【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下空间掘进，尤其涉及一种可在密实岩土中行进和作业的机械设备。
技术介绍
1、随着机械自动化技术的发展，人类已可借助各种自动化设备进行无人化作业，如在空中、水下及地面广泛使用的无人机与机器人。然而，地下环境介质由于密实岩土的存在而变得极度复杂，在地下环境采用类似灵活机动的自动化装置进行无人化作业存在诸多难题。目前对地下空间的利用技术多借助直接开挖的方式，在作业场地、人员数量、环境影响等存在诸多短板，需要研究一种绿色、环保、经济的地下空间建设及探索技术。
2、例如在地质和矿产勘探方面，传统勘探多在地表取孔采用直线钻探的方式，对于布孔条件困难或者需要曲线勘探时手段有限；在地下工程暗挖建设领域，顶管、盾构等机械装备广泛应用于隧道建设，但无法有效满足异型地下建构筑物建造及局部处理等特殊应用场景的需求；在地下运载方面，在密实岩土中缺乏有效的技术手段，不能微创式精准便捷的将所需求的设备或装置运载到指定位置。现有的技术手段在实施过程均需借用一定的场地，采用较大的“地面手术”获得进入地下的通道，但在条件受限区域，很难实施。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种用于地下密实岩土行进和作业的机械设备，其可以降低暗挖作业的成本、安全风险及对环境的影响，提升作业质量和效率，提升自动化装备在地下空间领域的应用价值和范围。
2、本专利技术第一方面提供了一种用于地下密实岩土行进和作业的机械设备，所述机械设备包括：
3、多个相互铰接的钢环节，包括前端钢
4、伸缩装置，其设置在所述钢环节的接头部位，并沿断面环形布置，所述伸缩装置用于根据行进需求分配相应的伸缩量；
5、截割滚筒，其设置在所述前端钢环节的外周，包括滚筒，截割齿和滚筒驱动系统，所述截割齿均匀分布在所述滚筒，所述滚筒驱动系统与所述滚筒连接；
6、压迫环，其分别设置在所述前端钢环节和所述后端钢环节上，包括撑靴板和支撑杆，所述撑靴板与所述支撑杆连接，所述支撑杆与所述机械设备的推进油缸连接。
7、作为本专利技术的进一步改进，所述机械设备为中空腔体式的环形机械设备。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述钢环节的断面形式为圆形、椭圆形、多边形或类矩形。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述机械设备根据作业需求可配置为敞开型的机械设备或密闭型的机械设备。
10、作为本专利技术的进一步改进，所述密闭型的机械设备被配置为在所述钢环节的铰接部位采用环形弹性与囊袋联合密封的方式密封；所述弹性与囊袋联合密封绕横断面整圈布置，其膨胀数值根据周边地层的地质情况与所述机械设备的姿态进行动态调整。
11、作为本专利技术的进一步改进，其特征在于：所述敞开型的机械设备被配置为钢结构框架，所述钢结构框架移除了壳体。
12、作为本专利技术的进一步改进，所述伸缩装置的数量不少于4处，所述伸缩装置为液压或螺纹滚轴杆。
13、作为本专利技术的进一步改进，所述机械设备用于通过钢环节接头位置的伸缩装置的伸长与缩短来实现在地下密实岩土中的转向操作；所述机械设备用于通过相互伸缩仿生模拟蚯蚓在土体中蠕动的方式自行式行进。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述机械设备集成了机器人手臂或作业装置，可根据作业需求，更换外挂设备类型。
15、本专利技术第二方面提供了一种应用权利要求1所述的机械设备的行进方法，所述行进包括直线行进和曲线行进，当所述机械设备直线行进时，执行如下方法步骤：
16、s11：所述机械设备的后端压迫环扩张，并挤压土体，使土体对所述机械设备的后端产生约束力；
17、s12：所述伸缩装置利用后端约束力前伸，使所述机械设备的截割滚筒切入土体；
18、s13：所述截割滚筒在平面内移动，通过移动使其滚筒覆盖整个需要开挖的断面；
19、s14：所述伸缩装置达到设计长度后，前端的压迫环扩张，使土体对所述机械设备的前端产生约束力；
20、s15：后端的压迫环缩回，利用前端的约束力，所述伸缩装置收缩，拖拽所述机械设备的后端前进；
21、s16: 重复步骤s11-s15，使所述机械设备达到预定位置；
22、s17: 所述机械设备的机器人手臂伸出，从事既定作业；
