(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6906827
(24)【登録日】2021年7月2日
(45)【発行日】2021年7月21日
(54)【発明の名称】ホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機
(51)【国際特許分類】
E21D 9/10 20060101AFI20210708BHJP
【FI】
E21D9/10 Z
【請求項の数】6
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2020-524779(P2020-524779)
(86)(22)【出願日】2019年9月12日
(65)【公表番号】特表2021-515119(P2021-515119A)
(43)【公表日】2021年6月17日
(86)【国際出願番号】CN2019105595
(87)【国際公開番号】WO2020211276
(87)【国際公開日】20201022
【審査請求日】2020年5月4日
(31)【優先権主張番号】201910319026.5
(32)【優先日】2019年4月19日
(33)【優先権主張国】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518139627
【氏名又は名称】中国▲鉱▼▲業▼大学
(74)【代理人】
【識別番号】100205936
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 海龍
(74)【代理人】
【識別番号】100132805
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 貴之
(72)【発明者】
【氏名】江 紅祥
(72)【発明者】
【氏名】劉 送永
(72)【発明者】
【氏名】朱 真才
(72)【発明者】
【氏名】杜 長龍
【審査官】
高橋 雅明
(56)【参考文献】
【文献】
特表平5−507530(JP,A)
【文献】
中国実用新案第203948095(CN,U)
【文献】
国際公開第2012/058701(WO,A2)
【文献】
独国特許出願公開第4131132(DE,A1)
【文献】
米国特許第3663054(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E21D 9/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
履帯走行装置(1)が設けられたフレーム(2)を含み、前記フレーム(2)には油圧ポンプステーション(3)及びそれに接続された高圧研磨材ジェット発生システム(4)が設けられ、前記フレーム(2)の一端には伝動箱(7)が固定して設けられ、前記伝動箱(7)の両側にはそれぞれ2つの入力軸(7−2)及び1つの出力軸(7−4)が設けられ、前記入力軸(7−2)には遊星減速歯車(6)が接続され、前記遊星減速歯車(6)の入力端にはカンチレバー盤駆動モータ(5)が接続され、前記出力軸(7−4)にはカンチレバー盤(8)が固定され、前記カンチレバー盤(8)には4つのカンチレバー(9)がヒンジ接続され、前記カンチレバー盤(8)には前記カンチレバー(9)の回転角度を制御するカンチレバー駆動モータ(10)がさらに設けられ、前記カンチレバー(9)の前記カンチレバー盤(8)から離間した一端には主動回転ホブ装置(11)が設けられ、前記伝動箱(7)には回転シール装置(12)がさらに設けられ、前記回転シール装置(12)は、前記油圧ポンプステーション(3)、前記高圧研磨材ジェット発生システム(4)にそれぞれ管路を介して接続され、前記カンチレバー盤駆動モータ(5)は前記油圧ポンプステーション(3)に管路を介して接続され、前記主動回転ホブ装置(11)及び前記カンチレバー駆動モータ(10)は、それぞれ前記伝動箱(7)に管路を介して接続されていることを特徴とする、ホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機。
【請求項2】
