一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統的制作方法

一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于隧道施工救援配套設備相關領域，并公開了一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其包括由兩個縱向支架和多個橫梁共同固接而成的主體框架，其中各縱向支架沿著救生艙的長軸方向而布置，其相互對置的端部各自設置有主動輪及配套的驅動電機和減速器，并且主動輪分別聯接有多個從動輪；橫梁橫跨設置在兩個縱向支架之間，并可拆卸地連接于救生艙艙體下側。通過本發明，能夠以結構緊湊、便于操控和安全平穩的方式實現前進、后退和360度自由轉彎等功能，并且可很好地適應于隧道施工的復雜路況。
【專利說明】
一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統
技術領域
[0001 ]本發明屬于隧道施工救援配套設備領域，更具體地，涉及一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國交通建設蓬勃發展，越來越多的隧道工程安全問題出現于軟弱圍巖等不良地層中。在軟弱圍巖隧道施工中，由于地質條件差、地表覆土淺或隧道下穿(建)構筑物等不利因素，施工中極易發生變形和塌方等災害。近年來軟弱圍巖隧道施工事故頻發，造成設備、人員損失慘重，社會影響極大。事后調查發現，超過70%的塌方發生在隧道掌子面后方一定距離，塌方發生后掌子面施工人員被“關門”，如果塌方范圍波及至掌子面或不及時救援，極易導致被困人員遇難。因此，采用何種設備確保掌子面施工人員的安全是隧道施工、尤其是暗挖法修建軟弱圍巖隧道施工過程中一個需要解決的關鍵問題。
[0003]在以往的隧道施工中，由于經濟技術條件的限制，一般是通過在開挖面附近放置鋼制空心管節作為應急措施，但其安全保障能力較為有限。隨著工業技術的發展，施工人員的安全日益受到企業乃至社會的重視，在隧道施工中開始逐漸推廣采用隧道施工救生艙系統。現有技術中出現了一些關于隧道救生艙的研究方案，例如，CN 201510492065.7公開了一種移動隧道救生艙，其包括艙體和輪胎總成，該救生艙能安全、穩定、多方向地移動，適時監測災后隧道并主動移動救生艙至安全區域;又如，CN201510166924.3公開了一種隧道救生艙結構，其包括艙體，艙體上鉸接有艙門與逃生門，艙體底部連接有輪胎，艙體內設有供風系統、供氧系統、空氣凈化系統、環境監控系統、通信系統及生存保障系統，其在事故發生后可為幸存人員提供避難空間，減少人員傷害。
[0004]現有的救生艙系統根據其移動方式可分為無移動構件救生艙和有移動構件救生艙兩種，其中后者的救生艙下部裝有可移動裝置，但一般不具備行進動力裝置，仍需要借助外力移動。在此情況下，在隧道施工過程中，如果在開挖面的跨度受限的情況下，拖移救生艙將占用道路影響正常施工工序進而導致工期增加;其次，由于施工中洞內臨時道路通行條件較差，機械車輛進出頻繁，或由于隧道修建速度較快，可能經常需要移動救生艙位置，這就為施工帶來了極大不便;最后，考慮到當隧道施工環境以松軟泥土為主時，如果采用履帶式移動系統會由于自身較大的自重而陷入地面中，對救生艙的移動特別是轉彎造成一定的不便。綜上，為了更好地符合隧道施工復雜的環境及應用需求，尤其是在面臨較多泥土的地面環境、或是隧道入口距離施工面已經存在較長路徑有必要提高救生艙的移動速度等典型情況下，本領域亟需針對適用于隧道施工救生艙的移動系統做出更進一步的研究和改進。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其中通過結合救生艙自身結構及應用環境的特點，對該輪胎移動系統的具體結構組成、設置方式等進行針對性設計，相應與現有技術相比，能夠以結構緊湊、便于操控和安全平穩的方式實現前進、后退和360度自由轉彎等功能，并且可很好地適應于隧道施工的復雜路況，同時顯著減少移動系統的自重，有助于提高移動速度，因而尤其適用于譬如松軟泥土等之類的隧道施工應用場合。
