CN100580222C - 破碎既有混凝土管道用的掘进机 - Google Patents

Abstract

破碎既有混凝土管道用的掘进机，在挖掘前端设有机头和刀盘，其特征在于，所述的机头和刀盘为中央开口的轮状机头和轮状刀盘，该轮状刀盘上装配有若干个自由旋转的滚刀，所述滚刀的旋转轴径向排列。优化方案有：轮状刀座装配在前端具有裂隙刀具的防泥砂的圆筒内；轮状刀盘采用截锥面形状，滚刀旋转轴的远心端向刀盘前进方向倾斜，形成倾斜角度β；滚刀旋转轴的两端连接在扇形摆动机构上，使滚刀旋转轴远心端的圆周方向的位置向旋转方向进行错位，与半径方向形成倾斜角度α。本发明机头部的重量减轻，驱动功率减小；又由于在中央形成了开口，作业人员、辅助作业机器可以更加容易进入既有混凝土管道内进行辅助作业、搬运机器等。

Description

破碎既有混凝土管道用的掘进机

技术领域

本发明涉及一种掘进机，具体涉及一种破碎既有混凝土管道用的掘进机，用于对已埋设在地下的用作雨水排水管或下水道等的既有混凝土管道，以非开挖法进行破碎，并在其后铺设新管道。

背景技术

现有的破碎既有混凝土管道用的顶管掘进机是一种全断面掘进机，例如日本专利公报的“平-98077号”技术方案，是在整个挖掘断面上装有旋转挖掘齿，采用非开挖的方式更新埋设在地下的既有混凝土管道，即：破碎既有混凝土管道，并在其后铺设新管道。上述全断面掘进机虽能切断软钢(SS400)的钢筋，但不能切断既有混凝土管道的接口钢材，在对既有混凝土管道破碎作业前，必需先由作业机器及作业人员进入既有混凝土管道内把接口钢材数等分切断，另外，被切断的钢筋的长度若比刀具长的话，会缠绕刀具，要取下它们就要中断作业。因此一直存在着不能高效的把既有混凝土管道进行破碎的问题。而且，全断面掘进机由于在整个断面都装着挖掘齿，重量大而导致周转力矩增大，因此必须配备高功率的驱动装置才行，当钢筋缠绕到刀具上时，作业人员只能从既有混凝土管道的反面进入进行清除，不仅不方便，而且影响工作效率。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供效率高且优良的既有混凝土管道破碎用掘进机(顶管掘进机)。能切断既有混凝土管道内用滚刀难以破碎的接口钢材，又能方便辅助作业机械或作业员能进入既有混凝土管道内作业。

本发明采用的技术方案是，

破碎既有混凝土管道用的掘进机，在挖掘前端设有机头和刀盘，其特征在于，所述的机头和刀盘为中央开口的轮状机头和轮状刀盘，该轮状刀盘上装配有若干个自由旋转的滚刀，所述滚刀的旋转轴径向排列。

