CN111577304A - 一种能够延长刀具使用寿命的盾构机及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够延长刀具使用寿命的盾构机及其使用方法，盾构机包括主管道，主管道的一端通过限位结构安装有刀盘，主管道内靠近刀盘处设有前盾隔板，前盾隔板与刀盘之间形成土舱，前盾隔板上贯穿设有绞龙输送机；前盾隔板上还设有油缸，油缸的伸缩端与刀盘连接；刀盘包括动力舱及多块辐板，辐板上设有刀具，辐板内设有等离子枪；辐板上还设有硬度检测探头、电控喷头；刀盘还设有环形旋转接头，前盾隔板上设有延伸至环形旋转接头的水管，环形旋转接头上设有连接至电控喷头的喷管。本发明通过等离子枪发出的等离子焰对切削层进行加热，使其产生热损伤，而后喷水处理，在内部热应力的作用下，表层被破坏，进而减少刀具磨损，延长刀具使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种能够延长刀具使用寿命的盾构机及其使用方法。
背景技术
现有的盾构隧道施工中，采用盾构机刀盘上的刀具对土层进行切削，因此，刀具不可避免地要发生磨损，尤其在砂卵石地层、泥岩地层、岩层等硬质地层中时，刀具磨损速度更快。随着刀具磨损程度的增加，刀具切削地层的能力逐渐减弱，当刀具磨损到一定程度时，不得不进行刀具更换。
然而，当盾构机位于地层中进行刀具更换时，通常需要将土舱的清空，为了保持开挖面平衡，土舱的水压力通常较高。换刀操作人员需要进入带有较高水压的土舱内，先将发生磨损的旧刀具松开取出，再将新刀具安装到位。盾构机更换过程复杂，更换效率低，操作人员工作强度高，换刀风险大。
因此，针对刀具磨损快而更换刀具困难这些问题，亟待解决。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供一种能够减轻刀具磨损，延长刀具使用寿命的盾构机及其使用方法，具体方案如下：
一种能够延长刀具使用寿命的盾构机，包括主管道，所述主管道的一端通过限位结构安装有刀盘，主管道内靠近所述刀盘处设有前盾隔板，所述前盾隔板与刀盘之间形成土舱，前盾隔板上贯穿设有由减速电机驱动的绞龙输送机，绞龙输送机的出料口与设置在主管道内的输送机构衔接；所述前盾隔板上还设有油缸，所述油缸的伸缩端通过止推轴承与所述刀盘连接；所述刀盘包括动力舱及安装在所述动力舱周围的多块辐板，辐板之间为进渣缝，辐板上设有刀具，辐板内设有等离子枪，所述等离子枪通过打开或关闭辐板上的电磁门进行启动或关闭；辐板上还设有硬度检测探头、多个用来喷水的电控喷头；所述刀盘靠近所述土舱的一侧还设有环形旋转接头，所述环形旋转接头的一侧固设在刀盘上，环形旋转接头的另一侧通过伸缩杆固设在前盾隔板上，前盾隔板上设有延伸至所述环形旋转接头的水管，所述水管位于土舱内的部分可伸缩，环形旋转接头上设有连接至所述电控喷头的喷管；所述减速电机、油缸、动力舱、电磁门、等离子枪、硬度检测探头以及电控喷头均电性连接至设置在主管道内的控制器。
基于上述，所述前盾隔板上还贯穿设有轴流风机、供气管，所述轴流风机的进风口处设有第一电磁阀，所述供气管的端部延伸至所述刀盘，供气管的出气口设有第二电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀均电性连接至所述控制器。
基于上述，所述轴流风机包括壳体，所述壳体内设有转杆，转杆上设有叶片、从动齿轮，转杆的两端转动设置在轴承上，所述轴承通过支杆固设在壳体内，壳体外设有与所述控制器电性连接的驱动电机，所述驱动电机的输出端设有主动齿轮，所述主动齿轮通过链条与所述从动齿轮连接。
基于上述，所述等离子枪上还设有与所述控制器电性连接的温度检测探头。
基于上述，所述土舱的底部还设有与所述控制器电性连接的压力传感器。
基于上述，所述水管上还设有与所述控制器电性连接的增压泵。
基于上述，所述刀具包括滚刀、刮刀。
基于上述能够延长刀具使用寿命的盾构机，其使用方法包括以下步骤：
a.通过控制器设定好刀盘在对切削过程中所能承受的切削面的最高硬度值,同时设定最高硬度值持续时间为15s；
b.盾构机开始掘进；
