CN110107307B - 一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于复合地层隧道挖掘的盾构机推进系统的装置及方法，属于盾构机技术领域。该装置包括推进液压系统模块、铰接液压系统模块、管片拼装模块和刀盘模块。所述的管片拼装模块、推进液压系统模块、密封模块、铰接液压系统模块和刀盘模块依次相连。所述的一种用于复合地层的盾构机推进系统既可以实现掘进过程中一定角度的转向，也可实现管片安装的稳定性和精确度；本发明适用于盾构机推进系统，解决了目前前后盾体密封性不良、转向时推进液压系统和铰接液压系统配合不流畅等问题。

Description

一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置及方法
技术领域
本发明属于盾构机技术领域，涉及一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置及方法。
背景技术
近年来，随着全球经济的快速增长，人流、物流、信息流以前所未有的密度涌入城市，并带动周边县乡镇一起发展，造成城市规模的不断扩大。“城市化”的大规模普及使得城市的人口密度达到前所未有的高度，进而造成地面交通过于拥堵的现象。而地铁这一交通方式的出现很大程度缓解了交通压力。
随着国民经济的增长和综合国力的提升，国内各大城市对地铁修建和使用的需求迫在眉睫。而盾构机高昂的价格，对各城市乃至整个国家的经济来说，都是一个巨大的支出。因此，拥有一台自主研发自主产权的盾构机，对整个国家的经济状况、社会发展都有着莫大的意义。
发明内容
针对目前技术存在的问题，本发明提供了一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置及方法。该系统不仅能通过各模块配合完成隧道开挖，也能在连接处避免润滑脂和液压油的外泄。这种盾构机推进系统功能更为全面，同时环保性、经济性更好。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置，包括管片拼装模块1、推进液压系统模块2、密封模块3、铰接液压系统模块4和刀盘模块5；所述管片拼装模块1用于抓取、安装管片到既定位置，从而实现掘进过程。管片拼装模块1包括液压马达101、行星齿轮减速器102、内六角圆柱头螺钉103、弹簧垫圈104、平垫圈105、中盾106、平键107、小齿轮108、回转支承109、内六角圆柱头螺钉110、弹簧垫圈111、平垫圈112、回转支撑板113、内六角圆柱头螺钉114、弹簧垫圈115、平垫圈116、上导套117、内六角圆柱头螺钉118、弹簧垫圈119、平垫圈120、导柱121、提升液压缸122、六角头螺栓123、弹簧垫圈124、六角头螺母125、下导套126、内六角圆柱头螺钉127、弹簧垫圈128、平垫圈129、左曲柄130、右曲柄131、六角头螺栓132、弹簧垫圈133、六角头螺母134、横移底板135、六角头螺栓136、弹簧垫圈137、六角头螺母138、横移液压缸139、六角头螺栓140、弹簧垫圈141、六角头螺母142、导柱143、横移推板144、开槽圆柱头螺钉145、弹簧垫圈146、平垫圈147、直线轴承148、六角头螺栓149、弹簧垫圈150、六角头螺母151、卡轴安装套152、圆法兰液压缸153、开槽圆柱头螺钉154、弹簧垫圈155、平垫圈156、卡轴157、管片158；所述的液压马达101和行星齿轮减速器102配合安装，用于为管片拼装模块1提供旋转运动；行星齿轮减速器102与中盾106通过内六角圆柱头螺钉103、弹簧垫圈104和平垫圈105连接，用于固定行星齿轮减速器102和液压马达101；小齿轮108通过平键107固定在行星齿轮减速器102输出端；小齿轮108和回转支承109的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承109外圈与中盾106通过内六角圆柱头螺钉110、弹簧垫圈111和平垫圈121连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板113与回转支承109内齿圈通过内六角圆柱头螺钉114、弹簧垫圈115和平垫圈116连接，为后续设备提供支撑位置；上导套117通过内六角圆柱头螺钉118、弹簧垫圈119和平垫圈120与回转支撑板113连接；下导套126通过内六角圆