CN113565516B - 一种顶管作业装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及顶管作业的领域，公开了一种顶管作业装置，其包括顶管机本体以及用于驱动顶管机本体从管道内退出的退出机构，顶管机本体包括钻机以及刀头，刀头包括一体成型的锥形部以及圆柱部，圆柱部背离锥形部的一侧与钻机的输出端同轴连接，圆柱部内沿外周开设有凹槽，凹槽内滑移设置有延伸刀片，延伸刀片靠近圆柱部外缘的一端伸出至凹槽的外侧，凹槽内设有第一气缸，且第一气缸的输出端与延伸刀片固定连接，刀头钻出的管槽的内径大于管道的外径；退出机构包括第二气缸以及撑开组件。本申请具减少管道顶进过程中所受的阻力，提高顶进效率的效果。

Description

一种顶管作业装置

技术领域

本申请涉及顶管作业的领域，特别是涉及一种顶管作业装置。

背景技术

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

公告号为CN207905860U的中国专利公开了一种无接收井顶管机，包括顶管机机体和固定连接在顶管机机体后部的支撑梁，支撑梁上安装有滑移油缸，滑移油缸上安装有滑移座，滑移座上安装有撑靴油缸，撑靴油缸上安装有撑靴。工作时，顶管机机体沿管道掘进。当顶管机机体遇到无法排除的障碍物时，撑靴油缸推动撑靴，使撑靴将管道的管壁抵紧，撑靴将撑靴油缸以及滑移座固定在管道的内壁上。然后，滑移油缸的输出端伸长，支撑梁以及顶管机机体在滑移油缸的反作用力下向后移动。多次重复上述操作后，顶管机机体最终从始发井退出。

针对上述中的相关技术，发明人认为由于顶管机机体的最大外径与管道内径相同，在顶管机机体带动管道向前顶进的过程中，管道一边前移，一边通过管道自身将被顶管机机体钻出的管槽的槽壁撑大，管道顶进的阻力较大，顶管作业的效率较低。

发明内容

为了解决相关技术中管道在顶进过程中受到的阻力较大，而导致顶管作业的效率较低的缺陷，本申请提供一种顶管作业装置。

本申请提供的一种顶管作业装置，采用如下的技术方案得出：

一种顶管作业装置，包括顶管机本体以及用于驱动顶管机本体从管道内退出的退出机构，包括顶管机本体以及用于驱动顶管机本体从管道内退出的退出机构，所述顶管机本体包括钻机以及刀头，所述刀头包括锥形部以及圆柱部，所述锥形部直径较大的一侧与圆柱部同轴相连，所述圆柱部背离锥形部的一侧与钻机的输出端同轴连接，所述圆柱部内沿外周开设有凹槽，所述凹槽内滑移设置有延伸刀片，所述延伸刀片靠近圆柱部外缘的一端伸出至凹槽的外侧，所述凹槽内设有第一气缸，所述第一气缸沿圆柱部的径向设置，且所述第一气缸的输出端与延伸刀片固定连接，所述刀头钻出的管槽的内径大于管道的外径；所述退出机构包括第二气缸以及撑开组件，所述第二气缸沿管道轴向延伸的方向设置，所述第二气缸设置在顶管机本体背离顶进方向的一端，且所述第二气缸的输出端与钻机背离刀头的一侧连接，所述撑开组件设置在第二气缸的外侧，用于使得第二气缸固定设置在管道内。

通过上述技术方案，作业时，顶管机本体工作，此时锥形部和圆柱部从管道的顶进一端伸出，延伸刀片从凹槽内伸出，钻机带动刀头顶进，形成管槽，管槽的内径大于管道的外径。与此同时，顶管机本体带动管道向前顶进。增设延伸刀片，使得刀头钻出的管槽的孔径增大，以便顶管机本体带动管道在顶进过程中直接沿着管槽的内壁移动即可，无需通过管道自身移动使得管槽的内径增大，有利于减少管道顶进过程的摩擦阻力，从而有利于提高顶管作业的效率。当顶管机本体的前方遇到无法排除的障碍物时，第一气缸的伸缩杆缩回，带动延伸刀片移动至凹槽内。接着第二气缸的输出端伸出，使得第二气缸的缸体位置后退，再通过撑开组件将第二气缸的缸体位置限制在管道内，此时第二气缸的伸缩杆缩回，从而带动顶管机本体在管道内后退。接着撑开组件解除对第二气缸的缸体的固定，然后第二气缸重复上述动作，直至顶管机本体从管道内退出，以便实现对顶管机本体的回收利用。这样设置，实现了直接沿管道的轴向驱动顶管机本体后退移动，提高了顶管机本体退出管道的效率。

