CN1235238A - 切割头 - Google Patents

Abstract

一种切割头,包含同轴设置的多个传动轴,包括一中心传动轴及至少两个管形传动轴,每一传动轴具有一切割元件,传动轴被互相独立地驱动,且任何两个径向相邻的传动轴被驱动成于相反方向旋转,其中传动轴的直径决定成使得于一方向旋转的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和与于相反方向旋转的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和大致相同。

Description

切割头

本发明有关切割头，尤其有关用来开挖隧道，植桩孔，沉箱孔等的土木工程施工机具例如潜盾钻机，隧道钻掘机，推进管钻机，全套管钻机，及Roadheader钻机等所用的切割头。

在目前土木工程所用的用来开挖具有圆形断面或类似者的深孔或隧道的开挖机具中，机具的切割头通常是由马达经由传动轴带动，对土体执行全断面同方向的旋转掘削。但是，此种配置有若干问题。

首先，机具本体必须能够抵抗在掘削操作期间从土体经由切割头传递至机具本体的反作用力，以防止机具本体转动，跳动或甚至损坏。另外，因为切割头绕其旋转轴整体于单一方向旋转，例如于朝向切割头的推进方向观察时的顺时针方向旋转，所以所开挖的隧道或深孔不可避免地从预定的路线逐渐地向右方偏斜。

上述问题的解决方案不外乎是增加机具的大小及/或重量，以抵抗掘削操作期间所产生的反作用力，以及减小切割头施加于土体上正向压力及/或减小切割头的旋转速率，以将开挖的隧道或深孔从预定路线的偏移减至最小。

然而，虽然采取上述措施可能可以解决上述习知技术的问题至某一程度，但是较大尺寸及较重的机具造成成本的增加，并且减小切割头所施加于土体的正向压力及减小切割头的旋转速率造成掘削效率的降低。

另外，因为传统的切割头对土体实施全断面单一方向的旋转掘削，所以当切割头碰到大孤石或类似物时，最常发生的情况为大孤石嵌在切割头上，因而随着切割头旋转。结果，切割头停止前进，而嵌在切割头上且与切割头一起旋转的大孤石严重破坏先前所掘削的土体表面。

因此，本发明的目的在于提供一种切割头，在此切割头的掘削操作期间，作用于切割头的旋转反作用力可被去除或至少可被减至最小。

本发明的另一目的在于提供一种切割头，此切割头可减小其所开挖的隧道或深孔从预定路线的偏移。

本发明的另一目的在于提供一种切割头，可免除在其掘削土体期间所碰到的任何大孤石嵌在切割头上，因而确保切割头在掘削操作期间的推进。

从日常生活经验中可体验到当以电钻在一物体上钻孔时，必须对电钻本体施力，以使钻头贯穿至物体内，否则钻头只是研磨物体的表面，导致钻头的磨耗及产生热，而不产生任何的钻掘效果。除了朝向被钻孔的物体施加正向压力于电钻本体上之外，也必须施加稳定电钻本体的力，以抵抗钻掘操作期间所产生的反作用力，否则电钻本体会旋转。鉴于以上现象，可知钻掘操作会产生非常大的旋转反作用力，而如果能够去除此旋转反作用力或至少将其减至最小，则可增加钻掘效率。

另外，从日常生活中也可体验到锯子具有比刀子高的切割效率。并且，如果将两把锯子并靠在一起且使其朝向相反方向往复移动以切割物体，则其切割效率又远大于以单把锯子切割两次的切割效率。此现象显示切割效率与切割元件的配置有关。

因此，根据本发明，提供一种切割头，它包含固定马达座，界定一旋转轴线；多个传动轴，包括一中心传动轴及至少两个管形传动轴，每一传动轴具有第一端及第二端，第一端固定连接有一切割元件；安装机构，用来将多个传动轴于其第二端一个套一个地同轴互相安装及安装于马达座成为可绕旋转轴线同轴旋转；及驱动机构，用来驱动多个传动轴，使得传动轴被互相独立地驱动，且任何两个径向相邻的传动轴被驱动成相对于旋转轴线分别旋转于第一方向及与第一方向相反的第二方向；其中多个传动轴的直径决定成使得旋转于第一方向的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和大致相等于旋转于第二方向的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和。

