现代施工工程机械(第一篇)-第七章-隧道掘进机械课件.ppt
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1、 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械一、用途一、用途 道掘进技术是随着现代交通运输、地下工程、矿山开道掘进技术是随着现代交通运输、地下工程、矿山开采、水利工程、市政建设以及电气通讯设施的发展而发展采、水利工程、市政建设以及电气通讯设施的发展而发展起来的一种工程建设技术。起来的一种工程建设技术。 随着地下空间的开发,盾构技术已广泛地应用于软随着地下空间的开发,盾构技术已广泛地应用于软土层的地铁、隧道、市政管道等工程领域。土层的地铁、隧道、市政管道等工程领域。二、分类二、分类 目前,隧道掘进有三种方法:钻爆法、掘进机法和盾目前,隧道掘进有三种方法:钻爆法、
2、掘进机法和盾构法。隧道的掘进方法不同,所采用的设备各异。构法。隧道的掘进方法不同,所采用的设备各异。 第一节第一节 概概 述述第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械1、钻爆法、钻爆法 钻爆法先需在工作面上钻出炮眼,将炸药装入炮眼内进钻爆法先需在工作面上钻出炮眼,将炸药装入炮眼内进行爆破,然后用装载机械把爆碎后的岩块运走。钻爆法开挖行爆破,然后用装载机械把爆碎后的岩块运走。钻爆法开挖装药和爆破仍由人工操作为主。装药和爆破仍由人工操作为主。2、掘进法、掘进法 掘进法没有钻眼爆破工序,直接用掘进机的刀具破落岩掘进法没有钻眼爆破工序,直接用掘进机的刀具破落岩石形成所需形状的隧道,并同时将破落下来的岩块
3、运走,实石形成所需形状的隧道,并同时将破落下来的岩块运走,实现落、装、运一体化。当隧道长度与隧道断面直径比超过现落、装、运一体化。当隧道长度与隧道断面直径比超过600时,采用时,采用掘进法掘进法开凿隧道是经济的。开凿隧道是经济的。3、盾构法、盾构法 盾构法是一种集开挖、支护、衬砌等多种作业于一体的大盾构法是一种集开挖、支护、衬砌等多种作业于一体的大型隧道施工方法,也是现阶段世界上修建隧道最先进的施工型隧道施工方法,也是现阶段世界上修建隧道最先进的施工方法之一。方法之一。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械三、国内外状况及发展趋势三、国内外状况及发展趋势1、国内外状况、国内外状况 我国我国19
4、66年生产出第一台直径年生产出第一台直径3.4m的掘进机。的掘进机。20世纪世纪70年代进入工业性试验阶段。年代进入工业性试验阶段。80年代进入实用性阶段。但年代进入实用性阶段。但是,我国目前仍然以钻孔爆破法掘进为主。是,我国目前仍然以钻孔爆破法掘进为主。 世界上著名的岩石掘进机制造厂商是美国的罗宾斯世界上著名的岩石掘进机制造厂商是美国的罗宾斯(Robbins)公司和贾瓦()公司和贾瓦(Jarva)公司、德国的沃斯)公司、德国的沃斯(Wirth)公司和德马克()公司和德马克(Demag)公司以及瑞典的阿特拉)公司以及瑞典的阿特拉斯斯科普柯(科普柯(AtlasCopco)公司。而软土掘进机则以日
5、本川)公司。而软土掘进机则以日本川崎重工业公司生产的最为著名。崎重工业公司生产的最为著名。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械2、发展趋势、发展趋势 (1 1)隧道掘进机的断面尺寸具有向超大、微小两个方)隧道掘进机的断面尺寸具有向超大、微小两个方向发展的趋势。向发展的趋势。 (2 2)随着计算机硬件和软件的迅速发展,计算机优化)随着计算机硬件和软件的迅速发展,计算机优化设计的应用和开发,全自动化的隧道掘进机也是未来发展设计的应用和开发,全自动化的隧道掘进机也是未来发展方向之一。方向之一。3 3、盾构机在我国的应用前景、盾构机在我国的应用前景 目前,我国处于高速发展时期,铁路、公路、水电、目
