一种既有铁路隧道病害整治用衬砌钢拱架安装槽开槽机

摘要

一种既有铁路隧道病害整治用衬砌钢拱架安装槽开槽机，属铁路隧道病害整治用设备技术领域。由机座、安装在机座上的带有仰俯液压缸的伸缩臂、安装在伸缩臂前端的可相对于伸缩臂摆动的切削头构成。优点是可实现铁路隧道衬砌钢拱架安装槽的全机械化开槽作业，并能安全避开既有铁路隧道的接触网和承力索；开槽效率高、安全性好。利用病害整治台车可使本开槽机在一个台车工位完成多条钢拱架安装槽开槽作业。

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道病害整治施工设备。尤其涉及一种既有铁路隧道病害 整治用衬砌钢拱架安装槽开槽设备。

背景技术

在既有铁路隧道病害整治中，需要在衬砌上开槽以镶嵌钢拱架进行裂损衬 砌加固。目前通常的做法是采用人工手持通用开槽设备进行开槽作业，机械化 程度低，劳动强度大，效率低。特别在进行拱顶开槽作业时，因有接触网及承 力索的影响，施工难度更大，工人随时面临混凝土块掉落砸伤的危险，施工安 全难以保证。而在既有铁路隧道病害整治中，为保证列车的正常运行，病害整 治作业一般都是在为运营线路养护维修作业预留的有限的“天窗”时间内进行， 因此，提高病害整治作业的效率很有必要。

日本提出了一种“圆形隧道衬砌内壁劣化混凝土切削设备”(专利号： P2001-98896A)，由可绕隧道轴线旋转的机械臂带动可自转的刀具进行圆形隧 道内表面劣化混凝土的切削作业。该设备由于其机械臂与自转刀具呈直线安 装，开槽作业时刀具不能迈过接触网及承力索，因而不能完成隧道拱顶部分的 开槽作业，即该设备不可直接应用于既有铁路隧道的衬砌开槽作业。

可见到的在既有铁路隧道病害整治中使用的机械设备是 ZL201210443890.4公开的“一种既有铁路隧道病害整治用隧道拱顶钢拱架安装 机”，该安装机由安装在安装台架上的使钢拱架升降及翻转的机械臂来完成钢 拱架迈过接触网及承力索的作业，由相对于隧道轴线运动的纵移机构、横移机 构和上下移动机构来完成钢拱架的定位。而在既有铁路隧道中用的全机械化快 速开槽作业的开槽设备尚未见有所报道。

发明内容

本发明的目的在于设计一种既有铁路隧道病害整治用衬砌钢拱架安装槽 开槽机，以实现在有限的“天窗”时间内完成隧道衬砌钢拱架安装槽开槽作业， 在减轻劳动强度的同时提高作业效率及作业的安全性。

实现本发明目的的既有铁路隧道病害整治用衬砌钢拱架安装槽开槽机的 构成包括机座、安装在机座上的伸缩臂、安装在伸缩臂前端的切削头，其特征 是：

1)、所述的伸缩臂由其尾部铰接在机座上的伸缩臂外框、套装在伸缩臂外 框内的带有保压回路的伸缩液压缸和安装在伸缩液压缸的活塞杆端部的伸缩 臂内框、其缸体底端铰接在机座上、活塞杆端铰接在伸缩臂外框前端的仰俯液 压缸所构成，

2)、所述的切削头为一个可相对于伸缩臂内框摆动的切削头，由一个三角 形叉状切削摆动臂、切削刀具、刀具驱动机构、限位滚轮和切削摆动臂驱动机 构构成，其中，

所述的切削摆动臂驱动机构由两根对称垂直固接在伸缩臂内框侧壁上的 直角边支座杆、两根对称布置的其一端铰接在伸缩臂内框前端、另一端与直角 边支座杆的另一端铰接的斜边支座杆及与直角边支座杆和斜边支座杆同轴铰 接的摆动液压缸构成，

