本發(fā)明涉及頂管機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種矩形頂管機的減磨系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國內(nèi)地下工程的發(fā)展，目前地鐵出入口人行通道和街道地下人行通道越來越多的采用盾構(gòu)頂管機進行施工。由于矩形斷面比圓形斷面的有效使用面積大20％左右，現(xiàn)有盾構(gòu)頂管機采用矩形斷面使得隧道利用空間經(jīng)濟合理，但存在施工地質(zhì)復(fù)雜，需對碴土進行改良的問題。現(xiàn)有的方式是采用泡沫改善刀盤磨損及土壓性能，但現(xiàn)有的矩形頂管機減磨系統(tǒng)存在以下問題：1、泡沫產(chǎn)生裝置采用閉環(huán)控制，需各路均設(shè)置流量控制反饋，其控制復(fù)雜，且泡沫具有一定的腐蝕性，設(shè)置多路流量檢測器對材質(zhì)耐腐蝕性要求高，成本高；2、在推進過程中，頂管機管節(jié)與土層周邊磨損大，設(shè)備運行可靠性及安全性低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種控制精確、簡單可靠，且使用壽命高的矩形頂管機的減磨系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種矩形頂管機的減磨系統(tǒng)，包括泡沫產(chǎn)生裝置，所述泡沫產(chǎn)生裝置包括第一控制器、供氣組件、泡沫混合液輸送組件及用于將供氣氣體與泡沫混合液混合的氣液混合組件，所述供氣組件包括用于檢測供氣氣體流量的第一流量計及用于調(diào)節(jié)供氣氣體流量的流量閥，所述泡沫混合液輸送組件包括用于輸送泡沫混合液的第一輸送泵，所述第一控制器根據(jù)第一流量計的檢測信號分別發(fā)出控制指令給流量閥及第一輸送泵，控制供氣氣體輸出流量及泡沫混合液的輸送量。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進：

所述供氣組件還包括供氣管道、過濾減壓閥及用于檢測供氣氣體壓力的壓力表，所述壓力表、流量閥及第一流量計設(shè)于所述供氣管道上，并位于所述過濾減壓閥的下游。

所述泡沫混合液輸送組件還包括混合液輸送管道及流量指示器，所述流量指示器設(shè)于所述混合液輸送管道上，并位于所述第一輸送泵的下游。

所述供氣管道及混合液輸送管道上均設(shè)有用于控制管道通斷的截止閥及防止氣液倒流的單向閥。

所述泡沫產(chǎn)生裝置還包括泡沫混合液產(chǎn)生組件，所述泡沫混合液產(chǎn)生組件包括第二控制器、供水單元、泡沫原液輸送單元及用于將泡沫原液與水混合的混合液產(chǎn)生單元，所述供水單元包括用于檢測水流量的第二流量計，所述泡沫原液輸送單元包括輸送泡沫原液的第二輸送泵，所述第二控制器根據(jù)第二流量計的檢測信號發(fā)出控制指令給第二輸送泵，控制泡沫原液的輸送量。

所述供水單元還包括供水管道，所述泡沫原液輸送單元還包括原液輸送管道，所述供水管道與原液輸送管道通過連通管道與混合液產(chǎn)生單元連通，所述連通管道上設(shè)有用于對泡沫混合液進行過濾的過濾器。

所述供水管道及原液輸送管道上均設(shè)有控制管道通斷的球閥及防止液體倒流的止回閥，所述止回閥設(shè)于球閥的下游。

所述混合液產(chǎn)生單元包括泡沫混合液儲罐及用于檢測泡沫混合液液位的三組限位開關(guān)，三組所述限位開關(guān)包括沿泡沫混合液儲罐側(cè)壁從上至下依次布置的防止泡沫混合液溢出的第一液位開關(guān)、保證泡沫混合液儲罐存儲正常液位量的第二液位開關(guān)及防止第一輸送泵空轉(zhuǎn)運行的第三液位開關(guān)。

