專利名稱：無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于盾構(gòu)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外既有的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)中，均采用刀盤一刀具切削系統(tǒng)。在圓形盾構(gòu)機(jī)中，刀盤作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在橢圓形、矩形或其他異形盾構(gòu)機(jī)中，刀盤通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)作平面運(yùn)動(dòng)。根據(jù)地質(zhì)條件和工程條件的需要，在刀盤上安裝有滾刀、切刀、刮刀等各種刀具。刀具隨著刀盤的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，本身不做主動(dòng)自轉(zhuǎn)。由于刀盤的運(yùn)動(dòng)速度很低(每分鐘幾轉(zhuǎn))，因而刀具的切削線速度也很低，制約了切削效率的提高。同時(shí)由于刀具在刀盤上所處的位置不同，各個(gè)刀具的切削線速度存在很大差異，因而工作壽命也存在很大差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前采用刀盤一刀具的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)存在的缺陷，提供一種無(wú)刀盤的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。在該盾構(gòu)機(jī)中不設(shè)置刀盤，每個(gè)刀具能獨(dú)立主動(dòng)自轉(zhuǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，包括切削刀具、刀軸、螺旋集渣器、土壓平衡艙、分動(dòng)箱、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、渣土輸送機(jī)、土壓平衡艙隔板、滑動(dòng)托架、伸縮油缸、推進(jìn)油缸、氣壓過(guò)渡艙、前盾、中盾、后盾、中盾隔板組成；土壓平衡艙隔板由土壓平衡艙活動(dòng)隔板和土壓平衡艙固定隔板組成；在前盾的前邊裝有切削刀具，切削刀具由截割頭和分布在上面的截齒組成，每個(gè)截割頭與一個(gè)刀軸的一端固連，刀軸的另一端與動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連；動(dòng)力傳動(dòng)裝置由分動(dòng)箱以及與分動(dòng)箱相連的減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)組成；位于盾構(gòu)機(jī)上半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱的前端固定在土壓平衡艙的活動(dòng)隔板上，與分動(dòng)箱相連的減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)由滑動(dòng)裝置支撐，滑動(dòng)裝置的后邊與伸縮油缸相連。位于盾構(gòu)機(jī)下半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱的前端固定在中盾支撐板上，而與分動(dòng)箱相連的減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)由支撐架支撐，支撐架下端固定在中盾后端；與裝配在盾構(gòu)機(jī)下部動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連的刀軸上裝有螺旋集渣器，渣土輸送機(jī)的入口位于螺旋集渣器的后方；在中盾隔板上設(shè)有止回閥；切削刀具在與前盾垂直的橫截面上的投影呈矩陣式排列。所述的土壓平衡艙活動(dòng)隔板通過(guò)螺栓與土壓平衡艙固定隔板和前盾連接在一起。所述的滑動(dòng)裝置由滑動(dòng)托架、滑靴和導(dǎo)軌所組成；減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)固裝在滑動(dòng)托架上，滑動(dòng)托架的下方設(shè)有滑靴，它扣在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌固定在中盾支撐臺(tái)上，滑動(dòng)托架的后方與伸縮油缸相連。本發(fā)明采用該技術(shù)方案后產(chǎn)生了以下優(yōu)點(diǎn)。I.切削效率高
刀具的切削效率與刀具的線速度緊密相關(guān)。以直徑為4m的有刀盤圓形盾構(gòu)機(jī)為例，它的適中轉(zhuǎn)速為(3r/min),那么安裝在刀盤上的刀具的平均切削線速度為0. 314m/s。而采用無(wú)刀盤且刀具獨(dú)立主動(dòng)自轉(zhuǎn)的方式，截割頭的適中轉(zhuǎn)速為30r/min，截割頭的回轉(zhuǎn)半徑若設(shè)為400mm，則截齒的切削線速度可達(dá)I. 256 m/s，為前者的4倍。2.工作壽命均衡
