CN113309534A - 一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法，所述螺旋出土顶管机包括：驱动部，以及与所述驱动部连接的挖掘部；所述挖掘部包括与所述驱动部连接的挖掘套筒，以及设置在所述挖掘套筒内的螺旋出土轴；所述螺旋出土轴内部呈中空状，表面上设有螺旋叶片。本发明通过将螺旋出土轴作为水及混合材料输送管道，向挖土地点注入一定比例的土质改良混合材料改变泥土的流塑性，使得充满泥仓的泥土混合体，保持与开挖掌子面正面土压力及地下水的压力平衡状态，解决顶管施工过程过度扰动地层土体,管道施工后地面沉降问题，采用螺旋出土轴方式排土，适用施工的土质范围非常广，粘土层、硬土层、砂土层、卵石层、中风化岩层均适用。

Description

一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法

技术领域

本发明属于顶管技术领域，尤其是一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法。

背景技术

市场现有之泥水平衡式微型顶管机,其基本原理是在隧洞中掘进时顶管机主轴传动刀盘旋转后,将掌子面掘进的土石送入泥仓偏心回转运动而进行二次破碎施工的泥水平衡顶管机，其刀盘的正面，开口比较大，便于6〜10 cm 以下的卵石等能进入顶管机内。

泥水平衡顶管机其特征是刀盘由设在主轴的电动机驱动。电动机是通过减速机带动小齿轮，然后再带动设在中心的大齿轮。大齿轮与主轴及轧辊联接成一体。主轴的左端安装有刀盘。这样只要刀盘驱动电机转动，刀盘也就转动，同时轧辊也转动。在掘进机工作时，刀盘在一边旋转切削土砂的同时泥水内舱二次破碎动锥还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎的石块只有比泥土仓内与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。因此它的破碎能力可破碎6〜10 cm 以下的卵石及小石块，破碎的强度可达100Mpa。遇到中风化岩层需要二次破碎，第一次掘进滚刀破碎将砾岩破成大块，进仓后二次破碎将大块砾岩破碎成小于6cm 的小块与泥浆一起排出。泥水平衡式顶管机的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出至泥水分离器，将渣土分离后外运至指定场地，水进行循环使用。

在地下水系发达的地质顶管施工，循环输送排泥的触变泥浆无法回收，容易随地下水逸散污染水源，造成二次污染。

发明内容

发明目的：提供一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法，以解决背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种土压式螺旋出土顶管机，包括：

驱动部，以及与所述驱动部连接的挖掘部；

所述挖掘部包括与所述驱动部连接的挖掘套筒，以及设置在所述挖掘套筒内的螺旋出土轴；

所述螺旋出土轴内部呈中空状，表面上设有螺旋叶片；

所述螺旋出土轴包括设置在所述挖掘活动套筒和挖掘固定套筒内的螺旋外轴，以及设置在所述螺旋外轴内的螺旋内轴；

所述螺旋外轴与挖掘刀头固定连接。

在进一步实施例中，所述螺旋外轴包括减速外轴和平速外轴，以及设置在所述减速外轴和平速外轴之间的外轴连接件；

所述外轴连接件与挖掘固定套筒连接；

所述减速外轴的一端设有第一平速齿圈，另外一端设有减速齿圈；

所述减速外轴的另外一端还设有第一传动齿轮和第二传动齿轮；

所述第一传动齿轮和第二传动齿轮相互啮合，所述第二传动齿轮与所述减速齿圈啮合；

所述平速外轴内的一端设有第二平速齿圈；

所述减速外轴与挖掘刀头固定连接。

所述第一传动齿轮和第二传动齿轮上插接有与外轴连接件连接的啮合传动轴；

气囊设置在外轴连接件的周部。

在进一步实施例中，所述螺旋内轴包括设置在减速外轴和平速外轴内的驱动内轴，套设在所述驱动内轴一端且分别与第二平速齿圈啮合的第一平速齿轮和第二平速齿轮，设置在所述驱动内轴另外一端且与第一平速齿圈啮合的第三平速齿轮，以及设置在所述第三平速齿轮和第二平速齿轮之间的减速齿轮；

减速齿轮与第一传动齿轮啮合；

所述驱动内轴靠近第三平速齿轮的一端设有一级伸缩杆和二级伸缩杆；

所述一级伸缩杆、二级伸缩杆及驱动内轴内部呈中空状；所述二级伸缩杆与挖掘刀头连通。

第三平速齿轮、第二平速齿轮和第一平速齿轮尺寸相同，第一平速齿圈、减速齿圈和第二平速齿圈尺寸相同；

所述减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮尺寸相同。

所述减速齿轮直径小于第三平速齿轮，所述减速齿轮与减速齿圈的传动比大于1；

所述第三平速齿轮与第一平速齿圈的传动比相同。

然而在实际工作中，气囊阻挡泥土排除，一段时间后，减速外轴上的泥土增加，极易发生堵塞；

因此施工人员在实际过程中，基本会降低输入转速，然而即使降低转速，当长时间后，螺旋外轴也会发生堵塞现象，因此申请人想到，在挖掘套筒内设计减速齿轮组进行完成对减速外轴和平速外轴的转速差，进行避免该种情况的出现，然而在设计过程中，挖掘套筒内的齿轮组极易阻挡泥土，在某方面也成为了堵塞的因素。