所述的切削刀具由串联安装在刀具轴上的多个金刚石锯片组成，安装在三 角形叉状切削摆动臂的前端，

所述的限位滚轮安装在刀具轴的端部，

所述的刀具驱动机构由安装在三角形叉状切削摆动臂中的液压马达和连 接液压马达输出轴与刀具轴的链轮链条传动机构构成，

3)、所述的三角形叉状切削摆动臂的后端与斜边支座杆一同铰接在伸缩臂 内框的前端、三角形叉状切削摆动臂的下端铰接在摆动液压缸的活塞杆端。

本发明的工作原理如下:

工作时，可通过本机的机座将本开槽机安装在既有铁路隧道病害综合整治 台车的纵移机构上使用。在没有台车可用的情况下，也可搭建一个高度合适的 桁架平台，将本机安装在桁架平台上使用。台车带着本机至使本机的切削刀具 位于欲开槽起点附近位置后，启动带动切削刀具的液压马达并操作伸缩液压 缸，由伸缩液压缸驱动伸缩臂内框进而带动切削摆动臂及切削刀具沿隧道径向 伸出并切入到隧道衬砌中而开始切槽。刀具切入衬砌至限位滚轮贴紧衬砌表面 后，伸缩液压缸在其保压回路的控制下自动停止动作，完成槽的深度定位。随 后由仰俯液压缸驱动伸缩臂，使伸缩臂带着切削头以本机的伸缩臂外框的铰接 点为圆心向隧道顶部做圆周切槽作业，直到仰俯液压缸运动至极限位置后停止 动作。恰当设计的仰俯液压缸的运动行程，使得切削摆动臂停止在靠近接触网 及承力索附近位置而不会与接触网及承力索接触。然后启动摆动液压缸，由摆 动液压缸驱动切削摆动臂，使切削摆动臂以其与伸缩臂内框前端的铰接点为圆 心向隧道顶部做摆动运动以带动切削刀具继续开槽，直至摆动液压缸运动到设 计的极限位置，此时切削刀具正好切削至隧道顶部，从而完成隧道一侧钢拱架 安装槽的开槽作业后退刀。在开槽过程中，伸缩液压缸在保压回路的控制下自 动伸缩进而控制伸缩臂内框自动伸出或缩回而使限位滚轮始终紧贴隧道衬砌 表面，以实现沿衬砌断面进行固定深度的开槽作业。退刀时先由摆动液压缸使 切削摆动臂按原轨迹反转至摆动液压缸初始工位，再由伸缩液压缸控制伸缩臂 内框回缩完成退刀。上述过程可由人工控制，也可采用单片机等编程控制。退 刀完成后，反向安装本开槽机，即可完成隧道另一侧的开槽作业，从而完成一 条钢拱架安装槽的开槽作业。利用既有铁路隧道病害综合整治台车的纵移机 构，可将本开槽机移动至下一开槽位置继续进行开槽作业。

也可以是由伸缩液压缸驱动伸缩臂内框进而带动切削摆动臂及切削刀具 沿隧道径向伸出并切入到隧道衬砌指定深度后，先由摆动液压缸带动切削摆动 臂进行切槽。切削摆动臂摆动至设计位置后，再由仰俯液压缸驱动伸缩臂完成 向隧道顶部的切槽作业。仰俯液压缸运动至极限位置时，切削刀具位于隧道顶 部，切削摆动臂停止在靠近接触网及承力索附近的位置。

可以在机座下设置一个回转机构，将机座做成一个回转式机座，利用该回 转机构来实现本开槽机的原位反转。

也可以在上述回转式机座下安装一个纵移机构，在没有台车可用的情况 下，搭建一个高度合适的桁架平台，将本机安装在桁架平台上使用，以实现本 机的回转和纵移。

与现有技术相比，本发明的优点是可实现铁路隧道衬砌钢拱架安装槽的全 机械化开槽作业。并能安全避开既有铁路隧道的接触网和承力索；开槽效率高、 且安全性好。利用病害整治台车作为承载平台可使开槽机在一个台车工位完成 多条钢拱架安装槽开槽作业。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本开槽机的结构示意图

