CN103814190B - 盾构掘进机的挖掘钻头更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其具备壳罩(33)、阀体(35)、钻头收容孔(39)及更换密封部(40)，所述壳罩(33)形成有挖掘开口部(39)，所述阀体(35)能够绕着转动轴心(Ob)转动地收容在形成在壳罩(33)内的阀收容室(36)内，所述转动轴心(Ob)相对于与刀盘(16)的前面垂直的轴以规定角度倾斜，所述钻头收容孔(39)形成在阀体(35)上，并能够插入脱离地收容牙轮钻头(31)，所述更换密封部(40)在阀收容室(36)的前面，设置在以转动轴心(Ob)为中心的挖掘开口部(34)的对称位置上，由第二密封材料(62)所围绕；使阀体(35)以转动轴心(Ob)转动，使面对挖掘开口部(34)的牙轮钻头(31)移动至更换密封部(40)，从钻头收容孔(39)拔出牙轮钻头(31)进行更换。

Description

盾构掘进机的挖掘钻头更换装置

技术领域

本发明涉及一种盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其在挖掘过程中，将磨损的牙轮钻头从刀盘内的作业空间进行更换。

背景技术

对于在挖掘过程中更换磨损的牙轮钻头的挖掘钻头更换装置，提出了许多的结构。例如，在专利文献1及2中公开了一种挖掘钻头更换装置，其在具有开口部的前面板的背面上配置有形成有支持孔的旋转体，所述支持孔可以使牙轮钻头自由滑动地配合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4163965号

专利文献2：日本专利第3139749号

发明内容

(一)要解决的技术问题

但是，由于上述专利文献1及2所记载的挖掘钻头更换装置的旋转体的支持面形成为球面，因此难以支持牙轮钻头上的大的挖掘反作用力。此外，还具有结构及更换操作容易变得复杂的问题。

本发明的目的是解决上述问题，提供一种盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其结构及更换操作简单，并能够支持大的挖掘反作用力。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，技术方案1所述的发明是一种盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其在挖掘过程中，将配置在刀盘前面的挖掘钻头从形成在该刀盘内的作业空间进行更换，

具备壳罩、阀体、钻头收容孔及更换密封部，

所述壳罩安装在所述刀盘的前面，形成有所述挖掘钻头露出的挖掘开口部，

所述阀体能够绕着转动轴心转动地配置在该壳罩中形成的连接所述挖掘开口部的阀收容室内，所述转动轴心相对于与所述刀盘的前面垂直的轴以规定角度倾斜，

所述钻头收容孔与所述挖掘开口部能够连接地形成在该阀体上，并能够插入脱离地收容所述挖掘钻头，

所述更换密封部在所述阀收容室的前面，在以所述转动轴心为中心的所述挖掘开口部的转动位置，从该挖掘开口部分开设置；

在使所述阀体形成为大致圆柱形的同时，在所述阀体上设置密封体部、开口部及挖掘凹部，所述密封体部沿着前缘外周部形成，能够封闭所述挖掘开口部，所述开口部是形成在该密封体部的一部分上的所述钻头收容孔的开口部，所述挖掘凹部在该钻头收容孔的开口部的周围除去所述密封体部而形成，并收容所述挖掘钻头的挖掘端；