[0006]為實現上述目的，本發明提出了一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，該輪胎移動系統包括由兩個縱向支架和多個橫梁共同固接而成的主體框架，其中:
[0007]所述縱向支架包括均沿著救生艙的長軸方向而布置的第一縱向支架和第二縱向支架，其中對于第一縱向支架而言，其前端設置有第一主動輪及配套的第一驅動電機和第一減速器，所述第一主動輪還聯接有多個從動輪，由此在所述第一驅動電機的作用下共同實現轉動;對于第二縱向支架而言，其后端設置有第二主動輪及配套的第二驅動電機和第二減速器，所述第二主動輪同樣聯接有多個從動輪，由此在所述第二驅動電機的作用下共同實現轉動;所述橫梁則彼此平行地橫跨設置在所述兩個縱向支架之間，并通過連接螺栓可拆卸地連接于救生艙艙體下側；以此方式，當所述第一、第二驅動電機轉向相同時，用于實現輪胎在360°范圍內的自由轉向；而當所述第一、第二驅動電機轉向相反時，用于實現輪胎的如進或后退功能；
[0008]此外，所述第一驅動電機及第一減速器、第二驅動電機及第二減速器均采用橫臥式布置，并容納處于所述艙體的底面。
[0009]作為進一步優選地，所述橫梁的數量為三個，并且它們均優選設計為兩側低下中間高的倒U形結構。
[0010]作為進一步優選地，所述第一、第二縱向支架的下側優選還均勻布置有多個支重輪，以便分擔所承擔的總體重量;此外，在所述第一、第二縱向支架的外側還布置有踏板。[0011 ]作為進一步優選地，所述第一、第二輪胎的最大行駛速度優選被設定為16m/min，最大爬坡角度為18°。
[0012]作為進一步優選地，上述輪胎移動系統采用無線遙控方式來實現艙內和艙外的控制。
[0013]作為進一步優選地，所述救生艙的艙體整體呈T型材網格式分布的箱體結構，其頂部為圓弧形，其外部布置有外殼體鋼板，內部交叉布置加強筋，其中所述加強筋優選采用如下方式布置:在所述艙體內部的前后端面以水平和垂直的方式布置多根角鋼作為加強筋，在所述艙體內部的左右側面水平均勻布置多根扁鋼作為加強筋，在所述艙體內部的底面沿艙體長度方向均勻布置多根扁鋼作為加強筋，在所述艙體內部的頂面沿艙體長度方向均勻布置多根T型鋼作為加強筋，在艙體內部的縱向上還設置有多圈T型鋼作為加強筋，該多圈T型鋼沿所述艙體的長度方向均勻分布。
[0014]作為進一步優選地，所述艙體的前、后端面分別設置有前艙門和后艙門，左、右側面分別設置有逃生門；所述前艙門、后艙門、逃生門均設計為外開式結構，并且后艙門通過螺栓固定安裝在救生艙的內部，同時該后艙門上還設置有用于對其執行位置定位的定位傳感器。
[0015]作為進一步優選地，所述艙體內部集成設有供風單元、供氧單元、空氣凈化單元以及供電單元，其中供風單元、供氧單元和空氣凈化單元協同工作，用于為救生艙內部提供供風壓力為0.1MPa?0.3MPa，人均供風量不低于0.3m3/min的空氣，以及壓力為0.1MPa?
0.2Mpa、人均供氧量不低于0.5L/min的氧氣，并使得救生艙內的空氣無粉塵和有毒成分且CO2濃度小于1.0%;此外，所述供電單元由外部交流電源和內部直流電源共同組成，并可切換地用于救生艙內所有用電設備的供電。
[0016]作為進一步優選地，所述救生艙包括小型艙、中型艙、大型艙和特大型艙四種類型，其中:所述小型艙的外形尺寸規格為長2700mmX寬1700 X高2200mm或者3000mmX寬1700 X高2200mm，額定容納人數<7人，額定保障時間為72小時或者120小時;所述中型艙的外形尺寸規格為長3200mm X寬2000 X高2500mm或者3500mm X寬2000 X高2500mm，額定容納人數8?10人，額定保障時間為72小時或者120小時；所述大型艙的外形尺寸規格為長4000mmX寬2000 X高2500mm或者4400mm X寬2000 X高2500mm，額定容納人數11?15人，額定保障時間為72小時或者120小時;所述超大型艙的外形尺寸規格為長4000mmX寬2500 X高2500mm或者4400mmX寬2500 X高2500mm，額定容納人數16?20人，額定保障時間為72小時或者120小時。
