CN109723452A - 一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其包括：壳体；伸缩油缸；前刀盘；后刀盘；泥水仓；进水椎体，进水椎体设置在后刀盘上，并与前刀盘之间形成土仓；旋转结构；供水结构，供水结构上设有若干个泥水仓进水管和若干个土仓进水管，这些泥水仓进水管分别连接泥水仓，这些土仓进水管分别穿过进水椎体与土仓相配合。本发明可以同时解决现有顶管隧道施工中地面沉降地面渗水等对地面正常的扰动，同时该智能顶管机的自动控制功能大大减少机器操作人员的工作量。提高顶管施工的效率，实现节能减排，避免不必要的施工浪费。

Description

一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机

技术领域

本发明涉及一种掘进机，具体涉及一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机。

背景技术

随着市政建设这些年的蓬勃发展，城市地下建设及地下管廊建设的需求逐年增加，地下管廊建设主要有盾构工艺施工和顶管工艺施工工艺，不管是盾构工艺还是顶管工艺，其出土方式均分为土压平衡和泥水平衡出土方式。现在没有一种顶管机能够同时具备土压平衡和泥水平衡出土两种方式，土压平衡模式主要应对流动性较好的地质，泥水平衡模式则主要应对流动性不好的沙土、砂石、岩石地质。

顶管施工中由于地质条件复杂多变，尤其是在施工中的始发位置和接收位置，由于需要采取加固及密封措施，地层情况更加复杂，在应对这种复杂多变的地质条件时，不管采用哪一种出土方式均难以达到预期效果。故迫切需要研发探索兼有两种出土模式的顶管掘进机来解决施工中遇到的迫切问题。

现有顶管掘进机的施工主要是开机人员根据现有经验和反馈数据凭借经验人为干预开机，工作效率非常低。

市政顶管施工中由于地质条件复杂多变，掘进地质有软土、泥土、沙土、岩石、砾石、硬岩土等多种复杂地质条件，尤其是在施工中的始发位置和接收位置，由于需要采取加固及密封措施，地层情况更加复杂。加之掘进隧道的覆土深度变化较大，地面渗水及地面沉降等问题较突出，容易影响地面正常通行及建筑物稳定性。现有施工中用到的顶管掘进机要么是采用泥水平衡的出渣方式，要么是采用土压平衡的出渣方式。在应对复杂多变的地质条件及地面渗水、地面沉降等问题时，不管采用哪一种出土方式均无法根据极端特殊情况变换出渣方式来达到预期效果。故迫切需要研发探索兼有两种出土模式的顶管掘进机来解决施工中遇到的迫切问题，这样在施工中可以根据地质条件的变化以及覆土深度实时转换出渣方式，很好的保证掘进机截割部的平衡压力，控制地面渗水及沉降，同时又便于渣土的顺利排出。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，所述掘进机包括：

壳体；

伸缩油缸，所述伸缩油缸设置在壳体内，所述伸缩油缸上设有空心主轴，所述空心主轴内设有内套轴，所述内套轴与伸缩油缸连接；

前刀盘，所述前刀盘与空心主轴固定连接，并与壳体之间形成一次破碎结构；

后刀盘，所述后刀盘与前刀盘之间通过花键连接导向定位，所述后刀盘与内套轴连接，所述后刀盘尾部设有若干个月牙形二次破碎条，所述刀盘壳体内设有若干个月牙形二次破碎环，这些月牙形二次破碎环与月牙形二次破碎条相互配合形成二次破碎结构；

泥水仓，所述泥水仓设置在后刀盘的尾部，所述泥水仓上设有排泥管；

进水椎体，所述进水椎体设置在后刀盘上，并与前刀盘之间形成土仓；

旋转结构，所述旋转结构设置在壳体内，并与空心主轴驱动连接；

供水结构，所述供水结构设置在壳体内，所述供水结构上设有若干个泥水仓进水管和若干个土仓进水管，这些泥水仓进水管分别连接泥水仓，这些土仓进水管分别穿过进水椎体与土仓相配合。

在本发明的一个优选实施例中，所述前刀盘通过刀盘压盖与空心主轴连接，刀盘中心刀固定在前刀盘上。

在本发明的一个优选实施例中，所述后刀盘两端分别设有前铜套和后铜套，所述前铜套支撑在前刀盘外部，后铜套支撑在空心主轴外部。

在本发明的一个优选实施例中，所述前铜套和后铜套内分别设有防尘圈与密封圈。

在本发明的一个优选实施例中，所述内套轴的端部可拆卸地设有轴拉盖，所述轴拉盖上设有若干根高强度拉杆，这些高强度拉杆分别与后刀盘连接。

在本发明的一个优选实施例中，旋转结构包括传动箱、减速器、驱动电机和四根纠偏油缸，所述传动箱设置在泥水仓尾部，并被空心主轴穿过，所述减速器与传动箱连接，所述驱动电机与减速器连接，四根纠偏油缸分别矩阵分布在壳体内，每根纠偏油缸上设有双层止水密封带。

