CN112727490B - 一种开口率可调的顶管机头及泥水平衡顶管机 - Google Patents

Abstract

一种开口率可调的顶管机头及泥水平衡顶管机涉及非开挖领域，包括顶管机头，二次破碎装置、驱动系统、框架结构；顶管机头上开设有若干个第一进泥孔，若干个开口率调节装置，每个所述第一进泥孔对应一个所述开口率调节装置，所述开口率调节装置用于堵塞或者开放所述第一进泥孔；其中，所述开口率调节装置于所述第一进泥孔内相对运动。本发明所采用的结构可以关闭或者开放顶管机头的进泥口，同时本发明在进泥口发生堵塞的情况下可以对进泥口进行疏通，有效减轻机头表面的受力，防止机头因为重压受损。

Description

一种开口率可调的顶管机头及泥水平衡顶管机

技术领域

本发明涉及非开挖领域，尤其涉及一种开口率可调的顶管机头及泥水平衡顶管机。

背景技术

随着城市化的发展，排水管道的建设每年增加。由于管道非开挖技术具有无需开挖土地面层即可进行管道铺设的优点，施工时对地面建筑物影响小，可有效降低施工的干扰问题。管道铺设非开挖技术应用越来越广泛，其中顶管机作为一种管道铺设非开挖技术的典型设备，渐渐成为现代城市建设地下管线施工或水环境工程截流管网施工的主要设备之一。

例如，授权公告号为CN103397891B的中国发明专利公开了一种泥水平衡顶管机的切削刀盘，该切削刀盘包括一设置于顶管机的切削外壳前端的圆形箱式刀盘面板，六个设置于刀盘面板前部的辐条，以及一座设置于刀盘面板中心位置的中心刀；辐条自刀盘面板的中心向边缘方向呈放射状均匀排列，以将刀盘面板分割成六个面积相等的区域；每一辐条两侧呈八字形对称设置有若干对切削刀，且一部分成对的切削刀之间设置有先行刀；在刀盘面板的其中两个区域，以中心刀为对称中心对称地设置有两个能开闭的圆形进土口；在刀盘面板的剩余四个区域内各设置有一矩形开口，每一矩形开口的两侧呈一字形对称设置有若干对刮刀，刮刀之间为狭长的进土口。本发明既能适用于纯砂土层又适用于复杂土层，可以广泛应用于各种泥水平衡顶管机。

但本申请发明人发现上述技术方案至少存在如下技术问题：

1、上述技术方案中采用的两个进土口中心对称设置，且能控制开闭，一旦关闭其中一个就立即损失一半的开口率，且两个进土口相距较远，在切屑刀盘工作的过程中关闭其中一个进土口的情况下，会使得刀盘表面受力不均，无法做到表面受力的合理分散，从而导致刀面受损的情况出现，开口率的调节是为了使刀盘适应复合地质层，开口率在调节时不应该是大幅度的；2、上述技术方案中对于刀盘的进土口没有设置合理的清洁结构，圆形的开口很容易发生堵塞，若泥土堵塞进土口，可能需要人为进行清除，人力成本大，且存在一定的危险性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种开口率可调的顶管机头及泥水平衡顶管机，本发明所采用的结构可以关闭或者开放顶管机头的进泥口，同时本发明在进泥口发生堵塞的情况下可以对进泥口进行疏通，有效减轻机头表面的受力，防止机头因为重压受损。

一种开口率可调的顶管机头，包括刀盘框架、设置于所述刀盘框架上的滚刀结构及设置于所述刀盘框架上的刮刀结构，还包括有：若干个第一进泥孔，开设于所述刀盘框架上，所述第一进泥孔贯穿所述刀盘框架；若干个开口率调节装置，固定设置于所述刀盘框架位于设置有所述刮刀结构一侧相对的另一侧，每个所述第一进泥孔对应一个所述开口率调节装置，所述开口率调节装置用于堵塞或者开放所述第一进泥孔；其中，所述开口率调节装置于所述第一进泥孔内相对运动。