附图的简要叙述

图1显示根据本发明的第一实施例的切割头，安装于挖土机的机械手臂上，用来掘削钢筋混凝土结构或土石岩层。

图2为图1的切割头的纵向剖面图。

图3为沿图2中的线3-3所取的横向剖面图。

图4为沿图2中的线4-4所取的横向剖面图。

图5显示根据本发明的第二实施例的切割头，应用在铅垂方向的掘削，用于例如基桩，沉箱，竖井等的建造。

图6为图5的切割头的纵向剖面图。

图7为沿图6中的线7-7所取的横向剖面图。

图8为沿图6中的线8-8所取的横向剖面图。

图9显示图6的切割头中所用的螺旋传动轴及其切割元件。

图10显示图6的切割头中所用的管形传动轴及其切割元件。

图11显示图6的切割头中所用的另一管形传动轴及其切割元件。

图12显示图6的切割头中所用的另一管形传动轴及其切割元件。

图13为显示根据本发明的第三实施例的切割头的剖面图，显示切割头应用在于水平方向掘削的潜盾钻机。

图14为显示根据本发明的第四实施例的切割头的剖面图，显示切割头应用在掘削大型长距离隧道的潜盾钻机。

以下结合附图详细叙述本发明的较佳实施例。

参阅图1至4，图1显示安装于挖土机的机械手臂的根据本发明的第一实施例的切割头，图2为图1的切割头的纵向剖面图，而图3及图4为分别沿图2中的线3-3及4-4所取的横向剖面图。

如图1所示，根据本发明的切割头10安装于挖土机的机械手臂12上。机械手臂12将切割头10带至所需的高度以掘削钢筋混凝土结构或土石岩层。

如图2，3及4所示，切割头10包含具有中心轴线X的圆柱形固定马达座14，中心传动轴16，第一管形传动轴18，第二管形传动轴20，及第三管形传动轴22。马达座14具有主体14a，可拆卸地安装于主体14a的一端的前盖14b，及可拆卸地安装于主体14a的另一端的后盖14c。一对在直径上相对的枢轴24固定地设置在马达座14的主体14a的外周边表面上，用来与挖土机的机械手臂12连接，而一对枢耳26成整体地设置在马达座14的后盖14c上，用来与挖土机的液压缸连接。马达座14的前盖14b设置有开口28，用来依中心轴X同轴接收传动轴16，18，20及22。

中心传动轴(下文简称为中心轴)16包含主体16a，成整体地形成于主体16a的一端的切割元件16b，及可去除地连接于主体16a的另一端的止动部分16c。中心轴16以其止动部分16c可旋转地抵靠于马达座14的后盖14c的内表面上而被接收于马达座14内。如图2所示，中心轴16被止动环30限制而不能相对于马达座14于轴线X的方向移动，止动环30则可拆卸地固定于马达座14，但是设计成容许中心轴16相对于其旋转。成整体地形成于中心轴16的主体16a的一端的切割元件16b为环形构件，具有设置在其周边表面及端面上的多个切割齿32。注意如图所示的切割齿32只是举例说明用，可以根据需要以各种不同型式的尖头锄(pick)，滚子刀尖(roller bit)，或类似物来取代。

如图2及3所示，中心轴16由安装于马达座14的四个马达34驱动旋转。每一马达34设置有安装于其输出轴的驱动齿轮36。四个马达34的四个驱动齿轮36与绕中心轴16的止动部分16c的周边表面安装的环形齿轮38啮合。如此，中心轴16藉由马达34经由环形齿轮38与驱动齿轮36的啮合而被独立驱动旋转。

第一管形传动轴(以下简称第一轴)18依轴线X同轴设置在中心轴16的外周边表面上。第一轴18包含管形主体18a，成整体形成于主体18a的一端的第一切割元件18b，及可拆卸地安装于主体18a的另一端的止动部分18c。止动部分18c的作用为禁止第一轴18于轴线X的方向移动，但是其被设计成以与管形主体18a及第一切割元件18b成一体旋转的方式安装在第一轴18的管形主体18a上。第一轴18的第一切割元件18b为环形构件，也具有设置在其周边表面及端面上的多个切割齿32。

