CN104564094B - 一种盾构机刀盘喷口防堵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构机刀盘喷口防堵装置，包括套筒，套筒下端设有端盖，套筒内嵌套有轴套，其特征在于：在套筒内轴套上端固定有喷口环，喷口环下端设有四杆活塞，四杆活塞下端设有弹簧，四杆活塞上端与喷口环相匹配；喷口环上方固定有橡胶垫和压环；套筒上设有位于四杆活塞上端的进口，喷口环上端设有出口。本发明通过四杆活塞和弹簧实现了在盾构机停机时将出口封死，渣土无法进入喷口环内；盾构机掘进时靠泡沫或膨润土的压力，四杆活塞向下移动，泡沫或膨润土喷出，四杆活塞随外部压力上下波动，防止渣土进入；同时连杆增加了流体的扰动，防止刀盘喷口堵塞。本发明有效防止刀盘喷口的堵塞，结构简单、拆卸方便、实用性强、经济实用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工中盾构机的技术领域，具体涉及一种盾构机刀盘喷口防堵装置。
背景技术
在盾构法施工过程中，需要对刀盘切削下来的渣土进行改良。碴土改良具有改善碴土流动性、降低渗水性，降低对盾构机的附着、减少对盾构机的刀盘和刀具的磨损、降低刀盘的驱动功率等作用。在隧道施工中，根据施工地质条件，盾构机掘进时通过刀盘喷口向土仓中注入泡沫或膨润土来对渣土特性进行改改善，稳定掌子面，降低渣土渗透系数，同时起到隔水作用，便于施工，同时降低刀盘扭矩，减少了刀具磨损。泡沫或膨润土的正常注入关系到对盾构机能否正常掘进，所以刀盘喷口起到非常重要的作用。
目前，刀盘泡沫喷口的防护是在喷口上安装一个橡胶垫垫，但是橡胶垫垫在掘进过程中由于磨损和反复使用会发生疲劳，从而失去保护作用，渣土会慢慢进入刀盘喷口内，从而将喷口堵死，导致喷口无法使用。对刀盘喷口堵塞进行清理时，工作人员只能带压进仓进行清理或隧道掘通以后再进行清理，而带压进仓时工作人员存在较大的安全风险，而且工作环境恶劣，操作难度大，一般不会选用带压进仓清理刀盘喷口。中国专利CN102392654A提出的一种盾构机刀盘喷口保护装置，在连杆前端设置封堵头，液压油缸控制连杆的运动，从而可以很好地把喷口堵严，避免渣土进入管路中。但是，此保护装置需要增加液压控制系统，结构复杂，刀盘喷口打开工作时也没有防堵措施，而且液压油缸在工作过程中，受到泡沫和膨润土的影响容易损坏，从而造成维修困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种盾构机刀盘喷口防堵装置，通过弹簧和四杆活塞的配合，改善刀盘喷口的开启状态，从而形成动态平衡，防止渣土刀盘喷口进入，同时四杆活塞增强了流体的扰动，防止细小颗粒沉淀堵塞刀盘喷口。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种盾构机刀盘喷口防堵装置，包括套筒，套筒下端设有端盖，套筒内嵌套有轴套，所述轴套内设有四杆活塞，在套筒内轴套上端固定有喷口环，喷口环下方设有四杆活塞，四杆活塞下方设有弹簧，四杆活塞上方与喷口环相匹配；所述喷口环上方固定有橡胶垫和压环；所述套筒中部设有进口，喷口环上设有出口。
所述橡胶垫、压环通过螺栓固定在喷口环上。
所述四杆活塞包括活塞和四个连杆，活塞上端设有连杆；所述喷口环设有四个锥形孔，四杆活塞的连杆与锥形孔相对应。
所述进口设在位于活塞上端的套筒上。
所述端盖上端设置在套筒内，轴套下端固定在端盖上端，端盖下端通过螺栓固定在套筒下端。
所述套筒上设有上轴肩，喷口环顶端固定在上轴肩上；所述端盖上端设有下轴肩，下轴肩用于限定四杆活塞向下的运动。
所述活塞外圆周上设有用于密封活塞和轴套的孔用密封圈。
所述孔用密封圈设有两个。
所述轴套外圆周上设有用于密封轴套和套筒的O型密封圈。
所述O型密封圈设有三个，上下分布在轴套外圆周上。
本发明通过四杆活塞和弹簧的配合，实现了在盾构机停机时，四杆活塞上的连杆将喷口环上的出口封死，渣土无法进入喷口环内；当盾构机掘进时，靠泡沫或膨润土的压力，四杆活塞向下移动，喷口环打开，泡沫或膨润土喷出，四杆活塞就会随外部压力上下波动，形成动态平衡，防止渣土进入，下轴肩限制活塞向下的最大位移，防止大颗粒渣土进入，同时活塞上的四杆增加了流体的扰动，防止细小颗粒的沉淀，有效防止刀盘喷口的堵塞。本发明有效地防止刀盘喷口的堵塞，降低了刀盘喷口堵塞的可能性，结构简单、拆卸方便、实用性强、经济实用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明喷口环上端的结构示意图。
图3为图2的A-A向视图。
图4为本发明丝杆活塞的结构示意图。
图中套筒1、喷口环2、锥形孔201、橡胶垫3、压环4、四杆活塞5、活塞502、连杆501、O型密封圈6、孔用密封圈7、弹簧8、端盖9、上轴肩10、下轴肩11。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，具体说明一下本发明。
一种盾构机刀盘喷口防堵装置，如图1所示，包括套筒1，套筒1下端设有端盖9，端盖9上端为空心的圆柱形，端盖9上端设置在套筒1内，端盖9下端通过螺栓与套筒1下端固定连接。套筒1内嵌套有轴套12，轴套12下端与端盖9上端固定连接。轴套12外圆周上设有O型密封圈6，O型密封圈6设有三个，分别分布在轴套12上部、下部和中部的外圆周上，从而使轴套12和套筒6之间密封连接，防止它们之间有间隙。
在套筒1内的轴套12上端固定有喷口环2，喷口环2设有四个锥形孔201，如图2所示。四个锥形孔201的圆心在同一个圆上，且该圆的圆心与喷口环2的圆心相同，如图3所示。喷口环2上方设有橡胶垫3，橡胶垫3上方设有压环4，橡胶垫3、压环4通过螺栓固定在喷口环2上。