在所述更换密封部的周围设置密封所述壳罩与所述阀体的缝隙的更换用密封材料；

在更换所述挖掘钻头时，使所述阀体绕着所述转动轴心转动，使所述挖掘凹部的所述挖掘钻头移动至所述更换密封部，从所述钻头收容孔拔出所述挖掘钻头进行更换。

技术方案2所述的发明是在技术方案1所述的结构中，使所述更换用密封材料为管状密封材料，该管状密封材料能够使供给其中空部的流体压力变化而调整滑动接触压力。

技术方案3所述的发明是在技术方案1或2所述的结构中，将所述挖掘钻头作为在钻头支持体上自由旋转地支持盘形铣刀的牙轮钻头；

在所述钻头支持体上，贯通形成从所述盘形铣刀的周围开始沿着所述钻头收容孔的退出方向的排泥通路；

连接直线状排泥管道，其从所述钻头支持体的所述排泥通路经由所述作业空间，与所述刀盘的外面连接；

在该排泥管道上设置能够分离连接的短管，同时，在该短管的入口侧及出口侧的管道上分别设置关闭阀。

(三)有益效果

根据技术方案1所述的发明，由于使阀体绕着转动轴心自由转动地配置在壳罩的阀收容室内，所述阀体在沿着大致圆柱形的前缘部的密封体部的一部分上，介由挖掘凹部形成钻头收容孔，所述转动轴心相对于与所述刀盘的前面垂直的轴倾斜，因此，在更换钻头时，仅通过使阀体绕着转动轴心转动，就能够使挖掘端在挖掘凹部突出的挖掘钻头位移至由更换用密封材料围绕的更换密封部，同时通过密封体部封闭挖掘开口部。因此，将磨损的挖掘钻头从被更换用密封材料围绕的更换密封部沿着钻头收容孔拔出，并将新的挖掘钻头装填至钻头收容孔，转动阀体，使新的挖掘钻头与挖掘开口部对应，就能够容易且短时间更换挖掘钻头。另外，由于是在壳罩中配置有转动轴心倾斜的阀体的简单结构，因此可靠性高。进而，通过将阀体形成为大致圆柱形，与球面相比，能够切实地支持十分大的挖掘反作用力。

根据技术方案2所述的发明，由于更换用密封材料为能够调整滑动接触压力的管状密封，因此，通过在钻头更换时对更换用密封材料减压，能够防止在挖掘钻头及挖掘凹部通过时伴随的砂土或碎石而导致的更换用密封材料的破损，能够使密封性能提高。

根据技术方案3所述的发明，通过从形成在钻头支持体上的排泥通路，连接呈直线状延伸的排泥管道，能够将由牙轮钻头挖掘出的夹杂着切削石头的泥水不会堵塞地顺利排出，能够高效地进行挖掘。此外，由于在短管的前后设置了关闭阀，因此在更换钻头时，能够使泥水不流入作业空间地卸下排泥管道，能够容易地进行磨损牙轮钻头的更换。

附图说明

图1表示本发明的盾构掘进机的钻头更换部件的实施例1，是钻头更换部件的纵剖视图。

图2是表示刀盘的挖掘开口部的主视图。

图3是钻头更换部件的主要部位放大的阀体的纵剖视图。

图4是阀体的主视图。

图5是表示牙轮钻头及钻头支持体的立体图。

图6是说明钻头更换部件的更换操作的纵剖视图。

图7是图6的局部放大图。

图8是图6的主视图。

图9是说明钻头更换部件的更换操作的纵剖视图。

图10是具备钻头更换部件的盾构掘进机的纵剖视图。

图11是表示具备钻头更换部件的盾构掘进机的刀盘的主视图。

具体实施方式

[实施例1]

下面参照附图，对具备本发明的挖掘钻头更换装置的盾构掘进机的实施例进行说明。

(盾构掘进机)

如图10所示，在圆筒形的盾构机主体11的前部设置压力隔壁12。在该压力隔壁12的前部形成有保持挖掘工作面崩塌土压力的压力室28A。在所述压力隔壁12上，通过旋转轴承13，旋转环体14绕着盾构机轴心O被自由旋转地支持，从该旋转环体14向前方突出多个支持腿15上，支持有圆形的刀盘16。在压力隔壁12后方的大气室28B，设置有旋转驱动刀盘16的刀具驱动装置17。该刀具驱动装置17由设置在旋转环体14背面的内齿轮17a、与内齿轮17a啮合的多个驱动小齿轮17b、分别旋转驱动所述驱动小齿轮17b的旋转驱动装置(液压式或电动式马达)17c构成。进而，在压力隔壁12上贯通设置排土用螺旋输送机18，其在由压力室28A保持挖掘工作面崩塌土压力的同时，将由刀盘16挖掘的砂土从该压力室28A排出至大气室28B。

(刀盘)

