DE3140203C2 - "Rotating cutting head of a road or tunnel boring machine" - Google Patents
"Rotating cutting head of a road or tunnel boring machine"Info
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schneidkopf einer leichten Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine, bei dem die Werkzeugträger als gleichmäßig auf dem Umfang des Schneidkopfes verteilt schwenkbar gelagerte Arme ausgebildet sind. Die freien Ende der Arme sind mit Rollenbohrwerkzeugen versehen, deren Schneidebenen etwa tangential zur Umlaufbahn der Werkzeuge verlaufen. Weil insbesondere im gebrächen Gestein stets die Forderung besteht, die Ausbauten zur Sicherung gegen das Hereinbrechende möglichst nahe der Ortsbrust einzubringen und darüberhinaus es von Vorteil ist, auch nicht kreisförmige Querschnitte aufzufahren, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Schneidkopf entsprechend weiterzubilden. Es wird vorgeschlagen, die Schwenkachsen (12) der Werkzeugträgerarme (11) parallel oder nahezu parallel zur Drehachse des Schneidkopfes vorzusehen. Vorzugsweise ist jedem Werkzeugträger arm (11) ein Bereich der Ortsbrust zugeordnet, wobei die Bereiche sich flächendeckend ergänzen. Der Schwenkwinkel jedes Armes (11) ist derartig begrenzt, daß sich die benachbarten Schneidbahnen (1 bis 9) der Rollen (1 bis 9) oder mindestens der äußeren Rollen (3, 4 oder 6, 7) zweier benachbarter Arme (11) überschneiden.The invention relates to a cutting head of a light road or tunnel boring machine, in which the tool carriers are designed as arms that are pivotably mounted, evenly distributed over the circumference of the cutting head. The free ends of the arms are provided with roller boring tools, the cutting planes of which are approximately tangential to the orbit of the tools. Because especially in the broken rock there is always the requirement to bring the extensions as close as possible to the face to protect against intruding and, in addition, it is advantageous to also drive non-circular cross-sections, the present invention is based on the object of further developing the known cutting head accordingly. It is proposed to provide the pivot axes (12) of the tool carrier arms (11) parallel or almost parallel to the axis of rotation of the cutting head. An area of the face is preferably assigned to each tool carrier arm (11), the areas complementing each other over the entire area. The pivoting angle of each arm (11) is limited in such a way that the adjacent cutting paths (1 to 9) of the rollers (1 to 9) or at least the outer rollers (3, 4 or 6, 7) of two adjacent arms (11) intersect.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft den rotierenden Schneidkopf einer Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine,
bei dem die Werkzeugträger als außerhalb der Drehachse des Schneidkopfes gleichmäßig auf dem
Umfang verteilt schwenkbar gelagerte Arme ausgebildet sind, die an ihren freien Enden mit jeweils
mindestens einem Rollenbohrwerkzeug versehen sind, deren Schneidebenen etwa tangential zur Umlaufebene
der Werkzeugebene verlaufen, wobei jeder Werkzeugträgerarm bzw. die an diesem angeordneten Werkzeuge
einem Bereich der Ortsbrust zugeordnet sind und die Bereiche sich flächendeckend ergänzen.
Die Erfindung soll Anwendung finden bei leichtenThe present invention relates to the rotating cutting head of a road or tunnel boring machine, in which the tool carriers are designed as arms pivotably mounted outside the axis of rotation of the cutting head evenly distributed around the circumference, which are provided at their free ends with at least one roller boring tool, the cutting planes of which are approximately run tangentially to the circumferential plane of the tool plane, with each tool carrier arm or the tools arranged on it being assigned to an area of the working face and the areas complementing each other over a large area.
The invention is intended to apply to light
ίο Maschinen, die sich auch für das Bohren von kurzen
Tunnel- oder Streckenabschnitten, selbst in hartem Gestein eignen sollen. Derartige Maschinen können
zwar nur geringe Vortriebsleistungen bieten, benötigen jedoch wesentlich geringere Verspannkräfte und damit
weniger technischen Aufwand. Sie können problemlos von einer Einsatzstelle zu einer anderen gebracht
werden; auch der zum Einbau der Maschine erforderliche Stall ist kleiner und damit weniger kostspielig.
