CN113374493B - 顶管机刀盘结构、顶管机及刀头缠绕异物清除方法 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种顶管机刀盘结构、顶管机及刀头缠绕异物清除方法，涉及地下工程顶管施工技术领域，该刀盘结构包括刀盘以及设于刀盘掘进一侧的刀头，刀盘上设置有异物清除窗口，异物清除窗口贯穿刀盘厚度方向设置于刀盘上，且异物清除窗口内设置有能够开启或关闭异物清除窗口的封堵结构，封堵结构能够固定于刀盘上，以使能够通过打开异物清除窗口清除刀头上缠绕异物；该顶管机包括内置于顶管机舱内的便携式切割设备和顶管机刀盘结构；通过实施本技术方案，能够直接介入顶管机刀盘前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘抱死的现象，该刀盘结构设计简单但巧妙合理，保证顶管机正常掘进，降低施工成本，提高施工效率。

Description

顶管机刀盘结构、顶管机及刀头缠绕异物清除方法

技术领域

本发明涉及地下工程顶管施工技术领域，具体地讲，涉及一种能够快速清除刀头缠绕异物的顶管机刀盘结构、顶管机以及刀头缠绕异物清除方法。

背景技术

随着城市地下工程的开发越来越多，为减少道路交通堵塞及环境保护的需要，通常采用顶管法进行施工，顶管法施工指的是利用顶管机，在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。

顶管法施工具有安全、高效、环保的优势，但本申请发明人在实际施工过程中，发现在城市地下工程顶管施工过程中，常常难以准确的探知地下障碍物(例如管道、树根、孤石等)的情况，导致顶进力大幅增加，甚至可能造成刀盘抱死事故，致使施工停顿，经济损失较大。

根据分析发现，现有顶管机出现刀盘抱死的原因是：顶管机在切削前进的过程中，常会遇到地下人工填埋物，例如废弃PE管线或者固结排水板及其他编织物，而现有顶管机刀盘遇到这些塑料障碍物时无法对其进行有效切割，导致切削的障碍物残片较大，难以通过刀盘上的排浆孔排出；且当刀盘在切削前进的一侧障碍物残片累积到一定程度时容易形成团状并缠绕在刀盘上，容易卡死顶管机，导致刀盘无法运转，造成顶管机停机故障，严重影响施工安全及施工进度；同时障碍物缠绕在顶管机刀盘上，随着刀盘旋转也会对地下工程管线进行强制牵扯，若不及时清楚刀头缠绕异物，容易导致地基沉降过大，严重时影响地表道路及建筑物的安全。

现有技术中提供有对顶管机刀盘结构中刀头进行改进的方案，以提高对地下障碍物的切割能力，但其都不是解决顶管机刀头缠绕问题的关键，难以保证顶管机长时间工作正常掘进，即无法从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘抱死的现象。且遇到顶管机刀头缠绕，在实际施工过程中，刀头缠绕异物清除方法主要有两种，其一是倒拔管线法，即通过管线另一端头，将管线整体沿背离顶管机顶进方向从土体中拔出的方法，但存在深度大、拔出易断裂且不可控的技术问题；其二是地面开天窗取出法，即通过在顶管机刀盘前方地面开挖竖井，并在竖井中对刀头缠绕异物进行清除的方法，但存在费用高、需断路施工且施工时间耗费长的技术问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种顶管机刀盘结构，能够直接介入顶管机刀盘前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘抱死的现象，该刀盘结构设计简单但巧妙合理，保证顶管机正常掘进，降低施工成本，提高施工效率。

本发明采用的技术方案如下：

顶管机刀盘结构，所述刀盘结构包括刀盘以及设于刀盘掘进一侧的刀头，所述刀盘上设置有异物清除窗口，所述异物清除窗口贯穿所述刀盘厚度方向设置于所述刀盘上，且所述异物清除窗口内设置有能够开启或关闭异物清除窗口的封堵结构，所述封堵结构能够固定于所述刀盘上，以使能够通过打开异物清除窗口清除所述刀头上缠绕异物。

本技术方案取消了改进刀头结构的设计思路，而采用直接在刀盘上设置能够开启或关闭的异物清除窗口，在正常的掘进施工中，利用封堵结构封堵异物清除窗口，保证顶管机的结构强度满足施工要求，同时满足刀盘结构的密封性；在需要清除刀头上缠绕异物时，直接通过封堵结构开启异物清除窗口，从顶管机舱内经异物清除窗口至刀盘掘进一侧，清除缠绕于刀头上的障碍物，如此能够直接介入顶管机刀盘前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘抱死的现象，该刀盘结构设计简单但巧妙合理，保证顶管机正常掘进，可有效降低施工成本，提高施工效率。

