CN108561143A - 双盘盾构机掘进头 - Google Patents

Abstract

本发明属于盾构掘进技术领域，具体地涉及一种双盘盾构机掘进头。所述双盘盾构机掘进头包括主轴(3)、依次套设在主轴(3)上的一级刀盘(1)和二级刀盘(2)，所述一级刀盘位于主轴的端部且与主轴同步旋转用于对松软材质进行挖掘，所述二级刀盘在朝向所述一级刀盘的一侧设有用于对坚硬材质进行破碎挖掘的冲击单元，所述二级刀盘可转动的套设在所述主轴上，并沿所述主轴作往复直线运动。本发明能够根据被挖掘物硬度和材质，自适应调整结构，分别对软、硬土质岩石进行挖掘破碎，从而能够适应各种地质的掘进环境，避免使用过程中拆换刀具，有效的提高了挖掘效率，适用各种地质环境，在应用上具有广泛性、多功能性以及高效性。

Description

双盘盾构机掘进头

技术领域

本发明属于盾构掘进技术领域，具体地涉及一种双盘盾构机掘进头。

背景技术

盾构机，即盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械。使用盾构机进行挖掘过程中，如果遇到大的石头，常用的手段就是加压开仓，使用凿岩机之类的设备人工将石头破碎，或者采用土压盾构高转速低推力慢慢磨削推进，或者直接通过刮削刀盘刀具强行撕裂碎裂，但是以上这些方法存在耗时耗力、效率低、以及容易对刀盘刀具造成破坏性损伤的缺陷。

为避免上述问题，针对盾构机挖掘过程中工程地段硬岩、软岩的不同强度和地质特点，对传统盾构机刀具进行了改进，主要根据刀具在软、硬岩中不同的破岩机理来进行设计和选择。这就需要人们在使用过程中，根据不同的地质特点，来更换合适的刀具，但是在施工中拆换盾构机刀具也是一项费时费力的工作。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种双盘盾构机掘进头，该掘进头能够根据被挖掘物硬度和材质来调节刀盘，同时具备软硬土质岩石挖掘破碎功能，从而有效的提高挖掘效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明提供一种双盘盾构机掘进头，包括主轴、依次套设在主轴上的一级刀盘和二级刀盘，所述一级刀盘位于主轴的端部且与主轴同步旋转用于对松软材质进行挖掘，所述二级刀盘在朝向所述一级刀盘的一侧设有用于对坚硬材质进行破碎挖掘的冲击单元，所述二级刀盘可转动的套设在所述主轴上，并沿所述主轴在贴紧所述一级刀盘的第一位置和远离所述一级刀盘的第二位置之间作往复直线运动，所述冲击单元在所述第一位置时穿过所述一级刀盘进行破碎挖掘。

优选地，所述一级刀盘上设有从所述一级刀盘中心沿径向延伸的槽孔，所述冲击单元穿过对应的所述槽孔并能够沿所述槽孔作径向移动。

优选地，所述二级刀盘包括盘体，所述盘体沿中心对称设有用于安装所述冲击单元的T型槽，所述T型槽设置为沿所述二级刀盘径向延伸，所述冲击单元沿所述T型槽作径向移动，所述T型槽包括用于限制所述冲击单元轴向位移的第一通道和垂直于所述第一通道、用于伸出所述冲击单元的第二通道。

优选地，所述冲击单元包括破碎锤和安装在所述破碎锤上的钎杆，所述破碎锤设置在所述第一通道中，所述钎杆从所述第二通道伸出且能够用于穿过所述槽孔。

优选地，所述主轴旋转由液压马达驱动。

优选地，所述一级刀盘和所述二级刀盘同轴联接，且所述二级刀盘的直径不大于所述一级刀盘的直径。

优选地，所述双盘盾构机掘进头，包括用于驱动所述二级刀盘沿轴向作往复直线运动的驱动单元，所述驱动单元为液压缸。

优选地，所述液压缸包括用于与所述二级刀盘相固定连接的缸套、伸入所述缸套并与所述缸套滑动配合的活塞杆，所述活塞杆套设在所述主轴上且所述活塞杆内孔与所述主轴间隙配合。

