CN111828028A - 一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘及使用方法，刀盘上的泥饼检测清除装置包括旋转喷头、套筒、伸缩缸、端盖、温度传感器、推力轴承、密封圈及紧固件，刀盘结泥饼时，泥饼区域与开挖面持续摩擦使刀盘温度升高，通过温度传感器监测到异常温升时使刀盘停转，电动阀开启，进行泥饼清除作业。通过与泥饼检测清除装置相连的电磁换向阀调至左位，高压水进入无杆腔，推动伸缩缸缸筒外伸贯入泥饼，当喷口露出套筒时，高压水流推动旋转喷头自转，并将喷头周围的渣土清除；泥饼清理完成后，换向阀调至右位，高压水进入伸缩缸有杆腔使缸筒缩回套筒，实现对刀盘泥饼的检测和自动化的快速清理，避免了带压进仓作业的风险，提高了盾构施工的效率和安全性。

Description

一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘及使用方法

技术领域

本发明涉及盾构装备制造领域，特别是一种适用于清理盾构机刀盘泥饼的带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘及使用方法。

背景技术

泥饼(又称次生岩块)是盾构刀盘切削下来的细小渣土颗粒小颗粒、碎屑在粘结力、压力、温度等因素的综合作用下重新聚集并吸附在刀盘中心区域或刀盘周边开口附近而形成半固体、固体状的粘结物。盾构施工的结泥饼问题是盾构法施工领域内尚未完全解决的一大难题。盾构机刀盘在掘进过程中一旦形成泥饼，就会导致推进油缸推力显著增加、掘进速度降低、渣土排出困难、滚刀偏磨等一系列问题，严重影响着工程的施工进度和工程质量。目前，刀盘结泥饼的处理措施主要有两个：(1)利用刀盘预先布置的冲洗系统喷口进行冲刷。(2)对于冲洗系统无法处理的泥饼，需要人工带压进仓处理。这两种处理方法存在以下缺点：

1、刀盘冲洗喷口布置于刀盘表面，对于硬度高的板结泥饼清理效果差、效率低，而且刀盘掘进时冲洗口容易被切削下来的渣土、岩块等堵塞；

2、人工带压进仓对地质条件有要求，而且耗时长，风险大，效率低。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、能及时清理、省时省力、清理效果好、效率高的带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘及使用方法。

技术方案：本发明的一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，包括经旋转接头与盾构主机相连接的刀盘，在所述的刀盘前部中心位置处设有泥饼检测清除装置，泥饼检测清除装置穿过刀盘面板，通过套筒与刀盘面板连接成为一体；刀盘的后部设有三位四通电磁换向阀和向泥饼检测清除装置提供高压水的进出水管，三位四通电磁换向阀的A口连接泥饼检测清除装置中的无杆腔，B口连接泥饼检测清除装置的有杆腔，P口连接高压水源，T口连接电动阀，电动阀连接单向阀；

所述的泥饼检测清除装置包括旋转喷头、套筒、伸缩缸、端盖、温度传感器、推力轴承、密封圈及紧固件；所述的旋转喷头与伸缩缸通过推力轴承连接在一起，旋转喷头与伸缩缸接触端设有b密封圈，旋转喷头相对缸筒自由旋转：旋转喷头和伸缩缸置于套筒内，并与套筒的端盖固定连接，旋转喷头及伸缩缸在套筒内沿轴线伸缩，旋转喷头与套筒之间设有前密封圈，伸缩缸与套筒之间设有后密封圈。

所述的套筒前部设有实时对刀盘面板温度进行监测的温度传感器。

所述的旋转喷头包括锥形顶盖、与锥形顶盖套合并经螺栓固定在一起的旋转体，锥形顶盖与旋转体套合面上设有a密封圈，旋转体的中部设有与伸缩缸固定相连的中心轴，中心轴上设有中心轴推力轴承。