以上方案中所述的“轮状机头和轮状刀盘”，为中空的环，也可称为轮状刀座头和轮状刀座，其中间的开口，可供辅助作业机械或作业员进入。所述的滚刀也可称为铣刀。

以上方案的进一步改进，有以下优化方案：

1、所述的掘进机的轮状刀座装配在前端具有挖掘刀具的防泥砂的圆筒内。

2、所述的轮状刀盘采用截锥面形状，即，该轮状刀盘上的滚刀旋转轴的远心端向刀盘前进方向倾斜，形成倾斜角度β。

3、滚刀旋转轴可与轮状刀盘的半径方向一致；也可以是呈一定角度且该角度可以改变。即，滚刀旋转轴的远心端可以以其近心端为圆心作扇形摆动。实现该摆动动作的机械结构是：所述的滚刀旋转轴的两端连接在扇形摆动机构上，所述的扇形摆动机构是，该滚刀旋转轴的近心端采用可摇摆方式固定在刀盘上，同时该滚刀旋转轴的远心端连接在可以沿刀盘圆周方向左右滑动的构造上。例如，将滚刀旋转轴的近心端轴承的外圈固定在一个与刀盘垂直(也与滚刀旋转轴垂直)固定的销轴上，轴承的径向平面可以绕该销轴转动(即前述的“可摇摆方式固定”)；同时，该滚刀旋转轴的远心端连接另一个与刀盘垂直设置的销轴上，该销轴设置在一个以滚刀旋转轴的近心端为圆心的弧形槽内，并可在槽内左右滑动。该弧形槽的长度，即为滚刀旋转轴作扇形摆动的幅度，即决定滚刀旋转轴与半径方向形成的倾斜角度α(该扇形摆动构造也可以采用现有技术中的其他结构，同样可以实现滚刀旋转轴的扇形摆动)。滚刀旋转轴处于该弧形槽中央时，与刀盘的半径方向一致。掘进机的轮状刀盘旋转时，滚刀由于受到阻力的作用，滚刀旋转轴的远心端会沿圆周方向移动，即可使滚刀旋转轴的排列角度沿轮状刀盘旋转的方向变动，使该旋转轴与刀盘的半径方向形成倾斜角度α。掘进机的轮状刀盘改变旋转方向时，滚刀旋转轴的远心端从弧形槽的一端滑动到另一端，该旋转轴与半径方向的倾斜角度α变为负值。

4、所述的掘进机的驱动轮状刀盘的装置与上述防泥砂圆筒之间设有离合器，所以两者可连接又可分离；上述防泥砂圆筒可旋转又可非旋转。

5、所述的掘进机的防泥砂圆筒后部设有伸缩装置，相对于上述轮状刀盘的位置，可沿推进方向调节伸缩的长度。

以上各优化方案可以同时采用，也可以采用其中的一项或多项。

本发明的有益效果在于，因为只在需要对既有混凝土管道进行破碎的环状位置上装有滚刀，因此，与全断面装有挖掘齿的掘进机比较，机头部的重量减轻，从而使驱动旋转的功率减小；又由于在中央形成了开口，作业人员、辅助作业机器可以更加容易进入既有混凝土管道内进行辅助作业、搬运机器等。

本发明的优化方案将轮状刀盘安装在前端具有挖掘刀具的防土砂的圆筒内，又能够破碎大N值的硬土层、卵石土层等。

本发明中所述的轮状刀盘上的滚刀在破碎、切断钢筋、接口钢材的同时，又可将它们挤压向内径的作用力大，因此，更容易将破碎、切断的杂物进行拆除、搬运。

本发明中驱动轮状刀盘的装置可使刀座正逆两方向旋转，滚刀旋转轴的两端连接在扇形摆动机构上；即可使滚刀旋转轴的排列角度沿轮状刀盘旋转的方向变动，使该旋转轴与刀盘的半径方向形成倾斜角度α。另外，由于轮状刀盘的旋转方向是一定的，因此，可防止掘进机体摇晃的影响；又由于滚刀旋转轴沿圆周方向的倾斜度是伴随着轮状刀盘的旋转方向的作用力而变更的，因此，即便是旋转方向变更也可持续破碎、切断钢筋、接口钢材并将其挤压推向内径方向。

本发明中所述的防泥砂的圆筒的前端从轮状刀盘的位置开始再向前突出，能够防止土层崩塌泥砂进入掘进机内。

本发明中驱动轮状刀盘的装置与所述防泥砂圆筒可连接又可分离；所述轮状刀盘与所述防泥砂圆筒可旋转又可不旋转。因此，在被挖掘地基的N值低的情况下，让防泥砂圆筒不旋转，即能在安定的土层下进行挖掘；反之在被挖掘地基的N值一般或较大的情况下，就让防泥砂圆筒正向旋转，即可高效率地挖掘硬地质的土层。所述的正向旋转是与轮状刀盘的旋转方向一致。

本发明中所述的防泥砂圆筒对于所述轮状刀盘的安装位置可沿推进方向伸缩，因此可按周围土层的状况来调节防泥砂圆筒突出的长度，从而能够稳定的控制周围土层，然后通过轮状机头上的滚刀对既有混凝土管道进行破碎作业。

