CN117107698B - 机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置。所述冲洗装置包括升降单元、滑振单元和冲洗单元；所述升降单元包括机械升降架和升降气缸，所述升降架包括下支撑架、升降调节架和上支撑架，升降气缸固定在下支撑架上控制升降架升降；所述滑振单元包括磁耦式无杆气缸、安装在上支撑架上的滑轨、安装在冲洗单元下部的滑动支架和安装在滑动支架上的摆动支架，所述摆动支架通过摆动臂与滑动支架连接，在摆动支架上安装有气动高频振动器；所述冲洗单元包括弹性板和冲洗水管。本发明实现了对管片的自动振动冲洗，机械升降式结构设计保证了毛刷层与管片内弧面贴合的精确度，弧度调节器使得弹性板能够适应不同内径的管片，现场冲洗应用效果较好。

Description

机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置

技术领域

本发明属于盾构机械设备的配套工装领域，特别涉及机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置。

背景技术

随着城市化的高速发展，为了缓解地上交通压力，地下轨道交通成为一种主流交通方式，地下轨道交通具有安全、便利、高效的优点，现已经成为解决大城市交通拥堵以及提高出行效率的首选方法，目前很多城市正在修建或扩建城市地铁隧道线路施工时所采用的盾构机掘进时刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋输送机输出，再由皮带机转运，皮带机会产生大量的渣土，往往这些泥土经过皮带机运输时无法彻底转运，尤其在运输过程中由于盾构机掘进产生的振动使得皮带机上的渣土掉落，又由于隧道内工程环境的复杂性，常伴随有潮湿、渗漏等不可控状况，使得渣土极易形成泥浆，如若泥浆不及时清理将会影响隧道管片的拼接，进而造成工程停工，工期拖延，产生严重的经济损失。

现有的隧道管片渣土清理大多是采用人工冲洗的方式将泥浆进行清理转运，该种方式是采用人工手持冲洗管路进入隧道进行渣土清洗冲洗，人工冲洗需要耗费大量人力进入隧道，同时需要考虑水管的供水、接入、长度等问题，而且隧道内空间狭小，由于盾构机掘进产生大量热能使得洞内温度很高，且人工冲洗时要考虑到机械与管片的间距，无法将管片上所存渣土彻底清理运输，具有非常大的安全隐患，无法随时冲洗，且清理不及时、施工效率低下，影响工程施工进度。

为了解决人工清洗存在的问题，管片机械化自动冲洗技术开始被提出，公开号CN111139773A的发明专利公开了一种隧道管片清洗装置，该装置包括支撑元件及驱动机构，撑元件上沿隧道长度方向依次连接有第一喷水层、刷洗层、第二喷水层、擦拭层；该清洗装置通过驱动机构驱动支撑元件摆动，实现喷水层和擦拭层沿隧道圆周方向的弧形刷洗，扩大了清洗装置的刷洗范围，但是该装置是通过驱动电机进行驱动，存在驱动电机可能因为旋转力矩过大而烧毁的风险，且整个支撑元件稳定性也较差。公开号CN 111139772A的发明专利公开了一种管片冲刷装置，包括支架、冲刷组件，支架用于与车体连接；冲刷组件设于所述支架上，冲刷组件由首尾依次相接且沿隧道圆周方向排布的冲刷单元组成，冲刷单元沿隧道长度方向依次设有第一喷水层、刷洗层、第二喷水层、擦洗层，刷洗层及擦洗层为弧形，相邻冲刷单元的刷洗层的对应端贴合，相邻冲刷单元的擦洗层的对应端贴合；该清洗装置通过固定在支架上的多个升降气缸实现冲刷组件的升降，通过水平顶推气缸实现支架、升降机构和冲刷组件的整体水平移动，该装置存在多个升降气缸协同工作难度大、水平顶推气缸工作能耗高等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有管片冲洗技术的不足，提供机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，更好的解决传统自动冲洗技术能耗大、冲洗效果差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，所述冲洗装置包括升降单元、滑振单元和冲洗单元；所述升降单元包括机械升降架和升降气缸，所述升降架包括固定在盾构台车上的下支撑架、升降调节架和上支撑架，所述升降调节架两端分别与下支撑架和下支撑架铰链连接，所述升降气缸固定在下支撑架上，其活塞端与升降调节架连接，并在升降气缸的作用下控制升降架升降；