刀盘16如图11所示，其具备多个主轮辐21、多个副轮辐22、中间环23及外周环24，所述多个主轮辐21从配置在盾构机轴心O上的中心部件20向半径方向延伸，所述多个副轮辐22在主轮辐21之间向半径方向延伸，所述中间环23及外周环24配设在以盾构机轴心O为中心的圆弧方向上，连结主轮辐21及副轮辐22。而且在部件21～24之间，形成有砂土吸取口25。

而且，在主轮辐21的前部，配设多个本发明的钻头更换部件(挖掘钻头更换装置)30。在各个钻头更换部件30上，分别设置有作为更换用挖掘钻头的牙轮钻头31。此外，在中心部件20及副轮辐22的前面及侧面、主轮辐21的侧面上，分别设置有多个固定钻头26。

如图10所示，在所述中心部件20的背面侧，设置有作业人员能够出入的检修孔27。该检修孔27贯通压力隔壁12，能够从大气室28B侧出入地进行连接。此外，在各个主轮辐21的背面侧上，形成作业人员能够进入并进行钻头更换作业的作业空间29，从检修孔27至作业空间29连接，以使作业人员能够往返。因此，在挖掘过程中，能够由从检修孔27进入作业空间29的作业人员，从作业空间29更换磨损的牙轮钻头31。

(钻头更换部件)

在主轮辐21的前面，沿着半径方向以规定间距配设钻头更换部件30。在这些钻头更换部件30上，配置有牙轮钻头31。这些钻头更换部件30分别为相同结构。

牙轮钻头31如图5所示，其具有在前后方向上形成排泥通路41的长圆筒形截面的钻头支持体42。在钻头支持体42的前部，介由短径方向的支轴43自由旋转地支持两个刀刃的盘形铣刀44。

如图1～图4所示，钻头更换部件30的壳罩33安装在主轮辐21的前面板32的切除部上。这些壳罩33具有露出牙轮钻头31的挖掘开口部34。另外，在壳罩33上形成有阀收容室36。该阀收容室36与挖掘开口部34连接。而且，阀收容室36以倾斜姿势且自由转动地收容阀体35，该阀体35保持牙轮钻头31。

阀体35形成为大致圆柱形。在阀体35的前缘外周部上，沿着周向形成有能够封闭挖掘开口部34的密封体部37。密封体部37的例如边缘部分形成为以相对于作为圆柱形轴心的转动轴心Ob倾斜规定角度(例如后述的α°)的倾斜面进行倒角而成的梯形截面。在密封体部37上，切除密封体部37的一部分而形成挖掘凹部38。在该挖掘凹部38上，使能够拔出地收容牙轮钻头31的钻头收容孔39开口。如图4所示，挖掘凹部38的底面形成为钻头收容孔39的开口部的周围相对转动轴心Ob倾斜规定角度(后述的α°)的切除平面38a。在所述切除平面38a与密封体部37的顶部的转动轨迹之间，形成盘形铣刀44的挖掘端突出的挖掘空间38b。

此外，阀收容室36形成为能够自由转动地收容阀体35的大致圆柱形。阀收容室36的轴心(阀体35的转动轴心Ob)以角度α°倾斜而形成，使得在挖掘开口部34，所述切除平面38a与壳罩33的前面为大致同一平面状。进而，壳罩33的背面以与转动轴心Ob垂直的倾斜平面切除。在该倾斜平面上，阀收容室36面对作业空间29开口。

阀收容室36的前面部形成为引导密封体部37的截头圆锥形。阀收容室36的下部与挖掘开口部34连接，该挖掘开口部34与钻头支持体42的形状相似，形成为沿着转动轴心Ob的切线方向的椭圆形状。进而，在挖掘开口部34的转动轴心Ob的180°对称位置上，形成更换钻头时与挖掘凹部38相对应的更换密封部40。在更换密封部40上设置有后述的第二密封材料62。另外，更换密封部40不限定于180°的对称位置，只要在以转动轴心Ob为中心与挖掘开口部34在同一轴心上，并且不与挖掘开口部34重叠的位置即可。

(阀转动装置)