优选的：所述撑开组件包括多个第三气缸以及连接在第三气缸的输出端的抵板，多个所述第三气缸均连接在第二气缸的外侧，且沿管道的径向分布，所述第三气缸的伸缩杆用于抵触在管道的内壁上。

通过上述技术方案，工作时，第三气缸的输出端伸出，直至抵板与管道内壁相抵触，从而使得第二气缸的缸体限定在管道内；当需要解除对第二气缸的位置限定时，第三气缸的输出端再缩回，从而解除对第二气缸的缸体的位置限定。

优选的：所述抵板远离第三气缸的一侧的横截面设置为与管道内壁相配合的圆弧形。

通过上述技术方案，当抵板与管道内壁相抵触时，抵板与管道内壁完全贴合并抵触，有利于增强抵板与管道内壁抵触时位置的稳定性，从而有利于增强对第二气缸的缸体位置限定的稳定性。

优选的：所述抵板与管道内壁接触的横截面积大于第三气缸缸体的横截面积。

通过上述技术方案，有利于增大抵板与管道内壁之间的接触面积，从而有利于减少相同作用力下，管道内壁与抵板接触位置所受的压强，有利于减少抵板与管道内壁相抵触时，管道内壁局部发生变形的可能，对管道起到保护作用。

优选的：所述抵板背离第三气缸的一侧连接有缓冲层，所述缓冲层的横截面积大于抵板的横截面积。

通过上述技术方案，当抵板与管道的内壁相抵触时，缓冲层与管道内壁相抵触，此时缓冲层与管道内壁相互作用，并且增大了抵板与管道内壁之间的接触面积，有利于进一步提高抵板与管道内壁之间连接的稳定性。

优选的：所述钻机朝向第二气缸的一端固定连接安装板，所述安装板内开设有容纳槽，所述安装板朝向第二气缸的一侧开设有与容纳槽相连通的开口端，所述容纳槽的内径大于开口端的内径，所述第二气缸的输出端通过开口端穿设进容纳槽，所述第二气缸的输出端连接有限位块，所述限位块限制在容纳槽内，并且所述容纳槽的内径大于限位块的长度。

通过上述技术方案，第二气缸的输出端通过限位块和容纳槽的配合，可以转动使用，从而便于操作者根据使用的需要将限位块在容纳槽内旋转，从而使得第二气缸可以与顶管机本体转动配合，提高使用的便捷度。与此同时，容纳槽的内径大于限位块的长度，容纳槽为限位块在容纳槽内的移动提供了可移动的空间，以便多个第三气缸的输出端同时伸出，并与管道内壁相抵触，并且顶管机本体和第二气缸分别位于相邻的两个管道内时，多个第三气缸可适应于撑开在相邻两个管道的弯曲处，此时多个第三气缸使得第二气缸的位置发生偏移，使得第二气缸的输出端的限位块的位置在容纳槽内发生偏移，以使得第二气缸和顶管机本体之间的位置发生偏移，从而适用于相邻两个管道的连接处。

优选的：所述安装板朝向第二气缸的一侧开设有与限位块相配合的通槽，所述通槽同时与开口端相连通，所述安装板上设有用于将通槽的槽口封堵住的封闭组件，所述封闭组件包括封闭片和螺钉，所述封闭片将通槽的槽口覆盖住，并且所述封闭片通过螺钉螺纹连接在安装板上。

通过上述技术方案，通过封闭片和螺钉的配合，将限位块限制在容纳槽内，减少了使用过程中，限位块从容纳槽内脱离的可能；封闭片通过螺钉可拆卸连接在安装板上，方便操作者将螺钉从安装板上拧下，然后转动顶管机本体或者第二气缸，使得限位块与通槽的槽口相对应，以便操作者将限位块从容纳槽内取出，使得第二气缸与安装板脱离开，从而与顶管机本体脱离开，实现第二气缸与顶管机本体的拆卸，操作简单便捷。

