CN114909143A - 一种微型地下管网清障车及硬质障碍破障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型地下管网清障车及硬质障碍破障方法，包括动力头、推进装置、真空排渣装置和后支撑盾；所述动力头位于掘进方向前端，用于破碎待清理管道内前进方向上的硬质障碍物；所述推进装置连接在动力头和后支撑盾之间，动力头和后支撑盾能够与待清理管道内壁分别进行固定与分离动作，通过推进装置的伸缩运动，使得动力头和后支撑盾之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进；所述真空排渣装置位于动力头的下方，用于收集动力头剥落并破碎的硬质障碍物，并通过排渣管道将其排放至待清理管道的外部。

Description

一种微型地下管网清障车及硬质障碍破障方法

技术领域

本发明属于地下管道非开挖设备领域，具体涉及地下管网的障碍物清理疏通装备，特别是一种微型地下管网清障车及硬质障碍破障方法。

背景技术

随着全国城市建设的发展，城市地下管网在城市管理运行中起着重要的作用，保证城市地下管网畅通运行的重要性越来越突出。

地下管网堵塞，除了普通垃圾杂物的堵塞，更有诸如建筑废料、混凝土废水排放、树根、废水沉积物沉淀等，在管道中形成硬质障碍物，造成管道的封堵，严重的情况下可能在管道中造成长达数米的硬质封堵。目前对城市管道疏通清障，主要采用高压水冲刷、射流技术、真空抽吸等方法。这些方法，在应对一般的软质或疏松的障碍物，是有效的，但由于这些装备及工法，都无法提供可靠且足够的推力及必要的破碎硬质物质的能力，所以在应对硬质障碍物，尤其是较长节段封堵时，就无能为力了。地下管网的特性也不允许采用化学方法处理硬质障碍物。因此，需要有能够对管道硬质障碍物进行有效清理的装备和工法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对地下管网硬质障碍物的特点及破障需要的必要条件，提出一种微型地下管网清障车及硬质障碍破障方法，实现在管道中连续清障推进，清除管道硬质障碍物的目的。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种微型地下管网清障车，包括动力头、推进装置、真空排渣装置和后支撑盾；

所述动力头位于掘进方向前端，用于破碎待清理管道内前进方向上的硬质障碍物；

所述推进装置连接在动力头和后支撑盾之间，动力头和后支撑盾能够与待清理管道内壁分别进行固定与分离动作，通过推进装置的伸缩运动，使得动力头和后支撑盾之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进；

所述真空排渣装置位于动力头的下方，用于收集动力头剥落并破碎的硬质障碍物，并通过排渣管道将其排放至待清理管道的外部。

其中，所述动力头包括刀盘、液压马达、前支撑靴装置和前壳体；所述刀盘设置于前壳体位于推进方向的前端，转动时破碎硬质障碍物；所述液压马达位于前壳体内部，作为刀盘转动的驱动装置；所述前支撑靴装置位于前壳体后端，其两端能够向外部垂直管道内壁做伸缩运动；当向外伸出时，两端支撑在管道内壁上，从而将整个动力头固定在待清理管道内壁；当向内收缩时，两端与管道内壁脱离接触，动力头与管道内壁分离。

具体地，所述前支撑靴装置包括前支撑靴油缸以及位于前支撑靴油缸两端的前支撑靴，通过前支撑靴油缸带动两端的前支撑靴在前壳体内外做伸缩运动。

具体地，所述后支撑盾包括后支撑盾壳体、后支撑靴以及后支撑靴油缸；所述后支撑靴油缸安装在支撑盾壳体内，后支撑靴分别位于后支撑靴油缸两端，通过支撑靴油缸带动两端的后支撑靴在后支撑盾壳体内外伸缩运动；当向外伸出时，两端后支撑靴支撑在管道内壁上，从而将整个后支撑盾固定在待清理管道内壁；当向内收缩时，两端后支撑靴与管道内壁脱离接触，后支撑盾与管道内壁分离。

