基本信息
- 项目名称：
- 地震灾后救援盾构机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目依据专门用于暗挖隧道的传统盾构机的工作原理、基本构造及特点，根据灾后的特定环境状况对机构进行创新设计，使其适用于灾后救援，此款救灾盾构机具有快速高效、安全可靠、便于拆装、小巧便携的优点。
- 详细介绍：
- 近年来，地震等灾害频频发生，造成财产损失不计其数，更有成千上万人在灾害中被掩埋。受灾后，被困人员的救援黄金时间是72小时，但目前在这段黄金时间大都采用人工施救或是传统机械挖掘等效率较低的方式，并且这些方式很有可能造成对被救人员的二次伤害和危害施救人员的安全。因此我们亟需一种高效救援设备以提高救人效率并保证施救人员的安全。盾构机主要是用于暗挖隧道和深层地质条件钻探的机械设备。经过对大量资料的分析研究并进行了认真地查新工作，发现利用盾构原理用于灾后救援的装备，在国内外均未见相同的公开文献报道。尤其是用于挖掘碎石瓦砾、钢筋混凝土等的小型的救援盾构机还未见相关研究。 本项目依据专门用于暗挖隧道的传统盾构机的工作原理、基本构造及特点，根据灾后的特定环境状况对机构进行创新设计，使其适用于灾后救援。机器的工作过程是：电动机驱动双层复合刀盘旋转，同时伺服液压缸将刀盘向前推进，刀盘成辐射内凹型并可从内部拆卸，刀盘上的刀具可对废墟中的各种可能的材料进行振捣、切割，并将切下的混凝土、钢筋、木材等碎块排到“刀盘”后的“储存室”内，然后再由皮带输送机将碎物块运出盾构机；盾构机护管上覆有柔性履带，从外面推入，这些护管形成了对刚挖掘出的通道的支撑，确保安全通道不因外界压力而坍塌。在盾构前端装有雷达生命探测仪与红外线摄像头等传感器，在暗室或能见度低的环境中，进行细致的搜索，当探测到机器前方有被困人员时，机器停止运动。此时施救人员进入护管，将刀盘从安全通道的内部进行拆除，然后进行人工施救，大大提高了施救人员和被救人员的安全性。另外刀盘和护管之间设计有并联机构，可以实现刀盘小角度调整的，改变掘进方向，选择最佳挖掘路径，进一步提高救援的效率。此机构拆装方便，可以在震后各种复杂的环境中进行救援，断电的情况下也可以通过发电机组来解决动力问题
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：针对近年来地震等灾害频发而目前的救援方式效率低，且可能造成对被救人员的二次伤害以及危胁施救人员的安全，本项目专门开发一种高效安全的施救装备。 基本思路：本项目参照用于暗挖隧道的盾构机的工作原理、基本构造及特点，根据灾后的特定环境状况对装备的各系统进行创新设计，使其适用于地震灾后救援。 主要关键技术: 1） 挖掘推进系统——在盾构前端装有便于安装和拆卸的双层双向环状切削刀盘、并装有振捣装置和切割机，用于破碎、切割各种材料；在刀盘与推进装置之间采用并联机构，实现刀盘的小角度的调节转动； 2) 碎料输出系统——由带式输送机将切割破碎下来的物料输送到机器外面； 3) 通道保护系统——利用动力机械手和可以快速拼装的护管，支撑通道，便于施救人员进出； 4）信息采集控制系统——在盾构前端装有雷达生命探测仪与红外线摄像头，在能见度低的环境中能进行生命探测及信息采集，控制柜对整个设备进行控制。 创新点： 1） 采用双层环切刀盘对救生通道端面进行环切，刀盘采用同时正反转动的双层结构，以平衡切削力，并最大限度地减少对倒塌建筑物的影响，防止二次倒塌； 2） 采用偏心设置的旋转切割振捣机构，对环切下的废墟进行切割或捣碎； 3） 在碎料输送系统设计有一机械手，将碎料推出护管填充前方空隙，以支撑护管； 4） 采用柔性履带式护管设计，减少摩擦，有效实现护管的推进； 5） 带有生命探测等装置的信息采集设备能有效地探测刀盘前方的情况，以实现有效施救。
科学性、先进性