优选的：所述安装板的外周缘固定连接有橡胶层，所述橡胶层与管道内壁相抵触。

通过上述技术方案，橡胶层位于安装板和管道的内壁之间，将安装板与管道内壁之间的间隙封堵住，有利于减少管道在顶进过程中，管槽内的水朝向管道内倒灌的可能，有利于起到防水的效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过撑开组件与第二气缸的配合设置，使得顶管机本体可以沿管道的轴向快速移动，有利于提高顶管机本体在管道内移动的速度；

2.顶管机本体在后退的过程中，通过推土组件对管道内的土进行推移，从而便于顶管机本体在管道内退出。

附图说明

图1是本申请实施例中用于体现刀头从管道内伸出进行顶进的状态示意图。

图2是本申请实施例中用于体现刀头缩回到管道内进行后退的状态示意图。

图3是本申请实施例中用于体现顶管机本体和退出机构的结构示意图。

图4是图2中A部的放大图。

图5是图3中B部的放大图。

附图标记：1、顶管机本体；11、钻机；12、刀头；121、锥形部；122、圆柱部；123、凹槽；124、延伸刀片；125、第一气缸；13、安装板；131、开口端；132、容纳槽；133、通槽；134、橡胶层；14、封闭组件；141、封闭片；142、螺钉；2、退出机构；21、第二气缸；211、限位块；22、撑开组件；221、第三气缸；2211、抵板；2212、缓冲层；3、管道。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

为本申请实施例公开的一种顶管作业装置。

参照图1，顶管作业装置包括顶管机本体1以及退出机构2，退出机构2包括第二气缸21以及撑开组件22，第二气缸21沿管道3轴向延伸的方向设置，第二气缸21设置在顶管机本体1背离顶进方向的一端，且第二气缸21的输出端与顶管机本体1连接，撑开组件22设置在第二气缸21的外侧，用于使得第二气缸21的位置固定设置在管道3内。

参照图1，顶管机本体1包括钻机11以及刀头12，刀头12包括锥形部121以及圆柱部122，锥形部121直径较大的一侧与圆柱部122同轴相连，圆柱部122背离锥形部121的一侧与钻机11的输出端同轴相连，圆柱部122和锥形部121一体成型。钻机11和圆柱部122的外径相同，且钻机11位于管道2内，并且钻机11的外侧与管道3的内部相抵触。圆柱部122和锥形部121位于管道3的外侧，并且位于管道3朝向顶进方向的一端。

参照图1，圆柱部122内沿外周开设有两个凹槽123，凹槽123沿圆柱部122径向的截面为弧形，两个凹槽123个关于圆柱部122的轴线对称设置。凹槽123内设有第一气缸125，第一气缸125沿圆柱部122的径向设置，第一气缸125的输出端朝向凹槽123的槽口设置。凹槽123内在靠近的第一气缸125的输出端的位置滑移设置有延伸刀片124，第一气缸125的输出端与延伸刀片124固定连接，延伸刀片124远离第一气缸125的一端延伸至凹槽123的外侧，延伸刀片124的截面为弧形，且延伸刀片124轴心与圆柱部122的轴线重合。延伸刀片124的外径距离圆柱部122的圆心长度大于管道3的直径。

参照图1，撑开组件22包括多个第三气缸221，第三气缸221可以设置八个，每四个第三气缸221分为一组，位于同一组的四个第三气缸221的缸体均连接在第二气缸21的缸体的外侧，四个第三气缸221沿第二气缸21的缸体的外周均匀设置，且四个第三气缸221沿管道3的径向设置，两组第三气缸221沿第三气缸221的轴向分布。