优选地，所述一级刀盘在朝向挖掘方向的刀盘表面上从中心沿径向延伸设置有多个刮削刀座，相邻两个所述刮削刀座之间的角度相同，每个所述刮削刀座上沿径向设有多个刮削刀具。

优选地，所述一级刀盘和二级刀盘边缘分别设有用于在所述第一位置时相互扣合的凸凹花键。

本发明由于采用双刀盘机构，能够根据被挖掘物硬度和材质，自适应调整结构，选择合适的模式，分别对软、硬土质岩石进行挖掘破碎，从而能够适应各种地质的掘进环境，避免使用过程中拆换刀具，有效的提高了挖掘效率，适用各种地质环境，在应用上具有广泛性、多功能性以及高效性。同时本发明相对于庞大的盾构机系统来说，具有结构紧凑，体积小，安装、调试方便的优点，可以满足各种施工场合要求，在城建地下管网、轨道交通、水电气输送等地下管道施工中具有明显的优势。

附图说明

图1本发明一种实施方式的掘进头位于第二位置状态下的结构示意图；

图2本发明一种实施方式的掘进头位于第一位置状态下的结构示意图；

图3本发明中二级刀盘和液压缸驱动的结构示意图；

图4A是本发明中一级刀盘背面结构示意图；

图4B是本发明中一级刀盘侧面结构剖视图；

图4C是本发明中一级刀盘正面结构示意图；

图5A是本发明中二级刀盘正面结构示意图；

图5B是图5A中A-A面剖视图；

图5C是本发明中二级刀盘侧面结构剖视图；

图5D是本发明中二级刀盘上任一冲击单元及驱动其径向滑动的驱动单元的结构剖视图。

图中：1—一级刀盘、11—槽孔、12—花键凹槽、2—二级刀盘、20—盘体、21—花键凸台、22—T型槽、221—第一通道、222—第二通道、3—主轴、4—刮削刀座、5—刮削刀具、6—液压缸、61—活塞杆、62—缸套、63—固定架、7—钎杆、8—破碎锤、9—液压机构、10—定位缸、13—第一活塞杆、14—夹紧缸、15—第二活塞杆、16—第一缸套、161—油压腔、162—气压腔、17—第三活塞杆、18—滚珠。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

结合图1、图2，本发明提供一种双盘盾构机掘进头，包括主轴3、依次套设在主轴3上的一级刀盘1和二级刀盘2，所述一级刀盘1位于主轴3的端部且与主轴3同步旋转用于对松软材质进行挖掘，所述二级刀盘2在朝向所述一级刀盘1的一侧设有用于对坚硬材质进行破碎挖掘的冲击单元，所述二级刀盘2可转动的套设在所述主轴3上，并沿所述主轴3在贴紧所述一级刀盘1的第一位置和远离所述一级刀盘1的第二位置之间作往复直线运动，所述冲击单元在所述第一位置时穿过所述一级刀盘1进行破碎挖掘。

当对松软材质进行挖掘时，所述一级刀盘1在所述主轴3的带动下进行旋转，从而来实现对松软材质的旋转式挖掘。当对坚硬材质进行挖掘时，需要将所述二级刀盘2从所述第二位置移动到所述第一位置，此时所述二级刀盘2与所述一级刀盘处于贴紧状态，所述冲击单元穿过所述一级刀盘1，通过所述冲击单元产生的冲力作用到坚硬材质上、以及所述一级刀盘1与所述二级刀盘2同步转动，从而实现对坚硬材质的多点冲击破碎挖掘。

本发明由于采用双刀盘机构，能够根据被挖掘物硬度和材质，自适应调整结构，选择上述两种模式中的任一模式，分别对软、硬土质岩石进行挖掘破碎，从而能够适应各种地质的掘进环境，避免使用过程中拆换刀具，有效的提高了挖掘效率，适用各种地质环境，在应用上具有广泛性、多功能性以及高效性。

结合图4A-4C，所述一级刀盘1上设有从所述一级刀盘1中心向边缘沿径向延伸的槽孔11，所述冲击单元穿过对应的所述槽孔11并能够沿所述槽孔11作径向移动，方便当所述二级刀盘2位于所述第一位置时，所述冲击单元能够从所述槽孔11中伸出，并且可以根据待冲击点的不同，沿径向调整所述冲击单元的位置，从而有效的提高冲击效率。