上述技术方案可选地，所述异物清除窗口设置于所述刀头所在的区域；本技术方案将异物清除窗口设于刀头所在的区域，可利用既有排浆孔开设异物清除窗口，新开异物清除窗口面积小，能够减小对原有刀盘结构整体构造影响；作为本技术方案的优选，可在刀头所在区域的两侧对称各开设一异物清除窗口，同理也可以在交错设置的第一刀头区域和第二刀头区域上各开设一异物清除窗口，新开设的异物清除窗口可有效保证刀盘结构的自身稳定性，利于提高刀盘结构的刚性和使用寿命。

上述技术方案可选地，所述异物清除窗口设置于所述刀盘上且避开所述刀头所在的区域；本技术方案在非刀头区域开设异物清除窗口，结构设计简单，利于保证刀盘结构自身稳定性，利于封堵结构的安装以及保障异物清除窗口的密封性。

上述技术方案优选地，每个所述刀盘上的所述异物清除窗口至少有两个，其中一个所述异物清除窗口靠近所述刀盘中心位置，另一个所述异物清除窗口靠近所述刀盘边缘位置；该结构设计一方面在考虑保障刀盘结构整体转动平稳性的情况下，另一方面能够沿着刀盘结构截面径向更全面的切割缠绕异物，降低障碍物对刀头的缠绕，进一步提高顶管机的掘进效率。

上述技术方案优选地，所述异物清除窗口的截面为矩形截面或圆形截面；该异物清除窗口的结构设计主要考虑异物清除窗口的密封性及稳定性。

上述技术方案优选地，所述封堵结构的一侧通过合页与所述刀盘连接，且所述封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于所述刀盘上；该封堵结构设计简单，便于在一定施工时间后开启或关闭异物清除窗口，便捷地清除刀头上缠绕异物。

上述技术方案优选地，当所述异物清除窗口的截面为圆形截面时，所述封堵结构的外部轮廓与所述异物清除窗口的内部轮廓相适配，以使所述封堵结构能够嵌入所述异物清除窗口内，且所述封堵结构沿圆周方向设置有锁齿，所述刀盘在所述异物清除窗口内侧的周向上设置有与所述锁齿相配合的锁槽，以使转动所述封堵结构能够使得锁齿旋入所述锁槽内实现锁紧；本技术方案中封堵结构的材质优选与刀盘结构的材质一致，至少具有如下有益效果：其一封堵结构采用嵌入式置于异物清除窗口内，利于保障刀盘结构整体平稳性，使得刀盘结构整体刚度满足要求；其二该嵌入式结构设计利于保障异物清除窗口的密封性；其三封堵结构上锁齿与异物清除窗口内侧周向上锁槽的配合设计，利于保证封堵结构的紧固稳定性，同时优选将锁齿旋进锁槽的方向设计为与刀盘结构掘进旋转方向相反，如此能够在顶管机掘进过程中保证刀盘整体结构强度，该结构设计巧妙合理。

上述技术方案优选地，所述封堵结构包括：

楔形锁体，所述楔形锁体呈圆台状，所述锁齿固定设置于所述楔形锁体上，所述异物清除窗口由刀盘掘进一侧至另一侧的直径逐渐增大；锁齿优选为与所述楔形锁体一体成型，且材质优选为与顶管机刀盘相同材料相同；

旋转轮，所述旋转轮固定于所述锁体上，且所述旋转轮位于所述刀盘背离所述刀头一侧；如此可从顶管机舱内将楔形锁体插入异物清除窗口内，保障楔形锁体与异物清除窗口配合紧密，利于封堵结构的安装稳定性及密封性；而旋转轮的设计利于拆装楔形锁体，以便于开启或关闭异物清除窗口。

上述技术方案优选地，所述封堵结构还包括设于所述锁体和所述异物清除窗口之间的橡胶止水弹性密封垫圈，所述橡胶止水弹性密封垫圈套设于所述楔形锁体上；本技术方案采用压紧式楔形锁体配合橡胶止水弹性密封垫圈的结构设计，在关闭异物清除窗口时，通过楔形锁体挤压橡胶止水弹性密封垫圈与异物清除窗口过盈配合，并通过旋转轮旋转锁齿卡入锁槽内进行锁定，可有效提高封堵结构的密封锁紧效果，保证异物清除窗口的密封性及刀盘结构的整体稳定性。

另一方面，本发明还提供有一种顶管机，所述顶管机包括内置于顶管机舱内的便携式切割设备和所述的顶管机刀盘结构。

上述技术方案优选地，所述顶管机还包括：

驱动单元，所述驱动单元包括有驱动电机、减速器和扭矩传感器，所述驱动电机的输出端通过扭矩传感器与减速器的输入端连接，所述减速器的输出端与所述刀盘结构的中心转轴连接，以带动刀盘结构旋转掘进；所述扭矩传感器用于获取刀盘结构掘进过程中的扭矩信息；

