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一种摆动刀盘式矩形断面顶管机

阅读：935发布：2023-02-27

专利汇可以提供一种摆动刀盘式矩形断面顶管机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种摆动刀盘式矩形断面顶管机，包括刀盘装置、驱动系统、盾体结构、螺旋输送机和后配套系统，所述刀盘装置由两个处于同一平面的小刀盘组合而成，小刀盘的主刀架内部设有可沿摆动径向伸缩的仿形刀，仿形刀的伸缩与小刀盘的摆动形成联动；所述驱动系统包括套筒、驱动油缸、辅助油缸、回转接头组成；套筒的回转中心与小刀盘的摆动中心同轴，且驱动油缸和辅助油缸摆动构成的平面与小刀盘的摆动平面平行。本发明将仿形刀超挖量与采用“ 马达+ 齿轮驱动”刀盘的转动角度的控制，转变为仿形刀超挖量与驱动油缸伸缩的直线控制，减少了多个大型传动结构件件的同时，易于提高控制精度进而减少开挖盲区。，下面是一种摆动刀盘式矩形断面顶管机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种摆动刀盘式矩形断面顶管机，包括设置在前端的刀盘装置、相邻于刀盘装置的驱动系统、支撑整个设备的盾体结构、设置在刀盘装置后部的螺旋输送机和后配套系统，其特征在于：所述刀盘装置由两个处于同一平面的小刀盘组合而成，小刀盘的主刀架内部设有仿形刀，仿形刀的移动与小刀盘的摆动形成联动；所述驱动系统包括套筒、驱动油缸、辅助油缸和回转接头；套筒的回转中心与小刀盘的摆动中心同轴，套筒前端与刀盘装置固接，套筒的中部沿外径周向通过主轴承与盾体结构连接；套筒尾端沿回转中心不同半径上分别与驱动油缸和辅助油缸的活塞杆铰接，且驱动油缸和辅助油缸摆动构成的平面与小刀盘的摆动平面平行；所述小刀盘为辐条式小刀盘，每个小刀盘包括中心筒体和四个不等长的主刀架；所述主刀架外部分布有切刀，主刀架中心区域设置有鱼尾刀，主刀架内部设置有仿形刀；主刀架内部同时设有调节油缸，调节油缸一端与中心筒体铰接，另一端与仿形刀铰接，调节油缸可驱使仿形刀与主刀架产生相对滑动。
2.根据权利要求1所述的摆动刀盘式矩形断面顶管机，其特征在于，所述仿形刀可沿摆动径向的方向移动。
3.根据权利要求1所述的摆动刀盘式矩形断面顶管机，其特征在于，所述驱动油缸和辅助油缸的缸筒端均铰接在盾体结构外壳上；所述驱动油缸包括第一驱动油缸和第二驱动油缸，第一驱动油缸和第二驱动油缸的活塞杆均铰接于套筒的相同半径上，第一驱动油缸和第二驱动油缸上下对称设置；所述辅助油缸的活塞杆铰接于套筒的较大半径上，辅助油缸初始状态设置在第一驱动油缸和第二驱动油缸的对称轴线上，辅助油缸工作状态随第一驱动油缸和第二驱动油缸的交替伸缩而缩伸。
4.根据权利要求1或3所述的摆动刀盘式矩形断面顶管机，其特征在于，所述小刀盘在驱动油缸和辅助油缸的作用下可随其中心轴线摆动。
5.根据权利要求1所述的摆动刀盘式矩形断面顶管机，其特征在于，所述仿形刀内嵌于主刀架内，调节油缸依据小刀盘摆动角度来控制仿形刀相对于主刀架最外侧切刀的伸出长度，从而保证开挖断面为矩形形状。
6.根据权利要求1所述的摆动刀盘式矩形断面顶管机，其特征在于，所述每个小刀盘的摆动角度相对于自身初始位置能够顺时针旋转47°和逆时针旋转47°。

说明书全文

一种摆动刀盘式矩形断面顶管机

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道施工设备的技术领域，具体涉及一种摆动刀盘式矩形断面顶管机。

背景技术

[0002] 断面技术不用大量拆迁，不用开挖地面，地面上无噪音、无尘土、不扰民，而且全部采用自动化控制，工程进度较快，因此，是一种既可减少工程污染，又可大幅度节约工程投资的施工技术。其中，顶管机是一种采用断面法的集机械、电子、液压、激光和控制等技术于一体的高度机械化和自动化的开挖成套设备。

[0003] 在我国经济高速增长的支持下，顶管技术的发展迎来了前所未有的机遇，在未来城市的地下管道、雨水管道、排污管道、电力管道和共同管沟的施工将广泛应用顶管技术。矩形断面隧道相对于圆形断面隧道有着减小开挖断面、空间有效利用率高的特点，在实际施工中逐步成为发展趋势。