类似于中心轴16的情况，第一轴18由安装于马达座14的另一组四个马达40驱动旋转。每一马达40设置有安装于其输出轴的驱动齿轮42。四个马达40的四个驱动齿轮42与绕第一轴18的止动部分18c的周边表面安装的环形齿轮44啮合。如此，第一轴18藉由马达40经由环形齿轮44与驱动齿轮42的啮合而被独立驱动旋转。

类似地，第二管形传动轴(以下简称第二轴)20依轴线X同轴设置在第一轴18的外周边表面上。第二轴20包含管形主体20a，成整体形成于主体20a的一端的第二切割元件20b，及可拆卸地安装于主体20a的另一端的止动部分20c。第二轴20的止动部分20c就其结构及作用而言与第一轴18的止动部分18c相同。亦即，止动部分20c被设计成安装在第二轴20的管形主体20a上，使得其禁止第二轴20于轴线X的方向移动，但是与管形主体20a及第二切割元件20b成一体旋转。多个切割齿32设置在第二轴20的为环形构件的第二切割元件20b的周边表面及端面上。

类似于中心轴16及第一轴18的情况，第二轴20由安装于马达座14的另一组四个马达46驱动旋转。每一马达46设置有安装于其输出轴的驱动齿轮48。四个马达46的四个驱动齿轮48与绕第二轴20的止动部分20c的周边表面安装的环形齿轮50啮合。如此，第二轴20藉由马达46经由环形齿轮50与驱动齿轮48的啮合而被独立驱动旋转。

第三管形传动轴(以下简称第三轴)22依轴线X同轴设置在第二轴20的外周边表面上。第三轴22包含具有大致相等于马达座14的前盖14b的开口28的直径的外径的管形主体22a，成整体形成于主体22a的一端的第三切割元件22，及可拆卸地安装主体22a的止动部分22c。止动部分22c的作用为禁止第三轴22于轴线X的方向移动，但是与管形主体22a及第三切割元件22b成一体旋转。多个切割齿32设置在第三轴22的为环形构件的第三切割元件22b的周边表面及前后端面上。

类似地，第三轴22由安装于马达座14的另一组四个马达52经由绕第三轴22的管形主体22a的周边表面安装的环形齿轮56与安装于四个马达52的各输出轴的四个驱动齿轮54的啮合而被独立驱动旋转。

从以上可知，中心轴16，第一轴18，第二轴20，及第三轴22是由各马达组34，40，46及52互相独立地驱动旋转。另外，根据本发明，配置成任何两个径向相邻的传动轴被驱动成相对于轴线X于相反的方向旋转。亦即，如果中心轴16被驱动成从其切割元件16b观看时相对于轴线X于逆时针方向旋转，则第一轴18被驱动成相对于轴线X于顺时针方向旋转，并且第二轴20被驱动成于逆时针方向旋转，而第三轴22被驱动成于顺时针方向旋转。另外，根据本发明，传动轴16，18，20，及22以及其各切割元件16b，18b，20b，及22b的尺寸被决定成使得于一方向旋转的传动轴(例如传动轴16及20)的切割元件所涵盖的切割面积的总和与于相反方向旋转的传动轴(例如轴18及22)的切割元件所涵盖的切割面积的总和大致相等。

具有上述结构的切割头，因为任何两个径向相邻的切割元件被驱动成于相反的方向旋转，而非将所有的切割元件均驱动于单一方向旋转，所以由于一方向旋转的切割元件所执行的掘削所产生的反作用力大致上互相抵销。因此，切割头的机体是在平衡的状态，因而减小机械手臂所承担的负荷。结果，可使用较小型的机械手臂及挖土机。

另外，因为任何两个径向相邻的切割元件被驱动成于相反的方向旋转，所以增进了掘削效率，并且可有效切割在掘削期间所可能碰到的任何大孤石或类似物，而不会使其嵌在切割头上。

