用于全断面掘进机的盾体及全断面掘进机的制作方法

1.本发明涉及土层或岩层掘进设备领域，特别是涉及到了一种用于全断面掘进机的盾体及全断面掘进机。

背景技术：

2.全断面掘进机的构成部分主要有盾体、刀盘、主驱动及掘进加载装置。其中盾体包括盾壳，盾壳的横截面形状与要开挖的隧道的横截面形状一致，在掘进过程中起到临时支护的作用，对设备及人员的安全有着十分重要的意义。主驱动安装在盾体中，刀盘安装在主驱动上，位于盾体前端处，可在主驱动的作用下旋转，其开挖面轮廓略大于盾壳的横截面轮廓，掘进加载装置用于提供掘进过程行进所需的载荷。
3.在全断面掘进机掘进的过程中，盾壳的外壁面不可避免地会与刀盘已开挖的隧道壁之间接触，由此产生摩擦阻力，这直接影响着掘进加载装置的功耗，摩擦阻力越大，则掘进加载装置的功耗越大，无用功就越多。在一些硬岩地质场合，甚至会出现由于摩擦阻力过大而导致的盾体卡死现象。
4.基于上述问题，申请公布号为cn110397442a、申请公布日为2019年11月1日的中国发明专利申请公开了一种盾构机的同步减阻方法和系统。其中所述方法是在盾构机掘进时，同步向盾构机的盾体与掘进所形成的洞壁之间的间隙中注入润滑填充材料(例如膨润土)，实施上述方法需要配置包含了注入机构、阀组以及控制机构的减阻系统，不仅成本较高，而且结构复杂。
5.另外，授权公告号为cn109989758b、授权公告日为2020年8月11日的中国发明专利公开了一种用于矩形隧道薄覆土防背土减阻措施，该措施同样是采用向盾体与洞壁之间注浆的方式来减小盾体与洞壁之间的摩擦，与上述盾构机的同步减阻方法相比，仅仅是注浆的方式不同(该专利是通过在地面打孔注浆，工艺更加复杂)，同样存在着成本高、结构复杂的问题。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于全断面掘进机的盾体，以解决全断面掘进机盾体减阻成本高、结构复杂的问题。
7.同时，本发明的目的还在于提供使用了上述盾体的全断面掘进机。
8.为了解决上述问题，本发明的用于全断面掘进机的盾体采用以下技术方案：用于全断面掘进机的盾体，包括盾壳，所述盾壳上至少在部分位置处设有滚动体安装座，所述滚动体安装座具有与盾壳内腔隔开的滚动体安装腔，所述滚动体安装腔内安装有用于在盾体前后移动时与隧道洞壁滚动配合的滚动体，所述滚动体凸出于所述盾壳的外壁面，凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘在相应位置处的开挖范围。
9.有益效果：本发明颠覆了现有技术中盾体减阻所采用的加润滑剂的思路，首次提出在盾体的盾壳上通过滚动体安装座设置滚动体，将原有的滑动摩擦转化为滚动摩擦，与
加润滑剂的方案相比，本发明中的滚动体直接布置，无需润滑剂加注系统，运行无需额外动力源，成本将大大降低，结构得到了很大简化，滚动体安装腔与盾壳内腔隔离，滚动体的凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘在相应位置处的开挖范围，因此布置滚动体也不会影响盾体的正常工作。综上所述，本发明的盾体通过在盾壳上布置滚动体来达到减阻目的，解决了全断面掘进机盾体减阻成本高、结构复杂的问题。
10.更进一步地，所述盾壳至少于前部和后部沿周向布置有所述滚动体。盾体工作时，由于转向等操作，盾壳前端和后端为最容易与隧道洞壁产生压紧力的部位，在盾壳前部和后部沿周向布置有所述滚动体后，将可以很大程度上减小盾壳移动时的摩擦阻力。
11.更进一步地，在所述盾壳的前后方向上的中部设有所述滚动体。在盾壳前后方向上的中部设置滚动体，将能够与盾壳前、后部的滚动体配合，实现对盾壳的主要部位的全支撑，进一步保证减阻效果。
12.更进一步地，至少在盾壳的左、右两侧处设有所述滚动体。盾体左、右两侧处的滚动体可在盾体左右转向时与隧道洞壁的相应位置配合，起到减阻作用。
13.更进一步地，至少在盾壳的顶、底处设有所述滚动体。盾体顶、底处的滚动体可在盾体上下转向时与隧道洞壁的相应位置配合，起到减阻作用。
14.更进一步地，所述滚动体安装座凹入至所述盾壳。安装座凹入所述盾壳后，将不会影响盾壳原有的外轮廓形状，降低对盾壳原有结构的影响。