作为上述技术方案的优选，所述开口率调节装置包括推杆结构及用于推动所述推杆结构的工作液压缸，所述工作液压缸通过连接块与所述刀盘框架固定连接；所述开口率调节装置上设置有泥石间隙，当所述推杆结构缩入所述工作液压缸后，泥石通过泥石间隙离开所述开口率调节装置。

作为上述技术方案的优选，所述第一进泥孔以所述刀盘框架中心点为圆心的圆的圆周上均匀分布，所述第一进泥孔的数量为偶数。

作为上述技术方案的优选，所述滚刀结构包括若干个双刃滚刀及若干个边缘滚刀，若干个所述双刃滚刀于所述刀盘框架的直径线上呈一字型均匀分布，若干个所述边缘滚刀在以所述刀盘框架的中心点为圆心的圆的圆周上均匀分布。

一种泥水平衡顶管机，包括上述技术方案所提到的开口率可调的顶管机头，还包括有二次破碎装置、与所述二次破碎装置传动连接的驱动系统、用于架设所述二次破碎装置的框架结构；

作为上述技术方案的优选，所述二次破碎装置与所述的开口率可调的顶管机头固定连接并形成一个用于进一步处理泥石的破碎仓；所述破碎仓下方还设置有泥水仓，所述泥水仓的一侧设置有排泥泵。

作为上述技术方案的优选，所述二次破碎装置包括主轴、设置于所述主轴外围的破碎臂及用于将所述主轴架设于所述框架结构上的主轴架；所述破碎臂的数量至少为两个，均匀设置于所述主轴的外壁上。

作为上述技术方案的优选，所述框架结构包括主壳体及套接在所述主壳体远离所述的开口率可调的顶管机头一侧的次壳体，所述次壳体与所述主壳体连接处设置有楔形密封圈。

作为上述技术方案的优选，所述二次破碎装置与所述泥水仓交界处还设置有泥石滤板，所述泥石滤板上开设有第二进泥孔。

作为上述技术方案的优选，所述的泥水平衡顶管机内还开设有直接通往所述的开口率可调的顶管机头的人行通道。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明所提到的顶管机头由于设置有开口率调节装置对进泥口堵塞或者开放，可以根据需要控制顶管机头的开口率，使在不更换刀盘的前提下使顶管机适应各种不同的地层结构，有效降低施工成本；

2、本发明所采用的的开口率调节装置在进泥口发生堵塞的情况下，该结构还可以充当清理结构，解除第一进泥口的堵塞状态，进而使堵住的第一进泥口重新工作缓解顶管机头表面的压力；

3、进一步的本发明所采提到的顶管机会对通过顶管机头进入顶管机的泥石进行二次破碎及筛选，使破碎后的砾石、岩石半径基本达到要求，在通过排泥管道流出时不会堵塞排泥系统；