图2是图1的俯视放大视图

图3是切削头的结构示意图

图4是图3的俯视图

图5是仰俯液压缸处于终极工位时的开槽机示意图

图6是图5的A向局部视图

图7是切削臂处于终极工位时的开槽机示意图

具体实施方式

参见图1～7，在本实施例中，机座12是一个可以回转和纵移的机座，安 装在由蜗杆蜗轮回转支撑装置11担任的回转机构上。蜗杆蜗轮回转支撑装置 11安装在由纵移支架5、轨道垫枕3、型钢轨道4、行走轮6和纵移电机7构 成的纵移机构上。图中10是蜗杆蜗轮回转支撑装置11的回转电机。蜗杆蜗轮 回转支撑装置和纵移机构均沿用现有技术结构。伸缩臂由其尾部用铰轴31铰 接在机座12上的伸缩臂外框14、套装在伸缩臂外框14内的带有保压回路的伸 缩液压缸9和安装在伸缩液压缸9的活塞杆15端部的伸缩臂内框16、其缸体 底端铰接在机座12上、活塞杆端通过一耳座32铰接在伸缩臂外框14前端的 仰俯液压缸13所构成。切削头由一个三角形叉状切削摆动臂20、切削刀具25、 刀具驱动机构、限位滚轮26和切削摆动臂驱动机构构成，其中，所述的切削 摆动臂驱动机构由两根对称垂直固接在伸缩臂内框16侧壁上的直角边支座杆 17、两根对称布置的其一端铰接在伸缩臂内框16前端、另一端与直角边支座 杆17的另一端铰接的斜边支座杆18和铰接在直角边支座杆17与斜边支座杆 18的铰接点处的摆动液压缸19构成，图中38为铰接直角边支座杆17、斜边 支座杆18和摆动液压缸19的铰轴。三角形叉状切削摆动臂20的后端与斜边 支座杆18用铰轴34一同铰接在伸缩臂内框16的前端、三角形叉状切削摆动 臂20的下端用铰轴35铰接在摆动液压缸19的活塞杆36端部。安装在三角形 叉状切削摆动臂20前端的切削刀具25由串联安装在刀具轴33上的多个金刚 石锯片37所组成，。28为锯片之间的隔套。限位滚轮26安装在刀具轴33的端 部。刀具驱动机构由安装在三角形叉状切削摆动臂中的液压马达27和连接液 压马达输出轴与刀具轴的链轮链条传动机构构成。图中21、23、22分别为链 轮链条传动机构的大链轮、小链轮和链条。24为链条护罩。

工作时先启动液压马达27和伸缩液压缸9，由伸缩液压缸驱动伸缩臂内 框16进而带动切削摆动臂20及切削刀具25沿隧道径向伸出并切入到隧道衬 砌1中而开始切槽。刀具切入衬砌至限位滚轮26贴紧衬砌1表面后，伸缩液 压缸9在其保压回路的控制下自动停止动作，完成切槽的深度定位。随后由仰 俯液压缸13驱动伸缩臂，使伸缩臂带着切削头以本机的伸缩臂外框14的安装 铰轴31为圆心向隧道顶部做圆周切槽作业，直到仰俯液压缸13运动至极限位 置后停止动作。恰当设计的仰俯液压缸13的活塞行程，使得切削摆动臂20停 止在靠近接触网29及承力索30附近位置而不会与接触网及承力索接触。图5 给出了开槽机在仰俯液压缸13处于终极工位时的状态示意图。然后操纵摆动 液压缸19，使其活塞杆36伸出，推动切削摆动臂20以铰轴34为圆心向隧道 顶部做摆动运动并带着刀具继续开槽，直至摆动液压缸19运动到设计的极限 位置，此时刀具正好切削至隧道顶部，从而完成隧道一侧钢拱架安装槽的开槽 作业。图7给出的是开槽机在切削摆动臂20位于终极工位时的状态示意图。 然后使开槽机复位至如图1所示的初始状态，再由蜗杆蜗轮回转支撑装置11 带动机座12回转180°后，进行隧道另一侧开槽作业，从而完成一条钢拱架安 装槽的开槽作业。

完成一条钢拱架安装槽开槽作业后，由纵移机构带动机座12移动到下一 开槽位置继续进行开槽作业。