柱头螺钉127、弹簧垫圈128和平垫圈129与回转支撑板113连接；导柱121通过圆柱面间隙配合，与上导套117、下导套123保持配合关系，传递直线运动；提升液压缸122一端与上导套117耳环通过六角圆柱头螺钉123、弹簧垫圈124和平垫圈125连接，与导柱耳环连接；两侧导柱121通过六角圆柱头螺钉132、弹簧垫圈133和平垫圈134分别于左曲柄130和右曲柄131连接；左曲柄130、右曲柄131通过内六角圆柱头螺钉132、弹簧垫圈133和平垫圈134与横移底板135连接，后续设备提供固定位置；导柱143两端通过焊接，固定在横移底板135相应位置；直线轴承148通过开槽圆柱头螺钉145、弹簧垫圈146和平垫圈147固定在横移推板144上，保证横向运动精度；卡轴安装套152通过六角头螺栓149、弹簧垫圈150和六角头螺母151固定在横移推板144上；圆法兰液压缸153通过开槽圆柱头螺钉154、弹簧垫圈155和平垫圈156固定在卡轴安装套152上；卡轴157通过内螺纹连接固定在圆法兰液压缸153末端，外螺纹与管片158安装孔配合完成对管片158的抓取；
所述推进液压系统模块2包括推进液压缸连接板201、内六角圆柱头螺钉202、弹簧垫圈203、平垫圈204、推进液压缸205、六角头螺栓206、弹簧垫圈207、六角头螺母208、吊环209、推进球头210、推进油垫211；所述的推进液压缸连接板201通过内六角圆柱头螺钉202、弹簧垫圈203和平垫圈204固定在上文所述的中盾106上；推进液压缸205通过六角头螺栓206、弹簧垫圈207和六角头螺母208与推进液压缸连接板201连接，从而固定在中盾106上；吊环209周向均匀分布，焊接在中盾106上；推进液压缸205穿过吊环209，从而保证推进过程中能够保持水平姿态；推进球头210与推进液压缸205末端螺纹连接，避免掘进过程中由于推进液压缸205轴线偏移而对后续设备造成破坏；推进球头210与推进油垫211通过螺纹连接配合，均匀分布推进力，有效提升管片158寿命。
所述密封模块3包括开槽圆柱头螺钉301、标准型弹簧垫圈302、平垫圈303、密封压紧环304、标准O型圈305、密封块306；密封压紧环通过开槽圆柱头螺钉301、标准型弹簧垫圈302和平垫圈303压紧在中盾106上；密封压紧环进而将压力传递给标准O型圈305和密封块306，保证外部泥水不会渗透到盾构内部；
所述铰接液压系统模块4包括铰接液压缸连接板401、M40球头402、铰接液压缸403、M140球头404、前盾405；所述M40球头402通过螺纹连接固定在上述的中盾106上；铰接液压缸403一端与M40球头402通过螺纹连接，一段与M140球头404通过螺纹连接；M140球头404通过螺纹连接固定在前盾405上，由于球头可实现一定范围内转动，即可使前盾405完成一定角度的转向；
所述刀盘模块5包括液压马达501、行星齿轮减速器502、六角头螺栓503、弹簧垫圈504、六角头螺母505、平键506、小齿轮507、回转支承508、内六角圆柱头螺钉509、弹簧垫圈510、平垫圈511、回转支撑板512、内六角圆柱头螺钉513、弹簧垫圈514、平垫圈515、牛脚516、内六角圆柱头螺钉517、弹簧垫圈518、平垫圈519、刀架520、滚刀521、楔块522、内六角圆柱头螺钉523、弹簧垫圈524、平垫圈525、切刀526、内六角圆柱头螺钉527、弹簧垫圈528、平垫圈529；所述的液压马达501是刀盘模块5的动力源；液压马达501和行星齿轮减速器502通过外伸轴端自带的键和键槽进行连接；行星齿轮减速器502通过六角头螺栓503、弹簧垫圈504和六角头螺母505固定在前盾405上，从而为液压马达501提供支撑；小齿轮507通过平键506和行星齿轮减速器502输出端连接，为后续设备提供扭矩；小齿轮507和回转支承508的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承508外圈与前盾405通过内六角圆柱头螺钉509、弹簧垫圈510和平垫圈511连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板512与回转支承508内齿圈通过内六角圆柱头螺钉513、弹簧垫圈514和平垫圈515连接，为后续设备提供支撑位置；牛脚516通过内六角圆柱头螺钉517、弹簧垫圈518和平垫圈519与回转支撑板512连接，并焊接在刀架520的相应位置，从而使液压马达501的输出扭矩经过上述传动链传递给刀架520；滚刀521放置在刀架520上空缺位置，实现初步定位；楔块522通过内六角圆柱头螺钉523、弹簧垫圈524和平垫圈525紧紧压在滚刀521伸出轴端，保证滚刀521在破岩过程中能始终固定在刀架520上；切刀526通过内六角圆柱头螺钉527、弹簧垫圈528和平垫圈529固定在刀架520的扇形凹槽内。