具体地，所述推进装置包括外导管、内导管以及推进油缸；所述内导管套接在推进油缸外部，其后端连接在位于后支撑盾内的后油缸支座上；所述外导管套接在内导管的外部，其前端连接在位于动力头内的前油缸支座上。

进一步地，本发明还提供采用上述微型地下管网清障车进行硬质障碍破障方法，包括如下步骤：

(1)现场设备拼装：

将动力头通过检修井上的管道入口送进待清理管道；将推进装置完全收缩至最短轴向尺寸，其前端通过销轴及螺栓连接到动力头上的前油缸支座，随后继续向管道内部推进，至井内空间足以放下后支撑盾并将后支撑盾放到井下，随后将推进装置后端通过销轴及螺栓连接到后支撑盾上的后油缸支座，完成整机拼装；

(2)步进推进：

动力头内的前支撑靴装置，以及后支撑盾依次进行伸缩运动，使得前支撑靴装置与后支撑盾中的一个支撑在待清理管道内壁进行固定，另一个与管道内壁分离；通过推进装置的伸缩运动，使得动力头和后支撑盾之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进；

(3)破碎及清除障碍物：

当清障车到达清障工作面，后支撑盾支撑在待清理管道内壁上，前支撑靴装置与管道内壁分离，此时推进装置推动动力头缓慢向掘进方向移动，通过动力头破碎待清理管道内的硬质障碍物，破碎的硬质障碍物通过下方的真空排渣装置收集并排放至待清理管道的外部。

具体地，步骤(2)中：

当前进时，动力头内的前支撑靴装置收缩，与管道内壁分离，后支撑盾外伸并支撑在管道内壁上固定，然后推进装置伸长，此时以后支撑盾为支撑点，通过推进装置带动动力头向前移动；移动到位后，动力头内的前支撑靴装置外伸并支撑在管道内壁上固定，后支撑盾收缩，与管道内壁分离，然后推进装置收缩，此时以前支撑靴装置为支撑点，通过推进装置带动后支撑盾靠近动力头移动；

当后退时，后支撑盾收缩，与管道内壁分离，动力头内的前支撑靴装置外伸并支撑在管道内壁上固定，然后推进装置伸长，此时以前支撑靴装置为支撑点，通过推进装置带动后支撑盾向后移动；移动到位后，后支撑盾外伸并支撑在管道内壁上固定，前支撑靴装置收缩，与管道内壁分离，然后推进装置收缩，此时以后支撑盾为支撑点，通过推进装置带动动力头靠近后支撑盾移动。

有益效果：

(1)本发明针对地下管网硬质障碍物的特点及破障需要的必要条件，提出刀盘全断面掘进的破障方法、撑靴支撑的支撑机构和步进运动的推进模式，使用位于管网检修井外的液压动力站及远程控制系统，可使清障车在地下管道中推进并进行破障作业；利用真空排渣装置将清除出来的渣土杂物排放到管道外，以保证破障工作面的作业空间及清障车在管道中的顺利推进。采用本发明，可以有效克服其他装备及工法的缺陷，达到清除管道硬质障碍物的目的；由于连续排渣可以及时清理破解下来的渣土物料，为清障车的连续推进腾出空间，清障车可以在管道中连续清障推进，对于长距离的硬质封堵，也能应对自如。

(2)本发明配置的全断面刀盘，能一次性对管道整个端面进行清理，相比其他的装备及功法(需要在一个断面上进行重复清理)具有更高的效率；一些使用其他方法无法破解的障碍物，往往会导致管网瘫痪报废，造成重大损失。本发明由于具有大扭矩输出的液压马达及可以提供大推力的推进油缸，使刀盘具有破解高硬度硬质障碍物的能力，对顽固硬质障碍物的破解，使原来无法处理的故障得以排除，管网恢复功能，避免损失；真空排渣装置的应用，使被清除出来的渣土能及时排走，避免因渣土堆积阻碍清障车的行走，结合步进机构，使清障车具有连续清障作业的能力。清障车采用分体结构，适应城市地下管网检修井的特殊条件(井口狭小，大尺寸设备不能直接下井)，可以利用管网固有的检修井，不需要专门开挖始发井。真空排渣容易收集，可以减少对施工场地附近区域的污染。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明微型地下管网清障车的剖面示意图。

