CN112282777A - 盾构机用强力涡流脉冲射流系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工掘进机械设备技术领域，涉及一种盾构机用强力涡流脉冲射流系统，包括高压水发生装置、涡流脉冲发生器，高压水发生装置的高压出水端通过高压软管连接脉冲射流喷头装置的高压进水端；涡流脉冲发生器通过脉冲信号传输电缆与脉冲射流喷头装置的压电陶瓷换能器相连接，压电陶瓷换能器下部固定连接喷头体组件，喷头体组件与刀盘固定连接，刀盘上安装刮刀，压电陶瓷换能器的底部安装变幅杆，变幅杆的下端伸入喷头体组件内并延伸至喷嘴处。该涡流脉冲射流系统不仅可以提高破碎岩石的效果以大大提高掘进速度，还可以自动清洗盾构机刀盘、刀头及防止结泥饼，使盾构机在掘进过程中更加高效完善。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工掘进机械设备技术领域，涉及一种盾构机用强力涡流脉冲射流系统。
背景技术
盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械。目前地下工程采用盾构机进行隧道施工越来越广泛，盾构机前部的主要部件是：最前方是刀盘，刀盘的后面有前盾切口环以及土仓等。刀盘上安装有刮刀、滚刀、先行刀等多种刀具，刀盘上开孔形成进渣口。工作时，在刀盘的旋转力和轴向推进力的驱动下，安装在刀盘上的滚刀、刮刀完成对岩石土体的挖掘和切削；7刀盘辐条上的刮刀前刀面则与前方的岩石土体迎面接触将其刮落，使其进入刮刀前方的刀盘进渣口，再进入土仓中。作为盾构机关键设备之一的刀盘装置其结构、掘进方法将直接影响盾构机的性能和掘进效率。目前所有盾构机的掘进方法均采用安装在刀盘上的滚刀、刮刀靠刀盘的旋转力和轴向推进力的驱动下完成对岩石土体的挖掘和切削的掘进方法，因此对刀盘刀具的设计以及不同地质条件，刀盘及刀具的设计也极大地影响了盾构机的工作效率，针对不同的地层结构，需采用不同的刀具布置。影响了掘进效率，容易损伤刀盘、滚刀和刮刀。 因此，设计出能提高掘进效率，适合各种地质条件的快速掘进方法，具有很大的意义。本发明盾构机涡流强力脉冲射流快速掘进方法与系统具有多种优点，能满足各种地质条件下的快速掘进要求。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种盾构机用强力涡流脉冲射流系统，该涡流脉冲射流系统不仅可以提高破碎岩石的效果以大大提高掘进速度，还可以自动清洗盾构机刀盘、刀头及防止结泥饼，使盾构机在掘进过程中更加高效完善。
按照本发明的技术方案：一种盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：包括高压水发生装置、涡流脉冲发生器，高压水发生装置的高压出水端通过高压软管连接脉冲射流喷头装置的高压进水端；
涡流脉冲发生器通过脉冲信号传输电缆与脉冲射流喷头装置的压电陶瓷换能器相连接，压电陶瓷换能器下部固定连接喷头体组件，喷头体组件与刀盘固定连接，刀盘上安装刮刀，压电陶瓷换能器的底部安装变幅杆，变幅杆的下端伸入喷头体组件内并延伸至喷嘴处。
作为本发明的进一步改进，所述喷头体组件包括喷头底座，喷头底座上安装喷头体，喷头体的振荡腔内安装谐振环，喷头体上安装喷嘴，喷头底座安装于刀盘上。
作为本发明的进一步改进，所述喷嘴呈前窄后宽的锥台状。
作为本发明的进一步改进，所述喷头底座包括相互垂直连通的竖直通道和水平通道，变幅杆延伸于竖直通道内，水平通道的外端弯折后与高压软管密封连接。
作为本发明的进一步改进，所述喷头底座安装于刀盘辐条上径向相邻的两个刮刀中间位置。
作为本发明的进一步改进，所述喷头体开设有锥槽，喷嘴安装于锥槽内。
作为本发明的进一步改进，所述高压水发生装置采用三柱塞往复式高压泵。
作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷换能器对应于脉冲信号传输电缆的输入端设置冷却器。