前記回転シール装置(12)は、第2ハウジング(12−1)と、第2ハウジング(12−1)に適合したシール軸(12−2)を含み、前記第2ハウジング(12−1)には作動油入口(12−1−1)、作動油戻し口(12−1−2)、及び第1高圧研磨材液体入口(12−1−3)が設けられ、前記シール軸(12−2)には前記作動油入口(12−1−1)に連通する第1給油流路(12−2−1)、前記作動油戻し口(12−1−2)に連通する第1油戻し流路(12−2−2)、及び前記第1高圧研磨材液体入口(12−1−3)に連通する第1研磨材液体流路(12−2−3)がそれぞれ設けられ、前記作動油入口(12−1−1)及び前記作動油戻し口(12−1−2)は、前記油圧ポンプステーション(3)に接続され、前記第1高圧研磨材液体入口(12−1−3)は、前記高圧研磨材ジェット発生システム(4)に接続される。前記シール軸(12−2)には前記第1給油流路(12−2−1)、前記第1油戻し流路(12−2−2)及び前記第1研磨材液体流路(12−2−3)を隔離する複数の第1シールリング(12−3)が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機。
【請求項3】
前記伝動箱(7)は、第1ハウジング(7−1)と、前記第1ハウジング(7−1)内に設けられた伝動歯車(7−3)とを含み、前記入力軸(7−2)は、前記伝動歯車(7−3)を介して前記出力軸(7−4)に伝動接続され、前記出力軸(7−4)内に前記第1給油流路(12−2−1)に連接する第2給油流路(7−4−1)、前記第1油戻し流路(12−2−2)に連通する第2油戻し流路(7−4−2)、及び前記第1研磨材液体流路(12−2−3)に連通する第2研磨材液体流路(7−4−3)がそれぞれ設けられ、前記第1ハウジング(7−1)は、前記第2ハウジング(12−1)に固定接続され、前記出力軸(7−4)は、前記シール軸(12−2)に固定接続されていることを特徴とする、請求項2に記載のホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機。
【請求項4】
前記主動回転ホブ装置(11)は、二重延出軸(11−3)が設けられた駆動モータ(11−1)を含み、前記駆動モータ(11−1)は前記カンチレバー(9)に固定され、前記二重延出軸(11−3)の前延出端(11−4)にホブ(11−5)が接続され、前記二重延出軸(11−3)の後延出端(11−6)に第2シールリング(11−11)が設けられ、シールハウジング(11−7)によりシールされ、前記シールハウジング(11−7)は、前記駆動モータ(11−1)に固定され、前記駆動モータ(11−1)の油入・戻し口は、ホースを介して前記第2給油流路(7−4−1)及び前記第2油戻し流路(7−4−2)にそれぞれ連通し、前記二重延出軸(11−3)内に第3研磨材液体流路(11−8)が設けられ、前記ホブ(11−5及び前記シールハウジング(11−7)にそれぞれ前記第3研磨材液体流路(11−8)に連通する第4研磨材液体流路(11−9)及び第2高圧研磨材液体入口(11−2)が設けられ、前記第2高圧研磨材液体入口(11−2)は、ホースを介して前記第2研磨材液体流路(7−4−3)に連通し、前記ホブ(11−5)の外縁には複数のノズル(11−10)が設けられ、前記ノズル(11−10)は、前記第4研磨材液体流路(11−9)に連通していることを特徴とする、請求項3に記載のホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機。
【請求項5】
前記ホブ(11−5)の中心軸線と前記カンチレバー盤(8)の中心軸線との夾角は15°−30°であることを特徴とする、請求項4に記載のホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機。
【請求項6】
前記第1シールリング(12−3)及び前記第2シールリング(11−11)の材料は、いずれもポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする、請求項4に記載のホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル掘進機装置分野に関し、具体的には、ホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機に関する。