以下参考图5至12叙述根据本发明的第二实施例的切割头。

图5显示根据本发明的第二实施例的切割头应用在例如基桩，沉箱，竖井等的建造中的铅垂方向的掘削的配置，图6为图5的配置中所用的本发明的切割头的纵向剖面图，图7为沿图6中的线7-7所取的横向剖面图，图8为沿图6的线8-8所取的横向剖面图，图9显示图6的切割头中所用的螺旋传动轴及其切割元件，图10至12显示图6的切割头中所用的管形传动轴及其各切割元件。

如图6至8所示，根据本发明的第二实施例的切割头110包含具有中心轴线X的圆柱形固定马达座114，具有螺旋部分11 6a的中心传动轴116，第一管形传动轴118，第二管形传动轴120，及第三管形传动轴122。马达座114具有主体114a，可拆卸地安装于主体114a的一端的前盖114b，及可拆卸地安装于主体114a的另一端的后盖114c。马达座114的前盖114b设置有用来依中心轴线X同轴接收传同116，118，120，及122的开口128。

如图6及9所示，中心传动轴(以下简称中心轴)116包含上述的螺旋部分116a，固定地附着于螺旋部分116a的一端的切割元件116b，及连接于螺旋部分116a的另一端的止动部分116c。中心轴116以其止动部分116c可旋转地抵靠于马达座114的后盖114c的内表面的方式被接收于马达座114内。如图6所示，中心轴116被止动环130限制而不能相对于马达座114于轴线X的方向移动，止动环130可拆卸地固定于马达座114，但是容许中心轴116相对于其旋转。切割元件116b为管形构件，具有固定连接于中心轴116的螺旋部分116a的一端，其端面上设置有多个切割齿132。另外，切割齿132也设置在螺旋部分116a靠近切割元件116b的部分上。同样的，如图所示的切割齿132只是举例说明用，可以根据需要以各种不同型式的滚子刀尖(roller bit)或类似物来取代。

如图6及7所示，中心轴116由安装于马达座114的四个马达134驱动旋转。每一马达134设置有安装于其输出轴的驱动齿轮136。四个马达134的四个驱动齿轮136与绕中心轴116的止动部分116c的周边表面安装的环形齿轮138啮合。如此，中心轴116藉由马达134经由环形齿轮138与驱动齿轮136的啮合而被独立驱动旋转。

如图6所示，中心轴116依轴线X被同轴接收在第一管形传动轴(以下简称第一轴)118内。如图6及10所示，第一轴118包含管形主体118a，成整体形成于主体118a的一端的第一切割元件118b，及形成于主体118a的另一端的止动部分118c。止动部分118c的作用也是禁止第一轴118于轴线X的方向移动。第一轴118的第一切割元件118b为管形构件。管形切割元件118b设置有于其管壁上的多个开口158(图10)，及沿着其管壁的外周边表面设置且绕其延伸的多个螺旋切割叶片160。多个切割齿132设置在管形切割元件118的端面上及螺旋切割叶片160上。

类似于中心轴116的情况，第一轴118由安装于马达座114的另一组四个马达140驱动旋转。每一马达140设置有安装于其输出轴的驱动齿轮142。四个马达140的四个驱动齿轮142与绕第一轴118的止动部分118c的周边表面安装的环形齿轮144啮合。如此，第一轴118藉由马达140经由环形齿轮144与驱动齿轮142的啮合而被独立驱动旋转。

第二管形传动轴(以下简称第二轴)120依轴线X同轴设置在第一轴118的外周边表面上。如图6及11所示，第二轴120包含管形主体120a，成整体形成于主体120a的一端的第二切割元件120b，及形成于主体120a的另一端的止动部分120c。第二轴120的止动部分120c的作用为禁止第二轴120于轴线X的方向移动。第二轴120的第二切割元件120b为管形构件。管形切割元件120b设置有于其管壁上的多个开口162，及沿着其管壁的内周边表面设置且绕其延伸的多个螺旋切割叶片164(图6)。多个切割齿132设置在管形切割元件120b的端面上及螺旋切割叶片164上。

