ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1997 года по МПК E21D9/06 

Изобретение относится к подземному строительству, а именно к проходческим щитам с поворотной ножевой секцией, и может быть использовано при строительстве тоннелей с небольшими радиусами закругления.

Известен проходческий шаг, содержащий корпус, ножевую секцию, установленную с возможностью поворота относительно корпуса посредством гидроцилиндров ее поворота, щитовые гидроцилиндры и уплотнительный узел между ножевой секцией и корпусом. (Заявка Японии N 61-4480, опублик. 1986).

Недостатком указанного щита является то, что для поворота ножевой секции используются дополнительные гидроцилиндры, которые усложняют конструкцию щита и управление его движением.

Кроме того, уплотнительный узел, выполненный в виде эластичных колец, размещенных в кольцевом зазоре между ножевой секцией и корпусом, не компенсирует поперечные смещения ножевой секции при ее повороте относительно корпуса, что может привести в раскрытию стыка и снижению эффективности работы уплотнения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является проходческий щит, включающий корпус с передним и задним опорным кольцами, ножевую секцию с опорным кольцом, установленную с возможностью поворота относительно корпуса, щитовые гидроцилиндры, установленные в опорных кольцах ножевой секции и корпуса, и уплотнительный узел между ножевой секцией и корпусом. (Заявка Японии N 3-43435, кл. E 21 D 9/06, опублик. 1991).

Ножевая секция и корпус указанного щита установлены внахлест друг другу и в месте соединения имеют сферические поверхности. При этом уплотнительный узел между ножевой секцией и корпусом установлен в кольцевой проточке ножевой секции на сферической поверхности корпуса, что позволяет компенсировать поперечные смещения ножевой секции при ее повороте относительно корпуса и повышает надежность уплотнительного узла.

Однако при этом требуется точное изготовление сферических поверхностей ножевой секции и корпуса, установленных внахлест.

Кроме того, указанный щит не предотвращает закручивания ножевой секции или корпуса друг относительно друга, а использование дополнительно гидроцилиндра для поворота ножевой секции усложняет конструкцию щита и его обслуживание.

Задачей изобретения является возможность использования щитовых гидроцилиндров как для перемещения щита, так и для поворота ножевой секции, а также исключение поперечных смещений и закручивания ножевой секции и корпуса щита друг относительно друга.

Поставленная задача решается тем, что в проходческом щите часть щитовых гидроцилиндров шарнирно закреплена на ножевой секции и свободно установлена в опорных кольцах ножевой секции и корпуса, а другая часть щитовых гидроцилиндров жестко закреплена на корпусе и свободно установлена в опорном кольце ножевой секции.

Часть щитовых гидроцилиндров может быть выполнена с хвостовиками, при этом каждый хвостовик шарнирно закреплен посредством шарнирного подшипника на ножевой секции и свободно установлен в опорном кольце ножевой секции и переднем опорном кольце корпуса щита. Другая часть щитовых гидроцилиндров может иметь хвостовики с резьбой, при этом каждый хвостовик с резьбой жестко закреплен на переднем опорном кольце корпуса щита посредством гайки-втулки и шайбы, гайка-втулка свободно установлена в опорном кольце ножевой секции, а шайба размещена между корпусом щитового гидроцилиндра и передним опорным кольцом корпуса щита.

В этом варианте закрепления щитовых гидроцилиндров хвостовик щитового гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на ножевой секции, в основании имеет сферическую опорную поверхность, которая расположена на расстоянии от переднего опорного кольца корпуса щита не менее высоты шайбы в положении щитового гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на ножевой секции, до начала его перемещения. Переднее опорное кольцо корпуса щита имеет со стороны корпуса щитового гидроцилиндра сферическую выемку, выполненную радиусом, равным радиусу сферы сферической опорной поверхности хвостовика щитового гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на ножевой секции. Каждая гайка-втулка выполнена конусной со стороны ножевой секции, при этом угол конуса гайки-втулки не менее угла поворота ножевой секции.

