CN112832798A - 一种分块控制的顶管机刀盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及顶管技术领域，是一种分块控制的顶管机刀盘，该顶管机刀盘的中心安装中心刀，沿刀盘径向设置凸起的辐条，辐条上布置切刀，在相邻两个辐条之间预留安装槽，安装槽内连接特制螺旋刀，刀盘由液压马达驱动，切刀和特制螺旋刀随着刀盘公转。顶管机顶进施工时，切刀对土体进行切削，根据监测数据确定顶管机在软硬不均地层中的偏移趋势，利用螺旋摆动液压缸驱动特制螺旋刀破碎特定区域内的岩土，降低该区域的土压力，使顶管机产生一定的偏转角度，实现运动纠偏。所述特制螺旋刀能实现单回次浅钻，多回次破碎岩土的作用。

Description

一种分块控制的顶管机刀盘
技术领域
本发明属于顶管施工技术领域，具体涉及一种分块控制的顶管机刀盘。
背景技术
顶管技术作为一项非开挖掘进式管道埋设施工技术，具有许多优点，如对施工场地周围环境影响小、施工无噪音、施工场地小等。因此，近年来顶管施工技术在世界上得到广泛运用。现有的顶管技术已经发展到成熟阶段，有各种各样的顶管方法出现，但仍不可避免地存在一些问题，即每种顶管方法的适用范围有限。尤其在软硬地层中，如何避免顶管机在顶进过程中刀盘由于受力不均而产生方向偏移，是顶管技术研究的重点。
已有的顶管机刀盘多采用焊接刀具或滚刀，由刀盘公转带动刀具进行切割土体，当碰到软硬不均地层时，顶管机顶进方向精度不高。因此需要一种通过局部破碎较硬岩土以保持迎面受力均匀的刀盘，克服纠偏油缸的顶推力不满足异常条件的问题。
已有的顶管机纠偏装置存在精度不高，实施起来困难等问题，不能实现有效纠偏。还有采用多刀盘液压平动式刀盘施工的，虽然能提高工作效率，但刀盘受力不均，存在驱动力要求高，能源消耗大的问题，且存在切割盲区。
发明内容
本发明的目的是提供一种分块控制的顶管机刀盘，用于解决由于操作不当及土质的不均匀性造成迎面阻力不均，导致管路前进方向偏移轴线的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种分块控制的顶管机刀盘，包括刀盘、切刀、特制螺旋刀、中心刀以及辐条，所述刀盘中心安装有中心刀，沿刀盘径向设置凸起的辐条，切刀布置在辐条上，刀盘转动时带动切刀切削土体，所述特制螺旋刀安装在刀盘上相邻辐条之间，特制螺旋刀刀体为扇形，特制螺旋刀正面上布置弧形锯齿，中心为圆锥形钻头，特制螺旋刀的刀面与切刀在同一水平面上，特制螺旋刀与刀盘上的安装槽铰接，刀盘由液压马达驱动，刀盘转动时带动切刀和特制螺旋刀公转，顶管机顶进过程中切削的碎土从渣土孔排出。
所述特制螺旋刀为若干把，若干把特制螺旋刀呈对称分布在刀盘上，每个特制螺旋刀由单个螺旋摆动液压缸单独控制。特制螺旋刀的个数由刀盘直径的大小而定。
所述的中心刀呈十字板状，十字板中间为凸起的圆锥体，在顶管机顶进施工时，中心刀首先插入土体，起到定位的作用，避免刀盘在切削过程发生窜动，提高施工精度。
所述的切刀自刀盘中心沿径向均匀焊接在凸起的辐条上。
所述的弧形锯齿以所述特制螺旋刀的转轴为圆心，呈圆弧形均匀布置在特制螺旋刀的迎土面上。当特制螺旋刀高速转动及向前顶推时，所述弧形锯齿配合圆锥钻头将对作用区域内的岩土产生振动、冲击的复合作用，将该区域土体或小型孤石绞碎。
所述螺旋摆动液压缸是利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸，既能带动特制螺旋刀直线运动又能使螺旋刀转动。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、所述特制螺旋刀的驱动装置采用螺旋摆动液压缸，能同时实现螺旋刀的高速旋转和向前顶进运动，通过驱动螺旋刀运动有效实现区域性破碎岩土，避免顶管机由于地层上软下硬产生的“栽头”问题，让顶管机完成自身运动纠偏。
2、与多刀盘顶管机相比，本发明在顶管机顶进较均匀地层时，所述特制螺旋刀仅跟随刀盘公转，无须提供转动动力，能节省能源消耗成本。
3、所述刀盘结构简单，容易加工，且所述特制螺旋刀安装在刀盘上的安装槽内，可拆卸更换。
4、所述刀盘适用于各种直径大小的顶管机，只需调整特制螺旋刀大小和数量即可。
附图说明
图1为本发明所述的分块控制的顶管机刀盘的刀盘正视图。
图2为本发明所述的分块控制的顶管机刀盘的机头构造侧视图。
