CN102337896B - 滚筒式刀盘矩形顶管机 - Google Patents
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Abstract
一种滚筒式刀盘矩形顶管机包括刀盘、刀盘驱动系统、螺旋机出土系统、液压推进系统和矩形壳体，所述刀盘为复合性地层滚筒式刀盘，其套置于刀盘驱动系统上且由之驱动进行旋转，该复合性地层滚筒式刀盘包括若干普通刀具、摆动刀具和超挖刀具，刀盘壳体为圆管状构件，内壁上设有垂直其轴线的间壁，若干普通刀具均匀排列地固定于该刀盘壳体的外壁上，摆动刀具通过销轴铰接于该刀盘壳体外壁的内侧且能够绕该销轴旋转，超挖刀具固定于该刀盘壳体外壁的外侧。本发明具有地层适应性强、掘进效率高的优点，同时大幅降低了施工风险，保证了施工安全，能够适应微风化岩石地层、复合地层、回填土地层、穿越地下连续墙、桩基等各种复杂地层及工况的施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道施工设备，具体涉及一种适用于微风化岩石隧道掘进的滚筒式刀盘矩形顶管机，属于建筑机械领域。
背景技术
矩形顶管机主要适用于地下通道、共同沟等地下工程的施工。通过检索发现，名称为《多刀盘矩形顶管机》的中国专利(专利号：200920067574.5)通过多刀盘切削土体来实现矩形顶管施工，但是多刀盘矩形顶管机有一个致命的弱点，就是不能够全断面切削，造成对土体扰动大、挤压明显。针对这个问题，《组合刀盘式土压平衡矩形顶管机》(专利号02136207.6)、《矩形顶管机的组合刀盘》(专利号：02265771.1)以及《矩形顶管机的仿形刀》(专利号：02265770.3)等三件中国专利公开了各自的组合刀盘，利用这样的组合刀盘可以实现全断面的切削施工，将矩形顶管机的施工水平推上了一个台阶。但是以上专利所述的矩形顶管机都只适用于软土地层，因为切削刀在刀盘的转动下带动刀具切削土体，一旦遇到硬岩时，刀具就会崩掉刀尖，导致无法继续切削。而随着地下空间的不断开发，施工将会面临各种各样的复杂工况，对于微风化岩石地层、复合地层、回填土地层、穿越地下连续墙、桩基等复杂地层，现有矩形顶管机都不能正常进行掘进，给施工带来极大的困难，甚至会有很大的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足和缺陷，提供一种适合软土和硬岩的滚筒式刀盘矩形顶管机，其刀具在滚筒的带动下冲击破碎岩石或切削土体，因此能够在各种复杂地层，包括微风化岩石地层、复合地层、回填土地层、穿越地下连续墙、桩基等地层进行掘进施工，从而大大加强隧道施工的掘进能力，同时大幅度降低施工风险，保证施工安全。
本发明针对现有，提供一种使本发明主要包括：复合性地层滚筒式刀盘、刀盘驱动系统、螺旋机出土系统、液压推进系统和矩形壳体。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种滚筒式刀盘矩形顶管机包括刀盘、刀盘驱动系统、螺旋机出土系统、液压推进系统和矩形壳体，所述刀盘为复合性地层滚筒式刀盘，其套置于所述刀盘驱动系统上且由之驱动进行旋转，该复合性地层滚筒式刀盘包括若干普通刀具、摆动刀具和超挖刀具，所述刀盘壳体为圆管状构件，内壁上设有垂直其轴线的间壁，所述若干普通刀具均匀排列地固定于该刀盘壳体的外壁上，所述摆动刀具通过销轴铰接于该刀盘壳体外壁的内侧且能够绕该销轴旋转，所述超挖刀具固定于该刀盘壳体外壁的外侧。