【背景技術】
【0002】
エネルギー産業は国民経済の基幹産業であり、技術集約型産業でもある。「安全、効率的、低炭素」は、現代のエネルギー技術の特徴を具体化し、将来のエネルギー技術の高みをつかむための主な方向である。中国では、独立した革新能力の強化に焦点を当て、無制限の技術を使用して限られたエネルギーと資源の制約を解決し、エネルギー資源の安全で効率的な開発の改善に努め、エネルギー生産と利用方法の変革を促進することが要求されており、エネルギー探査と鉱業技術を4つの主要な開発分野の1つにする計画である。200MPaの岩石の圧縮強度に適した掘進機、効率的な地下発電、岩盤破砕システムなど、複雑な地質条件下での安全、効率的、経済的、環境にやさしい採鉱技術と機器の開発が明らかに要求されている。鉱山採掘、トンネル掘進、石油やガス井戸の掘削などの実際作業での様々な岩盤掘削機械の使用に伴い、硬岩破砕技術に対するより高い要求と新しい課題が提起されている。機械的な岩石の破砕は、断片化が大きく、操作効率が高いという利点があり、鉱業、建設工学、資源探査で広く使用されている。しかしながら、従来の機器は、硬岩掘進の工事中においてカッターの摩耗が大きくなり、信頼性と作業効率が低下する問題がある。そこで、硬岩の効率的な破砕をいかに実現するかは喫緊の課題となり、硬岩の効率的な破砕を実現するための新しい破砕方法の検討が急務となっている。これは、効率的な鉱山採掘、効率的なトンネル掘進、さらには中国でのエネルギー資源の効率的な開発の実現にとって非常に重要である。従来では、硬岩の機械的破壊は主に機械的駆動力を増加させることによって達成されており、機械的カッターの岩石破壊能力は変化しなかった。動力を上げるだけでは、岩盤破砕機構の摩耗が大きくなり、作業面の粉塵が多くなり、機械の岩盤破砕効率を効果的に向上させることが難しく、隠れた安全性のリスクが高まる恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記の技術的欠点に対して、本発明は、坑道又はトンネルの工事に硬岩が存在する場合においても、深刻な機器摩耗、低岩石破砕効率、及び大量の粉塵の問題を解決でき、硬岩坑道の安全で効率的かつ低コストの掘進を達成できるホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するための本発明に係るホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機は、履帯走行装置が設けられたフレームを含み、前記フレームには油圧ポンプステーション及びそれに接続された高圧研磨材ジェット発生システムが設けられ、前記フレームの一端には伝動箱が固定して設けられ、前記伝動箱の両側にはそれぞれ2つの入力軸及び1つの出力軸が設けられ、前記入力軸には遊星減速歯車が接続され、前記遊星減速歯車の入力端にはカンチレバー盤駆動モータが接続され、前記出力軸にはカンチレバー盤が固定され、前記カンチレバー盤には4つのカンチレバーがヒンジ接続され、前記カンチレバー盤には前記カンチレバーの回転角度を制御するカンチレバー駆動モータがさらに設けられ、前記カンチレバーの前記カンチレバー盤から離間した一端には主動回転ホブ装置が設けられ、前記伝動箱には回転シール装置がさらに設けられ、前記回転シール装置は、前記油圧ポンプステーション、前記高圧研磨材ジェット発生システムにそれぞれ管路を介して接続され、前記カンチレバー盤駆動モータは前記油圧ポンプステーションに管路を介して接続され、前記主動回転ホブ装置及び前記カンチレバー駆動モータは、それぞれ前記伝動箱に管路を介して接続されている。
【0005】
