CN217233507U - 一种u形盾构机垫层摊铺机及u形盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种U形盾构机垫层摊铺机及U形盾构机，解决了现有技术中U型盾构垫层施工效率低的问题。本实用新型的技术方案是这样实现的垫层摊铺机，包括伸缩臂和摊料头，摊料头位于伸缩臂的伸缩前端，所述摊料头包括料斗总成和刮板总成，刮板总成位于料斗总成的外侧。本实用新型是一种集伸缩、铺料、刮平、控制为一体的装置，能够实现伸缩范围内的自动摊铺和刮平功能。伸缩臂配合料斗总成和刮板总成，完成铺料、刮平的同时进行，料斗总成和刮板总成配合对垫层材料进行均匀且精准铺设，提高施工质量。

Description

一种U形盾构机垫层摊铺机及U形盾构机

技术领域

本实用新型涉及U形盾构机技术领域，特别是指一种U形盾构机垫层摊铺机及U形盾构机。

背景技术

随着社会的发展，地下管廊由于其便于管线后期市政管理，越来越受到追捧，由于传统放坡开挖施工对环境破坏较为严重、并且工作环境恶劣，U型盾构做为专业进行地下管廊施工的设备应运而生。垫层摊铺工序是U型盾构工法施工的关键工序，也是瓶颈工序，其施工效率和施工质量直接影响着整个工法的顺利进行，严重制约着U型盾构相关设备的推广。

不同于道路施工中的垫层摊铺，U型盾构垫层施工作业在井下，空间极为有限，大型施工机具无法施展。目前针对U型盾构施工中垫层摊铺方案都是使用起重机将装有垫层材料的料斗吊运至井下，通过人工摊铺，夯实后经过多次测量标高并找平，达到要求后再进行管廊的吊装，整个垫层摊铺过程对劳动强度大，并且人工操作水平和经验要求较高，否则找平很困难。经过测算，垫层摊铺所占时间相对一环管廊施工总时间占比达50%，缩短该工序时间将直接提高整个工法的施工效率。因此，设计一种能够自动进行垫层摊铺刮平的装置很有必要。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种U形盾构机垫层摊铺机及U形盾构机，解决了现有技术中U型盾构垫层施工效率低的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种U形盾构机垫层摊铺机，包括伸缩臂和摊料头，摊料头位于伸缩臂的伸缩前端，所述摊料头包括料斗总成和刮板总成，刮板总成位于料斗总成的外侧。

优选地，所述伸缩臂包括固定筒节、第一伸缩臂和第二伸缩臂，固定筒节与第一伸缩臂之间连接有第一伸缩油缸，第一伸缩臂在第一伸缩油缸的作用下相对固定筒节进行伸缩；第一伸缩臂和第二伸缩臂之间连接有第二伸缩油缸，第二伸缩臂在第二伸缩油缸的作用下相对第一伸缩臂进行伸缩。其中，固定筒节和第一伸缩臂内部均设有耐磨块，所述第二伸缩臂的前部设有用于与料斗总成连接的第一连接件和用于与刮板总成相连接的第二连接件。

进一步，所述料斗总成包括料斗，料斗的底部为弧形底，弧形底上设有落料口，料斗内设有拨料轴，拨料轴与设置在料斗外侧的驱动装置相连接。

作为优选方案：所述料斗的底部为两个弧形板形成的弧形底，落料口位于两个弧形板之间，拨料轴位于弧形底内且与弧形底相对应。所述拨料轴包括主轴和固定在主轴上的刮料板，刮料板的数量至少为两个且等角度设置在主轴上，主轴的两端设有连接轴头，一端的连接轴头与驱动装置相连接，另一端的连接轴头转动连接在料斗的斗壁上。所述驱动装置包括驱动马达，驱动马达的输出端连接有减速机，减速机的输出端通过链轮机构与拨料轴相连接。

