Проходческий щит Советский патент 1982 года по МПК E21D9/06 

(5) ПРОХОДЧЕСКИЙ 1ДИТ

Изобретение относится к подземно му строительству, а именно к строительству подземных сооружений с по 1ощью проходческих щитов с выдвижными шандорными элементами, и может быть использовано преимущественно пр проходке участков на трассах с переменными горногеологическими условиями. Известен проходческий щит, наружную поверхность которого образуют выдвижнь1е шандорные элементы, установленные в направляющих на корпусе щита и соединенные с ним гидроцилинд рами выдвижения. Передвижение такого щита осуществляетсяпутем подтягивания корпуса щита к ранее поочередно выдвинутым шандорным элементам 1 J. Известный способ передвижения щитов основан на том факте, что усилия трения наружных поверхностей шандор о породу превышает усилия трения их внутренних поверхностей по направляю щим корпуса агрегата, однако для его осуществления необходимо наличие на. трассе тоннеля пород относительно однородных, равномерно обжимающих наружную поверхность проходческого шита. Недостатком такого щита является ненадежность сцепления наружных поверхностей шандор с породой, особенно при наличии в забое выработки прослоек устойчивых, вязких или увлажненных пород. Контактирующие с этой прослойкой шандоры при попытке передвижения корпуса щита будут отодвигаться назад из-за недостаточного трения на контакте их наружных поверхностей с породой. Это может привести к вывалам породы в забое, осложнениям при передвижении корпуса щита, что в конечном итоге затруднит ведение проходки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является проходческий щит,включающий корпус с выполпенными на его наружной поверхности продольными .направляющими, шандорные элементы, установленные в направляющих корпуса и снабженные выдвижными грунтозацепами, и закрепленные на корпусе щита гидроцилиндры перемещения шандорных элементов 2, Недостатком его является необходи мость вылолнения дополнительных операций на выдвижение и уборку грунтозацепов. Кроме того, при такой конструкции возможны случаи, когда даже при недостаточно обжатой породой шандоре выдвижение ее стопора окажется затруднительным, если в породе против этого стопора в момент выдегижения будет находиться монолитный блок или твердый прослоек. Такая шандора при передвижении корпуса щита будет самопроизвольно отодвигаться назад с отрицательными последствиями. Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности эксплуатации щита путем автоматического соблюдения последовательности процес сов перемещения грунтозацепов и шандорных элементов. Указанная цель достигается тем, что каждый из грунтозацепов к немати чески связан с-соответствующим гидро цилиндром перемещения, при этом каждый шандорный элемент имеет ограничи тели хода кинематической связи. На фиг. 1 изображен проходческий щит, разрез по продольной оси; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (вид спереди на щит); на фиг. 3 узел 1 на фиг. 1, вариант предлагаемой констру ции проходческого щита; на фиг. k разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 узел 1 на фиг. 1 при втором варианте предлагаемой конструкции; на фиг. 6 фаза работы предлагаемого щита при выдвижении шандоры; на фиг. 7 - то же, при перемещении его корпуса. Проходческий щит состоит из корпу са 1, на наружной поверхности которо го в направляющих 2 установлены выдвижные шандорные элементы 3, образующие наружную оболочку щита и передвигаемые относительно корпуса щита в направлении проходки посредством гидроцилиндров 4. 1Ыт снабжен механизмами для разработки породы, выдачи ее от забоя, а для возведения крепи тоннеля (не показаны). На каждом шандорном элементе 3 в направляющих 5, установленных на корпусе шандорного элемента 3, смонтирован грунтозацеп 6, имеющий возможность выдвижения в окружающую щит породу через проем 7 в наружной оболочке шандорного элемента 3Грунтозацеп 6 кинематически связан со штоком 8 гидроцилиндра Ц, закрепленного на кронштейне 9 корпуса 1 щита. Как вариант, кинематическая связь грунтозацепа 6 может быть выполнена в виде зубчатой рейки 10, закрепленной на грунтозацепе 6 и имеющей зацепление с шестерней 11, закрепленной на оси 12. Ось 12 имеет возможность поворота в проушинах 13, закрепленных на корпусе выдвижного шандорного элемента 3. На оси 12 закреплены рычаги k, соединенные шарниром 15 с проушиной 16 штока 8 гидравлического цилиндра . На оси 12 закреплен рычаг 17, перемещение которого ограничивается регулируемыми упорами 18, выполненными, например, в виде силовых болтов, ввинченных в планках, закрепленных на корпусе шандорного элемента 3На фиг. 5 изображен второй вариант конструктивного исполнения кинематической связи грунтозацепа 6 с гидроцилиндром А выдвижения шандорного элемента. So втором варианте на грунтозацепе 6 в проушинах 19 закреплена ось 20, входящая в паз 21 рычага 22, закрепленного на оси 12. Рычаг 22 шарниром 15 соединен с проушиной 1 б штока 8 гидроцилиндра . В этом варианте конструкция также снабжена закрепленным на оси 12 рычагом 17, перемещение которого ограничивается регулируемыми упорами 18 (на фиг. 5 упоры 18 условно не показаны) . Проходческий щит работает следующим образом (работа предлагаемого проходческого щита рассматривается на примере первого варианта его конструктивного выполнения). Для выдвижения шандоры 3 гидроцилиндр ij включается на выдвижение штока 8. При этом усилие гидроцилиндра через описанную кинематическую связь (шток 8, проушину 16, шарнир 15, рычаги I, ось 12, зубчатую шестерню 