专利名称：盾构中心回转接头改造体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及盾构掘进机技术领域有关盾构机内中心回转体的结构改造。
背景技术：
盾构施工前方情况复杂多变，常常存在不良地质因素和未知埋藏物，如市政管道、 人工构建物、水泡、气泡、碎石、沉船等。这些因素会造成工作面塌方、涌水，轻则影响隧道的 掘进速度，延误工期，增加施工成本；重则造成设备损坏和人员伤亡，后果不堪设想。所以， 需要对盾构工作面前方的地质状况进行超前探测和辨识。探地雷达是一种新型的无损检测高科技产品，将其安装到盾构机刀盘上探测前方 地质是一种创新运用。位于盾构头部的雷达所获得的地质情况信息需传送到盾构机尾部控 制室内，并经专用软件处理后方可在计算机上显示。但是，遇到以下两个困难1、雷达天线及DAD控制器安装在盾构机头部刀盘上并随刀盘一起转动，而雷达获 得的地质信息需传送至盾构尾部的控制室内才能在计算机上处理并显示，这就需要解决信 息的传输问题。由于传输距离较远，并且盾构机内存在很多金属干扰，若全程通过无线传输 方式必然出现信号不稳定等弊端，所以单独采用无线传输方式不能满足要求。另外，刀盘相 对于盾尾控制室是旋转的，若全程采用有线传输方式又会产生绕线问题，所以单独采用有 线传输方式也不适合。2、使用的雷达为意大利IDS公司生产的K2型探地雷达。该雷达采用蓄电池供电， 电压12伏，其优点是电压和电流波动范围小，能保证雷达的精确运行及其信号的无失真传 输，缺点是持续供电能力不够，连续供电几十小时后需要充电才能继续使用。由于盾构机 在地下施工时间较长，有时达到半年左右，期间不可能对电池进行充电，并且地下环境很潮 湿，不适合电池工作，所以采用蓄电池供电方式并不适合。为此专门设计了一套直流供电系 统。该直流供电系统可将施工现场220伏的交流电转化为12伏的直流电。但是，如果采用 电线传输电力，在中心回转接头部分也会产生绕线问题。所以，如何将直流供电系统提供的 12伏直流电由盾构尾部传到盾构的头部是一个需要解决的难题。
发明内容本实用新型目的在于提供一种盾构机中心回转体的改造结构，通过改造盾构机切 口环内的中心回转体，完成将位于盾构机头部刀盘内的探地雷达探测到的地质信息传输至 盾构尾部控制室内，同时完成将后方直流供电系统转化的12伏直流电供给前方雷达和无 线信号发射模块，满足其用电需求。由此可实现探测雷达应用于地下盾构机的前向探测。本实用新型是通过以下技术方案实现的，该中心回转接头改造体的结构特征为 回转体内腔壁上开有通孔，该通孔轴向贯穿整个回转体至端部接头处，通孔内布置有由盾 构刀盘部位DAD控制器及无线发射模块引出的电力线和无线发射AP的延长天线和同轴 电缆；在回转体端部接头处安装有电力连接装置，该电力连接装置包括两个电刷总成、外导 电环、内导电环、绝缘体，内外导电环上设有小孔，刀盘部位DAD控制器及无线发射模块引出的电力线通过该小孔实现与内外导电环的电性连接，内外导电环分别通过螺钉安装在绝 缘体上，绝缘体通过螺钉安装固定在回转体上；每个电刷总成包括电刷体、电刷、弹簧、螺纹 圆柱销，电刷总成通过电刷与所述的导电环连接，电刷、弹簧、螺纹圆柱销设于电刷体内，电 刷体右端设有孔，螺纹圆柱销拧固在电刷上，电刷一端插入弹簧腔内，其另一端与导电环接 触；电刷在弹簧向左的弹力作用下始终紧紧压住导电环实现与导电环的电性接触，从盾尾 引来的用于传输12伏直流电的电力线通过电刷总成右端的开孔进入电刷总成，穿过弹簧， 通过螺纹圆柱销与电刷电性连接；两个导电环又分别和回转体通孔内电力线相连接。无线 接收模块中的无线路由的延长天线在中心回转体接头处挨靠着无线发射AP的延长天线， 该两个延长天线进行信息的无线传输。本实用新型中心回转体改造结构还设有防尘保护结构，包括盖子和罩子，所述电 刷总成通过电刷体拧固在罩子上，所述盖子和罩子的外圈有螺栓孔，二者通过螺栓连接在 一起，所述盖子密闭卡设于中心回转体外侧，所述罩子套于电力连接装置外。所述盖子的 内圈安装有防尘环和密封圈。所述罩子不是全封闭的，中央开孔，沿圆周方向均勻的开有侧 孔，适于无线信号的传输。本实用新型结构不需要对原中心回转接头的关键部位进行改动，在不影响其原有 的工作性能的前提下实现了直流电的输送和雷达信息的传输。