15.更进一步地，所述滚动体安装座包括用于与盾壳固定在一起的固定座和与所述固定座可拆连接的盖板，所述盖板将滚动体安装腔与盾壳内腔隔开，所述滚动体被安装在所述固定座与盖板之间。可拆盖板能够在维护滚动体时卸下，方便对滚动体的维护。
16.更进一步地，所述滚动体为滚轮或滚珠或履带机构或转辊。
17.更进一步地，所述滚动体与滚动体安装座之间设有位置调节结构，所述位置调节结构用于调节滚动体相对于盾壳的凸出高度。位置调节结构能够在盾壳发生卡死时调整滚动体的位置，使之缩入盾壳，从而实现解卡。
18.本发明的全断面掘进机采用以下技术方案：全断面掘进机，包括盾体和刀盘，所述盾体包括盾壳，所述盾壳上至少在部分位置处设有滚动体安装座，所述滚动体安装座具有与盾壳内腔隔开的滚动体安装腔，所述滚动体安装腔内安装有用于在盾体前后移动时与隧道洞壁滚动配合的滚动体，所述滚动体凸出于所述盾壳的外壁面，凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘在相应位置处的开挖范围。
19.有益效果：本发明颠覆了现有技术中盾体减阻所采用的加润滑剂的思路，首次提出在盾体的盾壳上通过滚动体安装座设置滚动体，将原有的滑动摩擦转化为滚动摩擦，与加润滑剂的方案相比，本发明中的滚动体直接布置，无需润滑剂加注系统，运行无需额外动力源，成本将大大降低，结构得到了很大简化，滚动体安装腔与盾壳内腔隔离，滚动体的凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘在相应位置处的开挖范围，因此布置滚动体也不会影响盾体的正常工作。综上所述，本发明的盾体通过在盾壳上布置滚动体来达到减阻目的，解决了全断面掘进机盾体减阻成本高、结构复杂的问题。
20.更进一步地，所述盾壳至少于前部和后部沿周向布置有所述滚动体。盾体工作时，由于转向等操作，盾壳前端和后端为最容易与隧道洞壁产生压紧力的部位，在盾壳前部和后部沿周向布置有所述滚动体后，将可以很大程度上减小盾壳移动时的摩擦阻力。
21.更进一步地，在所述盾壳的前后方向上的中部设有所述滚动体。在盾壳前后方向上的中部设置滚动体，将能够与盾壳前、后部的滚动体配合，实现对盾壳的主要部位的全支撑，进一步保证减阻效果。
22.更进一步地，至少在盾壳的左、右两侧处设有所述滚动体。盾体左、右两侧处的滚动体可在盾体左右转向时与隧道洞壁的相应位置配合，起到减阻作用。
23.更进一步地，至少在盾壳的顶、底处设有所述滚动体。盾体顶、底处的滚动体可在盾体上下转向时与隧道洞壁的相应位置配合，起到减阻作用。
24.更进一步地，所述滚动体安装座凹入至所述盾壳。安装座凹入所述盾壳后，将不会影响盾壳原有的外轮廓形状，降低对盾壳原有结构的影响。
25.更进一步地，所述滚动体安装座包括用于与盾壳固定在一起的固定座和与所述固定座可拆连接的盖板，所述盖板将滚动体安装腔与盾壳内腔隔开，所述滚动体被安装在所述固定座与盖板之间。可拆盖板能够在维护滚动体时卸下，方便对滚动体的维护。
26.更进一步地，所述滚动体为滚轮或滚珠或履带机构或转辊。
27.更进一步地，所述滚动体与滚动体安装座之间设有位置调节结构，所述位置调节结构用于调节滚动体相对于盾壳的凸出高度。位置调节结构能够在盾壳发生卡死时调整滚动体的位置，使之缩入盾壳，从而实现解卡。
附图说明
28.图1是本发明的用于全断面掘进机的盾体的实施例1的使用状态图，也是本发明的全断面掘进机的结构示意图；
29.图2是图1的a-a剖视图；
30.图3是滚动体及滚动体安装座的剖视图；
31.图4是图3的左视图。
32.图中：11、盾壳；12、滚动体；13、固定座；14、盖板；15、螺栓；16、刀盘。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，可能出现的术语如“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实际的关系或者顺序。而且，术语如“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
……”
等限定的要素，并不排除
在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