11, зубчатую рейку 10) действует с одной стороны на выдвижной грунтозацеп 6, а с другой стороны через ось 12 и проушины 13 на корпус выдвижного шандорного элемента 3За счет обычных конструктивных приемов сопротивление перемещения элементов описанной кинематической связи гидроцилиндра с выдвижным грунтозацепом 6 вместе с сопротивлением перемещения грунтозацепа 6 может быть заведомо меньшим сопротивления выдвижения шандорного элем та 3, поэтому вначале происходит перемещение элементов этой кинематической связи, убирающих грунтозацеп 6 в корпус шандорного элемента 3. Таким образом, при включении гид роцилиндра k на выдвижение шандорно го элемента 3 шток .8 через проушину 16 и шарнир 15 воздействует на рычаги 1, закрепленные на оси 12, которая, поворачиваясь, поворачивает закрепленную на ней шестерню 1 1 , которая при этом через зубчатую рейку 10 задвигает грунтозацеп 6 оо внутрь корпуса шандорного элемента 3. Одновременно поворачивается рычаг 17, закрепленный на оси 12, в к це своего хода упираясь в верхний упор 18. В этом положении усилие гидроцилиндра k через упор 18, ось 12 и проушины 13 начинает действовать на корпус шандорного элемента 3, вы двигая его вперед (при задвинутом внутрь корпуса грунтозацепе 6). На фиг. 6 дано изображение проходческого щита выдвижения шандорного элемента 3- Направление выдвижения шандорного элемента 3 ук зано стрелкой. После выполнения работ проходчес кого цикла с последовательным выдви жением всех шандорных элементов 3 п изводится передвижение корпуса 1 пр ходческого щита, для чего гидроцилиндры 4 включаются на уборку штока 8. Таким образом усилие гидроцилинд ра k одновременно воздействует и на грунтозацеп 6, и на корпус шандорно го элемента 3Так как сопротивление выдвижения грунтозацепа 6 вместе с сопротивлением перемещения в элементах, связывающих его кинематически с гид76роцилиндром , заведомо меньше сопротивления передвижения корпуса шандорнога элемента 3, находящегося полностью или частично под действием горного давления, то сначала происходит выдвижение грунтозацепа 6 в породу следующим образом. Шток 8 гидроцилиндра , втягиваясь, через проушину 16 и шарнир 15 поворачивает рычаги 1 вместе с осью 12 и шестерней 11, которая в свою очередь через зубчатую рейку 10 выдвигает грунтозацеп 6 в проем 7 наружной оболочки выдвижного шандориого элемента 3Величина выдвижения грунтозацепа 6 в породу зависит либо от величины углового перемещения рычага 17, ограниченного нижним упором 18, либо от величины усилия внедрения, прилагаемого от гидроцилиндра к грунтозацепу 6 через описанную кинематическую связь. В отдельных случаях из-за прочности участка породы прилагаемого к грунтозацепу 6 усилия не будет достаточно для его внедрения на всю величину, определенную величиной углового перемещения рычага 17 до упора 18. Однако и в этом, и в предыдушем случаях выдвижение грунтозацепа 6 повышает усилие сцепления шандоры с породой и препятствует ее самопроизвольному отодвиганию в момент, KOI- да после выдвижения грунтозацепов 6 под совокупным действием всех гидроцйлиндров k на втягивание штоков 8 начинается передвижение корпуса 1 щита к ранее выдвинутым шандорным элементам 3На фиг. 7 дано изображение проходческого щита в фазе выдвижения корпуса щита. Направление перемещения корпуса 1 щита показано стрелкой . При необходимости в различных горногеологических условиях ход выдвижения грунтозацепав по величине может быть изменен посредством регулируемых упоров, предусматриваемых в конструкции. Такая конструкция проходческого щита исключает необходимость введения в процессе его эксплуатации отдельных операций по выдвижению грунтозацепов и их уборке, так как эти операции, производятся автоматичес7ки в нужной последовательности с оп рациями выдвижения шандор и перемещ ния корпуса щита, что, в конечном итоге, повышает эффективность приме нения проходческого щита данной кон струкции. В данной конструкции сопротивление отодвиганию шандор при перемеще нии корпуса щита повышено за счет усилия на торцовой кромке грунтозацепов даже в тех отдельных случаях, когда грунтозацепы не могут быть внедрены в породу в начальный момен передвижения корпуса щита из-за их попадания на твердый прослоек пороДы. А так как а предлагаемом щите конструктивно обеспечивается тенденция к выдвижению грунтозацепа во весь период передвижения корпуса щита, то при произвольном отодвигании шандоры, грунтозацеп которой по описанной причине в начальный момент передвижения корпуса щита не внедрился в породу, этот грунтозацеп внедрится в породу в первом возможном для этого месте (в мягкой прослойке, трещине, уступе крепкой породы). 7 Это свойство конструкции повышает ее безопасность при экслуатации. Формула изобретения Проходческий щит, включающий корпус с выполненными на его наружной поверхности продольными направляющими, шандорные элементы, установл.енные в направляющих корпуса и снабженные выдвижными грунтозацепами, и закрепленные на корпусе щита гидроцилиндры перемещения шандорных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности эксплуатации щита путем автоматического соблюдения последовательности процессов перемещения грунтозацепов и шандорных элементов, каждый из грунтозацепов кинематически связан с соответствующим гидроцилиндром перемещения, при этом каждый шандорный элемент имеет ограничители хода кинематической связи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 . Патент СССР N kЗ(), кл. Е 21 D 9/06, 1971. 2. Заявка ФРГ № 2(0758, кл. 19 f 3/02, опублик. .

(Риг, 1

Вид A

(риг. 2