结合图5A，所述二级刀盘2包括的盘体20，所述盘体20沿中心对称设有用于安装所述冲击单元的T型槽22，所述T型槽22设置为沿所述二级刀盘2径向延伸，所述冲击单元沿所述T型槽22作径向移动，所述T型槽22包括用于限制所述冲击单元轴向位移的第一通道221和垂直于所述第一通道221、用于伸出所述冲击单元的第二通道222，如图5B所示，具体的，所述第一通道221位于所述二级刀盘2内部，所述第二通道222垂直于所述第一通道221且从所述二级刀盘2表面延伸出去。

在冲击挖掘过程中，根据待冲击点的位置不同，能够使得所述冲击单元沿所述T型槽22作径向移动，从而将所述冲击单元移动到对准所述待冲击点的位置进行冲击破碎挖掘。所述冲击单元的径向移动可以通过手动或自动控制来实现，只要采用现有技术中能够实现该效果的任一自动控制方式即可，此处不作限制。

本实施例中，采用冲击单元液压机构9控制驱动所述冲击单元沿T型槽22作径向移动。所述冲击单元液压机构9包括沿径向设置在每个所述T型槽22内两端部的第一液压单元和第二液压单元，从而使得所述冲击单元在所述第一液压单元和所述第二液压单元之间往复移动。所述第一液压单元和所述第二液压单元可以设置在所述第一通道221或所述第二通道222中、或同时占据所述第一通道221和所述第二通道222，只要不影响所述冲击单元沿径向正常移动均可，优选为，将所述第一液压单元和所述第二液压单元设置在所述第一通道221中。

结合图5C，所述第一液压单元包括定位缸10和与所述定位缸10滑动配合的第一活塞杆13，所述第二液压单元包括夹紧缸14和与所述夹紧缸14滑动配合的第二活塞杆15。两个活塞杆的一端用于与液压缸体相配合，另一端伸出端均朝向所述冲击单元，即所述冲击单元的一侧与所述第一活塞杆13的伸出端固定联接，相对的所述冲击单元的另一侧与所述第二活塞杆15的伸出端固定连接。

其中所述定位缸10和所述夹紧缸14均采用现有技术中的液压缸结构，所述定位缸10是驱动所述冲击单元沿径向移动至工作位置的液压缸，所述夹紧缸14是使得所述冲击单元保持工作位置不变的液压缸，两个液压缸均采用单活塞杆、双作用液压缸，其中，双作用液压缸是指活塞杆的往复运动都是通过液压能驱动的，具体的将每个所述液压缸其中一个腔室与外界液压系统的供油口相连，另一个腔室与外界液压系统的出油口相连；而单活塞杆液压缸指液压缸两腔中只有一腔内设有活塞杆。本发明通过两个液压缸协同工作才能保证冲击单元位于正确工作位置不会被其它外力破坏，易于实现智能自动化调节径向位置，能够方便、快捷的将所述冲击单元移动到待冲击点的位置，有效提高冲击挖掘效率。

每个T型槽22内所述定位缸10和所述夹紧缸14用于对应驱动位于该T型槽22内的冲击单元，在所述二级刀盘第二位置时，所述冲击单元在所述T型槽22内径向移动，在所述二级刀盘第一位置时，所述冲击单元在所述T型槽22内径向移动的同时，也是在所述槽孔11内径向移动。

进一步的工作过程包括以下两种情况：

第一种，向所述定位缸10的无杆腔注入液压油，也就是将所述定位缸10的无杆腔与外界液压系统的供油口相连，所述定位缸10的有杆腔与外界液压系统的出油口相连，使得所述定位缸10的无杆腔内压力增大，所述定位缸10中的第一活塞杆13驱动所述冲击单元及与所述冲击单元固定连接的所述第二活塞杆15沿径向向所述刀盘圆心移动，移动至正确待冲击的工作位置时，关闭所述定位缸10两腔室的进出油口，使得所述第一活塞杆13两侧受力平衡而停止运动，同时为保证定位可靠，向所述夹紧缸14的无杆腔进油，也就是将所述夹紧缸14的无杆腔与外界液压系统的供油口相连，所述夹紧缸14的有杆腔与外界液压系统的出油口相连，使得所述第二活塞杆15对所述冲击单元产生与所述定位缸10驱动方向相反的作用力，直至该作用力大小与所述定位缸10无杆腔产生的驱动力大小相等时，再关闭所述夹紧缸14两腔室的进出油口，从而使所述冲击单元牢牢固定在在当前位置，即处于夹紧状态，从而保证所述冲击单元上在径向的定位位置不会被其它外力破坏。