在本发明的一个优选实施例中，所述供水结构包括控制器、水泵和电箱，所述电箱为控制器供电，所述水泵连接外部水箱，所述若干个泥水仓进水管和若干个土仓进水管分别连接水泵，所述控制器连接水泵。

在本发明的一个优选实施例中，每个泥水仓进水管和每个土仓进水管上都设有控制阀，控制器分别连接各个控制阀。

在本发明的一个优选实施例中，所述泥水仓内部设有排渣口、两个对着排渣口冲水的冲泥孔和两个监测泥水仓的第一压力传感器，排泥管连接排渣口，第一压力传感器连接控制器。

在本发明的一个优选实施例中，所述进水椎体内设有两个第二压力传感器，第二压力传感器连接控制器，在进水椎体上设有若干个通孔，每个土仓进水管对应穿过一个通孔。

本发明的有益效果是：

本发明可以有效解决顶管施工中遇到的普遍问题，保证在地质条件复杂多样的隧道顶管施工中顺利应对，解决现有施工中遇到极端复杂多变地质条件下单一出渣模式下束手无策的问题，同时解决现有顶管隧道施工中地面沉降地面渗水等对地面正常的扰动，同时该智能顶管机的自动控制功能大大减少机器操作人员的工作量。提高顶管施工的效率，实现节能减排，避免不必要的施工浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为泥水仓进水管和土仓进水管的安装示意图；

图3为前刀盘和后刀盘的配合示意图；

图4为伸缩油缸的结构示意图；

图5为本发明切换为土压平衡泥水输送模式时的结构示意图；

图6为本发明切换为泥水平衡输送模式时的结构示意图；

图7为图5中A-A方向的剖视图；

图8为图6中C-C方向的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1至图8，本发明提供的泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其包括伸缩油缸100、前刀盘200、后刀盘300、壳体400、泥水仓500、进水椎体600、旋转结构和供水结构。

壳体400是安装上述各个部件，为现有机构，此处不加赘述。

前刀盘200和后刀盘300之间通过花键201连接，进行导向定位，这样可实现前刀盘200和后刀盘300之间的相对运动。

伸缩油缸100是用于分别带动前刀盘200和后刀盘300进行移动。

在伸缩油缸100上设有空心主轴110，空心主轴110具体通过连接法兰111 与伸缩油缸100连接。

在空心主轴110内设有内套轴120，内套轴120可在空心主轴110内设移动，并分别与伸缩油缸100和后刀盘300连接，这样伸缩油缸100可分别驱动空心主轴110和内套轴120移动。

前刀盘200具体通过刀盘压盖210与空心主轴110连接，而刀盘中心刀220 固定在前刀盘200上。

为了可实现内套轴120带动后刀盘300进行移动，在内套轴120的端部可拆卸地设有轴拉盖121，在轴拉盖121上设有若干根高强度拉杆122，这些高强度拉杆122分别与后刀盘300通过螺栓进行连接。

在后刀盘300两端分别设有前铜套310和后铜套320，前铜套310支撑在前刀盘200外部，后铜套320支撑在空心主轴110外部，前铜套310和后铜套 320是用于后刀盘300的导向耐磨。

另外，在前铜套310和后铜套320内分别设有J型防尘圈与Yx型密封圈，这样可防止土仓泥水进入花键201内部锈蚀花键201，提高密封性。

再者，在伸缩过程中，后刀盘300可带动前铜套310和后铜套320前后移动，在前铜套310和后铜套320的移动部位设有镀铬硬化耐磨层，从而对前铜套310和后铜套320进行保护，这样可提高使用寿命。

当前刀盘200和后刀盘300安装在壳体400上后，壳体400的椎体前面与前刀盘200的椎体背面之间可形成一次破碎结构710，该破碎结构具体也为现有结构，此处不加赘述。

而申请还增加了二次破碎结构720，具体在后刀盘300尾部设有若干个月牙形二次破碎条330，而在壳体400内设有若干个月牙形二次破碎环，这些月牙形二次破碎环与月牙形二次破碎条330相互配合可形成二次破碎结构720。