Кроме того, уплотнительный узел выполнен в виде гибкого листа, эластичных колец и упругой прокладки, при этом гибкий лист размещен в кольцевой проточке ножевой секции с зазорами, в которых установлены эластичные кольца, а в кольцевой проточке корпуса щита гибкий лист прикреплен к корпусу через упругую прокладку.

Для решения поставленной задачи необходима вся совокупность существенных признаков.

Закрепление части щитовых гидроцилиндров посредством шарнирного подшипника на ножевой секции обеспечит поворот ножевой секции в требуемом направлении. Жесткое закрепление другой части щитовых гидроцилиндров к корпусу щита обеспечит перемещение корпуса и ножевой секции в продольном направлении. При этом свободное размещение первой части щитовых гидроцилиндров в опорных кольцах ножевой секции и корпуса щита, а также свободное размещение другой части щитовых гидроцилиндров в опорном кольце ножевой секции не будет препятствовать повороту ножевой секции.

Кроме того, жесткое закрепление другой части щитовых гидроцилиндров к переднему опорному кольцу корпуса щита исключает поперечное смещение и закручивание ножевой секции и корпуса друг относительно друга.

Предложенная компоновка уплотнительного узла исключает возможность образования неуплотнительных зазоров между ножевой секцией и корпусом за счет возможности гибкого листа, установленного в кольцевой проточке ножевой секции через эластичные кольца и закрепленного в кольцевой проточке корпуса щита через упругую прокладку, изгибаться при поворотах ножевой секции и постоянно взаимодействовать с ножевой секцией и корпусом щита.

На фиг. 1 изображен проходческий щит с поворотной ножевой секцией; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2, узел шарнирного закрепления щитового гидроцилиндра посредством шарнирного подшипника к ножевой секции; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 2, узел жесткого закрепления щитового гидроцилиндра на корпусе щита; на фиг. 5 место Г на фиг. 3, уплотнительный узел; на фиг. 6 сечение Д-Д на фиг. 3.

Проходческий щит включает ножевую секцию 1, корпус 2, щитовые гидроцилиндры 3 и 4, установленные в опорных кольцах ножевой секции 1 и корпуса 2, и уплотнительный узел между ножевой секцией 1 и корпусом 2. Ножевая секция 1 установлена с возможностью поворота на угол альфа относительно корпуса 2 посредством щитовых гидроцилиндров 3.

Каждый щитовой гидроцилиндр 3 выполнен с хвостовиком 5, который свободно (с зазором) размещен в опорном кольце 6 ножевой секции 1 и в переднем опорном кольце 7 корпуса 2, при этом корпус щитового гидроцилиндра 3 свободно размещен в заднем опорном кольце 8 корпуса 2 щита.

Хвостовик 5 шарнирно закреплен на ножевой секции 1 посредством шарнирного подшипника 9, установленного на оси 10, которая размещена между ребрами опорного кольца 6 ножевой секции 1. Хвостовик 5 имеет в основании сферического опорную поверхность с радиусом сферы r₁, а переднее опорное кольцо 7 корпуса 2 щита со стороны корпуса щитового гидроцилиндра 3 имеет сферическую выемку радиусом r₂, равным радиусу r₁ сферы сферической опорной поверхности хвостовика 5.

Каждый щитовой гидроцилиндр 4 имеет хвостовик 11 с резьбой, который жестко закреплен на переднем опорном кольце 7 корпуса 2 щита посредством гайки-втулки 12 и шайбы 13. Гайка-втулка 12 выполнена конусной со стороны ножевой секции 1 с углом конусности β не менее угла поворота a ножевой секции 1. Гайка-втулка 12 свободно установлена в опорном кольце 6 ножевой секции 1, а шайба 13 размещена между корпусом щитового гидроцилиндра 4 и передним опорным кольцом 7 корпуса 2 щита.

Каждый щитовой гидроцилиндр 3 установлен в опорных кольцах корпуса 2 щита таким образом, что сферическая опорная поверхность его хвостовика 5 расположена на расстоянии от переднего опорного кольца 7 корпуса 2 щита не менее высоты шайбы 13 в положении щитового гидроцилиндра 3 до начала его перемещения, для того чтобы штоки щитовых гидроцилиндров 3 и 4, распирающиеся при передвижке щита в сооруженное кольцо тоннельной обделки, располагались бы в одной плоскости.