36.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
37.用于全断面掘进机的盾体的实施例1：
38.如图1-4所示，该用于全断面掘进机的盾体包括盾壳11，盾壳11的横截面形状与要开挖的隧道的横截面形状相同。在本实施例中，盾壳11的横截面为圆形，在其它实施例中，盾壳11的横截面形状还可以为马蹄形、矩形等形状，仅需根据工程实际需求设置即可，此处不予赘述。
39.盾壳11上沿周向布置有滚动体12，滚动体12沿盾壳11轴向，即前后方向布置有多圈，布置范围覆盖了盾壳11的上、下、左、右、前、后中部。滚动体12的结构及其安装结构如图2-4所示，在本实施例中，滚动体12采用的是转辊，通过滚动体安装座安装在盾壳11上。如图3、4所示，滚动体安装座包括固定座13和盖板14，在本实施例中，固定座13为矩形的框体，盖板14与固定座13之间通过螺栓15可拆地连接在一起，从而围成了滚动体安装腔，滚动体安装腔通过盖板14与盾壳内腔之间被隔开，从而可防止掘进过程中，外部的污水等杂质流入盾壳内腔。为了保证盖板14与固定座13之间的密封的可靠性，在本实施了中，盖板与固定座之间设置了密封垫。
40.转辊的两端分别设有轴颈，轴颈被夹在固定座13与盖板14之间，从而实现了对滚动体12的安装。滚动体12安装完成后，凸出于盾壳11的外壁面，同时凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘16在相应位置处的开挖范围，从而可在工作时与隧道洞壁之间形成滚动配合，减小隧道洞壁对盾壳11的摩擦阻力。当需要进行后期维护时，可通过在盾壳11内拆卸盖板14，完成对滚动体12的拆卸维护。
41.如图2所示，盾壳11上设置了与固定座对应的开口，固定座13的外端与所述开口的口沿固定(焊接或法兰连接均可)，从而使得滚动体安装座凹入至了所述盾壳11中。此结构使滚动体12的布置空间摆脱了盾壳11的外壁面与隧道洞壁之间的空间的限制，增大了滚动体12的布置空间，从而可适当增大滚动体12的尺寸，保证其强度。
42.该用于全断面掘进机的盾体在使用时，在掘进机掘进的过程中，可通过相应位置处的滚动体12与隧道洞壁接触，从而与隧道洞壁之间滚动配合，将原本盾壳11与隧道洞壁之间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大大减小掘进时的摩擦阻力，降低掘进所需的功耗。
43.用于全断面掘进机的盾体的实施例2：
44.在用于全断面掘进机的盾体的实施例1中，滚动体均是沿盾壳的周向成圈的布置，并且布置范围覆盖了盾壳的上、下、左、右、前、后中部。在实施例中，仅在盾壳与隧道洞壁接触压力最大的部位设置了滚动体，例如仅在盾壳的前、中、后部或者仅在盾壳的前部及后部设置了滚动体，其余部位的滚动体省略。
45.用于全断面掘进机的盾体的实施例3：
46.在用于全断面掘进机的盾体的实施例1中，滚动体均是沿盾壳的周向成圈的布置，并且布置范围覆盖了盾壳的上、下、左、右、前、后中部。在实施例中，仅在盾壳与隧道洞壁接触可能性最大的部位设置了滚动体，例如仅在盾壳的左、右侧和/或顶、底侧设置了滚动体，滚动体不再绕盾体的周向成圈布置。
47.用于全断面掘进机的盾体的实施例4：
48.在用于全断面掘进机的盾体的实施例1中，滚动体采用的是转辊。在本实施例中，
滚动体采用的是滚轮。在其它实施例中，滚动体还可以采用滚珠或者履带机构。
49.用于全断面掘进机的盾体的实施例5：
50.在用于全断面掘进机的盾体的实施例1中，滚动体的位置固定。在本实施例中，滚动体与滚动体安装座之间设有位置调节结构，位置调节结构用于调节滚动体相对于盾壳的凸出高度，具体可采用丝杠调节机构+轴座的结构形式等，通过位置调节结构可以在盾壳卡机时将滚动体调回至盾壳内，帮助盾壳脱困。
51.用于全断面掘进机的盾体的实施例6：
52.在用于全断面掘进机的盾体的实施例1中，滚动体与固定座和盖板之间直接采用滑动配合结构。在本实施例中，滚动体与固定座及盖板之间设有轴承，通过轴承配合。为了保证活动的平顺性，可配置润滑液加注结构。
53.全断面掘进机的实施例：
54.该全断面掘进机为硬岩掘进机，其包括刀盘及盾体，其中所述刀盘的结构为现有技术，盾体可采用本发明的盾体，此处不予赘述。

