Máquina para la perforación de túneles.
Máquina (1) para la perforación de túneles, que comprende: un cuerpo principal (2) de la máquina que incluye un cuerpo (10);
una pluralidad de conjuntos de cilindro y pistón (3) de la máquina, configurados para provocar que el cuerpo principal de la máquina se desplace hacia delante; y un dispositivo de excavación (5) configurado para excavar terreno natural de la parte frontal del cuerpo principal de la máquina,
comprendiendo además la máquina (1) para la perforación de túneles:
un primer elemento rotativo (40) soportado en la parte frontal extrema del cuerpo principal (2) de la máquina con capacidad de rotación alrededor de un primer eje de giro (A1) paralelo al eje central del cuerpo principal de la máquina para la perforación de túneles;
un primer dispositivo rotativo configurado para provocar la rotación del primer elemento rotativo (40);
un elemento basculante (50) soportado por el primer elemento rotativo de manera que pueda bascular alrededor de un segundo eje de giro (A2) paralelo al primer eje de giro y separado con respecto a este último;
un dispositivo de basculación (55) configurado para provocar que el elemento basculante bascule con respecto al primer elemento rotativo independientemente del primer dispositivo de rotación;
un cabezal de corte rotativo (60) soportado por el elemento de basculación de manera que es rotativo alrededor de un tercer eje de giro (A3) paralelo al segundo eje de giro y separado con respecto al segundo eje de giro, y comprendiendo una pluralidad de dientes de corte (61) sobre su superficie de excavación;
un tercer dispositivo rotativo (65) configurado para provocar que el cabezal de corte rotativo gire con respecto al elemento basculante independientemente con respecto al primer dispositivo rotativo y el dispositivo de basculación; y
un controlador (90) configurado para controlar el primer dispositivo rotativo, el dispositivo de basculación, y el tercer dispositivo rotativo, caracterizado porque:
el tercer dispositivo rotativo es un accionador que comprende un motor hidráulico o un motor eléctrico incorporado en el elemento basculante; y
el cabezal de corte rotativo está configurado con capacidad de excavar el terreno natural situado por delante de un eje de giro del cuerpo principal de la máquina mientras bascula en una dirección que se corta con el eje de giro de dicho cuerpo central de la máquina.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2007/051244.
Solicitante: KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA.
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 1-1, Higashikawasaki-cho 3-chome Chuo-ku Kobe-shi Hyogo 650-8670 JAPON.
Inventor/es: KONDO,YASUNORI, IWATA HIROYOSHI, SAKAI,YASUYUKI, ODA MAKOTO, NIIHARA TOORU, MAKIUCHI ISAO, NAGAMORI KUNIHIRO, INOMATA KATSUMI, ANAI HIDEKAZU.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- E21D9/08 CONSTRUCCIONES FIJAS. › E21 PERFORACION DEL SUELO O DE LA ROCA; EXPLOTACION MINERA. › E21D POZOS; TUNELES; GALERIAS; GRANDES CAMARAS SUBTERRANEAS (materiales para acondicionar o estabilizar el suelo C09K 17/00; máquinas cortantes para la explotación de minas o canteras E21C; dispositivos de seguridad, de transporte, de salvamento, de ventilación o de drenaje E21F). › E21D 9/00 Túneles o galerías, con o sin revestimientos; Procedimientos o aparatos para su ejecución (revestimientos en sí E21D 11/00; galerías de protección contra la caída de rocas o las avalanchas E01F 7/04 ); Trazado de túneles o de galerías. › con medios complementarios de perforación o de corte.
- E21D9/087 E21D 9/00 […] › con una cabeza de perforación rotatoria que corta simultáneamente la sección transversal al completo, es decir,máquinas tipo frontal-completo.
- E21D9/11 E21D 9/00 […] › con una cabeza de perforación rotatoria que corta simultáneamente la sección transversal al completo, es decir, máquinas tipo frontal-completo.
PDF original: ES-2549675_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Máquina para la perforación de túneles.
Sector técnico 5
La presente invención se refiere a una máquina para la perforación de túneles que comprende un dispositivo excavador capaz de excavar secciones transversales de diferentes formas.