4、进一步的本发明采用了多种密封结构来防止泥石渗入机构的重要部件，有效延长机体的使用寿命。

附图说明

图1为本申请实施例顶管机头刀盘面结构示意图；

图2为本申请实施例顶管机结构示意图；

图3为图2中A区放大图；

图4为图2中B去放大图；

图5为本申请实施例破碎仓与泥水仓交界处结构示意图；

图6为本申请中一种开口率调节装置结构示意图；

图7为本申请中另一种开口率调节装置结构示意图。

具体实施方式

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

下面结合实施例对本发明作进一步的解释：

实施例一：

一种开口率可调的顶管机头，请参照图1及图6所述的顶管机头包括刀盘框架110及呈辐射状架设在所述刀盘框架110上的刀具，刀具通过高强度螺栓和压块装配于盘面上，刀具包括滚刀结构120以及刮刀结构130，刀盘框架110上还开设有供顶管机头钻出的泥石进入的第一进泥孔140；刀盘框架110的整体轮廓呈圆形，刀盘框架110上架设的滚刀结构120包括双刃滚刀121及边缘滚刀122，其中，双刃滚刀121的数量为六个，双刃滚刀121于刀盘框架110的直径线上呈一字型均匀分布，径向布置主要考虑相邻双刃滚刀121之间刀间距的确定，力求取得最佳的破岩效果，边缘滚刀122设置在刀盘框架110的边缘处数量也为六个，边缘滚刀122在以刀盘框架110的中心点为圆心的圆的圆周上均匀分布，周向布置主要考虑各边缘滚刀122的相位角的确定，力求使每把边缘滚刀122所负担的破岩量大致平衡，以减少震动，改善顶管机头结构件受力和延长刀具的使用寿命；第一进泥孔140的数量为六个，设置于六个双刃滚刀121所形成的双刃滚刀带的两侧，同时六个第一进泥孔140孔中心点皆均匀分布于以所述刀盘框架110的中心点为圆心的圆的圆周上；刀盘框架110上架设的刮刀结构130包括圆弧刮刀131及盘中区刮刀组132，所述圆弧刮刀131设置于刀盘框架110的边缘处，并位于两个相邻的边缘滚刀122之间，盘中区刮刀组132设置于两个相邻的第一进泥孔140之间，这边需要说明的一点是，由于双刃滚刀121呈一字型分布刀盘框架110的直径线上，故而必定有两片两个相邻的边缘滚刀122之间的区域被双刃滚刀121占据不能设置圆弧刮刀131，同理有两片两个相邻的第一进泥孔140之间的区域被双刃滚刀121占据不能设置盘中区刮刀组132，圆弧刮刀131以及盘中区刀组132设置于刀盘框架110的同一侧面上；本实施例所提到的一种开口率可调的顶管机头还包括有六个开口率调节装置150，设置于刮刀结构130所在侧的相对侧，位于六个第一进泥孔140的后端，每个第一进泥孔140对应一个开口率调节装置150，所述开口率调节装置150包括工作液压缸152、在所述工作液压缸152中做定向限位移动的推杆结构151及柱塞泵（图中未标出），推杆结构151呈两段式结构，顶端段为圆台形其余段为圆柱形，圆柱形段的截面轮廓与第一进泥孔140的轮廓相适配，圆台形段的设置为了更好地引导推杆结构151进入第一进泥孔140，还可以有效防止推杆结构151在第一进泥孔140内部卡住，当然推杆结构151的形状不局限于上述形状，但结构需满足可以闭塞第一进泥孔140这一条件；所述开口率调节装置150上设置有泥石间隙，当所述推杆结构151缩入所述工作液压缸152后，泥石通过泥石间隙离开所述开口率调节装置150。开口率调节装置150的工作原理如下：工作液压缸152与推杆结构151形成活塞机构，在正常工作状态下，柱塞泵提供流量，此时工作液压缸152中，无杆腔压强较大，推杆结构151被推出，并将第一进泥孔140封堵，进而实现顶管机头的开口率从大到小变化；将柱塞泵连通有杆腔，回油路变成进油路，有杆腔压强大于无杆腔，此时工作状态为回程，推杆结构151回退，与第一进泥孔140相互分离，使第一进泥孔140再次开放，本实施例中每个第一进泥孔140对于整个顶管机头来说开口率为2.5%，第一进泥孔140成对开放或者关闭，也就是说本实施例可以实现顶管机头的开口率从5%、10%及15%之间相互转换，以适应不同地层结构；在顶管机头使用过程中，可能会出现长时间停机等情况使得第一进泥孔140中的泥土固化等原因完全堵塞第一进泥孔140的情况，尤其是这种圆形的孔洞特别容易出现堵塞的情况，此时开口率调节装置150通过控制不停地对第一进泥孔140中堵塞的泥石施加压力，使泥石与第一进泥孔140相互分离，从而防止了因为堵塞的原因使得整个顶管机头无法正常工作的情况；在本实施例中，开口率调节装置150的工作液压缸152的外轮廓截面呈矩形，而内部工作腔体呈圆柱形，所述开口率调节装置150还包括有四根“L”型连接块153，工作液压缸152通过“L”型连接块153与一种开口率可调的顶管机头的后盘面相连接，这里为方便解释引入前盘面及后盘面概念，后盘面指所述的开口率可调的顶管机头连接有开口率调节装置150的端面，前盘面指设置有刮刀结构130的端面；当推杆结构151退出第一进泥孔140后，泥土通过开口率调节装置150与后盘面之间形成的泥石间隙进入带有本实施例的开口率可调的顶管机头的泥水平衡顶管机中进行下一步处理。