进一步，所述刮板总成包括刮板梁和刮板，刮板梁的两端均设有竖直设置的提升油缸，刮板设置在两个提升油缸的伸缩端。其中，所述刮板为弧形刮板，提升油缸通过油缸卡板固定在刮板梁上；所述刮板梁的上部设有激光接收器。

一种U形盾构机，包括所述的垫层摊铺机，垫层摊铺机的伸缩臂通过支架固定在盾体上，完成整个开挖与垫层施工效率。

本实用新型是一种集伸缩、铺料、刮平、控制为一体的装置，能够实现伸缩范围内的自动摊铺和刮平功能。伸缩臂配合料斗总成和刮板总成，完成铺料、刮平的同时进行，料斗总成和刮板总成配合对垫层材料进行均匀且精准铺设，提高施工质量。本实用新型巧妙的结构设计能够使得U盾施工中垫层施工效率相对传统施工方案提高50%以上，大大提升了U盾施工工法的适应能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型垫层摊铺机三维结构示意图。

图2为本实用新型伸缩臂伸出状态示意图。

图3为本实用新型伸缩臂收回状态示意图。

图4为本实用新型料斗总成内部结构侧视示意图。

图5为主轴与连接轴头连接状态示意图。

图6为驱动装置布置示意图。

图7为链轮机构布置示意图。

图8为刮板总成结构示意图。

图9为刮板处于倾斜状态示意图。

图10为本实用新型控制系统控制框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，实施例1，一种U形盾构机垫层摊铺机，包括伸缩臂1和摊料头，摊料头位于伸缩臂1的伸缩前端。伸缩臂为摊铺头提供伸缩运动，便于进行均匀下料和刮平。本实施例中所述摊料头包括料斗总成2和刮板总成3，刮板总成3位于料斗总成2的外侧。料斗总成2用于盛放垫层材料并及时铺料，刮板总成用于将垫层材料进行刮平，刮板总成3和料斗总成2一前一后设置，实现铺料与刮平同步进行，提高摊铺效率。

如图2、3所示，实施例2，一种U形盾构机垫层摊铺机，在实施例1的基础上，作为优选方案：所述伸缩臂1包括固定筒节11、第一伸缩臂12和第二伸缩臂13，固定筒节11与第一伸缩臂12之间连接有第一伸缩油缸14。第一伸缩臂12在第一伸缩油缸14的作用下相对固定筒节11进行伸缩；其中第一伸缩油缸14固定端通过销轴安装在固定筒节11上设置的油缸铰座上，伸缩端通过销轴安装在第一伸缩臂12设置的油缸铰座上，通过第一伸缩油缸控制第一伸缩臂伸缩速度。第一伸缩臂12和第二伸缩臂13之间连接有第二伸缩油缸15，第二伸缩臂13在第二伸缩油缸15的作用下相对第一伸缩臂12进行伸缩。第二伸缩油缸15固定端通过销轴安装在第一伸缩臂12上设置的油缸铰座上，伸缩端通过销轴安装在第二伸缩臂13设置的油缸铰座上，通过第二伸缩油缸控制第二伸缩臂伸缩速度。本实施例的伸缩臂1采用三节臂结构，增加了摊铺头沿隧道轴向的伸缩距离，扩大作业范围。

作为优选方案，固定筒节11和第一伸缩臂12内部均设有耐磨块111，避免伸缩臂结构本体磨穿。所述第二伸缩臂13的前部设有用于与料斗总成2连接的第一连接件18和用于与刮板总成3相连接的第二连接件19，第二连接件19和第二连接件将刮板总成3和料斗总成2与第二伸缩臂13固定连接，实现刮板总成3和料斗总成2随第二伸缩臂同步移动。