c.当硬度检测探头所检测到的切削面的硬度值小于控制器设定的最高硬度值，盾构机持续前进；
d.当硬度检测探头检测到切削面的硬度值大于最高硬度值，并且持续时间超过15s；
e.盾构机停止掘进，等待绞龙输送机将土舱内的渣土向外排出，通过压力传感器监测土舱内的渣土量，同时控制器控制油缸缓慢收缩5-10cm,使得刀盘后退5-10cm；
f.通过控制器打开电磁门，启动等离子枪，采用等离子焰对切削层进行加热处理，同时打开第二电磁阀对切削空间进行供气，打开第一电磁阀、驱动电机对切削空间进行换气，另外，通过温度检测探头监测切削层温度；
g.当切削层的温度超过一定值并持续一段时间后，通过控制器关闭等离子枪，同时关闭电磁门；
h.通过控制器打开电控喷头对切削层进行喷水处理，喷水时间为10-15s；
i.通过控制器关闭电控喷头、驱动电机、第一电磁阀以及第二电磁阀，同时控制油缸缓慢复位，盾构机继续掘进。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：
本发明中，通过在辐板内设置用于检测切削层硬度的硬度检测探头、用于产生等离子焰的等离子枪、温度检测探头、以及用于喷水的电控喷头，前盾隔板上还设有轴流风机、进气管，当遇到较硬的切削层时，可通过启动等离子枪用等离子焰对切削层进行加热，切削层在加热后产生热损伤，表面会出现裂纹，而后对加热后的切削层喷水降温处理，由于内部较热，而表层迅速降温，在内部热应力的作用下，切削层会出现脱落现象，硬度明显降低，由此，减少刀具的磨损，延长刀具使用寿命。
附图说明
图1是本发明的整体结构剖视图。
图2是本发明的外部结构示意图。
图3是本发明中电磁门开启后刀盘的主视图。
图4是本发明中轴流风机的结构示意图。
图5是本发明中滑动限位结构示意图。。
图中：1.主管道；2.刀盘；3.限位结构；4.环形旋转接头；5.水管；6.土舱；6-1.前盾隔板；7.轴流风机；7-1.壳体；7-2.转杆；7-3.叶片；7-4.主动齿轮；7-5.从动齿轮；7-6.链条；7-7.轴承；7-8.支杆；7-9.第一电磁阀；8.驱动电机；9.控制器；10.供气管；10-1.第二电磁阀；11.增压泵；12.油缸；13.压力传感器；14.绞龙输送机；14-1.出料口；14-2.减速电机；15.输送机构；16.辐板；17.电磁门；18.电控喷头；19.动力舱；20.进渣缝；21.等离子枪；22.刮刀；23.滚刀；24.止推轴承；25.伸缩杆；26.温度检测探头；27.硬度检测探头。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例
如图1-图5所示，本发明提供一种能够延长刀具使用寿命的盾构机，包括主管道1，所述主管道1的一端通过限位结构3安装有刀盘2，主管道1内靠近所述刀盘2处设有前盾隔板6-1，所述前盾隔板6-1与刀盘2之间形成土舱6，前盾隔板6-1上贯穿设有由减速电机14-2驱动的绞龙输送机14，绞龙输送机14的出料口14-1与设置在主管道1内的输送机构15衔接；所述前盾隔板6-1上还设有油缸12，所述油缸12的伸缩端通过止推轴承24与所述刀盘2连接。
上述刀盘2包括动力舱19及安装在所述动力舱19周围的多块辐板16，辐板16之间为进渣缝20，辐板16上设有刀具，辐板16内设有等离子枪21，所述等离子枪21通过打开或关闭辐板16上的电磁门17进行启动或关闭；辐板16上还设有硬度检测探头27、多个用来喷水的电控喷头18。
刀盘2靠近所述土舱6的一侧还设有环形旋转接头4，所述环形旋转接头4的一侧固设在刀盘2上，环形旋转接头4的另一侧通过伸缩杆25固设在前盾隔板6-1上，前盾隔板6-1上设有延伸至所述环形旋转接头4的水管5，所述水管5位于土舱6内的部分可伸缩，环形旋转接头4上设有连接至所述电控喷头18的喷管；
为便于对盾构机进行智能化控制，所述减速电机14-2、油缸12、动力舱19、电磁门17、等离子枪21、硬度检测探头27以及电控喷头18均电性连接至设置在主管道1内的控制器9。
