[發明專利]一種可重構為1至6自由度的可變剛度的TBM掘進裝置

有效

• 申請號: 201710575825.X
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107269290B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 徐尤南;劉辛軍;徐濟宇
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;清華大學
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

1.一種可重構為1至6自由度的可變剛度的TBM掘進裝置，包括支承環、推進器和支撐器，其特征在于，所述支承環串接推進器，再串接支撐器，構成混聯式掘進裝置；所述推進器由6組液壓缸組成，每組液壓缸由2個推進缸組成；所述推進缸通過推進缸左關節連接支承環，所述推進缸通過推進缸右關節連接支撐器；所述的推進缸左關節和推進缸右關節為球鉸或萬向鉸；

所述支撐器，是以中心支架為定平臺，三個支撐腿并聯，所構成的三足并聯裝置；支撐腿末端裝有撐靴，驅動支撐腿可使撐靴作徑向運動；

所述推進缸設置了推進缸進油口和推進缸回油口，用于推進缸與閥的連接和推進缸的動作控制；

所述推進器設置了第一類推進缸驅動件選通閥和第二類推進缸驅動件選通閥或組內驅動件重構閥和組間驅動件重構閥，重構其構型；所述的每個推進缸設有推進缸驅動模式設定閥，改變其結構剛度；

所述裝置的推進機構尺度綜合方法：當支承環的三個姿態角全為零時，中心支架的幾何中心點、推進缸左關節鉸接中心點和推進缸右關節鉸接中心點三點在掘進斷面上的投影為三角形，所述三角形最佳尺度為直角三角形，其兩徑向線構成的夾角為楔形角，所述楔形角越大掘進裝置調向能力越高；最大楔形角度受限于結構，如若每組推進缸有2-4個推進缸則其軸線宜近似平行布局，可以增大推進缸楔形角，從而增大推進機構橫向剛度及橫向推力作用效果，從而提高其調向能力；

所述裝置重構為1-6自由度的重構方法包括以下兩種：

（1）方法一

在同一組內的推進缸進油口間安裝組內驅動件重構閥，用于連通或斷開組內兩推進缸的液壓回路；在相鄰但不同組的兩個推進缸進油口之間安裝一個組間驅動件重構閥，用于連通或斷開組間兩推進缸的液壓回路；如若所有的組內驅動件重構閥和組間驅動件重構閥均處于連通狀態，則所述掘進裝置的推進器將具有1個自由度；如若所有的組內驅動件重構閥均連通，但所有的組間驅動件重構閥均斷開，則所述掘進裝置的推進器將具有6個自由度；其余情況，所述掘進裝置的推進器可重構為2-6自由度的并聯裝置；所述的組內驅動件重構閥和組間驅動件重構閥為截止閥或二位二通閥；

（2）方法二

推進器設6個驅動件，在每一推進缸設置一個第一類推進缸驅動件選通閥或第二類推進缸驅動件選通閥，用于選擇該推進缸的驅動件；所述的第一類推進缸驅動件選通閥或第二類推進缸驅動件選通閥為二位三通閥或二位四通閥；如若所有的第一類推進缸驅動件選通閥和第二類推進缸驅動件選通閥均處于失電狀態，則所述掘進裝置的推進器將具有6個自由度；其余情況，所述掘進裝置的推進器可重構為2-6自由度的并聯裝置。

2.根據權利要求1所述的一種可重構為1至6自由度的可變剛度的TBM掘進裝置，其特征在于，所述裝置的機構結構剛度改變方法如下：

對每一個推進缸的推進缸進油口和推進缸回油口間加裝一個二位三通電磁閥用作推進缸驅動模式設定閥；如若推進缸進油口與推進缸回油口連通時，推進缸為差動驅動方式，否則為雙向驅動方式；差動驅動方式推進缸的剛度小于雙向驅動方式推進缸的剛度，改變驅動模式即改變了機構的結構剛度。

3.根據權利要求1所述的一種可重構為1至6自由度的可變剛度的TBM掘進裝置，其特征在于，所述裝置的推進作業方法：

所述裝置由重構-支撐-推進-換步四個作業步構成一個單環推進作業循環；包括以下工作步驟：

（1）初始狀態：推進器、支撐器處于復位狀態；

（2）重構作業步：根據掘進面工況重構機構拓撲構型，重新設置各推進缸驅動模式設定閥；

（3）支撐作業步：支撐器的支撐腿向外伸出，直至撐緊支撐面；

（4）推進作業步：推進器各缸加載、按要求速度向前推進一個行程后卸載；

（5）換步作業步：支撐器卸載，支撐腿復位、推進缸復位，為下一行程行進做準備；

（6）循環執行步驟（2）-（5），完成下一環掘進工作，直到停機。