所述滑振单元包括磁耦式无杆气缸、安装在上支撑架上的滑轨、安装在冲洗单元下部的滑动支架和安装在滑动支架上的摆动支架，所述滑动支架通过滑块与滑轨滑动连接，所述磁耦式无杆气缸安装在上支撑架上，并与滑轨平行，磁耦式无杆气缸的活塞端与滑动支架连接，并在磁耦式无杆气缸的作用下，滑动支架通过滑块沿着滑轨移动；所述摆动支架通过摆动臂与滑动支架连接，在摆动支架上安装有气动高频振动器；

所述冲洗单元包括弹性板和冲洗水管，所述弹性板的长度大于滑动支架，其两端通过弧度调节器与滑动支架连接，且连接后的弹性板呈与待清洗盾构隧道管片内弧面相匹配的外凸弧形板，在弹性板的弧形外凸面设有毛刷层；所述冲洗水管布设在滑动支架上，并设有多个喷头，多个喷头布设在弹性板的边缘部位，其喷口不被弹性板遮挡。

本发明较优的技术方案：所述弹性板设有两组，两组弹性板平行设置，每组弹性板的底部设有连接板，弹性板固定在连接板上，并通过连接板与弧度调节器连接，通过弧度调节器调节弹性板和连接板的弯曲弧度，使其适应不同内径的管片；在每组弹性板的外凸面设有毛刷层，所述多个喷头均匀分布在两组弹性板之间的区域，并呈倾斜状伸出弹性板覆盖区。

本发明较优的技术方案：所述滑轨设有两条，对称设置在磁耦式无杆气缸的两侧，并通过螺栓固定在上支撑架上，所述滑动支架通过两个滑块分别与两条滑轨滑动连接，所述磁耦式无杆气缸的活塞端通过连接块与滑动支架连接。

本发明较优的技术方案：所述摆动臂由立式轴承座、下部销轴、平列双扭弹簧、摇臂、上部轴承座和上部销轴组成；所述立式轴承座、摇臂和上部轴承座均设有两个，两立式轴承座固定在滑动支架上，所述下部销轴穿过两个立式轴承座，上部销轴穿过两个上部轴承座，两个摇臂下端套设在下部销轴位于两个立式轴承座之间的位置，上端套设在上部销轴位于两个上部轴承座之间的位置，所述平列双扭弹簧套设在下部销轴位于两个摇臂之间的位置。

本发明较优的技术方案：所述上支撑架和下支撑架均为L型支撑架，并在每个L型支撑架内设有斜撑杆，且上支撑架倒置设置在升降调节架顶部。

本发明较优的技术方案：所述升降调节架设有两组，两组升降调节架平行设置，每组升降调节架的下端通过转轴与下支撑架转动连接，上端通过转轴与上支撑架转动连接，所述升降气缸的活塞端通过连接板同时与两组升降调节架连接，带动两组升降调节架同步运动；在两组升降调节架上设有限位插销，所述限位插销同时穿过两组升降调节架。

本发明较优的技术方案：所述弧度调节器包括调节螺栓、销轴和托板，在滑动支架的端部对应开设有调节孔，所述销轴穿插在滑动支架的调节孔内，并在连接部位设有垫片，所述托板一端固定套设在销轴上，另一端伸出滑动支架，并通过固定螺栓与连接板固定连接；所述调节螺栓的一端固定连接在销轴中部，另一端对应穿过固定在滑动支架上的调节架，并通过锁紧螺母锁紧。

本发明较优的技术方案：所述弹性板为聚丙烯板材，所述连接板采用弹簧钢板，弹性板通过螺栓固定在连接板的板面。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用机械自动振动冲洗方式替代人工冲洗，使得清洗效率显著提高，同时避免人员在隧道内高温高湿环境作业产生的潜在风险；

