一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统技术方案

一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，涉及隧道施工设备领域。该钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统包括可旋转的刀盘、机械臂、移动机构、凿岩装置和装药装置，刀盘的一侧表面设有多个滚刀，刀盘上开设有多个可开闭的预留孔；机械臂被配置成可伸缩以穿过预留孔；移动机构用以驱动机械臂移动至分别对准各个预留孔；凿岩装置用以在机械臂穿过预留孔后在岩层上钻孔；装药装置用以在凿岩装置钻孔后向钻孔内安装炸药。本申请提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统能够在破岩过程中充分利用钻爆功能来形成临空面以释放地应力，劣化岩石强度，提高滚刀破岩效率，降低功耗，解决刀盘掘进困难和滚刀易损坏等问题。

A complex full face tunnel boring machine cutterhead system with drilling and blasting auxiliary rock breaking

【技术实现步骤摘要】
一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统
本申请涉及隧道施工设备领域，具体而言，涉及一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统。
技术介绍
在国内外的隧道建设中，盾构法具有施工质量好、环保、成本低等优点，可以实现高度自动化和机械化，是目前最高效的隧道暗挖施工方法，采用该方法建设的隧道越来越多。目前对全断面掘进机的研究主要集中在刀盘受力、刀具分布方式等方面，取得了丰富的成果，但掘进机在高地应力硬岩地区开挖的技术难题仍没有较为有效的解决方法。当掘进机遇到高地应力高硬度岩层时，刀具破岩的难度增大，刀具磨损严重，掘进较为困难。现有的掘进机只能通过刀盘挤压岩层进行破碎。这种破岩方式随着岩石单轴抗压强度及地应力的增加，破岩的难度和功耗不断增加，刀盘掘进速率会大幅降低，甚至出现卡死现象。掘进机在这种环境下工作，刀盘与刀具磨损加快，刀盘、刀具、轴承等部件的使用寿命显著降低。因此，如何使掘进机在高地应力高硬度岩层低耗而高效地开挖是目前急需解决的工程难题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其能够在破岩过程中充分利用钻爆功能来形成临空面以释放地应力，劣化岩石强度，提高滚刀破岩效率，降低功耗，解决刀盘掘进困难和滚刀易损坏等问题。本申请的实施例是这样实现的：本申请实施例提供一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其包括：可旋转的刀盘，刀盘的一侧表面设有多个滚刀，刀盘上开设有多个可开闭的预留孔；后部面板，后部面板设于刀盘远离滚刀的一侧；机械臂，机械臂位于刀盘和后部面板之间，且被配置成可伸缩以穿过预留孔；移动机构，移动机构分别与后部面板和机械臂连接，用以驱动机械臂移动至分别对准各个预留孔；凿岩装置，凿岩装置连接于机械臂，用以在机械臂穿过预留孔后在岩层上钻孔；装药装置，装药装置连接于机械臂，用以在凿岩装置钻孔后向钻孔内安装炸药。在一些可选的实施方案中，刀盘包括圆形的第一刀盘及与第一刀盘同轴布置的环形的第二刀盘，预留孔开设于第一刀盘上，第一刀盘被配置成可沿其轴向移动，第二刀盘的内壁设有至少一个齿槽，第一刀盘的外壁设有可伸缩以与齿槽一一对应啮合的刀盘齿。在一些可选的实施方案中，第一刀盘的边缘和第二刀盘的边缘分别开设有至少一个进渣口。在一些可选的实施方案中，第一刀盘和第二刀盘分别具有多个位于内侧的正滚刀和多个位于外侧的边滚刀。在一些可选的实施方案中，每个预留孔内均设有护板，刀盘内设有用于驱动护板沿直线移动以开闭预留孔的螺杆电机组件。在一些可选的实施方案中，移动机构包括上下平行布置的第一横向滑管和第二横向滑管、分别滑动套设于第一横向滑管和第二横向滑管上的第一横向滑板和第二横向滑板、用于驱动第一横向滑板沿第一横向滑管移动的第一横移组件及用于驱动第二横向滑板沿第一横向滑管移动的第二横移组件，第一横向滑管的两端分别连接有垂直于其的竖向滑管，两个竖向滑管上分别滑动套设有竖向滑块，第二横向滑管的两端分别与两个竖向滑块连接，竖向滑块还连接有用于驱动其沿对应的第二横向滑管移动的竖向油缸；机械臂的一端与第一横向滑板之间铰接有可伸缩的斜向支撑臂，机械臂的另一端与第二横向滑板铰接。在一些可选的实施方案中，机械臂包括圆盘、用于驱动圆盘绕其轴线旋转的旋转电机及用于驱动圆盘沿其轴线移动的伸缩油缸。在一些可选的实施方案中，凿岩装置包括与圆盘一端连接的支座及钻杆，钻杆的两端分别设有转头及与支座连接的钻孔电机，钻孔电机用于驱动钻杆旋转，钻杆的轴线平行于圆盘的轴线。在一些可选的实施方案中，装药装置包括与圆盘连接的给药管，给药管和钻杆对称设于圆盘的两端，给药管内设有两个上下相对布置的给料齿轮及设于两个给料齿轮之间的顶推管，给药管还连接有用于驱动两个给料齿轮同时向相反方向移动的给料电机，顶推管的外壁设有分别与两个给料齿轮啮合的齿槽，给药管还连通有储药箱。本申请的有益效果是：本实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统包括可旋转的刀盘、机械臂、移动机构、凿岩装置和装药装置，刀盘的一侧表面设有多个滚刀，刀盘上开设有多个可开闭的预留孔；机械臂位于刀盘和后部面板之间且被配置成可伸缩以穿过预留孔；移动机构用以驱动机械臂移动至分别对准各个预留孔；凿岩装置用以在机械臂穿过预留孔后在岩层上钻孔；装药装置用以在凿岩装置钻孔后向钻孔内安装炸药。本申请提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统能够在破岩过程中充分利用钻爆功能来形成临空面以释放地应力，劣化岩石强度，提高滚刀破岩效率，降低功耗，解决刀盘掘进困难和滚刀易损坏等问题。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统的第一视角的结构示意图；图2为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统的第二视角的结构示意图；图3为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统中啮合油缸和刀盘齿的结构示意图；图4为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统中护板、螺杆和伸缩电机的结构示意图；图5为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统中移动机构、机械臂、凿岩装置和装药装置的结构示意图；图6为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统中机械臂、凿岩装置和装药装置的结构示意图；图7为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统中装药装置的结构示意图；图8为本申请实施例提供的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统中给料齿轮、给料电机和顶推管的连接结构示意图。图中：10、刀盘；20、刀盘轴承；30、后部面板；40、移动机构；50、机械臂；60、凿岩装置；70、装药装置；100、第一刀盘；101、第一刀盘护盾；110、护板；120、预留孔；130、刀盘齿；140、进渣口；150、螺杆；160、伸缩电机；170、第一内滚刀；180、第一外滚刀；190、啮合油缸；200、第二刀盘；210、齿槽；220、第二内滚刀；230、第二外滚刀；410、支撑座；420、第一横向板；421、第一横向滑管；422、第一横向滑板；423、第一履带；424、第一横向电机；430、竖向滑管；431、竖向滑块；432、竖向油缸；440、第二横向板；441、第二横向滑管；442、第二横向滑板；443、第二履带；444、第二横向电机；450、斜向支撑臂；460、连接座；510、伸缩油缸；520、旋转电机；530、圆盘；531、缺口；610、钻孔电机；620、钻杆；630、转头；640、支座；650、支板；710、给药管；7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其特征在于，其包括：/n可旋转的刀盘，所述刀盘的一侧表面设有多个滚刀，所述刀盘上开设有多个可开闭的预留孔；/n后部面板，所述后部面板设于所述刀盘远离所述滚刀的一侧；/n机械臂，所述机械臂位于所述刀盘和所述后部面板之间，且被配置成可伸缩以穿过所述预留孔；/n移动机构，所述移动机构分别与所述后部面板和所述机械臂连接，用以驱动所述机械臂移动至分别对准各个所述预留孔；/n凿岩装置，所述凿岩装置连接于所述机械臂，用以在所述机械臂穿过所述预留孔后在岩层上钻孔；/n装药装置，所述装药装置连接于所述机械臂，用以在所述凿岩装置钻孔后向钻孔内安装炸药。/n

