掘进机的撑靴推进及调向系统的制作方法

1.本发明是关于掘进机技术领域，尤其涉及一种掘进机的撑靴推进及调向系统。


背景技术：

2.目前掘进机在掘进施工中经常出现姿态倾斜的问题，且存在调向困难或调向效果不佳的现象，现有设计一般采用两套调向机构才能满足多方位的姿态调整，增加了整机长度，控制也较为繁琐。
3.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种掘进机的撑靴推进及调向系统，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种掘进机的撑靴推进及调向系统，能方便完成掘进机姿态的多方向调整，且结构简单，操作简便，调向效果明显。
5.本发明的目的是这样实现的，一种掘进机的撑靴推进及调向系统，用于设置在掘进机的推进主梁上，掘进机的撑靴推进及调向系统包括：
6.撑靴装置，其包括多组撑靴结构，在撑靴装置与推进主梁之间周向间隔铰接有多组推进油缸；
7.调向装置，其包括调向支撑架，调向支撑架和推进主梁能一起绕垂直于推进主梁轴向的第一方向摆动，且推进主梁还能绕垂直于推进主梁轴向的第二方向摆动，第二方向垂直于第一方向。
8.在本发明的一较佳实施方式中，撑靴装置还包括撑靴支撑架，撑靴支撑架间隔套设在推进主梁的外侧，多组撑靴结构周向间隔设在撑靴支撑架上，推进油缸设在撑靴支撑架和推进主梁之间；调向支撑架的两侧与撑靴装置能转动连接，调向支撑架能轴向滑动并周向固定的套设在推进主梁上。
9.在本发明的一较佳实施方式中，调向支撑架的两端通过对称设置的两个轴承安装在撑靴装置上，两个轴承的中心连线方向构成第一方向。
10.在本发明的一较佳实施方式中，在调向支撑架和推进主梁之间设有两组弧面块体组件，两组弧面块体组件相对于第二方向对称设置；每组弧面块体组件均包括弧面配合块和弧面滑动块，弧面配合块固设在调向支撑架上；弧面滑动块与弧面配合块周向固定并与推进主梁滑动接触；弧面配合块上具有内圆弧面，弧面滑动块上具有外圆弧面，外圆弧面与内圆弧面滑动配合。
11.在本发明的一较佳实施方式中，弧面滑动块上形成有凸起，在推进主梁上形成有沿其轴向延伸的滑槽，凸起能滑动地嵌设在滑槽中。
12.在本发明的一较佳实施方式中，在调向支撑架和推进主梁之间还设有两组滑动抗扭块，两组滑动抗扭块相对于第一方向对称设置；每组滑动抗扭块均与调向支撑架固接并与推进主梁滑动接触。
13.在本发明的一较佳实施方式中，弧面滑动块与推进主梁之间的接触面为平面，滑动抗扭块与推进主梁之间的接触面为平面。
14.在本发明的一较佳实施方式中，在推进主梁的外周能拆卸地安装有滑移轨道，弧面滑动块与滑移轨道滑动接触。
15.在本发明的一较佳实施方式中，每组推进油缸均包括主推进油缸和辅推进油缸，辅推进油缸的轴线和推进主梁的轴线之间的夹角大于主推进油缸的轴线和推进主梁的轴线之间的夹角。
16.在本发明的一较佳实施方式中，每组撑靴结构均包括撑靴油缸和靴板，撑靴油缸的第一端与撑靴支撑架固接，撑靴油缸的第二端与靴板固接。
17.在本发明的一较佳实施方式中，每组撑靴结构还包括外箱体和内箱体，外箱体的长度方向沿推进主梁的径向设置，外箱体与撑靴支撑架固接；靴板位于外箱体的外侧，内箱体能滑动地穿设在外箱体内并与靴板固接，撑靴油缸的第一端固设在外箱体的外表面。
18.由上所述，本发明中掘进机的撑靴推进及调向系统，推进主梁能绕垂直于推进主梁轴向的十字方向分别摆动，可以完成多个方向的灵活调整；整个掘进机仅采用一套调向装置即可完成掘进姿态的多方向调整，调向装置结构简单，相配套的控制系统控制简单，且调向操作简单，调向效果明显，有效保证了掘进机的掘进姿态，有效解决了掘进机在掘进施工过程中姿态倾斜时调向困难或调向效果不佳的现象。
附图说明