還包括向頂管機管片與土層之間泵送膨潤土的膨潤土泵送裝置，所述膨潤土泵送裝置設(shè)于所述頂管機的中盾，并位于所述中盾的上半部。

所述膨潤土泵送裝置包括沿中盾上半部周向布置的多個徑向注入孔、設(shè)于徑向注入孔處的導(dǎo)流通道及設(shè)于導(dǎo)流通道內(nèi)沿中盾上半部周向布置的多個導(dǎo)流條，所述導(dǎo)流通道沿中盾至尾盾的方向設(shè)置，所述導(dǎo)流條與矩形頂管機的掘進方向平行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明采用流量計對供氣氣體流量進行檢測，通過對氣體流量的檢測與反饋實現(xiàn)泡沫混合液注入量的精確控制，即泡沫混合液的注入量與供氣氣體流量配比采用開環(huán)控制，并由一組檢測空氣流量的流量計實現(xiàn)，其有效避免了采用閉環(huán)控制需各路設(shè)置流量控制反饋的情況，有效減少了系統(tǒng)復(fù)雜程度，控制簡單可靠；同時，設(shè)置一組流量計有效減少了流量計在腐蝕環(huán)境下的更換成本，設(shè)備使用壽命高。

本發(fā)明進一步采用膨潤土泵送裝置，將膨潤土泥漿泵送到管片與土層之間，對盾體外殼與土層起到潤滑與保護作用，其進一步減小了管節(jié)在推進過程中的磨損，有效保護了管節(jié)，提高了設(shè)備運行的安全性及可靠性，同時，利用膨潤土的膨脹性可有效填充管片間隙，起到防止地層松動、支撐固化土體的作用。本發(fā)明的膨潤土泵送裝置進一步包括導(dǎo)流通道及導(dǎo)流條，導(dǎo)流通道保證了膨潤土泥漿沿中盾向尾盾擴散，起到了對盾體外殼的保護作用；同時，導(dǎo)流條與矩形頂管機的掘進方向平行，其利用流體表面張力在泥漿凝固前加速膨潤土泥漿在土層與盾體間隙間的擴散，使得膨潤土泥漿在盾體外殼與土層間均勻分布，利于后續(xù)施工。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：

圖1是本發(fā)明泡沫產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明泡沫混合液產(chǎn)生組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明膨潤土泵送裝置在具體應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3的a部的放大示意圖。

圖5是本發(fā)明導(dǎo)流條的分布示意圖。

圖中各標號表示：

1、供氣組件；11、第一流量計；12、流量閥；13、供氣管道；14、過濾減壓閥；15、壓力表；2、泡沫混合液輸送組件；21、第一輸送泵；22、混合液輸送管道；23、流量指示器；3、氣液混合組件；4、截止閥；5、單向閥；6、泡沫混合液產(chǎn)生組件；61、供水單元；611、第二流量計；612、供水管道；613、氣動球閥；62、泡沫原液輸送單元；621、第二輸送泵；622、原液輸送管道；623、泡沫原液罐；624、第四限位開關(guān)；63、混合液產(chǎn)生單元；631、泡沫混合液儲罐；632、第一液位開關(guān)；633、第二液位開關(guān)；634、第三液位開關(guān)；64、連通管道；65、過濾器；66、球閥；67、止回閥；7、膨潤土泵送裝置；71、徑向注入孔；72、導(dǎo)流通道；73、導(dǎo)流條；8、中盾；9、尾盾；10、閥體。

具體實施方式

下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，本實施例的矩形頂管機的減磨系統(tǒng)，包括泡沫產(chǎn)生裝置，泡沫產(chǎn)生裝置包括第一控制器、供氣組件1、泡沫混合液輸送組件2及氣液混合組件3，其中，供氣組件1包括用于檢測供氣氣體流量的第一流量計11及用于調(diào)節(jié)供氣氣體流量的流量閥12，泡沫混合液輸送組件2包括用于輸送泡沫混合液的第一輸送泵21，氣液混合組件3用于將供氣氣體與泡沫混合液混合。本實施例中，第一控制器根據(jù)第一流量計11的檢測信號分別發(fā)出控制指令給流量閥12及第一輸送泵21，控制供氣氣體輸出流量及泡沫混合液的輸送量。本發(fā)明采用第一流量計11對供氣氣體流量進行檢測，通過對氣體流量的檢測與反饋實現(xiàn)泡沫混合液注入量的精確控制，即泡沫混合液的注入量與供氣氣體流量配比采用開環(huán)控制，并由一組檢測空氣流量的流量計實現(xiàn)，其有效避免了采用閉環(huán)控制需各路設(shè)置流量控制反饋的情況，有效減少了系統(tǒng)復(fù)雜程度，控制簡單可靠；同時，設(shè)置一組流量計有效減少了流量計在腐蝕環(huán)境下的更換成本，設(shè)備使用壽命高。