附图说明

图1、图2是实施例1的结构示意图；

图3是实施例2的结构示意图；

图4是实施例4的结构示意图；

图5是实施例5的结构示意图；

图6是实施例6的结构示意图。

具体实施方式

实施例1，参见图1和图2，破碎既有混凝土管道用的掘进机，其内径大于埋设在地下的既有混凝土管道2的外径。在掘进机主体的前面，仅在粉碎既有混凝土管道2时必须的环状位置上安装了轮状机头4，并由驱动源使其旋转。机头4具有轮状刀盘6，此轮状刀盘6的中央形成一个能够进出作业人员、材料、作业机器及粉碎物的较大开口5，且轮状刀盘6上每间隔特定距离便沿半径方向安装一个可自由旋转的轴13，每个旋转轴13上装有一个柱型滚刀7。

轮状机头4后部安装了中央具有开口的防水壁(图未标示)。防水壁上安装了驱动装置11，此驱动装置11具有驱动轮状机头4旋转的减速装置。轮状机头4装置在防土砂圆筒8内，防泥沙圆筒8的前端具有超硬合金制成的挖掘刀具9，为了使土层崩塌泥砂不会进入掘进机主体3内，防泥砂圆筒8的安装位置要比轮状机头4再向前方突出。

在实施例1中，将驱动轮状机头4的驱动装置11与防泥砂圆筒8连接，同时，又让轮状机头4与防泥砂圆筒8可同时同方向旋转。

如图2所示，本发明的实施例1中，在轮状机头4上，将安装着滚刀7的旋转轴13的近心端向掘进机主轴向的后侧位置倾斜，与径向的垂直线形成倾斜角度β，多个装有滚刀7的旋转轴13按圆锥状排列(即轮状刀盘呈截锥面)。滚刀旋转轴方向的倾斜角度β应为3°～45°。当装有滚刀7的连接轴13的轴方向的倾斜角度β在3°以下时，即当接近半径方向垂直线角度时，滚刀7就不能破碎、切断钢筋、接口钢材，而是将其挤压推向地层里，无法拆除回收；而当装有滚刀7的旋转轴13倾斜角度β大于45°时，滚刀7的破碎、切断力低下。本申请推荐的优化方案是：滚刀旋转轴方向的最佳工作效率倾斜角度β采用20°～35°。实施例1的结构可以不让滚刀7的破碎、切断力低下，并且使从内径侧里进行破碎、切断杂物的拆除、搬运作业容易进行。即使不能将接口钢材进行短切断，也可将它们挤压推向内径侧，因此，作业人员、作业机器容易通过上述开口部5进入内实施搬进、搬送及可拆除的长度来切断等作业。

实施例2，参见图3，破碎既有混凝土管道用的掘进机，在其轮状机头4上，将装有滚刀7的旋转轴13近心端的圆周方向的位置向旋转方向一侧进行错位装置，与半径方向形成倾斜角度α，该倾斜角度α应为3°～45°。当半径方向的倾斜角度α在3°以下，及半径方向的倾斜角度接近半径的角度时，由滚刀7破碎、切断的钢筋、接口钢材会被挤压推向地层里，无法拆除和回收；当半径方向的倾斜角度α大于45°以上时，滚刀7的破碎、切断力就会低下。实施例2的结构可以不让滚刀7的破碎、切断力低下，并且使从内径侧里进行破碎、切断杂物的拆除、搬运作业容易进行。即使不能将接口钢材进行短切断，也可将它们挤压向内径侧，因此，作业人员、作业机器容易通过上述开口部5进入机内实施搬进、搬送及可拆除的长度来切断的作业。实现滚刀7的旋转轴倾斜角度α的结构是：所述的滚刀旋转轴的两端连接在扇形摆动机构上，所述的扇形摆动机构是，该滚刀旋转轴的近心端采用可摇摆方式固定在刀盘上，同时该滚刀旋转轴的远心端连接在可以沿刀盘圆周方向左右滑动的构造上。本申请推荐的优化方案：滚刀旋转轴与半径方向形成的最佳工作效率倾斜角度α采用20°～35°。

