CN103857878A - 用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备（1），其包括：切割头（2），其中切割头（2）的开凿方向与所述旋转轴线（R）基本成直角；基座单元（3），其具有用于抵靠岩石表面应用和固定的稳定单元（S1、S2、S3、S4）；用于切割头（2）的支承单元（4）；接合装置（5），其用于将支承单元枢转地连接至基座单元；以及迫压装置（6、7、8、9），其布置在基座单元与支承单元之间用于摆动切割头。接合装置（5）布置成用于使支承单元（4）相对于基座单元（3）竖直以及水平地摆动，其中，支承单元（4）能够借助于组成所述迫压装置的一对上侧液压缸（6、7）和一对下侧液压缸（8、9）而竖直以及水平地摆动。

Description

用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备，该设备包括可旋转切割头，该切割头包括多个径向切割元件并且布置成借助于设置在基座单元与支承单元之间的迫压装置而摆动。本发明还涉及一种用于挖掘隧道、地道或类似设施的方法。

背景技术

WO2010/050872为在先已知的根据上文的可被称为移动式采矿机的设备。在在先已知的移动式采矿机中，可旋转切割头布置成在切割头的同时旋转期间以大的力压靠待被开凿的岩石，切割头具有从切割头的周缘区域径向延伸的切割元件。岩石开凿通过在岩石中形成平行槽的盘形切割元件来执行，由此其间的物料被连续地切削或剥离，而该物料无需承受直接的分解力。

在先已知的设备运行良好，本发明的目的是提供对已知设备的进一步的改进，本发明在特定的采矿情况下使用时会提供增强的灵活性。

本发明的目的和最重要的特征

该目的在上文限定的设备中实现，其中，接合装置布置成用于使支承单元相对于基座单元竖直以及水平地摆动，其中，支承单元借助于组成所述迫压装置的一对上侧液压缸和一对下侧液压缸能够竖直地以及水平地摆动并且能够沿所述开凿方向被按压，以及支承单元由基座单元支承，使得在竖直摆动期间，旋转轴线能够在延伸通过支承单元和接合装置的竖直对称平面中倾斜。

特别地，该竖直对称平面包括切割头的旋转轴线和接合装置的枢转轴线。

因此，支承单元相对于基座单元围绕通过接合装置和切割头的中心的假想轴线是基本不旋转的。

通过这些特征，提供了一种被赋予以下可能性的设备：该设备设置成用于以有效且省时的方式挖掘特别低的隧道和地道。通过具有在操作期间布置成其旋转轴线在所述竖直对称平面中可倾斜地调节的切割头，即当从基座单元观察时从竖直位置“向上”和“向下”倾斜并且在两方向都侧向倾斜，获得灵活地形成与用于挖掘的设备相比具有窄的尺寸的隧道和地道的可能性。

用于根据本发明的设备的切割头为轮状并且包括用于切割头的旋转的内部旋转马达装置。在工作期间，切割头以选定的旋转速度连续地旋转。

隧道和地道可被形成为具有如下的宽度和高度尺寸：该尺寸从仅少量超过用于隧道开凿的设备的截面到相当大地超过这种尺寸。

通过包括一对上侧液压缸和一对下侧液压缸的迫压装置的构型，能够以节省空间且有效的方式执行推动或按压切割头进入待被开凿的岩石，完成和设定切割头的用于开凿的竖直位置，并且提供切割头的用于开凿和用于重新定位切割头的摆动运动。

应当指出的是，在本文中“竖直”指的是处于完全水平地面上的位置的根据本发明的用于挖掘的设备的竖直方向。本领域普通技术人员应当理解，矿井内部的情况偏离这种理想状态，因此“竖直”涉及相对于设备本身的方向和平面。

优选的是，每对液压缸包括位于基座单元的第一侧的第一液压缸和位于基座单元的另一侧的第二液压缸。由此获得优选的力分布，这使得能够有效地以及以最小的应力操纵支承单元并由此操纵切割头。