图2是前支撑靴装置的支撑状态与分离状态示意图。

图3是后支撑盾的支撑状态与分离状态示意图。

图4是推进装置完全收缩的状态图。

图5是推进装置完全伸展的状态图。

其中，各附图标记分别代表：

1动力头；1-1刀盘；1-2液压马达；1-3前支撑靴装置；1-3-1前支撑靴；1-3-2前支撑靴油缸；1-4前壳体；1-5前油缸支座；2推进装置；2-1外导管；2-2内导管；2-3推进油缸；3真空排渣装置；4后支撑盾；4-1后支撑盾壳体；4-2后支撑靴；4-3后支撑靴油缸；4-4后油缸支座。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，该微型地下管网清障车包括动力头1、推进装置2、真空排渣装置3和后支撑盾4；四个部分为各自分离的结构，使用时，在施工现场的管道检修井(作为清障始发井)进行现场拼装装配成完整的清障车，由位于检修井外的动力装置(液压站及真空发生器)提供动力并实行远程控制，令清障车沿管道前进并清除障碍物。

其中，动力头1位于掘进方向前端，用于破碎待清理管道内前进方向上的硬质障碍物。

推进装置2连接在动力头1和后支撑盾4之间，动力头1和后支撑盾4能够与待清理管道内壁分别进行固定与分离动作，通过推进装置2的伸缩运动，使得动力头1和后支撑盾4之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进。

真空排渣装置3位于动力头1的下方，用于收集动力头1剥落并破碎的硬质障碍物，并通过排渣管道将其排放至待清理管道的外部。

动力头1包括刀盘1-1、液压马达1-2、前支撑靴装置1-3和前壳体1-4；所述刀盘1-1设置于前壳体1-4位于推进方向的前端，转动时破碎硬质障碍物；所述液压马达1-2位于前壳体1-4内部，作为刀盘1-1转动的驱动装置；前支撑靴装置1-3位于前壳体1-4后端，其两端能够向外部垂直管道内壁做伸缩运动；当向外伸出时，两端支撑在管道内壁上，从而将整个动力头1固定在待清理管道内壁；当向内收缩时，两端与管道内壁脱离接触，动力头1与管道内壁分离。

如图2所示，前支撑靴装置1-3包括前支撑靴油缸1-3-2以及位于前支撑靴油缸1-3-2两端的前支撑靴1-3-1，通过前支撑靴油缸1-3-2带动两端的前支撑靴1-3-1在前壳体1-4内外做伸缩运动。

如图3所示，后支撑盾4包括后支撑盾壳体4-1、后支撑靴4-2以及后支撑靴油缸4-3；所述后支撑靴油缸4-3安装在支撑盾壳体4-1内，后支撑靴4-2分别位于后支撑靴油缸4-3两端，通过支撑靴油缸4-3带动两端的后支撑靴4-2在后支撑盾壳体4-1内外伸缩运动；当向外伸出时，两端后支撑靴4-2支撑在管道内壁上，从而将整个后支撑盾4固定在待清理管道内壁；当向内收缩时，两端后支撑靴4-2与管道内壁脱离接触，后支撑盾4与管道内壁分离。

推进装置2包括外导管2-1、内导管2-2以及推进油缸2-3；所述内导管2-2套接在推进油缸2-3外部，其后端连接在位于后支撑盾4内的后油缸支座4-4上；所述外导管2-1套接在内导管2-2的外部，其前端连接在位于动力头1内的前油缸支座1-5上。

