ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ Российский патент 2000 года по МПК E21D9/08 E21C27/24 

Изобретение относится к области подземного строительства, а именно к проходческим щитам роторного типа, и может быть использовано при строительстве тоннелей различного назначения на участках с различными видами грунта (твердый, песчаный, водоносный и т.д.).

Известна конструкция проходческого щита роторного типа, содержащая корпус, ротор с ножевыми элементами, забурник, приводной элемент ротора и механизм выноса грунта из забойной камеры (Европейский патент N 0768447 A1 по кл. МКИ E 21 D 9/08 от 16.04.1997 г.).

Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата, являются низкая эксплуатационная надежность и производительность щита при работе на участках с твердым грунтом (камни, валуны и т.д.).

Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков является проходческий щит, описанный в Европейском патенте N 0431293 B1 по кл. E 21 D 9/08 от 25.01.1995 г, содержащий корпус, ротор, расположенный в передней части корпуса, на рабочей поверхности которого закреплены поворотные режущие элементы, забурник с режущими элементами, расположенный в головной части ротора, привод ротора и механизм удаления грунта в виде гидротранспортного средства.

Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата, являются недостаточная эффективность и производительность щита при работе на участках с грунтом, содержащим булыжины и валуны повышенной твердости, т. к. использование лишь поворотных ножей недостаточно для требуемого разрушения грунта. Кроме того наличие в известном устройстве забурника, имеющего осевое перемещение под действием поршня, усложняет конструкцию, повышает вероятность попадания неизмельченной породы в забойную камеру, что в конечном итоге ведет к снижению эффективности и производительности выноса грунта из забойной камеры, а в отдельных случаях и к остановке проходческого щита для осуществления выноса грунта.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности, производительности щита и упрощении его конструкции. Поставленная задача решается за счет того, что в проходческом щите, содержащем корпус, ротор, расположенный в передней части корпуса, на рабочей поверхности которого закреплены поворотные режущие элементы, забурник с режущими элементами, расположенный в головной части ротора, привод ротора и механизм удаления грунта в виде гидротранспортного средства, центральная часть рабочей поверхности ротора выполнена выступающей, на которой жестко закреплен забурник в виде крестовины, на концах которой закреплены режущие элементы, выполненные в виде твердосплавных вставок, расположенных под углом друг к другу, а на остальной рабочей поверхности ротора дополнительно размещены прорезные резцы, причем каждый режущий элемент на остальной рабочей поверхности ротора выполнен в виде коромысла, подвижно закрепленного одним концом на оси в пазу ротора, а на свободном конце коромысла закреплены твердосплавные вставки, одни из которых расположены под прямым, а другие под острым углом к поверхности, на которой они закреплены, а каждый прорезной резец установлен между стенками основания, закрепленного на роторе, и выполнен в виде расположенного на оси элемента, рабочая часть которого выполнена в виде прямоугольной призмы, на верхних ребрах которой закреплены твердосплавные вставки, а опорная поверхность выполнена цилиндрической и размещена между двумя основаниями, при этом боковые поверхности элемента расположены под углом к боковым граням призмы и внутренним стенкам основания, образуя боковые опорные поверхности прорезного резца, причем рабочие поверхности твердосплавных вставок забурника, прорезных резцов и режущих элементов ротора выполнены в виде конуса.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление признаков, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружено аналогов, характеризующихся идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволили выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по существующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательного уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

На фиг. 1 представлен общий вид проходческого щита.

На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

На фиг. 3 - сечение Б-Б; В-В; Г-Г и Д-Д на фиг. 1.

Проходческий щит содержит корпус 1, в головной части которого расположен ротор 2 с выступающей частью 3, на которой жестко закреплен забурник 4 в виде крестовины с режущими элементами в виде твердосплавных вставок 5. На рабочей поверхности ротора крестообразно размещены режущие элементы 6 в виде коромысел, расположенных на оси 7 и снабженных на свободном конце твердосплавными вставками 8.

На рабочей поверхности ротора 2 между стенками основания 9 на оси 10 размещены прорезные резцы 11, рабочая часть которого выполнена в виде прямоугольной призмы, на верхних ребрах которого закреплены твердосплавные вставки 12, а опорная поверхность выполнена цилиндрической. Боковые поверхности прорезного резца расположены под углом α к боковым граням призмы и внутренним стенкам основания 9.

В корпусе 1 размещены щитовые гидроцилиндры 13, привод ротора 14 и поворотная опора 15, причем внутри корпус разделен герметичной перегородкой 16, отделяющей забойную камеру 17 и ротор от остального пространства внутри корпуса. Между ротором 2 и перегородкой 16 размещен уплотнительный элемент 18.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении проходческого щита вдоль продольной оси осуществляется вращение ротора 2, причем вращение осуществляется поочередно в двух направлениях.