控制单元，所述控制单元与所述扭矩传感器连接，以使刀盘掘进过程中的扭矩信息传输至控制单元；且所述控制单元与所述驱动电机连接，所述控制单元能够用于控制所述驱动电机开启或关闭，所述驱动电机被配置为所述控制单元接收到的扭矩信息到达预设值A时实时关闭。

本技术方案顶管机工作时，驱动电机通过减速器向刀盘结构输入动力，以带动刀盘结构旋转，刀盘结构在掘进过程中扭矩的大小由扭矩传感器收集并可以通过数据采集模块记录并将记录的数据传输给控制单元，使得控制单元能够实时监控刀盘结构受到的扭矩信息，刀盘结构掘进一段时间由于刀头缠绕异物会产生更大扭矩，当该扭矩达到控制单元预设值A时，由控制单元控制驱动电机关闭，及时降低刀盘结构转速，避免出现卡死顶管机而导致刀盘无法运转，造成顶管机停机故障的情况；同时该技术方案能够实时采集刀盘结构的扭矩信息，控制刀盘结构的运动特性，避免刀头缠绕异物缠绕过于紧实，便于后期通过异物清除窗口清除刀头缠绕异物。

上述技术方案优选地，所述顶管机还包括报警单元，所述报警单元与所述控制单元连接，所述报警单元被配置为所述控制单元接收到的扭矩信息到达预设值B时启动报警，所述预设值B小于所述预设值A；本技术方案中驱动电机优选为变频电机，刀盘结构的旋转方向由变频电机实时变速得到，其实现的方式为由控制单元控制变频电机向电机变频器输入正弦波、三角波等控制信号，实现电机实时转速的变化即振动激励，控制刀盘结构的旋转速度；由此本技术方案在监测到扭矩达到预设值B时启动报警的同时可由控制单元实时调节刀盘结构减速，以便于清除刀头缠绕异物。

再一方面，一种顶管机刀头缠绕异物清除方法，利用所述的顶管机，该顶管机包括内置于顶管机舱内的便携式切割设备和所述的顶管机刀盘结构，所述清除方法包括以下步骤：

步骤S1，通过扭矩传感器获取刀盘结构掘进过程中的扭矩信息，该扭矩信息通过数据采集模块记录并将记录的数据传输给控制单元，当扭矩达到预设值B时，启动报警单元进行报警提示，当扭矩达到预设值A时，通过控制单元控制驱动电机带动刀盘结构停止旋转；

步骤S2，待刀盘结构处于停止状态后，打开所述异物清除窗口；

步骤S3，利用放置于顶管机舱内的便携式切割设备穿过异物清除窗口至刀盘掘进一侧，清除位于刀头上的缠绕异物；本技术方案中便携式切割设备可以是可拆卸固定于舱内的便携式焊炬或切割刀或切割剪；

步骤S4，待刀头上缠绕异物切割完成后，再利用封堵结构关闭所述异物清除窗口，并将封堵结构锁定于刀盘上；

待检修异物清除窗口关闭后，顶管机继续进行顶进施工。

本发明至少具有以下有益效果：

1.本发明采用在顶管机刀盘结构上开设异物清除窗口，且异物清除窗口配置封堵结构，在满足顶管机刀盘结构正常掘进的前提下，能够直接介入顶管机刀盘前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘抱死的现象，显著降低刀头缠绕异物清除难度及成本，对于稳定性较好且地下水较少的地层效果尤为明显，在施工中遇障碍物能够及时清除掉，保证顶管机正常掘进，减少施工停机的时间，节约施工成本，提高施工效率。

2.本发明顶管机刀盘结构上开设异物清除窗口较改进刀头刀刃制造难度低，且能够从根本上解决刀头上缠绕异物的技术问题，在顶管机掘进过程中能够通过打开异物清除窗口进入刀盘掘进一侧，利用切割设备将缠绕在刀头上缠绕异物切割分段的效果，降低废弃PE管线或者固结排水板及其他编织物对刀头的缠绕，提高顶管机掘进效率。

3.本发明顶管机刀盘结构上的异物清除窗口可设在刀头所在的区域，可利用既有排浆孔开设异物清除窗口，新开异物清除窗口面积小，能够减小对原有刀盘结构整体构造影响；当然异物清除窗口也可设在非刀头所在的区域，这样结构设计简单，利于保证刀盘结构自身稳定性，利于封堵结构的安装以及保障异物清除窗口的密封性；且本发明异物清除窗口的布置设计考虑了在不影响刀盘结构整体转动平稳性的情况下，能够沿着刀盘结构截面径向更全面的切割缠绕异物，降低障碍物对刀头的缠绕，进一步提高顶管机的掘进效率。