[0004] 目前，矩形开挖断面大多使用旋转式组合刀盘，采用土压平衡的方法开挖，其开挖盲区面积的所占比例直接影响渣土改良的效果和排渣效率。利用仿形刀超挖的方法随之诞生，仿形刀超挖量与采用“马达+齿轮驱动”的旋转刀盘的高精度控制是工程中难以解决的关键问题。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种摆动刀盘式矩形断面顶管机，利用刀盘装置和驱动系统相结合，通过驱动油缸和套筒产生扭矩作用，套筒的往复摆动受驱动油缸交替的伸缩量的制约，使刀盘装置可按照规定角度或驱动油缸伸缩量进行摆动，同时刀盘装置上的仿形刀依据刀盘摆动角度精确控制超挖量，实现矩形全断面开挖的目的。

[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种摆动刀盘式矩形断面顶管机，包括设置在前端的刀盘装置、相邻于刀盘装置的驱动系统、支撑整个设备的盾体结构、设置在刀盘装置后部的螺旋输送机和后配套系统，所述刀盘装置由两个处于同一平面的小刀盘组合而成，小刀盘的主刀架内部设有仿形刀，仿形刀的移动与小刀盘的摆动形成联动；所述驱动系统包括套筒、驱动油缸、辅助油缸、回转接头；套筒的回转中心与小刀盘的摆动中心同轴，套筒前端与刀盘装置固接，套筒的中部沿外径周向通过主轴承与盾体结构连接；套筒尾端沿回转中心不同半径上分别与驱动油缸和辅助油缸的活塞杆铰接，且驱动油缸和辅助油缸摆动构成的平面与小刀盘的摆动平面平行。

[0007] 所述小刀盘为辐条式小刀盘，每个小刀盘包括中心筒体和四个不等长的主刀架；所述主刀架上分布有切刀，主刀架中心区域设置有鱼尾刀，主刀架内部外端设有仿形刀；主刀架内设有调节油缸，调节油缸一端与中心筒体铰接，另一端与仿形刀铰接，调节油缸使仿形刀与主刀架产生相对滑动。

[0008] 所述仿形刀可沿摆动径向的方向移动。

[0009] 所述驱动油缸和辅助油缸的缸筒端均铰接在盾体结构外壳上；所述驱动油缸包括第一驱动油缸和第二驱动油缸，第一驱动油缸和第二驱动油缸的活塞杆均铰接于套筒的相同半径上，第一驱动油缸和第二驱动油缸上下对称设置；所述辅助油缸的活塞杆铰接于套筒的较大半径上，辅助油缸初始状态设置在第一驱动油缸和第二驱动油缸的对称轴线上，辅助油缸工作状态随第一驱动油缸和第二驱动油缸的交替伸缩而缩伸。

[0010] 所述小刀盘在驱动油缸和辅助油缸的作用下可随其中心轴线摆动。

[0011] 所述仿形刀内嵌于主刀架内，调节油缸依据小刀盘摆动角度来控制仿形刀相对于主刀架最外侧切刀的伸出长度，从而保证开挖断面为矩形形状。

[0012] 所述每个小刀盘的摆动角度相对于自身初始位置能够顺时针旋转47°和逆时针旋转47°。

[0013] 本发明通过驱动油缸和套筒产生扭矩作用，套筒的往复摆动受驱动油缸交替的伸缩量的制约，使刀盘装置可按照规定角度或驱动油缸伸缩量进行摆动；同时，将仿形刀超挖量与采用“马达+齿轮驱动”刀盘的转动角度的控制，转变为仿形刀超挖量与驱动油缸伸缩的直线控制，减少了多个大型传动结构件件的同时，易于提高控制精度进而减少开挖盲区。附图说明

[0014] 图1为本发明的结构示意图。

[0015] 图2为本发明的当盘装置和驱动系统的结构示意图。

[0016] 图3为刀盘装置初始位置示意图。

[0017] 图4为刀盘装置初始位置对应的驱动油缸和辅助油缸的位置示意图。

[0018] 图5为刀盘装置摆动角度α的位置示意图。

[0019] 图6为刀盘装置摆动角度α对应的驱动油缸和辅助油缸的位置示意图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实例具体说明一下本发明。

[0021] 本发明所述摆动刀盘式矩形断面顶管机，包括刀盘装置1、驱动系统2、盾体结构3、螺旋输送机4、后配套系统5共五部分，如图1所示。刀盘装置1设置在矩形断面顶管机前端，驱动系统2与刀盘装置1相邻，且位于刀盘装置1后端，护盾结构3可以支撑整个设备，螺旋输送机4和后配套系统5设置在刀盘装置1的后部。

