CN113818896A - 前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，包括：内部中空的机壳；可转动地安装于机壳内的中心组件；安装于机壳上的动力件；位于机壳内的旋转支承；安装于机壳内的齿环；穿置于中心组件内的轴筒；安装于凸伸端上的第一刀盘；穿置于轴筒内的转轴，同时在动力件的驱动下自转；安装于外伸端上的第二刀盘，第一刀盘位于第二刀盘的内侧，在第一刀盘转动时，第一刀盘有部分伸出第二刀盘外，使得第二刀盘转动形成的切削范围与第一刀盘转动形成的切削范围有部分未重合从而实现覆盖顶管机的全断面，第一刀盘本身结构行星式运动结合支撑杆可充分地搅拌土体，提高了方形顶管机的切削能力和土体搅拌能力，改善了顶管机的施工能力。

Description

前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置

技术领域

本发明涉及隧道建筑施工技术领域，特指一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置。

背景技术

现有技术中常规方形顶管机上设有圆形刀盘，结合机壳上四角的铲刀，通过驱动刀盘旋转实现对土体的主切削，该切削形式可实现方形断面切削，但土体切削率低，且刀盘切削不到的四角盲区土体容易固化，铲刀效果变差，土体阻力变大，造成土压不稳、排浆不畅、顶力变大等现象，现有常规顶管机施工精度低，无法满足束合管幕工法高精度施工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，以解决常规顶管机切削率低，施工精度差等问题，从而满足束合管幕新工法的施工需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，包括：

内部中空且轮廓呈方形状的机壳；

可转动地安装于所述机壳内的中心组件，设置方向与所述顶管机的长度方向一致；

安装于机壳上且与所述中心组件驱动连接的动力件，驱动所述中心组件转动；

位于所述机壳内的旋转支承，包括与所述动力件驱动连接的支承内圈以及带有外齿的支承外圈；

安装于所述机壳内的齿环，内壁与所述支承外圈啮合连接，所述齿环的中心偏离所述旋转支承的中心设置；

穿置于所述中心组件内且偏离所述中心组件的轴线设置的轴筒，一端与所述支承外圈安装连接，另一端伸出所述中心组件和所述机壳外形成凸伸端，所述轴筒在所述中心组件转动的带动下自转并沿着所述齿环进行公转；

安装连接于所述凸伸端上的第一刀盘，所述轴筒带动所述第一刀盘一起作公转和自转运动；

穿置于所述轴筒内的转轴，一端与所述支承内圈安装连接，另一端伸出所述轴筒外形成外伸端，所述转轴在所述轴筒公转的带动下沿着所述齿环进行公转；以及

安装连接于所述外伸端上且轮廓呈圆形状的第二刀盘，所述第二刀盘的中心与所述外伸端错开设置，所述转轴公转进而带动所述第二刀盘自转，所述第一刀盘位于所述第二刀盘的内侧，在所述第一刀盘转动时，所述第一刀盘有部分伸出所述第二刀盘外，使得所述第一刀盘转动形成的切削范围与所述第二刀盘转动形成的切削范围有部分未重合从而实现覆盖顶管机的全断面。

本发明通过动力件驱动中心组件转动，由于齿环和支承外圈的啮合连接，使得中心组件转动进而带动轴筒自转同时沿着齿环进行公转，从而实现第一刀盘的自转和公转，通过轴筒的转动同时带动转轴沿着齿环进行公转，进而带动第二刀盘进行自转，使得在转动时第一刀盘有部分会伸出第二刀盘外，从而实现第一刀盘在转动时对第二刀盘以外的顶管机的区域进行切削，使得第一刀盘转动形成的切削范围与第二刀盘转动形成的切削范围有部分未重合，通过第二刀盘的主切削和第一刀盘的辅切削的组合切削，从而实现覆盖顶管机的全断面的切削，提高了顶管机的切削率，第一刀盘本身结构行星式运动可充分地搅拌土体，避免了现有技术中刀盘切削不到的四角盲区土体容易固化，土体阻力变大，土压不稳、排浆不畅、顶力变大等问题，第一刀盘的体积较小，只是在转动的时候有部分伸出第二刀盘外进行切削，大大减小的刀盘的体积大大减小的刀盘的体积且简化了整体切削装置的结构，而且通过调整第一刀盘的体积使得第一刀盘能够适配正方形或长方形的顶管机，适用范围更广。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，通过调整所述第一刀盘的公转速度和自转速度之间的关系以使得所述第一刀盘转动至所述顶管机的侧边时，所述第二刀盘与所述顶管机的侧边相切，在所述第一刀盘转动至所述顶管机的角部时，所述刀盘呈倾斜状。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，还包括安装连接于所述第二刀盘和所述中心组件之间的支撑杆，与所述第一刀盘错开设置。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述机壳靠近所述第二刀盘的一侧设有安装口；