在阀收容室36的后部，设置有绕着转动轴心Ob旋转驱动阀体35的阀转动装置51。阀转动装置51由设置在阀体35后端部外周的内齿轮52、在壳罩33后部绕着与转动轴心Ob平行的轴心自由旋转地被支持的驱动轴53、固定在驱动轴53上的与内齿轮52啮合的驱动小齿轮54、旋转驱动驱动轴53的手动手柄55构成。

(排泥管道)

在牙轮钻头31的排泥通路41上，在主轮辐21的背面连接有与压力室28A连接的排泥管道45。排泥管道45具备介由锥形管与钻头支持体42连接的第一闸阀(关闭阀)46A、介由短管47与第一闸阀46A连接的第二闸阀(关闭阀)46B、在背面板上贯通设置的排出管48。排出管48以从排泥通路41沿着轴心Oa的直线状贯通作业空间29并在压力室28A上开口。通过这样构成排泥管道45，能够使夹杂着切削石头的泥水不发生堵塞地顺利排出。

(密封材料)

在壳罩33的挖掘开口部34的内周面上，设置有防止从与阀体35间的缝隙浸入泥水或砂土等的第一密封材料61。第一密封材料61在挖掘时密封挖掘凹部38的周围。此外，在更换密封部40上，在阀收容室36的内面上，设置有旋转移动至更换密封部40的密封挖掘凹部38周围的第二密封材料(更换用密封材料)62。第二密封材料62由连接有形成在壳罩33上的调压孔63的中空管状密封材料构成。该第二密封材料62能够通过从调压孔63向中空部供给排出的作为加压流体的液压或加压空气而进行缩放，调整对阀体35的滑动接触压力。由此，在更换钻头时，转动阀体35时，通过对第二密封材料62进行减压而使其收缩，能够防止挖掘凹部38的边缘及盘形铣刀44的挖掘端部通过时发生损伤。当然，也可以使第一密封材料61为能够加压、减压的管状密封材料。

在阀体35的外周部上，设置有与阀收容室36的内周面滑动接触的第三密封材料64。并且，在钻头支持体42的外周面上，设置有与钻头收容孔39的内周面滑动接触的第四密封材料65。

(牙轮钻头更换方法)

参照图1、图6～图9，说明上述钻头更换部件30的挖掘钻头更换方法。

挖掘规定距離的隧道，如果牙轮钻头31的盘形铣刀44磨损，以具有更换的钻头更换部件30的主轮辐21呈大致水平的姿势停止刀盘16。接着，作业人员从检修孔27进入作业空间29，进行钻头的更换作业。

A)从图1所示的挖掘状态开始，首先，关闭第一闸阀46A及第二闸阀46B，卸下排泥管道45的短管47。

B)如图6～图8所示，对第二密封材料62减压后，旋转阀转动装置51的手动手柄，使阀体35绕着转动轴心Ob旋转180°，使挖掘开口部34的磨损牙轮钻头31位移至更换密封部40，同时，利用密封体部37封闭挖掘开口部34。

C)如图9所示，对第二密封材料62进行加压，使其与切除平面38a的周围压力接触后，进而，使用没有图示的拉拔器具，将具有磨损的盘形铣刀44的牙轮钻头31从钻头收容孔39拔出。

D)使用拉拔器具，将新的牙轮钻头31装填至钻头收容孔39。

E)对第二密封材料62减压后，操作阀转动装置51使阀体35绕着转动轴心Ob旋转180°，转动位于更换密封部40的新的牙轮钻头31，使其与挖掘开口部34相对应。进而，在第一闸阀46A与第二闸阀46B之间连接短管47。接着，打开第一、第二闸阀46A、46B，使排泥管道45连接。