参照图1和图2，作业时，钻机11驱动刀头12钻动，此时第一气缸125的输出端伸出，使得延伸刀片124从凹槽123内伸出，钻机11带动刀头12顶进，形成管槽，管槽的内径大于管道3的外径。与此同时，顶管机本体1带动管道3向前顶进。此时刀头12钻出的管槽的孔径大于管道3的外径，便于顶管机本体1带动管道3在顶进过程中直接沿着管槽的内壁移动，无需通过管道3自身移动使得管槽的内径增大，有利于减少管道3顶进过程的摩擦阻力，从而有利于提高顶管作业的效率。

当顶管机本体1的前方遇到无法排除的障碍物时，第二气缸21的输出端伸出，使得第二气缸21的缸体位置后退。此时，四个第三气缸221的输出端伸出，直至抵板2211与管道3内壁相抵触，从而使得第二气缸21的缸体限定在管道3内。然后第二气缸21的输出端缩回，并带动顶管机本体1在管道3内沿着管道3的轴向后退。接着，第三气缸221的输出端缩回，解除对第二气缸21的缸体的位置限定。然后，第二气缸21和第三气缸221依次重复以上动作，使得顶管机本体1在管道3内快速后退，直至顶管机本体1从管道3内退出，提高了顶管机本体1从管道3内退出的效率。将顶管机本体1从管道3内退出，以便操作者对顶管机本体1进行回收利用，有利于节约资源。

参照图2和图3，每个第三气缸221的输出端均连接有一块抵板2211，抵板2211远离第三气缸221的一侧的横截面设置为圆弧形，抵板2211的横截面积大于第三气缸221缸体的横截面积。抵板2211背离第三气缸221的一侧连接有由橡胶制成的缓冲层2212，缓冲层2212的横截面积大于抵板2211的横截面积，缓冲层2212选用橡胶制成。当第三气缸221驱动抵板2211抵触在管道3内壁上时，抵板2211的圆弧形的一侧与管道3内壁完全贴合，有利于增强抵板2211与管道3内壁之间抵触的稳定性。并且缓冲层2212与管道3内壁相抵触，缓冲层2212具有弹性缓冲力，有利于增大抵板2211与管道3之间的摩擦阻力，从而有利于增加抵板2211与管道3之间抵触的稳定性。

参照图2，钻机11朝向第二气缸21的一端固定连接有安装板13，安装板13的外周缘固定连接有橡胶层134，橡胶层134与管道3内壁相抵触。橡胶层134使得安装板13与管道3内壁之间的间隙封堵住，有利于减少管槽内的水朝向管道3内倒灌的可能，有利于起到防水的效果。

参照图4和图5，安装板13内开设有容纳槽132，安装板13朝向第二气缸21的一侧开设有开口端131和通槽133，通槽133和开口端131在同一平面上相连通，并且开口端131和通槽133均与容纳槽132相连通，开口端131的内径大于容纳槽132的内径。第二气缸21的输出端连接有限位块211，限位块211的形状与通槽133的槽口形状相适应。使用时，限位块211通过通槽133和开口端131进入容纳槽132，并转动第二气缸21，使得限位块211在容纳槽132内，并与通槽133的槽口位置错开。安装板13上设有用于将通槽133的槽口封堵住的封闭组件14，封闭组件14包括封闭片141和螺钉142，封闭片141将通槽133的槽口覆盖住，并且封闭片141与安装板13相贴合，封闭片141通过螺钉142螺纹连接在安装板13上。

参照图4和图5，当第二气缸21或顶管机本体1中的其中一个发生故障，需要将第二气缸21与顶管机本体1拆分开时，操作者将螺钉142从封闭片141上拧下，然后转动第二气缸21，使得限位块211与通槽133的槽口相对应，然后操作者将限位块211从容纳槽132内取出，以便将第二气缸21和顶管机本体1拆分开，以便对发生故障的第二气缸21或顶管机本体1进行检修或更换。

本申请实施例一种顶管作业装置的实施原理为：作业时，钻机11驱动刀头12向前顶进，由于延伸刀片124的存在，使得刀头12钻出的管槽的内径大于管道3的外径，有利于顶管机本体1带动管道3在管槽内快速移动，减少管道3顶进时所受的摩擦阻力，从而提高管道3顶进的效率。