实际施工过程中：在第一伸缩臂伸出时，第一伸缩油缸按照设计速度伸出，第二伸缩油缸不动，当第一伸缩油缸达到极限位置时，第二伸缩油缸按照设计速度伸出，实现伸缩臂按照统一速度伸出；当第一伸缩臂回缩时，第一伸缩油缸按照设计速度回缩，第二伸缩油缸不动，当第一伸缩油缸回缩达到极限位置时，第二伸缩油缸按照设计速度回缩，实现伸缩臂按照统一速度回缩。

如图4所示，实施例3，一种U形盾构机垫层摊铺机，在实施例2的基础上，作为优选方案：所述料斗总成2包括料斗200，料斗由钢板拼焊而成。在料斗工作之前，需要将一定量的垫层材料装入料斗，避免转轴空转。料斗20的底部为弧形底，弧形底上设有落料口21，便于出料。料斗200内设有拨料轴22，拨料轴22与设置在料斗200外侧的驱动装置25相连接；在驱动装置的作用下，拨料轴转动，用于将料斗内的物料经落料口拨出，实现及时且均匀铺料。本实施例中：所述料斗20的底部为两个弧形板26形成的弧形底，落料口21位于两个弧形板26之间，拨料轴22位于弧形底内且与弧形底相对应。拨料轴外缘与弧板内壁留有间隙，避免拨料轴转动时二者发生刮蹭，拨料轴不转动时，由于垫层材料本身的自锁性，垫层材料不会从间隙处洒落；当拨料轴转动时，垫层材料通过拨料轴的切割作用从槽孔处落至地面。

其中，如图5所示，所述拨料轴22包括主轴22-1和固定在主轴上的刮料板22-2，刮料板22-2的数量至少为两个且等角度设置在主轴22-1上；本实施例中刮料板22-2的数量为4个，四个刮料板22-2并呈90°均匀布置，保证不论主轴22-1处于何种位置，垫层材料都会有刮料板隔挡而不会泄漏；刮料板外缘与弧板内壁留有间隙，避免转轴转动时二者发生刮蹭。主轴22-1的两端设有连接轴头22-3，一端的连接轴头与驱动装置25相连接，另一端的连接轴头转动连接在料斗20的斗壁上。所述连接轴头外圆内方，外部小圆一端塞进无缝钢管内部，大圆侧与无缝钢管焊接，内部方孔与驱动端和支撑端轴伸连接，起到传递扭矩的作用。如图6所示，所述驱动装置25包括驱动马达25-1，驱动马达25-1的输出端连接有减速机25-2，减速机25-2的输出端通过链轮机构25-3与拨料轴22相连接；驱动马达+减速机提供拨料轴转动的动力。如图7所示，链轮机构25-3包括主动链轮3-1、从动链3-2轮和链条3-3。减速机通过减速机座和法兰板固定在料斗上，减速机座上设置有轴承座，轴承座与减速机座外部焊有筋板以增加整体刚度，减速机与驱动马达连接后通过螺钉安装在减速机座上作为料斗总成的驱动装置；驱动轴上轴肩两侧装有两个圆锥滚子轴承，安装在轴承座上，所述圆锥滚子轴承一端通过轴肩进行轴向定位，一端通过轴承座以及轴承端盖进行轴向定位，使其能够承受转轴的轴向力，轴承端盖上设置密封安装槽用于安装密封圈；驱动轴的两端设计有花键，一端与减速机相连，一端与主动链轮相连。从动链轮的从动轴通过轴承座转动连接在料斗上，从动轴上轴肩两侧装有两个圆锥滚子轴承，安装在轴承座上，所述圆锥滚子轴承一端通过轴肩进行轴向定位，一端通过轴承座以及轴承端盖进行轴向定位，使其能够承受转轴的轴向力，轴承端盖上设置密封安装槽用于安装密封圈；从动轴的一端设计有花键，与从动链轮相连，在主动链轮和从动链轮之间装有链条，从而实现同步传动；从动轴的另一端设计成方形轴伸，与转轴连接轴头方孔配合，实现转轴的传动。

