一种TBM清渣系统及其清渣机构的制作方法

一种tbm清渣系统及其清渣机构
技术领域
1.本实用新型属于积渣清理技术领域，具体涉及一种tbm清渣系统及其清渣机构。


背景技术：

2.敞开式tbm施工过程中，由于施工洞底部的刀盘刮渣不彻底和围岩破碎地带洞壁容易掉落渣石，使隧洞底部容易出现积渣，妨碍设备桥前端仰拱块或轨排的铺设和tbm的正常掘进，而采用传统人力和运输小车的清渣方式费时费力、效率低下，且清渣作业环境恶劣，影响正常的施工进度。
3.为此，申请公布号为cn111350516a的中国发明专利申请公开了一种tbm及其连续清渣装置，其包括清渣机构和输送机构，其中的清渣机构包括使用时固定在设备桥桥架上的前后延伸的行走轨道（即该专利中的导轨），在行走轨道上滑动装配有抓斗，抓斗能够抓取隧洞内的积渣，并将抓取的积渣落在输送机构上，从而将积渣输送至外部。
4.现有技术的清渣机构能够实现自动抓取积渣，但是其存在的问题在于，抓斗仅能前后移动，受限于导轨的形状、位置，导致其抓取的范围有限，在实际使用时还需要人工配合来进行清理隧洞底部的积渣，费时费力，未能完全实现机械化。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种tbm清渣系统的清渣机构，以解决现有技术的清渣机构清渣范围有限、需要人工配合而导致的费时费力的技术问题；还提供一种使用该清渣机构的tbm清渣系统，以解决上述技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型所提供的tbm清渣系统的清渣机构的技术方案是：一种tbm清渣系统的清渣机构，包括前后延伸的行走轨道，行走轨道用于固定在设备桥桥架上；所述行走轨道上沿前后方向移动设置有行走小车，清渣机构还包括用于驱动行走小车往复行走的行走驱动装置；行走小车上绕上下延伸的轴线转动装配有旋转装置；旋转装置上绕水平轴线铰接有摆臂组件，摆臂组件包括铰接装配在一起的至少两级节臂，第一级节臂与旋转装置之间，以及摆臂组件中各相邻节臂之间均设有摆臂油缸，各摆臂油缸用于驱动摆臂组件上下摆动；摆臂组件中最后一级节臂上导向移动装配有伸缩臂，清渣机构还包括用于驱动伸缩臂相对于摆臂组件伸缩运动的伸缩油缸；伸缩臂上铰接有挖斗，清渣机构还包括用于驱动挖斗摆动以挖取积渣的挖斗油缸。
7.有益效果：清渣机构具有行走、旋转、摆动、伸缩和摆斗（挖斗摆动）五个动作，动作范围大、挖取灵活，相比现有技术中仅可前后移动的抓斗而言，覆盖的范围更大，且能够根据积渣的位置来调整挖斗的挖取角度，能够将隧洞底部的积渣均挖取出来，不需要人工配合，效率高且劳动强度较低。摆臂组件包括至少两级节臂，并配备各多个摆臂油缸，摆动幅度更大，挖斗所能覆盖的摆动范围更大。
8.优选地，行走轨道包括轨道梁以及设于轨道梁上的齿条；
9.所述行走驱动装置设于所述行走小车上，行走驱动装置包括齿轮，齿轮与所述齿
条啮合，以驱动行走小车往复移动。通过齿轮、齿条的配合来驱动行走小车移动，结构简单。
10.优选地，所述旋转装置包括中央回转接头，所述摆臂组件中第一级节臂铰接于中央回转接头上。通过中央回转接头来进行传动，防止底部的摆臂组件在旋转过程中液压油管发生缠绕的现象。
11.优选地，所述旋转装置及第一级节臂上均固设有座板，第一级节臂铰接于旋转装置的座板上，两座板之间铰接有所述摆臂油缸。
12.优选地，所述伸缩臂插入所述摆臂组件的最后一级节臂中；
13.所述伸缩臂上固设有耳板，所述伸缩油缸的一端设于耳板上，最后一级节臂上设有供耳板穿过的长槽。节臂上设置长槽供耳板穿过，能够加大伸缩臂的伸缩范围。
14.优选地，清渣机构还包括弯臂组件，所述弯臂组件的一端铰接于伸缩臂上，另一端铰接于挖斗上，所述挖斗油缸铰接于所述伸缩臂上。设置弯臂组件之后，挖斗油缸通过弯臂组件驱动挖斗摆动，增加挖斗的摆动幅度。
