专利名称：一种顶管机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及建筑设备领域，具体涉及一种顶管机。
背景技术：
随着世界经济的飞速发展和人口的迅速膨胀，人类赖以生存的地表环境不断恶化，土地资源日趋紧张，世界各国日益重视地下空间的开发和利用。在这个过程中，修建大规模跨流域深埋长隧道已成趋势。由于城市建设中采用的明挖法施工隧道，会对地面建筑、地下管线，尤其是城市交通造成极大的干扰。盾构技术的优势在于不用大量拆迁，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。它是一种即可减少工程污染，又可大幅度节约工程投资的施工技术。因此，在城市建设地下隧道采用盾构法，将成为必然趋势。其中，顶管机是一种采用盾构法的集机械、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衬砌成套设备，是一种由电动机驱动刀盘旋转、液压缸推进，使刀盘在一定推压力作用下贴紧岩石壁面，通过安装在刀盘上的盘形滚刀破碎岩石，使隧道断面一次成型的大型工程机械。目前，顶管机通常采用盘形刀盘，形成圆形隧道断面，然后这种结构的顶管机在地下人行通道等以矩形断面形状为主的隧道建设中，增加了不必要的掘进面积和土地征用量，使日益宝贵的地下土地资源日趋紧张，此外，采用这种方法后，需要在圆形隧道施工完毕后再加以衬砌形成矩形隧道，必将增加不必要的工作量和工程造价。因此，矩形顶管机研发已成为必然趋势，公开号为CN201351487的专利公开了一种矩形顶管机，该顶管机的具体结构参见图1。该顶管机包括截面为矩形的盾体1，和设置与其上的多刀盘组合式切削系统，该多刀盘组合式切削系统包括设置于盾体I中部的大刀盘11，和设置于四个角上的4个小刀盘12,且4个小刀盘12在大刀盘11后面,通过这种刀盘布置方式满足了矩形断面一次成型要求。进一步根据图2示出的这种矩形顶管机的施工效果图可知，在大刀盘11与小刀盘12，以及小刀盘12的圆形切削轨迹之间形成了刀盘无法达到的切削盲区2。切削盲区2的面积随着开挖面积的增大而增大，这样，切削盲区的存在不仅降低了地下资源的利用率，而且开挖面积增大至一定程度时，会阻碍顶管机盾体的进一步推进，从而导致顶管机无法继续工作。有鉴于此，亟待针对现有的顶管机进行改进，以解决其施工过程中存在切削盲区的问题。
实用新型内容针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，对现有技术中的顶管机的结构进行改进，以解决顶管机施工过程中存在的切削盲区的问题。本实用新型提供的一种顶管机，包括盾体、推进所述盾体的驱动系统和设置于所述盾体上的多刀盘组合式切削系统，还包括设置在所述盾体上的包括多个截割系统的盲区切削系统，每个所述截割系统包括设置有多个截割刀具的刀具座，以及驱动所述刀具座转动的动力源。优选地，所述刀具座具体为滚筒，所述动力源通过齿轮传动单元驱动所述滚筒。优选地，所述截割刀具呈螺旋状布置。优选地，所述盲区切削系统还包括固定于所述盾体前沿的多个切刀。优选地，每个所述切刀通过镶焊工艺固定。优选地，所述多刀盘组合式切削系统的任意两个相邻所述刀盘在轴向位置上叠加。优选地，所述刀盘数量为偶数个，且均分两组平行设置。优选地，每个所述刀盘的切削半径相等。优选地，所述盾体包括前盾体和后盾体，两者通过纠偏系统铰接。优选地，还包括一端与外界连通，另一端与所述前盾体的泥土仓连通的螺旋输送机。