19.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
20.图1：为本发明提供的掘进机的撑靴推进及调向系统的结构图。
21.图2：为图1的俯视图。
22.图3：为图2的局部放大图。
23.图4：为图2中a处的放大图。
24.图5：为本发明提供的调向支撑架、弧面配合块、弧面滑动块和滑移轨道配合的结构图。
25.图6：为本发明提供的调向支撑架、滑动抗扭块和滑移轨道配合的结构图。
26.附图标号说明：
27.1、推进主梁；11、滑移轨道；111、第一平板轨道；112、第二平板轨道；12、油缸连接座；
28.2、撑靴装置；
29.21、撑靴支撑架；
30.22、撑靴结构；22
′
、第一撑靴结构；22〞、第二撑靴结构；220、撑靴组件；221、撑靴油缸；222、靴板；223、外箱体；224、内箱体；
31.23、推进油缸；231、主推进油缸；232、辅推进油缸；
32.3、调向装置；
33.31、调向支撑架；311、延伸臂；
34.32、轴承；321、座体；
35.33、弧面块体组件；331、弧面配合块；332、弧面滑动块；3321、第一垫板；
36.34、滑动抗扭块；341、第二垫板。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
38.如图1至图6所示，本实施例提供一种掘进机的撑靴推进及调向系统，用于设置在掘进机的推进主梁1上，掘进机的撑靴推进及调向系统包括：
39.撑靴装置2，其包括多组撑靴结构22，在撑靴装置2与推进主梁1之间周向间隔铰接有多组推进油缸23；
40.调向装置3，其包括调向支撑架31，调向支撑架31和推进主梁1能一起绕垂直于推进主梁1轴向的第一方向x-x摆动，且推进主梁1还能绕垂直于推进主梁1轴向的第二方向y-y摆动，第二方向y-y垂直于第一方向x-x。
41.其中，该系统既可以用于竖井掘进机，也可以用于隧道掘进机等。撑靴结构22能沿推进主梁1的径向移动并能用于撑紧在井壁上；调向装置3和撑靴装置2沿推进主梁1的轴向顺序设置；沿掘进机的前进方向，调向装置3位于撑靴装置2的后方(例如应用在竖井掘进机时，调向装置3位于撑靴装置2的上方)；推进油缸23与推进主梁1的铰接点位于撑靴装置2的前方，以便于利用推进油缸23推动推进主梁1前进。
42.工作时，各撑靴结构22沿推进主梁1的径向向外伸出并撑紧在井壁上，各推进油缸23伸出，带动推进主梁1向前移动。推进油缸23伸出最大行程后，各撑靴结构22径向缩回，然后推进油缸23收回，带动撑靴装置2和调向装置3向前移动。在撑靴结构22撑紧在井壁上后，若检测到掘进机的姿态出现倾斜，即推进主梁1的轴线出现倾斜时，利用相应的推进油缸23带动推进主梁1和调向支撑架31一起绕第一方向x-x摆动，和/或利用相应的推进油缸23带动推进主梁1绕第二方向y-y摆动，便可使推进主梁1的姿态回正，进而使掘进机的姿态回正。
43.由此，本实施例中掘进机的撑靴推进及调向系统，推进主梁1能绕垂直于推进主梁1轴向的十字方向分别摆动，可以完成多个方向的灵活调整；整个掘进机仅采用一套调向装置3即可完成掘进姿态的多方向调整，调向装置3结构简单，相配套的控制系统控制简单，且调向操作简单，调向效果明显，有效保证了掘进机的掘进姿态，有效解决了掘进机在掘进施工过程中姿态倾斜时调向困难或调向效果不佳的现象。
44.在具体实现方式中，撑靴装置2还包括撑靴支撑架21，撑靴支撑架21间隔套设在推进主梁1的外侧，多组撑靴结构22周向间隔设在撑靴支撑架21上，推进油缸23设在撑靴支撑架21和推进主梁1之间。调向支撑架31的两侧与撑靴装置2能转动连接，并能使调向支撑架31和推进主梁1一起绕第一方向x-x摆动；调向支撑架31能轴向滑动并周向固定的套设在推进主梁1上，并能使推进主梁1绕第二方向y-y摆动。撑靴支撑架21和调向支撑架31均为环形结构，将撑靴装置2独立于推进主梁1，仅通过推进油缸23和调向装置3与推进主梁1连接，可以给推进主梁1的姿态调整留出足够的空间。