本发明所述的滚筒式刀盘矩形顶管机，其刀盘驱动系统包括轴承座、芯轴、双列圆锥滚子轴承、两轮毂、齿型密封圈和低速大转矩马达，所述轴承座包括圆筒部和支撑板，该支撑板固定于所述圆筒部的中央且与之轴线垂直，所述低速大转矩马达通过螺栓连接于轴承座圆筒部的内壁上，其内孔通过花键与所述芯轴连接，所述两轮毂左右各一，内孔通过花键与芯轴的两端部连接，外圈连接于所述双列圆锥滚子轴承的内圈中，所述两轮毂外圈的侧端部固定连接于所述复合性地层滚筒式刀盘刀盘壳体内壁的间壁上，所述双列圆锥滚子轴承的外圈连接于所述轴承座圆筒部的内壁上；所述轴承座圆筒部的外壁与所述复合性地层滚筒式刀盘刀盘壳体的内壁之间设置有齿型密封圈；所述超挖刀具的刀尖部超出所述刀盘壳体侧面边界线10mm。所述螺旋机出土系统包括螺旋机和螺旋机液压驱动系统，该螺旋机由螺旋机液压驱动系统控制并能够比例调节转速；所述液压推进系统包括若干推进油缸和液压系统，该推进油缸后侧抵靠在一后靠板上，各推进油缸之间用钢板进行连接固定，该若干推进油缸由所述液压系统控制。
本发明所述滚筒式刀盘矩形顶管机在原有顶管机的基础上通过优化设计刀盘、刀具、驱动等等技术措施，其刀盘创新地采用了复合性地层滚筒式刀盘的结构形式，在刀盘壳体上布置了一系列的普通型刀具、超挖刀具和特制摆动刀具，该刀具在滚筒的带动下冲击破碎岩石或切削土体，其能够在各种复杂地层，包括微风化岩石地层、复合地层、回填土地层、穿越地下连续墙、桩基等地层中进行正常切削施工，大大加强了所述矩形顶管机对地层的适应性，提高了其隧道施工的掘进能力，克服了很多施工难题，同时大幅度降低了施工风险，保证了施工安全。此外，本发明配置了与复合性地层滚筒式刀盘相匹配的刀盘驱动系统，该刀盘驱动系统能够提供大功率的扭矩，从而能够有效地切削各种复杂地层，使刀盘不至于在高负载下发生堵转现象。
总之，本发明在各方面性能都上了一个大台阶，能够适应各种复杂地层及工况的施工，不但提升了隧道掘进的效率，而且大大降低了施工风险，减小了对土层的扰动和对周围环境的破坏。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明复合性地层滚筒式刀盘外形的结构示意图。
图3为图2的A向视图。
图4为本发明刀盘驱动系统及刀盘的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
首先请参阅图1本发明的结构示意图，图示滚筒式刀盘矩形顶管机的整体结构与普通顶管机相似，主要包括刀盘、刀盘驱动系统2、螺旋机出土系统3、液压推进系统4和矩形壳体5。当面对各种复杂工况时，本发明就比现有顶管机体现出更好的适应性，能够完成普通矩形顶管机不能的掘进任务。其原因主要是由于本发明改进了刀盘的形式，创新地采用复合性地层滚筒式刀盘，同时在刀盘上配有特制摆动刀具，在这两者的结合下，可以顺利地切削各种复杂地层，包括直接穿越各种障碍物，例如地下连续墙、桩基、微风化岩石地层等等；再给该特别研制的复合性地层滚筒式刀盘配置与之相匹配的刀盘驱动系统，该刀盘驱动系统能够提供大功率的扭矩，从而能够有效地切削各种复杂地层，不至于在高负载下发生堵转现象；此外，由于各种复杂地层切削下来的土体也很复杂，因此选用更为合理的螺旋机出土方式，将各种复杂切削物连同土体一并送到顶管机外，完成出土工作。在出土的同时启动液压推进系统，将顶管机向前顶进，如此循环往复工作，不断向前推进，最终达到隧道贯通的目的。