所述前盾隔板6-1上还贯穿设有轴流风机7、供气管10，所述轴流风机7的进风口处设有第一电磁阀7-9，所述供气管10的端部延伸至所述刀盘2，供气管10的出气口设有第二电磁阀10-1，所述第一电磁阀7-9、第二电磁阀10-1均电性连接至所述控制器9。
为保证轴流风机7的工作效率，轴流风机7采用电机外置式轴流风机7，其包括壳体7-1，壳体7-1内设有转杆7-2，转杆7-2上设有叶片7-3、从动齿轮7-5，转杆7-2的两端转动设置在轴承7-7上，所述轴承7-7通过支杆7-8固设在壳体7-1内，壳体7-1外设有与所述控制器9电性连接的驱动电机8，所述驱动电机8的输出端设有主动齿轮7-4，所述主动齿轮7-4通过链条7-6与所述从动齿轮7-5连接。
在等离子枪21上还设有与所述控制器9电性连接的温度检测探头26，以便于对等离子枪21发出的等离子焰进行加热的切削层的温度进行监控。
在土舱6的底部还设有与所述控制器9电性连接的压力传感器13。
为便于对电控喷头18喷水速度进行调节，所述水管5上还设有与所述控制器9电性连接的增压泵11。
需要说明的是，上述刀具包括滚刀23、刮刀22。
根据上述能够延长刀具使用寿命的盾构机，其使用方法包括以下步骤：
a.通过控制器9设定好刀盘2在对切削过程中所能承受的切削面的最高硬度值,同时设定最高硬度值持续时间为15s；
b.盾构机开始掘进；
c.当硬度检测探头27所检测到的切削面的硬度值小于控制器9设定的最高硬度值，盾构机持续前进；
d.当硬度检测探头27检测到切削面的硬度值大于最高硬度值，并且持续时间超过15s；
e.盾构机停止掘进，等待绞龙输送机14将土舱6内的渣土向外排出，同时通过压力传感器13监测土舱6内的渣土量，控制器9控制油缸12缓慢收缩5-10cm,使得刀盘2后退5-10cm；
f.通过控制器9打开电磁门17，启动等离子枪21，采用等离子焰对切削层进行加热处理，同时打开第二电磁阀10-1对切削空间进行供气，打开第一电磁阀7-9、驱动电机8对切削空间进行换气，另外，通过温度检测探头26监测切削层温度；
g.当切削层的温度超过一定值并持续一段时间后，通过控制器9关闭等离子枪21，同时关闭电磁门17；
h.通过控制器9打开电控喷头18对切削层进行喷水处理，喷水时间为10-15s；
i.通过控制器9关闭电控喷头18、驱动电机8、第一电磁阀7-9以及第二电磁阀10-1，同时控制油缸12缓慢复位，盾构机继续掘进。
本发明工作原理：本发明通过在辐板内设置用于检测切削层硬度的硬度检测探头、用于产生等离子焰的等离子枪、温度检测探头、以及用于喷水的电控喷头，前盾隔板上还设有轴流风机、进气管，当遇到较硬的切削层时，可通过启动等离子枪用等离子焰对切削层进行加热，切削层在加热后产生热损伤，表面会出现裂纹，而后对加热后的切削层喷水降温处理，由于内部较热，而表层迅速降温，由于不能完全自由胀缩，表层会出现脱落现象，硬度也明显降低，由此，减少刀具的磨损，延长刀具使用寿命。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：包括主管道（1），所述主管道（1）的一端通过限位结构（3）安装有刀盘（2），主管道（1）内靠近所述刀盘（2）处设有前盾隔板（6-1），所述前盾隔板（6-1）与刀盘（2）之间形成土舱（6），前盾隔板（6-1）上贯穿设有由减速电机（14-2）驱动的绞龙输送机（14），绞龙输送机（14）的出料口（14-1）与设置在主管道（1）内的输送机构（15）衔接；所述前盾隔板（6-1）上还设有油缸（12），所述油缸（12）的伸缩端通过止推轴承（24）与所述刀盘（2）连接；所述刀盘（2）包括动力舱（19）及安装在所述动力舱（19）周围的多块辐板（16），辐板（16）之间为进渣缝（20），辐板（16）上设有刀具，辐板（16）内设有等离子枪（21），所述等离子枪（21）通过打开或关闭辐板（16）上的电磁门（17）进行启动或关闭；辐板（16）上还设有硬度检测探头（27）、多个用来喷水的电控喷头（18）；所述刀盘（2）靠近所述土舱（6）的一侧还设有环形旋转接头（4），所述环形旋转接头（4）的一侧固设在刀盘（2）上，环形旋转接头（4）的另一侧通过伸缩杆（25）固设在前盾隔板（6-1）上，前盾隔板（6-1）上设有延伸至所述环形旋转接头（4）的水管（5），所述水管（5）位于土舱（6）内的部分可伸缩，环形旋转接头（4）上设有连接至所述电控喷头（18）的喷管；所述减速电机（14-2）、油缸（12）、动力舱（19）、电磁门（17）、等离子枪（21）、硬度检测探头（27）以及电控喷头（18）均电性连接至设置在主管道（1）内的控制器（9）。