喷口环2下端设有四杆活塞5，四杆活塞5设置在轴套12内。四杆活塞5包括活塞502和四个连杆501，连杆501固定在502上，如图4所示。连杆501上端为圆形，连杆501与活锥形孔201一一对应且相匹配，从而可以将四个锥形孔201封死。活塞502外圆周上上下设有两个孔用密封圈7，用于密封活塞502与轴套12之间的间隙。四杆活塞5下端设有弹簧8，弹簧8设在端盖9上，弹簧8上端与活塞502相连接。
套筒1上设有泡沫和膨润土的进口b，进口b设在位于活塞502上端的套筒1上，从进口b进入的泡沫和膨润土的重力使活塞502向下移动。轴套12中部的O型密封圈6位于进口b上端，对进口b处的套筒1和轴套12进行密封，防止泡沫和膨润土从进口b中进入时的冲击力。喷口环2上设有泡沫和膨润土的出口a，轴套12内的泡沫和膨润土可经喷口环2上的锥形孔201、出口a后喷出。
套筒1上端设有上轴肩10，喷口环2的顶端面固定在上轴肩10上，从而防止喷口环2向上滑动。轴套12下端固定在端盖9上端，端盖9上端面积较大，从而形成下轴肩11，下轴肩11用于定位四杆活塞5，限制四杆活塞5向下运动的最大位移。
工作过程为：当盾构机停机时，弹簧8的预紧力大于土仓压力对四杆活塞5产生的推力，从而使四杆活塞5的四个连杆501将喷口环2上的四个锥形孔201封死，渣土无法进入喷口环2内；当盾构机掘进过程中，泡沫或膨润土从刀盘喷口的进口b进入，靠泡沫或膨润土的压力，弹簧8被压缩，四杆活塞5向下移动，连杆501与锥形孔201产生空隙，泡沫或膨润土从出口a喷出；当掘进中刀盘喷口处有堵塞时，泡沫或膨润土出口a压力增加，弹簧8进一步被压缩，四杆活塞5向下移动，堵塞的渣土被冲刷，压力下降，四杆活塞5在弹簧8的作用下向上移动，如此一来，四杆活塞5就会随压力上下波动，形成一种动态平衡，防止喷口被堵塞。
下轴肩11限制了四杆活塞5向下运动的最大位移，即四杆活塞5与喷口环2之间形成的最大间隙也被限定，所以能进入喷口环2的最大颗粒是喷口环2上锥形孔201的最小截面，而且最小颗粒也不会被挤进连杆501的腔内，只能停留在喷口环2的锥形孔201内，通过泡沫或膨润土的不断冲刷可以将大颗粒清除。
当细小颗粒进入连杆501的腔内时，会慢慢沉淀将刀盘喷口封堵，但由于刀盘喷口内增加了四杆活塞5，当泡沫或膨润土从泡沫或膨润土进口进入时，连杆501的作用会形成“卡门涡街”，增加了流体的扰动，可以有效防止渣土的沉淀，防止刀盘喷口堵塞。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种盾构机刀盘喷口防堵装置，包括套筒（1），套筒（1）下端设有端盖（9），套筒（1）内嵌套有轴套（12），其特征在于：所述轴套（12）内设有四杆活塞（5），在套筒（1）内轴套（12）上端固定有喷口环（2），喷口环（2）下方设有四杆活塞（5），四杆活塞（5）下方设有弹簧（8），四杆活塞（5）上方与喷口环（2）相匹配；所述喷口环（2）上方固定有橡胶垫（3）和压环（4）；所述套筒（1）中部设有进口（b），喷口环（2）上设有出口（a）。
2.根据权利要求1所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述橡胶垫（3）、压环（4）通过螺栓固定在喷口环（2）上。
3.根据权利要求1所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述四杆活塞（5）包括活塞（502）和四个连杆（501），活塞（502）上端设有连杆（501）；所述喷口环（2）设有四个锥形孔（201），四杆活塞（5）的连杆（501）与锥形孔（201）相对应。
4.根据权利要求3所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述进口（b）设在位于活塞（502）上端的套筒（1）上。
5.根据权利要求1所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述端盖（9）上端设置在套筒（1）内，轴套（12）下端固定在端盖（9）上端，端盖（9）下端通过螺栓固定在套筒（1）下端。
6.根据权利要求1所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述套筒（1）上设有上轴肩（10），喷口环（2）顶端固定在上轴肩（10）上；所述端盖（9）上设有下轴肩（11），下轴肩（11）用于限定四杆活塞（5）向下的运动。
7.根据权利要求3所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述活塞（502）外圆周上设有用于密封活塞（502）和轴套（12）的孔用密封圈（7）。
8.根据权利要求7所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述孔用密封圈（7）设有两个。
9.根据权利要求1、4、5、6中的任一项所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述轴套（12）外圆周上设有用于密封轴套（12）和套筒（1）的O型密封圈（6）。
10.根据权利要求9所述的盾构机刀盘喷口防堵装置，其特征在于，所述O型密封圈（6）设有三个，上下分布在轴套（12）外圆周上。
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