Zwar ist durch die DE-AS 27 26 445 eine VoIIschnitt-Vortriebsmaschine
zum Streckenvortrieb eines Pilot-Ausbruches bekanntgeworden, bei der am rückwärtigen
Ende der Vortriebsmaschine ein Konturschniitwerkzeug
vorgesehen ist, das aus Bohr- bzw. Fräsköpfen besteht, die an Schwenkarmen angeordnet sind. Mit
dieser Maschine kann ein im Vollschnitt vorgebohrter Pilot-Ausbruch durch Abfräsen bzw. Erweitern des
Streckenquerschnittes vergrößert werden, wobei es möglich ist, einen nichtkreisförmigen Querschnitt
auszufahren. Dies ermöglicht die frei verschwenkbare Anordnung der Fräswerkzeuge an Armen. Die bekannte
Maschinenkonstruktion ist jedoch sehr aufwendig hinsichtlich Steuerung und Vorbereitung ihres Einsatzes,
so daß sich die Verwendung solcher Maschinen nur bei größeren Streckenabschnitten lohnt Es ist auch
nachteilig, daß bei diesen Maschinen zwei verschiedene Antriebseinheiten, nämlich für den Vollschnittbohrkopf
und die Konturfräseinrichtung notwendig sind. Das Arbeiten im Vollschnitt bei der Erstellung des
Pilot-Ausbruches erfordert darüber hinaus große Verspannkräfte, so daß die Maschine se hr schwer ist.ίο Machines that should also be suitable for drilling short tunnels or sections of road, even in hard rock. Such machines can only offer low propulsive power, but require significantly lower bracing forces and thus less technical effort. They can easily be brought from one site to another; The stable required to install the machine is also smaller and therefore less expensive.
Although DE-AS 27 26 445 has made known a full-cut tunneling machine for driving a pilot excavation, in which a contour cutting tool is provided at the rear end of the tunneling machine, which consists of drilling or milling heads arranged on swivel arms. With this machine, a pilot excavation pre-drilled in full section can be enlarged by milling or expanding the cross-section of the route, whereby it is possible to extend a non-circular cross-section. This enables the milling tools to be freely pivoted on arms. However, the known machine construction is very complex in terms of control and preparation for its use, so that the use of such machines is only worthwhile for larger sections of road. Working in full cut when creating the pilot excavation also requires large bracing forces, so that the machine is very heavy.
Bei der bekannten Maschine (DE-AS 19 38 818), von der die Erfindung ausgeht, wird vorgeschlagen, ein Schneidorgan für den Drehkopf einer bohrend arbeitenden Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine mit einer Mehrzahl von Schneidwerkzeugen auszustatten, die in bezug auf die Auffahrrichtung je in einer Axialebene radial bewegbar sind. Diese Beweglichkeit wird dadurch erzielt, daß die Werkzeughalter um eine die Drehkopfachse rechtwinklig kreuzende Verschwenkachse verschwenkbar sind, wobei mehrere derartig verschwenkbare Werkzeughalter auf dem Umfang des Drehkopfes gleichmäßig zueinander versetzt angeordnet sind. D'jrch die Drehung des Drehkopfes und die Schwenkbewegung der Werkzeughalter um die vorstehend beschriebenen Achsen bewegen sich die Werkzeuge auf einer Spiralbahn entlang einem ringförmigen Bereich des insgesamt toroidförmigen Ausbaustoßes. Dadurch entsteht vor der Maschine stets ein relativ großer Hohlraum, der durch Ausbaumaßnahmen nicht gesichert werden kann.In the known machine (DE-AS 19 38 818), from which the invention is based, it is proposed a Cutting element for the rotating head of a drilling road or tunnel driving machine with a To equip a plurality of cutting tools, each in an axial plane with respect to the approach direction are radially movable. This mobility is achieved by the fact that the tool holder about a swivel head axis Pivoting axes crossing at right angles are pivotable, with several such pivotable Tool holder are arranged on the circumference of the rotary head evenly offset from one another. D'jrch the rotation of the rotary head and the pivoting movement the tool holder moves the tools around the axes described above a spiral path along an annular area of the generally toroidal expansion joint. Through this there is always a relatively large cavity in front of the machine, which is not secured by expansion measures can be.