所述的伸缩缸包括缸筒和与缸筒相配合的缸杆，所述的缸杆内部设有一路通向无杆腔，一路通向有杆腔的过水孔；缸筒的顶部设有多个进入旋转喷头内的过水孔。

所述的旋转体呈阶梯柱，阶梯柱两端内大小孔中的隔板上开有多个过水孔，阶梯柱的大孔孔壁上交替开有多个与阶梯柱大孔相切的平面喷水口和向前倾斜的锥面喷水口。

上述的带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘的使用方法，其特征在于：

将泥饼检测清除装置通过套筒固定安装在刀盘的面板上；将三位四通电磁换向阀的A口和B口与泥饼检测清除装置连接，通过三位四通电磁换向阀的P口连接高压水源，T口依次连接电控阀和单向阀，泥饼检测清除装置所需的水、电均通过刀盘的旋转接头与盾构主机连接；

非工作状态下，三位四通电磁换向阀位于中位，旋转喷头位于套筒内部旋转体上的所有平面和锥面喷水口均被套筒遮蔽，所有喷水口均隐藏在套筒内部，避免被土、砂、石的堵塞；

盾构机掘进中，当出现刀盘结泥饼时，泥饼区域与开挖面持续摩擦使刀盘的温度升高，设在泥饼检测清除装置前部的温度传感器将温度信号传至上位机，当温度升高至50℃时，停止刀盘转动，进行泥饼清除作业；此时电动阀打开，三位四通电磁换向阀调至左位，高压水通过三位四通电磁换向阀的A口进入伸缩缸无杆腔，低压水从有杆腔依次经三位四通电磁换向阀的B口、T口、电动阀和单向阀排出；此时，伸缩缸的缸筒逐渐向外伸出并贯入刀盘结泥饼区域的底部，当旋转喷头上的喷水口露出套筒时，高压水通过水平喷水口和锥形喷水口同时喷射而出，冲刷聚集在刀盘面上的泥饼，旋转喷头在水流的反冲力作用下开始旋转，将旋转喷头周围的渣土清除；同时，喷口从套筒露出后，伸缩缸的无杆腔压力下降，缸筒的驱动力下降，当驱动力不足以克服泥饼阻力和摩擦阻力时，缸筒停止伸出，旋转喷头持续旋转喷射高压水流清理泥饼，直至清理完成；

泥饼清理完成后，三位四通换向阀调至右位，高压水通过三位四通电磁换向阀的B口进入伸缩缸的有杆腔，使缸筒缩回套筒内部，无杆腔中的水从喷水口和三位四通换向阀的A口排出，缩回完毕后，三位四通换向阀调至中位，关闭电动阀，完成一次泥饼清除作业。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明可以实现对刀盘泥饼的检测和自动化的快速清理，避免了带压进仓作业的风险，提高了盾构施工的效率和安全性。与现有技术相比的优点如下：

1)利用刀盘结泥饼后继续掘进导致泥饼区域温度升高的原理，通过监测刀盘温度实现刀盘结泥饼监测，并及时处理；

2)在刀盘上设置泥饼检测清除装置，结构紧凑，占用空间小，随刀盘前行，便于检测清除刀盘上的泥饼；

3)利用高压水同时实现了泥饼检测清除装置中旋转喷头的伸缩和自动旋转，结构简单，性能可靠，使用效果好；

4)通过旋转喷头伸出贯入泥饼，高压水从泥饼内部向外旋转喷射清除泥饼，工作效率高，省时省力；

5)便于与盾构机主系统集成，实现自动化泥饼清除作业，避免人工带压进仓的施工风险。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的泥饼检测、清除装置结构图；