工作时，螺旋出土轴作为输送管道，向施工点注入水及混合材料，改变泥土的流塑性，由螺旋叶片进行输送挖掘出泥土；

通过将螺旋出土轴作为水及混合材料输送管道，向挖土地点注入一定比例的土质改良混合材料改变泥土的流塑性，使得充满泥仓的泥土混合体，保持与开挖掌子面正面土压力及地下水的压力平衡状态，解决顶管施工过程过度扰动地层土体,管道施工后地面沉降问题，采用螺旋出土轴方式排土，适用施工的土质范围非常广，粘土层、硬土层、砂土层、卵石层、中风化岩层均适用。

在进一步实施例中，所述挖掘套筒包括与所述驱动部连接的挖掘固定套筒和设置在所述挖掘固定套筒端部的挖掘活动套筒；

所述挖掘固定套筒内设有挖掘纠偏单元和出土控制单元；

所述挖掘活动套筒的端部设有与所述螺旋出土轴连接的挖掘刀头。

所述挖掘刀头包括设置在所述挖掘活动套筒的端部且与所述螺旋出土轴连接的刀架，设置在所述刀架上的岩石滚刀和刮刀；所述刀架为镂空刀架。

在进一步实施例中，所述挖掘纠偏单元包括若干组连接在所述挖掘活动套筒周部上的纠偏机构；

每组纠偏机构包括安装在所述挖掘固定套筒内的纠偏连接件，与所述纠偏连接件铰接的纠偏油缸，以及设置在所述纠偏油缸输出端的纠偏轴；

所述纠偏轴与挖掘活动套筒铰接；

所述挖掘活动套筒与所述挖掘固定套筒衔接处具有预定弧度；

在实际挖掘过程中，挖掘部极易出现偏离现象，因此设计挖掘纠偏单元进行纠偏挖掘线路，进而避免该情况的发生。

在进一步实施例中，所述出土控制单元包括安装在所述挖掘固定套筒内的气囊，为了进行可控化的操作，避免出土速度较快，通过设计气囊进行限制出土速度。

在进一步实施例中，所述驱动部包括基础架，与所述基础架滑动连接的顶进油缸，与所述顶进油缸固定连接的挖掘连接架，设置在所述顶进油缸输出端的油缸输出轴，安装在所述挖掘连接架上的驱动电机，设置在所述驱动电机输出端的驱动输入轴，套接在所述驱动输入轴上的第三传动齿轮，以及与所述第三传动齿轮啮合且设置在所述挖掘连接架侧部的输入齿轮；

所述输入齿轮套接驱动内轴；

所述油缸输出轴与基础架固定连接；

平速外轴与所述挖掘连接架连接。

所述基础架上还设有限位单元；

所述限位单元包括与所述基础架固定连接的限位架，与所述挖掘连接架铰接的限位连接架，与所述限位连接架固定连接的限位气缸，以及设置在所述限位气缸输出端的限位伸缩杆；

所述限位连接架的端部设有限位杆；所述限位架上开有与所述限位杆适配的限位槽；

所述限位架的侧部安装有与所述限位伸缩杆抵接的限位通板；

通过设计限位单元进行避免了挖掘部在挖掘过程中出现的回缩情况。

限位单元进行完成对驱动内轴的移动工作，进而改变驱动内轴中的齿轮传动，进而完成对减速外轴和平速外轴形成转速差，进行避免减速外轴堆积泥土出现堵塞现象。

在进一步实施例中，所述基础架上还固定安装有变速单元；

所述变速单元包括安装在所述基础架上的变速气缸，设置在所述变速气缸输出端的变速伸缩杆，与所述变速伸缩杆固定连接的变速架，以及安装在所述变速架上的三组卡取单元；

每组卡取单元包括安装在所述变速架上的卡取气缸，设置在所述卡取气缸输出端的卡取伸缩杆，以及设置在所述卡取伸缩杆端部且与驱动内轴抵接的变速夹轮；

卡取单元由卡取气缸带动卡取伸缩杆进行伸缩，进而带动变速夹轮进行抵住驱动内轴。

通过设计变速单元完成对驱动内轴的移动工作，进而改变驱动内轴中的齿轮传动，进而完成对减速外轴和平速外轴形成转速差，进行避免减速外轴堆积泥土出现堵塞现象。

一种土压式螺旋出土顶管机的螺旋出土方法，包括：

步骤1、首先由驱动部中的顶进油缸带动油缸输出轴进行伸缩，使得挖掘连接架及顶进油缸沿基础架进行滑动，进而带动挖掘部进入挖掘点，而在挖掘部进行挖掘时，驱动部持续工作，使得挖掘部缓慢进入挖缺点，进而完成挖掘工作；