[0017]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0018]1.通過對按照本發明的輪胎移動系統的關鍵組件如驅動電機、輪胎等在結構組成、布置及其運行方式等方面做出研究和設計，不僅能夠以結構緊湊、布置合理的方式自由實現前進、后退和360度自由轉彎等功能，而且能夠在保證救生艙整體高度不變的情況下，適當增大了電機減速機組與地面之間的高度;相應能夠在無需其他任何拖移或吊運設備的情況下有效、靈活地執行移動功能，同時明顯減少對隧道施工的干擾；
[0019]2.考慮到隧道施工環境以松軟泥土為主時，履帶式移動系統由于自重大，有可能會陷入地面中，對救生艙的移動特別是轉彎造成一定的不變。而履帶式移動系統，自重輕，馬力足，能有效的克服上述不足;另一方面，當隧道施工進行較長時間后才引進救生艙設備時，救生艙從隧道入口移動至施工面有較長路程時，為不影響施工進度，需提高救生艙的移動速度，輪胎式移動系統由于自身自重輕，故而最大移動速度較之履帶式要快許多；尤其是，當隧道內陡坡較多時，輪胎式移動系統的輪胎分布，能有效的減少履帶式移動系統爬坡過程中履帶本體和地面產生的高度差，從而減少爬坡過程中高度差對救生艙的沖擊
[0020]3.輪胎移動整體安裝方式為螺栓連接，整體安裝于輪胎移動單元橫梁的安裝板上;輪胎式移動系統底盤仍需要足夠的強度和剛度，底盤設計為鋼結構型鋼框架，但由于自重減輕，可適當減少承重結構，以筋板做輔助結構加強，相應進一步地減少了移動系統的自重;此外，由于輪胎移動系統自重減輕，其移動所需的動力也相應減小，電機減速機組距離地面的高度也相應增高，從而救生艙整體的高度可以相應降低，救生艙的穩性也得到提升；在此情況下，輪胎式移動系統相比履帶式移動系統在維護上更加簡單，少了履帶的鏈片、鏈輪、張緊、導向輪等機構，輪胎式移動單元結構簡單，需要維護的點也相應減少，只需對輪胎的胎壓做定期維護即可；
[0021]4.通過將救生艙整體結構采用T型材網格式分布的箱體結構設計，箱體結構外部布置外殼體鋼板，內部交叉設置加強筋，艙體主體框架、T型材自身筋板、翼板的結構特點和網格式分布組合而成的箱體結構能有效的承載各個方向的作用力，在減輕艙體自重的同時，又能增強艙體的承載能力;艙體頂部為拱形設計，能更好的消化、吸收頂部的沖擊載荷，同時能分散豎直方向上的靜載荷;加強筋自身具有一定的斷面面積，同時其剖面模數值與結構承壓強度相匹配，起到了牢固整個結構的作用；
[0022]5、由于該救生艙內集成設有通風、供氧、空氣凈化、環境監測、供電及生存保障等系統，通過這些系統的優化布置，使撤離到救生艙內的被困人員生存空間更大，生存時間更長;此外，救生艙內可設有視屏通話系統，在救生艙內能跟外面進行視屏通話，有利于洞外了解救生艙內被困人員的生存狀態，有利于洞外開展救援工作；
[0023]6、按照本發明的隧道施工救生艙整體結構緊湊、強度分布設計合理、功能完善且便于操控，在發生塌方的情況下不僅利于人員第一時間進入到救生系統內部，而且還便于外界救援人員對該系統的定位查找和組織救援，因而尤其適用于各類隧道施工救援場合，并具備廣闊的推廣前景。
【附圖說明】
[0024]圖1是按照本發明所構建的輪胎移動系統的整體結構平面圖；
[0025]圖2是圖1中所示輪胎移動系統的結構側視圖；
[0026]圖3是示范性顯示驅動電機減速機組的橫臥式布置示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0028]圖1是按照本發明所構建的輪胎移動系統的整體結構平面圖，圖2是圖1中所示輪胎移動系統的結構側視圖。如圖1和圖2所示，該輪胎移動系統主要包括由兩個縱向支架和多個橫梁10共同固接而成的主體框架，并在兩個縱向支架上分別承載安裝有包含主動輪、驅動電機減速機組、從動輪等在內的運動單元。
[0029]具體而言，縱向支架包括均沿著救生艙的長軸方向而布置的第一縱向支架4和第二縱向支架4’，其中對于第一縱向支架4而言，其前端(圖中顯示為左端)設置有第一主動輪2及配套的第一驅動電機I和第一減速器7，第一主動輪還聯接有多個從動輪(主動輪、從動輪在本申請中均可采用輪胎的形式)，由此在第一驅動電機I作用下驅動第一主動輪、進而帶動多個從動輪共同實現轉動。