当管道3前方遇到无法排除的障碍物时，第一气缸125的输出端缩回，使得延伸刀片124缩回到凹槽123内。然后第二气缸21的输出端伸出，使得第二气缸21的缸体位置后退，此时四个第三气缸221的输出端伸出，使得四个第三气缸221固定撑开，从而使得第二气缸21位置固定在管道3内。接着第二气缸21的输出端缩回，并带动顶管机本体1在管道3内后退，此时刀头12缩进管道3内。然后，四个第三气缸221的输出端缩回，解除对第二气缸21的位置固定，以便第二气缸21重复上述动作，使得顶管机本体1在管道3内沿着管道3的轴向后退，直至顶管机本体1从管道3内完全退出。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种顶管作业装置，其特征在于：包括顶管机本体(1)以及用于驱动顶管机本体(1)从管道(3)内退出的退出机构(2)，所述顶管机本体(1)包括钻机(11)以及刀头(12)，所述刀头(12)包括锥形部(121)以及圆柱部(122)，所述锥形部(121)直径较大的一侧与圆柱部(122)同轴相连，所述圆柱部(122)背离锥形部(121)的一侧与钻机(11)的输出端同轴连接，所述圆柱部(122)内沿外周开设有凹槽(123)，所述凹槽(123)内滑移设置有延伸刀片(124)，所述延伸刀片(124)靠近圆柱部(122)外缘的一端伸出至凹槽(123)的外侧，所述凹槽(123)内设有第一气缸(125)，所述第一气缸(125)沿圆柱部(122)的径向设置，且所述第一气缸(125)的输出端与延伸刀片(124)固定连接，所述刀头(12)钻出的管槽的内径大于管道(3)的外径；

所述退出机构(2)包括第二气缸(21)以及撑开组件(22)，所述第二气缸(21)沿管道(3)轴向延伸的方向设置，所述第二气缸(21)设置在顶管机本体(1)背离顶进方向的一端，且所述第二气缸(21)的输出端与钻机(11)背离刀头(12)的一侧连接，所述撑开组件(22)设置在第二气缸(21)的外侧，用于使得第二气缸(21)固定设置在管道(3)内。

2.根据权利要求1所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述撑开组件(22)包括多个第三气缸(221)以及连接在第三气缸(221)的输出端的抵板(2211)，多个所述第三气缸(221)均连接在第二气缸(21)的外侧，且沿管道(3)的径向分布，工作时，第三气缸(221)的输出端伸出，直至抵板(2211)与管道(3)内壁相抵触。

3.根据权利要求2所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述抵板(2211)远离第三气缸(221)的一侧的横截面设置为与管道(3)内壁相配合的圆弧形。

4.根据权利要求3所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述抵板(2211)与管道(3)内壁接触的横截面积大于第三气缸(221)缸体的横截面积。

5.根据权利要求3或4所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述抵板(2211)背离第三气缸(221)的一侧连接有缓冲层(2212)，所述缓冲层(2212)的横截面积大于抵板(2211)的横截面积。

6.根据权利要求1所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述钻机(11)朝向第二气缸(21)的一端固定连接安装板(13)，所述安装板(13)内开设有容纳槽(132)，所述安装板(13)朝向第二气缸(21)的一侧开设有与容纳槽(132)相连通的开口端(131)，所述容纳槽(132)的内径大于开口端(131)的内径，所述第二气缸(21)的输出端通过开口端(131)穿设进容纳槽(132)，所述第二气缸(21)的输出端连接有限位块(211)，所述限位块(211)限制在容纳槽(132)内，并且所述容纳槽(132)的内径大于限位块(211)的长度。

7.根据权利要求6所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述安装板(13)朝向第二气缸(21)的一侧开设有与限位块(211)相配合的通槽(133)，所述通槽(133)同时与开口端(131)相连通，所述安装板(13)上设有用于将通槽(133)的槽口封堵住的封闭组件(14)，所述封闭组件(14)包括封闭片(141)和螺钉(142)，所述封闭片(141)将通槽(133)的槽口覆盖住，并且所述封闭片(141)通过螺钉(142)螺纹连接在安装板(13)上。

8.根据权利要求6或7所述的一种顶管作业装置，其特征在于：所述安装板(13)的外周缘固定连接有橡胶层(134)，所述橡胶层(134)与管道(3)内壁相抵触。