该微型地下管网清障车的工作原理如下：具有硬质物料破解能力的全断面刀盘在推进装置的推动下，对所遭遇的障碍物进行挤压，刀盘1-1在液压马达1-2驱动下旋转，将被挤压破裂的障碍物剥落并破碎，由真空排渣装置3收集并排放到管道以外。推进装置2的作用包括：①作为整机中间连接件，将动力头1与后支撑盾4连接起来，②为刀盘1-1提供推力，③传递刀盘1-1破解障碍物时产生的反作用扭矩，④推动清障车在管道中行走前进或回退)，并在清障车行走时起导向作用。后支撑盾4是刀盘推力反力及反作用扭矩的支撑装置。由前支撑靴装置1-3、推力装置2及后支撑盾4一起构成清障车的步进行走机构，使清障车以步进的方式，在管道中前进或回退，到达所需要的工作面。全断面刀盘对障碍物的破解具有连续性，真空排渣装置的应用使得刀盘破解下来的渣土可以及时排走，避免阻碍清障车的行走，因此清障车可以进行连续的长距离清障作业。

采用上述微型地下管网清障车进行硬质障碍破障方法如下：

(1)现场设备拼装：

城市地下管网星罗棋布，在管网上设置有检修井作为进入管网的通道。由于地面条件的约束，检修井的井口尺寸有限(如：一般的井口开口直径为600)，对地下管网的检修，所需的装备必须通过检修井进入管道，因此，设备的尺寸不能大于井口尺寸。为此，清障车设计成分体式结构，将整机做成四块各自尺寸满足井口条件的部分，分别为：动力头1，推进装置2、真空排渣装置3、后支撑盾4。各部分分别送到检修井下，在井下装配成整机。

具体为：将动力头1通过检修井上的管道入口送进待清理管道；将推进装置2完全收缩至最短轴向尺寸，其前端通过销轴及螺栓连接到动力头1上的前油缸支座1-5，随后继续向管道内部推进，至井内空间足以放下后支撑盾4，将推进装置2后端通过销轴及螺栓连接到后支撑盾2上的后油缸支座4-4，完成整机拼装；

(2)步进推进：

动力头1内的前支撑靴装置1-3，以及后支撑盾4依次进行伸缩运动，使得前支撑靴装置1-3与后支撑盾4中的支撑在待清理管道内壁进行固定，另一个与管道内壁分离；通过推进装置2的伸缩运动，使得动力头1和后支撑盾4之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进。

当前进时，动力头1内的前支撑靴装置1-3收缩，与管道内壁分离，后支撑盾4外伸并支撑在管道内壁上固定，然后推进装置2伸长，此时以后支撑盾4为支撑点，通过推进装置2带动动力头1向前移动；移动到位后，动力头1内的前支撑靴装置1-3外伸并支撑在管道内壁上固定，后支撑盾4收缩，与管道内壁分离，然后推进装置2收缩，此时以前支撑靴装置1-3为支撑点，通过推进装置2带动后支撑盾4靠近动力头1移动。

当后退时，后支撑盾4收缩，与管道内壁分离，动力头1内的前支撑靴装置1-3外伸并支撑在管道内壁上固定，然后推进装置2伸长，此时以前支撑靴装置1-3为支撑点，通过推进装置2带动后支撑盾4向后移动；移动到位后，后支撑盾4外伸并支撑在管道内壁上固定，前支撑靴装置1-3收缩，与管道内壁分离，然后推进装置2收缩，此时以后支撑盾4为支撑点，通过推进装置2带动动力头1靠近后支撑盾4移动。

结合图4和图5，具体为：

①.令前支撑靴1-3-1处于“解除支撑”状态(如图2中右图所示)，此时动力头1与待清理管道间处于分离状态；

②.令后支撑靴4-2处于“支撑”状态(如图3中左图所示)，此时后支撑盾4通过后支撑靴4-2支撑定位在待清理管道的管壁上，后支撑盾4成为推进装置2的一个支撑点；

③.令推进油缸2-3伸出，推动动力头1沿管道向前推进，直至推进油缸完全伸展(如图5所示)；

④.令位于动力头1的前支撑靴1-3-1处于“支撑”状态(如图2中左图所示)，此时动力头1通过前支撑靴1-3-1支撑定位在待清理管道的管壁上，动力头1成为推进装置2的另一个支撑点；