一种泥水平衡的顶管机，请参照图2，包括上述实施例所提到的开口率可调的顶管机头，还包括有二次破碎装置200、用于驱动二次破碎装置200转动的驱动系统300以及用于架设各功能机构的框架结构400，二次破碎装置200包括主轴210及均匀设置在主轴210外围由主轴带动转动的三根破碎臂220，破碎臂220呈一端倾斜斜向顶管机头设置，三个破碎臂220与顶管机头固定连接形成一个三棱锥型的破碎仓a，顶管机头的开口率调节装置150置于所述破碎仓a内，也就是说主轴210、三个破碎臂220以及顶管机头固定连接，可以理解为本实施例顶管机的顶管机头由主轴210控制转动；在破碎过程中，初次破碎由刀盘框架110上的刀具进行破碎，二次破碎是在破碎仓a内由顶管机头、破碎臂220与外壳上的破碎条（图中未标出）完成，破碎臂220对进入破碎仓a的石块产生巨大的扭矩，使得石块破碎成直径40毫米左右的碎石；请参照图5，位于破碎仓a的下方还设置有泥水仓b，泥水仓b与二次破碎装置200的交界处设置有泥石过滤板500，泥石过滤板500上开设有多个用于筛选的第二进泥孔510，破碎臂220进一步破碎的碎石经过粉碎通过泥石过滤板500上的第二进泥孔510的过滤进入泥水仓b，泥水仓b的另一侧连接有排泥泵800，排泥泵800将泥石吸入进排泥管道，通过排泥管道运输出顶管机，经过二次破碎后的砾石、岩石半径基本达到要求，不会堵塞排泥系统。泥水仓b与破碎仓a的后方为顶管机的动力舱c，所述驱动系统300固定设置于动力舱c内，为方便检修或者方便换刀，所述动力舱c上开设有方便工作人员进入破碎仓a内的人工通道700。

请参照图3，在超长距离的顶管作业中，最容易损坏的就是主轴210的密封，在本实施例中，如图 中所示，采用二组共七道聚氨酯密封圈211密封，两组分别为三道及四道聚氨酯密封圈211，在两组之间还设置有油脂密封圈212，采用迷宫密封、旋转密封、唇形密封配合润滑油脂的方式进行密封，油脂可以提供润滑，同时能也起到给密封圈提供部分支撑力。

请再次参照图2，在本实施例所提到的顶管机头、二次切屑破碎机装置200与动力舱c相连接，共同构成了顶管机的前半基体，并装设于前壳体410内，顶管机还包括有后续连接的后半基体，后半基体设置于后壳体420内，前半基体与后半基体的定位，主要通过前壳体410与后壳体420连接；请参照图4，后壳体420的前端设置有两道楔形密封圈421，后壳体420插入前壳体410后，两道楔形密封圈421能防止顶管机在后续的纠偏操作中此处连接间隙内不会发生渗漏。

除上述装置外，为方便技术人员常压换刀，在顶管机头前均布8个注浆孔（图中未标出）。可以利用注浆孔进行超前注浆，对顶管机头前段土体进行加固，待机头周围土体固结以后再开仓进行障碍处理和更换刀具。