(2)本发明采用机械升降式结构设计，且通过升降气缸为机械升降架提供升降动力，保证了毛刷层与管片内弧面贴合的精确度，使得冲洗覆盖面更大；

(3)本发明滑振单元通过磁耦式无杆气缸带动免维护滑块在滑轨上水平滑动，从而定向带动冲洗单元往复移动，不仅降低了维护成本，且使得振动冲洗装置整体能耗降低；

(4)本发明滑振单元设置气动高频振动器，通过高频振动带动摆动支架左右摆动，实现振动冲洗功能，相比于传统滑动冲洗方式，渣土冲洗更彻底；

(5)本发明冲洗单元设置弧度调节器，使得弹性板能够适应不同内径的管片，大大提高了冲洗装置的通用性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明中支撑架的仰视图；

图6为本发明中摆动臂的结构示意图；

图7位本发明中弧度调节器安装部位放大示意图；

图8为本发明中弧度调节器的俯视图；

图9为本发明中弧度调节器的立体图；

图10为本发明中弧度调节器的侧视图。

图中：1—机械升降架；100—上支撑架；101—升降调节架；102—下支撑架；2—升降气缸；3—限位销轴；4—滑轨；5—滑块；6—滑动支架；600—调节孔；601—调节支架；7—磁耦式无杆气缸；8—摆动臂；800—立式轴承座；801—下部销轴；802—平列双扭弹簧；803—摇臂；804—上部轴承座；805—上部销轴；9—弧度调节器；900—锁紧螺母；901—调节螺栓；902—销轴；903—垫片；904—托板；10—气动高频振动器；11—弹性板；12—摆动支架；13—连接板；14—毛刷层；15—水管；16—扇形喷头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图10均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。

实施例提供的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，如图1至图5所示，所述冲洗装置包括升降单元、滑振单元和冲洗单元；所述升降单元包括机械升降架1和升降气缸2，所述升降架1包括固定在盾构台车上的下支撑架100、升降调节架101和上支撑架102，所述升降调节架101两端分别与下支撑架100和下支撑架102铰链连接，所述升降气缸2固定在下支撑架100上，其活塞端与升降调节架101连接，并在升降气缸2的作用下控制升降架1升降；所述上支撑架102和下支撑架100均为L型支撑架，并在每个L型支撑架内设有斜撑杆，且上支撑架102倒置设置在升降调节架101顶部。所述升降调节架101设有两组，两组升降调节架101平行设置，每组升降调节架101的下端通过转轴与下支撑架100转动连接，上端通过转轴与上支撑架102转动连接，所述升降气缸2的活塞端通过连接板同时与两组升降调节架101连接，带动两组升降调节架101同步运动；在两组升降调节架101上设有限位插销3，所述限位插销3同时穿过两组升降调节架101，通过限位插销3控制升降调节101的调节高度。

实施例提供的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，如图1至图5所示，所述滑振单元包括磁耦式无杆气缸7、安装在上支撑架100上的滑轨4、安装在冲洗单元下部的滑动支架6和安装在滑动支架6上的摆动支架12，所述滑动支架6通过滑块5与滑轨4滑动连接，所述磁耦式无杆气缸7安装在上支撑架100上，并与滑轨4平行，磁耦式无杆气缸7的活塞端与滑动支架6连接，并在磁耦式无杆气缸7的作用下，滑动支架6通过滑块5沿着滑轨4移动；所述滑轨4设有两条，对称设置在磁耦式无杆气缸7的两侧，并通过螺栓固定在上支撑架102上，所述滑动支架6通过两个滑块5分别与两条滑轨4滑动连接，所述磁耦式无杆气缸7的活塞端通过连接块与滑动支架6连接；能够使滑动支架6平稳滑动。所述摆动支架12通过摆动臂8与滑动支架6连接，在摆动支架12上安装有气动高频振动器10。如图6所示，所述摆动臂8由立式轴承座800、下部销轴801、平列双扭弹簧802、摇臂803、上部轴承座804和上部销轴805组成；所述立式轴承座800、摇臂803和上部轴承座804均设有两个，两立式轴承座800固定在滑动支架6上，所述下部销轴801穿过两个立式轴承座800，上部销轴805穿过两个上部轴承座804，两个摇臂803下端套设在下部销轴801位于两个立式轴承座800之间的位置，上端套设在上部销轴805位于两个上部轴承座804之间的位置，所述平列双扭弹簧802套设在下部销轴801位于两个摇臂803之间的位置。摆动支架12通过摆动臂8由摆动，不用另外设置摆动动力。

