CN102162363B - 可调式微型地下管道掘进刀头 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可调式微型地下管道掘进刀头，通过设置刀头外壳，将将土壤切割为壳内和壳外两部分，既有利于对壳内土壤进行切削，又不会对壳外土壤造成破坏；通过采用刀片的径向位置和切削角可调设计，将刀片设置为螺旋状排列，可以减小每个刀片的刀刃尺寸，从而降低对动力的要求；并可以实现每个刀片的切削力大小相等，进而使每组可调刀架和固定刀架的受力相等，整体受力平衡，在切削时能提供一个轴向的前进推力，有利于刀头沿轴向前进；此外，根据不同土壤特性，可以调节刀片切削角，降低切削阻力，减少刀具磨损，保证切削土体的流动性；通过更换不同形状的刀具，可以提高刀头的使用寿命。

Description

可调式微型地下管道掘进刀头

技术领域

本发明涉及地下管道挖掘技术领域，具体为一种可调式微型地下管道掘进刀头。

背景技术

目前，城市的上下水管网、热力管道等小口径管道通常采用开槽铺设的方法修建，这种修建方法容易对地面交通产生影响。非开挖铺设地下管线施工技术是在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下，对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线进行铺设的施工技术。

地下管道的掘进刀头是非开挖铺设地下管线施工技术中的重要技术，但现有的掘进刀头主要用在大型盾构机上用于隧道开挖，这种用于大型盾构机上的刀盘，其刀具一般固定在刀盘上，不能够进行调节，而且在掘进过程中需要很大的动力。而在城市公用地下管线铺设中，管线的直径往往较小，在掘进过程中无法给刀头提供很大的动力，另外，针对地下管线往往处于靠近地表的土质土壤中，采用固定刀具的刀盘往往不能够适应不同的土壤条件。这些矛盾造成现有的掘进刀头无法用于城市地下管线的铺设施工中。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术中刀头对土层破坏严重，动力要求大，不能够适应不同的土壤条件等缺陷，本发明提出了一种可调式微型地下管道掘进刀头，其技术方案为：

技术方案

所述一种可调式微型地下管道掘进刀头，其特征在于：包括外壳切削机构、主体切削刀具和带钻头心轴；

外壳切削机构包括刀头外壳和周向刀片；刀头外壳为薄壁圆筒形结构，在其一端的内壁面和外壁面上均匀交替开有若干刀槽，周向刀片固定安装在刀槽内，刀刃方向朝向带钻头心轴的旋转方向，刀刃与刀头外壳轴向的夹角为45°～60°；

主体切削刀具包括有若干组切削刀具组件，每组切削刀具组件包括刀片、可调刀架、固定刀架、刀架连杆和刀架调节件；固定刀架两侧有连接孔，分别用于与刀头外壳和带钻头心轴固定连接，带动刀头外壳随带钻头心轴同步转动；固定刀架中部有凹槽，凹槽底部伸出有带螺纹孔的刀架调节件安装板；可调刀架下部置于固定刀架中部凹槽内，并与固定刀架轴连接，可调刀架可绕连接轴转动；可调刀架中部有凹槽，可调刀架上部有刀片固定槽，刀片安装在刀片固定槽上，并且刀片在刀片固定槽的安装位置可调节；刀架调节件包括调节螺杆和连接块，连接块中部有凹槽，凹槽底面有通孔，调节螺杆一端穿过连接块底面通孔与连接块连接，且调节螺杆与连接块之间只有转动副，调节螺杆的螺纹段穿过刀架调节件安装板的螺纹孔与固定刀架连接；刀架连杆两端分别置于连接块凹槽内和可调刀架中部凹槽内，并与连接块和可调刀架轴连接，刀架连杆可绕两个连接轴转动。

所述一种可调式微型地下管道掘进刀头的优选方案，其特征在于：从距带钻头心轴径向距离最近的刀片起，沿带钻头心轴的转动方向，每组切削刀具组件的刀片在可调刀架上的安装位置距带钻头心轴的径向距离均匀增大，刀片的刀刃刃口尺寸均匀减小。

所述一种可调式微型地下管道掘进刀头的优选方案，其特征在于：每个刀片的切削角可调节，并且保持相同。

有益效果

本发明通过设置刀头外壳，将将土壤切割为壳内和壳外两部分，既有利于对壳内土壤进行切削，又不会对壳外土壤造成破坏；通过采用刀片的径向位置和切削角可调设计，将刀片设置为螺旋状排列，可以减小每个刀片的刀刃尺寸，从而降低对动力的要求；并可以实现每个刀片的切削力大小相等，进而使每组可调刀架和固定刀架的受力相等，整体受力平衡，在切削时能提供一个轴向的前进推力，有利于刀头沿轴向前进；此外，根据不同土壤特性，可以调节刀片切削角，降低切削阻力，减少刀具磨损，保证切削土体的流动性；通过更换不同形状的刀具，可以提高刀头的使用寿命。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：切削刀具组件的结构示意图一；

