CN115749825A - 一种排渣装置及盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种排渣装置及盾构机，涉及隧道施工技术领域，所述排渣装置包括叶轮、支撑机构和驱动机构，所述叶轮用于通过所述支撑机构安装于盾构机的刀盘或盾体上，并位于所述盾构机的排渣通道上，所述驱动机构用于驱动所述叶轮转动，且所述叶轮的叶片旋转平面用于平行于渣土排放方向设置。本发明的排渣装置通过将叶轮的叶片旋转平面平行于渣土排放方向设置，以使叶轮在旋转搅拌的同时还可以给渣土提供向后的输送动力，提高了排渣通道内渣土在排放方向的流速，从而能够避免渣土附着堆积在刀盘上形成泥饼，有效地提高了施工效率。

Description

一种排渣装置及盾构机

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种排渣装置及盾构机。

背景技术

目前，盾构机通常配置常压刀盘，常压刀盘作为适用于高水压环境下一种安全、高效的技术手段，使用频率也随之升高，其原理是采用箱体闭式结构隔绝水土压力，在刀盘内部安装带有闸门的常压换刀装置，因此常压刀盘中心和主梁区域前面板为实心且覆盖面积较大，尤其是中心区域。这造成刀盘开口率较低，使得渣土流动性差，导致刀盘区域的渣土滞排、刀盘结泥饼、刀具损坏，需要频繁拆检更换，严重影响施工效率。

发明内容

本发明解决的问题是：如何提高盾构机排放渣土时的流动性和排渣效率。

为解决上述问题，本发明提供一种排渣装置，包括叶轮、支撑机构和驱动机构，所述叶轮用于通过所述支撑机构安装于盾构机的刀盘或盾体上，并位于所述盾构机的排渣通道上，所述驱动机构用于驱动所述叶轮转动，且所述叶轮的叶片旋转平面用于平行于渣土排放方向设置。

可选地，所述支撑机构包括转动连接的安装轴和支撑件，所述安装轴的两端用于通过所述支撑件装设于所述刀盘上，所述叶轮装设于所述安装轴上，并用于位于刀盘排渣通道内。

可选地，所述安装轴上装设有至少两个所述叶轮。

可选地，所述驱动机构为马达，所述马达用于装设于所述刀盘内部，并与所述安装轴驱动连接。

可选地，所述支撑机构包括支架、转轴和第一轴承，所述支架用于装设于所述盾体上，并位于刀盘排渣通道与排浆口之间，所述叶轮装设于所述转轴上，所述转轴的一端通过所述第一轴承转动连接于所述支架上，另一端用于与所述驱动机构驱动连接。

可选地，所述驱动机构包括齿轮箱、传动轴和驱动件，所述转轴远离于所述第一轴承的一端通过所述齿轮箱与所述传动轴的一端连接，所述传动轴的另一端与所述驱动件驱动连接。

可选地，所述齿轮箱内设有相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮分别与所述转轴和所述传动轴连接。

可选地，所述驱动机构还包括第二轴承，所述第二轴承用于嵌设于所述盾体的盾体隔板上，所述传动轴远离于所述齿轮箱的一端用于穿过所述盾体隔板连接至所述驱动件上，并通过所述第二轴承与所述盾体隔板转动连接。

可选地，所述叶轮为离心式渣浆泵叶轮。

为解决上述问题，本发明还提供一种盾构机，包括刀盘、盾体以及如上所述的排渣装置，所述刀盘转动连接于所述盾体上，所述排渣装置设于所述刀盘或所述盾体上，并位于排渣通道上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的排渣装置中，可通过支撑机构将叶轮装设于盾构机的刀盘或盾体上，且位于排渣通道内，并通过驱动机构驱动叶轮旋转，以对泥浆和渣土进行搅拌，提高泥浆的携渣效果，便于渣土的排放，同时，可通过将叶轮的叶片旋转平面平行于渣土排放方向设置，以使叶轮在旋转搅拌的同时还可以给渣土提供向后的输送动力，提高了排渣通道内渣土在排放方向的流速，从而能够避免渣土附着堆积在刀盘上形成泥饼，有效地提高了施工效率，而且，使得排渣装置能够对黏土、砂卵石、破碎带等地层进行排渣，适用范围更加广泛。