所述切削装置还包括安装固定于所述机壳内的筒体，所述筒体的一端安装连接于所述安装口处；

所述中心组件可转动的安装于所述筒体内；

所述齿环通过所述筒体安装于所述机壳内。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述中心组件包括偏离所述旋转组件轴线设置的管件、形成于所述管件靠近所述第二刀盘一端且呈环状的端面板；

所述轴筒穿置于所述管件内；

通过所述端面板可转动的安装于所述安装口处的所述筒体内，以使所述中心组件可转动的安装于所述筒体内。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述中心组件还包括形成于所述管件外壁且呈环状的连接板；

所述连接板可转动的安装于所述筒体内且与所述动力件驱动连接。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述端面板上设有进入口；

所述端面板、所述连接板以及所述管件围合形成有与所述进入口连通的储浆空间。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述轴筒的外壁上设有呈环状的嵌槽；

所述切削装置还包括嵌设于所述嵌槽内的旋转密封圈。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述动力件为电机或液压马达；

所述切削装置还包括传动轴承，所述传动轴承的内圈套设固定于所述电机的输出轴或所述液压马达的输出轴上，所述传动轴承的外圈与所述筒体安装连接。

本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的进一步改进在于，所述中心组件位于所述旋转支承靠近第一刀盘的一侧，所述动力件位于所述旋转支承远离第一刀盘的一侧，所述中心组件靠近旋转支承的一侧形成有凸起部，所述凸起部伸入所述旋转支承内并与所述动力件驱动连接。

附图说明

图1为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的结构示意图。

图2为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的剖面图。

图3为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置中第一刀盘、第二刀盘、轴筒、转轴、中心组件、旋转支承以及传动轴承部分的剖面图。

图4为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置中机壳、筒体以及旋转支承部分的结构示意图。

图5为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置在拆除第二刀盘后的状态图。

图6为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的1m×1m断面的第一刀盘和第二刀盘的切削轨迹图。

图7为本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的1m×1.2m断面的第一刀盘和第二刀盘的切削轨迹图。

图中：机壳10，安装口101，中心组件20，管件21，端面板22，支撑杆221，连接板23，储浆空间24，旋转支承30，支承内圈31，支承外圈32，齿环40，轴筒50，第一嵌槽501，第一刀盘51，转轴60，第二刀盘61，动力件70，筒体80，传动轴承90。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供了一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设的施工设备。本发明包括：机壳、中心组件、动力件、旋转支承、齿环、轴筒、第一刀盘、转轴以及第二刀盘，通过动力件驱动中心组件转动，轴筒的自转和公转进而带动第一刀盘以轴筒为旋转中心进行自转并以第二刀盘的中心为公转中心进行公转，转轴的公转进而带动第二刀盘以第二刀盘的中心为旋转中心进行自转，第二刀盘转动形成的切削范围与第一刀盘转动形成的切削范围有部分未重合，从而实现覆盖顶管机的全断面的顶管机的切削施工。