⑤.令后支撑靴4-2处于“解除支撑”状态(如图3中右图所示)，此时后支撑盾4与待清理管道间处于分离状态；

⑥.令推进油缸2-3回收，带动后支撑盾4沿管道向前推进，直至推进油缸完全收缩(如图4所示)，此时清障车完成1个步距的推进。

重复执行上述①-⑥步骤，可使清障车以步进方式前进到所需的位置。

(3)破碎及清除障碍物：

当清障车到达清障工作面，后支撑盾4支撑在待清理管道内壁上，前支撑靴装置1-3与管道内壁分离，此时推进装置2推动动力头1缓慢向掘进方向移动，通过动力头1破碎待清理管道内的硬质障碍物，破碎的硬质障碍物通过下方的真空排渣装置3收集并排放至待清理管道的外部。

具体为：

①.启动液压马达，根据障碍物的特性(类型及硬度)调整马达转速；

②.控制推进装置，推进油缸伸出，使刀盘解除并挤压障碍物，使障碍物破裂。挤压障碍物的同时，刀盘在液压马达带动下转动，在刀具作用下将破裂的障碍物剥离脱落，完成对障碍物的破解。

③.排渣：

在启动液压马达(刀盘)的同时启动真空排渣装置，被破解剥落的障碍物渣土由真空排渣装置排放到管道外。

当推进装置完全伸展时，清障车完成1个步距长度的管道清理。在维持刀盘转动及真空排渣装置工作的状态下，将清障车调整至开始清障的初始状态，再次控制推进装置伸出，进行下一个步距管段的清理；重复执行步距管段清理，可使清障车对管道进行长距离清障处理。

本发明提供了一种微型地下管网清障车及硬质障碍破障方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种微型地下管网清障车，其特征在于，包括动力头(1)、推进装置(2)、真空排渣装置(3)和后支撑盾(4)；

所述动力头(1)位于掘进方向前端，用于破碎待清理管道内前进方向上的硬质障碍物；

所述推进装置(2)连接在动力头(1)和后支撑盾(4)之间，动力头(1)和后支撑盾(4)能够与待清理管道内壁分别进行固定与分离动作，通过推进装置(2)的伸缩运动，使得动力头(1)和后支撑盾(4)之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进；

所述真空排渣装置(3)位于动力头(1)的下方，用于收集动力头(1)剥落并破碎的硬质障碍物，并通过排渣管道将其排放至待清理管道的外部。

2.根据权利要求1所述的微型地下管网清障车，其特征在于，所述动力头(1)包括刀盘(1-1)、液压马达(1-2)、前支撑靴装置(1-3)和前壳体(1-4)；所述刀盘(1-1)设置于前壳体(1-4)位于推进方向的前端，转动时破碎硬质障碍物；所述液压马达(1-2)位于前壳体(1-4)内部，作为刀盘(1-1)转动的驱动装置；所述前支撑靴装置(1-3)位于前壳体(1-4)后端，其两端能够向外部垂直管道内壁做伸缩运动；当向外伸出时，两端支撑在管道内壁上，从而将整个动力头(1)固定在待清理管道内壁；当向内收缩时，两端与管道内壁脱离接触，动力头(1)与管道内壁分离。

3.根据权利要求2所述的微型地下管网清障车，其特征在于，所述前支撑靴装置(1-3)包括前支撑靴油缸(1-3-2)以及位于前支撑靴油缸(1-3-2)两端的前支撑靴(1-3-1)，通过前支撑靴油缸(1-3-2)带动两端的前支撑靴(1-3-1)在前壳体(1-4)内外做伸缩运动。