附图说明

图1为本发明实施例中排渣装置装设于刀盘上时的主视示意图；

图2为本发明实施例中排渣装置装设于刀盘上时的侧视示意图；

图3为本发明实施例中排渣装置装设于盾体上时的主视示意图；

图4为本发明实施例中排渣装置装设于盾体上时的侧视示意图；

图5为本发明实施例中排渣装置的主视示意图；

图6为本发明实施例中排渣装置的侧视示意图。

附图标记说明：

1、叶轮；2、支撑机构；21、安装轴；22、支撑件；23、支架；24、转轴；25、第一轴承；3、驱动机构；31、齿轮箱；32、传动轴；33、驱动件；34、第二轴承；100、刀盘；200、盾体；210、盾体隔板；300、进浆管；400、排浆管；500、刀盘排渣通道。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

附图中的Z轴表示竖直方向，也就是上下位置，且Z轴的正向(即Z轴的箭头指向)代表上方，Z轴的反向代表下方；附图中的X轴表示水平方向，并指定为左右位置，且X轴的正向代表左侧，X轴的反向代表右侧；附图中的Y轴表示为前后位置，且Y轴的正向代表前侧，Y轴的反向代表后侧；同时需要说明的是，前述Z轴、Y轴及X轴的表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

结合图1至图4所示，本发明实施例提供一种排渣装置，包括叶轮1、支撑机构2和驱动机构3，叶轮1用于通过支撑机构2安装于盾构机的刀盘100或盾体200上，并位于盾构机的排渣通道上，驱动机构3用于驱动叶轮1转动，且叶轮1的叶片旋转平面用于平行于渣土排放方向设置。

具体地，盾构机的排渣通道包括相互连通的刀盘排渣通道500和盾体排渣通道(图中未示出)，当叶轮1通过支撑机构2安装于盾构机的刀盘100上时，通常将叶轮1设于刀盘排渣通道500内，如图1所示；当叶轮1通过支撑机构2安装于盾构机的盾体200上时，通常将叶轮1设于盾体排渣通道内，并位于刀盘100后部的排浆口之前，如图4所示。但不管是将叶轮1设置在刀盘100上还是盾体200上，叶轮1的叶片旋转平面平行于渣土排放方向设置，其中，盾构机通常向前挖掘，而产生的渣土向后排放，故渣土排放方向为由前至后(也是Y轴的反方向)，也就是说，叶轮1的叶片旋转平面平行于图2和图4中的Y轴设置，而驱动机构3用于驱动叶轮1绕其轴线逆时针旋转，以给渣土提供向后的输送动力。

本实施例的排渣装置中，可通过支撑机构2将叶轮1装设于盾构机的刀盘100或盾体200上，且位于排渣通道内，并通过驱动机构3驱动叶轮1旋转，以对泥浆和渣土进行搅拌，提高泥浆的携渣效果，便于渣土的排放，同时，可通过将叶轮1的叶片旋转平面平行于渣土排放方向设置，以使叶轮1在旋转搅拌的同时还可以给渣土提供向后的输送动力，提高了排渣通道内渣土在排放方向的流速，从而能够避免渣土附着堆积在刀盘上形成泥饼，有效地提高了施工效率，而且，使得排渣装置能够对黏土、砂卵石、破碎带等地层进行排渣，适用范围更加广泛。

可选地，叶轮1为离心式渣浆泵叶轮。这样，采用离心式渣浆泵叶轮作为排渣装置的叶轮1，使得叶轮1具有较高的输送效率，而且工作平稳，从而可以进一步提高排渣装置的排渣效果。

可选地，结合图1所示，支撑机构2包括转动连接的安装轴21和支撑件22，安装轴21的两端用于通过支撑件22装设于刀盘100上，叶轮1装设于安装轴21上，并用于位于刀盘排渣通道500内。

本实施例中，叶轮1通过支撑机构2装设于刀盘100上，并位于刀盘排渣通道500内，驱动机构3通常安装于刀盘100内部，具体而言，叶轮1安装于支撑机构2的安装轴21上，并可随安装轴21一起旋转，安装轴21的两端通过支撑件22固定在刀盘100上，并位于刀盘排渣通道500内，驱动机构3用于驱动安装轴21转动，其中，支撑件22通常为轴承，且通常设置两个，两个轴承分别与安装轴21的两端转动连接，同时，刀盘排渣通道500的内壁上通常开设有用于安装固定该轴承的安装孔。盾构机的进浆管300将低比重的泥浆输送到盾体200及刀盘100区域，使得刀盘100淹没在泥浆中，而刀盘100开挖所产生的渣土与泥浆混合形成高比重泥浆，驱动机构3带动安装轴21及固定在安装轴21上的叶轮1高速旋转，以增加刀盘100开口区域泥浆的流动性，使得高比重泥浆及渣石进入排浆管400，以排出隧道，从而实现渣土排放。