下面结合附图对本发明前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置进行说明。

参见图1、图2和图3，在本实施例中，一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，包括：内部中空且轮廓呈方形状的机壳10；可转动地安装于机壳10内的中心组件20，中心组件20设置方向与顶管机的长度方向一致；安装于机壳10上且与中心组件20驱动连接的动力件70，动力件70驱动中心组件20转动；位于机壳10内的旋转支承30，旋转支承30包括与动力件70驱动连接的支承内圈31以及带有外齿的支承外圈32；安装于机壳10内的齿环40，齿环40内壁与支承外圈32啮合连接，齿环40的中心偏离旋转支承30的中心设置；穿置于中心组件20内且偏离中心组件20的轴线设置的轴筒50，轴筒50一端与支承外圈32安装连接，另一端伸出中心组件20和机壳10外形成凸伸端，轴筒50在中心组件20转动的带动下自转并沿着齿环40进行公转；安装连接于凸伸端上的第一刀盘51，轴筒50带动第一刀盘51一起作公转和自转运动；穿置于轴筒50内的转轴60，转轴60一端与支承内圈31安装连接，另一端伸出轴筒50外形成外伸端，转轴60在轴筒50公转的带动下沿着齿环40进行公转；安装连接于外伸端上且轮廓呈圆形状的第二刀盘61，第二刀盘61的中心与外伸端错开设置，转轴60公转带动第二刀盘61自转，第一刀盘51位于第二刀盘61的内侧，在第一刀盘51转动时，第一刀盘51有部分伸出第二刀盘61外，使得第二刀盘61转动形成的切削范围与第一刀盘51转动形成的切削范围有部分未重合从而实现覆盖顶管机的全断面。

在本实施例中的切削装置通过动力件70驱动中心组件20转动，由于齿环40和支承外圈32的啮合连接，使得中心组件20转动进而带动轴筒50自转同时沿着齿环40进行公转，从而实现第一刀盘51的自转和公转，通过轴筒50的转动同时带动转轴60沿着齿环40进行公转，进而带动第二刀盘61自转，使得在转动时第一刀盘51有部分会伸出第二刀盘61外，从而实现第一刀盘51在转动时对第二刀盘61以外的顶管机的区域进行切削，使得第二刀盘61转动形成的切削范围与第一刀盘51转动形成的切削范围有部分未重合，通过第二刀盘61的主切削和第一刀盘51的辅切削的组合切削，从而实现覆盖顶管机的全断面，第一刀盘51本身结构行星式运动可充分地搅拌土体，避免了现有技术中刀盘切削不到的四角盲区土体容易固化，土体阻力变大，土压不稳、排浆不畅、顶力变大等问题，提高了顶管机的切削率。第一刀盘51的体积较小，只是在转动的时候有部分伸出第二刀盘61外进行切削，大大减小的刀盘的体积且简化了整体切削装置的结构，而且通过调整第一刀盘51的体积使得第一刀盘51能够适配正方形或长方形的顶管机，适用范围更广。

参见图1、图3、图4和图5，在一种具体实施例中，第一刀盘51的轮廓呈橄榄形状，第二刀盘61的轮廓呈圆形状且包括呈环状的刀环以及设于刀环内的呈放射状的刀杆，中心组件20的轴线与盾构机的轴线相重合，齿环40的中心和第二刀盘61的中心位于中心组件20的轴线上，轴筒50位于第一刀盘51的中心处，在轴筒50自转和公转的带动下使得第一刀盘51以轴筒50为旋转中心进行自转并以第二刀盘61的中心为公转中心进行公转，第二刀盘61的中心和转轴60错开设置，在转轴60公转的带动下使得第二刀盘61以第二刀盘61的中心为旋转中心进行自转，从而使得第一刀盘51在转动时伸出第二刀盘61外以对第二刀盘61以外的顶管机的区域进行切削，通过第一刀盘51转动形成的切削范围和第二刀盘61转动形成的切削范围的组合以覆盖顶管机的全断面。

参见图1、图5和图6，进一步的，通过调整第一刀盘51的公转速度和自转速度之间的关系以使得第一刀盘51转动至顶管机的侧边时，第二刀盘61与顶管机的侧边相切，在第一刀盘51转动至顶管机的角部时，刀盘呈倾斜状。

参见图1和图5，在本实施例中，切削装置还包括安装连接于第二刀盘61和中心组件20之间的支撑杆221，支撑杆221与第一刀盘51错开设置，较佳地，支撑杆221的设置方向与顶管机的长度方向一致，支撑杆221一方面起到搅拌土体的作用，第一刀盘51本身结构行星式运动结合支撑杆221可充分地搅拌土体，另一方面对第二刀盘61起到支撑作用，避免在切削土体时，由于前方土压力过大而使第二刀盘61发生倾斜。

参见图1和图5，在一种具体实施例中，机壳10靠近第二刀盘61的一侧设有安装口101；切削装置还包括安装固定于机壳10内的筒体80，筒体80的一端安装连接于安装口101处；中心组件20可转动的安装于筒体80内；齿环40通过筒体80安装于机壳10内。较佳地，筒体80的设置方向与顶管机的长度方向一致，通过筒体80使得中心组件20可转动的安装于机壳10内。