步骤2、挖掘部进入挖掘点后，由驱动部带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头进行转动，进行完成对挖掘点的挖掘工作；

而挖掘刀头在进行挖掘前，通过带动螺旋出土轴进行对挖掘点注入水及混合材料，进行改变泥土的流塑性，便于挖掘工作；

由工人将水及混合材料经过驱动内轴注入挖掘刀头，进而注入挖掘点；

步骤3、泥土流速性改变后，通过驱动部带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头进行开挖泥土，而挖出的泥土将随着螺旋出土轴上的螺旋叶片流出；

由驱动电机带动驱动输入轴进行转动，进而带动第三传动齿轮进行转动，进而带动输入齿轮进行转动，进而带动螺旋出土轴进行转动；第三平速齿轮和第二平速齿轮进行转动，进而带动第一平速齿圈和第二平速齿圈进行转动，进而完成带减速外轴和平速外轴的同速转动；

步骤4、当挖掘部出现无法控制排土量的情况时，通过控制气囊的开合进行控制挖掘部的出土量，而气囊长时间开启后，螺旋出土轴的减速外轴部分的土量在逐渐增加，当增加到一定程度后，极易出现堵塞的情况，此时通过变速单元进行带动螺旋出土轴进行变速，降低减速外轴的转速，保持平速外轴的转速，使得进入减速外轴的土量减少，进而避免了该种情况的出现；

由变速气缸带动变速伸缩杆进行伸缩，进而带动变速架进行移动，进而带动卡取单元进行移动，进而带动驱动内轴进行移动，使得第三平速齿轮脱离与第一平速齿圈的啮合，由减速齿轮啮合第一传动齿轮，进而通过改变传动比进行完成对减速外轴的降速工作，而平速外轴中由第一平速齿轮接替第二平速齿轮与第二平速齿圈的啮合，进而维持平速转轴的转速。

步骤5、当挖掘套筒挖掘方向偏离时，通过纠偏油缸带动纠偏轴进行伸缩，进而带动挖掘活动套筒进行改变方向，进而调整挖掘套筒的挖掘方向，进行避免偏离现象；

而挖掘部在进行工作时，会出现反作用力，此时挖掘部容易带动顶进油缸出现回缩，当油缸出现回缩时，挖掘连接架也进行移动，而挖掘连接架的移动将带动限位连接架进行移动，而此时限位杆卡住限位槽，进行避免了限位连接架的移动，进而避免了挖掘连接架的移动，进而避免了挖掘部的回缩情况。

有益效果：本发明涉及一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法，通过将螺旋出土轴作为水及混合材料输送管道，向挖土地点注入一定比例的土质改良混合材料改变泥土的流塑性，使得充满泥仓的泥土混合体，保持与开挖掌子面正面土压力及地下水的压力平衡状态，解决顶管施工过程过度扰动地层土体,管道施工后地面沉降问题，采用螺旋出土轴方式排土，适用施工的土质范围非常广，粘土层、硬土层、砂土层、卵石层、中风化岩层均适用。

附图说明

图1是本发明的具体结构示意图。

图2是本发明的挖掘部示意图。

图3是本发明的挖掘刀头示意图。

图4是本发明的螺旋外轴示意图。

图5是本发明的螺旋内轴示意图。

图6是本发明的变速状态示意图。

图7是本发明的驱动部示意图。

图8是本发明的限位单元示意图。

图9是本发明的变速单元示意图。

附图标记：1、挖掘部；11、挖掘固定套筒；12、挖掘活动套筒；13、挖掘刀头；131、刀架；132、岩石滚刀；133、刮刀；14、挖掘纠偏单元；15、出土控制单元；16、螺旋外轴；161、减速外轴；1611、第一平速齿圈；1612、减速齿圈；1613、第一传动齿轮；1614、第二传动齿轮；162、外轴连接件；163、平速外轴；17、螺旋内轴；171、驱动内轴；172、第一平速齿轮；173、第二平速齿轮；174、减速齿轮； 175、第三平速齿轮；176、一级伸缩杆；177、二级伸缩杆；2、驱动部；21、基础架；211、限位架；212、变速架；213、卡取气缸；214、卡取伸缩杆；215、变速夹轮；22、顶进油缸；23、油缸输出轴；24、挖掘连接架；241、限位连接架；242、限位气缸；243、限位伸缩杆；25、驱动电机；26、第三传动齿轮；27、输入齿轮。