好ましくは、前記回転シール装置は、第2ハウジングと、第2ハウジングに適合したシール軸を含み、前記第2ハウジングには作動油入口、作動油戻し口、及び第1高圧研磨材液体入口が設けられ、前記シール軸には前記作動油入口に連通する第1給油流路、前記作動油戻し口に連通する第1油戻し流路、及び前記第1高圧研磨材液体入口に連通する第1研磨材液体流路がそれぞれ設けられ、前記作動油入口及び前記作動油戻し口は、前記油圧ポンプステーションに接続され、前記第1高圧研磨材液体入口は、前記高圧研磨材ジェット発生システムに接続される。前記シール軸には前記第1給油流路、前記第1油戻し流路及び前記第1研磨材液体流路を隔離する複数の第1シールリングが設けられている。
【0006】
好ましくは、前記伝動箱は、第1ハウジングと、前記第1ハウジング内に設けられた伝動歯車とを含み、前記入力軸は、前記伝動歯車を介して前記出力軸に伝動接続され、前記出力軸内に前記第1給油流路に連接する第2給油流路、前記第1油戻し流路に連通する第2油戻し流路、及び前記第1研磨材液体流路に連通する第2研磨材液体流路がそれぞれ設けられ、前記第1ハウジングは、前記第2ハウジングに固定接続され、前記出力軸は、前記シール軸に固定接続されている。
【0007】
好ましくは、前記主動回転ホブ装置は、二重延出軸が設けられた駆動モータを含み、前記駆動モータは前記カンチレバーに固定され、前記二重延出軸の前延出端にホブが接続され、前記二重延出軸の後延出端に第2シールリングが設けられ、シールハウジングによりシールされ、前記シールハウジングは、前記駆動モータに固定され、前記駆動モータの油入・戻し口は、ホースを介して前記第2給油流路及び前記第2油戻し流路にそれぞれ連通し、前記二重延出軸内に第3研磨材液体流路が設けられ、前記ホブ及び前記シールハウジングにそれぞれ前記第3研磨材液体流路に連通する第4研磨材液体流路及び第2高圧研磨材液体入口が設けられ、前記第2高圧研磨材液体入口は、ホースを介して前記第2研磨材液体流路に連通し、前記ホブの外縁には複数のノズルが設けられ、前記ノズルは、前記第4研磨材液体流路に連通している。
【0008】
好ましくは、前記ホブの中心軸線と前記カンチレバー盤の中心軸線との夾角は15°〜30°である。
【0009】
好ましくは、前記第1シールリング及び前記第2シールリングの材料は、いずれもポリテトラフルオロエチレンである。
【0010】
好ましくは、前記履帯走行装置は、油圧ポンプステーションの高圧油により駆動される。
【発明の効果】
【0011】
本発明の有益な効果は以下の通りである。本発明の掘進機が動作する際に、主動回転ホブ装置に取り付けられたノズルから高速研磨材ジェットを吐出することで、事前にホブと岩石の接触箇所でギャップを作り、次いでホブにより切削して岩石を破砕し、岩石の低引張強度を利用して岩石の効率的な切断と破砕を達成し、ホブの岩石破砕難易度を大幅に低減し、硬岩の破砕効率を向上させるとともに、硬岩坑道及びトンネルの効率的な掘進に対して非常に重要である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明の実施例又は従来技術の技術手段をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明する。以下の図面は、本発明のいくつかの実施例だけであり、当業者であれば、創造的努力をすることなくこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【0013】
【
図1】本発明の実施例に係るホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機の構造模式図である。
【
図2】本発明の実施例に係る伝動箱の断面図である。
【
図3】本発明の実施例に係る回転シール装置の断面図である。
【
図4】本発明の実施例に係る主動回転ホブ装置の断面図である。
【
図5】油圧ポンプステーション、高圧研磨材ジェット発生システム、カンチレバー盤駆動モータ、伝動箱、カンチレバー駆動モータ及び主動回転ホブ装置の管路接続を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施例における図面を参照しながら本発明の実施例の技術手段を明確、完全に説明する。明らかなように、以下説明する実施例は本発明の実施例の一部だけであり、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的努力をすることなく得られる全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。
