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  本发明公开了一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进机，通过钻孔设备对掌子面待开挖岩体预先钻孔，产生预制裂纹，从而可以在一定程度上完成快速破岩，充分的发挥了掘进机性能，提高掘进效率，缩短工程进度与周期。并且在一个钻杆磨损严重时，可通过第一驱动电机带动转盘旋转，使其他的钻杆旋转至磨损钻杆的位置，实现自动替换钻杆，不仅可保证掘进的连续性，而且无需人工更换钻杆，降低工作人员的工作量。

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112196570 A (43)申请公布日 2021.01.08 (21)申请号 9.2 (22)申请日 2020.09.30 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园一号 申请人 北方工业大学 (72)发明人 满轲刘晓丽黄进宋丹青 郭占峰宋高峰丁阔柳宗旭 (74)专利代理机构 北京中强智尚知识产权代理 有限公司 11448 代理人 黄耀威 (51)Int.Cl. E21D 9/10 (2006.01) 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (54)发明名称 一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进机 (57)摘要 本发明公开了一种隧道掘进机的钻孔设备 及隧道掘进机，通过钻孔设备对掌子面待开挖岩 体预先钻孔，产生预制裂纹，从而可以在一定程度上完成快速 破岩，充分的发挥了掘进机性能，提高掘进效率，缩 短工程进度与周期。并且在一个钻杆磨损严重 时，可通过第一驱动电机带动转盘旋转，使其他 的钻杆旋转至磨损钻杆的位置，实现自动替换钻 杆，不仅可保证掘进的连续性，而且无需人工更 换钻杆，降低工作人员的工作量。 A 0 7 5 6 9 1 2 1 1 N C CN 112196570 A 权利要求书 1/1页 1.一种隧道掘进机的钻孔设备，其特征是，包括设置在刀盘(10)的容置腔(1)，所述 容置腔(1)内设有第一驱动电机(3)及与所述第一驱动电机(3)连接的转盘(4)； 所述转盘(4)的圆周上均布有多个钻孔单元(5)，每个钻孔单元(5)包括第二驱动电机 (52)、伸缩装置(53)及钻杆(51)，所述钻杆(51)通过所述第二驱动电机(52)与伸缩装置 (53)连接，所述钻杆(51)沿与所述刀盘(10)轴向相平行的方向设置，且所述伸缩装置(53) 能够驱动所述钻杆(51)沿与所述刀盘(10)轴向相平行的方向伸缩； 所述容置腔(1)的前端设有封堵(2)，所述封堵(2)上对应其中一个钻孔单元(5)的钻杆 (51)的位置设有通孔(21)。 2.依据权利要求1所述的隧道掘进机的钻孔设备，其特征是，所述封堵(2)与所述容 置腔(1)的边缘可拆卸连接。 3.依据权利要求1所述的隧道掘进机的钻孔设备，其特征是，所述封堵(2)采用含碳 量低于0.7％、且强度高于所述刀盘(10)材质强度的30％、耐磨性不低于所述刀盘(10)材质 的材料制造成。 4.依据权利要求3所述的隧道掘进机的钻孔设备，其特征是，所述封堵(2)材料的含 碳量为0.5％～0.6％。 5.依据权利要求1所述的隧道掘进机的钻孔设备，其特征是，所述伸缩装置(53)包括 连接件(531)、驱动轴(532)及液压泵(533)，所述第二驱动电机(52)通过所述连接件(531) 与所述驱动轴(532)连接，所述液压泵(533)与所述驱动轴(532)连接。 6.一种隧道掘进机，其特征是，包括刀盘(10)，所述刀盘(10)的前端设有多个刀头 (12)所组成的刀头(12)阵列，所述刀头(12)阵列中每行或者每列中相邻的两个所述刀头 (12)之间设有如权利要求1-5任一项所述的钻孔设备(11)。 2 2 CN 112196570 A 说明书 1/3页 一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进机 技术领域 [0001] 本发明涉及硬岩掘进技术领域，特别涉及一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进 机。 背景技术 [0002] 隧道、巷道、地下硐室等岩土工程在掘进施工全套工艺流程中，涉及到慢慢的变多的机械化、 自动化设备，可实现快速施工，逐渐替代传统的需要大量人工群体作业的施工模式。而隧道 掘进机由于其可高速切削岩石、成型出渣、一体支护等特点，施工速度高效，并且施工全套工艺流程 安全环保。