[0030]與此類似地，對于第二縱向支架4’而言，其后端(圖中顯示為右端)設置有第二主動輪2 ’及配套的第二驅動電機I’和第二減速器7’，該第二主動輪同樣聯接有多個從動輪，由此在第二驅動電機I’的作用下共同實現轉動;橫梁6譬如為三根，它們彼此平行地橫跨設置在所述兩個縱向支架之間，并譬如通過連接螺栓5可拆卸地連接于救生艙艙體下側。以此方式，由于兩個縱向支架上所承載的運動單元呈反對稱的布置關系，當所述第一、第二驅動電機轉向相同時，用于實現輪胎在360°范圍內的自由轉向；而當所述第一、第二驅動電機轉向相反時，用于實現輪胎的前進或后退功能。
[0031 ]更具體地，可以在縱向支架的外側布置一個踏板，方便乘客上下。每個縱向支架下側優選均勻布置譬如10個的支重輪3，由此分擔上部救生艙及輪胎移動單元的重量。兩個縱向支架通過三個等間距布置的橫梁相固接，該橫梁優選被設計為兩側低中間高的倒U形結構，每個橫梁上譬如布置有8個連接螺栓孔，通過連接螺栓與上部救生艙主體結構連接，以便拆卸和更換。
[0032]按照以上技術構思，由于兩個移動單元縱向支架按反對稱布置，當電機轉向相同時，可以實現移動單元轉向，電機轉向相反時實現移動單元的前進、后退和爬坡功能。電機上配有減速器，可以進行減速和剎車，操作簡單，方便救生艙首次進入隧道后的落位，配合施工工序移動和跟隨隧道掘進而前移。上述移動系統的主體可采用高強度鋼結構構件，可具有一定的防爆功能，在隧道爆破開挖過程中保證正常工作不受影響。
[0033]按照本發明的一個優選實施例，所述橫梁優選設計為兩側低下中間高的倒U形結構。按照本發明的另一優選實施例，所述第一、第二輪胎的最大行駛速度優選被設定為16m/min，最大爬坡角度為18°，這些參數經過比較測試而得出，并能夠更好地適合各類隧道施工應用場合。
[0034]按照本發明的另一優選實施例，對于輪胎移動系統所承載的救生艙艙體而言，其譬如為箱體結構，其最大能容納20人，其頂部為圓弧形，其外部布置外殼體鋼板，具體譬如采用Q345R鋼板制成，具備抗沖擊安全防護功能，具體的，艙體頂面和底面的鋼板厚度譬如為8mm，兩側面和兩端面鋼板的厚度譬如為4mm，圓弧形頂部的拱高譬如為0.25m。優選地，該艙體內部交叉布置加強筋，加強筋采用如下方式布置:在所述艙體內部的前后端面分別以水平和垂直的方式布置多根角鋼作為加強筋，在所述艙體內部的左右側面分別水平均勻布置多根扁鋼作為加強筋，具體的，例如可布置三根80mm寬6mm厚的扁鋼，在所述艙體內部的底面沿艙體長度方向均勻布置多根扁鋼作為加強筋，具體的，譬如布置四根80mm寬6_厚的扁鋼，在所述艙體內部的頂面沿艙體長度方向均勻布置多根T型鋼作為加強筋，具體譬如為四根，在艙體內部的縱向上還設置有多圈T型鋼作為加強筋，具體譬如為8圈，該8圈T型鋼沿所述艙體的長度方向均勻分布。具體的，所述T型鋼的腹板高度譬如為80mm、厚度譬如為8mm，T型鋼的翼板寬度譬如為80mm、厚度譬如為8mm。具有上述結構的本發明救生系統，較多的實際測試表明，其艙體頂部抵抗土石掩埋靜壓力可達380kPa以上，兩側抵抗土石掩埋靜壓力可達190kPa以上，頂部能夠抵抗由于隧道坍方所產生的沖擊載荷可達200kN以，因而具備令人滿足的整體結構強度。
[0035]此外，所述艙門中還配置有各種不同用途的門結構。其中，方形艙門設于艙體的前后端面(前艙門、后艙門)，逃生門(左艙門、右艙門)對稱設于艙體的左右側面。前艙門作為主要的避險用艙門，左右兩側艙門作為輔助的避險用艙門，兩種艙門均為外開式，方便避險人員在緊急情況下開啟，即發生塌方時，來不及逃生的遇險人員可從靠近掌子面的前艙門進入救生艙內避險，同時左右兩側艙門亦可作為分散避險人流的避險用艙門；后艙門主要作用是在救生艙生產制造過程中，為設備艙(靠近后艙門)中設備的安裝提供便利;最主要作用為方便救援逃生。
[0036]另外，對于艙體內部而言，其設有供風系統、供氧系統、空氣凈化系統、環境監測系統、通訊系統、供電系統及生存保障系統。通過艙體中各個系統的相互配合及合理布置，可為被困人員提供較大的生存空間，較好的生存環境，進一步延長生存時間，防護時間可達72小時，通過在艙體上鉸接本發明結構的艙門與逃生門，可以方便被困人員的進出。