【0015】
図1に示すように、ホブが主動回転可能な硬岩坑道トンネル掘進機は、履帯走行装置1が設けられたフレーム2を含み、前記フレーム2に油圧ポンプステーション3及びそれに接続された高圧研磨材ジェット発生システム4が設けられ、前記フレーム2の一端に伝動箱7が固定して設けられ、前記伝動箱7の両側にはそれぞれ2つの入力軸7−2及び1つの出力軸7−4が設けられ、前記入力軸7−2には遊星減速歯車6が接続され、前記遊星減速歯車6の入力端にはカンチレバー盤駆動モータ5が接続され、前記出力軸7−4にはカンチレバー盤8が固定され、前記カンチレバー盤8には4つのカンチレバー9がヒンジ接続され、前記カンチレバー盤8には前記カンチレバー9の回転角度を制御するカンチレバー駆動モータ10がさらに設けられ、前記カンチレバー9の前記カンチレバー盤8から離間した一端には主動回転ホブ装置11が設けられ、前記伝動箱7には回転シール装置12がさらに設けられる。
図5に示すように、前記回転シール装置12は、前記油圧ポンプステーション3、前記高圧研磨材ジェット発生システム4にそれぞれ管路を介して接続され、前記カンチレバー盤駆動モータ5は前記油圧ポンプステーション3に管路を介して接続され、前記主動回転ホブ装置11及び前記カンチレバー駆動モータ10は、それぞれ前記伝動箱7に管路を介して接続される。
【0016】
図1、
図3に示すように、前記回転シール装置12は、第2ハウジング12−1と、第2ハウジング12−1に適合したシール軸12−2を含み、前記第2ハウジング12−1には作動油入口12−1−1、作動油戻し口12−1−2、及び第1高圧研磨材液体入口12−1−3が設けられ、前記シール軸12−2には前記作動油入口12−1−1に連通する第1給油流路12−2−1、前記作動油戻し口12−1−2に連通する第1油戻し流路12−2−2、及び前記第1高圧研磨材液体入口12−1−3に連通する第1研磨材液体流路12−2−3がそれぞれ設けられ、前記作動油入口12−1−1及び前記作動油戻し口12−1−2は、前記油圧ポンプステーション3に接続され、前記第1高圧研磨材液体入口12−1−3は、前記高圧研磨材ジェット発生システム4に接続される。前記シール軸12−2には前記第1給油流路12−2−1、前記第1油戻し流路12−2−2及び前記第1研磨材液体流路12−2−3を隔離する複数の第1シールリング12−3が設けられる。
【0017】
図1、
図2に示すように、前記伝動箱7は、第1ハウジング7−1と、前記第1ハウジング7−1内に設けられた伝動歯車7−3とを含み、前記入力軸7−2は、前記伝動歯車7−3を介して前記出力軸7−4に伝動接続され、前記出力軸7−4内に前記第1給油流路12−2−1に連接する第2給油流路7−4−1、前記第1油戻し流路12−2−2に連通する第2油戻し流路7−4−2、及び前記第1研磨材液体流路12−2−3に連通する第2研磨材液体流路7−4−3がそれぞれ設けられ、前記第1ハウジング7−1は、前記第2ハウジング12−1に固定接続され、前記出力軸7−4は、前記シール軸12−2に固定接続される。
【0018】
図1、
図4に示すように、前記主動回転ホブ装置11は、二重延出軸11−3が設けられた駆動モータ11−1を含み、前記駆動モータ11−1は前記カンチレバー9に固定され、前記二重延出軸11−3の前延出端11−4にホブ11−5が接続され、前記二重延出軸11−3の後延出端11−6に第2シールリング11−11が設けられ、シールハウジング11−7によりシールされ、前記シールハウジング11−7は、前記駆動モータ11−1に固定され、前記駆動モータ11−1の油入・戻し口は、ホースを介して前記第2給油流路7−4−1及び前記第2油戻し流路7−4−2にそれぞれ連通し、前記二重延出軸11−3内に第3研磨材液体流路11−8が設けられ、前記ホブ11−5及び前記シールハウジング11−7にそれぞれ前記第3研磨材液体流路11−8に連通する第4研磨材液体流路11−9及び第2高圧研磨材液体入口11−2が設けられ、前記第2高圧研磨材液体入口11−2は、ホースを介して前記第2研磨材液体流路7−4−3に連通し、前記ホブ11−5の外縁には複数のノズル11−10が設けられ、前記ノズル11−10は、前記第4研磨材液体流路11−9に連通する。