二次破碎结构720中间的缝隙具体可为渣土排运通道，在机器朝前移动时渣土可沿着斜坡被前部带压力泥土挤压至后部排渣口710；同时二次破碎结构 720可以将挤入缝隙的岩石通过二次破碎结构720剪切破碎。

这样，通过上述结构的实施，本申请可通过伸缩后刀盘300来实现前后运动，从而实现二次破碎结构720的二次破碎口出渣空间的改变，可以有效调节前仓土体的粘稠度与压力，改善前部渣土的流动性，并且通过后刀盘300移动，可以有效控制土仓及刀盘前部土体的压力，从而有效避免地面沉降的问题

泥水仓500设置在后刀盘300的尾部，经过二次破碎结构720破碎后的泥土可进入到泥水仓500内。

而泥水仓500上设有排渣口510，排渣口510上连接有排泥管520，排泥管520用于将泥水仓500内的泥土排出。

进水椎体600设置在后刀盘300上，并与前刀盘200之间形成土仓610，经过一次破碎结构710破碎后的泥土可进入到土仓610内。

具体可在进水椎体600上设有若干个通孔630，每个土仓进水管950对应穿过一个通孔630。

本申请通过二次破碎结构720将土仓610和泥水仓500分隔开，从而可进行多种工作方式。

为了实现分别对前刀盘200和后刀盘300的控制，本申请对伸缩油缸100 进行了改进。

伸缩油缸100具体包括缸体130、活塞140、轴承座150、导向套160、推力轴承170和压盖180。

活塞140设置在缸体130内，轴承座150通过压盖180和圆螺母配合设置在缸体130的尾部，内套轴120可穿过活塞140，并通过轴承座150和压盖180 和配合连接为一体。

推力轴承170分别设置在活塞140的两端，一端与内套轴120配合连接，另一端与轴承座150配合连接，推力轴承170用于传递内套轴120前后运动与活塞140之间的旋转运动。

导向套160分别固定在缸体130内的两端，活塞140前后运动过程中两端支撑在导向套160内。

这样活塞140在液压油的作用下前后运动，从而带动内套轴120前后运动，最终实现后刀盘300的前后移动，而缸体130与空心主轴500之间通过连接法兰501固定传递扭矩与力。

另外，在缸体130外部设有一平板190，在轴承座150外部设有U形槽，平板190可安插进U形槽内，用于防止轴承座150跟随内套轴120旋转。

在平板190外部固定行程传感器191的固定端，行程传感器191运动端固定在轴承座150的U形槽上，行程传感器191用于实时监测的油缸运动位移，即后刀盘300前后运动的实时位移，这样可实时了解排渣压力。

旋转结构，其是用于驱动空心主轴110进行旋转，从而带动前刀盘200和后刀盘300进行旋转。

旋转结构包括传动箱810、减速器820、驱动电机830和四根纠偏油缸840。

传动箱810设置在泥水仓500尾部，并被空心主轴110穿过，减速器820 与传动箱810连接，驱动电机830与减速器820连接。

四根纠偏油缸840分别矩阵分布在壳体400内，每根纠偏油缸840上设有双层止水密封带，用于实现本申请工作时的方向调整，同时确保内密封效果。

供水结构，其是用于分别为泥水仓500和土仓610供水，从而实现土压平衡泥水输送模式与泥水平衡输送模式之间的切换。

供水结构包括控制器910、水泵920和电箱930。

电箱930为控制器910供电，水泵920连接外部水箱、若干个泥水仓进水管940和若干个土仓进水管950。

若干个泥水仓进水管940分别与泥水仓500连通，而若干个土仓进水管950 可分别穿过进水椎体600与土仓610相配合。

在每个土仓进水管950和每个泥水仓进水管940上分别设有控制阀960，控制器910分别连接各个控制阀960。

这样，通过控制器910就可直接控制水泵920供水以及土压平衡泥水输送模式与泥水平衡输送模式之间的切换，大大提高了工作效率。

参见图7，当需要将本申请切换为土压平衡泥水输送模式时，通过控制器 910开启水泵920和打开各个泥水仓进水管940上的控制阀960，然后将水输送给泥水仓500，前刀盘200工作时，切削剥落的渣土会被挤压掉入土仓610 内，这时伸缩油缸100工作，带动后刀盘300进行朝后伸缩，这时二次破碎结构720会随着后刀盘300移动，面积减小，并控制水压，从而可防止泥水仓500 内的水进入土仓610，而土仓610内的渣土经过可变大小的二次破碎结构720 破碎后进入水仓500，并经过泥水仓500内的高压水的冲击搅拌搅碎后通过排渣口510沿着排渣管520运出；