Опорное кольцо 6 ножевой секции 1 выполнено со стороны корпуса 2 со скосом. Угол скоса g выполнен не менее угла a поворота ножевой секции 1 относительно корпуса 2.

Уплотнительный узел между ножевой секцией 1 и корпусом 2 установлен с возможностью компенсации поперечных смещений ножевой секции 1 при ее повороте относительно корпуса 2. Для этого он выполнен в виде гибкого листа 14, эластичных колец 15 и упругой прокладки 16.

Гибкий лист 14 размещен одним концом в кольцевой проточке 17 ножевой секции 1, а другим концом в кольцевой проточке 18 корпуса 2 щита.

В кольцевой проточке 17 ножевой секции 1 гибкий лист 14 размещен с зазором относительно ножевой секции 1, в которых установлены эластичные кольца 15. При этом эластичные кольца 15 размещены в проточках ножевой секции 1 и крышки 19, а крышка 19 жестко закреплена к ножевой секции 1.

В кольцевой проточке 18 корпуса 2 гибкий лист установлен на корпусе 2 и прикреплен к нему через упругую прокладку 16 и крышку 20.

Длина гибкого листа 14 выполнена больше величины перемещения ножевой секции 1 относительно корпуса 2, чтобы исключить выпадение эластичных колец 15. Гибкий лист 14 выполнен, например, из пружинной стали.

Проходческий щит работает следующим образом.

Перемещение проходческого щита на забой осуществляют путем выдвижения штоков щитовых гидроцилиндров 3 и 4, распирающихся в сооруженное кольцо тоннельной обделки, при этом корпуса щитовых гидроцилиндров 4, жестко закрепленные на переднем опорном кольце 7 корпуса 2 посредством гаек-втулок 12 и шайб 13, воздействуют через переднее опорное кольцо 7 корпуса 2 на ножевую секцию 1. Корпуса щитовых гидроцилиндров 3 через хвостовики 5 также воздействуют на ножевую секцию 1, в результате чего щит продвигается на забой.

Для изменения направления проходки ножевую секцию 1 поворачивают в требуемом направлении. Для этого щитовые гидроцилиндры 4 и часть щитовых гидроцилиндров 3 отключают и продолжают выдвижение штоков другой группы щитовых гидроцилиндров 3, необходимое для поворота ножевой секции 1. При этом корпуса щитовых гидроцилиндров 3 этой группы, свободно размещенные в опорных кольцах ножевой секции 1 и корпуса 2 и шарнирно закрепленные на ножевой секции 1, поворачивают ножевую секцию 1 вокруг шарнирного подшипника 9 в зависимости от выбранного направления.

После перемещения корпусов щитовых гидроцилиндров 3 на величину, равную высоте шайб 13 щитовых гидроцилиндров 4, что соответствует повороту ножевой секции 1 на угол альфа, продолжают перемещение щита в выбранном направлении, включив в работу щитовые гидроцилиндры 4 и другую группу щитовых гидроцилиндров 3.

При повороте ножевой секции 1 гайки-втулки 12, выполненные конусными и свободно размещенные в опорном кольце 6 ножевой секции 1, а также опорное кольцо 6, выполненное со скосом под углом g со стороны корпуса 2 и сферической выемкой радиусом r₂, равным радиусу r₁ сферы сферической опорной поверхности хвостовика 5, не препятствуют повороту ножевой секции 1 на угол a.

Предложенный вариант закрепления корпусов щитовых гидроцилиндров 4, имеющих хвостовики 11 с резьбой, с помощью гаек-втулок 12 и шайб 13 на переднем опорном кольце 7 корпуса 2 щита предотвращает закручивание и поперечное смещение ножевой секции 1 и корпуса 2 щита друг относительно друга.

При повороте ножевой секции 1 гибкий лист 14 постоянно взаимодействует с ножевой секцией 1 через эластичные кольца 15 и с корпусом 2 через упругую прокладку 16, исключая возможность образования неуплотненных зазоров между ножевой секцией 1 и корпусом 2 щита.