图3(a)是图2中旋转喷头喷口的A-A结构示意图；

图3(b)是图3(a)的B-B结构示意图；

图4是图2中旋转喷头的水流示意图。

图中：泥饼检测清除装置-1，刀盘-2，高压水管-3，高压水管-4，三位四通电磁换向阀-5，电动阀-6，单向阀-7，高压水源-8，刀盘结泥饼区域-9，高压水流的平面喷射面-10，高压水流的锥型喷射面-11；旋转喷头-1.1，前密封圈-1.2，b密封圈-1.3，中心轴-1.4，中心轴推力轴承-1.5，推力轴承-1.6，套筒-1.7，伸缩缸-1.8，后密封圈-1.9，端盖-1.10，螺栓-1.11，温度传感器-1.12，锥形顶盖-1.1.1，a密封圈-1.1.2，螺栓-1.1.3，旋转体-1.1.4，缸筒-1.8.1，缸杆-1.8.2。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明的带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，包括经旋转接头与盾构主机相连接的刀盘2，在所述的刀盘2前部中心位置处设有泥饼检测清除装置1，泥饼检测清除装置1穿过刀盘面板，通过套筒1.7与刀盘面板焊接成为一体；刀盘2的后部设有三位四通电磁换向阀5和向泥饼检测清除装置1提供高压水的进出水管，三位四通电磁换向阀5的A口连接泥饼检测清除装置1中的无杆腔，B口连接泥饼检测清除装置1的有杆腔，P口连接高压水源8，T口连接电动阀6，电动阀6连接单向阀7；三位四通电磁换向阀5、电动阀6、单向阀7均安装在刀盘2上。

如图2所示，所述的泥饼检测清除装置1包括旋转喷头1.1、套筒1.7、伸缩缸1.8、端盖1.8、温度传感器1.12、推力轴承1.6、密封圈及紧固件；所述的旋转喷头1.1与伸缩缸1.8通过推力轴承1.6连接在一起，旋转喷头1.1与伸缩缸1.8接触端设有b密封圈1.3，旋转喷头1.1相对缸筒自由旋转：旋转喷头1.1和伸缩缸1.8置于套筒1.7内，并与套筒1.7的端盖1.10固定连接，旋转喷头1.1及伸缩缸1.8在套筒1.7内沿轴线伸缩，旋转喷头1.1与套筒1.7之间设有前密封圈1.2，伸缩缸1.8与套筒1.7之间设有后密封圈1.9。所述的套筒1.7前部设有实时对刀盘2面板温度进行监测的温度传感器1.12，温度传感器1.12位于套筒壁的前端，经导线与上位机相连。所述的伸缩缸1.8包括缸筒1.8.1和与缸筒1.8.1相配合的缸杆1.8.2，所述的缸杆1.8.2内部设有一路通向无杆腔，一路通向有杆腔的过水孔；缸筒1.8.1的顶部设有多个进入旋转喷头1.1内的过水孔，如图4所示。

所述的旋转喷头1.1包括锥形顶盖1.1.1、与锥形顶盖1.1.1套合并经螺栓1.1.3固定在一起的旋转体1.1.4，锥形顶盖1.1.1与旋转体1.1.4套合面上设有a密封圈1.1.2，旋转体1.1.4的中部设有与伸缩缸1.8固定相连的中心轴1.4，中心轴1.4上设有中心轴推力轴承1.5；所述的旋转体1.1.4呈阶梯柱，阶梯柱两端内大小孔中的隔板上开有多个过水孔，阶梯柱的大孔孔壁上交替开有多个与阶梯柱大孔相切的平面喷水口和向前倾斜的锥面喷水口，图3(a)中平面喷水口的喷水方向与旋转喷头1.1的轴线距离H相当于力臂，在结构允许的范围内，增大轴线距离H有助于增加旋转力矩。轴线距离H与水喷射时的反冲力形成旋转力矩，推动旋转喷头1.1自转，进一步，使旋转喷头1.1喷射的水流对其圆周水平和倾斜两个工作面上的泥饼进行冲洗，将泥饼从刀盘表面全面剥离。

本发明的带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘的使用方法：

将泥饼检测清除装置1通过套筒1.7固定安装在刀盘2的面板上；将三位四通电磁换向阀5的A口和B口与泥饼检测清除装置1连接，通过三位四通电磁换向阀5的P口连接高压水源8，T口依次连接电控阀6和单向阀7，泥饼检测清除装置1所需的水、电均通过刀盘2的旋转接头与盾构主机连接；

