本發明涉及一種異形斷面隧道掘進機主機及異形斷面隧道掘進機，屬于隧道掘進設備。

背景技術：

1、在隧道施工中，異形斷面隧道是比較常見的一種隧道形式，主要包括馬蹄形、城門洞形、矩形等斷面的隧道。傳統的異形斷面隧道掘進機采用嚙合式多刀盤，結構十分復雜，且在開挖時如果遇到硬巖，則匹配刀具無法承受80mpa以上的巖石硬度，并且存在切割盲區。

2、申請公布號為cn118187882a的中國發明專利申請公開了一種盾構掘進開挖裝置、硬巖隧道掘進機、隧道掘爆機及其隧道開挖方法，其中開挖裝置包括刀盤和主梁，主梁的左右兩側安裝有變幅式截割裝置，刀盤與變幅式截割裝置相配合，先由刀盤進行施工，開挖出圓形輪廓，而后由變幅式截割裝置向左右兩翼擴挖鐮刀形區域，形成斷面為馬蹄形的隧道。其中，變幅式截割裝置包括固定在主梁上的安裝基座，安裝基座上設置有回轉機構，回轉機構上設置有大臂，大臂的前端設置有截割頭。安裝基座和大臂上均設置有變幅油缸，變幅油缸包括推進式變幅油缸，用于推動大臂沿主梁軸向前進或回收；收脹式變幅油缸，用于推動大臂沿主梁軸向和主梁徑向之間作收脹式變幅運動。大臂和截割頭之間還設置有伸縮油缸，用于控制截割頭的前進或回縮。

3、上述變幅式截割裝置中，回轉機構的回轉軸線沿左右方向延伸，垂直于隧道延伸方向，因此大臂在回轉機構的作用下實現的是上下擺動，并且大臂在開挖過程中始終處于向前懸伸的狀態，需要占用一定的長度空間，從而導致主梁的長度比較長，進而造成掘進機主機的結構不夠緊湊、長度尺寸較大，影響轉彎性能。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種異形斷面隧道掘進機主機，以解決現有技術中采用變幅式截割裝置擴挖異形斷面隧道，變幅式截割裝置中的大臂為上下擺動且向前懸伸而導致主梁的長度比較長，進而造成掘進機主機的結構不夠緊湊、長度尺寸較大、影響轉彎性能的問題；本發明的目的還在于提供一種異形斷面隧道掘進機，以解決上述問題。

2、為實現上述目的，本發明中的異形斷面隧道掘進機主機采用如下技術方案：

3、一種異形斷面隧道掘進機主機，包括刀盤和前后延伸的主梁，主梁上安裝有用于對刀盤開挖出的圓形斷面隧道進行擴挖從而形成異形斷面隧道的擴挖裝置，擴挖裝置包括沿前后方向導向安裝在主梁上的安裝座，安裝座連接有用于驅動安裝座前后移動的伸縮驅動裝置，安裝座上通過回轉驅動結構安裝有回轉軸線前后延伸的伸縮開挖臂，伸縮開挖臂與主梁垂直且端部連接有破巖裝置。

4、上述技術方案的有益效果在于：本發明屬于改進型發明創造，主要是對擴挖裝置作進一步限定，本發明中的擴挖裝置包括沿前后方向導向安裝在主梁上的安裝座，安裝座連接有伸縮驅動裝置，可以驅動安裝座前后移動；安裝座上通過回轉驅動結構安裝有回轉軸線前后延伸的伸縮開挖臂，伸縮開挖臂與主梁垂直且端部連接有破巖裝置，這樣通過伸縮驅動裝置可以帶動安裝座和伸縮開挖臂向前移動，進而使破巖裝置對圓形斷面隧道進行擴挖，向前擴挖一個行程后，伸縮驅動裝置可控制安裝座和伸縮開挖臂向后移動復位，此時如果開挖的深度不夠，可以通過伸縮開挖臂的伸長控制破巖裝置向外移動，然后重復以上步驟，直至開挖深度合適；然后通過回轉驅動結構可以使伸縮開挖臂沿周向回轉一定角度，接著繼續在伸縮驅動裝置的作用下向前開挖，重復以上步驟即可開挖出異形斷面隧道。