具体实施方式

本发明通过一种土压式螺旋出土顶管机及螺旋出土方法，进行完成对泥土的挖掘工作，申请人经过仔细研究，传统的泥水平衡式微型顶管机的缺陷：

在地下水系发达的地质顶管施工, 循环输送排泥的触变泥浆无法回收, 容易随地下水逸散污染水源, 造成二次污染。

泥水平衡式微型顶管机施工, 机身重量轻且未有设置防扭装置当地质变化太大,机身外部摩阻力减小时,会发生刀盘圆周旋转切削的扭矩大于机身自重之磨阻力, 造成顶管机上下翻转不可控因素很大。

如软弱松散地质或砂砾石地质,地下管道埋深浅在 1〜2 米深度, 泥水平衡式微型顶管机, 循环输送排泥的触变泥浆会逸散,且因送水压力大时泥浆会直接冒出地面无法施工。

泥水平衡式微型顶管机施工, 在地面需大容量泥浆池及需要用大量的水, 供泥水循环系统循环出渣土用, 占用施工面积广, 后续处理泥浆外运及泥浆固化成本高、污染大。

本发明通过螺旋出土轴的管内，作为水及混合材料输送管道，向切削土仓注入一定比例的土质改良混合材料改变泥土的流塑性，使得充满泥仓的泥土混合体，保持与开挖掌子面正面土压力及地下水的压力平衡状态，解决顶管施工过程过度扰动地层土体,管道施工后地面沉降问题。

采用螺旋出土轴方式排土，适用施工的土质范围非常广，粘土层、硬土层、砂土层、卵石层、中风化岩层均适用,且不需采用其他辅助施工方法，螺旋出土轴与挖掘套筒管固定于驱动部上，完美解决了施工中地质变化大造成顶管机上下翻转不可控问题。

土压式顶管机内设置气囊，以螺旋出土轴旋转速度及气压舱门开度大小精确控制排土量，安全高效精准施工；

不需先顶导向管及排土套管、出土旋转机头以二次工法施工顶进，本发明的目的为土压式顶管机与顶进管材连动式一次性顶进施工方式,简单安全高效。

不需要循环输送排泥的触变泥浆系统、泥水分离器、泥浆池, 顶管施工占用面积小，后续不产生处理泥浆及泥浆固化问题、污染小。

采用机器人自动导向测量系统，智能化操作，实时监控顶管机设备前进方向，确保管道施工精度，通过与设备控制室的隧洞开挖管理系统可全程记录施工数据， 实时上传管理中心。

顶管引起地层形变的主要因素有：掘进机头开挖面引起的地层损失，机头纠偏引起的地层损失，机头后面管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面损失，管道在顶进中与地层摩擦而引起的地层扰动，管道接缝及中继间渗漏而引起的地层损失。

所以在顶管施工中要根据不同土质、覆土深度和地面沉降的情况，配合测量报表的分析，及时调整泥水与土压平衡值，同时要求坡度保持相对的平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动。

根据顶进速度，控制排泥量和地层变形的信息数据，及时调整注浆压力和注浆量，从而将轴线和地层变形控制在最佳的状态。

下面通过实施例，并结合附图对本方案做进一步具体说明。

一种土压式螺旋出土顶管机包括：驱动部2，以及与所述驱动部2连接的挖掘部1；

优选的，所述挖掘部1包括与所述驱动部2连接的挖掘套筒，以及设置在所述挖掘套筒内的螺旋出土轴；所述挖掘套筒包括与所述驱动部2连接的挖掘固定套筒11和设置在所述挖掘固定套筒11端部的挖掘活动套筒12；

所述挖掘固定套筒11内设有挖掘纠偏单元14和出土控制单元15；

所述挖掘活动套筒12的端部设有与所述螺旋出土轴连接的挖掘刀头13。

所述挖掘刀头13包括设置在所述挖掘活动套筒12的端部且与所述螺旋出土轴连接的刀架131，设置在所述刀架131上的岩石滚刀132和刮刀133；所述刀架131为镂空刀架131。