类似于中心轴116及第一轴118的情况，如图6所示，第二轴120由安装于马达座114的另一组四个马达146驱动旋转。每一马达146的四个驱动齿轮148与绕第二轴120的止动部分120c的周边表面安装的环形齿轮150啮合。如此，第二轴120藉由马达146经由环形齿轮150与驱动齿轮148的啮合而被独立驱动旋转。

第三管形传动轴(以下简称第三轴)122依轴线X同轴设置在第二轴120的外周边表面上。如图6及12所示，第三轴122包含具有大致相等于马达座114的开口128的直径的外径的管形主体122a，成整体形成于主体122a的一端的第三切割元件122b，及用来禁止第三轴122于轴线X的方向移动的可拆卸的止动部分122c。第三轴122的第三切割元件122b为管形构件。管形切割元件122b的端面及周边表面上设置有多个切割齿132。

为了在掘削完成后顺利地撤回切割头110，如图8所示，第三轴122的切割元件122b包含第一环状部分122d，以及由三个圆弧形块122e及三个楔形块122f所组成的第二环状部分。第一环状部分122d固定连接于第三轴122。三个圆弧形块122e安装在第一环状部分122d的外周边上，而二者之间以梯形齿状卡榫122g接合，使得圆弧形块122e在轴线X的方向被推时可相对于第一环状部分122d滑动。三个楔形块122f的每一个位在两个圆弧形块122e之间，并且也藉由梯形齿状卡榫122g的接合而安装在第一环状部分122d的外周边上。如此，当切割头110被撤回时，第一环状部分122d与切割头110的马达座114及其他部分一起移动，留下圆弧形块122e及楔形块122f崩倒在所挖掘的孔内而可随后从孔中被拾取(稍后会叙述)。当然，圆弧形块及配合的楔形块的数目不限于三个，可依需要改变。

类似地，第二轴120的切割元件120b也设计成包含第一环状部分，以及由三个圆弧形块及三个楔形块所组成的第二环状部分，而其互相之间的接合关系也与上述的第三轴122的切割元件122b中相同。如此，当切割头110被撤回时，第一环状部分与切割头110的马达座114及其他部分一起移动，留下圆弧形块与楔形块崩倒在所挖掘的孔内而可随后从孔中被拾取(稍后会叙述)。

另外，第三轴122是由安装于马达座114的另一组四个马达152经由绕第三轴122的周边表面安装的环形齿轮156与安装于四个马达152的各输出轴的四个驱动齿轮154的啮合而被独立驱动旋转。

从以上可知，中心轴116，第一轴118，第二轴120，及第三轴122是由各马达组134，140，146，及152互相独立地驱动旋转。另外，根据本发明，配置成任何两个径向相邻的传动轴被驱动成相对于轴线X于相反的方向旋转。亦即，如果中心轴116被驱动成从其切割元件116b观看时相对于轴线X于逆时针方向旋转，则第一轴118被驱动成相对于轴线X于顺时针方向旋转，并且第二轴120被驱动成于逆时针方向旋转，而第三轴122被驱动成于顺时针方向旋转。另外，根据本发明，传动轴116，118，120，及122以及各切割元件116b，118b，120b，及122b的尺寸被决定成使得于一方向旋转的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积的总和与于相反方向旋转的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积的总和大致相等。

以下举例简要描述使用切割头110的植桩过程。

如图5所示，将植桩台166架设于桩位中心，并且调整植桩台166使其保持水平。经由植桩台166的引导框170吊放切割头110及桩单元168至植桩台166内，使得切割头110的马达座114收容在桩单元168内而其切割元件116b，118b，120b，及122b则在桩单元168的下方。然后起动切割头110，使得切割头110的任何两个径向相邻的传动轴及其切割元件被驱动成于相反方向旋转而掘削土体。挖掘的土碴则由切割元件118b的螺旋切割叶片160及切割元件120b的螺旋切割叶片164传递，并通过切割元件118b的开口158及切割元件120b的开口162而至切割头110的中央，然后由螺旋中心轴116传输至切割头110后方的位置处。抓斗172跟随于切割头110的后方吊放以移去挖掘的土碴。桩单元168在掘削及移去土碴的同时靠本身的重量推进。