鉴于此，地下工程中采用隧道掘进机进行实施工程，愈发凸显出优势。 [0003] 现有的掘进机的破岩依靠其刀盘和刀具，在刀盘前方布置有不同分布及尺寸的刀 头，一般是根据刀具的机械作用原理，切割待开挖岩体。但是，在面对完整性好、强度高的硬 岩时，仅仅依靠刀头的楔、切、压等力学作用并不能快速的切割岩体，导致工程掘进效率低， 延缓工程进度与周期。 发明内容 [0004] 本发明的目的是提供一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进机，以解决现有的 掘进机在面对完整性好、强度高的硬岩时，仅仅依靠刀头的楔、切、压等力学作用并不能快 速的切割岩体，导致工程掘进效率低，延缓工程进度与周期的问题。 [0005] 第一方面，根据本发明的实施例，提供了一种隧道掘进机的钻孔设备，包括设置在 刀盘的容置腔，所述容置腔内设有第一驱动电机及与所述第一驱动电机连接的转盘； [0006] 所述转盘的圆周上均布有多个钻孔单元，每个钻孔单元包括第二驱动电机、伸缩 装置及钻杆，所述钻杆通过所述第二驱动电机与伸缩装置连接，所述钻杆沿与所述刀盘轴 向相平行的方向设置，且所述伸缩装置能够驱动所述钻杆沿与所述刀盘轴向相平行的方向 伸缩； [0007] 所述容置腔的前端设有封堵，所述封堵上对应其中一个钻孔单元的钻杆的位置设 有通孔。 [0008] 具体地，所述封堵与所述容置腔的边缘可拆卸连接。 [0009] 具体地，所述封堵采用含碳量低于0.7％、且强度高于所述刀盘材质强度的30％、 耐磨性不低于所述刀盘材质的材料制造成。 [0010] 具体地，所述封堵材料的含碳量为0.5％～0.6％。 [0011] 具体地，所述伸缩装置包含连接件、驱动轴及液压泵，所述第二驱动电机通过所述 连接件与所述驱动轴连接，所述液压泵与所述驱动轴连接。 [0012] 第二方面，根据本发明的实施例，提供了一种隧道掘进机，包括刀盘，所述刀盘的 前端设有多个刀头所组成的刀头阵列，所述刀头阵列中每行或者每列中相邻的两个所述刀 头之间设有上述的钻孔设备。 [0013] 本发明实施例提供的一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进机，通过钻孔设备对 3 3 CN 112196570 A 说明书 2/3页 掌子面待开挖岩体预先钻孔，产生预制裂纹，从而可以在一定程度上完成快速破岩，充分的发挥了掘进机性 能，提高掘进效率，缩短工程进度与周期。并且在一个钻杆磨损严重时，可通过第一驱动电 机带动转盘旋转，使其他的钻杆旋转至磨损钻杆的位置，实现自动替换钻杆，不仅可保证掘 进的连续性，而且无需人工更换钻杆，降低工作人员的工作量。 附图说明 [0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现存技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够准确的通过这些附图获 得其他的附图。 [0015] 图1为本发明实施例提供一种隧道掘进机的钻孔设备的结构图； [0016] 图2为封堵的结构图； [0017] 图3为本发明实施例提供的一种隧道掘进机的结构图。 [0018] 其中，1-容置腔，2-封堵，21-通孔，3-第一驱动电机，4-转盘，5-钻孔单元，51-钻 杆，52-第二驱动电机，53-伸缩装置，531-连接件，532-驱动轴，533-液压泵，6-待开挖岩体， 7-掌子面，8-钻孔，9-预制裂纹,10-刀盘，11-钻孔设备，12-刀头。 具体实施方式 [0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整的描述，显然，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。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。 [0020] 第一方面，根据本发明的实施例，如图1和图2所示，提供了一种隧道掘进机的钻孔 设备，包括设置在刀盘10的容置腔1，容置腔1内设有第一驱动电机3及与第一驱动电机3连 接的转盘4；转盘4的圆周上均布有多个钻孔8单元5，每个钻孔8单元5包括第二驱动电机52、 伸缩装置53及钻杆51，钻杆51通过第二驱动电机52与伸缩装置53连接，所述钻杆51沿与所 述刀盘10轴向相平行的方向设置，且所述伸缩装置53能够驱动所述钻杆51沿与所述刀盘10 轴向相平行的方向伸缩；容置腔1的前端设有封堵2，封堵2上对应其中一个钻孔8单元5的钻 杆51的位置设有通孔21。 [0021] 在本实施例中的钻孔设备可应用于隧道掘进机，具体地，隧道掘进机包括主梁、驱 动机构、支撑机构、连接机构及刀盘10；刀盘10通过连接机构与主梁连接，驱动机构安装在 支撑机构上，且驱动机构与主梁连接；刀盘10的前端设有多个刀头12所组成的刀头12阵列， 刀头12阵列中每行或者每列中相邻的两个刀头12之间设有本实施例的钻孔设备。