还优选的是，液压缸的每一个在第一端处枢转地紧固至稳定单元并且在第二端处枢转地紧固至所述支承单元。由此，来自液压缸的力可通过牢固地锚定至岩石表面的装置本身而有效地引导并接收。这样，避免了基座单元的框架承受负载，因此不需要将框架定尺寸成用于接收对应的力。

例如（i.a.）出于刚性的原因，支承单元包括壳体形的构型，该支承单元以与切割头周缘的大约100°-150°的角度覆盖切割头的向后延伸的部分。在支承单元与所述接合装置接合的位置的每侧上设置有用于与所述液压缸的另一端枢转地配合的紧固位置。这些紧固位置则可被定位在离接合装置远距离处，从而带来良好的迫压效率。

由于相对应的原因，另外优选的是，将用于与所述液压缸的第二端枢转地配合的紧固位置在支承单元的竖直方向上也定位在尽可能地如实际上的彼此相距远距离处。

另外非常优选的是，稳定单元可运动地连接至基座单元的框架。由此，一方面，稳定单元能够相对于所述框架重新定位，另一方面，在进行岩石开凿期间稳定单元将独立于框架的运动，这是非常有利的，因为在稳定单元牢固地附连至岩石并且稳定单元可包括对迫压装置的稳定支承的同时框架被赋予***。通过由一组枢转的和长度可调节的致动装置接合至基座单元的所述框架的每个稳定单元使这些方面以优选的方式被加强。

稳定单元包括本身为已知的压力和力分布板形式的用于抵靠顶部向上作用以及抵靠底部向下作用的施加装置。

另外优选的是，基座单元在所述接合装置的区域基本居中地包括用于抵靠顶部向上作用和/或抵靠底部向下作用的稳定装置。这个/这些稳定装置的目的是在开凿期间提供靠近支承单元的基座单元的稳定性。这个/这些稳定装置与稳定单元相比刚性地连接至所述框架。

优选地，支承单元除壳体形式外还构造成以叉形形式用于支承切割头。特别地，支承单元刚性地接合至轴、轴杆或类似部件，切割头内部的旋转马达装置布置成抵靠轴、轴杆或类似部件作用。

基座单元具有驱动单元，用于往复地驱动以在例如不同的开凿位置之间位移。

切割头优选地具有可旋转的切割盘形式的切割元件，如上文所解释的，切割元件在开凿期间产生多个平行槽。因此切割头前进、摆动、并且旋转，使得切割元件基本在相同的相应槽中滚动并且切割，这些槽逐步变得更深，由此中间材料根据上文被凿开等等。在本发明的范围内还能够提供具有其他类型的切割元件的切割头，比如为牢固附连的切割柱，切割主替代地抵靠待被开凿的岩石执行撕裂动作。还能够制造具有外缘径向延伸柱的根据上文的可旋转切割盘。

在创造性的方法中通过对应的方法特征获得对应的优点。

附图说明

下面将参照附图在实施方式的背景下更加详细地描述本发明，其中：

图1至图4示出根据本发明的处于不同位置和不同立体图的用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备，以及

图5示意性地示出根据本发明的方法顺序的流程图。

具体实施方式

图1和图2示出具有切割头2的用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备1，该设备具有抵靠待被开凿的岩石进行应用的前部区域。处于示出位置的该切割头2包括竖直旋转轴线R。切割头的旋转方向，也就是围绕其周缘的方向，由O指示，从所述旋转轴线的方向观察的轴向方向上的轴向宽度由H指示。

附图中的切割头2设置有多个切割元件C，切割元件C具有以如下方式在切割头2的周缘区域上沿环绕方向并且遍及所述轴向宽度分布的盘形刀具：上述方式对应于上文所讨论的和在所述WO文献中更严密地描述的方式。

D以中断线指示用于使切割头旋转的旋转马达装置，该旋转马达装置在切割头的内部但在附图中未示出。

切割头2由支承单元4支承，支承单元4以叉形形式环绕切割头，使得切割头在开凿方向上自由地用于抵靠岩石表面作用，其中支承单元4具有与其可操纵性有关的侧向方向上的特定宽度。