2.根据权利要求1所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：所述前盾隔板（6-1）上还贯穿设有轴流风机（7）、供气管（10），所述轴流风机（7）的进风口处设有第一电磁阀（7-9），所述供气管（10）的端部延伸至所述刀盘（2），供气管（10）的出气口设有第二电磁阀（10-1），所述第一电磁阀（7-9）、第二电磁阀（10-1）均电性连接至所述控制器（9）。
3.根据权利要求2所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：所述轴流风机（7）包括壳体（7-1），所述壳体（7-1）内设有转杆（7-2），转杆（7-2）上设有叶片（7-3）、从动齿轮（7-5），转杆（7-2）的两端转动设置在轴承（7-7）上，所述轴承（7-7）通过支杆（7-8）固设在壳体（7-1）内，壳体（7-1）外设有与所述控制器（9）电性连接的驱动电机（8），所述驱动电机（8）的输出端设有主动齿轮（7-4），所述主动齿轮（7-4）通过链条（7-6）与所述从动齿轮（7-5）连接。
4.根据权利要求3所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：所述等离子枪（21）上还设有与所述控制器（9）电性连接的温度检测探头（26）。
5.根据权利要求4所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：所述土舱（6）的底部还设有与所述控制器（9）电性连接的压力传感器（13）。
6.根据权利要求5所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：所述水管（5）上还设有与所述控制器（9）电性连接的增压泵（11）。
7.根据权利要求6所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机，其特征在于：所述刀具包括滚刀（23）、刮刀（22）。
8.根据权利要求7所述的能够延长刀具使用寿命的盾构机的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
a.通过控制器（9）设定好刀盘（2）在对切削过程中所能承受的切削面的最高硬度值,同时设定最高硬度值持续时间为15s；
b.盾构机开始掘进；
c.当硬度检测探头（27）所检测到的切削面的硬度值小于控制器（9）设定的最高硬度值，盾构机持续前进；
d.当硬度检测探头（27）检测到切削面的硬度值大于最高硬度值，并且持续时间超过15s；
e.盾构机停止掘进，等待绞龙输送机（14）将土舱（6）内的渣土向外排出，通过压力传感器（13）监测土舱（6）内的渣土量，同时控制器（9）控制油缸（12）缓慢收缩5-10cm,使得刀盘（2）后退5-10cm；
f.通过控制器（9）打开电磁门（17），启动等离子枪（21），采用等离子焰对切削层进行加热处理，同时打开第二电磁阀（10-1）对切削空间进行供气，打开第一电磁阀（7-9）、驱动电机（8）对切削空间进行换气，另外，通过温度检测探头（26）监测切削层温度；
g.当切削层的温度超过一定值并持续一段时间后，通过控制器（9）关闭等离子枪（21），同时关闭电磁门（17）；
h.通过控制器（9）打开电控喷头（18）对切削层进行喷水处理，喷水时间为10-15s；
i.通过控制器（9）关闭电控喷头（18）、驱动电机（8）、第一电磁阀（7-9）以及第二电磁阀（10-1），同时控制油缸（12）缓慢复位，盾构机继续掘进。
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