本发明的技术效果在于：本发明产品结构合理巧妙，在现有盾构机的基础上增加脉冲射流喷头装置，盾构机刀盘旋转和推进时，在滚刀、先行刀切削岩石的同时，脉冲射流喷头装置的喷嘴向滚刀和刮刀切削的岩石表面强力喷射涡流脉冲射流，对岩石进行强力脉冲破碎和切屑，从而在岩石表面产生裂纹，被破碎和产生裂纹的岩石，滚刀、刮刀和强力脉冲射流的作用下，快速破碎，从而达到快速掘进的效果。破碎下来的渣土，相对刀盘做圆周运动，由于径向相邻的两刮刀前方的中间位置设置有涡流强力脉冲射流喷嘴，从而两刮刀间隙正前方的渣土受到脉冲射流的冲击与疏导，该部分渣土的流动路径向内外两侧发生改变，使其正好流向刮刀所在位置，这部分渣土也经过刮刀的刮削进入土仓，刮刀的刮削作用得到了充分体现，提高了渣土进入土仓的速度，提高了掘进速度；同时减少了漏刮渣土对刮刀后方刀盘的冲击和磨损，延长了刀盘的使用寿命；并且脉冲射流对滚刀和刮刀的冲击作用，减少渣土的粘结性，减少在滚刀和刮刀上的结泥饼，使其在土仓中不易堆积，更易排出，从而提高刀具使用效率和施工效率。且本发明所采用的涡流强力脉冲射流快速掘进方法与系统，结构简单，安装使用方便，不需要对现有的盾构机作任何的改变。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中脉冲射流喷头装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1、2中，包括涡流脉冲发生器1、脉冲信号传输电缆2、冷却器3、脉冲射流喷头装置4、高压水发生装置5、高压软管6、压力调节阀7、压电陶瓷换能器8、变幅杆9、喷头组件10、喷头底座10-1、喷头体10-2、刀盘11、刮刀12、喷嘴13等。
如图1所示，本发明是一种一种盾构机用强力涡流脉冲射流系统，包括高压水发生装置5、涡流脉冲发生器1，涡流脉冲发生器1可以设置于高压水发生装置5的顶部，高压水发生装置5采用三柱塞往复式高压泵。
高压水发生装置5的高压出水端通过高压软管6连接脉冲射流喷头装置4的高压进水端。
如图2所示，涡流脉冲发生器1通过脉冲信号传输电缆2与脉冲射流喷头装置4的压电陶瓷换能器8相连接，压电陶瓷换能器8下部固定连接喷头体组件10，喷头体组件10与刀盘11固定连接，刀盘11上安装刮刀12，压电陶瓷换能器8的底部安装变幅杆9，变幅杆9的下端伸入喷头体组件10内并延伸至喷嘴13处。喷嘴13呈前窄后宽的锥台状，合理均布的安装在盾构机挖刀和切刀旁。
喷头体组件10包括喷头底座10-1，喷头底座10-1上安装喷头体10-2，喷头体10-2的振荡腔内安装谐振环，喷头体10-2上安装喷嘴13，喷头底座10-1安装于刀盘11上，在刀盘11辐条上径向相邻的两个刮刀12的中间位置。喷嘴13的具体安装方式如下：喷头体10-2开设有锥槽，喷嘴13安装于锥槽内。喷嘴13的顶面和侧面略超出喷头体10-2，喷头体10-2的最大宽度等于或大于径向相邻的两刮刀12之间的间隙宽度，且喷头体10-1的轴线距刀盘11中心的距离与两刮刀12间隙的中心距刀盘11中心的距离相等。这样，能够更好的保证两刮刀12间隙前方的渣土均能被涡流强力脉冲射流喷嘴阻挡、疏导至刮刀位置而被刮削，进一步提高了导流效果。
在具体结构上，喷头体10-2呈前窄后宽且前低后高（即喷头体离刮刀更远的部位更窄更低，更靠近刮刀的部位 更宽更高）的锥台状。
喷头底座10-1包括相互垂直连通的竖直通道和水平通道，变幅杆9延伸于竖直通道内，水平通道的外端弯折后与高压软管6密封连接。
喷头底座10-1安装于刀盘11辐条上径向相邻的两个刮刀12中间位置，压电陶瓷换能器8对应于脉冲信号传输电缆2的输入端设置冷却器3。
盾构机在工作时，刀盘11正、反转交替旋转，刀盘11同一辐条上的两侧背靠背排列有两排刮刀12，对应于这两排刮刀12，脉冲射流喷头装置4也有背靠背（即近端与近端相对）的两排均布安装。