一种应用上述盾构机推进系统的装置的方法，步骤如下：
步骤一：刀盘模块5转动，完成切削、破岩；
给液压马达501通入液压油，液压马达501的输出轴带动行星齿轮减速器502转动，行星齿轮减速器502的输出轴即小齿轮507轴转动带动回转支承508内齿圈转动。回转支撑板512与回转支承505内齿圈连接，保持同步转动。牛脚516作为中间连接件，前后连接刀架520和回转支撑板512，将转动传递给刀架520，从而完成切削破岩的动作。而楔块522通过螺钉连接紧紧压在滚刀521轴段，保证滚刀521在掘进过程中能始终保持在既定位置。
步骤二：推进液压系统模块2和铰接液压系统模块4配合运作，为盾构机掘进提供前进动力。
给推进液压缸205注入液压油，输出端通过推进球头210、推进油垫211将推力传递到管片158上。同时，给铰接液压缸403通入液压油，周向16个铰接液压缸403各个单独控制，保证盾构转向至一定角度。上述运动配合刀盘模块5的运作，使盾构机按照预定轨迹完成掘进动作。
步骤三：管片拼装机模块1将管片158安装到预定位置，而后继续重复步骤一、二，直至达到施工要求。
上述步骤完成后，推进液压缸205和铰接液压缸403分别恢复至初始状态。向提升液压缸122注入液压油，输出端带动后续设备沿着导柱121完成纵向直线运动，直至卡轴157与管片158安装孔平齐。向横移液压缸139注入液压油，输出端带动横推推板144沿着导柱143直线运动，直至卡轴157与管片158安装孔轴线对齐。向圆法兰液压缸153注入液压油，输出端带动卡轴157直线运动，直至卡轴157与管片158安装孔紧密配合为止。给液压马达101注入液压油，液压马达101的输出轴带动行星齿轮减速器102转动，行星齿轮减速器102的输出轴即小齿轮108轴转动带动回转支承109内齿圈转动。回转支撑板113与回转支承109内齿圈连接，保持同步转动，进而带动后续设备转动，直到管片158旋转至安装位置。
本发明的一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置及方法，将铰接液压系统和推进液压系统在上完全隔离，解决了盾构机在挖掘过程中可能会出现的液压缸轴线偏移而导致的相互影响的问题。各部件连接处采用了密封措施，避免施工过程中由于液压油外泄导致的环境污染问题。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图。
图2为本发明装置的管片拼装机模块示意图A。
图3为本发明装置的管片拼装机模块示意图B。
图4为本发明装置的管片拼装机模块示意图C。
图5为本发明装置的推进液压系统模块示意图。
图6为本发明装置的密封模块示意图。
图7为本发明装置的铰接液压系统模块示意图。
图8为本发明装置的的刀盘模块示意图A。
图9为本发明装置的的刀盘模块示意图B。
图中：1管片拼装模块；2推进液压系统模块；密封模块3；4铰接液压系统模块和5刀盘模块；101液压马达；102行星齿轮减速器；103内六角圆柱头螺钉；104弹簧垫圈；105平垫圈；106中盾；107平键；108小齿轮；109回转支承；110内六角圆柱头螺钉；111弹簧垫圈；112平垫圈；113回转支撑板；114内六角圆柱头螺钉；115弹簧垫圈；116平垫圈；117上导套；118内六角圆柱头螺钉；119弹簧垫圈；120平垫圈；121导柱；122提升液压缸；123六角头螺栓；124弹簧垫圈；125六角头螺母；126下导套；127内六角圆柱头螺钉；128弹簧垫圈；129平垫圈；130左曲柄；131右曲柄；132六角头螺栓；133弹簧垫圈；134六角头螺母；135横移底板；136六角头螺栓；137弹簧垫圈；138六角头螺母；139横移液压缸；140六角头螺栓；141弹簧垫圈；142六角头螺母；143导柱；144横移推板；145开槽圆柱头螺钉；146弹簧垫圈；147平垫圈；148直线轴承；149六角头螺栓；150弹簧垫圈；151六角头螺母；152卡轴安装套；153圆法兰液压缸；154开槽圆柱头螺钉；155弹簧