本实用新型提供的一种顶管机，包括盾体、推进盾体的驱动系统和设置于盾体上的多刀盘组合式切削系统，还包括设置在盾体上的包括多个截割系统的盲区切削系统，每个截割系统包括设置有多个截割刀具的刀具座，以及驱动刀具座转动的动力源。工作过程中，驱动系统推动盾体在隧道内线性推进，与此同时，启动多刀盘组合式切削系统和盲区切削系统共同完成对隧道土体的切削。与现有技术相比，采用这种包括盲区切削系统的顶管机，解决了现有技术中的顶管机由于存在切削盲区而导致的切削不充分，以及由此对顶管机的进一步推进动作形成阻碍的问题，因此，本方案在保证顶管机工作过程的畅通和安全的基础上，使开挖面积最大化，从而提高了对地下空间的利用率，避免了对地下资源的浪费。
图1示出了现有技术中顶管机的主视示意图；图2示出了图1的顶管机的施工效果图；图3示出了本实用新型提供的顶管机的主视示意图；图4示出了图1的B-B剖视示意图；图5示出了图2的A局部放大图。图3至图5中:I盾体、11前盾体、111泥土仓、112驱动仓、12后盾体、13隔板、21圆刀盘、211搅动棒、3截割系统、31滚筒、32截割刀具、33第一驱动电机、4切刀、5螺旋输送机、51螺旋状叶片、52第二驱动电机、6纠偏系统、电气控制系统7。
具体实施方式
本实用新型的核心在于，提供一种顶管机，以解决现有技术中的顶管机由于存在切削盲区而导致的切削不充分，以及由此对顶管机的进一步推进动作形成阻碍的问题。不失一般性，下面结合说明书附图来具体说明，本实用新型中顶管机的具体实施方式
。[0029]请参见图3、图4和图5，其中，图3示出了本实用新型提供的顶管机的主视示意图，图4示出了图3的A-A剖视示意图，图5示出了图4的B局部放大图。如图3和图4所示，本方案提供的顶管机，包括盾体1、推进盾体I的驱动系统和设置于盾体I上的多刀盘组合式切削系统，还包括设置在盾体上的含多个截割系统3的盲区切削系统，每个截割系统3包括螺旋状设置有多个截割刀具32的滚筒31，以及驱动滚筒31转动的第一驱动电机33。启动驱动装置推动盾体I在隧道内进行线性推进，与此同时，启动多刀盘组合式切削系统和盲区切削系统转动，从而共同完成对隧道土体的全断面切削。与现有技术相比，采用这种包括盲区切削系统的顶管机，解决了现有技术中的顶管机由于存在切削盲区而导致的切削不充分，以及由此对顶管机的进一步推进动作形成阻碍的问题，因此，本方案在保证顶管机工作过程的畅通和安全的基础上，使开挖断面最大化，从而提高了对地下空间的利用率，避免了对地下资源的浪费。为了更具体的说明盲区切削系统的具体结构以及其与盾体I的位置关系，现结合图4来说明盾体I的具体结构。盾体I包括前盾体11和后盾体12，两者通过纠偏系统6铰接。前盾体11由隔板13划分为泥土仓111和驱动仓112。截割系统3的设置有截割刀具32的滚筒31位于泥土仓111,第一驱动电机33固定于隔板13上位于驱动仓112,第一驱动电机33的驱动轴穿过隔板13通过行星减速机减速，再通过锥齿轮传动，带动滚筒31旋转使其上截割刀具32进行切削工作。需要指出的是，本方案采用滚筒式的刀具座，结构简单，从而简化了刀具座的设计过程及加工工艺，且滚筒31的轴心线与多刀盘组合式切削系统的刀盘轴线垂直，因此最终形成的切削断面为矩形，从而适用于切削轨迹为非圆形的顶管机。此外，由于本方案中滚筒31的轴心线与第一驱动电机33的驱动轴垂直，通过锥齿轮实现传动连接，因此具有结构紧凑、传动效率高等特点。可以理解，在满足功能及装配工艺要求的基础上，本方案也可采用带传动、链传动等本领域技术人员所公知的传动方式。当然，在满足装配工艺要求的基础上，本方案中的第一驱动电机33也可以与滚筒31同轴设计，可简化整个截割机构的结构。