[實用新型]一種機器人支撐的雙刀盤開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機

有效

• 申請號: 201821746940.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN209067217U
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 李建斌;姜禮杰;張寧川;賀飛;賈連輝;寧向可;齊志沖
• 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

本實用新型公開了一種機器人支撐的雙刀盤開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機，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，本實用新型包括主梁，所述的主梁后部通過推進油缸與后撐靴前部連接，后撐靴后部與后支撐連接；所述的主梁前部通過機器人與刀盤連接，所述的刀盤包括并列設置的刀盤I和刀盤II。本實用新型基于任意形式機器人的新型柔性刀盤支撐結構，可在一定范圍內實現任意形狀隧道斷面的開挖；雙刀盤對稱布置的力矩耦合結構，抵消工作時產生的應力，可進一步優化現有單刀盤掘進機結構。

技術領域

本實用新型涉及隧道施工中的巖石隧道掘進機（TBM）領域，具體涉及一種在一定范圍內實現任意斷面形狀隧道開挖的基于機器人支撐的雙刀盤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。

目前隧道掘進機主要為單刀盤旋轉工作，工作效率受限，且單刀盤結構在開挖硬巖時會產生很大的反扭矩，使掘進機始終在較大應力作用下工作，需要增加抗扭裝置。目前主要通過增加掘進機主梁等關鍵部件的體積及厚度來增加設備強度，浪費大量人力物力。

實用新型內容

本實用新型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，提供一種配置硬巖開挖刀盤，可通過控制智能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機器人支撐的雙刀盤開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機。

為解決上述技術問題，本實用新型采用下述技術方案：一種機器人支撐的雙刀盤開挖任意斷面隧道的柔臂掘進機，包括刀盤刀具系統連接和主梁，所述的主梁后部通過推進油缸與后撐靴前部連接，后撐靴后部與后支撐連接；所述的主梁前部通過機器人與刀盤刀具系統柔性連接，所述的刀盤刀具系統包括并列設置的刀盤I和刀盤II。

所述的機器人包括刀盤調整機構和機器人臂，刀盤I和刀盤II并列設置在刀盤調整機構前部，刀盤調整機構后部通過機器人臂連接在主梁上。

所述的刀盤調整機構包括連接座，連接座前端通過關節軸承分別與刀盤I和刀盤II活動連接，連接座外側設有俯仰油缸和擺動油缸，刀盤I與連接座之間、刀盤II與連接座之間均設有俯仰油缸和擺動油缸。

所述的俯仰油缸和擺動油缸垂直設置。

所述的機器人臂為串聯機器人臂。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設有伸縮油缸。