15.优选地，所述弯臂组件包括与伸缩臂铰接的第一弯臂，还包括与挖斗铰接的第二弯臂，两弯臂均与挖斗油缸铰接。弯臂组件包括第一弯臂和第二弯臂，能够防止弯臂组件与挖斗的摆动相互干涉。
16.本实用新型tbm清渣系统的技术方案是：一种tbm清渣系统，包括清渣机构及输送机构，清渣机构前后延伸的行走轨道，行走轨道用于固定在设备桥桥架上；所述行走轨道上沿前后方向移动设置有行走小车，清渣机构还包括用于驱动行走小车往复行走的行走驱动装置；行走小车上绕上下延伸的轴线转动装配有旋转装置；旋转装置上绕水平轴线铰接有摆臂组件，摆臂组件包括铰接装配在一起的至少两级节臂，第一级节臂与旋转装置之间，以及摆臂组件中各相邻节臂之间均设有摆臂油缸，各摆臂油缸用于驱动摆臂组件上下摆动；摆臂组件中最后一级节臂上导向移动装配有伸缩臂，清渣机构还包括用于驱动伸缩臂相对于摆臂组件伸缩运动的伸缩油缸；伸缩臂上铰接有挖斗，清渣机构还包括用于驱动挖斗摆动以挖取积渣的挖斗油缸。
17.有益效果：清渣机构具有行走、旋转、摆动、伸缩和摆斗（挖斗摆动）五个动作，动作范围大、挖取灵活，相比现有技术中仅可前后移动的抓斗而言，覆盖的范围更大，且能够根据积渣的位置来调整挖斗的挖取角度，能够将隧洞底部的积渣均挖取出来，不需要人工配合，效率高且劳动强度较低。摆臂组件包括至少两级节臂，并配备各多个摆臂油缸，摆动幅度更大，挖斗所能覆盖的摆动范围更大。
18.优选地，行走轨道包括轨道梁以及设于轨道梁上的齿条；
19.所述行走驱动装置设于所述行走小车上，行走驱动装置包括齿轮，齿轮与所述齿条啮合，以驱动行走小车往复移动。通过齿轮、齿条的配合来驱动行走小车移动，结构简单。
20.优选地，所述旋转装置包括中央回转接头，所述摆臂组件中第一级节臂铰接于中央回转接头上。通过中央回转接头来进行传动，防止底部的摆臂组件在旋转过程中液压油管发生缠绕的现象。
21.优选地，所述旋转装置及第一级节臂上均固设有座板，第一级节臂铰接于旋转装置的座板上，两座板之间铰接有所述摆臂油缸。
22.优选地，所述伸缩臂插入所述摆臂组件的最后一级节臂中；
23.所述伸缩臂上固设有耳板，所述伸缩油缸的一端设于耳板上，最后一级节臂上设
有供耳板穿过的长槽。节臂上设置长槽供耳板穿过，能够加大伸缩臂的伸缩范围。
24.优选地，清渣机构还包括弯臂组件，所述弯臂组件的一端铰接于伸缩臂上，另一端铰接于挖斗上，所述挖斗油缸铰接于所述伸缩臂上。设置弯臂组件之后，挖斗油缸通过弯臂组件驱动挖斗摆动，增加挖斗的摆动幅度。
25.优选地，所述弯臂组件包括与伸缩臂铰接的第一弯臂，还包括与挖斗铰接的第二弯臂，两弯臂均与挖斗油缸铰接。弯臂组件包括第一弯臂和第二弯臂，能够防止弯臂组件与挖斗的摆动相互干涉。
26.优选地，所述输送机构包括清渣皮带机，清渣皮带机包括下接料段和爬坡段，下接料段用于接收挖斗的积渣，下接料段与爬坡段之间铰接相连，以使得下接料段可上下摆动调整。下接料段能够上下调整，以改变与隧洞底部之间的距离，满足清渣机构的倾倒需求。
27.优选地，所述输送机构包括清渣皮带机和连续皮带机，所述清渣皮带机的末端设有用于将积渣输送至连续皮带机上的下料斗。
附图说明
28.图1为本实用新型所提供的tbm清渣系统实施例的结构示意图；
29.图2为图1中清渣机构的结构示意图；
30.图3为图1为清渣机构不同状态的示意图；
31.图4为图1中清渣皮带机的结构示意图；
32.图5为本实用新型所提供的tbm清渣系统实施例中挖斗清渣时的视图；
33.图6为本实用新型所提供的tbm清渣系统实施例中挖斗将积渣输送至清渣皮带机上的视图；
34.图7为本实用新型所提供的tbm清渣系统实施例中清渣皮带机将积渣输送至连续皮带机上的视图；
35.附图标记说明：
36.100、设备桥桥架；200、清渣机构；201、行走轨道；202、轨道梁；203、齿条；204、行走小车；205、行走驱动装置；206、旋转装置；207、座板；208、大臂；209、铰轴；210、一级油缸；211、小臂；212、二级油缸；213、伸缩臂；214、伸缩油缸；215、挖斗；216、第一弯臂；217、第二弯臂；218、挖斗油缸；300、清渣皮带机；301、可调支腿；302、下接料段；303、铰接轴；304、爬坡段；305、固定支座；306、下料斗；400、连续皮带机。