本實施例中，第一流量計11對于空氣需求量的及時反饋是確保系統(tǒng)實現(xiàn)開環(huán)控制跟隨的基礎(chǔ)，第一控制器將第一流量計11的檢測信號傳遞給流量閥12調(diào)節(jié)其開關(guān)量，同時控制第一輸送泵21的變頻電機轉(zhuǎn)速來調(diào)整泡沫混合液的泵送，最終實現(xiàn)泡沫混合液與壓縮空氣的精確配比。本實施例中，根據(jù)膨脹率配比所需泡沫混合液的劑量，壓縮空氣與泡沫混合液的配比為1:8～25。

本實施例中，供氣組件1還包括供氣管道13、過濾減壓閥14及用于檢測供氣氣體壓力的壓力表15。其中，供氣管道13的兩端分別與供氣氣源及氣液混合組件3連通；過濾減壓閥14用于對供氣氣體進行預(yù)處理，可去除空氣雜質(zhì)，并提供穩(wěn)定的壓力值。本實施例中，壓力表15、流量閥12、過濾減壓閥14及第一流量計11均設(shè)于供氣管道13上，且流量閥12、壓力表15及第一流量計11均位于過濾減壓閥14的下游，以對穩(wěn)定的供氣氣體進行壓力調(diào)節(jié)及檢測。

本實施例中，泡沫混合液輸送組件2還包括混合液輸送管道22及流量指示器23。其中，混合液輸送管道22的兩端分別與泡沫混合液產(chǎn)生組件6及氣液混合組件3連通；流量指示器23設(shè)于混合液輸送管道22上，并位于第一輸送泵21的下游，用于對泡沫混合液的注入量進行實時監(jiān)測。

本實施例中，供氣管道13及混合液輸送管道22上均設(shè)有截止閥4及單向閥5。截止閥4為兩個，兩個截止閥4分設(shè)于管道的進液端及出液端，用于控制管道的整體通斷，方便管道維修；單向閥5設(shè)于出液端的截止閥4的下游，用于防止氣液倒流。本實施例中，截止閥4為球閥，單向閥5為立式止回閥。

本實施例中，氣液混合組件3內(nèi)泡沫混合液與壓縮空氣經(jīng)充分混合后將產(chǎn)生的泡沫注入頂管機，其確保了渣土的順利排出，保證了掘削面的穩(wěn)定，經(jīng)泡沫調(diào)節(jié)后的土壤具有良好的流動性、塑性以及防水滲透性，其擴大了頂管機開挖的土壤范圍，同時大大降低了刀盤扭矩，減少了刀具的磨損。本實施例中，氣液混合組件3的輸出端設(shè)有調(diào)節(jié)泡沫輸出量的壓力調(diào)節(jié)閥及控制泡沫輸出的球形止回閥。

如圖2所示，本實施例中，泡沫產(chǎn)生裝置還包括泡沫混合液產(chǎn)生組件6，泡沫混合液產(chǎn)生組件6包括第二控制器、供水單元61、泡沫原液輸送單元62及用于將泡沫原液與水混合的混合液產(chǎn)生單元63。其中，供水單元61包括用于檢測水流量的第二流量計611，泡沫原液輸送單元62包括輸送泡沫原液的第二輸送泵621，第二控制器根據(jù)第二流量計611的檢測信號發(fā)出控制指令給第二輸送泵621，控制泡沫原液的輸送量。具體講，在泡沫原液與水的混合比例確定后，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，此時供水單元61開始供水，并通過第二流量計611檢測水流量，控制器根據(jù)配比確定所需的泡沫原液量并將信號傳遞給第二輸送泵621，第二輸送泵621的電機將變頻驅(qū)動來調(diào)整第二輸送泵621的轉(zhuǎn)速，對檢測的結(jié)果進行補償，進而實現(xiàn)混合溶液配比的精確控制，其控制方便，配比可靠性高。本實施例中，泡沫原液與水的配比為0.8％～5％。