本发明中，所述定位缸10和所述夹紧缸14均采用结构及尺寸相同的液压缸，且使用的外界供油系统相同，因此分别向所述定位缸10的无杆腔和所述夹紧缸14的无杆腔进油过程中可通过定值式减压阀进行控制，使得供油系统分别向所述定位缸4和所述夹紧缸6供油产生的工作压力相同，即使得二者对所述冲击单元产生大小相等的驱动力，最终使所述冲击单元处于平衡夹紧的状态。

第二种，向所述定位缸10的有杆腔注入液压油，也就是将所述定位缸10的有杆腔与外界液压系统的供油口相连，所述定位缸10的无杆腔与外界液压系统的出油口相连，使得所述定位缸10的有杆腔内压力增大，所述定位缸10中的第一活塞杆13驱动所述冲击单元及与所述冲击单元固定连接的所述第二活塞杆15沿径向向远离所述刀盘圆心移动，移动至正确待冲击的工作位置，关闭所述定位缸10两腔室的进出油口，使得所述第一活塞杆13两侧受力平衡而停止运动，同时为保证定位可靠，向所述夹紧缸14的无杆腔进油，直到所述第二活塞杆15对所述冲击单元产生的作用力大小与所述定位缸10有杆腔产生的驱动力大小相等时，再关闭所述夹紧缸14两腔室的进出油口，从而使所述冲击单元牢牢固定在在当前位置，即处于夹紧状态。

冲击单元可以采用多种形式，只要端部能够实现对坚硬材质的冲击即可。本实施例中，所述冲击单元包括破碎锤8和安装在所述破碎锤8上的钎杆7，所述破碎锤8设置在所述第一通道221中，所述钎杆7从所述第二通道222伸出且能够用于穿过所述槽孔11。

进一步的，所述破碎锤8与所述第一通道221形状相配合，所述破碎锤8位于所述第一通道221中并能沿所述第一通道221进行滑动，所述钎杆7与所述破碎锤8能够通过联轴器联接，所述钎杆7垂直于所述破碎锤8，所述第二通道222槽口宽度与所述钎杆7直径大小相适配，所述钎杆7从所述第二通道222伸出，并且所述钎杆7能够在所述破碎锤8带动下沿所述第二通道222进行滑动。且当所述二级刀盘2移动到所述第一位置时，所述钎杆7从所述槽孔11穿出用于对坚硬材质的冲击破碎挖掘。

为了更为方便的实现所述冲击单元的径向驱动调节同时不影响冲击效果，本实施例中液压机构所驱动的是冲击单元中所述破碎锤8的运动，即所述破碎锤8的一侧与所述第一活塞杆13的伸出端固定联接，相对的所述破碎锤8的另一侧与所述第二活塞杆15的伸出端固定连接，从而实现所述液压机构9驱动所述破碎锤8带动所述钎杆7完成同步径向移动。

冲击单元的数量也可根据挖掘需要自行设置，一般来说，冲击单元数量越多，产生的瞬时冲击能量越大，从而能够实现更好的冲击挖掘效果。本实施例中，冲击单元的数量为四个，即包括四个破碎锤8和分别与之相联接的四个钎杆7，相对应的所述T型槽22、槽孔11的数量均为四个，每个破碎锤8对应设置在相应的T型槽22中，每个钎杆7从对应的槽孔11伸出。优选的，冲击单元、T型槽22、槽孔11均沿所述刀盘的中心对称设置，保证受力均匀。

结合图5D，所述冲击单元还包括驱动所述冲击单元相对所述二级刀盘2轴向运动的第三液压单元，所述第三液压单元包括套设在所述破碎锤8外的第一缸套16，所述破碎锤8和所述钎杆7构成与所述第一缸套16滑动配合的第三活塞杆17。