45.具体而言，调向支撑架31的两端通过对称设置的两个轴承32安装在撑靴装置2上，两个轴承32的中心连线方向构成第一方向x-x。
46.其中，调向支撑架31为环形的刚性框架结构，一般在调向支撑架31的两端对称设
有两个延伸臂311，每个延伸臂311的端部安装一轴承32，该轴承32的座体321固定在撑靴装置2上，延伸臂311的轴线方向也即上述的第一方向x-x；该轴承32优选采用关节轴承。通过调节相应的推进油缸23，可以使得调向支撑架31和推进主梁1共同沿这两个轴承32绕第一方向x-x摆动，调整推进主梁1在此方向的姿态。
47.如图2和图3所示，在调向支撑架31和推进主梁1之间设有两组弧面块体组件33，两组弧面块体组件33相对于第二方向y-y对称设置。每组弧面块体组件33均包括弧面配合块331和弧面滑动块332，弧面配合块331固设在调向支撑架31上；弧面滑动块332与弧面配合块331周向固定并与推进主梁1滑动接触；弧面配合块331上具有内圆弧面，弧面滑动块332上具有外圆弧面，外圆弧面与内圆弧面滑动配合。
48.可以理解，内圆弧面形成在弧面配合块331面向推进主梁1的侧面上，外圆弧面形成在弧面滑动块332背对推进主梁1的侧面上。通过调节相应的推进油缸23，可以使得弧面配合块331上的内圆弧面与弧面滑动块332上的外圆弧面相对滑动，调向支撑架31和弧面配合块331保持不动，推进主梁1和弧面滑动块332共同沿内圆弧面绕第二方向y-y摆动，调整推进主梁1在此方向的姿态。
49.进一步地，为了在不影响调向支撑架31和推进主梁1之间相对轴向滑动的前提下，便于实现调向支撑架31和推进主梁1之间的周向固定，以便于抵抗掘进机破岩产生的反扭矩，保证结构更加稳定。可以采用如下两种方式实现：
50.第一种方式：弧面滑动块332上形成有凸起，在推进主梁1上形成有沿其轴向延伸的滑槽，凸起能滑动地嵌设在滑槽中。
51.通过凸起和滑槽之间的轴向滑动，可以实现调向支撑架31和推进主梁1之间的相对轴向滑动。同时，凸起和滑槽的配合实现了调向支撑架31和推进主梁1之间的周向固定，结构简单。此种方式下，弧面滑动块332与推进主梁1之间的接触面可以为弧面也可以为平面，具体根据实际需要而定。
52.第二种方式：在调向支撑架31和推进主梁1之间还设有两组滑动抗扭块34，两组滑动抗扭块34相对于第一方向x-x对称设置；每组滑动抗扭块34均与调向支撑架31固接并与推进主梁1滑动接触。
53.利用弧面滑动块332与推进主梁1之间的摩擦力以及滑动抗扭块34与推进主梁1之间的摩擦力来实现调向支撑架31和推进主梁1之间的周向固定。此种方式下，优选地，弧面滑动块332与推进主梁1之间的接触面为平面，滑动抗扭块34与推进主梁1之间的接触面为平面，以起到更好的抗反扭矩效果。
54.进一步地，在推进主梁1的外周能拆卸地安装有滑移轨道11，弧面滑动块332与滑移轨道11滑动接触。一般还会在上述的弧面滑动块332上设有第一垫板3321，在滑动抗扭块34上设有第二垫板341，该第一垫板3321和第二垫板341与滑移轨道11滑动接触；在滑动接触面磨损严重时，只需更换滑移轨道11、第一垫板3321和第二垫板341即可，操作简单。
55.上述的推进主梁1为筒状结构，其截面形状可以为圆形，也可以为矩形，也可以为其他多边形形状；上述的滑移轨道11可以为弧形轨道，也可以为平板轨道或其他形状的轨道；上述每组弧面块体组件33中每个弧面配合块331和弧面滑动块332都是成对出现的，每组弧面块体组件33中弧面滑动块332的数量可以为一个，也可以为多个；每组滑动抗扭块34中滑动抗扭块34的数量可以为一个，也可以为多个；具体均根据实际需要而定。在上述第一
