[發明專利]串聯機器人支撐、可開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機

在審

• 申請號: 201811257123.8
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109236314A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 姜禮杰;李建斌;賀飛;賈連輝;寧向可;齊志沖;張寧川;文勇亮
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11;E21D9/12
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;李宣宣

本發明公開了一種串聯機器人支撐、可開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機，解決的技術問題是為了適應目前多元化隧道斷面的開挖需求，彌補現有隧道掘進機開掘斷面的單一的不足，本發明包括刀盤刀具系統、串聯機器人系統、主梁、和皮帶機，所述的主梁后部通過推進油缸與撐靴前部連接，撐靴后部與后支撐連接；所述的刀盤后部通過串聯機器人與主梁連接。本發明通過基于串聯機器人的新型柔性刀盤支撐結構的設置實現任意形狀斷面的開挖；通過始終位于洞底的新型出渣系統包含任何形式的刮渣和吸渣系統，將開挖產生的渣土運輸出去，快捷方便。

技術領域

本發明涉及隧道施工中的巖石隧道掘進機（TBM）領域，具體涉及一種可以實現任意斷面形狀隧道開挖的串聯機器人支撐、可開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機。

背景技術

巖石隧道掘進機（TBM）是一種集機械、電子、液壓、激光等技術于一體的大型隧道開挖裝備，在山嶺隧道及城市地鐵工程建設中發揮著重要作用。目前該種掘進機主要利用刀盤的旋轉進行破巖開挖，其開挖斷面多為圓形，刀盤只能做輕微俯仰和擺動以調整掘進方向，但開挖面形狀受限，難以適應于目前馬蹄形、類矩形等多樣性斷面要求的隧道工程。雖然有少部分配合其他裝置聯合開挖可以完成矩形、馬蹄形等異形斷面的工程案例，但是這些異形斷面全部應用于軟土隧道開挖，在巖石隧道工程中的施工案例卻鮮見報道。另外，隧道掘進機開挖斷面一旦確定，將難以再次改變，其斷面開挖形狀單一，應用范圍受限，難以滿足不同工程不同斷面以及甚至同一工程不同斷面的要求，工程結束后隧道掘進機進行閑置的狀態時有發生。目前在巖石隧道中，成形斷面采用雙圓形、類矩形、馬蹄形等異形斷面的公路、鐵路等交通隧道工程越來越多，如果采用傳統的圓形掘進機開挖，勢必增大了工程開挖量，同時超挖的部分還需進行二次回填，不僅提高了工程成本、浪費了人力物力，而且延長了工期。因此，設計一種可滿足不同開挖斷面工程需求的新型硬巖掘進機迫在眉睫。

串聯機器人研究得較為成熟，具有結構簡單，成本低，控制簡單，運動空間大等優點，已成功應用于很多領域，但在隧道掘進機的支撐方式上尚未見報道。

發明內容

本發明為了適應目前多元化隧道斷面的開挖需求，彌補現有隧道掘進機開掘斷面的單一的不足，提供一種通過控制串聯機器人支撐刀盤的位置和姿態，實現結構靈活，斷面轉換范圍大，可以真正實現巖石隧道任意斷面開挖的基于串聯機器人支撐、可開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：一種串聯機器人支撐、可開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機，包括刀盤刀具系統、串聯機器人系統、主梁、和皮帶機，所述的主梁后部通過推進油缸與撐靴前部連接，撐靴后部與后支撐連接；所述的刀盤后部通過串聯機器人與主梁柔性連接。

所述的串聯機器人包括刀盤姿態調整機構和串聯機器人臂，刀盤姿態調整機構設置在刀盤后部，主梁前部通過串聯機器人臂與刀盤刀具系統調整機構連接。

所述的刀盤姿態調整機構包括連接座，連接座前端通過關節軸承與刀盤活動連接，連接座外側分別通過俯仰油缸和擺動油缸與刀盤連接。

所述的串聯機器人臂包括機器大臂、機器小臂和回轉底座，回轉底座設置在主梁上，機器小臂前端與連接座固定連接，機器大臂后端通過運動關節與回轉底座鉸接連接，機器大臂和機器小臂鉸接連接；所述的回轉底座與機器大臂之間、機器大臂與機器小臂之間均設有運動驅動裝置。

所述的運動驅動裝置為伸縮油缸。

所述的運動關節為球鉸座或萬向接頭。

所述的刀盤刀具系統下方設有出渣系統，出渣系統前端伸至刀盤刀具系統下方、后端與皮帶機連接。

所述的出渣系統為皮帶機出渣系統或螺旋輸送機出渣系統。

所述的刀盤前端設有刀具，后端設有主驅動。