实施例3为实施例1和实施例2的组合物，破碎既有混凝土管道用的掘进机，在其轮状机头4上，将装有滚刀7的旋转轴13近心端向轴向后侧位置倾斜，与径向的垂直线形成倾斜角度β；另外，将装有滚刀7的连接轴13的近心端的圆周方向位置向旋转方向进行错位装置，与半径方向形成倾斜角度α。实施例3的结构可以不让滚刀7的破碎、切断力低下，并且容易从内径侧里进行破碎、切断杂物的拆除、搬运作业。

实施例4，参见图4，破碎既有混凝土管道用的掘进机是实施例3的变体。让轮状机头4仅向同一方向旋转，如果持续顶进的话，由于掘进机自身的摇晃，会发生顶进方向错位，因此，每次有必要将轮状机头4的旋转方向进行变更，但是，轮状机头4的旋转方向一旦变更，而滚刀7的半径方向的倾斜角度α不变，将增大破碎、切断杂物挤压向土层的作用力，会使破碎、切断杂物的拆除、搬运变得困难。因此，在本发明的实施例4中，装有滚刀7的旋转轴13的近心端有扇形摆动机构，栓扣外侧端部连接在可以向机头4旋转方向所定角度进行滑动的栓扣上。随着轮状机头4旋转方向的变更会产生作用力，使滚刀旋转轴13的远心端沿着刀盘轴旋转圆周方向滑动，从而使滚刀7圆周方向的倾斜角度变动。圆周方向轴的各端部、安装着旋转轴13的远心端的各端部都连接在一个与刀盘垂直设置的销轴上，该销轴设置在一个以滚刀旋转轴的近心端为圆心的弧形槽内，并可在槽内左右滑动。实施例4的结构可以防止掘进机的摇晃、即便是轮状机头4的旋转方向变更也能持续将破碎、切断的钢筋、接口钢材挤压推向内径方向。

用掘进机对已埋设在地下的既有混凝土管道2进行破碎并铺设新管道时，硬、软地基混合存在的情况较多。在自身稳定性低(低N值)的软地基中，当防泥砂圆筒8一进入土层中，其旋转时崩塌的泥砂会由于其流动性而搞乱土层。对于这样的软土层，设定防泥砂圆筒8不旋转，即能稳定土层；反之在高N值的硬地质或卵石层情况下，有必要设定防泥砂圆筒8正旋转来进行挖掘。因此，在本发明的实施例5中，如图5所示，在驱动轮状机头4的驱动装置11的外周前端处安装上支撑防泥砂圆筒8的支撑轮56，同时为了旋转自由，在防泥砂圆筒8与支撑轮56之间安装上滚珠连接轴承54，为防泥砂的侵入在滚珠连接轴承54的两端都安装上密封材53。轮状刀座头4的刀盘6的后部在驱动装置11处用连接螺钉58固定，从而驱动轮状机头4旋转。在防泥砂圆筒8与轮状机头4处，安装了伸向内径方向的托架59、在托架59处插着能传递转动的栓柱55，同时，轮状机头4的刀盘6处也留有为传递转动栓柱55插入用的孔。防泥砂圆筒8旋转时，通过手动或油缸等手段，将传递转动栓柱55插入刀盘6及托架59，将轮状机头4的驱动力传送给防泥砂圆筒8；防泥砂圆筒8不旋转时，通过手动或油缸等手段，将传递转动检柱55从刀盘6及托架59的各孔拔出。实施例5的结构可以根据挖掘地质的状况，控制防土砂圆筒8正旋转或不旋转，即便是土层状况发生变化也能稳定进行挖掘。

实施例6，参见图6，是将实施例5的防泥砂圆筒8的旋转、不旋转的机构存续，应周围土层57的状态、在自身稳定性低(低N值)的软土层中，就让防泥砂圆筒8不旋转、并且让防泥砂圆筒8的长度从轮状机头4向推进方向再朝前突出些，伸向土层使土层安定。反之，在高N值的硬土层或卵石层中，就让防泥砂圆筒8的长度比轮状机头4向推进方向朝前突出的长度再缩短些，让前端具有超硬合金制成的挖掘刀具9的防泥砂圆筒8正旋转来进行稳定挖掘。