對(duì)于有刀盤盾構(gòu)機(jī)，由于布置在刀盤上的各個(gè)刀具的徑向位置不同，因而各個(gè)刀具隨刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)所經(jīng)歷的路徑也不相同，勢(shì)必造成刀具的磨損速度也不相同。靠刀盤外圈的刀具磨損快，靠刀盤內(nèi)圈的刀具磨損慢，這樣會(huì)增加換刀的次數(shù)，影響施工效率的提高。而無(wú)刀盤的盾構(gòu)機(jī)，采用每個(gè)刀具獨(dú)立主動(dòng)自轉(zhuǎn)的方式，全部刀具主動(dòng)自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速相同，因而所有刀具的線速度基本相同，使其工作壽命非常接近，這樣可實(shí)現(xiàn)批量式整體換刀，大大節(jié)省換刀時(shí)間，提高盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率。3.方向控制性好
對(duì)于有刀盤盾構(gòu)機(jī)，由于刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，有可能使盾構(gòu)機(jī)沿刀盤旋轉(zhuǎn)方向滾動(dòng)。 為了糾正這種滾動(dòng)偏差，只有使刀盤反轉(zhuǎn)。如此反復(fù)進(jìn)行刀盤的正反轉(zhuǎn)操作，雖然可以穩(wěn)定盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向，但存在著一定的操控難度。若掌握不好，會(huì)使掘進(jìn)方向出現(xiàn)較大的偏差。而本發(fā)明中，不同刀軸上的螺旋集渣器的葉片呈相反方向的布置，這說(shuō)明不同刀軸的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，目的在于平衡不同刀軸刀具之間的旋轉(zhuǎn)慣性力，避免出現(xiàn)盾體滾動(dòng)，因此勿需進(jìn)行滾動(dòng)糾偏。4.對(duì)隧道斷面的適應(yīng)性強(qiáng)
對(duì)于有刀盤盾構(gòu)機(jī)，最為適應(yīng)的是圓形斷面。對(duì)于矩形、橢圓形等特異斷面，則必須通過(guò)復(fù)雜的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)或仿形機(jī)構(gòu)來(lái)控制刀具的切削軌跡。而對(duì)于無(wú)刀盤矩陣式布刀的盾構(gòu)機(jī)，只需改變矩陣排列的形式，即可適應(yīng)各種復(fù)雜形狀的隧道斷面。


圖I是實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖IA-A剖視圖3是矩形盾構(gòu)機(jī)的布刀示意圖4是圓形盾構(gòu)機(jī)的布刀示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
本實(shí)施例所描述的盾構(gòu)機(jī)是矩形無(wú)刀盤土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，用于開挖矩形斷面隧道。如圖I 圖3所示。本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7采用電動(dòng)機(jī)，渣土輸送機(jī)9采用可彎曲埋刮板輸送機(jī)。該盾構(gòu)機(jī)主要由切削刀具I、刀軸2、螺旋集渣器3、土壓平衡艙4、分動(dòng)箱5、減速機(jī)6、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7、渣土輸送機(jī)9、土壓平衡艙隔板、滑動(dòng)托架25、伸縮油缸26、推進(jìn)油缸16、 氣壓過(guò)渡艙27、前盾13、中盾14、后盾15、中盾隔板32等組成。在前盾13的前邊裝有切削刀具1，切削刀具由截割頭11和分布在上面的截齒12 組成，每個(gè)截割頭11與一個(gè)刀軸2的一端固連，刀軸2的另一端與動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連；動(dòng)力傳動(dòng)裝置由分動(dòng)箱5、分動(dòng)箱5相連的減速機(jī)6和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7組成。