6、前,我国处于高速发展时期,铁路、公路、水电、市政及有关管线等基础设施建设的需求大,隧道及地下工市政及有关管线等基础设施建设的需求大,隧道及地下工程建设较以往无论在规模或数量上都有了大幅度的提高。程建设较以往无论在规模或数量上都有了大幅度的提高。相当一部分隧道将会采用先进的盾构法施工。相当一部分隧道将会采用先进的盾构法施工。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械第二节第二节 凿岩机凿岩机一、凿岩机的工作原理一、凿岩机的工作原理 凿岩机是一种在岩壁上钻凿炮眼用的钻眼机械,或凿岩机是一种在岩壁上钻凿炮眼用的钻眼机械,或称钻眼机具。它按冲击破碎岩石的原理进行工作,如图称钻眼机具。它按冲击破碎岩石的原理
7、进行工作,如图7-1所示。所示。 图图7-1 7-1 凿岩机的工作原理凿岩机的工作原理 1- 1-凿岩机;凿岩机;2-2-钎子;钎子;a-a-活塞活塞( (冲击锤冲击锤) );b-b-缸体:缸体:c-c-钎杆;钎杆;d-d-钎头钎头第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械二、凿岩机的种类二、凿岩机的种类 按凿岩所用机动力可分:气动、电动、内燃和液压按凿岩所用机动力可分:气动、电动、内燃和液压四类。四类。 按凿岩机支承和推进方式可分:手持式、气腿式、按凿岩机支承和推进方式可分:手持式、气腿式、伸缩式和导轨式。伸缩式和导轨式。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 三、液压凿岩机三、液压凿岩机 1、
8、概述、概述 是在气动凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机。它是在气动凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机。它以高压液体为动力,推动活塞在缸体内往复运动,冲击钎以高压液体为动力,推动活塞在缸体内往复运动,冲击钎杆能克服气动凿岩机存在的问题和缺陷。与气动凿岩机相杆能克服气动凿岩机存在的问题和缺陷。与气动凿岩机相比,液压凿岩机具有以下优点:比,液压凿岩机具有以下优点: (1) 动力消耗少,能量利用率高。动力消耗少,能量利用率高。 (2) 凿岩速度高,作业条件好。凿岩速度高,作业条件好。 (3)液压凿岩机的运动件都在油液中工作,润滑条件好。液压凿岩机的运动件都在油液中工作,润滑条件好。 (4)操作方便,适
9、应性强。操作方便,适应性强。 由于液压凿岩机制造和维护技术要求较高,目前还不由于液压凿岩机制造和维护技术要求较高,目前还不能完全代替气动凿岩机。能完全代替气动凿岩机。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械2、液压凿岩机的结构和工作原理、液压凿岩机的结构和工作原理 例:国产例:国产YYG-80型液压凿岩机的结构(图型液压凿岩机的结构(图7-2 )。)。 该凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进回油式,采用滑阀该凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进回油式,采用滑阀配油。冲击机构由缸体配油。冲击机构由缸体4、活塞、活塞5和滑阀和滑阀12等组成。转钎机构由等组成。转钎机构由摆线转子液压马达摆线转子液压马达11、
10、减速齿轮、减速齿轮10、7及冲击杆及冲击杆8等组成。等组成。 图图7-2 YYG-80型液压凿岩机结构型液压凿岩机结构 1-回程蓄能器壳体;回程蓄能器壳体;2-活塞;活塞;3-铜套;铜套;4-缸体;缸体;5-活塞;活塞;6-銅套;銅套;7-齿轮;齿轮; 8-冲击杆;冲击杆;9-水套;水套;10-齿轮;齿轮;11-液压马达;液压马达;12-滑阀;滑阀;13-进油管进油管第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械YYG-80型液压凿岩机型液压凿岩机冲击配油机构冲击配油机构的工作原理(图的工作原理(图7-3)1-活塞;活塞;2-滑阀;滑阀; 3-回程蓄能器;回程蓄能器; 4-钎尾;钎尾; 5-主油路蓄能
