥浆中通过粗筛分离机构621a、旋流分离机构621b和溢流分离机构621c分离出来的大颗粒渣土均能够被输送到渣土收集机构622中。
70.本实施例中，吸渣泵63和分离机构621通过泥浆管66连通，泥浆管66上设置有多组挠性接头661，通过增加/减少挠性接头661的数量能够调节泥浆管66的长度。泥浆管66上还设置有能够控制泥浆管66通断的第一阀662，第一阀662位于挠性接头661的上方，当需要调节吸渣泵63的高度时，将第一阀662关闭，防止泥浆管66中位于第一阀662上方的泥浆流下，拆除/添加一组或者多组挠性接头661，将吸渣泵63调节相应的高度，并通过锁定机构65锁定即可。
71.参见附图10、附图12和附图13所示，泥浆净化装置62还包括用于将分离机构621处理后的泥浆注入开挖仓61的泥浆循环机构623，泥浆循环机构623和分离机构621通过管道连通。本实施例中，泥浆循环机构623包括泥浆箱6231，中转装置64包括中转箱641，泥浆箱6231和中转箱中641均能够存储一定量的泥浆，如此，可以使泥水循环系统本身具有一定的调节范围，不会因为泥浆不足或者泥浆过多而立即影响掘进工作的进行。
72.泥水循环系统6还包括两端分别与泥浆箱6231和中转箱641上部连通的输送管辂67，输送管辂67中设置有第二阀671，输送管辂67包括位于第二阀671两侧的第一段67a和第二段67b，第一段67a中设置有第一泵672。本实施例中，通过调节吸渣泵63和第一泵672，可以实现对开挖仓61、泥浆箱6231和中转箱641中泥浆液位的控制。
73.泥水循环系统还包括第一支路68和第二支路69，其中，第一支路68的一端连接在第一泵672和第二阀671之间，第一支路68的另一端和开挖仓61连通，且第一支路68中设置有第三阀681；第二支路69的两端分别连接在中转箱641的下部和第二段67b上，第二支路69中设置有第四阀691。本实施例中，第二阀671、第三阀681和第四阀691均为气动球阀。
74.泥水循环系统还包括一端连接在中转装置64上的进浆管路642，以及一端连接在中转装置64上的排浆管路643，进浆管路642的另一端位于地面，当开挖仓61中的泥浆不足
时，可以通过进浆管路642，将地面上的泥浆排进中转箱641中，再通过中转箱641将泥浆排入开挖仓61中；排浆管路643中设置有第二泵6431，排浆管路643的另一端也位于地面上，当泥浆箱6231中的泥浆过多时，可以通过第一泵672将泥浆箱6231中的泥浆输送至中转箱641中，再通过排浆管路643将中转箱641中的泥浆排至地面。
75.本实施例中，泥水循环系统具有补浆工作模式、旁通工作模式、掘进工作模式和排浆工作模式，以下具体阐述本泥水循环系统处于上述四种工作模式时的工作过程：
76.当泥水循环系统处于补浆工作模式时，第二阀671、第三阀681、第四阀691均处于打开状态，地面上的泥浆通过进浆管路642流入中转箱641中，中转箱641中的泥浆依次通过第二支路69、第二段67b和第一支路68流入开挖仓61中。补浆工作模式可以用于竖向掘进机掘进前的补浆，或者用于掘进过程中，开挖仓61中泥浆流失的情况。
77.当泥水循环系统处于旁通工作模式时，第三阀681处于打开状态，第二阀671和第四阀691处于关闭状态，该种工作模式下，吸渣泵63将开挖仓61中的泥浆输送至分离机构621，分离机构621将泥浆中的大颗粒渣土分离并排出到渣土收集机构622中，经过分离后的泥浆流至泥浆箱6231中，第一泵672将泥浆箱6231中的泥浆输送至开挖仓61中。该模式一般用于掘进工作前的准备、测试等，保证泥水循环系统处于正常的工作状态。
78.当泥水循环系统处于掘进工作模式时，若开挖仓61和泥浆箱6231中的泥浆的液面能够维持在正常的高度，此时只需按照旁通工作模式运行即可；若开挖仓61中泥浆不足，则按照补浆工作模式进行补浆；若掘进过程中，隧道中有地下水涌入时，打开第二阀671，同时使第三阀681和第四阀691处于关闭状态，开挖仓61中的泥浆通过泥浆管66流入分离机构621，再从分离机构621流入泥浆箱6231，泥浆箱6231中的泥浆通过第一泵672从输送管辂67流入中转箱641中，第二泵6431将中转箱641中的泥浆经排浆管路643排到地面。
79.当泥水循环系统处于排浆工作模式时，此时，竖向掘进机处于停机状态，打开第二阀671，并保持第三阀681和第四阀691处于关闭状态。此种工作模式下，开挖仓61中的泥浆通过泥浆管66流入分离机构621，再从分离机构621流入泥浆箱6231，泥浆箱6231中的泥浆通过第一泵672从输送管辂67流入中转箱641中，第二泵6431将中转箱641中的泥浆经排浆管路643排到地面。
80.综上所述，本实施例的竖向掘进机，竖直滑动部421和水平滑动部422绕沿竖直方向延伸的转动中心线转动连接，如此，撑靴41在撑紧过程中，能够根据实际工况对撑靴41进行微调，增大撑靴41和洞壁之间的摩擦力，防止撑靴41打滑；推进油缸5连接在撑靴41和稳定靴组件2之间，增大了推进力的传递距离，便于对掘进方向的控制；同时，撑靴组件4的上方设置有支护系统，能够及时对洞壁进行支护，防止其坍塌而造成卡机。
81.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。