技术特征：

1.用于全断面掘进机的盾体，包括盾壳(11)，其特征在于，所述盾壳(11)上至少在部分位置处设有滚动体安装座，所述滚动体安装座具有与盾壳(11)内腔隔开的滚动体安装腔，所述滚动体安装腔内安装有用于在盾体前后移动时与隧道洞壁滚动配合的滚动体(12)，所述滚动体(12)凸出于所述盾壳(11)的外壁面，凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘(16)在相应位置处的开挖范围。2.根据权利要求1所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，所述盾壳(11)至少于前部和后部沿周向布置有所述滚动体(12)。3.根据权利要求2所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，在所述盾壳(11)的前后方向上的中部设有所述滚动体(12)。4.根据权利要求1所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，至少在盾壳(11)的左、右两侧处设有所述滚动体(12)。5.根据权利要求1所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，至少在盾壳(11)的顶、底处设有所述滚动体(12)。6.根据权利要求1-5任一项所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，所述滚动体安装座凹入至所述盾壳(11)。7.根据权利要求6所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，所述滚动体安装座包括用于与盾壳(11)固定在一起的固定座(13)和与所述固定座(13)可拆连接的盖板(14)，所述盖板(14)将滚动体安装腔与盾壳内腔隔开，所述滚动体(12)被安装在所述固定座(13)与盖板(14)之间。8.根据权利要求1-5任一项所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，所述滚动体(12)为滚轮或滚珠或履带机构或转辊。9.根据权利要求1-5任一项所述的用于全断面掘进机的盾体，其特征在于，所述滚动体(12)与滚动体安装座之间设有位置调节结构，所述位置调节结构用于调节滚动体相对于盾壳(11)的凸出高度。10.全断面掘进机，包括盾体和刀盘(16)，其特征在于，所述盾体为权利要求1-9任一项所述的用于全断面掘进机的盾体。

技术总结

本发明涉及土层或岩层掘进设备领域，特别是涉及到了一种用于全断面掘进机的盾体及全断面掘进机。用于全断面掘进机的盾体包括盾壳，盾壳上至少在部分位置处设有滚动体安装座，滚动体安装座具有与盾壳内腔隔开的滚动体安装腔，所述滚动体安装腔内安装有用于在盾体前后移动时与隧道洞壁滚动配合的滚动体，滚动体凸出于所述盾壳的外壁面，凸出高度小于或等于盾体所配套的刀盘在相应位置处的开挖范围。本发明颠覆了现有技术中盾体减阻所采用的加润滑剂的思路，首次提出在盾体的盾壳上通过滚动体安装座设置滚动体，将原有的滑动摩擦转化为滚动摩擦，通过在盾壳上布置滚动体来达到减阻目的，解决了全断面掘进机盾体减阻成本高、结构复杂的问题。结构复杂的问题。结构复杂的问题。