- 技术性分析：该装置与现有盾构机相比，其突出的实质性技术特点在于， （1）刀盘推进系统由同时正反旋转的双层环切刀盘、并联推进系统、二次切割和振捣装置组成，刀盘成辐射内凹型并可从内部拆卸，刀盘上的刀具可对废墟中的各种可能的材料进行切割，并将切下的混凝土、钢筋和木材等碎块排到“刀盘”后的“储存室”内，然后再由皮带输送机将碎物块运出盾构机； （2）通道护管上安装有柔性履带，可由盾构装置尾端推入，也可从盾构装置尾端送入护管，并在内部前端撑开，实现对通道的及时保护； （3）盾构机和护管之间留有一段柔性管，利用并联机构实现刀盘小角度的调整，提高救援的实效。 （4）信息采集控制系统能够及时检测或联络被施救人员，以做出快速救援反应。
获奖情况及鉴定结果
- 1. 2010年11月，本项目成员在初步设计完成后，在无锡市安迈工程机械有限公司进行展示，得到该公司有关技术人员和管理层的认可，并签署了技术创新支持协议。安迈工程机械有限公司是一家具有独立设计能力和生产工艺流程的钻探及工程机械制造工厂； 2. 2011年3月，本项目已经通过教育部科技查新工作站国内外的技术查新，在所查50多个文献数据库中（NTIS-National Thchnical Information Service、SCI、中国科技期刊数据库、中国期刊网全文数据库等），未见相关公开文献报告； 3. 本项目已经在国家级公开刊物《中国新产品新技术》上发表论文两篇。
作品所处阶段
- 前期理论设计、仿真模拟工作已经完成 各部分独立模型已经完成 处于组装模型阶段
技术转让方式
- 国家发明专利
作品可展示的形式
- 录像 图纸 现场演示 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 特点和优势： 此款救灾盾构机具有快速高效、安全可靠、便于拆装、小巧便携的优点。 应用范围及推广前景： 除了应用于地震救援外，还可以用于泥石流、矿难等各种灾害的救援，甚至可以应用于军事工程。 市场分析： 本项目已与“无锡市安迈工程机械有限公司”进行签约合作。安迈工程机械有限公司是一家具有独立设计能力和生产工艺流程的钻探及工程机械制造工厂，为国家二级企业。企业了解了我们的项目后，感觉前景深远，非常有市场开发价值，因此于2010年11月已与我们正式签订了技术创新支持协议，以期共同开拓研发这项新型的技术产品，同时本项目也已经得到无锡市科技局的认可。因此，其发展前景是相当可观的。 经济效益预测： 本项目能尽早救出被困人员，减少人员的伤亡，降低致残率，保护施救人员的生命安全，具有较好的社会、经济效益。
同类课题研究水平概述
- 盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定，控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。 目前国内有许多企业，如上海隧道工程股份有限公司、中铁隧道集团有限公司、广重企业集团有限公司、沈阳重型机械集团有限责任公司等单位都相继开展了盾构设备的研制和相关技术的开发，但是与国外相比，我国现代盾构机的研制在适应性设计、系统集成技术和关键元配件的生产制造、模型试验与系统仿真等方面，仍存在着一定的差距。 本项目基于以上研究背景，结合当前国内外频繁发生的地震、泥石流等灾害，提出利用盾构机的原理，经过机构创新设计、改造，使盾构能够应用于地震灾后救援，提高救援效率，减少人员伤亡和财产损失。 经过教育部科技查新工作站查新，(报告编号：201136000L080287、201136000L080480)在国内外公开发表的中外文文献中，在数据库 (NTIS-National Thchnical Information Service、SCI、中国科技期刊数据库、中国期刊网全文数据库等)中查找本项目特点（采用双向旋转环切刀盘，以平衡切削力，防止二次坍塌；在内外环形刀盘上，镶嵌使用CBN立方氮化硼磨粒做成的磨块，并以错齿方式排列，以提高切削效率；采用安装在偏心旋转机构上的振捣器和切割机，处理环切下的钢筋和大块的混凝土废墟，便于废料输出；采用柔性履带式护管设计，减少摩擦，有效实现护管的推进；刀头内部装有雷达生命探测装置和金属探测装置，能够探测到被救人员准确方位以及钢筋等难以切割的建筑金属；装有摄像头和对讲器，以方便搜救。）未见与本查新项目的技术特征相同的文献报道。 因此，一旦技术攻关成功，本项目将在地震灾后救援技术方面填补一项国内外的空白，同时具有极其重要的社会意义和巨大的推广价值。