[0022] 如图2所示，刀盘装置1由两个处于同一平面的小刀盘组合而成，每个小刀盘为辐条式小刀盘，每个小刀盘可随其中心轴线按规定的角度进行摆动。每个小刀盘包括中心筒体101和四个不等长的主刀架102，主刀架102固定在中心筒体101上。主刀架102上均匀分布有若干个切刀105，主刀架102的中心区域设置有鱼尾刀104，主刀架102内部的外端设有仿形刀103。主刀架102内部里端设有调节油缸106，调节油缸106一端与中心筒体101铰接，另一端与仿形刀103铰接，调节油缸106可使仿形刀103与主刀架102产生相对滑动，仿形刀103与主刀架102之间装配有轴套和密封等装置。仿形刀103可沿摆动径向移动，仿形刀103的移动与小刀盘的摆动形成联动。中心筒体101后端连接有小刀盘牛腿107，主刀架102后部设有若干个搅拌棒108。

[0023] 如图2所示，驱动系统2包括套筒201、第一驱动油缸206、第二驱动油缸208、辅助油缸207、回转接头205。驱动系统2设有两个，分别设置在对应小刀盘的后部。套筒201的回转中心与小刀盘摆动中心同轴，其左侧前端与小刀盘牛腿107固接。套筒201中部沿外径周向通过主轴承202与盾体结构3的前盾301相连接。套筒201两侧的前端和尾端周向分别安装有密封端盖一203和密封端盖二204。回转接头205位于套筒201尾部并与之同轴，是伸缩可仿形刀驱动控制油路、渣土改良管路的通道。

[0024] 套筒201尾端分别与第一驱动油缸206、第二驱动油缸208和辅助油缸207的活塞杆铰接，第一驱动油缸206、第二驱动油缸208和辅助油缸207的缸体端铰接在盾体结构3上，且第一驱动油缸206、第二驱动油缸208和辅助油缸207构成的平面与小刀盘摆动平面平行。第一驱动油缸206和第二驱动油缸208的缸体端分别铰接在盾体结构3的前盾301矩形截面的上底和下底上，第一驱动油缸206和第二驱动油缸208的活塞杆铰接于套筒201相同半径上，即第一驱动油缸206和第二驱动油缸208在盾体结构3上上下对称设置，如图3所示。辅助油缸207位于第一驱动油缸206和第二驱动油缸208的对称中心线上，其活塞杆铰接于套筒201的较大半径上，其缸体铰接于盾体结构矩形截面的侧翼上。辅助油缸207随第一驱动油缸206和第二驱动油缸208的交替伸缩而缩伸，以弥补刀盘装置1扭矩的不足。

[0025] 本发明的工作流程如下：当整机进行掘进时，刀盘装置1与开挖掌子面接触，从刀盘装置1内置的多个喷嘴注入改良剂，对渣土进行改良；渣土在土压仓被搅拌棒108搅拌后，经螺旋输送机4运送出去；套筒201及所带动的刀盘装置1、第一驱动油缸206、第二驱动油缸208和辅助油缸207位于初始位置，如图3和图4所示；通过控制第一驱动油缸206的伸出和第二驱动油缸208的回缩使套筒201受到推力作用而顺时针旋转（A向视角），即两个小刀盘为顺时针旋转，辅助油缸207随套筒201的转动而伸缩转动；当套筒201相对于初始位置顺时针转动15°时，辅助油缸207建立压力输出推力，以增加套筒201受到的扭矩；当套筒201相对于初始位置顺时针转动47°时，辅助油缸207转变为随动，不输出推力，第一驱动油缸206停止伸出变为回缩，第二驱动油缸208停止回缩变为伸出，套筒201转变为逆时针方向转动；然后套筒201相对初始位置由47°逐渐回归到原点0°，即第一驱动油缸206和第二驱动油缸208亦回归到初始位置；继续逆时针方向的旋转运动，使套筒201相对于初始位置逆时针转动15°时，辅助油缸207再次建立压力输出推力，以增加套筒201在逆时针旋转时受到的扭矩；当套筒201相对于初始位置逆时针转动47°时，辅助油缸207转变为随动，不输出推力，第一驱动油缸206停止回缩变为伸出，第二驱动油缸208停止伸出变为回缩，套筒201转动方向转变为顺时针转动；套筒201相对初始位置由逆时针转动47°逐渐回归到0°的初始位置，两小刀盘形成摆动运动，反复循环。

[0026] 此外，在两个小刀盘按规定角度进行摆动时，调节油缸106依据小刀盘摆动的角度来控制仿形刀103的超挖量，仿形刀103的移动与小刀盘按规定角度进行的摆动运动联动，所得超挖量拟合曲线与既定矩形截面相仿。

[0027] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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