拨料轴的另一端即支撑端由法兰板、轴承座、支撑轴以及安装在轴承、密封件、紧固件等组成，其中法兰板上设置螺栓孔和轴承座孔，轴承座穿过轴承座孔并焊接，轴承座外部焊有筋板以增加整体刚度；支撑轴上轴肩两侧装有两个深沟球轴承，安装在轴承座上，所述深沟球轴承一端通过轴肩进行轴向定位，一端通过轴承座以及轴承端盖进行轴向定位，轴承座上设置密封安装槽用于安装密封圈；支撑轴的一端设计成方形轴伸，与转轴另一端连接轴头方孔配合，对转轴起到一定的支撑作用。

进一步，如图8、9所示，本实施例中所述刮板总成3包括刮板梁31和刮板33，刮板梁31的两端均设有竖直设置的提升油缸32，刮板33设置在两个提升油缸32的伸缩端；具体为刮板提升油缸伸缩杆与刮板通过销轴铰接，使得刮板能够与水平面呈一定角度，以适应U盾自身倾斜所产生的角度偏差。通过两个提升油缸的伸缩，可调节刮板的倾斜角度，以适应不同的施工环境。作为优选方案所述刮板33为弧形刮板，对垫层材料进行均匀摊铺。提升油缸32通过油缸卡板34固定在刮板梁31上，实现提升油缸的可拆卸连接。刮板梁由矩形管改制而成，在刮板梁中间位置焊接有连接法兰，通过高强度螺栓与伸缩臂前端连接法兰连接。刮板梁两端开由槽孔，能够使刮板提升油缸穿入，并且在刮板梁槽孔处两侧焊有开有螺纹孔的固定板，使得油缸卡板能够安装在固定板上，所述油缸卡板上部开孔与刮板提升油缸销轴配合，使得刮板提升油缸轴向定位。所述刮板梁31的上部设有激光接收器35。通过接收激光发射器发出的激光信号控制油缸伸缩，进行同步调平，保证垫层摊铺的精准性。激光接收器用于采集标高激光信号，并将该信号通过CAN总线反馈至控制系统。当盾构机倾角传感器显示盾构机姿态为水平时，则两激光接收器设置为同一高差，在刮板运动时，通过控制系统计算两侧提升油缸相对标高的高差，从而控制提升油缸电磁阀动作，提升油缸相应运动，使得刮板处于设置标高状态。当盾构机倾角传感器显示盾构机姿态为一倾角时，则两激光接收器设置为具有相应倾角的高差值，在刮板运动时，通过控制系统计算两侧提升油缸的相对高差，从而控制提升油缸电磁阀动作，提升油缸相应运动，使得刮板处于某一倾角状态。通过输入垫层厚度以及摊铺速度等参数，由控制系统计算相应的旋转马达转速和伸缩臂伸缩速度，用于控制转轴的转速和伸缩臂运动速度，使得两者匹配，达到在设定时间内完成相应厚度的垫层摊铺要求。