【0019】
前記ホブ11−5の中心軸線と前記カンチレバー盤8の中心軸線との夾角は15°−30°である。
【0020】
前記第1シールリング12−3及び前記第2シールリング11−11の材料はいずれもポリテトラフルオロエチレンである。
【0021】
前記履帯走行装置1は、油圧ポンプステーション3の高圧油により駆動される。
【0022】
動作時に、油圧ポンプステーション3は、高圧油を履帯走行装置1に供給し、掘進機を推進又は移動させる。油圧ポンプステーション3は、さらにカンチレバー盤駆動モータ5及び回転シール装置12にも高圧油を提供する。高圧油は、回転シール装置12の作動油入口12−1−1からシール軸12−2の第1給油流路12−2−1、伝動箱7の出力軸7−4の第2給油流路7−4−1及びホースを経てカンチレバー駆動モータ10及び駆動モータ11−1に伝達され、カンチレバー駆動モータ10にカンチレバー9の揺動角度を制御させる。カンチレバー盤駆動モータ5は、遊星減速歯車6及び伝動箱7によりカンチレバー盤8を回転させる。ホブ11−5は、駆動モータ11−1の作用下で主動回転する。カンチレバー駆動モータ10がカンチレバー9をロックしている場合、カンチレバー盤8、駆動モータ11−1及び履帯走行装置1は同時に動作し、カンチレバー盤8とホブ11−5を同時に回転させることで、掘進と岩の破壊を達成することができる。カンチレバー駆動モータ10は、坑道トンネルの端面のサイズに応じてカンチレバー9の姿勢を調整することができる。主動回転ホブ装置11が動作する際に、ホブ11−5自体は回転切削して岩を破壊し、さらに、カンチレバー盤8の回転を前提とした坑道トンネルの作業面の岩体に対する機械的切削、破砕を実現する。
【0023】
高圧研磨材ジェット発生システム4に通電した後、高圧研磨材液体が形成され、回転シール装置12の第1高圧研磨材液体入口12−1−3を通過し、順に第1研磨材液体流路12−2−3、伝動箱7における出力軸7−4の第2研磨材液体流路7−4−3、第2高圧研磨材液体入口11−2、第3研磨材液体流路11−8、第4研磨材液体流路11−9を経て最後にノズル11−10により高速研磨材ジェットが形成される。ホブが岩を切削する途中において先行して岩石にギャップを形成することで主動回転ホブ装置11の岩石破砕を補助し、主動回転ホブ装置11による硬岩の切削、破砕を容易にし、硬岩坑道の掘進効率を向上させる。
【0024】
当業者は、本発明の趣旨と範囲から逸脱しない限り、本発明に種々の修正及び変形を行うことができる。本発明に加えたこれらの修正と変更が本発明の特許請求の範囲及び同等の技術範囲内に含まれる場合、本発明は、これらの修正と変形を含むことを意図する。
【符号の説明】
【0025】
1 履帯走行装置、
2 フレーム、
3 油圧ポンプステーション、
4 高圧研磨材ジェット発生システム、
5 カンチレバー盤駆動モータ、
6 遊星減速歯車、
7 伝動箱、
7−1 第1ハウジング、
7−2 入力軸、
7−3 伝動歯車、
7−4 出力軸、
7−4−1 第2給油流路、
7−4−2 第2油戻し流路、
7−4−3 第2研磨材液体流路、
8 カンチレバー盤、
9 カンチレバー、
10 カンチレバー駆動モータ、
11 主動回転ホブ装置、
11−1 駆動モータ、
11−2 第2高圧研磨材液体入口、
11−3 二重延出軸、
11−4 前延出端、
11−5 ホブ、
11−6 后延出端、
11−7 シールハウジング、
11−8 第3研磨材液体流路、
11−9 第4研磨材液体流路、
11−10 ノズル、
11−11 第2シールリング、
12 回転シール装置、
12−1 第2ハウジング、
12−2 シール軸、
12−3 第1シールリング、
12−1−1 作動油入口、
12−1−2 作動油戻し口、
12−1−3 第1高圧研磨材液体入口、
12−2−1 第1給油流路、
12−2−2 第1油戻し流路、
12−2−3 第1研磨材液体流路。