请结合参阅图2、图3和图4，所述刀盘为复合性地层滚筒式刀盘1，其位于所述滚筒式刀盘矩形顶管机的最前端，该刀盘在结构上进行了创新，采用了滚筒刀盘，更加有利于切削土体。整个刀盘套置于所述刀盘驱动系统2上，并且由该刀盘驱动系统2驱动进行旋转。再请参阅图4，该复合性地层滚筒式刀盘1包括刀盘壳体1.2、若干普通刀具1.1、摆动刀具1.3和超挖刀具1.5。所述刀盘壳体1.2为圆管状构件，该圆管的内壁上设有垂直其轴线的间壁；该刀盘壳体1.2上布置有各种不同类型的刀具而形成一个完整的刀盘，用于切削各种微风化岩石地层、回填土地层、地下连续墙和其它复杂的土体。所述若干普通刀具1.1均匀排列地固定于该刀盘壳体1.2的外壁上，所述摆动刀具1.3通过销轴1.4铰接于该刀盘壳体1.2外壁的内侧，并且能够绕该销轴1.4旋转，所述超挖刀具1.5固定于该刀盘壳体1.2外壁的外侧，该超挖刀具1.5的刀尖部超出所述刀盘壳体1.2侧面边界线10mm。所述普通刀具1.1可以进行开挖面大部分的切削工作，所述超挖刀具1.5可以进行开挖面周边的超挖工作，特制的摆动刀具1.3可以绕销轴1.4旋转，在接近轴承座2.1处进行土体切削。
请参阅图4，所述刀盘驱动系统2包括轴承座2.1、芯轴2.3、双列圆锥滚子轴承2.4、两轮毂2.5、齿型密封圈2.6和低速大转矩马达2.7。所述轴承座2.1是刀盘和驱动系统的受力结构，其承担将刀盘的切削受力传递到矩形壳体5上的作用。所述轴承座2.1包括水平的圆筒部和支撑板；该支撑板固定于所述圆筒部的中央，并且与圆筒部的轴线垂直，该支撑板的外缘具有两斜面2.8，支撑板前部的根部处设有凸轮圈1.6，用以推动转动中的摆动刀具1.3进行摆动。所述低速大转矩马达2.7是复合性地层滚筒式刀盘1转动的驱动力，其通过螺栓固定连接于所述轴承座2.1圆筒部的内壁上；该低速大转矩马达2.7的内孔通过花键与所述芯轴2.3连接。在该芯轴2.3的两端左右各一地设有两轮毂2.5，该两轮毂2.5的内孔通过花键与芯轴2.3的两端部连接，其外圈连接于所述双列圆锥滚子轴承2.4的内圈中；所述双列圆锥滚子轴承2.4的外圈连接于所述轴承座2.1圆筒部的内壁上，从而所述芯轴2.3通过两轮毂2.5和双列圆锥滚子轴承2.4架设于所述轴承座2.1圆筒部的内壁上；所述两轮毂2.5外圈的侧端部通过螺栓和销子固定连接于所述复合性地层滚筒式刀盘1刀盘壳体1.2内壁的间壁上，从而将复合性地层滚筒式刀盘1固定连接在所述刀盘驱动系统2上。所述两轮毂2.5内圈的外侧端盖置有轴端盖2.2。藉此结构，所述低速大转矩马达2.7驱动所述芯轴2.3转动，进而带动两轮毂2.5和所述复合性地层滚筒式刀盘1一起旋转，切削前方土体，与此同时，所述复合性地层滚筒式刀盘1的切削受力通过两轮毂2.5和双列圆锥滚子轴承2.4传递到所述轴承座2.1上。所述轴承座2.1圆筒部的外壁与所述复合性地层滚筒式刀盘1刀盘壳体1.2的内壁之间设置有齿型密封圈2.6，以达到两者间隙的密封。
所述螺旋机出土系统3包括螺旋机和螺旋机液压驱动系统，该螺旋机由螺旋机液压驱动系统控制，并能够比例调节转速，从而达到比例控制排土量管。
所述液压推进系统4包括若干推进油缸和液压系统，该推进油缸后侧抵靠在一整块大后靠板上，各推进油缸之间用钢板进行连接固定，该若干推进油缸由所述液压系统控制，并能实现推进系统的压力和流量控制，从而达到控制顶管机推进里程和推进速度的目的。
整个系统由PLC可编程逻辑控制器自动控制，控制方式成熟，人机界面友好，所有控制信号实时反馈，且全部存入数据库，以便将来进行调取、分析。