具体实施方式
37.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于
本实用新型保护的范围。
39.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
40.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
43.本实用新型所提供的tbm清渣系统的具体实施例：
44.如图1至图7所示，tbm清渣系统包括前后依次布置的清渣机构200、清渣皮带机300和连续皮带机400，清渣机构200挖取隧洞底部的积渣并将积渣从隧洞底部转移到清渣皮带机300上，再通过清渣皮带机300将积渣运至连续皮带机400上，最终将积渣运至洞外，从而实现隧洞底部积渣完全机械化且快速高效的清理工作。其中，连续皮带机400为tbm自带的皮带机，不仅用来输送隧洞底部的积渣，还用来输送刀盘处切削下来的碎石。
45.清渣机构200的结构如图 1、图2和图3所示，清渣机构200位于设备桥桥架100前端右侧底部，包括前后延伸的行走轨道201，行走轨道201包括轨道梁202和固定在轨道梁202底部的齿条203，其中，轨道梁202和齿条203均是前后延伸，轨道梁202固定在设备桥桥架100上。清渣机构200还包括行走小车204，行走小车204包括车架和车轮，车轮支撑在轨道梁202上，行走小车204上安装有行走驱动装置205，行走驱动装置205包括液压马达和齿轮，液压马达驱动齿轮进行转动，齿轮与齿条203相互啮合，液压马达带动齿轮转动时能够通过齿轮、齿条203的配合实现行走小车204的前后行走。
46.清渣机构200还包括安装在行走小车204上的旋转装置206，旋转装置206包括回转式减速机和中央回转接头，中央回转接头为现有技术，通常包括外壳和转轴，回转式减速机带动转轴进行转动，而外壳和转轴上均有油口，能够实现转动和油路连通，防止出现液压油管缠绕的情况。清渣机构200还包括举升装置，此处的举升装置包括大臂208，大臂208通过座板207安装在中央回转接头上，具体地，座板207固定安装在中央回转接头上，而大臂208通过铰轴209铰接在座板207上，在大臂208上也固定有座板207，两座板207之间铰接有一级油缸210，通过一级油缸210的伸缩能够控制大臂208上下摆动。举升装置还包括小臂211，小臂211通过铰轴209铰接在大臂208上，在小臂211和大臂208之间铰接有二级油缸212，通过
二级油缸212的伸缩能够控制小臂211相对于大臂208上下摆动。在小臂211的内部导向装配有伸缩臂213，伸缩臂213的下端伸出小臂211，伸缩臂213与小臂211之间铰接有伸缩油缸214，通过伸缩油缸214能够带动伸缩臂213进行伸缩动作。具体地，伸缩臂213插入小臂211中，在伸缩臂213上固定有耳板（图中未标记），在小臂211上对应地开设有长槽，耳板由长槽中穿出，并且耳板可以在长槽内滑动，伸缩油缸214的一端铰接在耳板上。
47.在伸缩臂213的端部通过铰轴209铰接有挖斗215，清渣机构200还包括能够驱动挖斗215摆动以实现挖取和倾倒的挖斗油缸218，挖斗油缸218铰接在挖斗215上，通过挖斗油缸218的伸缩能够驱动挖斗215摆动。本实施例中，挖斗油缸218间接地与挖斗215相连，具体地，在伸缩臂213上铰接有第一弯臂216，第一弯臂216与伸缩臂213的铰接点位于挖斗215上方，在挖斗215上铰接有第二弯臂217，第一弯臂216、第二弯臂217和挖斗油缸218一起通过铰轴209铰接在一起，使用时，挖斗油缸218伸缩时带动第一弯臂216、第二弯臂217摆动进而带动挖斗215进行摆动。