[0037]在應用時，上述輪胎移動系統可采用無線遙控方式，一用一備，由此實現艙內和艙外的控制，相應實現在隧道中自由前進、后退、轉向、爬坡等功能，同時電機上配有減速器，可以進行減速和剎車。將本發明配置于救生艙下部后，既能對施工人員提供有力的安全保障，又能明顯減少對施工的干擾，提高工作效率。
[0038]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，該輪胎移動系統包括由兩個縱向支架和多個橫梁共同固接而成的主體框架，其中: 所述縱向支架包括均沿著救生艙的長軸方向而布置的第一縱向支架(4)和第二縱向支架(4’)，其中對于第一縱向支架(4)而言，其前端設置有第一主動輪(2)及配套的第一驅動電機(I)和第一減速器(7)，所述第一主動輪還聯接有多個從動輪，由此在所述第一驅動電機(I)的作用下共同實現轉動;對于第二縱向支架(4’)而言，其后端設置有第二主動輪(2’)及配套的第二驅動電機(Γ)和第二減速器(7’)，所述第二主動輪同樣聯接有多個從動輪，由此在所述第二驅動電機(Γ)的作用下共同實現轉動;所述橫梁(6)則彼此平行地橫跨設置在所述兩個縱向支架之間，并通過連接螺栓(5)可拆卸地連接于救生艙艙體下側；以此方式，當所述第一、第二驅動電機轉向相同時，用于實現輪胎在360°范圍內的自由轉向；而當所述第一、第二驅動電機轉向相反時，用于實現輪胎的前進或后退功能； 此外，所述第一驅動電機及第一減速器、第二驅動電機及第二減速器均采用橫臥式布置，并容納處于所述艙體的底面。2.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，所述橫梁的數量為三個，并且它們均優選設計為兩側低下中間高的倒U形結構。3.如權利要求1或2所述的一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，所述第一、第二縱向支架的下側優選還均勻布置有多個支重輪(3)，以便分擔所承擔的總體重量;此外，在所述第一、第二縱向支架的外側還布置有踏板。4.如權利要求1-3任意一項所述的一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，所述第一、第二輪胎的最大行駛速度優選被設定為16m/min，最大爬坡角度為18°。5.如權利要求4所述的一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，上述輪胎移動系統采用無線遙控方式來實現艙內和艙外的控制。6.如權利要求1-5任意一項所述的一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，所述救生艙的艙體整體呈T型材網格式分布的箱體結構，其頂部為圓弧形，其外部布置有外殼體鋼板，內部交叉布置加強筋，其中所述加強筋優選采用如下方式布置:在所述艙體內部的前后端面以水平和垂直的方式布置多根角鋼作為加強筋，在所述艙體內部的左右側面水平均勻布置多根扁鋼作為加強筋，在所述艙體內部的底面沿艙體長度方向均勻布置多根扁鋼作為加強筋，在所述艙體內部的頂面沿艙體長度方向均勻布置多根T型鋼作為加強筋，在艙體內部的縱向上還設置有多圈T型鋼作為加強筋，該多圈T型鋼沿所述艙體的長度方向均勻分布。7.如權利要求6所述的一種適用于隧道施工救生艙的輪胎移動系統，其特征在于，所述艙體的前、后端面分別設置有前艙門和后艙門，左、右側面分別設置有逃生門；所述前艙門、后艙門、逃生門均設計為外開式結構，并且后艙門通過螺栓固定安裝在救生艙的內部，同時該后艙門上還設置有用于對其執行位置定位的定位傳感器。
【文檔編號】E21F11/00GK105946974SQ201610367368
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】苗德海, 王春梅, 謝俊, 王偉, 楊光, 韓向陽, 王克金, 劉浩, 顏志偉
【申請人】中鐵第四勘察設計院集團有限公司