5、當然，以上開挖過程還可以替換為：通過回轉驅動結構驅動伸縮開挖臂沿周向轉動，使破巖裝置對圓形斷面隧道進行擴挖，擴挖過程中可以通過伸縮開挖臂的伸長控制破巖裝置向外移動，從而控制開挖的深度以及斷面形狀，該斷面開挖結束后，通過伸縮開挖臂的縮回控制破巖裝置向內收回，然后再通過伸縮驅動裝置控制安裝座和伸縮開挖臂向前移動，使破巖裝置移動到下一個開挖位置，重復以上過程中即可。

6、由于本發明中的伸縮開挖臂與主梁垂直，伸縮開挖臂以垂直于隧道的姿態進行開挖，不過多占用長度方向上的空間，因此可以縮短主梁的長度，使掘進機主機的結構更加緊湊、長度尺寸更小，提高轉彎性能。

7、進一步地，安裝座包括套設在主梁外部的環體，環體的至少部分外周面為圓柱面，環體的前端設置有前擋止體、后端設置有后擋止體，伸縮開挖臂的端部夾設在前擋止體和后擋止體之間且通過圓弧面與環體的圓柱面貼合，伸縮開挖臂和安裝座之間連接有用于驅動伸縮開挖臂沿環體的圓柱面回轉的伸縮驅動器。

8、進一步地，破巖裝置的開挖方向為由后向前，在垂直于前后方向的方向上，后擋止體的長度大于前擋止體的長度。

9、進一步地，后擋止體和/或前擋止體上設置有與伸縮開挖臂的側面接觸的耐磨板。

10、進一步地，伸縮開挖臂的端部設置有與后擋止體和/或前擋止體在圓周方向上導向配合的導向結構。

11、進一步地，伸縮開挖臂成對布置且一對中的兩個伸縮開挖臂分別位于主梁的左右兩側，各伸縮開挖臂的端部均連接有破巖裝置，各伸縮開挖臂與安裝座之間均連接有伸縮驅動器，一對伸縮開挖臂所對應的兩個伸縮驅動器的一端通過同一個銷軸與安裝座鉸接。

12、進一步地，回轉驅動結構包括回轉軸承，回轉軸承包括相對安裝座固定設置的固定圈以及相對安裝座能夠回轉且回轉軸線前后延伸的回轉圈，固定圈或回轉圈上設置有齒圈，回轉驅動結構還包括旋轉動力源和安裝在旋轉動力源輸出端的驅動齒輪，驅動齒輪與齒圈嚙合，伸縮開挖臂固定在回轉圈上。

13、進一步地，伸縮驅動裝置位于安裝座的前側，伸縮驅動裝置的一端與安裝座連接，另一端與異形斷面隧道掘進機主機的主驅動連接。

14、進一步地，擴挖裝置還包括連接在安裝座的下部且用于對隧道底部進行擴挖的底部擴挖機構，底部擴挖機構包括連接在安裝座上的連接臂，連接臂的左右兩端分別連接有可上下伸縮的伸縮臂，兩個伸縮臂端部分別連接有開挖滾筒。

15、進一步地，兩個開挖滾筒左右對稱布置，且兩個開挖滾筒上的切削刀具均呈螺旋狀布置以將開挖出的渣石向中間輸送。

16、進一步地，異形斷面隧道掘進機主機還包括連接在主梁下部的星輪收渣機構，星輪收渣機構位于兩個截割滾筒的后側以收集兩個截割滾筒向中間輸送的渣石。

17、為實現上述目的，本發明中的異形斷面隧道掘進機采用如下技術方案：

18、一種異形斷面隧道掘進機，包括主機和后配套設備，主機包括刀盤和前后延伸的主梁，主梁上安裝有用于對刀盤開挖出的圓形斷面隧道進行擴挖從而形成異形斷面隧道的擴挖裝置，擴挖裝置包括沿前后方向導向安裝在主梁上的安裝座，安裝座連接有用于驅動安裝座前后移動的伸縮驅動裝置，安裝座上通過回轉驅動結構安裝有回轉軸線前后延伸的伸縮開挖臂，伸縮開挖臂與主梁垂直且端部連接有破巖裝置。