参见图2和图3，进一步的，中心组件20包括偏离中心组件20的轴线设置的管件21、形成于管件21靠近第二刀盘61一端且呈环状的端面板22；轴筒50穿置于管件21内；通过端面板22可转动的安装于安装口101处的筒体80内，以使中心组件20可转动的安装于筒体80内。较佳地，管件21的设置方向与顶管机的长度方向一致，端面板22与筒体80相适配且竖向设置在安装口101处的筒体80内。

参见图2和图3，更进一步的，中心组件20还包括形成于管件21外壁且呈环状的连接板23；连接板23可转动的安装于筒体80内且与动力件70驱动连接。

参见图2和图3，更进一步的，端面板22上设有进入口；端面板22、连接板23以及管件21围合形成有与进入口连通的储浆空间24。切削的土体转化为泥浆后会进入该储浆空间24内，再被排出顶管机。较佳地，端面板22和连接板23相互平行，且端面板22和连接板23之间连接有若干个间隔且横向设置的连接杆，连接杆起到搅拌土体的作用。

参见图2和图3，在一种较佳实施方式中，轴筒50的外壁沿周向方向设有呈环状的第一嵌槽501；切削装置还包括嵌设于嵌槽内的第一旋转密封圈，以减小轴筒50和管件21之间的摩擦力，使得轴筒50的转动更为顺畅灵活。

参见图2和图3，进一步的，连接板23的环面沿周向方向设有呈环状的第二嵌槽，切削装置还包括嵌设于第二嵌槽内的第二旋转密封圈，以减小连接板23和筒体80之间的摩擦力，使得中心组件20的转动更为顺畅灵活。

参见图2和图3，更进一步的，转轴60的外壁沿周向方向设有呈环状的第三嵌槽；切削装置还包括嵌设于第三嵌槽内的第三旋转密封圈，以减小转轴60和轴筒50之间的摩擦力，使得转轴60的转动更为顺畅灵活。

参见图2，在本实施例中，动力件70为电机或液压马达；切削装置还包括传动轴承90，传动轴承90的内圈套设固定于电机的输出轴或液压马达的输出轴上，传动轴承90的外圈与筒体80安装连接。较佳地，切削装置还包括套设固定于电机的输出轴或液压马达的输出轴上且呈环形状的固定件，传动轴承90套设于固定件上，传动轴承90的内圈与固定件安装连接，通过传动轴承90确保电机的输出轴或液压马达的输出轴转动的稳定性。较佳地，电机上还安装有减速器，传动轴承90与旋转支承30远离第一刀盘51的一侧相贴，支承外圈32和传动轴承90的外圈安装连接。

参见图3，在一种具体实施例中，中心组件20位于旋转支承30靠近第一刀盘51的一侧，动力件70位于旋转支承30远离第一刀盘51的一侧，中心组件20靠近旋转支承30的一侧形成有凸起部，凸起部伸入旋转支承30内并与动力件70驱动连接。较佳地，连接板23位于旋转支承30靠近第一刀盘51的一侧，连接板23靠近旋转支承30的一侧形成有凸起部，凸起部伸入齿环40内且与动力件70驱动连接，通过凸起部增加中心组件和动力件70的连接处的接触面积，增强连接强度，使得动力件70能够更平稳地带动体积较大的中心组件转动。较佳地，凸起部与齿环40内除旋转支承30部分外的区域相适配，通过凸起部对旋转支承30起到限位以避免旋转支承30脱离齿环40。

参见图6和图7，分别为切削装置的1m×1m断面以及1m×1.2m断面的前后双刀盘切削轨迹图，切削轨迹图为从刀盘的边缘上取8个点绘制而成的刀盘移动时该8个点的移动轨迹图。本申请通过更换不同尺寸的机壳10和不同尺寸的第一刀盘51和第二刀盘61，从而能够适配不同尺寸的削切断面的施工，提高了顶管机切削装置的通用性，第一刀盘51的主切削和第二刀盘61的辅切削，使得切削土体更充分、效率更高，节约顶管设备成本，将大大提升施工质量和施工效率。