实施例提供的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，如图1至图5所示，所述冲洗单元包括弹性板11和冲洗水管15，所述弹性板11的长度大于滑动支架6，所述弹性板11设有两组，两组弹性板11平行设置，每组弹性板11的底部设有连接板13，弹性板11固定在连接板13上，所述弹性板11为聚丙烯板材，所述连接板13采用弹簧钢板，弹性板11通过螺栓固定在连接板13的板面。所述连接板13两端通过弧度调节器9与滑动支架6连接，且连接后的弹性板11呈与待清洗盾构隧道管片内弧面相匹配的外凸弧形板，通过弧度调节器9调节弹性板11和连接板13的弯曲弧度，使其适应不同内径的管片；在每组弹性板11的弧形外凸面设有毛刷层，所述冲洗水管15布设在滑动支架6上，并设有多个喷头16，所述多个喷头16均匀分布在两组弹性板11之间的区域，并呈倾斜状伸出弹性板11覆盖区，能够对管片进行喷水和刷洗。如图7至图10所示，所述弧度调节器9包括调节螺栓901、销轴902和托板904，在滑动支架6的端部对应开设有调节孔600，所述销轴902穿插在滑动支架6的调节孔600内，并在连接部位设有垫片903，所述托板904一端固定套设在销轴902上，另一端伸出滑动支架6，并通过固定螺栓905与连接板13固定连接；所述调节螺栓901的一端固定连接在销轴902中部，另一端对应穿过固定在滑动支架6上的调节架601，并通过锁紧螺母900锁紧。

实施例中的机械升降架1由多根方管杆件通过螺杆连接组成，并由升降气缸2提供升降动力，机械升降架1上升和下降的高度由限位销轴3控制。升降气缸2选择SC/SU系列标准气缸或液压油缸，规格根据升降荷载确定，所述升降气缸2的活塞杆通过销轴与所述机械升降架连接。所述滑轨4的型号为WCS20；所述滑块5型号为J-SCS20，免维护。所述磁耦式无杆气缸型号为RMS40×400-LB-PT。

实施例中机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，在工作时，如图1至图5所示，首先启动所述冲洗装置升降气缸2，通过升降气缸2为机械升降架1提供升降动力，直到毛刷层14与管片内弧面贴合，并保证毛刷层14与管片内弧面贴合的精确度，使得冲洗覆盖面更大；随后开启水箱水泵进行供水，进一步开启磁耦式无杆气缸7和气动高频振动器10的开关，所述冲洗装置进入工作状态。机械升降架1顶部两侧设置两根滑轨4，两组滑块5可沿滑轨4往复滑动，滑动支架6通过螺栓与滑块5连接，并由磁耦式无杆气缸7提供水平滑动力，定向带动滑动支架6以上的结构往复移动，下部升降单元保持不动，通过磁耦式无杆气缸7带动免维护滑块5在滑轨4上水平滑动，从而定向带动冲洗单元往复移动，不仅降低了维护成本，且使得振动冲洗装置整体能耗降低。摆动臂8底部与滑动支架6螺栓连接，可以左右摆动。摆动臂8上部连接着摆动支架9，摆动支架9中部设置气动高频振动器10，通过气动高频振动器10的振动可以带动摆动支架9左右摆动，实现振动冲洗功能，渣土冲洗更彻底；弧度调节器9使得弹性板11能够适应不同内径的管片，大大提高了冲洗装置的通用性，水管15固定在摆动支架9上，喷头16沿着水管长度方向间隔均匀布置，且分别朝向盾构隧道管片前、后两个方向，以形成更好的冲洗水流。

本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，其特征在于：所述冲洗装置包括升降单元、滑振单元和冲洗单元；所述升降单元包括机械升降架（1）和升降气缸（2），所述机械升降架（1）包括下支撑架（100）、升降调节架（101）和上支撑架（102），下支撑架（100）固定在盾构台车上，所述升降调节架（101）两端分别与下支撑架（100）和上支撑架（102）铰链连接，所述升降气缸（2）固定在下支撑架（100）上，其活塞端与升降调节架（101）连接，并在升降气缸（2）的作用下控制机械升降架（1）升降；