23、当所述机械设备曲线行进时，执行如下方法步骤：
24、s21：所述机械设备在纠偏或转向时，后端的压迫环扩张，并挤压土体，使土体对所述机械设备的后端产生约束力；
25、s22：根据行进线路的曲率计算所述伸缩装置所需的伸长与缩短数值，所述伸缩装置根据所述数值进行伸长或缩短，使所述机械设备产生弯曲并同步前进；
26、s23：所述伸缩装置利用后端约束力前伸，使所述机械设备的截割滚筒切入土体；
27、s24：所述截割滚筒在平面内移动，通过移动使其滚筒覆盖整个需要开挖的断面，并通过滚动切削土体；
28、s25: 当所述伸缩装置达到预定数值后，前端的压迫环扩张，使土体对所述机械设备的前端产生约束力；
29、s26: 后端的压迫环缩回，利用前端的约束力，所述伸缩装置收缩，拖拽所述机械设备的后端前进；
30、s27: 重复执行步骤s21-s26，使所述机械设备完成曲线行进。
31、本专利技术提供了一种用于地下密实岩土行进和作业的机械设备，相对于现有技术，具有以下有益效果：
32、（1）本专利技术提供的机械设备通过相互伸缩仿生模拟蚯蚓在土体中蠕动的方式自行式行进，不需要地面大开挖与大型地下通道，以“微创”的方式在密实岩土中按照预定路线高精度、灵活方便的到达指定位置，提高了设备行进的效率，可大大降低地下勘察、探测、作业等技术难度及成本。
33、（2）本专利技术提供的机械设备可以根据设备集成装置类型的不同，可进行运载、勘察、可视化探测等作业。同时，该设备亦可装载机器人手臂，开展地下设施检修、维修、故障处理等作业，也可通过更换装载的机器人手臂类型，进行岩土工程处理，如障碍物处理、岩土改良等。
34、（3）本专利技术提供的机械设备对设备作业的配套场地需求低，相较于传统的顶管、盾构等做作业场地减少2/3；同时设备的制造成本低，整个设备相较于顶管、盾构地下工程掘进装备复杂程度大为降低；另外，该设备可配置为敞开型或密闭型，能适应各种复杂的地质条件。
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1.一种用于地下密实岩土行进和作业的机械设备，所述机械设备包括：
2.根据权利要求1所述的机械设备，其特征在于：所述机械设备为中空腔体式的环形机械设备。
3.根据权利要求2所述的机械设备，其特征在于：所述钢环节的断面形式为圆形、椭圆形、多边形或类矩形。
4.根据权利要求3所述的机械设备，其特征在于：所述机械设备根据作业需求可配置为敞开型的机械设备或密闭型的机械设备。
5.根据权利要求4所述的机械设备，其特征在于：所述密闭型的机械设备被配置为在所述钢环节的铰接部位采用环形弹性与囊袋联合密封的方式密封；所述弹性与囊袋联合密封绕横断面整圈布置，其膨胀数值根据周边地层的地质情况与所述机械设备的姿态进行动态调整。
6.根据权利要求4所述的机械设备，其特征在于：所述敞开型的机械设备被配置为钢结构框架，所述钢结构框架移除了壳体。
7.根据权利要求1-6所述的机械设备，其特征在于：所述伸缩装置的数量不少于4处，所述伸缩装置为液压或螺纹滚轴杠。
8.根据权利要求1-6所述的机械设备，其特征在于：所述机械设备用于通过
9.根据权利要求1-6所述的机械设备，其特征在于：所述机械设备集成了机器人手臂或作业装置，可根据作业需求，更换外挂设备类型。
10.一种应用权利要求1所述的机械设备的行进方法，所述行进包括直线行进和曲线行进，当所述机械设备直线行进时，执行如下方法步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于地下密实岩土行进和作业的机械设备，所述机械设备包括：
2.根据权利要求1所述的机械设备，其特征在于：所述机械设备为中空腔体式的环形机械设备。
3.根据权利要求2所述的机械设备，其特征在于：所述钢环节的断面形式为圆形、椭圆形、多边形或类矩形。
4.根据权利要求3所述的机械设备，其特征在于：所述机械设备根据作业需求可配置为敞开型的机械设备或密闭型的机械设备。
5.根据权利要求4所述的机械设备，其特征在于：所述密闭型的机械设备被配置为在所述钢环节的铰接部位采用环形弹性与囊袋联合密封的方式密封；所述弹性与囊袋联合密封绕横断面整圈布置，其膨胀数值根据周边地层的地质情况与所述机械设备的姿态进行动态调整。
6.根据权利要求4所述的机械设备，...
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