如图6所示，在驱动轮状机头4的驱动装置11外周前端处安装上支撑防泥砂圆筒支撑轮56，同时，为了旋转自由，在防泥砂圆筒支撑轮65与圆筒支撑轮56之间安装上滚珠连接轴承54，为防泥砂的侵入在滚珠连接轴承54的两端都安装上密封材53。在防泥砂圆筒支撑轮65的外周前端处安装上可滑动的防泥砂圆筒8，使防泥砂圆筒支撑轮65的外端部形成多个伸向连接轴方向的长口62，在上述长口62处，留有多个螺栓63滑动的位置，上述螺栓63固定在防泥砂圆筒8的内周处，在防泥砂圆筒支撑轮65的一端，将锚定的千斤顶64通过六角螺栓63连接。刀盘6的作业处形成为已安装的盖板60在外，介于工具等通过六角螺帽61来让千斤顶64旋转，从而使螺栓63进或退，使防泥砂圆筒8根据轮状机头4来决定朝顶进方向的伸缩长度。防泥砂圆筒8朝顶进方向的伸缩也可用油缸等手段驱动。防泥砂圆筒8旋转时，通过手动或油缸等手段，将传递转动栓柱55插入刀盘6及防土砂圆筒支撑轮65，使驱动力传送给防泥砂圆筒部8；防土砂圆筒8不旋转时，通过手动或油缸等手段，将传递转动栓柱55从刀盘6及防泥砂圆筒支撑轮65的各孔拔出。实施例6的结构可以应挖掘地层的状况来控制防泥砂圆筒8正旋转或不旋转，即便是土层状况发生变化也能稳定进行挖掘。

Claims (9)

1、一种破碎既有混凝土管道用的掘进机，在挖掘前端设有机头和刀盘，其特征在于，所述的机头和刀盘为中央开口的轮状机头和轮状刀盘，该轮状刀盘上装配有若干个自由旋转的滚刀，所述滚刀的旋转轴径向排列；或者“扇形摆动式排列”，所述“扇形摆动式排列”的安装方式是：滚刀旋转轴的远心端可以以其近心端为圆心作扇形摆动；实现该摆动动作的机械结构是：所述的滚刀旋转轴的两端连接在扇形摆动机构上，所述的扇形摆动机构是，该滚刀旋转轴的近心端采用可摇摆方式固定在刀盘上，同时该滚刀旋转轴的远心端连接在可以沿刀盘圆周方向左右滑动的构造上。

2、按照权利要求1所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述轮状刀盘装配在前端具有挖掘刀具的防泥砂的圆筒内。

3、按照权利要求2所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述的轮状刀盘采用截锥面形状，该轮状刀盘上的滚刀旋转轴的远心端向机头主轴前进方向倾斜，与径方向的垂直线形成倾斜角度β，该倾斜角度β为3°～45°。

4、按照权利要求3所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述的滚刀旋转轴方向的倾斜角度β为20°～35°。

5、按照权利要求1所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述的扇形摆动机构使滚刀旋转轴远心端的圆周方向的位置向旋转方向进行错位，与半径方向形成倾斜角度α，该倾斜角度α为3°～45°。

6、按照权利要求5所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述的滚刀旋转轴与半径方向形成的倾斜角度α为20°～35°。

7、按照权利要求2～6之一所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述轮状机头后部安装有中央开口的防水壁，该防水壁上安装有轮状机头的驱动装置，该驱动装置设有驱动轮状机头旋转的减速装置。

8、按照权利要求7所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述的轮状机头的驱动装置与所述防泥砂圆筒之间设有离合器，两者连接，所述防泥砂圆筒旋转；或两者分离，所述防泥砂圆筒非旋转。

9、按照权利要求8所述的破碎既有混凝土管道用的掘进机，其特征在于，所述的掘进机的防泥砂圆筒后部设有伸缩装置，相对于上述轮状刀盘的位置，可沿推进方向调节伸缩的长度。

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