11、器主油路蓄能器 图图7-3a为活塞冲程开始时的油液经孔为活塞冲程开始时的油液经孔e、滑阀、滑阀K腔、腔、Q腔流入回油管腔流入回油管O回回油箱。此时两端油箱。此时两端E腔、腔、F腔均通油箱,阀芯保持不动。当活塞运动到一定位腔均通油箱,阀芯保持不动。当活塞运动到一定位置时,置时,A腔与腔与b口接通,部分高压油经口接通,部分高压油经b孔到阀芯左端孔到阀芯左端E腔,而阀芯右端腔,而阀芯右端F腔腔经孔经孔d、缸体、缸体B腔和腔和c孔回油箱,在压力差作用下,阀芯右移,同时活塞冲孔回油箱,在压力差作用下,阀芯右移,同时活塞冲击钎尾,完成冲击行程,开始返回行程。击钎尾,完成冲击行程,开始返回行程。第七章第七章
12、 隧道掘进机械隧道掘进机械 图图7-3b为活塞返回行程开始时的情况。此时压力油经滑阀为活塞返回行程开始时的情况。此时压力油经滑阀H腔、腔、e 孔孔进入活塞右端进入活塞右端M腔,活塞左端腔,活塞左端A腔经腔经a孔、滑阀孔、滑阀N腔回油箱,活塞被推动左腔回油箱,活塞被推动左移。当活塞移动到打开移。当活塞移动到打开d孔时,孔时,M腔部分压力油经孔腔部分压力油经孔d作用在阀芯右端,推作用在阀芯右端,推动阀芯左移油流换向,回程结束并开始下一个循环的冲程。动阀芯左移油流换向,回程结束并开始下一个循环的冲程。 在活塞左移过程中,当活塞左端关闭在活塞左移过程中,当活塞左端关闭f孔后,孔后,D腔内油液被压缩,使
13、回腔内油液被压缩,使回程蓄能器程蓄能器3储存能量,同时还可对活塞起缓冲作用。当冲程开始时,该蓄能储存能量,同时还可对活塞起缓冲作用。当冲程开始时,该蓄能器就释放能量,以加快活塞向前运动的速度,提高冲击力。器就释放能量,以加快活塞向前运动的速度,提高冲击力。 1-活塞;活塞;2-滑阀;滑阀; 3-回程蓄能器;回程蓄能器; 4-钎尾;钎尾; 5-主油路蓄能器主油路蓄能器第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 凿岩台车是凿岩台车是20世纪世纪70年代发展起来的一种钻孔设备。年代发展起来的一种钻孔设备。它将一台或数台高效能的凿岩机连同推进装置一起安装在它将一台或数台高效能的凿岩机连同推进装置一起安装在
14、钻臂导轨上,并配以行走机构实现凿岩作业的机械化。钻臂导轨上,并配以行走机构实现凿岩作业的机械化。 凿岩台车按钻臂的多少分为双臂、三臂和多臂式;按凿岩台车按钻臂的多少分为双臂、三臂和多臂式;按行走机构分为轨轮式、轮胎式和履带式。其控制方式有液行走机构分为轨轮式、轮胎式和履带式。其控制方式有液压控制、气压控制和液压与气压联合控制三种。压控制、气压控制和液压与气压联合控制三种。 以以CTJ-3型凿岩台车为例(图型凿岩台车为例(图7-4 )说明凿岩台车的结)说明凿岩台车的结构构 。 第三节第三节 凿岩台车凿岩台车第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 图图7-4 CTJ-3型掘进凿岩台车型掘进凿岩台车
15、1-推进器;推进器;2-侧支臂;侧支臂;3-凿岩机;凿岩机;4-中间支臂;中间支臂;5-前支撑液压缸;前支撑液压缸;6-行走机构;行走机构; 7-支撑液压缸;支撑液压缸;8-进风管;进风管;9-摆动机构;摆动机构;10-操纵台;操纵台;11-司机座;司机座;12-配重配重 结构组成:结构组成:推进器推进器1、两侧相同的两个支臂、两侧相同的两个支臂2、一个中间支臂、一个中间支臂4、凿岩机、凿岩机3、轮胎行走机构、轮胎行走机构6以及气压、液压和供水系统。以及气压、液压和供水系统。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械一、推进器(图一、推进器(图7-5) 是导轨式凿岩机的轨道,并提供凿岩机工作所需的