当掘削到所需的深度时，将切割头110撤回。此时如上所述，切割元件120b及122b的圆弧形块及楔形块由于被桩单元168的下方端面抵住，所以留在并崩倒在挖掘的孔中，因而可由抓斗172取出。然后，使用混凝土将桩底封闭。钢筋被置入桩单元168的钢筋地面留孔174(图7)中。然后，将水泥浆灌入预留孔174内，以使钢筋与桩单元168结合成一体。

具有上述结构的切割头，因为任何两个径向相邻的切割元件被驱动成于相反的方向旋转，而非将所有的切割元件均驱动于单一方向旋转，可消除所挖掘的孔从预定路线的偏移或是至少将偏移减至最小。并且，增进了掘削效率，并且可有效切割在掘削期间所可能碰到的任何大孤石或类似物，而不会使其嵌在切割头上。

另外，由于于一方向旋转的切割元件所执行的掘削所产生的反作用力与由于相反方向旋转的切割元件所执行的掘削所产生的反作用力大致上互相抵销。因此，切割头的机体是在平衡的状态。

另外，在切割头的掘削期间，植桩孔壁上的土体由桩单元支撑，桩底部分的土体由切割头的抵挡，因此可在无稳定液状态下进行干式挖掘。并且，由抓斗与掘削操作同步地执行挖掘的土碴的移除，因而大幅增进工作效率。

以下参考图13叙述根据本发明的第三实施例的切割头。图13为显示应用于用来于水平方向掘削的潜盾钻机或隧道钻掘机等的切割头的剖面图。

如图13所示，根据本发明的切割头210包含具有中心轴线X的固定马达座214，中心传动轴216，第一管形传动轴218，第二管形传动轴220，及第三管形传动轴222。马达座214包含类似于第一及第二实施例中所述的马达座14及114的中央部分214d，周边环状部分214e，及将周边环状部分214e连接于中央部分214d的多个止动环214f。马达座214的中央部分214d依中心轴线X同轴接收传动轴216，218，220，及222。

切割头210的中心传动轴(以下简称为中心轴)216及第一管形传动轴(以下简称第一轴)218就其结构及所用的驱动配置而言分别与上述第二实施例的切割头110的中心轴116及第一轴118大致相同。因此，在此省略其叙述。

切割头210的第二管形传动轴(以下称称第二轴)220就其结构及所用的驱动配置而言与切割头110的第二轴120类似，除了多个螺旋切割叶片264是沿着第二轴220的管形切割元件的外周边表面而非内周边表面设置且绕其延伸。

切割头210的第三管形传动轴(以下简称第三轴)222就其结构及所用的驱动配置而言与切割头110的第三轴122类似，除了有多个螺旋切割叶片276沿着第三轴222的管形切割元件的内周边表面设置且绕其延伸以及有多个切割齿232设置在螺旋切割叶片276上。

亦即，类似地，中心轴216，第一轴218，第二轴220，及第三轴222是由各马达组互相独立地驱动旋转。另外，根据本发明，配置成任何两个径向相邻的传动轴被区动成相对于轴线X于相反的方向旋转。亦即，如果中心轴216被驱动成从其切割元件观看时相对于轴线X于逆时针方向旋转，则第一轴218被驱动成相对于轴线X于顺时针方向旋转，并且第二轴220被驱动成于逆时针方向旋转，而第三轴222被驱动成于顺时针方向旋转。另外，根据本发明，传动轴216，218，220，及222以及其各切割元件的尺寸被决定成使得于一方向旋转的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积的总和与于相反方向旋转的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积的总和大致相等。

另外，在此实施例中，于传动轴的切割元件的后方设置有环绕马达座214的周边环状部分214e的两个可旋转的盾壳278及280。切割齿232设置在盾壳278及280的外周边表面上。盾壳278及280以与传动轴相同的方式被驱动旋转。亦即，盾壳278及280分别由一组马达经由连接于马达的各输出轴的驱动齿轮与安装于各盾壳内周边表面的环形齿轮的啮合而驱动旋转。