В начальный момент вращения происходит дробление грунта забурником 4 при помощи твердосплавных вставок 5 и режущих элементов 6, расположенных на выступающей части ротора 3. Дальнейшее дробление грунта осуществляется режущими элементами 6, расположенными на рабочей поверхности ротора, и прорезными резцами 11.

При изменении направления вращения ротора происходит поворот коромысел 6 и прорезных резцов 11 и в работу вступает другая группа твердосплавных вставок.

Измельченный до требуемых размеров грунт поступает в забойную камеру 17 и далее по магистрали 19 выносится за пределы щита. При наличии мягких грунтов (песок, глина, водоносные грунты и т.д.) происходит обычное послойное удаление грунта без его дробления. Выполнение ротора в виде так называемого трехступенчатого режущего механизма (режущие элементы забурника, режущие элементы на выступающей части ротора, режущие элементы на задней рабочей поверхности ротора и прорезные резцы), а также выполнение забурника, жестко связанного с ротором, позволяет упростить устройство по отношению к известному, эффективно осуществлять дробление грунта, а выполнение режущих элементов в виде коромысел, снабженных твердосплавными вставками повышает эффективность и производительность работы проходческого щита, снижает вероятность остановки щита для выемки грунта из забойной камеры и повышает эксплуатационную надежность проходческого щита.

Изобретение может использоваться при строительстве тоннелей с различными видами грунта щитами роторного типа. Оно направлено на повышение эксплуатационной надежности, производительности щита и упрощение его конструкции. Щит имеет корпус, ротор, расположенный в передней части корпуса, на рабочей поверхности которого закреплены поворотные режущие элементы, забурник с режущими элементами, расположенный в головной части ротора, привод ротора и механизм удаления грунта в виде гидротранспортного средства. Центральная часть рабочей поверхности ротора выполнена выступающей, на ней жестко закреплен забурник в виде крестовины, на концах которой закреплены режущие элементы, выполненные в виде твердосплавных вставок, расположенных под углом друг к другу, на остальной поверхности ротора также размещены прорезные резцы. Каждый режущий элемент на остальной рабочей поверхности ротора выполнен в виде коромысла, подвижно закрепленного одним концом на оси в пазу ротора, а на свободном конце коромысла закреплены твердосплавные вставки, одни из которых расположены под прямым, а другие под острым углом к поверхности, на которой они закреплены, а каждый прорезной резец установлен между стенками основания, закрепленного на роторе, и выполнен в виде расположенного на оси элемента, рабочая часть которого выполнена в виде прямоугольной призмы, на верхних ребрах которой закреплены твердосплавные вставки, а опорная поверхность выполнена цилиндрической и размещена между двумя основаниями. Боковые поверхности элемента расположены под углом к боковым граням призмы и внутренним стенкам основания, образуя опорные поверхности прорезного резца. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Проходческий щит, содержащий корпус, ротор, расположенный в передней части корпуса, на рабочей поверхности которого закреплены поворотные режущие элементы, забурник с режущими элементами, расположенный в головной части ротора, привод ротора и механизм удаления грунта в виде гидротранспортного средства, отличающийся тем, что центральная часть рабочей поверхности ротора выполнена выступающей, на которой жестко закреплен забурник в виде крестовины, на концах которой закреплены режущие элементы, выполненные в виде твердосплавных вставок, расположенных под углом друг к другу, а на остальной рабочей поверхности ротора дополнительно размещены прорезные резцы, каждый режущий элемент на остальной рабочей поверхности ротора выполнен в виде коромысла, подвижно закрепленного одним концом на оси в пазу ротора, а на свободном конце коромысла закреплены твердосплавные вставки, одни из которых расположены под прямым, а другие под острым углом к поверхности, на которой они закреплены, а каждый прорезной резец установлен между стенками основания, закрепленного на роторе, и выполнен в виде расположенного на оси элемента, рабочая часть которого выполнена в виде прямоугольной призмы, на верхних ребрах которой закреплены твердосплавные вставки, а опорная поверхность выполнена цилиндрической и размещена между двумя основаниями, при этом боковые поверхности элемента расположены под углом к боковым граням призмы и внутренним стенкам основания, образуя боковые опорные поверхности прорезного резца. 2. Проходческий щит по п.1, отличающийся тем, что рабочие поверхности твердосплавных вставок забурника, прорезных резцов и режущих элементов ротора выполнены в виде конуса.