所述第一缸套16通过所述破碎锤8被分割形成油压腔161和气压腔162，所述油压腔161用于与外界供油系统进油口相连，所述气压腔162内充满氮气，所述第三活塞杆17在所述油压腔161的作用下对所述气压腔162进行压缩，使得所述气压腔162内容积变小，当所述气压腔162内压力升高到设定压力时，停止向所述油压腔161进油并将所述油压腔161接口与液压系统的出油口相连通，此时，所述油压腔161的相对压力迅速变为为“0”(即表测压力)，所述气压腔162内被压缩的高压氮气就获得迅速膨胀的压力差，形成瞬间爆炸力推动所述第三活塞杆17反向运动，使所述钎杆7获得高速冲击的加速度和动能对硬物进行撞击破碎，所述钎杆7在撞击硬物后被反弹回初始位置，此时再将所述油压腔161与外界供油系统进油口相连，推动第三活塞杆17再次压缩气压腔162内氮气，从而完成再次冲击破碎，不断重复上述过程，直至完整最终的挖掘。可见，坚硬材质的破碎挖掘是通过冲击单元中所述钎杆7不断往复冲击运动来完成的。

所述冲击单元外套设所述第一缸套16后，为方便所述第一液压单元和所述第二液压单元对其径向移动的驱动，所述第一缸套16的一侧与所述第一活塞杆13的伸出端固定联接，相对的所述第一缸套16的另一侧与所述第二活塞杆15的伸出端固定联接，由此，所述第一液压单元和所述第二液压单元驱动所述第一缸套16的径向移动，即带动所述第一缸套16内的第三活塞杆17(即破碎锤8和钎杆7)的同步径向移动。

为方便调节，所述第一缸套16设置在所述第一通道221内部与所述第一通道221滑动配合。为减少滑动阻力，增加滑动过程的灵敏度，所述第一缸套16与所述第一通道221之间设置有滚动架单元，所述滚动架单元包括滚珠18以及设置在所述滚珠18两侧防止所述滚珠散开的挡板，所述滚珠18位于所述第一缸套16与所述第一通道221之间，具体可以设置为多个独立的球体结构或其他，所述挡板与所述第一缸套16固定连接，使得所述挡板、所述滚珠18可以随所述第一缸套16同步径向移动，以减少移动过程中的阻力。

挖掘过程中，所述主轴3的旋转由液压马达驱动。所述一级刀盘1和二级刀盘2分别通过花键与所述主轴3同轴联接。所述一级刀盘1和所述二级刀盘2能在所述液压马达的驱动下实现同轴旋转，从而方便挖掘。其中，所述一级刀盘1与所述主轴3轴向固定连接，所述二级刀盘2通过花键导向可以轴向滑动，所述一级刀盘1与所述主轴3的装配关系为H10/h10,轴向固定锁紧，所述二级刀盘2与所述主轴3的装配关系为D10/h10，径向为间隙配合，从而保证所述二级刀盘2的轴向移动。

所述一级刀盘1和所述二级刀盘2之间的初始装配间距优选设置为大于所述钎杆7伸出所述冲击刀盘的长度，以保证冲击效果，同时不妨碍所述一级刀盘1单独工作状态。

由于待挖掘隧道的直径是由所述一级刀盘1的直径决定的，因此，实际设置时，所述二级刀盘2的直径不大于所述一级刀盘1的直径。优选的，所述一级刀盘1和所述二级刀盘2直径相同，从而可以实现所述钎杆7最大化范围的冲击破碎。

所述二级刀盘2的轴向直线运动由所述驱动单元进行驱动，驱动单元可以为现有技术中能实现该功能的任一驱动结构，本实施例中，所述驱动单元为液压缸6。

结合图3，所述液压缸6包括用于与所述二级刀盘2相固定的缸套62、与所述缸套62滑动配合的活塞杆61，所述活塞杆61套设在所述主轴3上且所述活塞杆61内孔与所述主轴3间隙配合。所述缸套62与所述二级刀盘2轮毂同轴固定连接。其中，所述活塞杆61的一端伸入所述缸套62，另一端则需要保证冲击过程中处于稳定不动的状态，例如，固定在所述盾构机体上，或者如本实施例中所述将另一端固定在一个固定架63上。

由于液压缸6的结构为现有技术中常见的能实现驱动所述冲击刀盘往复直线运动的机构，具体的工作过程也同现有技术中液压缸的工作过程，此处不作过多的解释，仅叙述作为其中一种可能的工作模式，但该模式不应作为限制本发明的技术手段。