非工作状态下，三位四通电磁换向阀5位于中位，旋转喷头1.1位于套筒1.7内部旋转体1.1.4上的所有平面和锥面喷水口均被套筒遮蔽，所有喷水口均隐藏在套筒1.7内部，避免被土、砂、石的堵塞；

盾构机掘进中，当出现刀盘2结泥饼时，泥饼区域与开挖面持续摩擦使刀盘2的温度升高，设在泥饼检测清除装置1前部的温度传感器1.12将温度信号传至上位机，当温度升高至50℃时，使刀盘停止转动，开始进行泥饼清除作业；此时电动阀6打开，三位四通电磁换向阀5调至左位，高压水通过三位四通电磁换向阀5的A口进入伸缩缸1.8无杆腔，低压水从有杆腔依次经三位四通电磁换向阀的B口、T口、电动阀6和单向阀7排出；此时，伸缩缸1.8的缸筒1.8.1逐渐向外伸出并贯入刀盘结泥饼区域9的底部，当旋转喷头1.1上的喷水口露出套筒1.7时，高压水通过水平喷水口和锥形喷水口同时喷射而出，冲刷聚集在刀盘面上的泥饼，旋转喷头1.1在水流的反冲力作用下开始旋转，将旋转喷头1.1周围的渣土清除；水流运动方向如图4所示；同时，喷口从套筒露出后，伸缩缸1.8的无杆腔压力下降，缸筒1.8.1的驱动力下降，当驱动力不足以克服泥饼阻力和摩擦阻力时，缸筒1.8.1停止伸出，旋转喷头1.1持续旋转喷射高压水流清理泥饼，直至清理完成；

泥饼清理完成后，三位四通换向阀5调至右位，高压水通过三位四通电磁换向阀5的B口进入伸缩缸1.8的有杆腔，使缸筒1.8.1缩回套筒1.7内部，无杆腔中的水从喷水口和三位四通换向阀5的A口排出，缩回完毕后，三位四通换向阀5调至中位，关闭电动阀6，完成一次泥饼清除作业。待盾构机掘进工作过程中再次出现刀盘2结泥饼温度升高，使刀盘停止转动时，通过泥饼检测清除装置再次进行泥饼清除作业。

Claims (6)

1.一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，包括经旋转接头与盾构主机相连接的刀盘(2)，其特征在于：在所述的刀盘(2)前部中心位置处设有泥饼检测清除装置(1)，泥饼检测清除装置(1)穿过刀盘面板，通过套筒与刀盘面板连接成为一体；刀盘(2)的后部设有三位四通电磁换向阀(5)和向泥饼检测清除装置(1)提供高压水的进出水管，三位四通电磁换向阀(5)的A口连接泥饼检测清除装置(1)中的无杆腔，B口连接泥饼检测清除装置(1)的有杆腔，P口连接高压水源(8)，T口连接电动阀(6)，电动阀(6)连接单向阀(7)；

所述的泥饼检测清除装置(1)包括旋转喷头(1.1)、套筒(1.7)、伸缩缸(1.8)、端盖(1.8)、温度传感器(1.12)、推力轴承(1.6)、密封圈及紧固件；所述的旋转喷头(1.1)与伸缩缸(1.8)通过推力轴承(1.6)连接在一起，旋转喷头(1.1)与伸缩缸(1.8)接触端设有b密封圈(1.3)，旋转喷头(1.1)相对缸筒自由旋转：旋转喷头(1.1)和伸缩缸(1.8)置于套筒(1.7)内，并与套筒(1.7)的端盖(1.10)固定连接，旋转喷头(1.1)及伸缩缸(1.8)在套筒(1.7)内沿轴线伸缩，旋转喷头(1.1)与套筒(1.7)之间设有前密封圈(1.2)，伸缩缸(1.8)与套筒(1.7)之间设有后密封圈(1.9)。

2.根据权利要求1所述的一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，其特征在于：所述的套筒(1.7)前部设有实时对刀盘(2)面板温度进行监测的温度传感器(1.12)。

