ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩЕЛЕВОЙ АГРЕГАТ Российский патент 1994 года по МПК E21D13/04 E21D9/04 

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано при строительстве подземных сооружений, например при сооружении калоттной прорези односводчатой станции метрополитена в неустойчивых грунтах, требующих постоянного поддержания кровли выработки, с возведением свода в виде сборной обделки.

Известен агрегат для сооружения калоттной прорези тоннеля, содержащий опорную арку с направляющими для перемещения породоразрабатывающего органа и механизм для укладки элементов постоянной крепи в свод [1]. Этот агрегат с успехом может быть применен в устойчивых необрушающихся породах, однако использовать его в неустойчивых грунтах не представляется возможным из-за обрушения породы.

Для поддержания сводовой части выработки при работе вышеназванного агрегата используют специальную шандорную крепь, которая представляет собой несущую арочную раму с выдвижными шандорами, связанную посредством телескопических связей с опорной аркой агрегата [2]. Однако и в этом случае может происходить обрушение породы и работа проходческого агрегата затрудняется или даже становится невозможной.

Известны также устройства, с помощью которых проходят щелеобразную выработку заданной аркообразной формы, заполняют ее бетоном, образуя опережающую крепь, и под защитой этой крепи осуществляют проходку тоннеля на требуемое сечение и сооружение постоянной обделки. Получаемая при этом однородная бетонная опережающая крепь равномерной толщины по всему профилю способствует поддержанию горных пород в зону сооружения тоннеля в естественном ослабленном состоянии, что благоприятно сказывается на эффективности строительства.

Одним из таких устройств, которое является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, является агрегат проходческий щелевой, включающий рабочий орган для прорезания щели, подвижно размещенный в продольной осевой направляющей на каретке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения в дугообразных направляющих вдоль арочной опорной рамы - прототип [3]. Известное устройство не может быть использовано в неустойчивых породах с механизированным агрегатом для сооружения калоттной прорези тоннеля, т.к. в его конструкции не предусмотрены средства, позволяющие освободить пространство у забоя для разработки непосредственно калоттной прорези. Область использования известного устройства достаточно узка. Кроме того, его конструкция такова, что предопределяет достаточно большое расстояние между рабочим органом и местом возведения постоянной обделки. Чтобы избежать обрушения свода даже при наличии опережающей крепи, приходится использовать временную поддерживающую крепь. Указанное способствует низкой эффективности строительства тоннелей, приводит к увеличению трудовых и материальных затрат.

Предлагаемое изобретение позволяет избежать указанных выше недостатков, а именно его конструкция такова, что становится возможным изменять габаритные размеры агрегата после сооружения опережающей щелеобразной крепи до минимальных величин для обеспечения его удаления от забоя и освобождения места у забоя механизированному агрегату, сооружающему калоттную прорезь и осуществляющей сборку постоянной крепи в непосредственной близости от забоя.

Указанный технический эффект обеспечивается тем, что в агрегате проходческом щелевом, включающем рабочий орган для прорезания щели, подвижно размещенный в продольной осевой направляющей на каретке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения в дугообразных направляющих вдоль арочной опорной рамы, его каретка снабжена шарнирно закрепленной на ней стрелой, которая имеет механизм поворота в вертикальной плоскости и шарнирно соединена своим свободным концом с направляющей рабочего органа, и двуплечим рычагом, который кинематически связан одним плечом со стрелой, а другим - с направляющей рабочего органа, при этом стрела, направляющая рабочего органа и двуплечий рычаг смонтированы на общей горизонтальной оси, а арочная опорная рама установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевой продольной плоскости.

Заявленное техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", т. к. в существующем уровне техники не известны щелевые проходческие агрегаты с подвижно размещенным в продольной осевой направляющей на каретке рабочим органом, имеющим возможность перемещения совместно с кареткой вдоль арочной опорной рамы, каретка которых была бы снабжена стрелой и двуплечим рычагом, при этом стрела была бы шарнирно закреплена на каретке, имела бы механизм поворота в вертикальной плоскости и была бы шарнирно соединена с направляющей рабочего органа, а двуплечий рычаг был бы кинематически связан одним плечом со стрелой, а другим - с направляющей рабочего органа, кроме того стрела, направляющая рабочего органа и двуплечий рычаг были бы расположены на общей горизонтальной оси, а арочная опорная рама была бы подвижно размещена в осевой продольной плоскости.

Указанная совокупность признаков, находящихся во взаимосвязи друг с другом, обеспечивает получение нового технического результата в целом, а именно позволяет легко освобождать место у забоя агрегату, сооружающему калоттную прорезь и осуществляющему сборку постоянной крепи в непосредственной близости от забоя.