进一步举例来说，所述液压缸6通过所述活塞杆61被分割为左右两个腔室，两个腔室分别与外界液压系统中的供油口和出油口相连，使用过程中，通过分别向不同腔室进油，造成腔室内压力变化，又由于所述活塞杆61的其中一端被所述固定架63固定住，所以，液压缸6腔室内压力变化，将直接导致所述缸套62的运动，因二级刀盘2与所述缸套62相固定连接，因此随着所述缸套62的运动将同步带动所述二级刀盘2沿轴向的往复运动，即完成所述二级刀盘2的冲击挖掘动作。

参考图3来说，所述活塞杆61处于固定状态，所述缸套62带动所述二级刀盘2运动，当所述液压缸6左侧的液压腔与外界液压系统的供油口连接、右侧的液压腔与液压系统的出油口连接时，左侧液压腔内压力增加，使得所述缸套62将驱动所述二级刀盘2向左移动到第一位置；反之，当所述液压缸6右侧的液压腔与外界液压系统的供油口相接、而左侧的液压腔与液压系统的出油口相接时，右侧液压腔的压力增加，所述缸套62将驱动所述二级刀盘2向右运动到第二位置。

为使得所述一级刀盘1对所述松软材质具有更好的挖掘效果，所述一级刀盘1在朝向挖掘方向的刀盘表面上从中心沿径向延伸设置有多个刮削刀座4，为保证挖掘过程中的受力均匀，相邻两个所述刮削刀座4之间的角度相同，即所述刮削刀座4沿所述一级刀盘1的中心呈对称设置。本实施例中，所述刮削刀座4的数量为四个，当然实际使用中，所述刮削刀座4数量可根据需要进行增加或减少，不应作为限制本发明的条件。每个所述刮削刀座4上沿径向设有多个刮削刀具5，具体的所述刮削刀具5沿所述刮削刀座4的两边设置，每个所述刮削刀座4上所述刮削刀具5的数量根据掘进直径大小和刀具类型确定，一般不少于两个。

为保证当所述二级刀盘2运动到所述第一位置时，所述一级刀盘1和所述二级刀盘2能够精准牢固扣合以保证同步旋转实现挖掘，所述一级刀盘1和所述二级刀盘2边缘分别设有用于在所述第一位置时相扣合的凸凹花键。进一步的，所述一级刀盘1在朝向所述二级刀盘2的一面上设有花键凹槽12，所述二级刀盘2在朝向所述一级刀盘1的一面上设有花键凸台21，所述花键凹槽12与所述花键凸台21在所述第一位置时相互扣合形成卡接从而连为一体，扣合状态下，即保证所述二级刀盘2的钎杆7能够对准所述槽孔11伸出，保证定位精度，从而使得两刀盘协同作业进行冲击破碎掘进时刀盘的始终处于正确位置而不会被外力所破坏。当然，凹凸花键的设置位置也可以对调分别设置在所述一级刀盘1和所述二级刀盘2上，或者可以穿插设置等，此处不作一一说明。

本发明具体工作过程：

以待挖掘区域为基准，所述一级刀盘1在前，靠近所述待挖掘材质，所述二级刀盘2在后，所述一级刀盘1负责对松软材质的旋转刮削掘进，所述二级刀盘2负责对坚硬材质冲击破碎掘进。初始状态下，所述二级刀盘2位于所述第二位置，所述一级刀盘1和所述二级刀盘2之间具有一定间距。

所述一级刀盘1在所述主轴3的驱动下进行旋转从而对松软材质进行旋转挖掘，当遇到坚硬材质时，所述二级刀盘2在所述液压缸的驱动下沿轴向移动至所述第一位置与所述一级刀盘1贴合，该过程可通过人工控制或智能控制，若要实现智能控制，需在所述一级刀盘1上安装速度传感器，根据预先试验测定来设定所述一级刀盘1掘进速度，该设定掘进速度需小于对松软材质的掘进速度但不小于对坚硬材质的掘进速度，由此掘进过程中，当速度传感器检测掘进速度小于所设定的数值时，则发出信号指令控制停止所述一级刀盘1的旋转和轴向掘进运动，并驱动整个盾构机掘进头沿轴向向远离所述待挖掘材质方向移动一个距离，为后续冲击预留空间，移动的距离大小由所述钎杆7的有效冲击行程确定，同时控制启动二级刀盘2进入工作状态，使得所述二级刀盘2在所述液压缸6的驱动下沿轴向移动至所述第一位置与所述一级刀盘1贴合，使所述二级刀盘2的钎杆7从所述一级刀盘1的槽孔11中伸出，随后，所述破碎锤8和所述钎杆7在所述第三液压单元的驱动下沿轴向往复运动，对所述坚硬材质进行冲击破碎挖掘。