种方式中，推进主梁1和滑移轨道11的形状可以采用任一形式，凸起形成在第一垫板3321上。上述第二种方式中，滑移轨道11的滑动面优选采用平面形式，第一垫板3321和第二垫板341也均采用平板，以使弧面滑动块332和滑动抗扭块34与滑移轨道11之间的接触面为平面。
56.例如，本实施例中如图3至图6所示，采用上述第二种方式实现周向固定，推进主梁1采用圆筒形结构，滑移轨道11包括均布在推进主梁1外周的四组l形轨道，每组l形轨道包括相互垂直连接的第一平板轨道111和第二平板轨道112，第一平板轨道111的板面平行于第二方向y-y，第二平板轨道112的板面平行与第一方向x-x；每组弧面块体组件33包括相对于第一方向x-x对称设置的两个弧面滑动块332，且弧面滑动块332面向推进主梁1的一面为平面；每组滑动抗扭块34包括相对于第二方向y-y对称设置的两个滑动抗扭块34；每个弧面滑动块332与对应的第一平板轨道111滑动接触，每个滑动抗扭块34与对应的第二平板轨道112滑动接触。
57.进一步地，每组推进油缸23均包括主推进油缸231和辅推进油缸232，辅推进油缸232的轴线和推进主梁1的轴线之间的夹角大于主推进油缸231的轴线和推进主梁1的轴线之间的夹角。
58.由于主推进油缸231的轴线与推进主梁1的轴线之间的夹角更小，撑靴结构22撑紧在井壁上后，利用主推进油缸231推动推进主梁1前进时推进速度更快(此时辅推进油缸232也会一起动作)；由于辅推进油缸232的轴线与推进主梁1的轴线之间的夹角更大，利用辅推进油缸232进行调向时调向效果更明显(此时主推进油缸231也会一起动作)，调向速度更快；通过斜向布置的主推进油缸231和辅推进油缸232的配合既保证了推进效率又保证了调向效率。每组推进油缸23中的主推进油缸231的数量和辅推进油缸232的数量均可以是一个或多个，主推进油缸231和辅推进油缸232的倾斜角度也根据需要而定。在推进主梁1上还会固设有油缸连接座12，油缸连接座12的数量与推进油缸23的组数相同，主推进油缸231和辅推进油缸232的端部均与该油缸连接座12铰接。
59.更具体的，每组撑靴结构22均包括撑靴油缸221和靴板222，撑靴油缸221的第一端与撑靴支撑架21固接，撑靴油缸221的第二端与靴板222固接。利用撑靴油缸221推动靴板222沿推进主梁1的径向移动，可以实现靴板222与井壁之间的撑紧或分离。
60.在一个优选的实施例中，如图1和图2所示，每组撑靴结构22还包括外箱体223和内箱体224，外箱体223的长度方向沿推进主梁1的径向设置，外箱体223与撑靴支撑架21固接；靴板222位于外箱体223的外侧，内箱体224能滑动地穿设在外箱体223内并与靴板222固接，撑靴油缸221的第一端固设在外箱体223的外表面。
61.该外箱体223和内箱体224一般采用钢结构箱体，外箱体223、内箱体224和靴板222的数量相同。撑靴油缸221能带动内箱体224和靴板222一起径向移动，并使靴板222撑紧在井壁上。撑紧后，掘进机掘进破岩时，可以利用钢结构的内箱体224和撑靴油缸221共同抵抗反扭矩，而并非撑靴油缸221单独抵抗反扭矩，抵抗反扭矩效果更好，结构更加稳定。
62.上述的撑靴支撑架21为环形的钢结构框架，上述撑靴结构22的数量至少为两组。根据需要，撑靴结构22的数量也可以多于两组。采用数量较多的撑靴结构22，可以实现大撑紧力小比压，降低撑靴装置2因撑紧力不够造成打滑现象的产生。
63.每组撑靴结构22可以包含单层撑靴组件220或多层撑靴组件220，每层撑靴组件