实施例4：如图10所示，一种U形盾构机，包括实施例3所述的垫层摊铺机，垫层摊铺机的伸缩臂1通过支架16固定在盾体17上。其具体施工步骤如下：S1：U形盾构机主顶油缸伸出后，U形盾构机向掘进方向推进一定距离，为垫层摊铺机提供施工空间。S2：伸缩臂由固定筒节、第一伸缩臂、第二伸缩臂组成，由油缸控制伸缩速度，进行垫层摊铺时，通过启动开关按钮，实现伸缩臂按照统一速度伸出，为伸缩臂提供伸出运动，在伸出至设定位置时，伸缩臂停止运动。S3：启动料斗总成控制开关，由驱动装置带动料斗内拨料轴，料斗采用U型槽形式，每次摊铺前提前将足量垫层材料装入料斗，驱动滚轴使得每转撒料量为一定值，通过调节伸缩臂速度调节卸料速度，从而使材料均匀洒落。S4：通过提升油缸伸出至设计标高位置，对垫层材料进行刮平预调，待达到要求后，伸缩臂按照设计速度回缩，实现伸缩臂按照统一速度回缩，为伸缩臂提供回缩运动，形成料斗撒料的同时进行刮平，刮平同步配有激光整平装置，通过激光接收装置将信号通过CAN总线反馈至控制系统，提升油缸，进行同步调平，保证垫层摊铺的精准性。S5：伸缩臂伸缩油缸收缩至设定位置时，伸缩臂停止，料斗总成的拨料轴驱动装置停止，料斗停止落料，同时刮板通过刮板提升油缸向上提升至上限位，避开盾体结构。S6：伸缩臂继续收缩至初始位置，整个装置收回至盾体内部，进行下一环的管廊吊装。通过以上发明，能够使得U盾施工中垫层施工效率相对传统施工方案提高50%以上，大大提升了U盾施工工法的适应能力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：包括伸缩臂（1）和摊料头，摊料头位于伸缩臂（1）的伸缩前端，所述摊料头包括料斗总成（2）和刮板总成（3），刮板总成（3）位于料斗总成（2）的外侧。

2.根据权利要求1所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述伸缩臂（1）包括固定筒节（11）、第一伸缩臂（12）和第二伸缩臂（13），固定筒节（11）与第一伸缩臂（12）之间连接有第一伸缩油缸（14），第一伸缩臂（12）在第一伸缩油缸（14）的作用下相对固定筒节（11）进行伸缩；第一伸缩臂（12）和第二伸缩臂（13）之间连接有第二伸缩油缸（15），第二伸缩臂（13）在第二伸缩油缸（15）的作用下相对第一伸缩臂（12）进行伸缩。

3.根据权利要求2所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述固定筒节（11）和第一伸缩臂（12）内部均设有耐磨块（111），第二伸缩臂（13）的前部设有用于与料斗总成（2）连接的第一连接件（18）和用于与刮板总成（3）相连接的第二连接件（19）。

4.根据权利要求1~3任一项所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述料斗总成（2）包括料斗（20），料斗（20）的底部为弧形底，弧形底上设有落料口（21），料斗（20）内设有拨料轴（22），拨料轴（22）与设置在料斗（20）外侧的驱动装置（25）相连接。

5.根据权利要求4所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述料斗（20）的底部为两个弧形板（26）形成的弧形底，落料口（21）位于两个弧形板（26）之间，拨料轴（22）位于弧形底内且与弧形底相对应。

6.根据权利要求5所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述拨料轴（22）包括主轴（22-1）和固定在主轴上的刮料板（22-2），刮料板（22-2）的数量至少为两个且等角度设置在主轴（22-1）上，主轴（22-1）的两端设有连接轴头（22-3），一端的连接轴头与驱动装置（25）相连接，另一端的连接轴头转动连接在料斗（20）的斗壁上。

7.根据权利要求6所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述驱动装置（25）包括驱动马达（25-1），驱动马达（25-1）的输出端连接有减速机（25-2），减速机（25-2）的输出端通过链轮机构（25-3）与拨料轴（22）相连接。

8.根据权利要求1~3、5~7任一项所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述刮板总成（3）包括刮板梁（31）和刮板（33），刮板梁（31）的两端均设有竖直设置的提升油缸（32），刮板（33）设置在两个提升油缸（32）的伸缩端。

9.根据权利要求8所述的U形盾构机垫层摊铺机，其特征在于：所述刮板（33）为弧形刮板，提升油缸（32）通过油缸卡板（34）固定在刮板梁（31）上；所述刮板梁（31）的上部设有激光接收器（35）。

10.一种U形盾构机，其特征在于：包括如权利要求1~9任一项所述的垫层摊铺机，垫层摊铺机的伸缩臂（1）通过支架（16）固定在盾体（17）上。

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