垫圈；156平垫圈；157卡轴；158管片；201推进液压缸连接板；202内六角圆柱头螺钉；203弹簧垫圈；204平垫圈；205推进液压缸；206六角头螺栓；207弹簧垫圈；208六角头螺母；209吊环；210推进球头；211推进油垫；301开槽圆柱头螺钉；302标准型弹簧垫圈；303平垫圈；304密封压紧环；305标准O型圈；306密封块；401铰接液压缸连接板；402M40球头；403铰接液压缸；404M140球头；405前盾；501液压马达；502行星齿轮减速器；503六角头螺栓；504弹簧垫圈；505六角头螺母；506平键；507小齿轮；508回转支承；509内六角圆柱头螺钉；510弹簧垫圈；511平垫圈；512回转支撑板；513内六角圆柱头螺钉；514弹簧垫圈；
515平垫圈；516牛脚；517内六角圆柱头螺钉；518弹簧垫圈；519平垫圈；520刀架；521滚刀；522楔块；523内六角圆柱头螺钉；524弹簧垫圈；525平垫圈；526切刀；527内六角圆柱头螺钉；528弹簧垫圈；529平垫圈。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所述的一种应用于复合地层的盾构机推进系统装置与方法整体结构，包括管片拼装模块1、推进液压系统模块2、密封模块3、铰接液压系统模块4和刀盘模块5；管片拼装机模块1用来抓取管片158；推进液压系统模块2和铰接系统模块4配合使用，用来使盾构完成掘进、转向；刀盘模块5用来旋转切削岩土。
如图2、3、4所示，所述管片拼装模块1用于抓取、安装管片到既定位置，从而实现掘进过程。管片拼装模块1包括液压马达101、行星齿轮减速器102、内六角圆柱头螺钉103、弹簧垫圈104、平垫圈105、中盾106、平键107、小齿轮108、回转支承109、内六角圆柱头螺钉110、弹簧垫圈111、平垫圈112、回转支撑板113、内六角圆柱头螺钉114、弹簧垫圈115、平垫圈116、上导套117、内六角圆柱头螺钉118、弹簧垫圈119、平垫圈120、导柱121、提升液压缸122、六角头螺栓123、弹簧垫圈124、六角头螺母125、下导套126、内六角圆柱头螺钉127、弹簧垫圈128、平垫圈129、左曲柄130、右曲柄131、六角头螺栓132、弹簧垫圈133、六角头螺母134、横移底板135、六角头螺栓136、弹簧垫圈137、六角头螺母138、横移液压缸139、六角头螺栓140、弹簧垫圈141、六角头螺母142、导柱143、横移推板144、开槽圆柱头螺钉145、弹簧垫圈146、平垫圈147、直线轴承148、六角头螺栓149、弹簧垫圈150、六角头螺母151、卡轴安装套152、圆法兰液压缸153、开槽圆柱头螺钉154、弹簧垫圈155、平垫圈156、卡轴157、管片158；所述的液压马达101和行星齿轮减速器102配合安装，用于为管片拼装模块1提供旋转运动；行星齿轮减速器102与中盾106通过内六角圆柱头螺钉103、弹簧垫圈104和平垫圈105连接，用于固定行星齿轮减速器102和液压马达101；小齿轮108通过平键107固定在行星齿轮减速器102输出端；小齿轮108和回转支承109的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承109外圈与中盾106通过内六角圆柱头螺钉110、弹簧垫圈111和平垫圈121连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板113与回转支承109内齿圈通过内六角圆柱头螺钉114、弹簧垫圈115和平垫圈116连接，为后续设备提供支撑位置；上导套117通过内六角圆柱头螺钉118、弹簧垫圈119和平垫圈120与回转支撑板113连接；下导套126通过内六角圆柱头螺钉127、弹簧垫圈128和平垫圈129与回转支撑板113连接；导柱121通过圆柱面间隙配合，与上导套117、下导套123保持配合关系，传递直线运动；提升液压缸122一端与上导套117耳环通过六角圆柱头螺钉123、弹簧垫圈124和平垫圈125连接，与导柱耳环连接；两侧导柱121通过六角圆柱头螺钉132、弹簧垫圈133和平垫圈134分别于左曲柄130和右曲柄131连接；左曲柄130、右曲柄131通过内六角圆柱头螺钉132、弹簧垫圈133和平垫圈134与横移底板135连接，后续设备提供固定位置；导柱143两端通过焊接，固定在横移底板135相应位置；直线轴承148通过开槽圆柱头螺钉145、弹簧垫圈146和平垫圈147固定在横移推板144上，保证横向运动精度；卡轴安装套152通过六角头螺栓149、弹簧垫圈150和六角头螺母151固定在横移推板144上；圆法兰液压缸153通过开槽圆柱头螺钉154、弹簧垫圈155和平垫圈156固定在卡轴安装套152上；卡轴157通过内螺纹连接固定在圆法兰液压缸153末端，外螺纹与管片158安装孔配合完成对管片158的抓取。