以下参考图13简要叙述切割头210的操作。首先，起动切割头210，使得切割头210的任何两个径向相邻的传动轴及其切割元件被驱动成于相反的方向旋转。开动推进油压缸282，并保持适当推力，以将切割头210向前推进以掘削土体。挖掘的土碴由切割元件218b，220b，及222b的螺旋切割叶片传输，并通过切割元件218b及220b的开口(未显示)而至切割头210的中央，然后中心轴216向后(图13的右方)传输。

起动螺旋输送机284来输送及排出掘削的土碴。如果螺旋输送机284的排碴速率小于中心轴216的土碴输送速率，则土碴会聚积在中心轴216的末端处，而使土碴产生压密脱水现象。因此，需调整螺旋输送机284的排碴速率，以控制排碴量及其含水量。

驱动盾壳278及280以使得盾壳278与280于相反的方向旋转。如此，可减小切割头210与土体之间的摩擦力，因而只需较小的推力即可使切割头210向前推进。当切割头210由于某些因素必须停机，或是背填灌浆回流至切割头210，或是地质改良浆液包覆切割头210，以致造成切割头210被夹困时，驱动盾壳278及280旋转可使切割头210脱离困境。另外，当切割头210进行曲线推进时，于切割头210一侧的开挖的隧道壁的土体被压缩，而于切割头210另一侧的土体则产生松弛现象。此时驱动盾壳278及280旋转可使设置于盾壳上的切割齿232掘削压缩的土体，并且将掘削的土体从压缩侧移至松弛侧。

具有上述结构的切割头，因为任何两个径向相邻的切割元件被驱动成于相反的方向旋转，所以可有效切割在掘削期间所可能碰到的任何大孤石或类似物，而不会使其嵌在切割头上。另外，切割头的机体是在平衡的状态，因而方向的控制容易，且切割头不会发生左右蛇行，纵向仰俯，机身回转等现象。另外，盾壳确保切割头不会被夹困，并确保在切割头改变掘削方向时掘削被压缩侧的土体并将土体从被压缩侧移至松弛侧。

以下参考图14叙述根据本发明的第四实施例的切割头。图14为显示应用于用来于水平方向掘削大型长距离的隧道的潜盾钻机或隧道钻掘机等的切割头的剖面图。

如图14所示，根据第四实施例的切割头310与根据第三实施例的切割头210的不同在于切割头310包含依马达座314的轴线X同轴设置的总共六个传动轴，亦即一个中心螺旋传动轴316及五个管形传动轴318h，318i，318j，318k，及3181。各传动轴的结构及所用的驱动配置与上述各实施例中的传动轴的结构及所用的驱动配置相同。因此，在此省略其叙述。但是，必须注意此实施例中的马达座314修改成使得用来驱动传动轴的马达有若干组是在马达座314的径向依序设置，而非均于马达座314的轴向，因而减小马达座314的轴向尺寸。

类似于第三实施例，三个可旋转的盾壳378，380，及386环绕马达座314设置在传动轴的切割元件的后方。盾壳378，380，及386的外周边具有与传动轴的切割元件上的切割齿332相同的切割齿332，且以与传动轴相同的方式被驱动旋转。亦即，盾壳378，380，及386分别由一组马达经由连接于马达的各输出轴的驱动齿轮与安装于各盾壳的内周边表面的环形齿轮的啮合而驱动旋转。另外，任何两个相邻的盾壳被驱动成相对于轴线X于相反方向旋转。

根据本发明的第四实施例的切割头的操作与根据第三实施例的切割头的操作大致相同，因此在此省略其叙述。根据第四实施例的切割头所具有的额外优点为藉着将马达座修正成使用用来驱动传动轴的马达有若干组是在马达座的径向而非轴向依序设置，可自由增加传动轴的数目，因而适合大型隧道工程。