Eine andere bekannte Maschine (DE-QS 29 13 129) sieht vor, den rotierenden Werkzeugträger eines Vollschnittkopfes mit mindestens einem werkzeugtragenden Element zu versehen, das während einer Umdrehung des Trägers entsprechend einer bestimmten Programmsteuerung über die Peripherie des Trägers hinaus bewegbar ist. Der Träger ist dazu in der Art eines Speichenrades ausgebildet, an dessen Spei-Another known machine (DE-QS 29 13 129) provides the rotating tool carrier of a Full cut head to be provided with at least one tool-bearing element that during a Rotation of the carrier according to a certain program control over the periphery of the The carrier is also movable. The carrier is designed in the manner of a spoked wheel, on whose storage
chen die werkzeugtragenden Elemente teleskopartig bewegbar angeordnet sind. Es handelt sich bei dieser Maschine um eine schwere, aufwendige Konstruktion, da das Vollschnittverfahren eine stabile Maschine erfordert, um diese gegen die Vorschubkräfte zu verspannen.chen the tool-carrying elements are arranged telescopically movable. It is this one The machine is a heavy, complex construction, since the full-cut process is a stable machine required in order to brace them against the feed forces.
Ausgehend von einem Stand der Technik gemäß der DE-AS 19 38 818 und unter Berücksichtigung der bei leichten Maschinen häufig gestellten Forderung nach nichtkreisförmigen Tunnel- oder Streckenquerschnitten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine !eichte Streckenvortriebsmaschine der anmeldungsgemäßen Gattung dahingehend weiterzubilden, daß mit ihr eine ebene Ortsbrustausbildung erzielbar ist und dadurch das frühe Einbringen des Streckenausbaues ermöglicht wird.Based on a prior art according to DE-AS 19 38 818 and taking into account the at light machines frequently asked for non-circular tunnel or route cross-sections the present invention is based on the object of providing a light road tunneling machine of the Further develop the genus in such a way that a flat face can be achieved with it and this enables the route expansion to be introduced at an early stage.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schwenkachsen der Werkzeugträgerarme parallel oder nahezu parallel zur Drehachse des Schneidkopfes verlaufen.To achieve the object, it is proposed according to the invention that the pivot axes of the tool carrier arms run parallel or almost parallel to the axis of rotation of the cutting head.
Durch den Vorschlag der Erfindung wird in einfacher Weise sichergestellt, daß beim Verschwenken der Werkzeugträgerarme bei gleichzeitiger Dre'.ung des Schneidkopfes eine ebene Abbaufläche geschaffen wird, weil sich die Werkzeuge in dieser Ebene bewegen.The proposal of the invention ensures in a simple manner that when pivoting the Tool carrier arms with simultaneous rotation of the cutting head a flat working surface is created, because the tools move in this plane.
Nach einem die Erfindung ausgestaltenden Vorschlag ist vorgesehen, daß die den Peripheriebereich der Ortsbrust bearbeitenden Rollenbohrwerkzeuge mit den Werkzeugträgerarmen während eines Teiles ihrer Umlaufbahn um bestimmte Beträge nach außen w verschwenkbar und zurückschwenkbar sind. Mit dieser Werkzeuganordnung lassen sich auf einfache Weise nichtkreisförmige Streckenquerschnitte auffahren.After a system embodying the invention proposal is that the Rollenbohrwerkzeuge the peripheral area of the face are processed w pivotally connected to the tool carrier arms during part of their orbit by certain amounts to the outside and zurückschwenkbar. With this tool arrangement, non-circular route cross-sections can be driven in a simple manner.
Bei einer derartigen Anordnung ist allerdings zu beachten, daß das mit dem Schwenkarm verbundene ^ Rollenbohrwerkzeug beim Schwenken des Armes je nach Größe des Schwenkwinkels seine tangentiale Lage mehr oder weniger verändert, d. h. die Schneidebene des Rollenbohrwerkzeuges liegt nicht mehr tangential zur Umlaufbahn des Werkzeuges. Dieses Problem läßt sich leicht da~n lösen, wenn nach einem Merkmal der Erfindung vorgesehen wird, daß die Rollenbohrwerkzeuge mit ihren Lagern um eine zur Schwenkachse der Werkzeugträgerarme parallele Achsen drehbar an den Armen angeordnet sind, wobei eine die tangentiale Stellung der Werkzeuge beim Verstellen der Arme sicherstellende Parallelogrammfüirung zwischen Werkzeugträgerarm und Rollenbohrwerkzeugiagerung vorgesehen ist. Durch eine derartige Parallelogrammführung kann beim Schwenken der Arme die relative >" Lage des Rollenbohrv,~rkzeuges zur Umlaufbahn beibehalten werden.In such an arrangement, however, it should be noted that the associated with the swivel arm ^ Roller drilling tool when swiveling the arm, depending on the size of the swivel angle, its tangential position more or less changed, d. H. the cutting plane of the roller drilling tool is no longer tangential to the orbit of the tool. This problem can easily be solved by looking for a feature of the Invention it is provided that the roller boring tools with their bearings about a pivot axis of the Tool carrier arms parallel axes are rotatably arranged on the arms, one being the tangential Position of the tools when adjusting the arms ensuring parallelogram guidance between Tool carrier arm and roller drilling tool storage is provided. By such a parallelogram guidance When swiveling the arms, the position of the roller drilling tool relative to the orbit can be determined to be kept.