【技术特征摘要】
1.一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其特征在于，其包括：
可旋转的刀盘，所述刀盘的一侧表面设有多个滚刀，所述刀盘上开设有多个可开闭的预留孔；
后部面板，所述后部面板设于所述刀盘远离所述滚刀的一侧；
机械臂，所述机械臂位于所述刀盘和所述后部面板之间，且被配置成可伸缩以穿过所述预留孔；
移动机构，所述移动机构分别与所述后部面板和所述机械臂连接，用以驱动所述机械臂移动至分别对准各个所述预留孔；
凿岩装置，所述凿岩装置连接于所述机械臂，用以在所述机械臂穿过所述预留孔后在岩层上钻孔；
装药装置，所述装药装置连接于所述机械臂，用以在所述凿岩装置钻孔后向钻孔内安装炸药。


2.根据权利要求1所述的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其特征在于，所述刀盘包括圆形的第一刀盘及与所述第一刀盘同轴布置的环形的第二刀盘，所述预留孔开设于所述第一刀盘上，所述第一刀盘被配置成可沿其轴向移动，所述第二刀盘的内壁设有至少一个齿槽，所述第一刀盘的外壁设有可伸缩以与所述齿槽一一对应啮合的刀盘齿。


3.根据权利要求2所述的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其特征在于，所述第一刀盘的边缘和所述第二刀盘的边缘分别开设有至少一个进渣口。


4.根据权利要求2所述的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其特征在于，所述第一刀盘和所述第二刀盘分别具有多个位于内侧的正滚刀和多个位于外侧的边滚刀。


5.根据权利要求1所述的钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统，其特征在于，每个所述预留孔内均设有护板，所述刀盘内设有用于驱动所述护板沿直线移动以开闭所述预留孔的螺杆电机组件。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶阳，韩科，曾亚武，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42