Antecedentes técnicos 10
Una máquina para la perforación de túneles comprende un cuerpo principal de la máquina que tiene un cuerpo, una serie de conjuntos de cilindro y pistón para la máquina configurados para provocar que el cuerpo principal de la máquina se desplace hacia delante, y un dispositivo excavador dispuesto en el lado frontal del cuerpo principal de la máquina para excavar el terreno natural. En una máquina de tipo general para la perforación de túneles, el cuerpo 15 principal de la máquina está constituido de manera que tenga forma cilíndrica, y el dispositivo excavador comprende una serie de dientes de corte dispuestos en la superficie frontal de un cabezal de corte que tiene el mismo diámetro que el cuerpo. El cabezal de corte está soportado por una parte frontal extrema del cuerpo principal de la máquina para la perforación de túneles, que es capaz de girar alrededor de un eje central del cuerpo principal de la máquina, y que es obligado a girar por una máquina de impulsión, tal como una serie de motores hidráulicos. La máquina para 20 la perforación de túneles excava un túnel de sección circular al hacer que el cuerpo principal de la máquina para la perforación de túneles se desplace hacia delante (perforación frontal) mientras gira el cabezal de corte.
En estos últimos años, se han desarrollado máquinas para la perforación de túneles capaces de excavar túneles con secciones transversales de diferentes formas, tales como sección transversal rectangular y sección transversal oval 25 además de la sección transversal circular. Sé describen ejemplos de dichas máquinas para la perforación de túneles en los Documentos de Patentes 1 a 3.
En la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 1, un dispositivo de corte en forma de disco está soportado con capacidad de rotación alrededor de un eje central del cuerpo principal de la máquina para la 30 perforación de túneles, y un dispositivo de corte planetario está soportado con capacidad de rotación por un cuerpo principal de disco del dispositivo de corte de disco. De acuerdo con esa máquina para la perforación de túneles, cuando el cuerpo principal de disco es obligado a girar, el dispositivo de corte planetario gira de manera integral con el cuerpo principal de disco, y gira en sincronismo con la rotación del cuerpo principal de disco por acción de un mecanismo de ruedas dentadas planetarias. De este modo, la máquina para la perforación de túneles puede 35 excavar un túnel de una forma predeterminada en sección transversal mediante el cuerpo principal de disco y el dispositivo de corte planetario.
En la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 2, cuatro rayos se extienden radialmente desde un dispositivo de corte principal de pequeño diámetro dispuesto para excavar el centro de un túnel y están 40 dotados de brazos extensibles, respectivamente, y cada uno de los brazos extensibles está dotado de un dispositivo de corte de esquina y un motor hidráulico configurado para provocar el giro del dispositivo de corte de esquina. Los brazos extensibles están configurados de manera que son extensibles y retractiles en dirección radial por medio de conjuntos hidráulicos de cilindro y pistón. Una parte periférica de una única sección transversal es excavada haciendo que los dispositivos de corte de esquina giren mientras se provoca la extensión y retracción de los brazos 45 extensibles, y la parte central de la sección transversal es excavada por el dispositivo de corte principal.
En la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 3, se dispone un eje fijo en el eje central del cuerpo principal de la máquina, y se dispone un primer cuerpo envolvente de manera que tenga capacidad de rotación alrededor del eje fijo. Un segundo cuerpo envolvente está dispuesto para que sobresalga hacia delante 50 desde la parte extrema de la punta del primer cuerpo envolvente. En el primer cuerpo envolvente, están soportados con capacidad de rotación un engranaje fijo dispuesto sobre el eje fijo, un engranaje planetario que se acopla con el engranaje fijo, y una primera rueda dentada que se acopla con la rueda dentada planetaria. Además, en el segundo cuerpo envolvente, se dispone de manera fija una segunda rueda dentada que se acopla con la primera rueda dentada, así como una tercera rueda dentada que se acopla con la segunda rueda dentada. Un dispositivo de corte 55 de excavación está dispuesto de manera fija sobre la tercera rueda dentada. Mediante un motor de impulsión del cuerpo envolvente y un motor de impulsión del dispositivo de corte dispuestos en el cuerpo principal de la máquina para la perforación de túneles, se hacen girar alrededor del eje fijo el primer y el segundo cuerpos envolventes. A continuación, en sincronismo con esta rotación, el dispositivo de corte es obligado a girar alrededor de un elemento de eje, y el dispositivo de corte es obligado a girar haciéndolo girar independientemente. De este modo, se excava 60 una sección transversal predeterminada.
Documento de Patente 1: Patente japonesa Nº 2898968
Documento de Patente 2: Publicación de la solicitud de Patente japonesa a inspección pública 2001-55890
Documento de Patente 3: Publicación de la solicitud de Patente japonesa a inspección pública Hei 9-119288 65
Otro ejemplo se puede observar en el Documento EP 0 384 065, que se considera el documento más próximo del estado de la técnica.