由3指示并且具有中央框架3'的基座单元位于前端，通过接合装置5连接至支承单元4。接合装置5允许支承单元4并且由此允许切割头2相对于基座单元在侧向方向上摆动以及相对于基座单元3向上和向下摆动。

支承单元还连接至基座单元，使得这些元件之间可能基本上没有围绕通过接合装置和切割头的中心的假想轴线A的相对运动。

为了摆动的目的，设备具有为一对上侧液压缸6和7以及一对下侧液压缸8和9的形式的迫压装置。

一对上侧液压缸包括第一上侧液压缸6和第二上侧液压缸7，而一对下侧液压缸包括第一下侧液压缸8和第二下侧液压缸9。“第一”和“第二”在此分别指的是定位至基座单元3的第一侧10和第二侧11。

基座单元3还具有布置成向上压靠隧道顶部的向上作用的稳定单元S1和S3以及布置成向下压靠隧道底部的向下作用的稳定单元S2和S4。

如图2中更清晰地示出的，稳定单元S1、S2和S3、S4中的每一组分别通过连杆16、17连接至基座单元的框架3'。连杆16和17为长度方向可延伸的连杆，例如伸缩连杆，连杆16和17设置有内部迫压装置，用于能够受控地延伸和缩回。稳定单元S1、S2和S3、S4中的每一组还通过相应的动力缸18、19连接至基座单元3的框架3'。借助于连杆16、17和动力缸18、19，稳定单元S1、S2和S3、S4由此能够相对于基座单元3的框架3'位移，使得尽管存在内部限制也能够将稳定单元相对于基座单元3的所述框架定位在选定区域内。

液压缸6、7、8、9通过相应的第一端枢转地紧固至稳定单元中的一个并且通过相应的第二端枢转地紧固至所述支承单元。因此，属于一对上侧液压缸的液压缸竖直地看定位在相应的稳定单元的上部和支承单元的上部处，而一对下侧液压缸中的相应的液压缸附连在相应的稳定单元的下部和支承单元4的下部处。由此确保迫压装置抵靠支承单元的有效的力致动。

支承单元4由基座单元3支承，使得在竖直摆动期间，旋转轴线R能够在通过支承单元4和接合装置5的竖直对称平面内倾斜。从图2以简单的方式理解的是，对于设备1的从接合装置5延伸并且包括切割头2的部分而言，该对称平面是包括假想轴线A的竖直平面（即与纸面成直角）。如上文所解释的，该竖直对称平面包括切割头的旋转轴线R以及接合装置5的枢转轴线。

25指示用于挖掘隧道和地道的设备的支承单元，在该支承单元25的内部定位有用于设备的操作的所需的马达、泵等等。支承单元25通过第二接合装置20连接至基座单元3。支承单元25能够相对于基座单元3侧向地枢转。支承单元25还能够相对于基座单元3沿竖直方向枢转。此外，支承单元25能够构造成使其刚性地接合至基座单元。

控制***由附图标记CPU指示并且布置成用于控制设备的以下功能：包括通过通向液压缸的受控的供给流体来控制向前推进和切割头的摆动、控制稳定单元的运动、控制稳定单元和稳定装置的致动等等。

图1和图2还示出用于移除由切割头2开凿和松动的物材的装置，该装置包括具有旋转送料器22以及送料带23和24的捕获板。这些装置具有更常规的结构，因此这里不作进一步的描述。

21指示用于向前和向后推进设备的履带形式的驱动单元。也可考虑其他类型的推进装置。

在设备的操作中，稳定单元S1、S2、S3、S4通常被向前引导至相对于基座单元3的框架3'的前方位置中。因此，稳定单元分别非常稳固地靠着底部和顶部施加，据此切割头相对于基座单元3设定在例如下侧向位置中。此时，切割头在同时旋转期间被向前按压到待被开凿的岩石内，并且切割头由此在液压缸6、7、8、9的辅助下以向前运动的方式向前运动允许的行进长度。