冲击破碎过程中，所述一级刀盘1和所述二级刀盘2还能够在所述主轴3的驱动下同轴旋转，以提高挖掘效率。并且，该过程中，可以根据岩石直径大小，有选择的控制所述二级刀盘2上的一个或几个所述破碎锤8带动相应的所述钎杆7来完成冲击。

为了满足在掘进区域内的任意点破碎，冲击挖掘过程中，可以根据待冲击点的位置不同，沿所述T型槽22径向移动所述冲击单元，从而将所述冲击单元移动到对准所述待冲击点的位置进行冲击破碎挖掘，有效提高冲击效率。同时由于所述二级刀盘2能够在所述主轴9的带动下旋转，因此所述冲击单元中的破碎锤8和钎杆7不仅能沿所述二级刀盘2径向移动，还能够在主轴3驱动下通过旋转定位到特定的位置，进一步方便实现不同位置的冲击破碎。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双盘盾构机掘进头，其特征在于，包括主轴(3)、依次套设在主轴(3)上的一级刀盘(1)和二级刀盘(2)，所述一级刀盘(1)位于主轴(3)的端部且与主轴(3)同步旋转用于对松软材质进行挖掘，所述二级刀盘(2)在朝向所述一级刀盘(1)的一侧设有用于对坚硬材质进行破碎挖掘的冲击单元，所述二级刀盘(2)可转动的套设在所述主轴(3)上，并沿所述主轴(3)在贴紧所述一级刀盘(1)的第一位置和远离所述一级刀盘(1)的第二位置之间作往复直线运动，所述冲击单元在所述第一位置时穿过所述一级刀盘(1)进行破碎挖掘。

2.根据权利要求1所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述一级刀盘(1)上设有从所述一级刀盘(1)中心沿径向延伸的槽孔(11)，所述冲击单元穿过对应的所述槽孔(11)并能够沿所述槽孔(11)作径向移动。

3.根据权利要求2所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述二级刀盘(2)包括盘体(20)，所述盘体(20)沿中心对称设有用于安装所述冲击单元的T型槽(22)，所述T型槽(22)设置为沿所述二级刀盘(2)径向延伸，所述冲击单元沿所述T型槽(22)作径向移动，所述T型槽(22)包括用于限制所述冲击单元轴向位移的第一通道(221)和垂直于所述第一通道(221)、用于伸出所述冲击单元的第二通道(222)。

4.根据权利要求3所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述冲击单元包括破碎锤(8)和安装在所述破碎锤(8)上的钎杆(7)，所述破碎锤(8)设置在所述第一通道(221)中，所述钎杆(7)从所述第二通道(222)伸出且能够用于穿过所述槽孔(11)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述主轴(3)旋转由液压马达驱动。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述一级刀盘(1)和所述二级刀盘(2)同轴联接，且所述二级刀盘(2)的直径不大于所述一级刀盘(1)的直径。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述双盘盾构机掘进头包括用于驱动所述二级刀盘(2)沿轴向作往复直线运动的驱动单元，所述驱动单元为液压缸(6)。

8.根据权利要求7所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述液压缸(6)包括用于与所述二级刀盘(2)相固定的缸套(62)、伸入所述缸套(62)并与所述缸套(62)滑动配合的活塞杆(61)，所述活塞杆(61)套设在所述主轴(3)上且所述活塞杆(61)内孔与所述主轴(3)间隙配合。

9.根据权利要求1所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述一级刀盘(1)在朝向挖掘方向的刀盘表面上从中心沿径向延伸设置有多个刮削刀座(4)，相邻两个所述刮削刀座(4)之间的角度相同，每个所述刮削刀座(4)上沿径向设有多个刮削刀具(5)。

10.根据权利要求1所述的双盘盾构机掘进头，其特征在于，所述一级刀盘(1)和二级刀盘(2)边缘分别设有用于在所述第一位置时相扣合的凸凹花键。