CN113236281B - 一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置 - Google Patents
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Abstract
一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，属于隧道盾构施工技术领域。所述装置包括水平输送系统和垂直输送系统；垂直输送系统包括料斗、钢架、皮带二、固定滚轴二、加压滚轴及变频电机二；两条皮带二均呈S形缠绕在数个加压滚轴上，两条皮带二的每个拐弯处均通过固定滚轴二支撑，所述两个变频电机二的输出轴分别驱动两条皮带二运动，两条皮带二呈S形一段之间用于夹持渣土，两条皮带二运动方向相反，运动速度相同。本发明相对于现有技术的有益效果为：通过水平输送系统和垂直输送系统的相互配合，实现大深度隧道土压平衡盾构施工出渣自动化，且可根据隧道开挖速度对渣土输送速率进行调节。
Description
技术领域
本发明属于隧道盾构施工技术领域，具体涉及一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置。
背景技术
随着浅层地下空间施工逐步饱和，大深度隧道施工将成为一大趋势。大深度隧道施工过程中，随着竖井深度的增加，盾构施工产生的渣土运输效率将直接影响盾构隧道的施工进度。针对大深度盾构隧道开挖过程中，因抓斗出土能力不足导致的施工进度延迟、人工成本升高、施工风险加剧等问题，有必要提出一种大深度隧道土压平衡盾构施工渣土自动化输送系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前大深度隧道盾构施工过程中，因抓斗出土能力不足导致的施工进度延迟、人工成本升高、施工风险加剧等问题，提供一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，所述装置包括水平输送系统和垂直输送系统；
所述水平输送系统包括皮带一、变频电机一及数个固定滚轴一；
所述数个固定滚轴一在盾构隧道的水平隧道内依次间隔并列设置，每个固定滚轴一均转动安装在各自的滚轴支架上，所述皮带一缠绕在数个固定滚轴一上，所述变频电机一输出轴与数个固定滚轴一位于一端部的固定滚轴一传动连接；
所述垂直输送系统包括料斗、钢架、两条皮带二、数个固定滚轴二、数个加压滚轴及两个变频电机二；
所述料斗设置在水平输送系统的输出端下方；
所述钢架竖直设置，钢架上均匀设有水平设置的数个加压滚轴，每个加压滚轴两端均与钢架转动连接；
所述两条皮带二均呈S形缠绕在数个加压滚轴上，两条皮带二的每个拐弯处均通过固定滚轴二支撑，所述数个固定滚轴二均安装在钢架上，所述两个变频电机二的输出轴分别驱动两条皮带二运动，两个变频电机二均固定在钢架上，两条皮带二呈S形一段之间用于夹持渣土，两条皮带二运动方向相反，运动速度相同。
本发明相对于现有技术的有益效果为：通过水平输送系统和垂直输送系统的相互配合，实现大深度隧道土压平衡盾构施工出渣自动化，且可根据隧道开挖速度对渣土输送速率进行调节；传统压带式输送机对渣土量的波动十分敏感，通过加压滚轴推力控制装置控制皮带拉力和松紧度，防止目前在渣土量过大时，出现漏渣，渣土量过小时，压带与载带无法有效夹持物料，不能正常输送的问题。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为S形皮带和加压滚轴工作示意图；
图3为渣土和加压滚轴受力示意图；
其中，1-皮带一、2-固定滚轴一、3-变频电机一、4-料斗、5-钢架、6-皮带二、7-固定滚轴二、8-加压滚轴、9-变频电机二、10-土压平衡盾构机、11-盾构隧道、12-竖井、13-渣土车、14-加压滚轴推力控制装置、15-渣土。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
本发明可实现从浅埋隧道到大深度隧道的渣土传输，每小时出渣量可由变频电机的配置以及调节进行控制，可满足不同级别土压盾构的施工需求。
本发明中，渣土15运输中，具体的受力情况解释如下，由图3，渣土升力为：Fx＝(Ff1+Ff2)-G·sinθ＝μ·(Fn1+Fn2)-G·sinθ，其中Ff1、Ff2为两条皮带二6与渣土15的摩擦力，G为渣土重力，θ为预设皮带角度，μ为渣土15与皮带的摩擦系数，Fn1、Fn2为两条皮带二6对渣土15的压力，Fn1＝Fn2；渣土15受到皮带的压力为：Fn1＝Fn2＝2T·cosα，其中T为皮带拉力，α为渣土引起的皮带凸起角度，由渣土块直径决定。可见，随着渣土15与皮带的摩擦力、压力以及皮带拉力的增加，系统对渣土15的升力也相应增加；加压滚轴8需要提供的推力为：FN＝2T·cosθ，通过加压滚轴推力控制装置14对推力进行调节，从而实现相应的皮带拉力以及渣土升力调节。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，所述装置包括水平输送系统和垂直输送系统(图1)；
所述水平输送系统包括皮带一1、变频电机一3及数个固定滚轴一2；
所述数个固定滚轴一2在盾构隧道的水平隧道内依次间隔并列设置，每个固定滚轴一2均转动安装在各自的滚轴支架上，所述皮带一1缠绕在数个固定滚轴一2上，所述变频电机一3输出轴与数个固定滚轴一2位于一端部的固定滚轴一2传动连接(固定滚轴一2转动带动皮带一1运动)，所述水平输送系统与盾构机皮带机相互配合，实现渣土传递；