Bei Anordnung mehrerer Rollenbohrwerkzeuge an einem Werkzeugträgerarm kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schwenkbewegung des Armes auf einen Betrag begrenzt sein, der dem Abstand zweier benachbarter Rollenbohrwerkzeuge voneinander entspricht.If several roller drilling tools are arranged on one tool carrier arm, after another Feature of the invention, the pivoting movement of the arm be limited to an amount equal to the distance two adjacent roller drilling tools corresponds to each other.
Schließlich kann nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgesehen werden, daß mindestens ein Teil *>° der Werkzeugträgerarme als V-förmig divergierende Doppelarme ausgebildet sind. Dadurch wird die Zahl der Schwenkachsen für die Arme halbiert, so daß eine komplette Anzahl von Armen platzsparend vorgesehen werden kann.Finally, according to another feature of the invention, it can be provided that at least one part *> ° the tool carrier arms are designed as V-shaped diverging double arms. This will make the number the pivot axes for the arms are halved, so that a complete number of arms is provided in a space-saving manner can be.
Weiterhin schlügt die Erfindung vor. daß die Werkzeugträgerat'me mittels zwischen diesen und dem Schneidkopf angeordnet"^ Kolbcn-Zylinder-EinheitenThe invention also proposes. that the Werkzeugträgerat'me means between these and the Cutting head arranged "^ piston-cylinder units
■">■ ">
4"> verschwenkbar sind, die vorzugsweise über eine entsprechende Steuerung betätigbar sind. Diese Steuerung stellt die richtige Verschwenkstellung der Werkzeugträgerai me entsprechend dem aufzufahrenden Strecken- oder Tunnelprofil sicher. 4 ″> are pivotable, which can preferably be actuated via a corresponding control. This control ensures the correct pivoting position of the tool carrier according to the route or tunnel profile to be driven.
Es ist jedoch, wie die Erfindung weiter vorschlägt auch denkbar, daß alle Schwenkantriebe der Werkzeugträgerarme deren Rollenbohrwerkzeuge kreis- bzw. spiralförmige Bewegungsbahnen durchlaufen, gemeinsam über ein angetriebenes Koppelglied verschwenkbar sind.However, as the invention further suggests, it is also conceivable that all swivel drives of the tool carrier arms whose roller drilling tools run through circular or spiral trajectories, together are pivotable via a driven coupling member.
Die vorgeschlagene Anordnung der Werkzeuge ermöglicht es in vorteilhafter Weise, durch entsprechende Steuerung einzelner, den Peripheriebereich der Ortsbrust bearbeitender Werkzeuge auch nicht kreisförmige Querschnitte dadurch herzustellen, daß diese Werkzeuge während eines Teiles ihrer Umlaufbahn um bestimmte Beträge nach außen verschwenkt und nach einem bestimmten Weg zurückgeschwenkx werden. Bei entsprechender Steuerung lassen sich beliebige Profile herausarbeiten, auch solche mit annähernd ebener Sohle.The proposed arrangement of the tools makes it possible in an advantageous manner by appropriate Control of individual tools working on the peripheral area of the face, including non-circular tools Make cross-sections by turning these tools during part of their orbit certain amounts are swiveled outwards and swiveled back after a certain path. at Any profile can be worked out with the appropriate control, including those with an approximately flat one Sole.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigtTwo exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and described below. It shows
F i g. 1 eine Ausführung des Schneidkopfes für kreisrunde Querschnitte,F i g. 1 an embodiment of the cutting head for circular cross-sections,
F i g. 2 eine Ausführung für einen nicht kreisförmigen Querschnitt.F i g. 2 an embodiment for a non-circular cross-section.