由上述实施例的说明可知，切割头就外型，大小，以及使用场合而言或许不同，但是都是根据相同的技术思想。亦即，其装置部分均是由具有切割元件的若干传动轴以同轴方式组合成一体，并且各传动轴均配置有独立的驱动马达。切割头的操作方式均是使传动轴及其切割元件绕同一中心轴线各自独立旋转成使得任何两个径向相邻的传动轴及其切割元件于相反的方向旋转。另外，各切割头均产生切削面被分成若干圈同心圆环被掘削而使各切割元件掘削所产生的反作用力互相抵销。

虽然以上已经以较佳实施例详细叙述本发明，但是本发明不受限于所举出的实施例的细节，对于熟习此项技术者而言，可在不离开本发明的精神及范围下实施各种不同的改变，修正，及改良，而这些均在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种切割头，它包括：

固定马达座，界定一旋转轴线；

多个传动轴，包括一中心传动轴及至少两个管形传动轴，每一传动轴具有第一端及第二端，该第一端固定连接有一切割元件；

安装机构，用来将该多个传动轴于其第二端一个套一个地同轴互相安装及安装于该马达座成为可绕该旋转轴线同轴旋转；及

驱动机构，用来驱动该多个传动轴，使得传动轴被互相独立地驱动，且任何两个径向相邻的传动轴被驱动成相对于该旋转轴线分别旋转于第一方向及与第一方向相反的第二方向；

其中该多个传动轴的直径决定成使得旋转于第一方向的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和大致相等于旋转于第二方向的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和。

2.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，该中心传动轴为螺旋传动轴。

3.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，该切割元件为表面上设置有切割齿的环形构件。

4.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，该切割元件为管形构件，具有开口端及连接于传动轴的封闭端，且若干开口及至少一螺旋切割叶片设置在该管形构件的周边壁上，切割齿设置在管形构件的开口端的端面上及在该至少一螺旋切割叶片上。

5.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，该切割元件包含连接于传动轴的第一环状部分，及可滑动地安装在该第一环状部分的外周边上的第二环状部分，而在第一与第二环状部分之间为梯形齿状卡榫接合，切割齿设置在该第二环状部分上，该第二环状部分包含若干圆弧形块及相应数目的楔形块，每一楔形块插置在二圆弧形块之间。

6.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，安装机构包含用于每一传动轴的可拆卸地连接于传动轴的第二端的止动部分，而驱动机构包含用于每一传动轴的安装在该马达座上的马达，连接于马达的输出轴的驱动齿轮，及安装在传动轴上而与驱动齿轮啮合的环形齿轮。

7.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，还包含环绕该马达座的至少一可旋转盾壳，该至少一可旋转盾壳是由马达经由连接于马达的输出轴的驱动齿轮与安装在盾壳上的环形齿轮之间的啮合而驱动。

8.如权利要求1所述的切割头，其特征在于，该马达座在其外周边上设置有一对在直径上相对的枢轴，用来与挖土机的机械手臂相连接，且在其一端设置有一对枢耳，用来与挖土机的油压缸相连接。

9.一种如权利要求1所述的切割头的使用方法，其特征在于，切割头安装在挖土机的机械手臂上且被机械手臂带至所需掘削高度，切割头于该高度处起动以使得切割头的任何两个径向相邻的传动轴及其各切割元件于相反方向旋转而进行掘削。

10.一种如权利要求1所述的切割头的使用方法，其特征在于，一植桩台被定位来控制植桩方向，起动切割头以使得切割头的任何两个径向相邻的传动轴及其各切割元件于相反方向旋转而进行铅垂方向的掘削，掘削产生的土碴被传递至切割头的后方而由悬吊的抓斗移除，桩单元同时推进而被安装。

11.一种如权利要求1所述的切割头的使用方法，其特征在于，起动切割头以使得切割头的任何两个径向相邻的传动轴及其各切割元件于相反的方向旋转而进行水平方向的掘削，使用推进油压缸将切割头向前推进，起动螺旋输送机来输送掘削的土碴并调整其转速以控制排碴量及其含水量，切割头设置有环绕其外周边的若干盾壳，盾壳可被驱动成任何两相邻的盾壳旋转于相反的方向，以进行隧道侧壁掘削及防止切割头被夹困。

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