图3：切削刀具组件的结构示意图二；

图4：带钻头心轴的结构示意图；

图5：可调刀架的结构示意图；

图6：刀架连杆的结构示意图；

其中：1、刀头外壳；2、带钻头心轴；3、切削刀具组件；4、周向刀片；5、刀片；6、可调刀架；7、固定刀架；8、刀架连杆；9、连接块；10、调节螺杆。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明：

实施例：

本实施例用于直径为20cm的地下管线掘进施工中，管线铺设环境为土质土壤。刀头的前进动力为电机推动。

参照附图1，本实施例中，刀头包括外壳切削机构、主体切削刀具和带钻头心轴2三个部分。外壳切削机构包括有刀头外壳1和周向刀片4；刀头外壳1为薄壁圆筒形结构，外筒壁圆周半径为114mm，壁厚为4mm，在刀头外壳1一端的内壁面和外壁面上均匀交替开有4组刀槽，每组刀槽包括有一个外壁面刀槽和一个内壁面刀槽，周向刀片4通过平头螺丝和薄螺母固定安装在刀槽内，周向刀片4的厚度略小于刀槽的厚度，从而尽可能保证刀头外壳1外壁面的平整，周向刀片4的刀刃方向朝向带钻头心轴2的旋转方向，刀刃与刀头外壳轴向的夹角为45°，4组共8个周向刀片4在刀头外壳1外端形成锯齿状，当刀头外壳1跟随带钻头心轴2旋转时，周向刀片4可以对刀头外壳1厚度上的土壤进行有效切削，顺利将土壤切割为壳内和壳外两部分，既有利于对壳内土壤进行切削，又不会对壳外土壤造成破坏。

主体切削刀具包括有4组切削刀具组件3，参照附图2和附图3，每组切削刀具组件3包括刀片5、可调刀架6、固定刀架7、刀架连杆8和刀架调节件。

固定刀架7主要起连接带钻头心轴2和刀头外壳1，带动刀头外壳1跟随带钻头心轴2转动的作用，同时也起到支撑可调刀架6的作用。固定刀架7两侧有连接孔，参照附图1，固定刀架7一侧的连接孔通过内六角螺丝和刀头外壳1固连，固定刀架7另一侧的连接孔与带钻头心轴2中部的销轴过盈配合，从而通过固定刀架7将刀头外壳1与带钻头心轴2相连；参照附图2和附图3，固定刀架中部有凹槽，凹槽提供了可调刀架的转动范围，在凹槽底部伸出有刀架调节件安装板，安装板上有螺纹孔，螺纹孔的作用是与刀架调节件中的调节螺杆10螺纹连接。本实施例中，固定刀架7底面与其凹槽底面有30°夹角，主要作用是为了刀头整体受力平衡。

可调刀架6主要作用是用于固定刀片5，并且通过绕固定刀架7上的转轴转动，来调节刀片5的切削角。参照附图2、附图3和附图5，可调刀架6下部置于固定刀架7中部凹槽内，并通过转轴连接，转轴与固定刀架7之间过盈配合，使转轴不在固定刀架7内转动，转轴与可调刀架6为间隙配合，可调刀架6可绕转轴转动。可调刀架中部有凹槽，凹槽作用是便于与刀架连杆8通过转轴连接。可调刀架6上部有刀片固定槽，刀片5通过圆头螺丝和薄螺母固定在可调刀架6上，可通过调节刀片5在刀片固定槽中的安装位置，来调节刀片5距带钻头心轴2的径向距离。

参照附图2，刀架调节件包括调节螺杆10和连接块9，连接块9中部有凹槽，凹槽作用是便于与刀架连杆8通过转轴连接，凹槽底面有通孔，调节螺杆10一端穿过连接块9底面通孔，并通过卡簧限制调节螺杆10与连接块9之间只有转动副，即当调节螺杆10转动时连接块9受卡簧限制不转动，但调节螺杆10的轴向运动可传递给连接块9，从而带动连接块9沿调节螺杆10轴向运动；调节螺杆10的螺纹段穿过刀架调节件安装板的螺纹孔与固定刀架7连接，调节螺杆10绕刀架调节件安装板的螺纹孔转动后产生轴向运动。

参照附图2和附图6，刀架连杆8为“8”字型，两端分别置于连接块9凹槽内和可调刀架6中部凹槽内，并与连接块9和可调刀架6轴连接，刀架连杆8可绕两个连接轴转动，而连接块9和可调刀架6与此处转轴为过盈配合，相互之间不转动。从而固定刀架7、可调刀架6、刀架连杆8、连接块9和调节螺杆10之间形成类似曲柄滑块的机构，其中连接块9类似于滑块。通过转动调节螺杆10，推动连接块9沿调节螺杆10轴向运动，连接块9通过刀架连杆8推动可调刀架6绕固定刀架7转动，从而能够调节刀片5的切削角。