16、轴是导轨式凿岩机的轨道,并提供凿岩机工作所需的轴向推进力。向推进力。CTJ-3型凿岩台车采用气动马达型凿岩台车采用气动马达丝杠推进器。丝杠推进器。 图图7-5 CTJ-3型掘进凿岩台车的推进器型掘进凿岩台车的推进器l-风马达;风马达;2-丝母;丝母;3-丝杠;丝杠;4-补偿液压缸;补偿液压缸;5-托盘;托盘;6-扶钎液压缸;扶钎液压缸;7-顶顶尖;尖;8-扶钎器;扶钎器;9-导轨;导轨; 10-凿岩机底座;凿岩机底座;11-外回转凿岩机;外回转凿岩机;12-钎子钎子第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械二、钻臂二、钻臂 钻臂的作用是支承推进器和凿岩机,并调整推进器的方钻臂的作用是支承推进器和凿
17、岩机,并调整推进器的方位,使之可在全工作面范围内进行凿岩。位,使之可在全工作面范围内进行凿岩。CTJ-3型凿岩台车型凿岩台车的两个侧钻臂和中间钻臂结构基本相同,工作原理如图的两个侧钻臂和中间钻臂结构基本相同,工作原理如图7-6。 图图7-6 CTJ-3型型 凿岩台车钻臂凿岩台车钻臂l-推进器托盘;推进器托盘;2-液压缸;液压缸;3-钻臂架;钻臂架;4-钻臂液压缸;钻臂液压缸;5-引导液压缸;引导液压缸;6-钻臂座;钻臂座;7-回转机构回转机构第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械一、概述一、概述 掘进机法使破落岩石、装载运输、喷雾灭尘等工序同掘进机法使破落岩石、装载运输、喷雾灭尘等工序同时进行
18、。与钻爆法相比,掘进机法掘进隧道有许多优点:时进行。与钻爆法相比,掘进机法掘进隧道有许多优点: (1) 速度快、成本低。速度快、成本低。 (2) 安全性好。安全性好。 (3) 工程量小。工程量小。 (4) 劳动条件好。劳动条件好。 按照工作机构切割工作面的方式,掘进机可分为部分按照工作机构切割工作面的方式,掘进机可分为部分断面隧道掘进机和全断面隧道掘进机两大类。断面隧道掘进机和全断面隧道掘进机两大类。 第四节第四节 掘进机掘进机第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械二、部分断面隧道掘进机二、部分断面隧道掘进机 以以ELMB型隧道掘进机为例,说明部分断面隧道掘进型隧道掘进机为例,说明部分断面隧道
19、掘进机的结构和工作方式。机的结构和工作方式。1、工作机构、工作机构 ELMB隧道掘进机采用悬臂式工作机构,其优点是:隧道掘进机采用悬臂式工作机构,其优点是:悬臂可以沿工作面的水平或垂直方向作左右或上下摆动,悬臂可以沿工作面的水平或垂直方向作左右或上下摆动,对复杂的地质条件适应性较好,能掘出各种形状的断面,对复杂的地质条件适应性较好,能掘出各种形状的断面,结构简单,便于维修和更换截齿,也可及时支护隧道。结构简单,便于维修和更换截齿,也可及时支护隧道。 但由于悬臂较长,影响机器的稳定性。但由于悬臂较长,影响机器的稳定性。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 图图7-10 蟹爪工作机构蟹爪工作机构
20、 1-蟹爪;蟹爪;2-铲板;铲板; 3-曲柄圆盘;曲柄圆盘;4-连杆;连杆; 5-摇杆;摇杆;6-刮板输送机刮板输送机2、装载与转运机构、装载与转运机构 装载与转运机构由蟹爪式装载机构和中间刮板输送机组成。装载与转运机构由蟹爪式装载机构和中间刮板输送机组成。截割头破碎下来的碎岩由装载机铲板上的两个蟹爪扒入中间截割头破碎下来的碎岩由装载机铲板上的两个蟹爪扒入中间刮板输送机。蟹爪工作机构(图刮板输送机。蟹爪工作机构(图7-10)由蟹爪)由蟹爪1、曲柄圆盘、曲柄圆盘3、连杆连杆4和摇杆和摇杆5等组成。等组成。第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械3、行走机构、行走机构 ELMB型隧道掘进机采用履带行
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