如图5所示，所述推进液压系统模块2包括推进液压缸连接板201、内六角圆柱头螺钉202、弹簧垫圈203、平垫圈204、推进液压缸205、六角头螺栓206、弹簧垫圈207、六角头螺母208、吊环209、推进球头210、推进油垫211；所述的推进液压缸连接板201通过内六角圆柱头螺钉202、弹簧垫圈203和平垫圈204固定在上文所述的中盾106上；推进液压缸205通过六角头螺栓206、弹簧垫圈207和六角头螺母208与推进液压缸连接板201连接，从而固定在中盾106上；吊环209周向均匀分布，焊接在中盾106上；推进液压缸205穿过吊环209，从而保证推进过程中能够保持水平姿态；推进球头210与推进液压缸205末端螺纹连接，避免掘进过程中由于推进液压缸205轴线偏移而对后续设备造成破坏；推进球头210与推进油垫211通过螺纹连接配合，均匀分布推进力，有效提升管片158寿命。
如图6所示，所述密封模块3包括开槽圆柱头螺钉301、标准型弹簧垫圈302、平垫圈303、密封压紧环304、标准O型圈305、密封块306；密封压紧环通过开槽圆柱头螺钉301、标准型弹簧垫圈302和平垫圈303压紧在中盾106上；密封压紧环进而将压力传递给标准O型圈305和密封块306，保证外部泥水不会渗透到盾构内部。
如图7所示，所述铰接液压系统模块4包括铰接液压缸连接板401、M40球头402、铰接液压缸403、M140球头404、前盾405；所述M40球头402通过螺纹连接固定在上述的中盾106上；铰接液压缸403一端与M40球头402通过螺纹连接，一段与M140球头404通过螺纹连接；M140球头404通过螺纹连接固定在前盾405上，由于球头可实现一定范围内转动，即可使前盾405完成一定角度的转向。
如图8、9所示，所述刀盘模块5包括液压马达501、行星齿轮减速器502、六角头螺栓503、弹簧垫圈504、六角头螺母505、平键506、小齿轮507、回转支承508、内六角圆柱头螺钉509、弹簧垫圈510、平垫圈511、回转支撑板512、内六角圆柱头螺钉513、弹簧垫圈514、平垫圈515、牛脚516、内六角圆柱头螺钉517、弹簧垫圈518、平垫圈519、刀架520、滚刀521、楔块522、内六角圆柱头螺钉523、弹簧垫圈524、平垫圈525、切刀526、内六角圆柱头螺钉527、弹簧垫圈528、平垫圈529；所述的液压马达501是刀盘模块5的动力源；液压马达501和行星齿轮减速器502通过外伸轴端自带的键和键槽进行连接；行星齿轮减速器502通过六角头螺栓503、弹簧垫圈504和六角头螺母505固定在前盾405上，从而为液压马达501提供支撑；小齿轮507通过平键506和行星齿轮减速器502输出端连接，为后续设备提供扭矩；小齿轮507和回转支承508的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承508外圈与前盾405通过内六角圆柱头螺钉509、弹簧垫圈510和平垫圈511连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板512与回转支承508内齿圈通过内六角圆柱头螺钉513、弹簧垫圈514和平垫圈515连接，为后续设备提供支撑位置；牛脚516通过内六角圆柱头螺钉517、弹簧垫圈518和平垫圈519与回转支撑板512连接，并焊接在刀架520的相应位置，从而使液压马达501的输出扭矩经过上述传动链传递给刀架520；滚刀521放置在刀架520上空缺位置，实现初步定位；楔块522通过内六角圆柱头螺钉523、弹簧垫圈524和平垫圈525紧紧压在滚刀521伸出轴端，保证滚刀521在破岩过程中能始终固定在刀架520上；切刀526通过内六角圆柱头螺钉527、弹簧垫圈528和平垫圈529固定在刀架520的扇形凹槽内。
一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置的方法，包括以下步骤：