当切割头已到达其向前极限时，在此由于液压缸的冲程长度该切割头不能再向前，液压缸6、7、8、9将替代地被控制为如上文所述地在同时旋转和同时开凿岩石期间使切割头2在其第二确定的侧面位置的方向上侧向地摆动。这在实践中由供应有用于最大拉力的流体的一侧上的液压缸执行，切割头抵靠这些液压缸摆动，由此能够限制另一侧的液压缸中的压力，用于防止压曲的风险。

当该摆动冲程完成并且已完成隧道的下部时，支承单元（与框架3'一起）和切割头通过液压缸的牵引而倒退，据此切割头可被升高至上部预定水平，由此切割头再次定位在其一个预定的侧位置。因此，切割头在旋转和开凿岩石期间向前按压至其前方极限位置，由此将与上文所述相对应地执行该更高水平处的侧向摆动。

可以理解的是，在切割头2的向前挖掘运动期间应用稳定单元S1、S2时，由于支承单元不可延伸地连接至基座单元，因此基座单元3的框架也被带向前部。例如如果连杆16、17和动力缸18、19在向前挖掘工序期间卸载，则允许这种向前挖掘运动。然而，连杆16、17和动力缸18、19也能够被致动但允许关于所述框架的相对运动，以便例如稳定框架。在向前挖掘阶段期间，在接合装置5的区域中的稳定单元S3不作用，但是优选地，在切割头2同时开凿的侧向摆动运动期间致动该稳定单元。

在图3中，设备示出为支承单元以及由此的切割头相对于基座单元向上摆动，在图4中，设备示出为支承单元以及由此的切割头相对于基座单元侧向地摆动。

应当理解的是切割头也能够沿与图3中所示相反的方向向下摆动。对于开凿工序的常规起动点（参见下文）切割头也可向下摆动，以使设备在对应于底部的水平上操作。

图5中示出方法工序包括下列步骤：

位置30表示工序的开始并且设备1运动至待被开凿的岩石表面。

位置31表示致动并且应用稳定单元。

位置32表示开始旋转切割头。

位置33表示将切割头摆动至选定的竖直位置以及将切割头摆动至选定的侧向位置。

位置34表示使切割头抵靠岩石向前驱动预定的冲程长度。

位置35表示在同时开凿期间侧向地摆动切割头。

位置36表示在完成侧向冲程之后拉回切割头并且终止工序。

因此重复上述工序期望的次数。根据上面的描述应理解的是可省去一些工序步骤并且可添加其他工序步骤。

可在下面的权利要求的范围内对本发明进行修改。支承单元优选地连接至基座单元的前端，但是也不排除例如将其连接至更向后的位置。

不排除根据位置34继续执行全部的开凿冲程，以及省去通过摆动的开凿，即使常规来说这是不优选的。

稳定单元可以以附图所示之外的其他方式构造，例如在比如相对于所允许的最小建造高度的冲程长度的情况下具有轴向导向的千斤顶（jack）。

仅作为创造性的设备的示例，可提出下面近似的数据：

-切割头的旋转速度：大约15rpm

-切割头的开凿功率：300-500kW

-切割头的转动扭矩：200kNm

-作用在切割头上的压力：250吨

-作用在切割头上的摆动力：50吨

-切割头的直径：2.0-3.0m

-切割头的轴向宽度：1.4-2.0m

Claims (17)

1.一种用于挖掘隧道、地道或类似设施的设备（1），包括：

-切割头，所述切割头能够围绕旋转轴线（R）旋转并且包括多个切割元件，所述切割元件从所述切割头的周缘区域径向地延伸并且沿所述周缘区域的旋转方向以及轴向方向分布，其中，所述切割头（2）的开凿方向与所述旋转轴线（R）基本成直角，