封堵2可 防止掘进过程中所产生的灰尘及颗粒等进入容置腔1内。 [0022] 在具体掘进过程中，利用对应于封堵2上通孔21位置的钻孔8单元5对掌子面7待开 挖岩体6预先钻孔8，产生预制裂纹9，然后再通过刀盘10上的刀头12对产生预制裂纹的岩体 进行破岩。在该钻孔8单元5的钻杆51磨损严重时，可启动第一驱动电机3带动转盘4转动，使 其他的钻杆51单元的钻杆51旋转至该通孔21对应的位置，替换磨损严重的钻杆51接着来进行 钻孔8作业。 4 4 CN 112196570 A 说明书 3/3页 [0023] 本实施例提供的一种隧道掘进机的钻孔设备及隧道掘进机，通过钻孔设备对掌子 面7待开挖岩体6预先钻孔8，产生预制裂纹9，从而可以在一定程度上完成快速破岩，充分的发挥了掘进机性 能，提高掘进效率，缩短工程进度与周期。并且在一个钻杆51磨损严重时，可通过第一驱动 电机3带动转盘4旋转，使其他的钻杆51旋转至磨损钻杆51的位置，实现自动替换钻杆51，不 仅可保证掘进的连续性，而且无需人工更换钻杆51，降低工作人员的工作量。 [0024] 在上述实施例中，封堵2与容置腔1的边缘可拆卸连接。具体地，封堵2与容置腔1边 缘可通过螺栓实现可拆卸连接。设置可拆卸的封堵2，可方便工作人员对钻孔8结构内的各 部件来维护。 [0025] 其中，封堵2采用含碳量低于0.7％、且强度高于刀盘10材质强度的30％、耐磨性不 低于刀盘10材质的材料制造成。进一步地，封堵2材料的含碳量为0.5％～0.6％。从而使封堵2 具有高强度及耐磨的优点。 [0026] 在上述实施例中，如图1所示，伸缩装置53包括连接件531、驱动轴532及液压泵 533，第二驱动电机52通过连接件531与驱动轴532连接，液压泵533与驱动轴532连接。 [0027] 在具体掘进过程中，利用液压泵533带动驱动轴532伸长，从而利用驱动轴532通过 连接件531带动驱动电机及钻杆51开始前伸，直至触碰到岩体为止，此时，液压泵533停止驱 动，同时第二驱动电机52开启并带动钻杆51转动，当钻杆51的转速稳定后，液压泵533再次 进行驱动，从而使转动的钻杆51继续前伸，此时，钻杆51开始对岩体进行钻孔8作业，当达到 预设深度并产生预制裂纹时，伸缩杆进行反向驱动，驱动电机和钻杆51同时退回至初始位 置，同时液压泵533停止驱动，并且驱动电机停止工作。在需要替换磨损严重的钻杆51单元 的钻杆51时，可启动第一驱动电机3带动转盘4转动，使其他的钻杆51单元的钻杆51旋转至 该通孔21对应的位置，并重复上述的工作过程即可。 [0028] 第二方面，根据本发明的实施例，如图3所示，提供了一种隧道掘进机，包括刀盘 10，刀盘10的前端设有多个刀头12所组成的刀头12阵列，刀头12阵列中每行或者每列中相 邻的两个刀头12之间设有上述的钻孔设备11。 [0029] 本实施例提供的隧道掘进机，通过钻孔设备对掌子面7待开挖岩体6预先钻孔8，产 生预制裂纹9，从而可以在一定程度上完成快速破岩，充分的发挥了掘进机性能，提高掘进效率，缩短工程进 度与周期。并且在一个钻杆51磨损严重时，可通过第一驱动电机3带动转盘4旋转，使其他的 钻杆51旋转至磨损钻杆51的位置，实现自动替换钻杆51，不仅可保证掘进的连续性，而且无 需人工更换钻杆51，降低工作人员的工作量。 [0030] 在刀头12阵列中每行或者每列中相邻的两个刀头12之间设有嵌入刀盘10的钻孔 设备，这样既可保证刀头12及钻孔设备的数量，又能保证刀头12及钻孔设备的均匀分布，从 而进一步提升掘进效果。 [0031] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其 它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或 者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识 或惯用技术方法。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的 权利要求指出。 [0032] 应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并 且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。 5 5 CN 112196570 A 说明书附图 1/1页 图1 图2 图3 6 6

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