所述挖掘纠偏单元14包括若干组连接在所述挖掘活动套筒12周部上的纠偏机构；

每组纠偏机构包括安装在所述挖掘固定套筒11内的纠偏连接件，与所述纠偏连接件铰接的纠偏油缸，以及设置在所述纠偏油缸输出端的纠偏轴；

所述纠偏轴与挖掘活动套筒12铰接；

所述挖掘活动套筒12与所述挖掘固定套筒11衔接处具有预定弧度；

在实际挖掘过程中，挖掘部1极易出现偏离现象，因此设计挖掘纠偏单元进行纠偏挖掘线路，进而避免该情况的发生。

所述出土控制单元15包括安装在所述挖掘固定套筒11内的气囊，为了进行可控化的操作，避免出土速度较快，通过设计气囊进行限制出土速度。

所述螺旋出土轴内部呈中空状，表面上设有螺旋叶片；

所述螺旋出土轴包括设置在所述挖掘活动套筒12和挖掘固定套筒11内的螺旋外轴16，以及设置在所述螺旋外轴16内的螺旋内轴17。

所述螺旋外轴16与挖掘刀头13固定连接。

所述螺旋外轴16包括减速外轴161和平速外轴163，以及设置在所述减速外轴161和平速外轴163之间的外轴连接件162；

所述外轴连接件162与挖掘固定套筒11连接；

所述减速外轴161的一端设有第一平速齿圈1611，另外一端设有减速齿圈1612；

所述减速外轴161的另外一端还设有第一传动齿轮1613和第二传动齿轮1614；

所述减速外轴161与挖掘刀头13固定连接。

所述第一传动齿轮1613和第二传动齿轮1614相互啮合，所述第二传动齿轮1614与所述减速齿圈1612啮合；

所述平速外轴163内的一端设有第二平速齿圈。

所述第一传动齿轮1613和第二传动齿轮1614上插接有与外轴连接件162连接的啮合传动轴；

气囊设置在外轴连接件162的周部。

所述螺旋内轴17包括设置在减速外轴161和平速外轴163内的驱动内轴171，套设在所述驱动内轴171一端且分别与第二平速齿圈啮合的第一平速齿轮172和第二平速齿轮173，设置在所述驱动内轴171另外一端且与第一平速齿圈1611啮合的第三平速齿轮175，以及设置在所述第三平速齿轮175和第二平速齿轮173之间的减速齿轮174；

减速齿轮174与第一传动齿轮1613啮合；

所述驱动内轴171靠近第三平速齿轮175的一端设有一级伸缩杆176和二级伸缩杆177；

所述一级伸缩杆176、二级伸缩杆177及驱动内轴171内部呈中空状；所述二级伸缩杆177与挖掘刀头13连通。

第三平速齿轮175、第二平速齿轮173和第一平速齿轮172尺寸相同，第一平速齿圈1611、减速齿圈1612和第二平速齿圈尺寸相同；

所述减速齿轮174、第一传动齿轮1613、第二传动齿轮1614尺寸相同。

所述减速齿轮174直径小于第三平速齿轮175，所述减速齿轮174与减速齿圈1612的传动比大于1；

所述第三平速齿轮175与第一平速齿圈1611的传动比相同。

工作时，螺旋出土 轴作为输送管道，向施工点注入水及混合材料，改变泥土的流塑性，由螺旋叶片进行输送挖掘出泥土；

通过将螺旋出土轴作为水及混合材料输送管道，向挖土地点注入一定比例的土质改良混合材料改变泥土的流塑性，使得充满泥仓的泥土混合体，保持与开挖掌子面正面土压力及地下水的压力平衡状态，解决顶管施工过程过度扰动地层土体,管道施工后地面沉降问题，采用螺旋出土轴方式排土，适用施工的土质范围非常广，粘土层、硬土层、砂土层、卵石层、中风化岩层均适用。

然而在实际工作中，气囊阻挡泥土排除，一段时间后，减速外轴161上的泥土增加，极易发生堵塞；

因此施工人员在实际过程中，基本会降低输入转速，然而即使降低转速，当长时间后，螺旋外轴16也会发生堵塞现象，因此申请人想到，在挖掘套筒内设计减速齿轮174组进行完成对减速外轴161和平速外轴163的转速差，进行避免该种情况的出现，然而在设计过程中，挖掘套筒内的齿轮组极易阻挡泥土，在某方面也成为了堵塞的因素；

通过采用上述技术方案，当挖掘部1进入挖掘点后，由驱动部2带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头13进行转动，进行完成对挖掘点的挖掘工作；而挖掘刀头13在进行挖掘前，通过带动螺旋出土轴进行对挖掘点注入水及混合材料，进行改变泥土的流塑性，便于挖掘工作；由工人将水及混合材料经过驱动内轴171注入挖掘刀头13，进而注入挖掘点；泥土流速性改变后，通过驱动部2带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头13进行开挖泥土，而挖出的泥土将随着螺旋出土轴上的螺旋叶片流出；