На фиг. 1 изображен агрегат проходческий щелевой в рабочем положении, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид на забой; на фиг.3 - то же, вид на забой в увеличенном масштабе; на фиг.4 - агрегат в транспортном положении, в процессе перемещения к забою и обратно; на фиг.5 - агрегат в положении после окончания транспортировки, перед началом работы.

Агрегат проходческий щелевой содержит режущий рабочий орган 1 для прорезания щели, представляющий собой цепной бар с приводом вращения, установленный в направляющей 2 с возможностью осевого продольного возвратно-поступательного перемещения (показано пунктиром на фиг.1) посредством привода подачи 3. Направляющая 2 шарнирно закреплена на горизонтальной оси 4, которая установлена в проушинах стрелы 5. На той же горизонтальной оси 4 закреплен двуплечий рычаг 6, возможность поворота которого осуществлена при помощи шарнира 7. Рычаг 6 кинематически связан с одним плечом с направляющей 2, а другим плечом - со стрелой 5 при помощи механизмов поворота соответственно 8 и 9. Механизм поворота 8г представляет собой в данном конкретном случае гидроцилиндр, шток которого посредством оси 10 шарнирно закреплен на направляющей 2, а корпус посредством оси 11 также шарнирно прикреплен к одному плечу рычага 6. Механизм поворота 9 также выполнен из гидроцилиндра, шток которого осью 12 шарнирно прикреплен к другому плечу рычага 6, а корпус осью 13 - к проушине стрелы 5. Стрела 5 конструктивно выполнена из двух элементов (фиг. 1), каждый из которых соединен с горизонтальной осью 14 посредством шарнира 15 и связана тем самым с кареткой 16, к проушинам которой прикреплена названная ось 14. Стрела 5 установлена с возможностью поворота относительно горизонтальной оси 14 в вертикальной плоскости при помощи механизма поворота 17, представляющего собой два гидроцилиндра (на фиг.2 и 3 виден только один из них), штоки которых посредством осей 18 шарнирно закреплены на стреле 5, а корпуса посредством осей 19 также шарнирно прикреплены к каретке 16.

В рабочем положении штоки всех силовых гидроцилиндров должны быть зафиксированы с требуемом положении, чтобы обеспечить неизменность (фиксацию) положения рабочего органа 1 в процессе прорезания щели. Каретка 16 выполнена в виде четырехопорной ходовой тележки и снабжена приводом перемещения 20. Опорные колеса 21 ходовой тележки (т.е. каретки 16) шарнирно прикреплены к ее корпусу и размещены в дугообразных направляющих 22 опорной рамы с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения по ней.

Опорная рама состоит из трех секций, центральной 23 и двух боковых 24 и 25. Все секции шарнирно при помощи соединительных осей 26 и 27 связаны между собой и образуют арочную конструкцию. Центральная секция 23 представляет собой четырехопорную ходовую тележку с приводом перемещения 28. Своими опорными и шарнирно закрепленными колесами 29 центральная секция 23 опирается на рельсовый путь 30, установленный на почве горной выработки 31. Каждая боковая секция 24 и 25 опорной рамы имеет на своем свободном конце опорное ходовое устройство 32 с опорным колесом 33. Для обеспечения возможности перемещения опорной рамы и всего агрегата в целом в направлении к забою и обратно (т.е. в осевой продольной плоскости) каждое ходовое устройство оборудовано подъемным механизмом 34, которое в данном конкретном случае выполнено из гидроцилиндра. В рабочем положении боковые секции 24 и 25 лежат на почве горной выработки 31, а опорные колеса 33 опорной рамы подняты. Прорезанная щель обозначена на фиг.2 позицией 35.