下面对本发明的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置的工作流程进行说明。

参见图1、图6和图7，在顶管机的施工过程中，通过动力件70驱动中心组件20转动和转轴60自转，轴筒50的自转和公转进而带动第一刀盘51以轴筒50为旋转中心进行自转并以第二刀盘61的中心为公转中心进行公转，转轴60的公转进而带动第二刀盘61以第二刀盘61的中心为旋转中心进行自转，第一刀盘51转动至顶管机的侧边时，第二刀盘61与顶管机的侧边相切，在第一刀盘51转动至顶管机的角部时，刀盘呈倾斜状，从而实现覆盖顶管机的全断面的顶管机的切削施工。

Claims (10)

1.一种前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，包括：

内部中空且轮廓呈方形状的机壳；

可转动地安装于所述机壳内的中心组件，设置方向与所述顶管机的长度方向一致；

安装于机壳上且与所述中心组件驱动连接的动力件，驱动所述中心组件转动；

位于所述机壳内的旋转支承，包括与所述动力件驱动连接的支承内圈以及带有外齿的支承外圈；

安装于所述机壳内的齿环，内壁与所述支承外圈啮合连接，所述齿环的中心偏离所述旋转支承的中心设置；

穿置于所述中心组件内且偏离所述中心组件的轴线设置的轴筒，一端与所述支承外圈安装连接，另一端伸出所述中心组件和所述机壳外形成凸伸端，所述轴筒在所述中心组件转动的带动下自转并沿着所述齿环进行公转；

安装连接于所述凸伸端上的第一刀盘，所述轴筒带动所述第一刀盘一起作公转和自转运动；

穿置于所述轴筒内的转轴，一端与所述支承内圈安装连接，另一端伸出所述轴筒外形成外伸端，所述转轴在所述轴筒公转的带动下沿着所述齿环进行公转；以及

安装连接于所述外伸端上且轮廓呈圆形状的第二刀盘，所述第二刀盘的中心与所述外伸端错开设置，所述转轴公转进而带动所述第二刀盘自转，所述第一刀盘位于所述第二刀盘的内侧，在所述第一刀盘转动时，所述第一刀盘有部分伸出所述第二刀盘外，使得所述第一刀盘转动形成的切削范围与所述第二刀盘转动形成的切削范围有部分未重合从而实现覆盖顶管机的全断面。

2.根据权利要求1所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，通过调整所述第一刀盘的公转速度和自转速度之间的关系以使得所述第一刀盘转动至所述顶管机的侧边时，所述第二刀盘与所述顶管机的侧边相切，在所述第一刀盘转动至所述顶管机的角部时，所述刀盘呈倾斜状。

3.根据权利要求1所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，还包括安装连接于所述第二刀盘和所述中心组件之间的支撑杆，与所述第一刀盘错开设置。

4.根据权利要求1所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述机壳靠近所述第二刀盘的一侧设有安装口；

所述切削装置还包括安装固定于所述机壳内的筒体，所述筒体的一端安装连接于所述安装口处；

所述中心组件可转动的安装于所述筒体内；

所述齿环通过所述筒体安装于所述机壳内。

5.根据权利要求4所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述中心组件包括偏离所述旋转组件轴线设置的管件、形成于所述管件靠近所述第二刀盘一端且呈环状的端面板；

所述轴筒穿置于所述管件内；

通过所述端面板可转动的安装于所述安装口处的所述筒体内，以使所述中心组件可转动的安装于所述筒体内。

6.根据权利要求5所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述中心组件还包括形成于所述管件外壁且呈环状的连接板；

所述连接板可转动的安装于所述筒体内且与所述动力件驱动连接。

7.根据权利要求6所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述端面板上设有进入口；

所述端面板、所述连接板以及所述管件围合形成有与所述进入口连通的储浆空间。

8.根据权利要求5所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述轴筒的外壁上设有呈环状的嵌槽；

所述切削装置还包括嵌设于所述嵌槽内的旋转密封圈。

9.根据权利要求4所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述动力件为电机或液压马达；

所述切削装置还包括传动轴承，所述传动轴承的内圈套设固定于所述电机的输出轴或所述液压马达的输出轴上，所述传动轴承的外圈与所述筒体安装连接。

10.根据权利要求1所述的前圆后异型双刀盘组合式方形顶管机的切削装置，其特征在于，所述第一刀盘的轮廓呈橄榄形状。

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