4.根据权利要求1所述的微型地下管网清障车，其特征在于，所述后支撑盾(4)包括后支撑盾壳体(4-1)、后支撑靴(4-2)以及后支撑靴油缸(4-3)；所述后支撑靴油缸(4-3)安装在支撑盾壳体(4-1)内，后支撑靴(4-2)分别位于后支撑靴油缸(4-3)两端，通过支撑靴油缸(4-3)带动两端的后支撑靴(4-2)在后支撑盾壳体(4-1)内外伸缩运动；当向外伸出时，两端后支撑靴(4-2)支撑在管道内壁上，从而将整个后支撑盾(4)固定在待清理管道内壁；当向内收缩时，两端后支撑靴(4-2)与管道内壁脱离接触，后支撑盾(4)与管道内壁分离。

5.根据权利要求1所述的微型地下管网清障车，其特征在于，所述推进装置(2)包括外导管(2-1)、内导管(2-2)以及推进油缸(2-3)；所述内导管(2-2)套接在推进油缸(2-3)外部，其后端连接在位于后支撑盾(4)内的后油缸支座(4-4)上；所述外导管(2-1)套接在内导管(2-2)的外部，其前端连接在位于动力头(1)内的前油缸支座(1-5)上。

6.采用权利要求1所述微型地下管网清障车进行硬质障碍破障方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)现场设备拼装：

将动力头(1)通过检修井上的管道入口送进待清理管道；将推进装置(2)完全收缩至最短轴向尺寸，其前端通过销轴及螺栓连接到动力头(1)上的前油缸支座(1-5)，随后继续向管道内部推进，至井内空间足以放下后支撑盾(4)并将后支撑盾(4)放到井下，随后将推进装置(2)后端通过销轴及螺栓连接到后支撑盾(2)上的后油缸支座(4-4)，完成整机拼装；

(2)步进推进：

动力头(1)内的前支撑靴装置(1-3)，以及后支撑盾(4)依次进行伸缩运动，使得前支撑靴装置(1-3)与后支撑盾(4)中的一个支撑在待清理管道内壁进行固定，另一个与管道内壁分离；通过推进装置(2)的伸缩运动，使得动力头(1)和后支撑盾(4)之间的相对运动，实现清障车在待清理管道内的推进；

(3)破碎及清除障碍物：

当清障车到达清障工作面，后支撑盾(4)支撑在待清理管道内壁上，前支撑靴装置(1-3)与管道内壁分离，此时推进装置(2)推动动力头(1)缓慢向掘进方向移动，通过动力头(1)破碎待清理管道内的硬质障碍物，破碎的硬质障碍物通过下方的真空排渣装置(3)收集并排放至待清理管道的外部。

7.根据权利要求6所述的硬质障碍破障方法，其特征在于，步骤(2)中：

当前进时，动力头(1)内的前支撑靴装置(1-3)收缩与管道内壁分离，后支撑盾(4)外伸并支撑在管道内壁上固定，然后推进装置(2)伸长，此时以后支撑盾(4)为支撑点，通过推进装置(2)带动动力头(1)向前移动；移动到位后，动力头(1)内的前支撑靴装置(1-3)外伸并支撑在管道内壁上固定，后支撑盾(4)收缩与管道内壁分离，然后推进装置(2)收缩，此时以前支撑靴装置(1-3)为支撑点，通过推进装置(2)带动后支撑盾(4)靠近动力头(1)移动；

当后退时，后支撑盾(4)收缩与管道内壁分离，动力头(1)内的前支撑靴装置(1-3)外伸并支撑在管道内壁上固定，然后推进装置(2)伸长，此时以前支撑靴装置(1-3)为支撑点，通过推进装置(2)带动后支撑盾(4)向后移动；移动到位后，后支撑盾(4)外伸并支撑在管道内壁上固定，前支撑靴装置(1-3)收缩与管道内壁分离，然后推进装置(2)收缩，此时以后支撑盾(4)为支撑点，通过推进装置(2)带动动力头(1)靠近后支撑盾(4)移动。

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