《一種開敞式全斷面岩石掘進機》是中鐵隧道裝備製造有限公司於2013年9月13日申請的專利，該專利公布號為CN103437775A，公布日為2013年12月11日，發明人是張寧川、寧向可、卓興建、趙華、賀飛。
《一種開敞式全斷面岩石掘進機》包括刀盤14、護盾15、驅動組件16、主梁17、推進油缸18和支撐靴及鞍架系統19，主梁17包括主梁一2、主梁二6、後支撐9和導軌7；主梁一2、主梁二6和後支撐9之間通過螺栓連線。該發明降低了主樑上部平面高度，擴大了主樑上部工作空間，並且在同等載荷情況下，該發明降低了主梁截面的應力，提高了主梁抵抗彎矩和轉矩的能力。
2018年，《一種開敞式全斷面岩石掘進機》獲得第一屆河南省專利獎特等獎。
（概述圖為《一種開敞式全斷面岩石掘進機》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種開敞式全斷面岩石掘進機
- 公布號：CN103437775A
- 公布日：2013年12月11日
- 申請號：201310419965X
- 申請人：中鐵隧道裝備製造有限公司
- 地址：河南省鄭州市經濟技術開發區航海東路1405號中信廣場4樓東區
- 發明人： 張寧川、寧向可、卓興建、趙華、賀飛
- 專利代理機構：北京東方匯眾智慧財產權代理事務所
- 代理人：白潔
- 申請日：2013年9月13日
- 分類號：E21D9/08(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
全斷面岩石隧道掘進機（TBM）是一種集機械、電子、液壓、雷射等技術於一體的大型隧道掘進裝備，在山嶺隧道及城市捷運的建設中發揮著重要作用。根據TBM的工作原理和結構形式，TBM包括護盾式TBM和開敞式TBM兩種，開敞式TBM也稱主梁式TBM。開敞式TBM主要由刀盤、護盾、驅動組件、主梁、推進及支撐靴系統和其他輔助系統等結構組成。主梁作為開敞式TBM的關鍵部件，其主要功能為傳遞刀盤旋轉開挖岩壁產生的轉矩和整機前進的推力，同時也為支撐靴系統前後移動提供導向和承受支撐靴系統的重力載荷，因此主梁的結構形式、強度和剛度直接決定了TBM整機的工作可靠性。根據主梁的受載狀態，主梁一般設計為鋼板焊接的箱形結構。根據支撐靴系統的結構布置位置，傳統的主梁主要包括兩種：一種為支撐靴系統和主梁沿垂直方向上下布置，兩者交叉但互不干涉；另一種為主梁從支撐靴系統的內部通過，支撐靴系統沿主梁外表面設定的導軌前後滑動。
2013年9月之前的技術中存在以下缺陷，第一種結構對隧道垂直方向的空間占用較大，而隧道垂直方向的空間正是工人的工作空間，因此這種結構不利於工人工作和物料輸送，對設備的工作效率影響較大；第二種結構雖然增大了工作空間，但由於主梁和支撐靴系統通過導軌連為一體，使得主梁沿水平和垂直方向無移動自由度，整機設備無法在掘進的過程中完成調向功能，且這種形式結構複雜，導軌磨損後整機振動較大。
發明內容
專利目的
該發明要解決的技術問題是提出一種開敞式全斷面岩石掘進機，能夠在滿足功能、強度和剛度的同時，為工人工作提供較大的工作和物料輸送空間，且結構簡單。
技術方案
《一種開敞式全斷面岩石掘進機》包括刀盤14、護盾15、驅動組件16、主梁17、推進油缸18和支撐靴及鞍架系統19，主梁17包括主梁一2、主梁二6、後支撐9和導軌7；主梁一2、主梁二6和後支撐9之間通過螺栓連線；主梁一2包括法蘭一1、箱形結構一12、入口4、推進油缸連線座3和法蘭二5；主梁二6包括法蘭二5、箱形結構二13、導軌7和法蘭三8；後支撐9包括法蘭三8、箱形結構三10和伸縮結構11；所述箱形結構二13中部設定有開口，在箱形結構二13的中部開口位置處，箱形結構二13分為上下兩個箱體；所述支撐靴及鞍架系統19從箱形結構二13的開口位置通過，並與主梁二6上安裝的導軌7相連，支撐靴及鞍架系統19沿導軌7具有一定行程的軸向運動位移；所述導軌7通過螺栓與箱形結構二13連線在一起；所述箱形結構三10和伸縮結構11通過油缸連線在一起，伸縮結構11能夠沿箱形結構三10的下端實現一定行程的運動位移。 所述法蘭一1、入口4、推進油缸連線座3和法蘭二5均與箱形結構一12焊接在一起。 所述箱形結構一12、箱形結構二13和箱形結構三10均是由預定厚度的鋼板拼焊而成。所述主梁二6的中部設定有開口位置，所述支撐靴及鞍架系統19從主梁二6的中部開口位置穿過。
改善效果
《一種開敞式全斷面岩石掘進機》通過設定的主梁一、主梁二、後支撐和導軌，使得支撐靴系統從主梁的中部通過，降低了主樑上部平面高度，擴大了主樑上部工作空間，並且在同等載荷情況下，該發明降低了主梁截面的應力，提高了主梁抵抗彎矩和轉矩的能力。
附圖說明