4.本发明顶管机刀盘结构上异物清除窗口经过计算机仿真分析优选在非刀头区域设计圆形截面的异物清除窗口，封堵结构的材质优选与刀盘结构的材质一致，且封堵结构优选为楔形锁体+橡胶止水弹性密封垫圈+锁体与锁槽的配合结构，至少具有如下有益效果：其一封堵结构采用嵌入式压紧于异物清除窗口内，利于保障刀盘结构整体平稳性，使得刀盘结构整体刚度满足要求；其二该嵌入式楔形锁体结构设计及橡胶止水弹性密封垫圈的配合设计利于保障异物清除窗口的密封性及稳定性；其三封堵结构上锁齿与异物清除窗口内侧周向上锁槽的配合设计，利于保证封堵结构的紧固稳定性，同时优选将锁齿旋进锁槽的方向设计为与刀盘结构掘进旋转方向相反，如此能够在顶管机掘进过程中保证刀盘整体结构强度。

5.利用本发明顶管机刀盘结构清除刀头缠绕异物方法简单，制造成本低廉，在使用过程中具有很好的便捷性与可靠性，可避免造成地层空洞，在不影响地表道路及建筑物的安全的前提下，直接介入顶管机刀盘前方清除刀头缠绕异物，以较低的成本，达到实时且有效保障顶管机正常掘进，故具有很好的应用前景和重要的推广使用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例一顶管机刀盘结构掘进一侧的示意图；

图2是本发明实施例一顶管机刀盘结构的背面示意图；

图3是本发明实施例一中刀盘结构侧向封堵结构的爆炸示意图；

图4是本发明实施例一中封堵结构呈打开状态的示意图；

图5是本发明实施例一中封堵结构呈锁定状态的示意图；

图6是本发明实施例一顶管机中各模块的连接示意图；

图7是本发明实施例二顶管机刀盘结构掘进一侧的示意图；

图8是本发明实施例二顶管机刀盘结构的背面示意图；

图9是本发明实施例三顶管机刀盘结构掘进一侧的示意图；

图10是本发明实施例三顶管机刀盘结构的背面示意图；

图11是本发明实施例四顶管机刀盘结构掘进一侧的示意图；

图12是本发明实施例四顶管机刀盘结构的背面示意图；

图13是本发明实施例五顶管机刀盘结构掘进一侧的示意图；

图14是本发明实施例五顶管机刀盘结构的背面示意图；

图15是本发明实施例六顶管机刀盘结构的背面示意图。

图中：1-刀盘；2-中心刀头；3-旁切刀头；4-排浆孔；5-异物清除窗口；6-刀头底座；7-锁槽；8-橡胶止水弹性密封垫圈；9-楔形锁体；10-锁齿；11-旋转轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

结合图1至图5所示，本实施例提供了一种顶管机刀盘结构，该刀盘结构包括刀盘1以及设于刀盘1掘进一侧的刀头，本实施例提供的刀头包括有位于刀盘1中心位置的中心刀头2以及沿刀盘1四周布置的旁切刀头3；旁切刀头3通过刀头底座6固定在刀盘1上，在旁切刀头3的两侧布置有排浆孔4；关键地，本实施例提供的刀盘1上设置有异物清除窗口5，异物清除窗口5贯穿刀盘1厚度方向设置于刀盘1上，且异物清除窗口5内设置有能够开启或关闭异物清除窗口5的封堵结构，封堵结构能够固定于刀盘1上，以使能够通过打开异物清除窗口5清除刀头上缠绕异物；由此，在正常的掘进施工中，利用封堵结构封堵异物清除窗口5，保证顶管机的结构强度满足施工要求，同时满足刀盘结构的密封性；在需要清除刀头上缠绕异物时，直接通过封堵结构开启异物清除窗口5，从顶管机舱内经异物清除窗口5至刀盘1掘进一侧，清除缠绕于刀头上的障碍物，如此能够直接介入顶管机刀盘1前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘1抱死的现象，该刀盘结构设计简单但巧妙合理，保证顶管机正常掘进，可有效降低施工成本，提高施工效率。

在一些实施例中，异物清除窗口5设置于刀头所在的区域；在另一些实施例中，异物清除窗口5设置于刀盘1上且避开刀头所在的区域；作为本实施例的优选，本实施例异物清除窗口5设置于刀盘1上且避开刀头所在的区域，每个刀盘1上的异物清除窗口5至少有两个，其中一个异物清除窗口5靠近刀盘1中心位置，另一个异物清除窗口5靠近刀盘1边缘位置；该结构设计一方面在考虑保障刀盘结构整体转动平稳性的情况下，另一方面能够沿着刀盘结构截面径向更全面的切割缠绕异物，降低障碍物对刀头的缠绕，进一步提高顶管机的掘进效率。