由驱动电机25带动驱动输入轴进行转动，进而带动第三传动齿轮26进行转动，进而带动输入齿轮27进行转动，进而带动螺旋出土轴进行转动；第三平速齿轮175和第二平速齿轮173进行转动，进而带动第一平速齿圈1611和第二平速齿圈进行转动，进而完成带减速外轴161和平速外轴163的同速转动；当挖掘部1出现无法控制排土量的情况时，通过控制气囊的开合进行控制挖掘部1的出土量，而气囊长时间开启后，螺旋出土轴的减速外轴161部分的土量在逐渐增加，当增加到一定程度后，极易出现堵塞的情况，此时通过变速单元进行带动螺旋出土轴进行变速，降低减速外轴161的转速，保持平速外轴163的转速，使得进入减速外轴161的土量减少，进而避免了该种情况的出现；由变速气缸带动变速伸缩杆进行伸缩，进而带动变速架212进行移动，进而带动卡取单元进行移动，进而带动驱动内轴171进行移动，使得第三平速齿轮175脱离与第一平速齿圈1611的啮合，由减速齿轮174啮合第一传动齿轮1613，进而通过改变传动比进行完成对减速外轴161的降速工作，而平速外轴163中由第一平速齿轮172接替第二平速齿轮173与第二平速齿圈的啮合，进而维持平速转轴的转速。

当挖掘套筒挖掘方向偏离时，通过纠偏油缸带动纠偏轴进行伸缩，进而带动挖掘活动套筒12进行改变方向，进而调整挖掘套筒的挖掘方向，进行避免偏离现象；

优选的，所述驱动部2包括基础架21，与所述基础架21滑动连接的顶进油缸22，与所述顶进油缸22固定连接的挖掘连接架24，

设置在所述顶进油缸22输出端的油缸输出轴23，安装在所述挖掘连接架24上的驱动电机25，设置在所述驱动电机25输出端的驱动输入轴，套接在所述驱动输入轴上的第三传动齿轮26，以及与所述第三传动齿轮26啮合且设置在所述挖掘连接架24侧部的输入齿轮27；

所述输入齿轮27套接驱动内轴171；

所述油缸输出轴23与基础架21固定连接；

平速外轴163与所述挖掘连接架24连接。

所述基础架21上还设有限位单元；

所述限位单元包括与所述基础架21固定连接的限位架211，与所述挖掘连接架24铰接的限位连接架241，与所述限位连接架241固定连接的限位气缸242，以及设置在所述限位气缸242输出端的限位伸缩杆243；

所述限位连接架241的端部设有限位杆；所述限位架211上开有与所述限位杆适配的限位槽；

所述限位架211的侧部安装有与所述限位伸缩杆243抵接的限位通板；

通过设计限位单元进行避免了挖掘部1在挖掘过程中出现的回缩情况。

限位单元进行完成对驱动内轴171的移动工作，进而改变驱动内轴171中的齿轮传动，进而完成对减速外轴161和平速外轴163形成转速差，进行避免减速外轴161堆积泥土出现堵塞现象。

所述基础架21上还固定安装有变速单元；

所述变速单元包括安装在所述基础架21上的变速气缸，设置在所述变速气缸输出端的变速伸缩杆，与所述变速伸缩杆固定连接的变速架212，以及安装在所述变速架212上的三组卡取单元；

每组卡取单元包括安装在所述变速架212上的卡取气缸213，设置在所述卡取气缸213输出端的卡取伸缩杆214，以及设置在所述卡取伸缩杆214端部且与驱动内轴171抵接的变速夹轮215；

卡取单元由卡取气缸213带动卡取伸缩杆214进行伸缩，进而带动变速夹轮215进行抵住驱动内轴171。

通过采用上述技术方案，通过设计变速单元完成对驱动内轴171的移动工作，进而改变驱动内轴171中的齿轮传动，进而完成对减速外轴161和平速外轴163形成转速差，进行避免减速外轴161堆积泥土出现堵塞现象。

而挖掘部1在进行工作时，会出现反作用力，此时挖掘部1容易带动顶进油缸22出现回缩，当油缸出现回缩时，挖掘连接架24也进行移动，而挖掘连接架24的移动将带动限位连接架241进行移动，而此时限位杆卡住限位槽，进行避免了限位连接架241的移动，进而避免了挖掘连接架24的移动，进而避免了挖掘部1的回缩情况。