参照附图1和附图4，带钻头心轴2末端通过螺栓与外部动力轴连接，带钻头心轴2中部为矩形柱状结构，四面均有销轴，用于与固定刀架7固定连接，带钻头心轴2前部为钻头部分，用于土壤的切削和导向功能。带钻头心轴2整体长度等于刀头外壳1的轴向长度。

本实施例中，刀头外壳1和带钻头心轴2为304不锈钢，周向刀片4和刀片5为高速钢，其余零件材料为LY12。

本发明工作时，外部动力轴带动带钻头心轴2转动，转速为10-80r/min，带钻头心轴2本身有切削土壤的效果，同时带钻头心轴2带动4组切削刀具组件3转动，并通过固定刀架7带动刀头外壳1转动，转动时刀头外壳1上的周向刀片4对刀头外壳1厚度上的土壤进行有效切削，顺利将土壤切割为壳内和壳外两部分；4组切削刀具组件3转动时，刀片5对刀头外壳1壳内的土壤进行主要切削，其中，从一个距带钻头心轴2径向距离最近的刀片起，沿带钻头心轴2的转动方向，以此调节刀片在刀片固定槽上的安装位置，使刀片距带钻头心轴的径向距离均匀增大。本实施例中从安装在刀片固定槽内端的刀片开始，顺着带钻头心轴2的转动方向，均匀增大刀片距带钻头心轴的径向距离，到第4个刀片时，刀片安装在刀片固定槽外端，使4个刀片成螺旋状排列，并在整个径向尺寸内的土壤都有刀片能切削到。这种结构的作用是：可以减小每个刀片的刀刃尺寸，从而降低对动力的要求；由于刀片的切削力随着与中心的径向距离增大而增大，因此随着径向距离增大，刀刃刃口尺寸依次均匀减小，并且调节每个调节螺杆，使4个刀片的切削角相等，这样也可以实现每个刀片的切削力大小相等，进而使每组可调刀架6和固定刀架7的受力相等，整体受力平衡，并在切削时能提供一个轴向的前进推力，有利于刀头沿轴向前进；此外，根据不同土壤特性，可以调节刀片切削角，降低切削阻力，减少刀具磨损，保证切削土体的流动性；通过更换不同形状的刀具，可以提高刀头的使用寿命。

Claims (3)

1.一种可调式微型地下管道掘进刀头，其特征在于：包括外壳切削机构、主体切削刀具和带钻头心轴(2)；

外壳切削机构包括刀头外壳(1)和周向刀片(4)；刀头外壳(1)为薄壁圆筒形结构，在其一端的内壁面和外壁面上均匀交替开有若干刀槽，周向刀片(4)固定安装在刀槽内，刀刃方向朝向带钻头心轴的旋转方向，刀刃与刀头外壳(1)轴向的夹角为45°～60°；

主体切削刀具包括有若干组切削刀具组件(3)，每组切削刀具组件(3)包括刀片(5)、可调刀架(6)、固定刀架(7)、刀架连杆(8)和刀架调节件；固定刀架(7)两侧有连接孔，分别用于与刀头外壳(1)和带钻头心轴(2)固定连接，带动刀头外壳(1)随带钻头心轴(2)同步转动；固定刀架(7)中部有凹槽，凹槽底部伸出有带螺纹孔的刀架调节件安装板；可调刀架(6)下部置于固定刀架(7)中部凹槽内，并与固定刀架(7)轴连接，可调刀架(6)可绕连接轴转动；可调刀架(6)中部有凹槽，可调刀架上部有刀片固定槽，刀片(5)安装在刀片固定槽上，并且刀片(5)在刀片固定槽的安装位置可调节；刀架调节件包括调节螺杆(10)和连接块(9)，连接块(9)中部有凹槽，凹槽底面有通孔，调节螺杆(10)一端穿过连接块(9)底面通孔与连接块(9)连接，且调节螺杆(10)与连接块(9)之间只有转动副，调节螺杆(10)的螺纹段穿过刀架调节件安装板的螺纹孔与固定刀架(7)连接；刀架连杆(8)两端分别置于连接块(9)凹槽内和可调刀架(6)中部凹槽内，并与连接块(9)和可调刀架(6)轴连接，刀架连杆(8)可绕两个连接轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种可调式微型地下管道掘进刀头，其特征在于：从距带钻头心轴径向距离最近的刀片起，沿带钻头心轴的转动方向，每组切削刀具组件的刀片在可调刀架上的安装位置距带钻头心轴的径向距离均匀增大，刀片的刀刃刃口尺寸均匀减小。

3.根据权利要求1所述的一种可调式微型地下管道掘进刀头，其特征在于：每个刀片的切削角可调节，并且保持相同。

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