步骤一：刀盘模块5运作，旋转切削岩土；
给液压马达501通入液压油，液压马达501的输出轴带动行星齿轮减速器502转动，行星齿轮减速器502的输出轴即小齿轮507轴转动带动回转支承508内齿圈转动。回转支撑板512与回转支承505内齿圈连接，保持同步转动。牛脚516作为中间连接件，前后连接刀架520和回转支撑板512，将转动传递给刀架520，从而完成切削破岩的动作。而楔块522通过螺钉连接紧紧压在滚刀521轴段，保证滚刀521在掘进过程中能始终保持在既定位置。
步骤二：推进液压系统模块2运行，保证盾构前进；铰接液压系统模块4运行，使盾构在掘进过程中调整方向，配合推进液压系统模块2和刀盘模块5共同完成隧道挖掘。
给推进液压缸205注入液压油，输出端通过推进球头210、推进油垫211将推力传递到管片158上。同时，给铰接液压缸403通入液压油，周向16个铰接液压缸403各个单独控制，保证盾构转向至一定角度。上述运动配合刀盘模块5的运作，使盾构机按照预定轨迹完成掘进动作。
步骤三：针对管片的尺寸和拼装速度的要求对管片拼装机模块1进行速度和行程调节；管片拼装机模块1将管片158安装到预定位置，而后继续重复步骤一、二，直至达到施工要求。
上述步骤完成后，推进液压缸205和铰接液压缸403分别恢复至初始状态。向提升液压缸122注入液压油，输出端带动后续设备沿着导柱121完成纵向直线运动，直至卡轴157与管片158安装孔平齐。向横移液压缸139注入液压油，输出端带动横推推板144沿着导柱143直线运动，直至卡轴157与管片158安装孔轴线对齐。向圆法兰液压缸153注入液压油，输出端带动卡轴157直线运动，直至卡轴157与管片158安装孔紧密配合为止。给液压马达101注入液压油，液压马达101的输出轴带动行星齿轮减速器102转动，行星齿轮减速器102的输出轴即小齿轮108轴转动带动回转支承109内齿圈转动。回转支撑板113与回转支承109内齿圈连接，保持同步转动，进而带动后续设备转动，直到管片158旋转至安装位置。

Claims (3)

1.一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置，其特征在于，该盾构机推进系统包括管片拼装模块(1)、推进液压系统模块(2)、密封模块(3)、铰接液压系统模块(4)和刀盘模块(5)；所述管片拼装模块(1)用于抓取、安装管片到既定位置，从而实现掘进过程；管片拼装模块(1)包括液压马达(101)、行星齿轮减速器(102)、内六角圆柱头螺钉(103)、弹簧垫圈(104)、平垫圈(105)、中盾(106)、平键(107)、小齿轮(108)、回转支承(109)、内六角圆柱头螺钉(110)、弹簧垫圈(111)、平垫圈(112)、回转支撑板(113)、内六角圆柱头螺钉(114)、弹簧垫圈(115)、平垫圈(116)、上导套(117)、内六角圆柱头螺钉(118)、弹簧垫圈(119)、平垫圈(120)、导柱(121)、提升液压缸(122)、六角头螺栓(123)、弹簧垫圈(124)、六角头螺母(125)、下导套(126)、内六角圆柱头螺钉(127)、弹簧垫圈(128)、平垫圈(129)、左曲柄(130)、右曲柄(131)、六角头螺栓(132)、弹簧垫圈(133)、六角头螺母(134)、横移底板(135)、六角头螺栓(136)、弹簧垫圈(137)、六角头螺母(138)、横移液压缸(139)、六角头螺栓(140)、弹簧垫圈(141)、六角头螺母(142)、导柱(143)、横移推板(144)、开槽圆柱头螺钉(145)、弹簧垫圈(146)、平垫圈(147)、直线轴承(148)、六角头螺栓(149)、弹簧垫圈(150)、六角头螺母(151)、卡轴安装套(152)、圆法兰液压缸(153)、开槽圆柱头螺钉(154)、弹簧垫圈(155)、平垫圈(156)、卡轴(157)、管片(158)；所述的液压马达(101)和行星齿轮减速器(102)配合安装，用于为管片拼装模块(1)提供旋转运动；行星齿轮减速器(102)与中盾(106)通过内六角圆柱头螺钉(103)、弹簧垫圈(104)和平垫圈(105)连接，用于固定行星齿轮减速器(102)和液压马达(101)；小齿轮(108)通过平键(107)固定在行星齿轮减速器(102)输出端；小齿轮(108)和回转支承(109)的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承(109)外圈与中盾(106