工作原理说明：首先由驱动部2中的顶进油缸22带动油缸输出轴23进行伸缩，使得挖掘连接架24及顶进油缸22沿基础架21进行滑动，进而带动挖掘部1进入挖掘点，而在挖掘部1进行挖掘时，驱动部2持续工作，使得挖掘部1缓慢进入挖缺点，进而完成挖掘工作；挖掘部1进入挖掘点后，由驱动部2带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头13进行转动，进行完成对挖掘点的挖掘工作；而挖掘刀头13在进行挖掘前，通过带动螺旋出土轴进行对挖掘点注入水及混合材料，进行改变泥土的流塑性，便于挖掘工作；由工人将水及混合材料经过驱动内轴171注入挖掘刀头13，进而注入挖掘点；泥土流速性改变后，通过驱动部2带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头13进行开挖泥土，而挖出的泥土将随着螺旋出土轴上的叶片流出；由驱动电机25带动驱动输入轴进行转动，进而带动第三传动齿轮26进行转动，进而带动输入齿轮27进行转动，进而带动螺旋出土轴进行转动；第三平速齿轮175和第二平速齿轮173进行转动，进而带动第一平速齿圈1611和第二平速齿圈进行转动，进而完成带减速外轴161和平速外轴163的同速转动；当挖掘部1出现无法控制排土量的情况时，通过控制气囊的开合进行控制挖掘部1的出土量，而气囊长时间开启后，螺旋出土轴的减速外轴161部分的土量在逐渐增加，当增加到一定程度后，极易出现堵塞的情况，此时通过变速单元进行带动螺旋出土轴进行变速，降低减速外轴161的转速，保持平速外轴163的转速，使得进入减速外轴161的土量减少，进而避免了该种情况的出现；由变速气缸带动变速伸缩杆进行伸缩，进而带动变速架212进行移动，进而带动卡取单元进行移动，进而带动驱动内轴171进行移动，使得第三平速齿轮175脱离与第一平速齿圈1611的啮合，由减速齿轮174啮合第一传动齿轮1613，进而通过改变传动比进行完成对减速外轴161的降速工作，而平速外轴163中由第一平速齿轮172接替第二平速齿轮173与第二平速齿圈的啮合，进而维持平速转轴的转速。

当挖掘套筒挖掘方向偏离时，通过纠偏油缸带动纠偏轴进行伸缩，进而带动挖掘活动套筒12进行改变方向，进而调整挖掘套筒的挖掘方向，进行避免偏离现象；而挖掘部1在进行工作时，会出现反作用力，此时挖掘部1容易带动顶进油缸22出现回缩，当油缸出现回缩时，挖掘连接架24也进行移动，而挖掘连接架24的移动将带动限位连接架241进行移动，而此时限位杆卡住限位槽，进行避免了限位连接架241的移动，进而避免了挖掘连接架24的移动，进而避免了挖掘部1的回缩情况。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.一种土压式螺旋出土顶管机，包括：

驱动部（2），以及与所述驱动部（2）连接的挖掘部（1）；

所述挖掘部（1）包括与所述驱动部（2）连接的挖掘套筒，以及设置在所述挖掘套筒内的螺旋出土轴；

所述螺旋出土轴内部呈中空状，表面上设有螺旋叶片；

其特征在于，所述螺旋出土轴包括设置在挖掘活动套筒（12）和挖掘固定套筒（11）内的螺旋外轴（16），以及设置在螺旋外轴（16）内的螺旋内轴（17）；

外轴连接件（162）与挖掘固定套筒（11）连接；

减速外轴（161）的一端设有第一平速齿圈（1611），另外一端设有减速齿圈（1612）；

减速外轴（161）的另外一端还设有第一传动齿轮（1613）和第二传动齿轮（1614）；

第一传动齿轮（1613）和第二传动齿轮（1614）相互啮合，所述第二传动齿轮（1614）与所述减速齿圈（1612）啮合；

平速外轴（163）内的一端设有第二平速齿圈；

螺旋内轴（17）包括设置在减速外轴（161）和平速外轴（163）内的驱动内轴（171），套设在所述驱动内轴（171）一端且分别与第二平速齿圈啮合的第一平速齿轮（172）和第二平速齿轮（173），设置在所述驱动内轴（171）另外一端且与第一平速齿圈（1611）啮合的第三平速齿轮（175），以及设置在所述第三平速齿轮（175）和第二平速齿轮（173）之间的减速齿轮（174）；

减速齿轮（174）与第一传动齿轮（1613）啮合；

所述驱动内轴（171）靠近第三平速齿轮（175）的一端设有一级伸缩杆（176）和二级伸缩杆（177）；

所述一级伸缩杆（176）、二级伸缩杆（177）及驱动内轴（171）内部呈中空状；所述二级伸缩杆（177）与挖掘刀头（13）连通。

2.根据权利要求1所述的一种土压式螺旋出土顶管机，其特征在于，所述挖掘套筒包括与所述驱动部（2）连接的挖掘固定套筒（11）和设置在所述挖掘固定套筒（11）端部的挖掘活动套筒（12）；