Использование: изобретение относится к подземному строительству, а именно к проходческим щитам с поворотной ножевой секцией, и может быть использовано при строительстве тоннелей с небольшими радиусами закругления. Сущность изобретения: проходческий щит состоит из ножевой секции, корпуса, щитовых гидроцилиндров, установленных в опорных кольцах ножевой секции и корпуса, и уплотнительного узла между ножевой секцией и корпусом. Щитовые гидроцилиндры шарнирно закреплены на ножевой секции посредством шарнирного подшипника и свободно установлены в опорном кольце ножевой секции, переднем опорном кольце и заднем опорном кольце корпуса щита. Щитовые гидроцилиндры жестко прикреплены к переднему опорному кольцу корпуса щита и свободно установлены в опорном кольце ножевой секции. Это позволит использовать щитовые гидроцилиндры как для перемещения щита, так и для поворота ножевой секции. При этом исключается закручивание и поперечное смещение ножевой секции или корпуса щита друг относительно друга. Уплотнительный узел между ножевой секцией и корпусом выполнен в виде гибкого листа, эластичных колец и упругой прокладки. Гибкий лист размещен в кольцевой проточке ножевой секции с зазорами, в которых установлены эластичные кольца. В кольцевой проточке корпуса гибкий лист прикреплен к корпусу через упругую прокладку. Предложенный уплотнительный узел позволит компенсировать поперечное смещение ножевой секции или корпуса друг относительно друга при повороте ножевой секции и исключить возможность образования неуплотненных зазоров между ножевой секцией и корпусом щита. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Проходческий щит, включающий корпус с передним и задним опорными кольцами, ножевую секцию с опорным кольцом, установленную с возможностью поворота относительно корпуса, щитовые гидроцилиндры, установленные в опорных кольцах ножей секции и корпуса, и уплотнительный узел между ножевой секцией и корпусом, отличающийся тем, что часть щитовых гидроцилиндров шарнирно закреплена на ножевой секции и свободно установлена в опорных кольцах ножевой секции и корпуса, а другая часть щитовых гидроцилиндров жестко закреплена на корпусе и свободно установлена в опорном кольце ножевой секции. 2. Щит по п.1, отличающийся тем, что часть щитовых гидроцилиндров выполнена с хвостовиками, при этом каждый хвостовик шарнирно закреплен посредством шарнирного подшипника на ножевой секции и свободно размещен в опорном кольце ножевой секции и в переднем опорном кольце корпуса щита. 3. Щит по п.1, отличающийся тем, что другая часть щитовых гидроцилиндров имеет хвостовики с резьбой, при этом каждый хвостовик с резьбой жестко закреплен на переднем опорном кольце корпуса щита посредством гайки-втулки и шайбы, гайка-втулка свободно установлена в опорном кольце ножевой секции, а шайба размещена между корпусом щитового гидроцилиндра и передним опорным кольцом корпуса щита. 4. Щит по пп.1 3, отличающийся тем, что каждый хвостовик щитового гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на ножевой секции, в основании имеет сферическую опорную поверхность, которая расположена на расстоянии от переднего опорного кольца корпуса щита не менее высоты шайбы в положении щитового гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на ножевой секции, до начала его перемещения. 5. Щит по пп.1 4, отличающийся тем, что переднее опорное кольцо корпуса щита имеет со стороны корпуса щитового гидроцилиндра сферическую выемку, выполненную радиусом, равным радиусу сферы сферической опорной поверхности хвостовика щитового гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на ножевой секции. 6. Щит по пп.1 и 3, отличающийся тем, что каждая гайка-втулка выполнена конусной со стороны ножевой секции, при этом угол конуса гайки-втулки не менее угла поворота ножевой секции. 7. Уплотнительный узел, содержащий уплотнительный элемент, установленный в кольцевых проточках ножевой секции и корпуса щита с возможностью компенсации поперечных смещений ножевой секции при ее повороте, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде гибкого листа, эластичных колец и упругой прокладки, при этом гибкий лист размещен в кольцевой проточке ножевой секции с зазорами, в которых установлены эластичные кольца, а в кольцевой проточке корпуса щита гибкий лист закреплен к корпусу через упругую прокладку.