图1为现在技术盾构机结构示意图图2为雷达信号传输系统结构示意图图3为中心回转体改造后的结构示意图(右视图a、主视剖图b)图4为中心回转体端部接头改造处的局部剖图(A、B两处剖解)图5为罩子142的侧面(a)以及罩内部(b)示意图图6为电刷总成示意图标记说明1-中心回转体，2-固定体，3-水管接头，4-螺钉，11-通孔，121-绝 缘体，122-外导电环，123-内导电环，13-电刷总成，131-电刷体，132-电刷，133-弹簧， 134-螺纹圆柱销，141-盖子，142-罩子，1421-中央孔，1422-侧孔，1423-安装孔，1424-螺 栓孔，51-中心回转接头，52- 土仓，6-刀盘，7-切口环，8-支撑环，9-盾尾具体实施方式
以下结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明。如图1所示，现有技术通常盾构机整体可大致分成三个部分切口环、支撑环和盾 尾。刀盘位于切口环的前方，并作旋转运动。支撑环和盾尾不作旋转，只是沿着隧道向前移 动。在刀盘中心和支撑环之间即在切口环内中心存在中心回转体，中心回转体是用于向盾 构前方输送水、液压油以及润滑油的关键部件，包括固定体、回转体、水管接头等。雷达和无 线发射模块安装在盾构刀盘上，无线接收模块安装在盾尾，计算机放在控制室内。针对现有技术存在两个难题，提出了以下解决方案1、为了将安装在刀盘上的雷达所获取的地质信息传输至盾构尾部控制室，设计了 有线和无线联合传输信息的方式。在盾构头部刀盘和盾尾相对旋转部位即中心回转接头的 两侧分别设置无线发射模块和接收模块，相互对峙的无线发射模块和接收模块间采用无线传输方式，可避免因旋转导致的绕线问题；而盾构机头部雷达DAD控制器至无线发射模块 以及无线接收模块至盾构机尾部工作室途径都采用有线传输方式，从而保证信息传输的可 靠性和稳定性。所以，为实现无线发射模块和接收模块各自天线相对放置建立无线传输，需 要对中心回转接头进行相应改造。2、为了将直流供电系统转化的12伏直流电顺利的从盾构的尾部传输至头部，以 实现给雷达和信号传输系统中的无线发射模块供电的目的，设计了电力连接装置结构，通 过可旋转的导电环以及不旋转的电刷总成的配合接触实现电力的传输，避免常规电线传输 方式引发的绕线问题。为了实现信息的传输和电力的输送，上述技术方案对中心回转体主要做了以下四 个方面的改造1、在中心回转体截面上镗直径为20mm的通孔，无线发射模块中的同轴电缆及延 长天线、电力线路可经由该通孔到达中心回转体接头处。2、在中心回转接头的端部安装了电刷、内导电环、外导电环和绝缘环组成的电力 连接装置，实现了 12伏直流电从盾构尾部到刀盘头部的传输，解决了的由于旋转引发的绕 线问题。3、在中心回转体的端部和外部安装了盖子和罩子等密封结构，既保护了内部的 结构，又避免了灰尘的污染。为实现雷达在盾构机前向探测，实时将位于盾构头部的雷达所获得的地质情况信 息需传送到盾构机尾部控制室内，并经专用软件处理后方可在计算机上显示，需要构建如 图2所示的雷达信号传输系统，该系统包括雷达、无线发射模块、无线接收模块、控制室计 算机、带变压器的直流供电系统，无线发射模块由无线发射AP及其延长天线构成，无线信 号接收模块为无线路由器及其延长天线构成，无线信号发射模块和无线信号接收模块共同 组成无线局域网。