在一些实施例中，异物清除窗口5的截面为矩形截面；当然具体并不局限于此，在另一些实施例中，异物清除窗口5的截面为圆形截面；在一些实施例中，封堵结构固定于刀盘1上可以是可拆卸固定；当然具体也并不局限于此，封堵结构也可以是直接固定在刀盘1上。

在一些实施例中，封堵结构的一侧是通过合页与刀盘1连接，且封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于刀盘1上；该封堵结构设计简单，便于在一定施工时间后开启或关闭异物清除窗口5，便捷地清除刀头上缠绕异物。

而作为本实施例的优选，本实施例提供的异物清除窗口5的截面为圆形截面，该异物清除窗口5的结构设计主要考虑异物清除窗口5的密封性及稳定性；且封堵结构的外部轮廓与异物清除窗口5的内部轮廓相适配，以使封堵结构能够嵌入异物清除窗口5内，且封堵结构沿圆周方向均匀设置有锁齿10，刀盘1在异物清除窗口5内侧的周向上设置有与锁齿10相配合的锁槽7，以使转动封堵结构能够使得锁齿10旋入锁槽7内实现锁紧；本实施例中封堵结构的材质优选与刀盘结构的材质一致，且至少具有如下有益效果：其一封堵结构采用嵌入式置于异物清除窗口5内，利于保障刀盘结构整体平稳性，使得刀盘结构整体刚度满足要求；其二封堵结构采用嵌入式结构设计利于保障异物清除窗口5的密封性；其三封堵结构上锁齿10与异物清除窗口5内侧周向上锁槽7的配合设计，利于保证封堵结构的紧固稳定性，同时优选将锁齿10旋进锁槽7的方向设计为与刀盘结构掘进旋转方向相反，如此能够在顶管机掘进过程中保证刀盘1整体结构强度，该结构设计巧妙合理。

结合图3至图5所示，本实施例提供的封堵结构包括楔形锁体9和旋转轮11，楔形锁体9整体呈圆台状，锁齿10固定设置于楔形锁体9上，异物清除窗口5由刀盘1掘进一侧至另一侧的直径逐渐增大；锁齿10优选为与楔形锁体9一体成型，且材质优选为与顶管机刀盘1相同材料相同；旋转轮11固定于楔形锁体9上，当然旋转轮11可以是通过焊接方式、螺纹连接或嵌入式等固定方式固定于楔形锁体9上，更优选地，旋转轮11与楔形锁体9是一体成型，旋转轮11位于刀盘1背离刀头一侧；如此可从顶管机舱内将楔形锁体9插入异物清除窗口5内，保障楔形锁体9与异物清除窗口5配合紧密，利于封堵结构的安装稳定性及密封性；而旋转轮11的设计利于拆装楔形锁体9，以便于开启或关闭异物清除窗口5。

为进一步提高封堵结构的密封锁紧效果，本实施例封堵结构还包括设于楔形锁体9和异物清除窗口5之间的橡胶止水弹性密封垫圈8，橡胶止水弹性密封垫圈8套设于楔形锁体9上，当然也可以是直接固定在楔形锁体9上；本实施例采用压紧式楔形锁体9配合橡胶止水弹性密封垫圈8的结构设计，在关闭异物清除窗口5时，通过楔形锁体9挤压橡胶止水弹性密封垫圈8与异物清除窗口5过盈配合，并通过旋转轮11旋转锁齿10卡入锁槽7内进行锁定，可有效提高封堵结构的密封锁紧效果，保证异物清除窗口5的密封性及刀盘结构的整体稳定性。

在具体的实施方式中，本发明还提供了一种顶管机，能够直接介入顶管机刀盘1前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘1刀盘1抱死的现象，该顶管机包括内置于顶管机舱内的便携式切割设备和上述的顶管机刀盘结构，便携式切割设备可以是可拆卸固定于舱内的便携式焊炬或切割刀或切割剪，当然也可以是现有技术中其它切割设备，故在此不做赘述。

参考图6所示，进一步地，本实施例顶管机还包括驱动单元和控制单元，驱动单元包括有驱动电机、减速器和扭矩传感器，驱动电机的输出端通过扭矩传感器与减速器的输入端连接，减速器的输出端与刀盘结构的中心转轴连接，以带动刀盘结构旋转掘进；扭矩传感器用于获取刀盘结构掘进过程中的扭矩信息；控制单元可以是单片机或PLC控制器，控制单元与扭矩传感器连接，以使刀盘掘进过程中的扭矩信息传输至控制单元；且控制单元与驱动电机连接，控制单元能够用于控制驱动电机开启或关闭，驱动电机被配置为控制单元接收到的扭矩信息到达预设值A时实时关闭；本实施例中扭矩传感器可以是现有技术中的扭矩测试仪，其工作原理为现有技术，在此不作赘述。