In Fig. 1 sind mit 1 bis 9 die Rollenbohrwerkzeuge bezeichnet, die bei Drehung des Schneidkcpfes 10 auf den Bahnen 1' bis 9' umlaufen. Durch Verschwenken der drei Werkzeugträgerarme 11. z. B. nach innen während mehrerer Schneidkopfumdrehungen, bewegen sich die Rollenbohrwerkzeuge 1 bis 9 auf spiralförmigen Bahnen nahezu radial nach innen, bis cie die jeweils benachbarte Bahn erreicht haben. Beispielsweise schwenkt das Rollenbohrwerkzeug 2 von der Bahn 2' zur Bahn Γ. Jedes Rollenbohrwerkzeug bearbeitet demnach nur einen bestimmten Bereich der gesamten Ortsorust. Dabei wird entsprechend der Lage der Verschwenkachse 12 des Werkzeugträgerarmes 11 und seiner Länge die tangentiale Lage der Rollenbohrwerkzeuge 1 bis 9 geringfügig verändert.In Fig. 1, 1 to 9 are the roller drilling tools denotes, which revolve on the paths 1 'to 9' when the cutting head 10 is rotated. By pivoting the three tool carrier arms 11. z. B. inward during several turns of the cutting head, the roller boring tools 1 to 9 move on spiral paths almost radially inwards, until they have reached the adjacent path. For example, that pans Roller boring tool 2 from track 2 'to track Γ. Each roller drilling tool therefore only processes a certain area of the entire Ortorust. In doing so, the position of the pivot axis is determined accordingly 12 of the tool carrier arm 11 and its length, the tangential position of the roller drilling tools 1 to 9 slightly changed.
Die Schwenkung der Werkzeugträgerarnie erfolgt durch einen Ring 13, der in drei Rollen 14 geführt wird und über zwei Hydraulikzylinder 15 angetrieben ist.The pivoting of the tool carrier arm takes place by a ring 13, which is guided in three rollers 14 and is driven by two hydraulic cylinders 15.
In Fig. 2 ist eine Schneidkopfausführung für einen nicht kreisförmigen Querschnitt dargestellt. Hier sind beispielsweise die Werkzeuge 1 bis 7 und die Laufbahnen Γ bis T dargestellt. Die Werkzeuge 1 bis 4 bearbeiten den inneren Bereich der Ortsbrust, der ungefähr dem Durchmesser des Schneidkopfes entspricht. Die Werkzeuge werden ähnlich wie in dem Au-füh. ungsbeispiel nach F i g. 1 gesteuert.In Fig. 2, a cutting head design for a non-circular cross-section is shown. Tools 1 to 7 and raceways Γ to T are shown here, for example. The tools 1 to 4 machine the inner area of the face, which corresponds approximately to the diameter of the cutting head. The tools will be similar to those in the run. Example according to FIG. 1 controlled.
Im äußeren Bereich der Ortsbrust kommen die Werkzeuge 5 bis '/' zur Wirkung. Die zugehörigen Werkzeugträgerarme 11 werden hier über jeweils einen Hydraulikzylinder 15 mit eigener Steuerung betätigt, d. h. die Rollenbohrwerkzeuge 5 bis 7 bewegen sich während mehrerer Schneidkopfumdrehungen innerhalb der entsprecnenden Bereiche radial nach innen, z. B. Werkzeug 6 von 6' nach 5'. Zusätzlich werdv-n die Werkzeugträgerarme 11 für die Werkzeuge 5 bis 7 während jeder Umdrehung des Schneidkopfes entsprechend dem aufzufahrenden Profil kurzzeitig eingeschwenkt, wobei ein Strecken- bzw. Tunnelprofil in der gezeichneten Art entsteht.Tools 5 to '/' come into effect in the outer area of the face. The associated Tool carrier arms 11 are each one here Hydraulic cylinder 15 operated with its own control, d. H. the roller drilling tools 5 to 7 move during several cutting head revolutions within the corresponding areas radially inward, z. B. Tool 6 from 6 'to 5'. In addition, the tool carrier arms 11 for the tools 5 to 7 are created swiveled in briefly during each rotation of the cutting head according to the profile to be opened, whereby a route or tunnel profile is created as shown.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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- 1981-10-09 DE DE19813140203 patent/DE3140203C2/en not_active Expired
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