)通过内六角圆柱头螺钉(110)、弹簧垫圈(111)和平垫圈(121)连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板(113)与回转支承(109)内齿圈通过内六角圆柱头螺钉(114)、弹簧垫圈(115)和平垫圈(116)连接，为后续设备提供支撑位置；上导套(117)通过内六角圆柱头螺钉(118)、弹簧垫圈(119)和平垫圈(120)与回转支撑板(113)连接；下导套(126)通过内六角圆柱头螺钉(127)、弹簧垫圈(128)和平垫圈(129)与回转支撑板(113)连接；导柱(121)通过圆柱面间隙配合，与上导套(117)、下导套(123)保持配合关系，传递直线运动；提升液压缸(122)一端与上导套(117)耳环通过六角圆柱头螺钉(123)、弹簧垫圈(124)和平垫圈(125)连接；两侧导柱(121)通过六角圆柱头螺钉(132)、弹簧垫圈(133)和平垫圈(134)分别于左曲柄(130)和右曲柄(131)连接；左曲柄(130)、右曲柄(131)通过内六角圆柱头螺钉(132)、弹簧垫圈(133)和平垫圈(134)与横移底板(135)连接，为后续设备提供固定位置；导柱(143)两端通过焊接，固定在横移底板(135)相应位置；直线轴承(148)通过开槽圆柱头螺钉(145)、弹簧垫圈(146)和平垫圈(147)固定在横移推板(144)上，保证横向运动精度；卡轴安装套(152)通过六角头螺栓(149)、弹簧垫圈(150)和六角头螺母(151)固定在横移推板(144)上；圆法兰液压缸(153)通过开槽圆柱头螺钉(154)、弹簧垫圈(155)和平垫圈(156)固定在卡轴安装套(152)上；卡轴(157)通过内螺纹连接固定在圆法兰液压缸(153)末端，外螺纹与管片(158)安装孔配合完成对管片(158)的抓取；
所述推进液压系统模块(2)包括推进液压缸连接板(201)、内六角圆柱头螺钉(202)、弹簧垫圈(203)、平垫圈(204)、推进液压缸(205)、六角头螺栓(206)、弹簧垫圈(207)、六角头螺母(208)、吊环(209)、推进球头(210)、推进油垫(211)；所述的推进液压缸连接板(201)通过内六角圆柱头螺钉(202)、弹簧垫圈(203)和平垫圈(204)固定在所述的中盾(106)上；推进液压缸(205)通过六角头螺栓(206)、弹簧垫圈(207)和六角头螺母(208)与推进液压缸连接板(201)连接，从而固定在中盾(106)上；吊环(209)周向均匀分布，焊接在中盾(106)上；推进液压缸(205)穿过吊环(209)，从而保证推进过程中能够保持水平姿态；推进球头(210)与推进液压缸(205)末端螺纹连接，避免掘进过程中由于推进液压缸(205)轴线偏移而对后续设备造成破坏；推进球头(210)与推进油垫(211)通过螺纹连接配合，均匀分布推进力，有效提升管片(158)寿命；
所述密封模块(3)包括开槽圆柱头螺钉(301)、标准型弹簧垫圈(302)、平垫圈(303)、密封压紧环(304)、标准O型圈(305)、密封块(306)；密封压紧环通过开槽圆柱头螺钉(301)、标准型弹簧垫圈(302)和平垫圈(303)压紧在中盾(106)上；密封压紧环进而将压力传递给标准O型圈(305)和密封块(306)，保证外部泥水不会渗透到盾构内部；
所述铰接液压系统模块(4)包括铰接液压缸连接板(401)、M40球头(402)、铰接液压缸(403)、M140球头(404)、前盾(405)；所述M40球头(402)通过螺纹连接固定在铰接液压缸连接板(401)；铰接液压缸连接板(401)通过螺纹连接固定上述的中盾(106)上；铰接液压缸(403)一端与M40球头(402)通过螺纹连接，另一端与M140球头(404)通过螺纹连接；M140球头(404)通过螺纹连接固定在前盾(405)上，由于球头可实现一定范围内转动，即可使前盾(405)完成一定角度的转向；