-基座单元（3），所述基座单元（3）具有用于抵靠岩石表面应用和固定的稳定单元（S1、S2、S3、S4），

-支承单元（4），所述支承单元（4）用于所述切割头（2），

-接合装置（5），所述接合装置（5）用于将所述支承单元枢转地连接至所述基座单元，

-迫压装置（6、7、8、9），所述迫压装置布置在所述基座单元与所述支承单元之间用于摆动所述切割头，

其特征在于

-所述接合装置（5）布置成用于使所述支承单元（4）相对于所述基座单元（3）竖直以及水平地摆动，其中，所述支承单元（4）借助于组成所述迫压装置的一对上侧液压缸（6、7）和一对下侧液压缸（8、9）能够竖直和水平地摆动并且能够沿所述开凿方向被按压，以及

-所述支承单元（4）由所述基座单元（3）支承，使得在竖直摆动期间，所述旋转轴线（R）能够在延伸通过所述支承单元（4）和所述接合装置的竖直对称平面中倾斜。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每对液压缸包括位于所述基座单元的第一侧（10）的第一液压缸（6、8）和位于所述基座单元（3）的第二侧（11）的第二液压缸（7、9）。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述液压缸（6、7、8、9）中的每一个在第一端处枢转地紧固至稳定单元（S1、S2、S3、S4）并且在第二端处枢转地紧固至所述支承单元（4）。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述支承单元（4）在用于与所述接合装置（5）连接的位置的每侧上均包括用于与所述液压缸（6、7、8、9）的第二端枢转地配合的紧固位置（13、15）。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述稳定单元（S1、S2、S3、S4）可运动地连接至所述基座单元（3）的框架（3'）。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，每个稳定单元（S1、S2、S3、S4）通过一组枢转的、长度可调节的致动装置（16、17、18、19）连接至所述基座单元（3）的所述框架。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述稳定单元（S1、S2、S3、S4）包括用于抵靠顶部向上作用以及抵靠底部向下作用的施加装置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述基座单元（3）在所述接合装置（5）的区域中基本居中地包括用于抵靠顶部向上作用和/或抵靠底部向下作用的稳定装置（S5）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述支承单元（4）构造成以叉式方式支承所述切割头（2）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述基座单元（3）包括用于向前和向后推进的驱动单元（21）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述切割头（2）包括可旋转的切割盘形式的切割元件。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述切割头包括切割柱形式的切割元件。

13.一种用于挖掘隧道、地道或类似设施的方法，包括：

-使切割头（2）围绕旋转轴线（R）旋转，所述切割头具有从所述切割头的周缘区域径向地延伸的多个切割元件，

-抵靠岩石表面应用并且固定布置在基座单元（3）处的稳定单元（S1、S2、S3、S4），

-沿与所述旋转轴线（R）基本成直角的开凿方向按压所述切割头（2），

-借助于布置在所述基座单元与所述支承单元之间的迫压装置（6、7、8、9）通过接合装置（5）摆动所述切割头，所述接合装置（5）用于将所述支承单元枢转地连接至基座单元，其中，在构成所述迫压装置的一对上侧液压缸（6、7）和一对下侧液压缸（8、9）的辅助下，所述支承单元（4）通过所述接合装置（5）相对于所述基座单元（3）竖直以及水平地摆动并且沿所述开凿方向被按压，以及

其中，在竖直摆动期间，所述旋转轴线（R）在通过所述接合装置（5）和所述支承单元（4）的竖直对称平面中倾斜。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述液压缸（6、7、8、9）中的每一个抵靠稳定单元（S1、S2、S3、S4）以及抵靠所述支承单元（4）枢转地作用。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述稳定单元（S1、S2、S3、S4）相对于所述基座单元（3）的框架（3'）位移。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，每个稳定单元（S1、S2、S3、S4）借助于一组枢转的、长度可调节的致动装置（16、17、18、19）运动。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，所述基座单元（3）在所述接合装置（5）的区域中基本居中地通过抵靠顶部向上作用和/或抵靠底部向下作用的稳定装置（S5）来稳定。

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