根据上述实施例，设置阀体35，其在形成在圆柱形的前缘部周围的密封体部37的一部分上，钻头收容孔39介由挖掘凹部38开口，将该阀体35绕着转动轴心Ob自由转动地收容在设置在刀盘前面的壳罩33的阀收容室36，所述转动轴心Ob相对于与刀盘16的前面垂直的轴OA倾斜，因此在更换钻头时，仅使阀体35绕着转动轴心Ob转动，就能够将收容有磨损的牙轮钻头31的挖掘凹部38位移至由第二密封材料62围绕的更换密封部40，同时利用密封体部37封闭挖掘开口部34，将更换密封部40的磨损的牙轮钻头31从钻头收容孔39拔出，装填新的牙轮钻头31，之后转动阀体35，使新的牙轮钻头31与挖掘开口部34相对应，就能够容易且短时间将磨损的牙轮钻头31更换成新的牙轮钻头31。

此外，通过将阀体35收容至壳罩33内的简单结构，其可靠性高。此外，通过将阀体35形成为圆柱形，与球体相比，能够通过阀体35及壳罩33切实地支持十分大的挖掘反作用力。

进而，由于使第二密封材料62为能够调整滑动接触压力的管状密封，因此在更换时，在出入更换密封部40的牙轮钻头31及挖掘凹部38通过时，通过对第二密封材料62进行减压，能够防止伴随的砂土或者碎石导致的第二密封材料62的破损，能够使密封性能提高。

更进一步地，通过从钻头支持体42的排泥通路41连接呈直线状延伸的排泥管道45，能够将由牙轮钻头31挖掘出的夹杂着切削石头的泥水不会堵塞地顺利排出至压力室28A，能够高效地进行挖掘。此外，在排泥管道45上，在更换钻头时卸下的短管47前后设置第一、第二闸阀46A、46B，因此在更换钻头时，通过关闭第一、第二闸阀46A、46B，卸下短管47，能够使泥水不流入作业空间29地卸下排泥管道45，能够短时间且容易地进行磨损的牙轮钻头31的更换。

Claims (3)

1.一种盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其特征在于，

在挖掘过程中，将配置在刀盘前面的挖掘钻头从形成在该刀盘内的作业空间进行更换；

具备壳罩、阀体、钻头收容孔及更换密封部；

所述壳罩安装在所述刀盘的前面，形成有所述挖掘钻头露出的挖掘开口部；

所述阀体能够绕着转动轴心转动地配置在该壳罩中形成的连接所述挖掘开口部的阀收容室内，所述转动轴心相对于与所述刀盘的前面垂直的轴以规定角度倾斜；

所述钻头收容孔与所述挖掘开口部能够连接地形成在该阀体上，并能够插入脱离地收容所述挖掘钻头；

所述更换密封部在所述阀收容室的前面，在以所述转动轴心为中心的所述挖掘开口部的转动位置，从该挖掘开口部分开设置；

在使所述阀体形成为大致圆柱形的同时，在所述阀体上设置密封体部、开口部及挖掘凹部，所述密封体部沿着前缘外周部形成，能够封闭所述挖掘开口部，所述开口部是形成在该密封体部的一部分上的所述钻头收容孔的开口部，所述挖掘凹部在该钻头收容孔的开口部的周围除去所述密封体部而形成，并收容所述挖掘钻头的挖掘端；

在所述更换密封部的周围设置密封所述壳罩与所述阀体的缝隙的更换用密封材料；

在更换所述挖掘钻头时，使所述阀体绕着所述转动轴心转动，使所述挖掘凹部的所述挖掘钻头移动至所述更换密封部，从所述钻头收容孔拔出所述挖掘钻头进行更换。

2.根据权利要求1所述的盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其特征在于，

使所述更换用密封材料为管状密封材料，该管状密封材料能够使供给其中空部的流体压力变化而调整滑动接触压力。

3.根据权利要求1或2所述的盾构掘进机的挖掘钻头更换装置，其特征在于，

将所述挖掘钻头作为在钻头支持体上自由旋转地支持盘形铣刀的牙轮钻头；

在所述钻头支持体上，贯通形成从所述盘形铣刀的周围开始沿着所述钻头收容孔的退出方向的排泥通路；

连接直线状排泥管道，其从所述钻头支持体的所述排泥通路经由所述作业空间，与所述刀盘的外面连接；

在该排泥管道上设置能够分离连接的短管，同时，在该短管的入口侧及出口侧的管道上分别设置关闭阀。