更为优选地，顶管机还包括报警单元，报警单元与控制单元连接，报警单元被配置为控制单元接收到的扭矩信息到达预设值B时启动报警，预设值B小于预设值A，本实施例中预设值B等于预设值A×95％；本实施例中驱动电机优选为变频电机，刀盘结构的旋转方向由变频电机实时变速得到，其实现的方式为由控制单元控制变频电机向电机变频器输入正弦波、三角波等控制信号，实现电机实时转速的变化即振动激励，控制刀盘结构的旋转速度。

由此本实施例顶管机工作时，驱动电机通过减速器向刀盘结构输入动力，以带动刀盘结构旋转，刀盘结构在掘进过程中扭矩的大小由扭矩传感器收集并可以通过数据采集模块记录并将记录的数据传输给控制单元，使得控制单元能够实时监控刀盘结构受到的扭矩信息，刀盘结构掘进一段时间由于刀头缠绕异物会产生更大扭矩，当监测到扭矩达到预设值B时启动报警单元报警，同时可由控制单元实时调节刀盘结构减速；当该扭矩达到控制单元预设值A时，由控制单元控制驱动电机关闭，及时降低刀盘结构转速，避免出现卡死顶管机而导致刀盘无法运转，造成顶管机停机故障的情况；同时该技术方案能够实时采集刀盘结构的扭矩信息，控制刀盘结构的运动特性，避免刀头缠绕异物缠绕过于紧实，便于后期通过异物清除窗口清除刀头缠绕异物。

值得说明的是，本申请顶管机包括的控制单元参照现有技术设置，控制单元与驱动单元连接，用于控制驱动单元的正转、反转以及转速属于现有技术，在此不做赘述。

当顶管机刀盘1掘进一侧的刀头被前方障碍物碎片缠绕而影响施工时，本发明还提供有一种顶管机刀头缠绕异物清除方法，利用上述顶管机刀盘结构及顶管机，该清除方法包括以下步骤：

步骤S1，通过扭矩传感器获取刀盘结构掘进过程中的扭矩信息，该扭矩信息通过数据采集模块记录并将记录的数据传输给控制单元，当扭矩达到预设值B时，启动报警单元进行报警提示并降低驱动电机转速，当扭矩达到预设值A时，通过控制单元控制驱动电机带动刀盘结构停止旋转；

步骤S2，打开刀盘1上的异物清除窗口5；该步骤具体操作为：操作人员进入顶管机舱内，旋转旋转轮11，使得楔形锁体9上的锁齿10旋出锁槽7，沿刀盘1周向将楔形锁体9拔出异物清除窗口5，实现刀盘1上异物清除窗口5打开；

步骤S3，利用放置于顶管机舱内的便携式切割刀具穿过异物清除窗口5至刀盘1掘进一侧，分段切割清除位于刀头上的缠绕异物；

步骤S4，待刀头上缠绕异物切割完成后，再利用封堵结构关闭异物清除窗口5，并将封堵结构锁定于刀盘1上；该步骤具体操作为：利用楔形锁体9上的锁齿10对应刀盘1异物清除窗口5内侧的锁槽7，将带有胶止水弹性密封垫圈的楔形锁体9压入刀盘1异物清除窗口5内，再转动旋转轮11，使锁齿10旋入锁槽7内，即完成封堵结构锁定于异物清除窗口5内；

待检修异物清除窗口5关闭后，顶管机继续进行顶进施工。

综上所述，本发明提供的顶管机在刀盘结构上开设异物清除窗口5，异物清除窗口5配置封堵结构，在满足顶管机刀盘结构正常掘进的前提下，能够直接介入顶管机刀盘1前方清除刀头缠绕异物，从根本上解决刀头缠绕异物致使刀盘1刀盘1抱死的现象，显著降低刀头缠绕异物清除难度及成本，对于稳定性较好且地下水较少的地层效果尤为明显，在施工中遇障碍物能够及时清除掉，保证顶管机正常掘进，具有很好的应用前景；且利用本发明顶管机刀盘结构设计，清除刀头缠绕异物方法简单，制造成本低廉，在使用过程中具有很好的便捷性与可靠性，可避免造成地层空洞，在不影响地表道路及建筑物的安全的前提下，直接介入顶管机刀盘1前方清除刀头缠绕异物，以较低的成本，达到实时且有效保障顶管机正常掘进，故具有重要的推广使用价值。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，其不同之处在于：结合图7和图8所示，本实施例提供了一种顶管机刀盘结构，该刀盘结构上的异物清除窗口5设置于刀头所在的区域，本实施例将异物清除窗口5设于刀头所在的区域，可利用既有排浆孔4开设异物清除窗口5，新开异物清除窗口5面积小，能够减小对原有刀盘结构整体构造影响；结合实际施工中地下障碍物的布置程度，作为本实施例的优选，可在刀头所在区域的两侧对称各开设一异物清除窗口5，也就是在对应旁切刀头3的两侧各开设一异物清除窗口5，提高刀头缠绕异物的清除能力。