所述垂直输送系统包括料斗4、钢架5、两条皮带二6、数个固定滚轴二7、数个加压滚轴8及两个变频电机二9；
所述料斗4设置在水平输送系统的输出端下方(料斗4作为水平输送系统和垂直输送系统的过渡段)；可作为渣土临时放场所，渣土由水平输送系统传输至料斗5，经由料斗5进入垂直输送系统；
所述钢架5竖直设置，钢架5上均匀设有水平设置的数个加压滚轴8，每个加压滚轴8两端均与钢架5转动连接(数个加压滚轴8用于对皮带二6提供推力或拉力，桁架单元具体由地表以下的型钢桁架单元和出地表的桁架卸土单元组成，可根据盾构隧道埋深和竖井深度进行延长和缩短；可通过调节加压滚轴推力控制装置实现皮带拉力调节，从而实现对渣土的提升力的调节；图1中实心黑点表示的都是固定滚轴，空心圆圈表示的是加压滚轴，加压滚轴推力控制装置图1中未示出)；
所述两条皮带二6均呈S形缠绕在数个加压滚轴8上(图2)，两条皮带二6的每个拐弯处均通过固定滚轴二7支撑，所述数个固定滚轴二7均安装在钢架5上，所述两个变频电机二9的输出轴分别驱动两条皮带二6运动，两个变频电机二9均固定在钢架5上，两条皮带二6呈S形一段之间用于夹持渣土，两条皮带二6运动方向相反，运动速度相同，由于皮带拉力的存在产生对渣土的推力和摩擦力，从而形成对渣土的提升力来输送皮带间的渣土；左侧逆时针，右侧顺时针，保证两条皮带的相对速度为0，由变频电机二9控制。
两个变频电机二9分别控制两条皮带二6的运行速度，与水平输送系统中变频电机一运行速度一致，可根据盾构出渣速率对皮带传输速度进行相应调节，渣土经由垂直输送系统的地表部分抛送至渣土车。所述皮带一1和两条皮带二6均由数个可拆解和拼装的皮带单元组成。可实现水平输送系统的延长和缩短，根据不同工程设计竖井深度进行拼装，以及由于长期使用造成皮带磨损后针对磨损单元进行更换，避免整体更换皮带引起的经济浪费。所有固定滚轴根据水平输送系统或皮带的延长和缩短进行位置调整，保证皮带的张紧度；所有变频电机根据盾构出渣速率对皮带传输速度进行相应调节。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，所述钢架5由多节采用螺栓连接的桁架单元组成。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，所述加压滚轴8包括滚轴和加压滚轴推力控制装置。所述加压滚轴推力控制装置以力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置(位移)控制相结合，实现滚轴对皮带张力的控制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性示例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述描述看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (2)
1.一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，其特征在于：所述装置包括水平输送系统和垂直输送系统；
所述水平输送系统包括皮带一(1)、变频电机一(3)及数个固定滚轴一(2)；
所述数个固定滚轴一(2)在盾构隧道的水平隧道内依次间隔并列设置，每个固定滚轴一(2)均转动安装在各自的滚轴支架上，所述皮带一(1)缠绕在数个固定滚轴一(2)上，所述变频电机一(3)输出轴与数个固定滚轴一(2)位于一端部的固定滚轴一(2)传动连接；
所述垂直输送系统包括料斗(4)、钢架(5)、两条皮带二(6)、数个固定滚轴二(7)、数个加压滚轴(8)及两个变频电机二(9)；
所述料斗(4)设置在水平输送系统的输出端下方；
所述钢架(5)竖直设置，钢架(5)上均匀设有水平设置的数个加压滚轴(8)，每个加压滚轴(8)两端均与钢架(5)转动连接；
所述两条皮带二(6)均呈S形缠绕在数个加压滚轴(8)上，两条皮带二(6)的每个拐弯处均通过固定滚轴二(7)支撑，所述数个固定滚轴二(7)均安装在钢架(5)上，所述两个变频电机二(9)的输出轴分别驱动两条皮带二(6)运动，两个变频电机二(9)均固定在钢架(5)上，两条皮带二(6)呈S形一段之间用于夹持渣土，两条皮带二(6)运动方向相反，运动速度相同，由于皮带拉力的存在产生对渣土的推力和摩擦力，从而形成对渣土的提升力来输送皮带间的渣土；左侧逆时针，右侧顺时针，保证两条皮带的相对速度为0，由变频电机二(9)控制；
所述皮带一(1)和两条皮带二(6)均由数个可拆解和拼装的皮带单元组成；所有固定滚轴根据水平输送系统或皮带的延长和缩短进行位置调整，保证皮带的张紧度；所有变频电机根据盾构出渣速率对皮带传输速度进行相应调节；
所述加压滚轴(8)包括滚轴和加压滚轴推力控制装置；所述加压滚轴推力控制装置以力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制相结合，实现滚轴对皮带张力的控制。
2.根据权利要求1所述的一种出渣率可调的深埋盾构施工渣土自动化传输装置，其特征在于：所述钢架(5)由多节桁架单元组成。
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