雷达与无线发射AP通过双绞线连接，无线发射AP和延长天线通过同轴 电缆连接，控制室计算机与无线路由器通过双绞线连接，无线路由和延长天线通过同轴电 缆连接。雷达天线所获得的模拟信号经其控制器处理后变为数字信号，并通过其控制器的 以太网接口接入无线发射模块，经无线接收模块接收后传送到盾尾控制室内的计算机，经 专用软件处理后将雷达图像进行显示。无线发射模块、无线接收模块之间通过相应的延长 天线无线连接，外交流电源经由变压器直流供电系统提供的12伏直流电通过电力连接装 置将电力传输至盾构头部，分别给无线发射模块的无线发射AP和雷达的DAD控制器供电。盾构最前方刀盘上安装的雷达与无线发射AP之间用双绞线连接，无线发射AP与 延长天线之间通过同轴电缆连接，延长后的天线沿着刀盘中心管路到达中心回转体内；无 线接收模块中的无线路由的延长天线位于中心回转体附近，无线路由位于盾构尾部，无线 路由和延长天线通过同轴电缆连接；最后，无线路由通过双绞线和控制室计算机连接。如图3所示，回转体1内部中空，在端部接头处内部空腔与水管接头3连接，整个 回转体1卡设于固定体2腔内，本实用新型主要是对回转体头部接头处的改造。如图3、图4所示，首先在回转体1内腔壁上开有通孔11，该通孔11轴向贯穿整个 回转体至端部接头处，通孔11内布置有由盾构刀盘部位DAD控制器及无线发射模块弓I出的 电力线和无线发射AP的延长天线和同轴电缆(该同轴电缆用于连接无线发射AP及其延长 天线)。[0031]然后在该回转体1接头处安装有电力连接装置，该电力连接装置包括两个电刷总 成13、外导电环122、内导电环123、绝缘体121，内外导电环上设有小孔，刀盘部位DAD控制 器及无线发射模块引出的电力线通过该小孔实现与内外导电环的电性连接，内外导电环分 别通过螺钉4安装在绝缘体121上，绝缘体通过螺钉4安装固定在回转体1上。如图6所 示，每个电刷总成13包括电刷体131、电刷132、弹簧133、螺纹圆柱销134，两个电刷总成13 通过电刷体131拧固在罩子142设有的两个安装孔1423上，电刷总成13通过电刷132与所 述的导电环连接，电刷132、弹簧133、螺纹圆柱销134设于电刷体131内，电刷体131右端 设有孔便于盾尾的直流电力线引入，螺纹圆柱销134拧固在电刷132上，电刷132 —端插入 弹簧133腔内，其另一端与导电环接触，从而保证电刷132在弹簧133向左的弹力作用下始 终紧紧的压住导电环实现与导电环的电性接触。内外导电环分别对应有一个电刷总成。从 盾尾来引出的用于传输12伏直流电的电力线通过电刷总成13右端的开孔进入电刷总成， 穿过弹簧133，通过螺纹圆柱销134与电刷132电性连接。螺纹圆柱销134 —方面用于将电 力线和电刷132相连接，另一方面起导向作用，使得电刷132在弹簧133的作用下可在电 刷体131内左右微动，保证电刷132始终紧紧的压在导电环上。这样盾尾传输来的直流电 的正负极就通过电刷132分别到达了内外导电环。内外导电环又分别和回转体通孔11内 电力线相连接，这样就通过电力线传输到了刀盘部分的DAD控制器及无线发射模块，为其 供电，实现12伏直流电从盾构尾部到刀盘头部的传输。由于电力连接装置中绝缘环121和 内外导电环跟随回转体1转动，而盖子141、罩子142和电刷总成13是固定不转的，又由于 内外导电环是圆形的，即使它们处于旋转状态依然可以与电刷总成中的电刷保持接触，有 效的传输电力。因此很好得解决了盾构机的刀盘旋转引发的绕线问题。无线接收模块中的无线路由的延长天线在中心回转体1接头处挨靠着无线发射 AP的延长天线，该两个延长天线进行信息的无线传输，当无线发射AP随刀盘旋转时，无线 发射AP和无线路由依然能够实现信息的传输。