位于盾構(gòu)機(jī)上半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置和位于盾構(gòu)機(jī)下半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置與其他部件的連接關(guān)系有所不同；位于盾構(gòu)機(jī)上半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱5的前端固定在土壓平衡艙的活動(dòng)隔板30上，與分動(dòng)箱5相連的減速機(jī)6和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7由滑動(dòng)裝置支撐，滑動(dòng)裝置的后邊與伸縮油缸26相連；本實(shí)施例中所述的滑動(dòng)裝置由滑動(dòng)托架25、滑靴24和導(dǎo)軌23所組成；減速機(jī)6和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7固裝在滑動(dòng)托架25上，滑動(dòng)托架25的下方設(shè)有滑靴24，它扣在導(dǎo)軌23上，導(dǎo)軌23 固定在中盾支撐臺(tái)33上，滑動(dòng)托架25的后方與伸縮油缸26相連。所述的滑動(dòng)裝置也可采用在導(dǎo)軌上開有槽，滑動(dòng)托架的支腿下端固裝有與導(dǎo)軌上的槽形狀相匹配的滑塊。位于盾構(gòu)機(jī)下半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱5的前端固定在中盾支撐板10上， 而與分動(dòng)箱5相連減速機(jī)6和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7由支撐架18支撐，支撐架18下端固定在中盾14 后端；與裝配在盾構(gòu)機(jī)下部動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連的刀軸上裝有螺旋集渣器3，渣土輸送機(jī)9的入口位于螺旋集渣器3的后方；該盾構(gòu)機(jī)的土壓平衡艙4，由前盾13、土壓平衡艙活動(dòng)隔板 30、土壓平衡艙固定隔板31和開挖面組成。為了保護(hù)換刀作業(yè)人員的安全，在中盾隔板上設(shè)有止回閥29。為了減小掘進(jìn)阻力，截齒12在截割頭11上呈螺旋線排列；切削刀具I在與前盾垂直的橫截面上的投影呈矩陣式排列(見圖3)，圖3中的實(shí)線圓為截割頭11的正投影，雙點(diǎn)劃線圓19為截齒12的最大半徑切削軌跡。從圖3中可以看出，切削刀具I的切削軌跡基本上可以覆蓋隧道的整個(gè)開挖斷面。動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱5的結(jié)構(gòu)與洛陽(yáng)雷斯達(dá)傳動(dòng)有限公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相同。 分動(dòng)箱5與刀軸2可采用鍵連接或法蘭盤連接也可采用其他的連接方式。土壓平衡艙隔板由土壓平衡艙活動(dòng)隔板30和土壓平衡艙固定隔板31組成，土壓平衡艙活動(dòng)隔板30通過(guò)螺栓與土壓平衡艙固定隔板31和前盾13連接在一起。實(shí)施例2
本實(shí)施例為圓形無(wú)刀盤土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，用于開挖圓形斷面隧道。圖4為該盾構(gòu)機(jī)的左視圖。本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7采用液壓馬達(dá)，渣土輸送機(jī)9采用接力式可折彎螺旋輸送機(jī)；其他結(jié)構(gòu)及各部件的連接關(guān)系與實(shí)施例I相同。實(shí)施例I中的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7也可采用液壓馬達(dá)，渣土輸送機(jī)9也可采用接力式可折彎螺旋輸送機(jī)。實(shí)施例2中的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7也可采用電動(dòng)機(jī)，渣土輸送機(jī)9也可采用可彎曲埋刮板輸送機(jī)。上述實(shí)施例中采用的分動(dòng)箱5為一分四結(jié)構(gòu)，即一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7可同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)切削刀具I旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然也可根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選用一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)切削刀具、3個(gè)切削刀具、5個(gè)切削刀具或其他數(shù)量的切削刀具旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明中的盾構(gòu)機(jī)除可以制造成如實(shí)施例I的矩形及如實(shí)施例2的圓形外，還可采用相同的方法制造成多邊形、橢圓形等各種形狀特異的盾構(gòu)機(jī)，用于開挖各種斷面形狀的隧道。裝配在盾構(gòu)機(jī)上的切削刀具的數(shù)量可根據(jù)開挖隧道斷面的需要做選擇。 該無(wú)刀盤土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的切削刀具勿需刀盤的支承，所有刀具均由動(dòng)力傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立主動(dòng)自轉(zhuǎn)。在工作時(shí)，切削刀具I的切削運(yùn)動(dòng)由切削刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng))和縱向進(jìn)給運(yùn)