参见图8，当需要将本申请切换为泥水平衡输送模式时，通过控制器910 开启水泵920和打开各个泥水仓进水管940以及各个土仓进水管950上的控制阀960，水会分别输送到泥水仓500和土仓610，而经过一次破碎结构710进入土仓610内的渣土会与进入土仓610内的清水搅拌破碎后搅匀为泥土，然后通过伸缩油缸100工作，带动后刀盘300进行朝前伸缩，这时这时二次破碎结构720会随着后刀盘300移动，面积变大，这时土仓610内的泥土可经过二次破碎结构720进行二次破碎后进入泥水仓500，然后再与泥水仓500内的清水搅拌破碎后搅匀为泥土，然后再通过排渣口510沿着排渣管520运出。

另外，在泥水仓内部设有两个对着排渣口冲水的冲泥孔530和两个监测泥水仓的第一压力传感器540。

冲泥孔501用于将水冲入排渣口510内，从而对排渣管520进行清洗，防止堵塞。

第一压力传感器540与控制器910连接，用于检测泥水仓500内的压力，并将检测到的压力值发送给控制器910，便于工作人员实时了解泥水仓500内的压力。

进水椎体600内设有两个第二压力传感器620，第二压力传感器620连接控制器910，第二压力传感器620用于检测土仓610内的压力，并将检测到的压力值发送给控制器910，便于工作人员实时了解泥土仓610内的压力。

这样，工作人员可实时了解泥水仓500和土仓610内的压力，便于实时调节，从而提高工作效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述掘进机包括：

壳体；

伸缩油缸，所述伸缩油缸设置在壳体内，所述伸缩油缸上设有空心主轴，所述空心主轴内设有内套轴，所述内套轴与伸缩油缸连接；

前刀盘，所述前刀盘与空心主轴固定连接，并与壳体之间形成一次破碎结构；

后刀盘，所述后刀盘与前刀盘之间通过花键连接导向定位，所述后刀盘与内套轴连接，所述后刀盘尾部设有若干个月牙形二次破碎条，所述刀盘壳体内设有若干个月牙形二次破碎环，这些月牙形二次破碎环与月牙形二次破碎条相互配合形成二次破碎结构；

泥水仓，所述泥水仓设置在后刀盘的尾部，所述泥水仓上设有排泥管；

进水椎体，所述进水椎体设置在后刀盘上，并与前刀盘之间形成土仓；

旋转结构，所述旋转结构设置在壳体内，并与空心主轴驱动连接；

供水结构，所述供水结构设置在壳体内，所述供水结构上设有若干个泥水仓进水管和若干个土仓进水管，这些泥水仓进水管分别连接泥水仓，这些土仓进水管分别穿过进水椎体与土仓相配合。

2.根据权利要求1所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述前刀盘通过刀盘压盖与空心主轴连接，刀盘中心刀固定在前刀盘上。

3.根据权利要求1所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述后刀盘两端分别设有前铜套和后铜套，所述前铜套支撑在前刀盘外部，后铜套支撑在空心主轴外部。

4.根据权利要求1所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述前铜套和后铜套内分别设有防尘圈与密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述内套轴的端部可拆卸地设有轴拉盖，所述轴拉盖上设有若干根高强度拉杆，这些高强度拉杆分别与后刀盘连接。

6.根据权利要求1所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，旋转结构包括传动箱、减速器、驱动电机和四根纠偏油缸，所述传动箱设置在泥水仓尾部，并被空心主轴穿过，所述减速器与传动箱连接，所述驱动电机与减速器连接，四根纠偏油缸分别矩阵分布在壳体内，每根纠偏油缸上设有双层止水密封带。

7.根据权利要求1所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述供水结构包括控制器、水泵和电箱，所述电箱为控制器供电，所述水泵连接外部水箱，所述若干个泥水仓进水管和若干个土仓进水管分别连接水泵，所述控制器连接水泵。

8.根据权利要求7所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，每个泥水仓进水管和每个土仓进水管上都设有控制阀，控制器分别连接各个控制阀。

9.根据权利要求7所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述泥水仓内部设有排渣口、两个对着排渣口冲水的冲泥孔和两个监测泥水仓的第一压力传感器，排泥管连接排渣口，第一压力传感器连接控制器。

10.根据权利要求7所述的一种泥水平衡土压平衡双模智能顶管掘进机，其特征在于，所述进水椎体内设有两个第二压力传感器，第二压力传感器连接控制器，在进水椎体上设有若干个通孔，每个土仓进水管对应穿过一个通孔。