为便于在施工中封堵异物清除窗口5，本实施例异物清除窗口5的截面为矩形截面，且封堵结构的一侧通过合页与刀盘1连接，且封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于刀盘1上，该锁紧结构可以是现有技术中的锁扣，当然也可以是现有技术中其它锁紧结构，以利于便捷地将封堵结构固定在刀盘1上；该封堵结构设计简单，便于在一定施工时间后开启或关闭异物清除窗口5，便捷地清除刀头上缠绕异物。

实施例三

实施例三与实施例二基本相同，其不同之处在于：结合图9和图10所示，本实施提供了一种顶管机刀盘结构，该刀盘结构上的异物清除窗口5设置于刀头所在的区域，且优选将相同结构及大小的异物清除窗口5设于刀盘1同一径向上两个对称旁切刀头3的两侧，同理为便于开启或关闭异物清除窗口5，封堵结构的一侧通过合页与刀盘1连接，且封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于刀盘1上；本实施例新开设的异物清除窗口5更有效保证刀盘结构的自身稳定性，提高刀盘结构的刚性和使用寿命。

实施例四

实施例四与实施例三基本相同，其不同之处在于：结合图11和图12所示，本实施例提供了一种顶管机刀盘结构，该刀盘结构上的异物清除窗口5设置于刀头所在的区域，且优选将异物清除窗口5设于刀盘1同一径向上两个对称旁切刀头3的单侧，两个异物清除窗口5沿刀盘1旋转方向优选位于所对应旁切刀头3的同一侧，同理为便于开启或关闭异物清除窗口5，封堵结构的一侧通过合页与刀盘1连接，且封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于刀盘1上；结合实际施工中地下障碍物的布置程度，本实施例清除窗口的尺寸减小可有效提高刀盘结构的整体刚度。

实施例五

实施例五与实施例一基本相同，其不同之处在于：结合图13和图14所示，本实施例提供了一种顶管机刀盘结构，该刀盘结构上的异物清除窗口5设置于非刀头所在的区域，本实施例刀盘结构上的异物清除窗口5的截面为矩形截面，封堵结构的一侧通过合页与刀盘1连接，且封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于刀盘1上；该封堵结构较实施例二至实施例五结构设计更为简单，但这种封堵结构的设计方式较实施例一中嵌入式设计稳定性差。

实施例六

实施例六与实施例五基本相同，其不同之处在于：如图15所示，本实施例提供了一种顶管机刀盘结构，该刀盘结构上的异物清除窗口5设置于非刀头所在的区域，本实施例提供的刀盘结构上的异物清除窗口5的截面为矩形截面，与实施例五不同的是，本实施例封堵结构是通过嵌入式内置于异物清除窗口5内，该结构设计较实施例五封堵结构平开型设计，可有效提高刀盘结构的整体稳定性，但这种封堵结构与异物清除窗口5的配合设计较实施例一中嵌入式结构设计稳定性及密封性差。

经过上述实施例中刀盘结构的实践运用及计算机仿真分析，分析结果表明：上述实施例中刀盘结构均满足顶管机刚度要求，但实施例一中刀盘结构的稳定性及异物清除窗口5的密封性最佳，当然具体并不局限于上述实施例，凡是采用在顶管机刀盘1上开设异物清除窗口5以达到直接介入顶管机刀盘1前方清除刀头缠绕异物的该类设计方案，均在本发明的保护范围之内。

综上所述，本发明采用在顶管机刀盘结构上开设异物清除窗口5，较传统改进刀头刀刃制造难度低，且能够从根本上解决刀头上缠绕异物的技术问题，在顶管机掘进过程中能够通过打开异物清除窗口5进入刀盘1掘进一侧，利用切割设备将缠绕在刀头上缠绕异物切割分段的效果，能够有效降低废弃PE管线或者固结排水板及其他编织物对刀头的缠绕，提高顶管机掘进效率，故具有很好的应用前景和重要的推广使用价值，适合推广应用。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.顶管机刀盘结构，其特征在于：所述刀盘结构包括刀盘以及设于刀盘掘进一侧的刀头，所述刀盘上设置有异物清除窗口，所述异物清除窗口贯穿所述刀盘厚度方向设置于所述刀盘上，且所述异物清除窗口内设置有能够开启或关闭异物清除窗口的封堵结构，所述封堵结构能够固定于所述刀盘上，以使能够通过打开异物清除窗口清除所述刀头上缠绕异物；