所述刀盘模块(5)包括液压马达(501)、行星齿轮减速器(502)、六角头螺栓(503)、弹簧垫圈(504)、六角头螺母(505)、平键(506)、小齿轮(507)、回转支承(508)、内六角圆柱头螺钉(509)、弹簧垫圈(510)、平垫圈(511)、回转支撑板(512)、内六角圆柱头螺钉(513)、弹簧垫圈(514)、平垫圈(515)、牛脚(516)、内六角圆柱头螺钉(517)、弹簧垫圈(518)、平垫圈(519)、刀架(520)、滚刀(521)、楔块(522)、内六角圆柱头螺钉(523)、弹簧垫圈(524)、平垫圈(525)、切刀(526)、内六角圆柱头螺钉(527)、弹簧垫圈(528)、平垫圈(529)；所述的液压马达(501)是刀盘模块(5)的动力源；液压马达(501)和行星齿轮减速器(502)通过外伸轴端自带的键和键槽进行连接；行星齿轮减速器(502)通过六角头螺栓(503)、弹簧垫圈(504)和六角头螺母(505)固定在前盾(405)上，从而为液压马达(501)提供支撑；小齿轮(507)通过平键(506)和行星齿轮减速器(502)输出端连接，为后续设备提供扭矩；小齿轮(507)和回转支承(508)的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承(508)外圈与前盾(405)通过内六角圆柱头螺钉(509)、弹簧垫圈(510)和平垫圈(511)连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板(512)与回转支承(508)内齿圈通过内六角圆柱头螺钉(513)、弹簧垫圈(514)和平垫圈(515)连接，为后续设备提供支撑位置；牛脚(516)通过内六角圆柱头螺钉(517)、弹簧垫圈(518)和平垫圈(519)与回转支撑板(512)连接，并焊接在刀架(520)的相应位置，从而使液压马达(501)的输出扭矩传递给刀架(520)；滚刀(521)放置在刀架(520)上空缺位置，实现初步定位；楔块(522)通过内六角圆柱头螺钉(523)、弹簧垫圈(524)和平垫圈(525)紧紧压在滚刀(521)伸出轴端，保证滚刀(521)在破岩过程中能始终固定在刀架(520)上；切刀(526)通过内六角圆柱头螺钉(527)、弹簧垫圈(528)和平垫圈(529)固定在刀架(520)的扇形凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置，其特征在于，前后连接处采用压紧环配合两层密封圈进行密封。
3.一种采用根据权利要求1或2所述的一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：刀盘模块(5)转动，完成切削、破岩；
给液压马达(501)通入液压油，液压马达(501)的输出轴带动行星齿轮减速器(502)转动，行星齿轮减速器(502)的输出轴即小齿轮(507)轴转动带动回转支承(508)内齿圈转动；回转支撑板(512)与回转支承(505)内齿圈连接，保持同步转动；牛脚(516)作为中间连接件，前后连接刀架(520)和回转支撑板(512)，将转动传递给刀架(520)，从而完成切削破岩的动作；而楔块(522)通过螺钉连接紧紧压在滚刀(521)轴段，保证滚刀(521)在掘进过程中能始终保持在既定位置；
步骤二：推进液压系统模块(2)和铰接液压系统模块(3)配合运作，为盾构机掘进提供前进动力；
给推进液压缸(205)注入液压油，输出端通过推进球头(210)、推进油垫(211)将推力传递到管片(158)上；同时，给铰接液压缸(403)通入液压油，周向16个铰接液压缸(403)各个单独控制，保证盾构转向至一定角度；上述运动配合刀盘模块(5)的运作，使盾构机按照预定轨迹完成掘进动作；
步骤三：管片拼装机模块(1)将管片(158)安装到预定位置，而后继续重复步骤一、二，直至达到施工要求；
上述步骤完成后，推进液压缸(205)和铰接液压缸(403)分别恢复至初始状态；向提升液压缸(122)注入液压油，输出端带动后续设备沿着导柱(121)完成纵向直线运动，直至卡轴(157)与管片(158)安装孔平齐；向横移液压缸(139)注入液压油，输出端带动横推推板(144)沿着导柱(143)直线运动，直至卡轴(157)与管片(158)安装孔轴线对齐；向圆法兰液压缸(153)注入液压油，输出端带动卡轴(157)直线运动，直至卡轴(157)与管片(158)安装孔紧密配合为止；给液压马达(101)注入液压油，液压马达(101)的输出轴带动行星齿轮减速器(102)转动，行星齿轮减速器(102)的输出轴即小齿轮(108)轴转动带动回转支承(109)内齿圈转动；回转支撑板(113)与回转支承(109)内齿圈连接，保持同步转动，进而带动后续设备转动，直到管片(158)旋转至安装位置。
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