Рабочий процесс осуществляется следующим образом. Агрегат устанавливают в транспортное положение (фиг.4). Для этого каретку 16 с рабочим органом 1 размещают на центральной секции 23 арочной опорной рамы, а сам рабочий орган 1 по продольной осевой направляющей 2 максимально отводят от забоя и с помощью механизма поворота 17 стрелы 5 и механизмов поворота 8 и 9 двуплечего рычага 6 развертывают в вертикальной плоскости таким образом, что габариты агрегата были минимальными. Далее подъемными механизмами 34 арочную опорную раму приподнимают на поверхность подошвы горной выработки 31 и устанавливают на опорные колеса 33. Подготовленный таким образом к транспортировке агрегат приводом перемещения 28 перемещают в осевой продольной плоскости по рельсовому пути 30 в требуемое положение к забою. Поскольку рабочий орган 1 находится при этом в сложенном положении, то высота проходческого щелевого агрегата минимальна и он свободно проходит под опорной аркой агрегата для сооружения калоттной прорези. Затем (фиг.5) боковые секции 24 и 25 с помощью подъемных механизмов 34 опускают до соприкосновения с подошвой выработки (опорные колеса при этом поднимаются над подошвой выработки). Для повышения надежности осуществляют фиксацию опорной рамы в этом положении (механизм фиксации как не относящийся к сущности изобретения на чертежах не показан). Шарнирное соединение секций опорной рамы между собой значительно облегчает процесс перемещения арочной опорной рамы. После этого каретку 16 приводом 20 перемещают вдоль арочной опорной рамы по дугообразным направляющим 22 на одну из боковых секций в зависимости от принятой технологии проходки. На фигурах показан вариант перемещения каретки 16 на боковую секцию 24. Каретку 16 перемещают до фиксированного конечного положения. Совместной работой привода вращения рабочего органа 1 и привода его подачи 3 врезают цепной бар в забой. Далее включают механизм поворота 17 стрелы 5 и механизмы поворота 8 и 9 двуплечего рычага 6 и выводят цепной бар на проектную отметку, соответствующую требуемую радиусу выработки (при этом происходит прорезка щели). Следует отметить, что при максимальном выдвижении штоков силовых гидроцилиндров 17 рабочий орган 1 будет находиться в положении, обеспечивающем проходку щели 35 максимального радиуса. Чтобы осуществить проходку щели иного радиуса, необходимо осуществить фиксацию штоков гидроцилиндров в требуемом промежуточном (между граничными) положении. После выхода рабочего органа 1 в положение, обеспечивающее разработку щели 35 требуемого радиуса, включают привод 20 и перемещают каретку 16 вдоль арочной опорной рамы по всей длине ее дугообразных направляющих 22 до конечного положения на боковой секции 25. При этом рабочий орган 1 прорезает щель 35 по всему контуру выработки. Бетонирование щели производят параллельно с ее прорезанием механизмом, который установлен на агрегате и не показан в материалах заявки как не относящийся к сущности изобретения. По окончании работы цепной бар 1 приводом подачи 3 и механизмами поворота 17, 8 и 9 выводят из забоя и устанавливают в транспортное положение на каретке 16. Последнюю возвращают по дугообразным направляющим 22 опорной рамы на центральную секцию 23. Переводят опорную раму в транспортное положение, для чего подъемными механизмами 34 приподнимают ее над почвой горной выработки 31, устанавливая на опорные колеса 33. Затем приводом 28 по рельсовому пути 30 отводят щелевой проходческий агрегат от забоя. При этом у забоя освобождается место механизированному агрегату для сооружения калоттной прорези. Последний беспрепятственно проходит над опорной рамой щелевого агрегата, рабочий орган которого находится в максимально сложенном положении. Механизированный агрегат для сооружения калоттной прорези осуществляет непосредственное сооружение калоттной прорези и установку элементов постоянной крепи в непосредственной близости от забоя. Таким образом, щелевой проходческий агрегат обеспечивает возведение бетонной опережающей крепи, под защитой которой становится возможной работа механизированного агрегата для сооружения калоттной прорези с возведением постоянной обделки в непосредственной близости от забоя без применения временной поддерживающей крепи. После выполнения указанных операций к забою под аркой механизированного агрегата подводят предложенное устройство.

Далее цикл повторяется.

Использование: при строительстве подземных сооружений в неустойчивых грунтах, требующих постоянного поддержания кровли выработки, с возведением свода в виде сборной обделки. Сущность изобретения: агрегат проходческий щелевой содержит рабочий орган для прорезания щели, подвижно размещенный в продольной осевой направляющей на каретке. Последняя установлена в дугообразных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль арочной опорной рамы. На каретке шарнирно закреплена стрела, имеющая механизм поворота в вертикальной плоскости. Стрела шарнирно соединена своим свободным концом с направляющей рабочего органа. На общей оси со стрелой и направляющей рабочего органа смонтирован двуплечий рычаг, который кинематически связан одним плечом со стрелой, а другим - с направляющей рабочего органа. Арочная опорная рама установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевой продольной плоскости. 5 ил.

ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩЕЛЕВОЙ АГРЕГАТ, включающий рабочий орган для прорезания щели, подвижно размещенный в продольной осевой направляющей на каретке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения в дугообразных направляющих вдоль арочной опорной рамы, отличающийся тем, что каретка снабжена шарнирно закрепленной на ней стрелой, которая имеет механизм поворота в вертикальной плоскости и шарнирно соединена своим свободным концом с направляющей рабочего органа, и двуплечим рычагом, который кинематически связан одним плечом со стрелой, а другим - с направляющей рабочего органа, при этом стрела, направляющая рабочего органа и двуплечий рычаг смонтированы на общей оси, а арочная опорная рама установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевой продольной плоскости.