48.使用时，清渣机构200具有五个执行动作，即行走、旋转、摆动、伸缩和摆斗，具有运动范围大、挖取灵活的特点，覆盖面积较广，挖斗角度可控，能够实现全机械化挖取，仅需通过遥控器操作清渣机构200进行清渣，不需要人力进行清渣作业。本实施例中，清渣机构200中的各动作通过油管或电缆，从泵站总成中获得动力，通过遥控器集中控制。
49.清渣皮带机300的结构如图1和图4所示，清渣皮带机300包括下接料段302、爬坡段304，下接料段302和爬坡段304之间通过铰接轴303相连，使得下接料段302和爬坡段304之间可以相对摆动。下接料段302位于设备桥桥架100前端左侧下部，可接收由清渣机构200输送的渣石，下接料段302通过可调支腿301连接在设备桥桥架100的下方，此处的可调支腿301包括手拉葫芦和链条，能够调节下接料段302距离隧洞底部的高度。爬坡段304通过固定支座305连接在设备桥桥架100上，能够将下接料段302输送的渣石运至下料斗306处。清渣皮带机300的动力由电机、减速机和驱动滚筒等组成的驱动装置提供，通过摩擦力传递给输送带。下料斗306安装于设备桥桥架100上，可将爬坡段304输送的渣石转运到位于下料斗306下方的连续皮带机400上。
50.连续皮带机400固定在设备桥桥架100中间，接收清渣皮带机300的渣石，并将渣石输送至洞外，最终完成隧洞底部积渣的清理。
51.使用时，如图5至图7所示，清渣机构200先挖取积渣，然后再输送到清渣皮带机300上，最后经连续皮带机400送出。
52.本实施例中，清渣皮带机300和连续皮带机400一起形成输送机构；第一弯臂216和第二弯臂217一起形成了弯臂组件；大臂208、小臂211一起形成摆臂组件，大臂208和小臂211均为摆臂组件的节臂，其中，大臂208为第一级节臂，小臂211为最后一级节臂，而一级油缸210、二级油缸212则均形成摆臂油缸，一级油缸210布置在摆臂组件与旋转装置之间，二级油缸212布置在摆臂组件中各相邻节臂之间。
53.其他实施例中，节臂的数量可以根据实际情况进行增加，比如有三级或四级等，对应地，摆臂油缸也进行增加。
54.本实施例中，清渣皮带机中的下接料段和爬坡段铰接在一起，使得下接料段能够上下摆动调整，其他实施例中，下接料段与爬坡段之间的角度相对固定，两者固定装配在一起。
55.本实施例中，弯臂组件包括第一弯臂和第二弯臂，在使用时，第一弯臂和第二弯臂均可以单独进行摆动，其他实施例中，弯臂组件可以为整体式的结构，此时需要计算弯臂组件的长度、倾斜方向、弧度等，以防止弯臂组件对挖斗的摆动造成干涉。其他实施例中，将弯臂组件取消，挖斗油缸直接与挖斗铰接。
56.本实施例中，伸缩臂插入摆臂中，在摆臂上设置长槽，在伸缩臂上设置耳板，其他实施例中，伸缩臂套装在摆臂的外部，此时伸缩油缸可以直接铰接在伸缩臂上。
57.本实施例中，旋转装置、大臂上均有座板，其他实施例中，将座板取消，一级油缸直接与旋转装置、大臂相连。
58.本实施例中，摆臂包括大臂和小臂，摆臂油缸包括一级油缸和二级油缸，其他实施例中，摆臂中节臂的数量可以进行增减，对应的摆臂油缸中的油缸的数量也对应进行改变。
59.本实施例中，行走轨道包括齿条，行走驱动装置包括齿轮，其他实施例中，行走轨道仅包括轨道梁，此时的行走驱动装置包括设置在轨道梁上的液压缸，液压缸推动行走小车进行往复移动。
60.本实用新型tbm清渣系统的清渣机构的具体实施例：
61.清渣机构与上述tbm清渣系统中各清渣机构相同，在此不再赘述。