异物清除窗口的设置能够使便携式切割设备沿着刀盘结构截面径向全面的切割缠绕异物；

对顶管机刀头缠绕异物进行清除时，待刀盘结构处于停止状态后，打开所述异物清除窗口；利用放置于顶管机舱内的便携式切割设备穿过异物清除窗口至刀盘掘进一侧，清除位于刀头上的缠绕异物；待刀头上缠绕异物切割完成后，再利用封堵结构关闭所述异物清除窗口，并将封堵结构锁定于刀盘上；待异物清除窗口关闭后，顶管机继续进行顶进施工。

2.根据权利要求1所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：所述异物清除窗口设置于所述刀头所在的区域。

3.根据权利要求1所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：所述异物清除窗口设置于所述刀盘上且避开所述刀头所在的区域。

4.根据权利要求2或3所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：每个所述刀盘上的所述异物清除窗口至少有两个，其中一个所述异物清除窗口靠近所述刀盘中心位置，另一个所述异物清除窗口靠近所述刀盘边缘位置。

5.根据权利要求2或3所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：所述异物清除窗口的截面为矩形截面或圆形截面。

6.根据权利要求5所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：所述封堵结构的一侧通过合页与所述刀盘连接，且所述封堵结构的另一侧通过锁紧结构固定于所述刀盘上。

7.根据权利要求5所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：当所述异物清除窗口的截面为圆形截面时，所述封堵结构的外部轮廓与所述异物清除窗口的内部轮廓相适配，以使所述封堵结构能够嵌入所述异物清除窗口内，且所述封堵结构沿圆周方向设置有锁齿，所述刀盘在所述异物清除窗口内侧的周向上设置有与所述锁齿相配合的锁槽，以使转动所述封堵结构能够使得锁齿旋入所述锁槽内实现锁紧。

8.根据权利要求7所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：所述封堵结构包括：

楔形锁体，所述楔形锁体呈圆台状，所述锁齿固定设置于所述楔形锁体上，所述异物清除窗口由刀盘掘进一侧至另一侧的直径逐渐增大；

旋转轮，所述旋转轮固定于所述锁体上，且所述旋转轮位于所述刀盘背离所述刀头一侧。

9.根据权利要求8所述的顶管机刀盘结构，其特征在于：所述封堵结构还包括设于所述锁体和所述异物清除窗口之间的橡胶止水弹性密封垫圈，所述橡胶止水弹性密封垫圈套设于所述楔形锁体上。

10.一种顶管机，其特征在于：所述顶管机包括内置于顶管机舱内的便携式切割设备和权利要求1-9任一项所述的顶管机刀盘结构。

11.根据权利要求10所述的顶管机，其特征在于：所述顶管机还包括：

驱动单元，所述驱动单元包括有驱动电机、减速器和扭矩传感器，所述驱动电机的输出端通过扭矩传感器与减速器的输入端连接，所述减速器的输出端与所述刀盘结构的中心转轴连接，以带动刀盘结构旋转掘进；所述扭矩传感器用于获取刀盘结构掘进过程中的扭矩信息；

控制单元，所述控制单元与所述扭矩传感器连接，以使刀盘掘进过程中的扭矩信息传输至控制单元；且所述控制单元与所述驱动电机连接，所述控制单元能够用于控制所述驱动电机开启或关闭，所述驱动电机被配置为所述控制单元接收到的扭矩信息到达预设值A时实时关闭。

12.根据权利要求11所述的顶管机，其特征在于：所述顶管机还包括报警单元，所述报警单元与所述控制单元连接，所述报警单元被配置为所述控制单元接收到的扭矩信息到达预设值B时启动报警，所述预设值B小于所述预设值A。

13.一种顶管机刀头缠绕异物清除方法，其特征在于：利用权利要求10所述的顶管机，所述清除方法包括以下步骤：

步骤S1，通过扭矩传感器获取刀盘结构掘进过程中的扭矩信息，该扭矩信息通过数据采集模块记录并将记录的数据传输给控制单元，当扭矩达到预设值B时，启动报警单元进行报警提示，当扭矩达到预设值A时，通过控制单元控制驱动电机带动刀盘结构停止旋转；

步骤S2，待刀盘结构处于停止状态后，打开所述异物清除窗口；

步骤S3，利用放置于顶管机舱内的便携式切割设备穿过异物清除窗口至刀盘掘进一侧，清除位于刀头上的缠绕异物；

步骤S4，待刀头上缠绕异物切割完成后，再利用封堵结构关闭所述异物清除窗口，并将封堵结构锁定于刀盘上；

待检修异物清除窗口关闭后，顶管机继续进行顶进施工。