所述挖掘固定套筒（11）内设有挖掘纠偏单元（14）和出土控制单元（15）；

所述挖掘活动套筒（12）的端部设有与所述螺旋出土轴连接的挖掘刀头（13）。

3.根据权利要求2所述的一种土压式螺旋出土顶管机，其特征在于，所述挖掘纠偏单元（14）包括若干组连接在所述挖掘活动套筒（12）周部上的纠偏机构；

每组纠偏机构包括安装在所述挖掘固定套筒（11）内的纠偏连接件，与所述纠偏连接件铰接的纠偏油缸，以及设置在所述纠偏油缸输出端的纠偏轴；

所述纠偏轴与挖掘活动套筒（12）铰接；

所述挖掘活动套筒（12）与所述挖掘固定套筒（11）衔接处具有预定弧度。

4.根据权利要求2所述的一种土压式螺旋出土顶管机，其特征在于，所述出土控制单元（15）包括安装在所述挖掘固定套筒（11）内的气囊。

5.根据权利要求1所述的一种土压式螺旋出土顶管机，其特征在于，所述驱动部（2）包括基础架（21），与所述基础架（21）滑动连接的顶进油缸（22），与所述顶进油缸（22）固定连接的挖掘连接架（24），

设置在所述顶进油缸（22）输出端的油缸输出轴（23），安装在所述挖掘连接架（24）上的驱动电机（25），设置在所述驱动电机（25）输出端的驱动输入轴，套接在所述驱动输入轴上的第三传动齿轮（26），以及与所述第三传动齿轮（26）啮合且设置在所述挖掘连接架（24）侧部的输入齿轮（27）；

所述输入齿轮（27）套接驱动内轴（171）；

所述油缸输出轴（23）与基础架（21）固定连接；

平速外轴（163）与所述挖掘连接架（24）连接。

6.根据权利要求5所述的一种土压式螺旋出土顶管机，其特征在于，所述基础架（21）上还固定安装有变速单元；

所述变速单元包括安装在所述基础架（21）上的变速气缸，设置在所述变速气缸输出端的变速伸缩杆，与所述变速伸缩杆固定连接的变速架（212），以及安装在所述变速架（212）上的三组卡取单元；

每组卡取单元包括安装在所述变速架（212）上的卡取气缸（213），设置在所述卡取气缸（213）输出端的卡取伸缩杆（214），以及设置在所述卡取伸缩杆（214）端部且与驱动内轴（171）抵接的变速夹轮（215）。

7.一种土压式螺旋出土顶管机的螺旋出土方法，其特征是，包括：

步骤1、首先由驱动部（2）中的顶进油缸（22）带动油缸输出轴（23）进行伸缩，使得挖掘连接架（24）及顶进油缸（22）沿基础架（21）进行滑动，进而带动挖掘部（1）进入挖掘点，而在挖掘部（1）进行挖掘时，驱动部（2）持续工作，使得挖掘部（1）缓慢进入挖缺点，进而完成挖掘工作；

步骤2、挖掘部（1）进入挖掘点后，由驱动部（2）带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头（13）进行转动，进行完成对挖掘点的挖掘工作；

而挖掘刀头（13）在进行挖掘前，通过带动螺旋出土轴进行对挖掘点注入水及混合材料，进行改变泥土的流塑性，便于挖掘工作；

步骤3、泥土流速性改变后，通过驱动部（2）带动螺旋出土轴进行转动，进而带动挖掘刀头（13）进行开挖泥土，而挖出的泥土将随着螺旋出土轴上的螺旋叶片流出；

由驱动电机（25）带动驱动输入轴进行转动，进而带动第三传动齿轮（26）进行转动，进而带动输入齿轮（27）进行转动，进而带动螺旋出土轴进行转动；第三平速齿轮（175）和第二平速齿轮（173）进行转动，进而带动第一平速齿圈（1611）和第二平速齿圈进行转动，进而完成带减速外轴（161）和平速外轴（163）的同速转动；

步骤4、当挖掘部（1）出现无法控制排土量的情况时，通过控制气囊的开合进行控制挖掘部（1）的出土量，而气囊长时间开启后，螺旋出土轴的减速外轴（161）部分的土量在逐渐增加，当增加到一定程度后，极易出现堵塞的情况，此时通过变速单元进行带动螺旋出土轴进行变速，降低减速外轴（161）的转速，保持平速外轴（163）的转速，使得进入减速外轴（161）的土量减少；

由变速气缸带动变速伸缩杆进行伸缩，进而带动变速架（212）进行移动，进而带动卡取单元进行移动，进而带动驱动内轴（171）进行移动，使得第三平速齿轮（175）脱离与第一平速齿圈（1611）的啮合，由减速齿轮（174）啮合第一传动齿轮（1613），进而通过改变传动比进行完成对减速外轴（161）的降速工作，而平速外轴（163）中由第一平速齿轮（172）接替第二平速齿轮（173）与第二平速齿圈的啮合，进而维持平速转轴的转速；

步骤5、当挖掘套筒挖掘方向偏离时，通过纠偏油缸带动纠偏轴进行伸缩，进而带动挖掘活动套筒（12）进行改变方向，进而调整挖掘套筒的挖掘方向，进行避免偏离现象。

Images