Materia de la invención 5
Problemas a solucionar por la invención
No obstante, la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 1, para excavar un túnel que tenga una sección transversal de una forma predeterminada, se debe disponer la forma del contorno del dispositivo de corte planetario con una proporción del número rotaciones del dispositivo de corte planetario con respecto al 10 número de revoluciones del dispositivo de corte planetario. Por lo tanto, en el caso de excavar un túnel que tenga una sección transversal diferente de la forma de la sección transversal prevista, los ajustes anteriores tienen que ser cambiados. Para cambiar los ajustes, se tiene que cambiar la forma del contorno del dispositivo de corte planetario, el número de dientes del dispositivo de corte planetario y similares. Dado que estos cambios requieren costes y tiempo, la versatilidad de la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 1 es reducida. 15
Además, la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 2 efectúa la excavación de un túnel mediante los dispositivos de corte dispuestos en los extremos de punta de los brazos extensibles dispuestos en cuatro radios que se prolongan o se extienden radialmente mientras se extienden y retraen los brazos extensibles por acción de los conjuntos hidráulicos de cilindro y pistón. Por lo tanto, es difícil mantener el comportamiento de la 20 estanqueidad y la fiabilidad de la resistencia de los brazos extensibles soportando al mismo tiempo la fuerza de reacción de la excavación por los brazos extensibles que se extienden y retraen con grandes cargas aplicadas al cabezal de corte. Por ejemplo, en el caso de utilizar este tipo de máquina para la excavación de un terreno natural incluyendo condiciones de terreno, tales como rocas muy duras, es improbable que resista la utilización práctica.
Además, en la máquina para la perforación de túneles del Documento de Patente 3, el dispositivo de corte es obligado a girar alrededor del eje fijo, y en sincronismo con ello, el dispositivo de corte es obligado a girar alrededor del elemento de eje. Además, el dispositivo de corte es obligado a girar independientemente por el motor de impulsión del dispositivo de corte dispuesto en el lado del cuerpo principal de la máquina para la perforación de túneles. Por lo tanto, la configuración de la rueda dentada para provocar que el dispositivo de corte gire utilizando el 30 primer y el segundo cuerpos envolventes se hace extremadamente compleja, y la fabricación de dicha configuración manteniendo la fiabilidad requiere costes extremadamente elevados y mucho tiempo. Además, en el caso de esta máquina para la perforación de túneles, se transmiten a través del primer y segundo cuerpos envolventes fuerzas extremadamente grandes para hacer que el dispositivo de corte gire alrededor del eje fijo y para provocar que el dispositivo de corte gire alrededor del elemento de eje. Por... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Máquina (1) para la perforación de túneles, que comprende: un cuerpo principal (2) de la máquina que incluye un cuerpo (10) ; una pluralidad de conjuntos de cilindro y pistón (3) de la máquina, configurados para provocar que el cuerpo principal de la máquina se desplace hacia delante; y un dispositivo de excavación (5) configurado para 5 excavar terreno natural de la parte frontal del cuerpo principal de la máquina,
comprendiendo además la máquina (1) para la perforación de túneles:
un primer elemento rotativo (40) soportado en la parte frontal extrema del cuerpo principal (2) de la máquina con capacidad de rotación alrededor de un primer eje de giro (A1) paralelo al eje central del cuerpo principal de la 10 máquina para la perforación de túneles;
un primer dispositivo rotativo configurado para provocar la rotación del primer elemento rotativo (40) ;
un elemento basculante (50) soportado por el primer elemento rotativo de manera que pueda bascular alrededor de un segundo eje de giro (A2) paralelo al primer eje de giro y separado con respecto a este último;
un dispositivo de basculación (55) configurado para provocar que el elemento basculante bascule con respecto al 15 primer elemento rotativo independientemente del primer dispositivo de rotación;
un cabezal de corte rotativo (60) soportado por el elemento de basculación de manera que es rotativo alrededor de un tercer eje de giro (A3) paralelo al segundo eje de giro y separado con respecto al segundo eje de giro, y comprendiendo una pluralidad de dientes de corte (61) sobre su superficie de excavación;
un tercer dispositivo rotativo (65) configurado para provocar que el cabezal de corte rotativo gire con respecto al 20 elemento basculante independientemente con respecto al primer dispositivo rotativo y el dispositivo de basculación; y un controlador (90) configurado para controlar el primer dispositivo rotativo, el dispositivo de basculación, y el tercer dispositivo rotativo, caracterizado porque:
el tercer dispositivo rotativo es un accionador que comprende un motor hidráulico o un motor eléctrico incorporado 25 en el elemento basculante; y
el cabezal de corte rotativo está configurado con capacidad de excavar el terreno natural situado por delante de un eje de giro del cuerpo principal de la máquina mientras bascula en una dirección que se corta con el eje de giro de dicho cuerpo central de la máquina.
2. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que:
el cuerpo principal de la máquina comprende una cámara (19) configurada para recuperar tierras excavadas, y un tabique divisor (16) que define el extremo posterior de la cámara; y
el primer elemento rotativo (40) está constituido por un tambor rotativo que forma parte de una superficie de pared del tabique divisor 35
3. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que el primer dispositivo rotativo, el dispositivo basculante, y el tercer dispositivo rotativo están constituidos respectivamente por accionadores diferentes entre sí.
4. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que:
el elemento basculante (50) está constituido por un armazón de soporte de un dispositivo de corte soportado con capacidad de rotación por una parte periférica externa del primer elemento rotativo; y el cabezal de corte rotativo soportado por el armazón de soporte del dispositivo de corte está configurado de manera que sea capaz de desplazarse a un área por fuera de la periferia externa del primer elemento rotativo cuando se 45 observa desde la parte frontal.
5. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que el controlador está configurado para controlar el primer dispositivo rotativo y el dispositivo de basculación de manera que el ángulo de rotación del elemento basculante está controlado para su asociación con un ángulo de fase de rotación del primer elemento 50 rotativo desde un ángulo de fase de referencia de acuerdo con la forma en sección transversal del túnel a excavar.
6. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 5, en la que el eje del cabezal de corte rotativo se desplaza continuamente a una velocidad uniforme.
7. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que:
la superficie frontal del cabezal de corte rotativo está formada para su curvado desde una parte central de la superficie frontal a un lado periférico externo hacia el cuerpo principal de la máquina; y la superficie de excavación está formada al disponer la pluralidad de dispositivos de corte en la superficie frontal.
8. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 7, en la que la pluralidad de dispositivos de corte están dispuestos de forma espiral desde una parte central de la superficie frontal hasta la periferia externa de la superficie frontal en dirección opuesta a la dirección de rotación del cabezal de corte rotativo.
9. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que: 65
el cabezal de corte rotativo está dotado de una parte central de soporte (62a) que tiene una superficie plana, y una pluralidad de rayos (62e) que se extienden radialmente desde la parte de soporte central; y la pluralidad de dispositivos de corte están dispuestos en superficies frontales de los rayos.
10. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 9, en la que está dispuesta una entrada (29) 5 para material de adición de lodos en una posición situada en una dirección que se corta con una dirección axial del cuerpo principal de los rayos de la máquina y situada en una dirección opuesta a la dirección de rotación de los rayos.
11. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 9, en la que: 10
una pluralidad de primeros elementos rotativos (40D) están dispuestos en la parte del lado extremo frontal del cuerpo principal de la máquina;
los primeros elementos rotativos (60D) , están dispuestos respectivamente con los cabezales de corte rotativos para configurar una pluralidad de elementos de excavación (5D) ; y
los primeros elementos rotativos son obligados a girar en direcciones opuestas entre sí. 15
12. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 11, en la que el cabezal de corte rotativo dispuesto en cada uno de los primeros elementos rotativos que giran respectivamente en direcciones opuestas entre sí es obligado a girar en una dirección que es la misma que la dirección de rotación del primer elemento rotativo dotado de cabezal de corte rotativo. 20
13. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 4, en la que el armazón de soporte del dispositivo de corte está dotado de una pluralidad de terceros ejes de giro,
comprendiendo además la máquina para la perforación de túneles:
una pluralidad de cabezales de corte rotativo soportados con capacidad de rotación alrededor de la pluralidad de 25 terceros ejes de giro, respectivamente; y una pluralidad de terceros dispositivos rotativos configurados para provocar respectivamente el giro de la pluralidad de cabezales de corte rotativo.
14. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 4, en la que el primer elemento rotativo está 30 dotado de una pluralidad de segundos ejes de giro,
comprendiendo la máquina:
una pluralidad de armazones de soporte de dispositivos de corte soportados con capacidad de basculación alrededor de la pluralidad de segundos ejes de giro, respectivamente; y una pluralidad de dispositivos de basculación configurados para provocar respectivamente el giro de la pluralidad de 35 armazones de soporte de dispositivos de corte.
15. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 1, en la que:
el primer elemento rotativo comprende un cabezal de corte auxiliar rotativo (70) configurado para girar alrededor de un cuarto eje de giro (A4) paralelo al primer eje de giro y separado con respecto a dicho primer eje de giro y al 40 segundo eje de giro; y el cabezal de corte auxiliar rotativo comprende una pluralidad de dispositivos de corte (71) dispuestos en una superficie de excavación del mismo, y un cuarto dispositivo rotativo (75) configurado para provocar la rotación del cabezal de corte auxiliar rotativo.
16. Máquina para la perforación de túneles, según la reivindicación 2, en la que la cámara comprende en su interior: una pala de agitación (80) soportada con capacidad de giro por el primer elemento rotativo; y un dispositivo (85) para el giro de la pala de agitación configurado para provocar la rotación de la pala de agitación.
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