本发明的整个工作流程为：刀盘驱动系统2驱动复合性地层滚筒式刀盘1开始运转，复合性地层滚筒式刀盘1带动刀具在土体里进行切削；普通刀具1.1进行开挖面大部分的切削工作，超挖刀具1.5进行开挖面周边的超挖工作，特制的摆动刀具1.3在接近轴承座2.1的支撑板处进行土体切削。当摆动刀具1.3运动到开挖面处时，其在所述轴承座2.1凸轮圈1.6的作用下，将摆动刀具绕销轴1.4摆动到刀尖向内的位置；当摆动刀具1.3运动离开开挖面时，其在轴承座2.1的斜面2.8的作用下，绕销轴1.4摆动到平行的位置。切削下来的土体经过螺旋机出土系统3排到顶管机之外，在切削排土的同时液压推进系统4将顶管机逐步往前顶进，保证正常的隧道掘进工作，然后缩回油缸，进行管片的拼接；如此循环往复，逐步向前掘进，使隧道能够顺利贯通。
Claims (6)
1.一种滚筒式刀盘矩形顶管机，包括刀盘、刀盘驱动系统（2）、螺旋机出土系统（3）、液压推进系统（4）和矩形壳体（5），其特征在于：所述刀盘为复合性地层滚筒式刀盘（1），其套置于所述刀盘驱动系统（2）上且由之驱动进行旋转，该复合性地层滚筒式刀盘（1）包括刀盘壳体（1.2）、若干普通刀具（1.1）、摆动刀具（1.3）和超挖刀具（1.5），所述刀盘壳体（1.2）为圆管状构件，内壁上设有垂直其轴线的间壁，所述若干普通刀具（1.1）均匀排列地固定于该刀盘壳体（1.2）的外壁上，所述摆动刀具（1.3）通过销轴（1.4）铰接于该刀盘壳体（1.2）外壁的内侧且能够绕该销轴（1.4）旋转，所述超挖刀具（1.5）固定于该刀盘壳体（1.2）外壁的外侧。
2.根据权利要求1所述的滚筒式刀盘矩形顶管机，其特征在于：所述刀盘驱动系统（2）包括轴承座（2.1）、芯轴（2.3）、双列圆锥滚子轴承（2.4）、两轮毂（2.5）、齿型密封圈（2.6）和低速大转矩马达（2.7），所述轴承座（2.1）包括圆筒部和支撑板，该支撑板固定于所述圆筒部的中央且与之轴线垂直，所述低速大转矩马达（2.7）通过螺栓连接于轴承座（2.1）圆筒部的内壁上，该低速大转矩马达（2.7）的内孔通过花键与所述芯轴（2.3）连接，所述两轮毂（2.5）左右各一地设于该芯轴（2.3）的两端，该两轮毂（2.5）的内孔通过花键与芯轴（2.3）的两端部连接，该两轮毂（2.5）的外圈连接于所述双列圆锥滚子轴承（2.4）的内圈中，所述两轮毂（2.5）外圈的侧端部固定连接于所述复合性地层滚筒式刀盘（1）刀盘壳体（1.2）内壁的间壁上，所述双列圆锥滚子轴承（2.4）的外圈连接于所述轴承座（2.1）圆筒部的内壁上。
3.根据权利要求2所述的滚筒式刀盘矩形顶管机，其特征在于：所述轴承座（2.1）圆筒部的外壁与所述复合性地层滚筒式刀盘（1）刀盘壳体（1.2）的内壁之间设置有齿型密封圈（2.6）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滚筒式刀盘矩形顶管机，其特征在于：所述超挖刀具（1.5）的刀尖部超出所述刀盘壳体（1.2）侧面边界线10mm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的滚筒式刀盘矩形顶管机，其特征在于：所述螺旋机出土系统（3）包括螺旋机和螺旋机液压驱动系统，该螺旋机由螺旋机液压驱动系统控制并能够比例调节转速。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的滚筒式刀盘矩形顶管机，其特征在于：所述液压推进系统（4）包括若干推进油缸和液压系统，该若干推进油缸后侧抵靠在一后靠板上，各推进油缸之间用钢板进行连接固定，该若干推进油缸由所述液压系统控制。
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