进一步，本方案中的刀具座可以选用由驱动电机直接驱动的圆刀盘。另外地，本方案中的截割刀具32通过螺旋状布置于滚筒31的外表面，通过这种布置方式在滚筒31旋转过程中，截割刀具32在在盾体I推进力的作用下压入土体，前面的一把截割刀具32在土体上压出沟槽，后面的一把截割刀具32继续对该土体沟槽滚压，使其破碎崩裂。当然，在满足切削功能及工艺要求的基础上，本方案中的截割刀具32也可以沿滚筒31的轴心线方向等间距布置。进一步，本方案中的多刀盘组合式切削系统位于泥土仓111的前端，该系统具体包括六个刀盘21，每个刀盘21的刀盘座固定于隔板13上，驱动刀盘21转动动作的动力源固定于隔板13上位于驱动仓112内。其中，六个刀盘21以三前三后的方式布置,且任意相邻两个刀盘21在轴向位置上重叠，此外在每个刀盘21的背面设置有搅动棒211。需要说明的是，本方案中通过二如二后，且任意相邻两个刀盘21在轴向位置上重叠的布置方式，该切削系统所形成的理论开挖面积可为整个断面面积的95%左右，从而可以减小了切削盲区的面积。此外，本方案中的六个刀盘21工作半径相同，因此在切削过程中产生的切削力均匀且圆形刀盘的转动平稳，从而减小了对周围土体的扰动，可以很好地控制地面沉降，保证了顶管机施工过程中可靠性和安全性。可以理解，固定于每个刀盘21背部的搅动棒211的搅动半径相同，从而保证了对切削后土体的搅拌均匀性，使其具有更好的流动性和塑性。此外，从整个设备的加工及装配工艺考虑，采用相同半径的刀盘21可使每个刀盘的驱动装置也相同，因此，简化了多刀盘组合式切削系统的设计、加工以及装配的工艺，从而缩短了设备加工周期，降低了其制造成本。需要说明的是，本方案中多刀盘组合式切削系统中刀盘21数量为六个，通过上述的布置方式最终形成了与盾体形状相一致的矩形顶管机。当然，根据实际施工过程中的具体情况，本方案中的多刀盘组合式切削系统中刀盘数量也可以为四个或者八个等异于本方案中的数量。因此，刀盘不同数量并不构成对本方案保护范围的限定。可以理解，本方案中的盲区切削系统，以及任意两个相邻刀盘轴心位置重叠的布置方式，也可适用于其他切削轨迹为非圆形的顶管机，例如切削轨迹为三角形的顶管机。如前所述，本方案中截割刀具32设置于泥土仓111内，这样势必造成对盾体I周边土体切削不充分的问题，为此，本方案在前盾体21的开口前沿沿周向镶焊了多个切刀4，切刀4通过盾体I推进力的作用，来切削顶管机周边的土体。需要指出的是，切刀4的具体数量依据盾体的实际大小而定，因此切口 4的数量的多少不构成对本方案保护范围的限定。此外，本方案中的切刀4是通过镶焊工艺与前盾体21固定连接，通过这种设计增大了切刀4与前盾体21的配合面积，增强了两者的焊接强度，防止了切刀在受到较大垂向力时从盾体脱离问题的发生，从而延长了切刀4的使用寿命，降低了维修成本。可以理解，在满足连接强度及加工工艺要求的基础上，本方案中的切刀也可以通过螺纹连接、铆接或者是普通焊接的方式固定。如前所述，本方案中的多刀盘组合式切削系统和盲区切削系统3的刀盘和截割刀具均设置于泥土仓111内，因此切削后的土体经搅拌棒213搅拌后沉积于泥土仓111底部，再通过螺旋输送机5输送至机外。如图2所示，本方案中的螺旋输送机5为内置有螺旋状叶片51的钢管，其一端与泥土仓211连通，另一端与顶管机外部连通，固定于钢管外壁上的第二驱动电机52通过齿轮传动机构带动螺旋状叶片51旋转，从而将土体输送至机外。需要说明的是，在满足功能需求以及装配工艺要求的基础上，本方案中的输送机也可以采用异于本方案的其他结构。