本實施例中，供水單元61還包括供水管道612，泡沫原液輸送單元62還包括原液輸送管道622，供水管道612與原液輸送管道622通過連通管道64與混合液產(chǎn)生單元63連通，連通管道64上設(shè)有過濾器65，過濾器65用于對泡沫混合液進行預(yù)處理，以去除泡沫混合液中的大顆粒雜質(zhì)。

本實施例中，供水管道612及原液輸送管道622上均設(shè)有球閥66及止回閥67，球閥66設(shè)于管道的進液端，用于控制管道的通斷，方便管道維修；止回閥67設(shè)于球閥66的下游，用于防止液體倒流。本實施例中，第二流量計611設(shè)于所述球閥66及止回閥67之間，所述第二輸送泵621設(shè)于球閥66及止回閥67之間。

本實施例中，供水管道612的球閥66的上游設(shè)有氣動球閥613，混合液產(chǎn)生單元63包括泡沫混合液儲罐631及三組限位開關(guān)，泡沫混合液儲罐631用于暫存泡沫原液與水混合形成的泡沫混合液，三組限位開關(guān)包括沿泡沫混合液儲罐631側(cè)壁從上至下依次布置的第一液位開關(guān)632、第二液位開關(guān)633及第三液位開關(guān)634，其中，第一液位開關(guān)632、第二液位開關(guān)633均連接可發(fā)出控制指令給氣動球閥613的第三控制器，其有效防止了泡沫混合液的溢出，保證了泡沫混合液儲罐631存儲正常的液位量，第三液位開關(guān)634用于防止第一輸送泵21的空轉(zhuǎn)運行。本實施例中，泡沫原液輸送單元62包括泡沫原液罐623，泡沫原液罐623上設(shè)有第四限位開關(guān)624，第四限位開關(guān)624用于檢測泡沫原液的液位。

如圖3至圖5所示，本實施例中，矩形頂管機的減磨系統(tǒng)還包括膨潤土泵送裝置7，膨潤土泵送裝置7設(shè)于頂管機中盾8的上半部，即在中盾8的上半部主動注入膨潤土，避免了盾體的上半部無流體磨損大的現(xiàn)象，本實施例中，膨潤土泵送裝置7將膨潤土泥漿泵送到管片與土層之間，對盾體外殼與土層起到潤滑與保護作用，其進一步減小了管節(jié)在推進過程中的磨損，有效保護了管節(jié)，提高了設(shè)備運行的安全性及可靠性，同時，利用膨潤土的膨脹性可有效填充管片間隙，起到防止地層松動、支撐固化土體的作用。

本實施例中，膨潤土泵送裝置7包括導(dǎo)流通道72、多個徑向注入孔71及多個導(dǎo)流條73。其中，多個徑向注入孔71沿中盾8上半部的周向布置，膨潤土通過徑向注入孔71泵出，實現(xiàn)管片與土層之間的泵送；導(dǎo)流通道72設(shè)于徑向注入孔71處，并沿中盾8至尾盾9的方向設(shè)置，保證了膨潤土泥漿沿導(dǎo)流通道72向尾盾9擴散，起到了有效保護盾體的作用；多個導(dǎo)流條73沿中盾8上半部周向布置，導(dǎo)流條73設(shè)于導(dǎo)流通道72內(nèi)，且導(dǎo)流條73與矩形頂管機的掘進方向平行，其利用流體表面張力在泥漿凝固前加速膨潤土泥漿在土層與盾體間隙間的擴散，使得膨潤土泥漿在盾體外殼與土層間均勻分布，利于后續(xù)施工。在其他實施例中，膨潤土泵送裝置7還可以根據(jù)地層地質(zhì)情況，將膨潤土注入刀盤前部。

本實施例中，徑向注入孔71設(shè)有控制膨潤土注入的閥體10，膨潤土的注漿速度配合推進速度，由壓力傳感器監(jiān)測注入壓力，并通過閥體10控制膨潤土的注入及注入量，在其他實施例，也可采用手動的方式控制。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。