这样，采用安装轴21和支撑件22将叶轮1固定安装在刀盘排渣通道500内，不仅结构简单，易于生产制造，而且能够有效提高刀盘排渣通道500内泥浆流速，提高泥浆的携渣效率，降低了刀盘100结泥饼及堵仓风险，同时也降低了刀具损坏概率和后期维护成本。

可选地，结合图1所示，安装轴21上装设有至少两个叶轮1。如此，可利用多个叶轮1旋转来提高渣土的搅拌效果以及增大对渣土的输送动力，以便于进一步提高排渣装置的排渣效果。

可选地，驱动机构3为马达，马达用于装设于刀盘100内部，并与安装轴21驱动连接。

这样，采用马达作为驱动机构3来给叶轮1提供旋转驱动力，不仅易于从市面上获取，还可以简化驱动机构3甚至排渣装置的机械结构，降低了排渣装置的设计难度。

可选地，结合图3至图5所示，支撑机构2包括支架23、转轴24和第一轴承25，支架23用于装设于盾体200上，并位于刀盘排渣通道500与排浆口之间，叶轮1装设于转轴24上，转轴24的一端通过第一轴承25转动连接于支架23上，另一端用于与驱动机构3驱动连接。

本实施例中，叶轮1通过支撑机构2安装于盾体200上，并位于刀盘排渣通道500与排浆口之间，即叶轮1位于刀盘100后部以及排浆口之前，其中，排浆管400连接于排浆口上。具体而言，支撑机构2的支架23通常采用焊接的方式固定在盾体200上，且支架23通常设有两个，转轴24的一端通过第一轴承25转动连接于其中一个支架23上，转轴24的另一端通过驱动机构3固定在另一个支架23上，而叶轮1装设于转轴24上，并可随转轴24一起旋转。

由于排浆口前部泥浆流速较低，渣土容易因滞排而堆积，故本实施例中通过将支撑机构2的支架23安装于盾体200上，并位于刀盘排渣通道500与排浆口之间，将叶轮1固定于转轴24上，并将转轴24通过第一轴承25转动连接于支架23上，以使叶轮1也位于刀盘排渣通道500与排浆口之间，从而实现排渣装置在盾体200上的安装，以便于利用叶轮1在泥浆排放方向上的高速旋转来提高泥浆的流速，增强其携渣性能，同时，能够对容易堆积在盾体200底部的粒径较大的渣石起到输送作用，使得排渣装置能够适用于例如碎裂带或卵石等土质粘性不高、土体粒径较大的地层，使用范围更加广泛。另外，叶轮1通过支架23固定在盾体200上，能够避免在刀盘100上开设用于安装轴承的安装孔，从而可以在减少对刀盘100本身结构进行改动的情况下实现排渣装置在盾构机上的安装固定。

可选地，结合图6所示，驱动机构3包括齿轮箱31、传动轴32和驱动件33，转轴24远离于第一轴承25的一端通过齿轮箱31与传动轴32的一端连接，传动轴32的另一端与驱动件33驱动连接。

本实施例中，转轴24的一端通过第一轴承25转动连接于一个支架23上，齿轮箱31固定于另一个支架23上，传动轴32的一端与驱动件33驱动连接，转轴24的另一端和传动轴32的另一端分别与齿轮箱31内的齿轮相啮合，驱动件33驱动传动轴32转动，传动轴32通过齿轮箱31带动转轴24转动，进而带动叶轮1旋转，其中，驱动件33通常为电机或马达。这样，驱动机构3采用齿轮啮合来实现动力传递，传动过程更加稳定，保证叶轮1高速旋转工作时的平稳性。

可选地，齿轮箱31内设有相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮分别与转轴24和传动轴32连接。

本实施例中，转轴24与传动轴32以相互垂直的设置方式分别与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合。这样，通过在齿轮箱31内设置锥齿轮组来改变传动方向，以减小驱动机构3在渣土排放方向上的体积，进而减小排渣装置的整体体积。

可选地，结合图6所示，驱动机构3还包括第二轴承34，第二轴承34用于嵌设于盾体200的盾体隔板210上，传动轴32远离于齿轮箱31的一端用于穿过盾体隔板210连接至驱动件33上，并通过第二轴承34与盾体隔板210转动连接。