盾构机刀盘11的旋转和推进时，在滚刀、刮刀切削岩石的同时，脉冲射流喷头装置的喷嘴13向滚刀和刮刀切削的岩石表面强力喷射涡流脉冲射流，对岩石进行强力脉冲破碎和切屑，从而在岩石表面产生裂纹，被破碎和产生裂纹的岩石，滚刀、刮刀和强力脉冲射流的作用下，快速破碎，从而达到快速掘进的效果。破碎下来的渣土，相对刀盘做圆周运动，由于径向相邻的两刮刀前方的中间位置设置有涡流强力脉冲射流喷嘴，从而两刮刀间隙正前方的渣土受到脉冲射流的冲击与疏导，该部分渣土的流动路径向内外两侧发生改变，使其正好流向刮刀所在位置，这部分渣土也经过刮刀的刮削进入土仓，刮刀的刮削作用得到了充分体现，提高了渣土进入土仓的速度，提高了掘进速度；同时减少了漏刮渣土对刮刀后方刀盘的冲击和磨损，延长了刀盘11的使用寿命；并且脉冲射流对滚刀和刮刀的冲击作用，减少渣土的粘结性，减少在滚刀和刮刀上的结泥饼，使其在土仓中不易堆积，更易排出，从而提高刀具使用效率和施工效率。且本发明所采用的涡流强力脉冲射流快速掘进方法与系统，结构简单，安装使用方便，不需要对现有的盾构机作任何的改变。
Claims (8)
1.一种盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：包括高压水发生装置（5）、涡流脉冲发生器（1），高压水发生装置（5）的高压出水端通过高压软管（6）连接脉冲射流喷头装置（4）的高压进水端；
涡流脉冲发生器（1）通过脉冲信号传输电缆（2）与脉冲射流喷头装置（4）的压电陶瓷换能器（8）相连接，压电陶瓷换能器（8）下部固定连接喷头体组件（10），喷头体组件（10）与刀盘（11）固定连接，刀盘（11）上安装刮刀（12），压电陶瓷换能器（8）的底部安装变幅杆（9），变幅杆（9）的下端伸入喷头体组件（10）内并延伸至喷嘴（13）处。
2.如权利要求1所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述喷头体组件（10）包括喷头底座（10-1），喷头底座（10-1）上安装喷头体（10-2），喷头体（10-2）的振荡腔内安装谐振环，喷头体（10-2）上安装喷嘴（13），喷头底座（10-1）安装于刀盘（11）上。
3.如权利要求1或2所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述喷嘴（13）呈前窄后宽的锥台状。
4.如权利要求2所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述喷头底座（10-1）包括相互垂直连通的竖直通道和水平通道，变幅杆（9）延伸于竖直通道内，水平通道的外端弯折后与高压软管（6）密封连接。
5.如权利要求1所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述喷头底座（10-1）安装于刀盘（11）辐条上径向相邻的两个刮刀（12）中间位置。
6.如权利要求2所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述喷头体（10-2）开设有锥槽，喷嘴（13）安装于锥槽内。
7.如权利要求1所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述高压水发生装置（5）采用三柱塞往复式高压泵。
8.如权利要求1所述的盾构机用强力涡流脉冲射流系统，其特征在于：所述压电陶瓷换能器（8）对应于脉冲信号传输电缆（2）的输入端设置冷却器（3）。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113997211A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-01 | 中铁工程装备集团有限公司 | 直接内置式超声振动辅助的水射流喷头 |
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- 2020-11-19 CN CN202011297130.8A patent/CN112282777A/zh active Pending
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