实施例二：

请参照图7，与实施例一不同之处在于，所述开口率调节装置150包括插入所述第一进泥孔140内部的螺旋叶片154及带动所述螺旋叶片154转动的转动电机155，所述转动电机155通过连接条156固定设置于顶管机头设置有所述刮刀结构130的一侧的相对侧；当转动电机155在不通电的情况下，螺旋叶片154停止转动，由于螺旋叶片154是螺旋状的结构，泥石靠压力无法进入破碎仓a；当转动电机155在通电的情况下，螺旋叶片154转动，带动泥石以旋转级进式的方式进入破碎仓a；综上本实施例所提到的结构可以实现开口率可调，即使螺旋叶片154在长时间停止转动的情况下使得第一进泥孔140发生堵塞，只要重新启动螺旋叶片154，便能解除第一进泥孔140的堵塞。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种开口率可调的顶管机头，包括刀盘框架（110）、设置于所述刀盘框架（110）上的滚刀结构（120）及设置于所述刀盘框架（110）上的刮刀结构（130），其特征在于，还包括有：

若干个第一进泥孔（140），开设于所述刀盘框架（110）上，所述第一进泥孔（140）贯穿所述刀盘框架（110）；

若干个开口率调节装置（150），固定设置于所述刀盘框架（110）位于设置有所述刮刀结构（130）一侧相对的另一侧，每个所述第一进泥孔（140）对应一个所述开口率调节装置（150），所述开口率调节装置（150）用于堵塞或者开放所述第一进泥孔（140）；

其中，所述开口率调节装置（150）于所述第一进泥孔（140）内相对运动；

所述开口率调节装置（150）包括插入所述第一进泥孔（140）内部的螺旋叶片（154）及带动所述螺旋叶片（154）转动的转动电机（155），所述转动电机（155）通过连接条（156）固定设置于顶管机头设置有所述刮刀结构（130）的一侧的相对侧；当所述转动电机（155）在不通电的情况下，所述螺旋叶片（154）停止转动，由于所述螺旋叶片（154）是螺旋状的结构，泥石靠压力无法进入破碎仓；当所述转动电机（155）在通电的情况下，所述螺旋叶片（154），带动泥石以旋转级进式的方式进入破碎仓；即使所述螺旋叶片（154）在长时间停止转动的情况下使得所述第一进泥孔（140）发生堵塞，只要重新启动所述螺旋叶片（154），便能解除所述第一进泥孔（140）的堵塞。

2.一种泥水平衡顶管机，其特征在于：包括权利要求1所述的开口率可调的顶管机头，还包括有二次破碎装置（200）、与所述二次破碎装置（200）传动连接的驱动系统（300）、用于架设所述二次破碎装置（200）的框架结构（400）。

3.根据权利要求2所述的一种泥水平衡顶管机，其特征在于：所述二次破碎装置（200）与所述的开口率可调的顶管机头固定连接并形成一个用于进一步处理泥石的破碎仓（a）；所述破碎仓（a）下方还设置有泥水仓（b），所述泥水仓（b）的一侧设置有排泥泵。

4.根据权利要求2所述的一种泥水平衡顶管机，其特征在于：所述二次破碎装置（200）包括主轴（210）及设置于所述主轴（210）外围的破碎臂（220）；所述破碎臂（220）的数量至少为两个，均匀设置于所述主轴（210）的外壁上。

5.根据权利要求2所述的一种泥水平衡顶管机，其特征在于：所述框架结构（400）包括主壳体（410）及套接在所述主壳体（410）远离所述的开口率可调的顶管机头一侧的次壳体（420），所述次壳体（420）与所述主壳体（410）连接处设置有楔形密封圈（421）。

6.根据权利要求3所述的一种泥水平衡顶管机，其特征在于：所述二次破碎装置（200）与所述泥水仓（b）交界处还设置有泥石滤板（500），所述泥石滤板（500）上开设有第二进泥孔（510）。

7.根据权利要求2所述的一种泥水平衡顶管机，其特征在于：所述的泥水平衡顶管机内还开设有直接通往所述的开口率可调的顶管机头的人行通道（700）。

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