本实施例中，驱动件33通常设置在盾体隔板210内部，以对驱动件33进行保护，而第二轴承34嵌设在盾体隔板210上，传动轴32穿过第二轴承34连接至驱动件33上，如此，以实现传动轴32与盾体隔板210之间的转动连接。这样，一方面，可以提高第二轴承34安装固定于盾体隔板210上时的牢固性和稳定性，另一方面，可以减小第二轴承34的占用空间。

本发明另一实施例提供一种盾构机，包括刀盘100、盾体200以及如上所述的排渣装置，刀盘100转动连接于盾体200上，排渣装置设于刀盘100或盾体200上，并位于排渣通道上。

本实施例中，刀盘100整体安装在盾体200上，盾体200上设有进浆口和排浆口，进浆管300和排浆管400分别与进浆口和排浆口连接，进浆管300向盾体200和刀盘100区域进浆，排浆管400从盾体200和刀盘100区域抽浆。刀盘100上通常设有多个呈等夹角分布的刀盘排渣通道500，当排渣装置设于刀盘100上时，至少一个刀盘排渣通道500内设有排渣装置，例如，图1中给出了刀盘100上设有六个刀盘排渣通道500，且每个刀盘排渣通道500没均设有排渣装置的示例。另外，本实施例中的盾构机相对于现有技术的有益效果与上述的排渣装置相同，此处不再赘述。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种排渣装置，其特征在于，包括叶轮(1)、支撑机构(2)和驱动机构(3)，所述叶轮(1)用于通过所述支撑机构(2)安装于盾构机的刀盘(100)或盾体(200)上，并位于所述盾构机的排渣通道上，所述驱动机构(3)用于驱动所述叶轮(1)转动，且所述叶轮(1)的叶片旋转平面用于平行于渣土排放方向设置。

2.根据权利要求1所述的排渣装置，其特征在于，所述支撑机构(2)包括转动连接的安装轴(21)和支撑件(22)，所述安装轴(21)的两端用于通过所述支撑件(22)装设于所述刀盘(100)上，所述叶轮(1)装设于所述安装轴(21)上，并用于位于刀盘排渣通道(500)内。

3.根据权利要求2所述的排渣装置，其特征在于，所述安装轴(21)上装设有至少两个所述叶轮(1)。

4.根据权利要求2所述的排渣装置，其特征在于，所述驱动机构(3)为马达，所述马达用于装设于所述刀盘(100)内部，并与所述安装轴(21)驱动连接。

5.根据权利要求1所述的排渣装置，其特征在于，所述支撑机构(2)包括支架(23)、转轴(24)和第一轴承(25)，所述支架(23)用于装设于所述盾体(200)上，并位于刀盘排渣通道(500)与排浆口之间，所述叶轮(1)装设于所述转轴(24)上，所述转轴(24)的一端通过所述第一轴承(25)转动连接于所述支架(23)上，另一端用于与所述驱动机构(3)驱动连接。

6.根据权利要求5所述的排渣装置，其特征在于，所述驱动机构(3)包括齿轮箱(31)、传动轴(32)和驱动件(33)，所述转轴(24)远离于所述第一轴承(25)的一端通过所述齿轮箱(31)与所述传动轴(32)的一端连接，所述传动轴(32)的另一端与所述驱动件(33)驱动连接。

7.根据权利要求6所述的排渣装置，其特征在于，所述齿轮箱(31)内设有相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮分别与所述转轴(24)和所述传动轴(32)连接。

8.根据权利要求6所述的排渣装置，其特征在于，所述驱动机构(3)还包括第二轴承(34)，所述第二轴承(34)用于嵌设于所述盾体(200)的盾体隔板(210)上，所述传动轴(32)远离于所述齿轮箱(31)的一端用于穿过所述盾体隔板(210)连接至所述驱动件(33)上，并通过所述第二轴承(34)与所述盾体隔板(210)转动连接。

9.根据权利要求1所述的排渣装置，其特征在于，所述叶轮(1)为离心式渣浆泵叶轮。

10.一种盾构机，其特征在于，包括刀盘(100)、盾体(200)以及如权利要求1-9中任意一项所述的排渣装置，所述刀盘(100)转动连接于所述盾体(200)上，所述排渣装置设于所述刀盘(100)或所述盾体(200)上，并位于排渣通道上。

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