62.最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种tbm清渣系统的清渣机构，包括前后延伸的行走轨道（201），行走轨道（201）用于固定在设备桥桥架（100）上；其特征在于：所述行走轨道（201）上沿前后方向移动设置有行走小车（204），清渣机构还包括用于驱动行走小车（204）往复行走的行走驱动装置（205）；行走小车（204）上绕上下延伸的轴线转动装配有旋转装置（206）；旋转装置（206）上绕水平轴线铰接有摆臂组件，摆臂组件包括铰接装配在一起的至少两级节臂，第一级节臂与旋转装置（206）之间，以及摆臂组件中各相邻节臂之间均设有摆臂油缸，各摆臂油缸用于驱动摆臂组件上下摆动；摆臂组件中最后一级节臂上导向移动装配有伸缩臂（213），清渣机构还包括用于驱动伸缩臂（213）相对于摆臂组件伸缩运动的伸缩油缸（214）；伸缩臂（213）上铰接有挖斗（215），清渣机构还包括用于驱动挖斗（215）摆动以挖取积渣的挖斗油缸（218）。2.根据权利要求1所述的tbm清渣系统的清渣机构，其特征在于：行走轨道（201）包括轨道梁（202）以及设于轨道梁（202）上的齿条（203）；所述行走驱动装置（205）设于所述行走小车（204）上，行走驱动装置（205）包括齿轮，齿轮与所述齿条（203）啮合，以驱动行走小车（204）往复移动。3.根据权利要求1所述的tbm清渣系统的清渣机构，其特征在于：所述旋转装置（206）包括中央回转接头，所述摆臂组件中第一级节臂铰接于中央回转接头上。4.根据权利要求1或2或3所述的tbm清渣系统的清渣机构，其特征在于：所述旋转装置（206）及第一级节臂上均固设有座板（207），第一级节臂铰接于旋转装置（206）的座板（207）上，两座板（207）之间铰接有所述摆臂油缸。5.根据权利要求1或2或3所述的tbm清渣系统的清渣机构，其特征在于：所述伸缩臂（213）插入所述摆臂组件的最后一级节臂中；所述伸缩臂（213）上固设有耳板，所述伸缩油缸（214）的一端设于耳板上，最后一级节臂上设有供耳板穿过的长槽。6.根据权利要求1或2或3所述的tbm清渣系统的清渣机构，其特征在于：清渣机构还包括弯臂组件，所述弯臂组件的一端铰接于伸缩臂（213）上，另一端铰接于挖斗（215）上，所述挖斗油缸（218）铰接于所述伸缩臂（213）上。7.根据权利要求6所述的tbm清渣系统的清渣机构，其特征在于：所述弯臂组件包括与伸缩臂（213）铰接的第一弯臂（216），还包括与挖斗（215）铰接的第二弯臂（217），两弯臂均与挖斗油缸（218）铰接。8.一种tbm清渣系统，包括：清渣机构（200）及输送机构，其特征在于：所述清渣机构（200）为权利要求1-7中任意一项所述的清渣机构（200）。9.根据权利要求8所述的tbm清渣系统，其特征在于：所述输送机构包括清渣皮带机（300），清渣皮带机（300）包括下接料段（302）和爬坡段（304），下接料段（302）用于接收挖斗（215）的积渣，下接料段（302）与爬坡段（304）之间铰接相连，以使得下接料段（302）可上下摆动调整。10.根据权利要求8所述的tbm清渣系统，其特征在于：所述输送机构包括清渣皮带机（300）和连续皮带机（400），所述清渣皮带机（300）的末端设有用于将积渣输送至连续皮带机（400）上的下料斗（306）。

技术总结
本实用新型属于积渣清理技术领域，具体涉及一种TBM清渣系统及其清渣机构，清渣机构包括行走轨道，行走轨道前后延伸，用于固定在设备桥桥架上；清渣机构还包括行走小车及行走驱动装置，行走小车沿前后方向移动设置在行走轨道上，行走驱动装置用于驱动行走小车往复行走；行走小车上绕上下延伸方向的轴线转动装配有旋转装置，旋转装置上绕水平轴线铰接有摆臂组件，摆臂组件包括铰接装配在一起的至少两级节臂，摆臂组件中最后一级节臂上导向移动装配有伸缩臂，伸缩臂上铰接有挖斗。清渣机构具有行走、旋转、摆动、伸缩和摆斗（挖斗摆动）五个动作，动作范围大、挖取灵活。挖取灵活。挖取灵活。


技术研发人员：王恩光 毛晴松 张挺宇 崔明明 李传涛 僧雄飞 王露露
受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/3/8