[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

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（2）、推進器（3）和支撐器（4）。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組推進缸組成，每組推進缸又由2?4個推進缸（3C）組成；所述推進缸其推進缸左關節（3L）連接支承環，其推進缸右關節（3R）連接支撐器。所述推進器（3）設置了第一類推進缸驅動件選通閥（31YF）和第二類進缸驅動件選通閥（32YF）或組內驅動件重構閥（21YT）和組間驅動件重構閥（22YT），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（3XT），改變其結構剛度。本發明裝置可重構推進缸驅動件、重設推進缸驅動模式，改變其構型及結構剛度，提高對不同掘進面工作環境的適應性強。

技術領域

本發明涉及一種可重構為1至6自由度的可變剛度的TBM掘進裝置，屬掘進機械技術領域。

背景技術

公知的TBM掘進裝置包括支撐器、推進器、換步器、調向器四個部分，分別完成支撐功能、推進功能、換步功能、調向或糾偏功能；所述裝置還包括由推進器推動可向前滑動的支承環，支承環上安裝有刀盤系統，做隧道的切削工作。廣泛應用的TBM掘進裝置多為2-4自由度的少自由度機構，在掘進時有的不能調坡或調向，造成隧道曲線或軸線偏差，需要專門的調向機構事后做糾偏工作。有的雖能調向，但由于位置與姿態兩者間產生相互偶合作用，調姿后將產生新的軸線位置偏差，反之亦然。

為解決所述問題，一種公知的12缸并聯式掘進裝置，具有完全的6自由度，但其相臨兩推進缸之間呈楔形即V字型布局，推進缸傾斜角度有限，致使其橫向剛度偏小，抗偏能力弱，易于造成線路軸線位置偏差，機構所能提供的橫向糾偏力小，其軸線位置偏差糾偏難。

公知的TBM掘進裝置，未能針對掘進面的不同工況條件，給出機構重構方法，以適應掘進面上過硬或軟硬程度不均巖層的切削，以致造成成洞偏差大或推進能力低下。

綜上所述，公知的TBM掘進裝置存在以下問題：一是有的抗偏能力弱；二是有的調向能力低；三是對不同地質環境的適應性差。尚不存在推進作業同時實現精準調向，抗偏能力強，糾偏能力好，可重構且可變剛度的TBM掘進裝置。

發明內容

本發明的目的是，為了解決現有的TBM掘進裝置存在的上述問題，提出一種可精準調向、可重構為1至6自由度的可變剛度的TBM掘進裝置。

實現本發明的技術方案如下，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，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，每組液壓缸又由1或4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。

所述推進器設置了組內驅動件重構閥、組間驅動件重構閥，或第一類推進缸驅動件選通閥、第二類進缸驅動件選通閥，用于所述裝置自由度的重構；設置了推進缸驅動模式設定閥，用于改變推進機構的結構剛度。

所述裝置的推進機構尺度綜合方法如下：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。所述支承環的三個姿態角指的是TBM的縱軸Z，水平軸X，垂直軸Y與參考和掘進方向軸線Z0，水平軸線X0，垂直軸線Y0的三個角度。