图中标记为：刀盘1、切刀2、特制螺旋刀3、渣土孔4、中心刀5、辐条6、液压马达7、螺旋摆动液压缸8、旋出的螺旋刀301、安装槽302、弧形锯齿303。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1至图2所示，本发明所述的分块控制的顶管机刀盘，包括刀盘1、切刀2、特制螺旋刀3、中心刀5以及辐条6，所述刀盘1中心安装有中心刀5，沿刀盘1径向设置凸起的辐条6，切刀2均匀布置在凸起的辐条6上，刀盘1转动时带动切刀2切削土体，特制螺旋刀3安装在刀盘1上的相邻辐条6之间，特制螺旋刀3与刀盘上的安装槽302铰接。刀盘1由液压马达7驱动，刀盘1转动时带动切刀2和特制螺旋刀3公转，顶管机顶进过程中切削的碎土从渣土孔4排出。
所述特制螺旋刀3为若干把，若干把特制螺旋刀3呈对称分布在刀盘上，特制螺旋刀3由单个螺旋摆动液压缸8单独控制。特制螺旋刀3的个数由刀盘1直径的大小而定。
所述的中心刀5呈十字板状，十字板中间为凸起的圆锥体，在顶管机顶进施工时，中心刀5首先插入土体，起到定位的作用，避免刀盘1在切削过程发生窜动，提高施工精度。
所述的切刀2自刀盘1中心沿径向均匀焊接在凸起的辐条6上。
所述特制螺旋刀3的刀体为扇形，确保特制螺旋刀3具有足够的刚度和强度用于承受顶推力及扭矩。
所述特制螺旋刀3正面上布置弧形锯齿303，未单独驱动特制螺旋刀3时，特制螺旋刀3的刀面与切刀2面在同一水平面上，顶管机刀盘1转动时带动特制螺旋刀3公转。
所述弧形锯齿303以所述特制螺旋刀3的转轴为圆心，呈圆弧形均匀布置在特制螺旋刀3的迎土面上。当特制螺旋刀3高速旋转时，弧形锯齿303配合圆锥钻头将对作用区域内的岩土产生振动、冲击的复合作用，将该区域土体或小型孤石绞碎。
所述螺旋摆动液压缸8是利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸，既能带动特制螺旋刀3直线运动又能使特制螺旋刀3转动。
工作原理及过程：
所述分块控制的顶管机刀盘是一种辐板式刀盘，力矩由刀盘1面上凸起的辐条6转动来提供，顶管机向前顶进施工时切刀2对土体进行切削；当顶管机通过软硬不均地层时，放缓顶进速度，根据监测数据来确定偏移趋势，利用液压马达7缓慢调整特制螺旋刀3位置至土压力较高的区域，停转刀盘1，然后驱动螺旋摆动液压缸8使特制螺旋刀3产生一个向前的顶推力，并高速旋转，特制螺旋刀3在该区域的土层面上钻出一定深度的孔后，再控制螺旋刀3回缩，旋转刀盘1至另一个小角度后，重复上一个动作，实现单回次浅钻，多回次破碎岩土的作用。最终降低该区域的土压力，使顶管机产生一定的偏转角度，实现运动纠偏。
顶管机顶进施工过程中，特制螺旋刀3中心和中心刀5率先插入土中，有利于开挖掌子面的定位。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，应当指出，对于本领域的技术人员及普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变化，这些改进和变化应视为在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分块控制的顶管机刀盘，包括刀盘、切刀、特制螺旋刀、中心刀以及辐条，其特征在于，所述刀盘中心安装有中心刀，沿刀盘径向设置凸起的辐条，辐条上布置切刀，在相邻两个辐条之间预留安装槽，安装槽内连接特制螺旋刀，所述特制螺旋刀刀体为扇形，刀面上布置弧形锯齿，中心为圆锥形钻头，特制螺旋刀与刀盘上的安装槽铰接，刀盘由液压马达驱动，切刀和特制螺旋刀随着刀盘公转。
2.根据权利要求1所述的分块控制的顶管机刀盘，其特征在于，所述特制螺旋刀为若干把，若干把特制螺旋刀呈对称分布在刀盘上，每个特制螺旋刀由单个螺旋摆动液压缸单独控制，特制螺旋刀的个数由刀盘直径的大小而定。
3.根据权利要求1所述的分块控制的顶管机刀盘，其特征在于，所述的中心刀呈十字板状，十字板中间为凸起的圆锥体。
4.根据权利要求1所述的分块控制的顶管机刀盘，其特征在于，所述的切刀自刀盘中心沿径向均匀焊接在凸起的辐条上。
5.根据权利要求1所述的分块控制的顶管机刀盘，其特征在于，所述的弧形锯齿以所述特制螺旋的转轴为圆心，呈圆弧形均匀布置在特制螺旋刀的迎土面上。
6.根据权利要求2所述的分块控制的顶管机刀盘，其特征在于，所述螺旋摆动液压缸是利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸，既能带动特制螺旋刀直线运动又能使螺旋刀转动。
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