[发明专利]一种硬岩隧道掘进机隧道底部积渣清理装置及其方法

说明书

本发明公开了一种硬岩隧道掘进机隧道底部积渣清理装置及其方法。该装置包括滑轨、机械臂、末端执行器、滑轨、主梁、滑轨油缸。机械臂通过水平滑轨悬挂在主梁上，滑轨油缸一端铰接于主梁上，一端和机械臂底座铰接，可驱动机械臂沿隧道掘进方向平移，底座回转油缸可驱动整个机械臂回转动作，肩关节俯仰摆动油缸驱动大臂回转，肘关节俯仰油缸驱动小臂回转，腕关节俯仰油缸驱动末端执行器回转，末端执行器驱动摆动油缸用来控制末端执行器的开合动作。末端执行器通过开合动作可覆盖绝大部分工况，对不同粒径的积渣进行清理；该装置可替代人工操作，实现隧道底部积渣的高效率自动清理。

技术领域

本发明涉及积渣清理装置，尤其是涉及一种硬岩隧道掘进机隧道底部积渣清理装置及其方法。

技术背景

全断面硬岩隧道掘进机(Hard Rock-Tunnel Boring Machine,简称TBM)是一种针对硬岩地层掘进的大型隧道施工机械，是通过电力或液力驱动刀盘旋转，在推进系统作用下刀盘顶紧岩石层，通过刀盘上的刀具开挖岩石断面，从而形成完整隧道断面的一种新型施工机械。

TBM掘进过程中，渣料形态成块状、片状或粉状，且常常伴有岩爆、顶部坍塌掉块现象，导致主梁下部积渣严重，若渣土石块清理速度跟不上，则导致仰拱块、轨道铺设不及时而制约施工进度，及时有效的钢拱架拼装支护是确保开挖隧道的安全与质量的关键，在进行支护作业前需要对隧道底部掉落的积渣进行清理，因此高效的积渣清理是后续工作顺利开展的保障。目前，对于隧道底部积渣的识别和清理仍然采用人工作业的方式，存在着工人工作量大、效率低、风险高等问题，制约着TBM的施工效率、施工质量与安全。

在TBM特殊的掘进环境下，常规采用小型的挖掘机实现积渣清理作业，但对工作空间和操作人员的技能要求较高，仅适用于大直径隧道施工环境；真空清渣系统仅能清除粒径小于60mm的积渣；喷混桥侧边翻渣机构和刀盘出渣机构需要人工运渣。

经过对现有技术的文献检索发现，目前还没有一种适用于硬岩隧道掘进机底部积渣清理，并且完全替代人工操作的装置。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提出一种硬岩隧道掘进机隧道底部积渣清理装置，机械臂通过水平滑轨悬挂在主梁上，滑轨油缸一端铰接于主梁上，一端和机械臂底座铰接，可驱动机械臂沿隧道掘进方向平移，底座回转油缸可驱动整个机械臂回转动作，肩关节俯仰摆动油缸驱动大臂回转，肘关节俯仰油缸驱动小臂回转，腕关节俯仰油缸驱动末端执行器回转，末端执行器驱动摆动油缸用来控制末端执行器的开合动作，通过大臂、小臂和执行器末端的配合动作实现隧道底部积渣的转运和清理。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种硬岩隧道掘进机隧道底部积渣清理装置，其特征在于：包括末端执行器、机械臂、滑轨油缸、滑轨、滑块、主梁，机械臂包括大臂、肘关节俯仰油缸、底座回转摆动油缸、机械臂底座、肩关节俯仰摆动油缸、连杆、摇杆、小臂、腕关节俯仰油缸和末端执行器；

其中，主梁位于隧道上部正中央，滑轨焊接于主梁底部，滑轨的安装方向和隧道底部的轴向一致，定义为隧道掘进方向，滑块焊接于机械臂底座上，机械臂通过滑块悬挂在滑轨上，滑轨油缸缸筒一端铰接于主梁上，滑轨油缸的活塞杆一端与机械臂底座铰接，通过滑轨油缸活塞杆的伸缩实现机械臂在隧道掘进方向上的平移；