所述滑振单元包括磁耦式无杆气缸（7）、安装在上支撑架（102）上的滑轨（4）、安装在冲洗单元下部的滑动支架（6）和安装在滑动支架（6）上的摆动支架（12），所述滑动支架（6）通过滑块（5）与滑轨（4）滑动连接，所述磁耦式无杆气缸（7）安装在上支撑架（102）上，并与滑轨（4）平行，磁耦式无杆气缸（7）的活塞端与滑动支架（6）连接，并在磁耦式无杆气缸（7）的作用下，滑动支架（6）通过滑块（5）沿着滑轨（4）移动；所述摆动支架（12）通过摆动臂（8）与滑动支架（6）连接，在摆动支架（12）上安装有气动高频振动器（10）；

所述冲洗单元包括弹性板（11）和冲洗水管（15），所述弹性板（11）的长度大于滑动支架（6），其两端通过弧度调节器（9）与滑动支架（6）连接，且连接后的弹性板（11）呈与待清洗盾构隧道管片内弧面相匹配的外凸弧形板；所述冲洗水管（15）布设在滑动支架（6）上，并设有多个喷头（16），多个喷头（16）布设在弹性板（11）的边缘部位，其喷口不被弹性板（11）遮挡；

所述弹性板（11）设有两组，两组弹性板（11）平行设置，每组弹性板（11）的底部设有连接板（13），弹性板（11）固定在连接板（13）上，并通过连接板（13）与弧度调节器（9）连接，通过弧度调节器（9）调节弹性板（11）和连接板（13）的弯曲弧度，使其适应不同内径的管片；在每组弹性板（11）的外凸面设有毛刷层（14），所述多个喷头（16）均匀分布在两组弹性板（11）之间的区域，并呈倾斜状伸出弹性板（11）覆盖区；

所述摆动臂（8）由立式轴承座（800）、下部销轴（801）、平列双扭弹簧（802）、摇臂（803）、上部轴承座（804）和上部销轴（805）组成；所述立式轴承座（800）、摇臂（803）和上部轴承座（804）均设有两个，两立式轴承座（800）固定在滑动支架（6）上，所述下部销轴（801）穿过两个立式轴承座（800），上部销轴（805）穿过两个上部轴承座（804），两个摇臂（803）下端套设在下部销轴（801）位于两个立式轴承座（800）之间的位置，上端套设在上部销轴（805）位于两个上部轴承座（804）之间的位置，所述平列双扭弹簧（802）套设在下部销轴（801）位于两个摇臂（803）之间的位置；

所述弧度调节器（9）包括调节螺栓（901）、销轴（902）和托板（904），在滑动支架（6）的端部对应开设有调节孔（600），所述销轴（902）穿插在滑动支架（6）的调节孔（600）内，并在连接部位设有垫片（903），所述托板（904）一端固定套设在销轴（902）上，另一端伸出滑动支架（6），并通过固定螺栓（905）与连接板（13）固定连接；所述调节螺栓（901）的一端固定连接在销轴（902）中部，另一端对应穿过固定在滑动支架（6）上的调节架（601），并通过锁紧螺母（900）锁紧。

2.根据权利要求1所述的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，其特征在于：所述滑轨（4）设有两条，对称设置在磁耦式无杆气缸（7）的两侧，并通过螺栓固定在上支撑架（102）上，所述滑动支架（6）通过两个滑块（5）分别与两条滑轨（4）滑动连接，所述磁耦式无杆气缸（7）的活塞端通过连接块与滑动支架（6）连接。

3.根据权利要求1所述的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，其特征在于：所述上支撑架（102）和下支撑架（100）均为L型支撑架，并在每个L型支撑架内设有斜撑杆，且上支撑架（102）倒置设置在升降调节架（101）顶部。

4.根据权利要求1所述的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，其特征在于：所述升降调节架（101）设有两组，两组升降调节架（101）平行设置，每组升降调节架（101）的下端通过转轴与下支撑架（100）转动连接，上端通过转轴与上支撑架（102）转动连接，所述升降气缸（2）的活塞端通过连接板同时与两组升降调节架（101）连接，带动两组升降调节架（101）同步运动；在两组升降调节架（101）上设有限位插销（3），所述限位插销（3）同时穿过两组升降调节架（101）。

5.根据权利要求1所述的一种机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置，其特征在于：所述弹性板（11）为聚丙烯板材，所述连接板（13）采用弹簧钢板，弹性板（11）通过螺栓固定在连接板（13）的板面。