5動(dòng)組成。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7通過(guò)減速機(jī)6、分動(dòng)箱5帶動(dòng)刀軸2及切削刀具I旋轉(zhuǎn)。分動(dòng)箱5的作用是使用較少的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7同時(shí)帶動(dòng)較多的切削刀具I旋轉(zhuǎn)以節(jié)省空間，解決動(dòng)力傳動(dòng)裝置空間布置擁擠的問(wèn)題。如圖I和圖2所示。切削刀具I的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是通過(guò)鋼筋混凝土襯砌管片17、推進(jìn)油缸16實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)推進(jìn)油缸16的活塞桿向后伸出，即可頂推鋼筋混凝土管片17。因?yàn)殇摻罨炷凉芷?7通過(guò)漿液的凝固與隧道洞壁固結(jié)在一起，因此它所提供的支反力可以迫使推進(jìn)油缸16帶動(dòng)整個(gè)盾體(包括前盾13、中盾14和后盾15)向前推進(jìn)， 同時(shí)帶動(dòng)切削刀具I實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在盾構(gòu)機(jī)工作過(guò)程中落入土壓平衡艙4底部的渣土通過(guò)盾構(gòu)機(jī)下半部分的刀軸2 上裝有的螺旋集渣器3被連續(xù)不斷地推向后方至渣土輸送機(jī)9的入口處，以使排渣順暢。在隧道掘進(jìn)的過(guò)程中，當(dāng)切削刀具磨損量超限時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)行切削刀具的更換。更換切削刀具時(shí)，首先應(yīng)將土壓平衡艙4內(nèi)的渣土排空，然后松掉緊固螺栓28，使土壓平衡艙活動(dòng)隔板30與固定隔板31及前盾13的連接脫開，通過(guò)伸縮油缸26的回縮，帶動(dòng)滑動(dòng)托架 25和上半部分的驅(qū)動(dòng)裝置以及切削刀具I沿導(dǎo)軌向后移動(dòng)一定的距離，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員即可從活動(dòng)隔板30和固定隔板31之間的空隙進(jìn)入到土壓平衡艙4內(nèi)對(duì)刀具進(jìn)行更換。為了保護(hù)換刀作業(yè)人員的安全，根據(jù)開挖面的地質(zhì)情況，通過(guò)止回閥29向中盾隔板32前方的密閉空間注入(T3bar的壓縮空氣，用來(lái)平衡開挖面的水土壓力，防止坍塌。為了防止換刀、維修作業(yè)人員患?xì)鈮翰?，不允許直接從高壓環(huán)境進(jìn)入大氣環(huán)境，必須經(jīng)過(guò)氣壓過(guò)渡艙27的過(guò)渡。作業(yè)人員進(jìn)入氣壓過(guò)渡艙27后，通過(guò)輸入壓縮空氣對(duì)艙內(nèi)空間進(jìn)行升壓，當(dāng)壓力升到與中盾隔板32前方的氣壓相等時(shí)，方可打開人閘22，安全地進(jìn)入中盾隔板32前方的空間。當(dāng)作業(yè)人員從中盾隔板32前方的空間退入到氣壓過(guò)渡艙27后， 必須待艙內(nèi)的氣壓緩慢地降到與大氣壓相等時(shí)，作業(yè)人員才能從氣壓過(guò)渡艙27內(nèi)退出。為了安裝和維修方便本發(fā)明中的固定及連接多采用螺栓，如位于盾構(gòu)機(jī)上半部分的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7、減速機(jī)6和分動(dòng)箱5之間是分別用螺栓連接，分動(dòng)箱5的前端用螺栓固定在土壓平衡艙的活動(dòng)隔板30上，土壓平衡艙活動(dòng)隔板30通過(guò)緊固螺栓28與前盾13和土壓平衡艙固定隔板31相連。減速機(jī)6和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7通過(guò)螺栓與滑動(dòng)托架25相連?；瑒?dòng)托架25的后方通過(guò)螺栓與伸縮油缸26相連。