进一步,本方案中的盾体I包括前盾体21和后盾体22,且两者通过纠偏系统6铰接，本方案中的纠偏系统6由多组油缸组成，通过不同的动作使前后壳体有一个微小的角度来调整掘进的方向。可以理解，纠偏系统6的具体结构为现有技术，本领域技术人员可根据现有技术完全可以实现，故在此不再赘述。本方案中的顶管机还包括推动盾体I的线性位移的液压系统，和控制顶管机内各系统动作的电气控制系统7。可以理解,本方中液压系统和电气控制系统7内的功能兀件以及他们之间的连接关系均为现有技术，本领域的技术人员通过现有技术完全可以实现，故在此不再赘述。最后，结合以上顶管机的结构描述来简介其工作过程:本方案中的顶管机利用土压平衡原理，通过多刀盘组合式切削系统2和盲区切削系统3共同完成对土体的切削，再通过螺旋输送机5将切削下来的土体输送到机外，然后用专门的泥土压送装置或人工的手推车送到地面，液压系统为盾体I提供推进动力，与此同时，利用纠偏系统6对顶管机的方向进行控制，从而共同完成隧道的掘进工作。以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
权利要求1.一种顶管机，包括盾体、推进所述盾体的驱动系统和设置于所述盾体上的多刀盘组合式切削系统，其特征在于，还包括设置在所述盾体上的含有多个截割系统的盲区切削系统，每个所述截割系统包括设置有多个截割刀具的刀具座，以及驱动所述刀具座转动的动力源。
2.根据权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述刀具座具体为滚筒，所述动力源通过齿轮传动单元机构所述滚筒。
3.根据权利要求2所述的顶管机，其特征在于，所述截割刀具呈螺旋状布置。
4.根据权利要求3所述的顶管机，其特征在于，所述盲区切削系统还包括固定于所述盾体前沿的多个切刀。
5.根据权利要求4所述的顶管机，其特征在于，每个所述切刀通过镶焊工艺固定。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的顶管机，其特征在于，所述多刀盘组合式切削系统的任意两个相邻所述刀盘在轴向位置上叠加。
7.根据权利要求6所述的顶管机，其特征在于，所述刀盘数量为偶数个，且均分两组平行设置。
8.根据权利要求7所述的顶管机，其特征在于，每个所述刀盘的切削半径相等。
9.根据权利要求8所述的顶管机，其特征在于，所述盾体包括前盾体和后盾体，两者通过纠偏系统铰接。
10.根据权利要求9所述的顶管机，其特征在于，还包括一端与外界连通，另一端与所述前盾体的泥土仓连通的螺旋输送机。
专利摘要本实用新型公开了一种顶管机，包括盾体、推进所述盾体的驱动系统和设置于所述盾体上的多刀盘组合式切削系统，还包括设置在所述盾体上的包括多个截割系统的盲区切削系统，每个所述截割系统包括设置有多个截割刀具的刀具座，以及驱动所述刀具座转动的动力源。与现有技术相比，采用这种包括盲区切削系统的顶管机，解决了现有技术中的顶管机由于存在切削盲区而导致的切削不充分，以及由此对顶管机的进一步推进动作形成阻碍的问题，因此，本实用新型在保证顶管机工作过程的畅通和安全的基础上，使开挖面积最大化，从而提高了对地下空间的利用率，避免了对地下资源的浪费。
文档编号E21D9/08GK202926334SQ201220622179
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者李建斌, 赵华, 贾连辉, 王小涛, 贺开伟, 范磊 申请人:中铁隧道装备制造有限公司