19、上述技術方案的有益效果在于：本發明屬于改進型發明創造，主要是對擴挖裝置作進一步限定，本發明中的擴挖裝置包括沿前后方向導向安裝在主梁上的安裝座，安裝座連接有伸縮驅動裝置，可以驅動安裝座前后移動；安裝座上通過回轉驅動結構安裝有回轉軸線前后延伸的伸縮開挖臂，伸縮開挖臂與主梁垂直且端部連接有破巖裝置，這樣通過伸縮驅動裝置可以帶動安裝座和伸縮開挖臂向前移動，進而使破巖裝置對圓形斷面隧道進行擴挖，向前擴挖一個行程后，伸縮驅動裝置可控制安裝座和伸縮開挖臂向后移動復位，此時如果開挖的深度不夠，可以通過伸縮開挖臂的伸長控制破巖裝置向外移動，然后重復以上步驟，直至開挖深度合適；然后通過回轉驅動結構可以使伸縮開挖臂沿周向回轉一定角度，接著繼續在伸縮驅動裝置的作用下向前開挖，重復以上步驟即可開挖出異形斷面隧道。

20、當然，以上開挖過程還可以替換為：通過回轉驅動結構驅動伸縮開挖臂沿周向轉動，使破巖裝置對圓形斷面隧道進行擴挖，擴挖過程中可以通過伸縮開挖臂的伸長控制破巖裝置向外移動，從而控制開挖的深度以及斷面形狀，該斷面開挖結束后，通過伸縮開挖臂的縮回控制破巖裝置向內收回，然后再通過伸縮驅動裝置控制安裝座和伸縮開挖臂向前移動，使破巖裝置移動到下一個開挖位置，重復以上過程中即可。

21、由于本發明中的伸縮開挖臂與主梁垂直，伸縮開挖臂以垂直于隧道的姿態進行開挖，不過多占用長度方向上的空間，因此可以縮短主梁的長度，使掘進機主機的結構更加緊湊、長度尺寸更小，提高轉彎性能。

22、進一步地，安裝座包括套設在主梁外部的環體，環體的至少部分外周面為圓柱面，環體的前端設置有前擋止體、后端設置有后擋止體，伸縮開挖臂的端部夾設在前擋止體和后擋止體之間且通過圓弧面與環體的圓柱面貼合，伸縮開挖臂和安裝座之間連接有用于驅動伸縮開挖臂沿環體的圓柱面回轉的伸縮驅動器。

23、進一步地，破巖裝置的開挖方向為由后向前，在垂直于前后方向的方向上，后擋止體的長度大于前擋止體的長度。

24、進一步地，后擋止體和/或前擋止體上設置有與伸縮開挖臂的側面接觸的耐磨板。

25、進一步地，伸縮開挖臂的端部設置有與后擋止體和/或前擋止體在圓周方向上導向配合的導向結構。

26、進一步地，伸縮開挖臂成對布置且一對中的兩個伸縮開挖臂分別位于主梁的左右兩側，各伸縮開挖臂的端部均連接有破巖裝置，各伸縮開挖臂與安裝座之間均連接有伸縮驅動器，一對伸縮開挖臂所對應的兩個伸縮驅動器的一端通過同一個銷軸與安裝座鉸接。

27、進一步地，回轉驅動結構包括回轉軸承，回轉軸承包括相對安裝座固定設置的固定圈以及相對安裝座能夠回轉且回轉軸線前后延伸的回轉圈，固定圈或回轉圈上設置有齒圈，回轉驅動結構還包括旋轉動力源和安裝在旋轉動力源輸出端的驅動齒輪，驅動齒輪與齒圈嚙合，伸縮開挖臂固定在回轉圈上。

28、進一步地，伸縮驅動裝置位于安裝座的前側，伸縮驅動裝置的一端與安裝座連接，另一端與主機的主驅動連接。

29、進一步地，擴挖裝置還包括連接在安裝座的下部且用于對隧道底部進行擴挖的底部擴挖機構，底部擴挖機構包括連接在安裝座上的連接臂，連接臂的左右兩端分別連接有可上下伸縮的伸縮臂，兩個伸縮臂端部分別連接有開挖滾筒。

30、進一步地，兩個開挖滾筒左右對稱布置，且兩個開挖滾筒上的切削刀具均呈螺旋狀布置以將開挖出的渣石向中間輸送。

31、進一步地，主機還包括連接在主梁下部的星輪收渣機構，星輪收渣機構位于兩個截割滾筒的后側以收集兩個截割滾筒向中間輸送的渣石。