圖1是《一種開敞式全斷面岩石掘進機》的整體安裝結構示意圖；
圖2是圖1沿A-A線的剖視圖；
圖3是圖1沿B-B線的剖視圖；
圖4是該發明主梁的結構示意圖；
圖5是圖4的俯視結構示意圖；
圖6是圖4的E向結構示意圖；
圖7是圖4沿F-F線的剖視圖；
圖8是圖4沿C-C線的剖視圖；
圖9是圖4的D向結構示意圖。
權利要求
1.《一種開敞式全斷面岩石掘進機》包括刀盤（14）、護盾（15）、驅動組件（16）、主梁（17）、推進油缸（18）和支撐靴及鞍架系統（19），其特徵在於：主梁（17）包括主梁一（2）、主梁二（6）、後支撐（9）和導軌（7）；主梁一（2）、主梁二（6）和後支撐（9）之間通過螺栓連線；主梁一（2）包括法蘭一（1）、箱形結構一（12）、入口（4）、推進油缸連線座（3）和法蘭二（5）；主梁二（6）包括法蘭二（5）、箱形結構二（13）、導軌（7）和法蘭三（8）；後支撐（9）包括法蘭三（8）、箱形結構三（10）和伸縮結構（11）；所述箱形結構二（13）中部設定有開口，在箱形結構二（13）的中部開口位置處，箱形結構二（13）分為上下兩個箱體；所述支撐靴及鞍架系統（19）從箱形結構二（13）的開口位置通過，並與主梁二（6）上安裝的導軌（7）相連，支撐靴及鞍架系統（19）沿導軌（7）具有一定行程的軸向運動位移；所述導軌（7）通過螺栓與箱形結構二（13）連線在一起；所述箱形結構三（10）和伸縮結構（11）通過油缸連線在一起，伸縮結構（11）能夠沿箱形結構三（10）的下端實現一定行程的運動位移。
2.根據權利要求1所述的開敞式全斷面岩石掘進機，其特徵在於：所述法蘭一（1）、入口（4）、推進油缸連線座（3）和法蘭二（5）均與箱形結構一（12）焊接在一起。
3.根據權利要求1所述的開敞式全斷面岩石掘進機，其特徵在於：所述箱形結構一（12）、箱形結構二（13）和箱形結構三（10）均是由預定厚度的鋼板拼焊而成。
實施方式
如圖1所示，《一種開敞式全斷面岩石掘進機》包括刀盤14、護盾15、驅動組件16、主梁17、推進油缸18和支撐靴及鞍架系統19。主梁17包括主梁一2、主梁二6、後支撐9和導軌7；主梁一2、主梁二6和後支撐9之間通過螺栓連線；主梁一2包括法蘭一1、箱形結構一12、入口4、推進油缸連線座3和法蘭二5；主梁二6包括法蘭二5、箱形結構二13、導軌7和法蘭三8；後支撐9包括法蘭三8、箱形結構三10和伸縮結構11；箱形結構二13中部設定有開口，在箱形結構二13的中部開口位置處，箱形結構二13分為上下兩個箱體；支撐靴及鞍架系統19從箱形結構二13的開口位置通過，並與主梁二6上安裝的導軌7相連，支撐靴及鞍架系統19沿導軌7具有一定行程的軸向運動位移；導軌7通過螺栓與箱形結構二13連線在一起；箱形結構三10和伸縮結構11通過油缸連線在一起，伸縮結構11能夠沿箱形結構三10的下端實現一定行程的運動位移。法蘭一1、入口4、推進油缸連線座3和法蘭二5均與箱形結構一12焊接在一起。箱形結構一12、箱形結構二13和箱形結構三10均是由預定厚度的鋼板拼焊而成。主梁二6的中部設定有開口位置，支撐靴及鞍架系統19從主梁二6的中部開口位置穿過。
使用鋼板拼焊製作箱形結構一12、箱形結構二13和箱形結構三10，其中箱型結構—12如圖6和圖7剖面線所示，為一焊接而成的矩形截面梁，在該梁的左右兩側分別焊接推進油缸連線座3，上下兩側分別焊接入口4，最終形成一個兩端開口的箱型結構一12，箱型結構二13如圖3和圖8剖面線所示，為一焊接而成的矩形截面梁，在該梁的水平方向設定有矩形通道，在矩形通道的上下位置分別設定導軌7的安裝座，最終形成一個兩端開口的箱型結構二13，箱型結構三10如圖9和圖3右端所示，為一焊接而成的矩形截面梁，該截面梁為T形設計，T形的下部分為兩個相同截面的矩形結構，T形的上部兩端開口，下部尾端開口，該步驟完成，在箱形結構一12的兩端焊接法蘭一1和法蘭二5，完成主梁一2的製作；在箱形結構二13的兩端焊接法蘭二5和法蘭三8，完成主梁二6的製作；在箱形結構三10的左端焊接法蘭三8，並用油缸與伸縮結構11連線，完成後支撐9的製作；將主梁一2、主梁二6和後支撐9用高強度螺栓連線；將導軌7與主梁二6的預留位置用螺栓連線，由此完成了主梁17結構的組裝。
然後按照圖1，根據組裝工藝順序將支撐靴及鞍架系統19從主梁二6的中部開口位置通過，並與主梁二6上安裝的導軌7相連，安裝推進油缸，在推進油缸18的伸縮作用下，支撐靴及鞍架系統19沿主梁二6的導軌7，在主梁二6的開口空間內，實現軸向一定行程的運動。工作人員在主梁17的上部平面工作，該平面距離隧道開挖輪廓有較大的垂直高度，增大了工作人員的活動空間。
榮譽表彰
2018年，《一種開敞式全斷面岩石掘進機》獲得第一屆河南省專利獎特等獎。