3.根据权利要求1所述的一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，其特征在于：所述的旋转喷头(1.1)包括锥形顶盖(1.1.1)、与锥形顶盖(1.1.1)套合并经螺栓(1.1.3)固定在一起的旋转体(1.1.4)，锥形顶盖(1.1.1)与旋转体(1.1.4)套合面上设有a密封圈(1.1.2)，旋转体(1.1.4)的中部设有与伸缩缸(1.8)固定相连的中心轴(1.4)，中心轴(1.4)上设有中心轴推力轴承(1.5)。

4.根据权利要求1所述的一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，其特征在于：所述的伸缩缸(1.8)包括缸筒(1.8.1)和与缸筒(1.8.1)相配合的缸杆(1.8.2)，所述的缸杆(1.8.2)内部设有一路通向无杆腔，一路通向有杆腔的过水孔；缸筒(1.8.1)的顶部设有多个进入旋转喷头(1.1)内的过水孔。

5.根据权利要求3所述的一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘，其特征在于：所述的旋转体(1.1.4)呈阶梯柱，阶梯柱两端内大小孔中的隔板上开有多个过水孔，阶梯柱的大孔孔壁上交替开有多个与阶梯柱大孔相切的平面喷水口和向前倾斜的锥面喷水口。

6.根据权利要求1-5任意项所述的一种带有泥饼检测清除装置的盾构机刀盘的使用方法，其特征在于：

将泥饼检测清除装置(1)通过套筒(1.7)固定安装在刀盘(2)的面板上；将三位四通电磁换向阀(5)的A口和B口与泥饼检测清除装置(1)连接，通过三位四通电磁换向阀(5)的P口连接高压水源(8)，T口依次连接电控阀(6)和单向阀(7)，泥饼检测清除装置(1)所需的水、电均通过刀盘(2)的旋转接头与盾构主机连接；

非工作状态下，三位四通电磁换向阀(5)位于中位，旋转喷头(1.1)位于套筒(1.7)内部旋转体(1.1.4)上的所有平面和锥面喷水口均被套筒遮蔽，所有喷水口均隐藏在套筒(1.7)内部，避免被土、砂、石的堵塞；

盾构机掘进中，当出现刀盘(2)结泥饼时，泥饼区域与开挖面持续摩擦使刀盘(2)的温度升高，设在泥饼检测清除装置(1)前部的温度传感器(1.12)将温度信号传至上位机，当温度升高至50℃时，停止刀盘转动，进行泥饼清除作业；此时电动阀(6)打开，三位四通电磁换向阀(5)调至左位，高压水通过三位四通电磁换向阀(5)的A口进入伸缩缸(1.8)无杆腔，低压水从有杆腔依次经三位四通电磁换向阀的B口、T口、电动阀(6)和单向阀(7)排出；此时，伸缩缸(1.8)的缸筒(1.8.1)逐渐向外伸出并贯入刀盘结泥饼区域(9)的底部，当旋转喷头(1.1)上的喷水口露出套筒(1.7)时，高压水通过水平喷水口和锥形喷水口同时喷射而出，冲刷聚集在刀盘面上的泥饼，旋转喷头(1.1)在水流的反冲力作用下开始旋转，将旋转喷头(1.1)周围的渣土清除；同时，喷口从套筒露出后，伸缩缸(1.8)的无杆腔压力下降，缸筒(1.8.1)的驱动力下降，当驱动力不足以克服泥饼阻力和摩擦阻力时，缸筒(1.8.1)停止伸出，旋转喷头(1.1)持续旋转喷射高压水流清理泥饼，直至清理完成；

泥饼清理完成后，三位四通换向阀(5)调至右位，高压水通过三位四通电磁换向阀(5)的B口进入伸缩缸(1.8)的有杆腔，使缸筒(1.8.1)缩回套筒(1.7)内部，无杆腔中的水从喷水口和三位四通换向阀(5)的A口排出，缩回完毕后，三位四通换向阀(5)调至中位，关闭电动阀(6)，完成一次泥饼清除作业。

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