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，包括切削刀具(I)、刀軸(2)、螺旋集渣器(3)、土壓平衡艙(4)、分動(dòng)箱(5)、減速機(jī)(6)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)、渣土輸送機(jī)(9)、土壓平衡艙隔板、滑動(dòng)托架(25)、伸縮油缸(26)、推進(jìn)油缸(16)、氣壓過(guò)渡艙(27)、前盾(13)、中盾(14)、后盾 (15)、中盾隔板(32)組成；其特征在于土壓平衡艙隔板由土壓平衡艙活動(dòng)隔板(30)和土壓平衡艙固定隔板(31)組成；在前盾(13)的前邊裝有切削刀具(1)，切削刀具由截割頭 (11)和分布在上面的截齒(12)組成，每個(gè)截割頭(11)與一個(gè)刀軸(2)的一端固連，刀軸(2) 的另一端與動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連；動(dòng)力傳動(dòng)裝置由分動(dòng)箱(5)以及與分動(dòng)箱(5)相連的減速機(jī)(6)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)組成；位于盾構(gòu)機(jī)上半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱(5)的前端固定在土壓平衡艙的活動(dòng)隔板(30)上，與分動(dòng)箱(5)相連的減速機(jī)(6)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)由滑動(dòng)裝置支撐，滑動(dòng)裝置的后邊與伸縮油缸(26)相連；位于盾構(gòu)機(jī)下半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱(5)的前端固定在中盾支撐板(10)上， 而與分動(dòng)箱(5)相連的減速機(jī)(6)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)由支撐架(18)支撐，支撐架(18)下端固定在中盾(14)后端；與裝配在盾構(gòu)機(jī)下部動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連的刀軸上裝有螺旋集渣器(3)，渣土輸送機(jī)(9)的入口位于螺旋集渣器(3)的后方；在中盾隔板上設(shè)有止回閥(29);切削刀具(I)在與前盾垂直的橫截面上的投影呈矩陣式排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，其特征在于所述的土壓平衡艙活動(dòng)隔板(30)通過(guò)螺栓與土壓平衡艙固定隔板(31)和前盾(13)連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，其特征在于所述的滑動(dòng)裝置由滑動(dòng)托架(25)、滑靴(24)和導(dǎo)軌(23)所組成；減速機(jī)(6)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)固裝在滑動(dòng)托架(25)上，滑動(dòng)托架(25)的下方設(shè)有滑靴(24)，它扣在導(dǎo)軌(23)上，導(dǎo)軌(23)固定在中盾支撐臺(tái)(33)上，滑動(dòng)托架(25)的后方與伸縮油缸(26)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，土壓平衡艙隔板由土壓平衡艙活動(dòng)隔板和土壓平衡艙固定隔板組成；在前盾的前邊裝有切削刀具，切削刀具由截割頭和分布在上面的截齒組成，每個(gè)截割頭與一個(gè)刀軸的一端固連，刀軸的另一端與動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連；動(dòng)力傳動(dòng)裝置由分動(dòng)箱以及與分動(dòng)箱相連的減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)組成；位于盾構(gòu)機(jī)上半部的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中的分動(dòng)箱的前端固定在土壓平衡艙的活動(dòng)隔板上，與分動(dòng)箱相連的減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)由滑動(dòng)裝置支撐，滑動(dòng)裝置的后邊與伸縮油缸相連。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的無(wú)刀盤式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)具有切削效率高、工作壽命均衡、方向控制性好、對(duì)隧道斷面的適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)E21D9/08GK102587929SQ201210079129
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者何於璉, 李建斌 申請(qǐng)人:中鐵隧道裝備制造有限公司