无线路由的延长天线通过同轴电缆和无线 路由连接，无线路由再通过双绞线和位于盾构尾部控制室内的计算机连接。这样，就实现了 信息从盾构头部刀盘内的雷达传输至盾构尾部的控制室，同样也避免由于旋转引发的绕线 问题。盖子141的内圈安装有防尘环和密封圈，如图4所示，盖子141密闭卡设于中心回 转体1外侧，所述罩子142套于电力连接装置外，盖子141和罩子142的外圈有螺栓孔1424， 二者通过螺栓连接在一起，可有效防尘和密封。如图5所示，罩子142设有中央孔1421以 及沿圆周均勻的开有侧孔1422，保证无线信息的顺利传输。无线发射模块的无线信号需要通过本实用新型的中心回转接头才能传输到接收 模块上，盾尾的供电系统提供的直流电也要通过该中心回转接头才能输送给雷达和发射模 块。
权利要求1.一种盾构中心回转接头改造体，其特征在于，在回转体内腔壁上开有通孔，该通孔轴 向贯穿整个回转体至端部接头处，通孔内布置有由盾构刀盘部位DAD控制器及无线发射模 块引出的电力线和无线发射AP的延长天线和同轴电缆；在回转体端部接头处安装有电力 连接装置，该电力连接装置包括两个电刷总成、外导电环、内导电环、绝缘体，内外导电环上 设有小孔，刀盘部位DAD控制器及无线发射模块引出的电力线通过该小孔实现与内外导电 环的电性连接，内外导电环分别通过螺钉安装在绝缘体上，绝缘体通过螺钉安装固定在回 转体上；每个电刷总成包括电刷体、电刷、弹簧、螺纹圆柱销，电刷总成通过电刷与所述的导 电环连接，电刷、弹簧、螺纹圆柱销设于电刷体内，电刷体右端设有孔，螺纹圆柱销拧固在电 刷上，电刷一端插入弹簧腔内，其另一端与导电环接触；电刷在弹簧向左的弹力作用下始终 紧紧压住导电环实现与导电环的电性接触，从盾尾来引出的用于传输12伏直流电的电力 线通过电刷总成右端的开孔进入电刷总成，穿过弹簧，通过螺纹圆柱销与电刷电性连接；两 个导电环又分别和回转体通孔内电力线相连接。
2.如权利要求1所述的改造体，其特征在于，无线接收模块中的无线路由的延长天线 在中心回转体接头处挨靠着无线发射AP的延长天线，该两个延长天线进行信息的无线接 收。
3.如权利要求1所述的改造体，其特征在于，该中心回转接头改造体还设有防尘保护 结构，包括盖子和罩子，所述电刷总成通过电刷体拧固在罩子上，所述盖子和罩子的外圈有 螺栓孔，二者通过螺栓连接在一起，所述盖子密闭卡设于中心回转体外侧，所述罩子套于电 力连接装置外。
4.如权利要求3所述的改造体，其特征在于，所述盖子的内圈安装有防尘环和密封圈。
5.如权利要求3所述的改造体，其特征在于，所述罩子中央开孔，沿圆周方向均勻开有 侧孔。
专利摘要一种盾构中心回转接头改造体，其结构特征为回转体内腔壁上开有通孔；在回转体端部接头处安装有电力连接装置，该电力连接装置包括两个电刷总成、外导电环、内导电环、绝缘体。通过通孔将盾构刀盘部位电力线和无线发射AP的延长天线延伸至中心回转接头处，且电力线与内外导电环连接。两个电刷总成的电刷与盾构尾部的电力线连接，且无线接收模块中的无线路由的延长天线在中心回转体接头处挨靠着无线发射AP的延长天线，该两个延长天线进行信息的无线接收。通过改造盾构机上的中心回转体，完成将位于盾构机头部刀盘内的探地雷达探测到的地质信息传输至盾构尾部控制室内，同时完成将后方直流供电系统转化的12伏直流电供给前方雷达和无线信号发射模块。
文档编号E21D9/08GK201843619SQ20102029274
公开日2011年5月25日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者史海舟, 毛健, 王权, 胡竟 申请人:上海地铁盾构设备工程有限公司