220包括一个靴板222和配套数量的撑靴油缸221，还可以包括一个外箱体223和一个内箱体224；当每组撑靴结构22包括至少两层撑靴组件220时，各层撑靴组件220沿推进主梁1的轴线方向间隔布置并均设在撑靴支撑架21上。例如本实施例中，如图1所示，每组撑靴结构22包括两层撑靴组件220，两层撑靴组件220分布在撑靴支撑架21的两侧，每层撑靴组件220包括一外箱体223、一内箱体224、一靴板222和两个撑靴油缸221，上述轴承32的支座固设在对应外箱体223的外表面上，对应的两个撑靴油缸221对称分布在该座体321的两侧。每组撑靴结构22和推进主梁1之间均连接有一主推进油缸231和一辅推进油缸232，主推进油缸231的两端分别与油缸连接座12和靠近调向装置3的外箱体223铰接，辅推进油缸232的两端分别与油缸连接座12和远离调向装置3的外箱体223铰接。
64.另外，推进油缸23的组数与撑靴结构22的组数可以相同，也可以不相同；各组推进油缸23的位置可以与各组撑靴结构22的位置相对应，也可以不对应，只要部分推进油缸23能驱动推进主梁1和调向支撑架31一起绕第一方向x-x摆动，部分推进油缸23能驱动推进主梁1绕第二方向y-y摆动即可。
65.例如，本实施例中如图1和图2所示，采用推进油缸23的组数与撑靴结构22的组数相同且位置上下对应，共设有四组撑靴结构22，包括相对于第一方向x-x对称设置的两组第一撑靴结构22
′
和对于第二方向y-y对称设置的两组第二撑靴结构22〞；通过调节这两组第一撑靴结构22
′
下方的两组推进油缸23的压力差，可以使得调向支撑架31和推进主梁1共同沿这两个轴承32绕第一方向x-x摆动；通过调节这两组第二撑靴结构22〞下方的两组推进油缸23的压力差，可以使得推进主梁1和弧面滑动块332共同沿内圆弧面绕第二方向y-y摆动。当然，推进油缸23可以设计为周向均布的五组，或其他组数，本实施例仅为举例说明。
66.进一步地，本实施例的撑靴推进及调向系统的工作原理如下：
67.撑靴装置2的推进工作原理：
68.撑靴油缸221伸出带动内箱体224和靴板222向洞壁伸出直至靴板222接触洞壁并撑紧，然后撑靴结构22和调向装置3保持位置不变，主推进油缸231和辅推进油缸232共同伸出带动推进主梁1向前移动。待主推进油缸231的行程达到最大后，撑靴油缸221收回，带动内箱体224和靴板222远离洞壁，然后主推进油缸231和辅推进油缸232共同回收，带动撑靴结构22和调向装置3沿着推进主梁1上的滑移轨道11向前移动。
69.调向工作原理：
70.当掘进机姿态倾斜时，需要在推进油缸23和调向装置3的共同作用下使掘进机回到正确姿态。
71.如图2所示，当掘进机姿态(即推进主梁1的轴线)绕第一方向x-x摆动倾斜时，通过调节相应的辅助推进油缸23的压力差，推进主梁1和调向支撑架31共同沿两个轴承32进行转动，使掘进机姿态回正。
72.如图2所示，当掘进机姿态(即推进主梁1的轴线)绕第二方向y-y摆动倾斜时，通过调节相应的辅助推进油缸23的压力差，推进主梁1和弧面滑动块332共同沿弧面配合块331的内圆弧面进行转动，使掘进机姿态回正。
73.当掘进机姿态沿其他方向倾斜时，需要在相应的辅助推进油缸23的作用下使推进主梁1沿弧面配合块331的内圆弧面和沿两个轴承32分别进行转动，最终使掘进机姿态回正。
74.综上，本实施例中的撑靴推进及调向系统，结构简单，操作简便；多撑靴结构22撑紧井壁，实现了大撑紧力小比压，在破碎地层更有优势；十字方向调整的方式，保证了设备调向的灵活性，姿态调整更具优势，调向效果明显。
75.以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。