一种矩形顶管机的减磨系统的制作方法

本发明涉及顶管机技术领域，尤其涉及一种矩形顶管机的减磨系统。

背景技术：

随着国内地下工程的发展，目前地铁出入口人行通道和街道地下人行通道越来越多的采用盾构顶管机进行施工。由于矩形断面比圆形断面的有效使用面积大20％左右，现有盾构顶管机采用矩形断面使得隧道利用空间经济合理，但存在施工地质复杂，需对碴土进行改良的问题。现有的方式是采用泡沫改善刀盘磨损及土压性能，但现有的矩形顶管机减磨系统存在以下问题：1、泡沫产生装置采用闭环控制，需各路均设置流量控制反馈，其控制复杂，且泡沫具有一定的腐蚀性，设置多路流量检测器对材质耐腐蚀性要求高，成本高；2、在推进过程中，顶管机管节与土层周边磨损大，设备运行可靠性及安全性低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控制精确、简单可靠，且使用寿命高的矩形顶管机的减磨系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种矩形顶管机的减磨系统，包括泡沫产生装置，所述泡沫产生装置包括第一控制器、供气组件、泡沫混合液输送组件及用于将供气气体与泡沫混合液混合的气液混合组件，所述供气组件包括用于检测供气气体流量的第一流量计及用于调节供气气体流量的流量阀，所述泡沫混合液输送组件包括用于输送泡沫混合液的第一输送泵，所述第一控制器根据第一流量计的检测信号分别发出控制指令给流量阀及第一输送泵，控制供气气体输出流量及泡沫混合液的输送量。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述供气组件还包括供气管道、过滤减压阀及用于检测供气气体压力的压力表，所述压力表、流量阀及第一流量计设于所述供气管道上，并位于所述过滤减压阀的下游。

所述泡沫混合液输送组件还包括混合液输送管道及流量指示器，所述流量指示器设于所述混合液输送管道上，并位于所述第一输送泵的下游。

所述供气管道及混合液输送管道上均设有用于控制管道通断的截止阀及防止气液倒流的单向阀。

所述泡沫产生装置还包括泡沫混合液产生组件，所述泡沫混合液产生组件包括第二控制器、供水单元、泡沫原液输送单元及用于将泡沫原液与水混合的混合液产生单元，所述供水单元包括用于检测水流量的第二流量计，所述泡沫原液输送单元包括输送泡沫原液的第二输送泵，所述第二控制器根据第二流量计的检测信号发出控制指令给第二输送泵，控制泡沫原液的输送量。

所述供水单元还包括供水管道，所述泡沫原液输送单元还包括原液输送管道，所述供水管道与原液输送管道通过连通管道与混合液产生单元连通，所述连通管道上设有用于对泡沫混合液进行过滤的过滤器。

所述供水管道及原液输送管道上均设有控制管道通断的球阀及防止液体倒流的止回阀，所述止回阀设于球阀的下游。

所述混合液产生单元包括泡沫混合液储罐及用于检测泡沫混合液液位的三组限位开关，三组所述限位开关包括沿泡沫混合液储罐侧壁从上至下依次布置的防止泡沫混合液溢出的第一液位开关、保证泡沫混合液储罐存储正常液位量的第二液位开关及防止第一输送泵空转运行的第三液位开关。

还包括向顶管机管片与土层之间泵送膨润土的膨润土泵送装置，所述膨润土泵送装置设于所述顶管机的中盾，并位于所述中盾的上半部。

所述膨润土泵送装置包括沿中盾上半部周向布置的多个径向注入孔、设于径向注入孔处的导流通道及设于导流通道内沿中盾上半部周向布置的多个导流条，所述导流通道沿中盾至尾盾的方向设置，所述导流条与矩形顶管机的掘进方向平行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用流量计对供气气体流量进行检测，通过对气体流量的检测与反馈实现泡沫混合液注入量的精确控制，即泡沫混合液的注入量与供气气体流量配比采用开环控制，并由一组检测空气流量的流量计实现，其有效避免了采用闭环控制需各路设置流量控制反馈的情况，有效减少了系统复杂程度，控制简单可靠；同时，设置一组流量计有效减少了流量计在腐蚀环境下的更换成本，设备使用寿命高。

本发明进一步采用膨润土泵送装置，将膨润土泥浆泵送到管片与土层之间，对盾体外壳与土层起到润滑与保护作用，其进一步减小了管节在推进过程中的磨损，有效保护了管节，提高了设备运行的安全性及可靠性，同时，利用膨润土的膨胀性可有效填充管片间隙，起到防止地层松动、支撑固化土体的作用。本发明的膨润土泵送装置进一步包括导流通道及导流条，导流通道保证了膨润土泥浆沿中盾向尾盾扩散，起到了对盾体外壳的保护作用；同时，导流条与矩形顶管机的掘进方向平行，其利用流体表面张力在泥浆凝固前加速膨润土泥浆在土层与盾体间隙间的扩散，使得膨润土泥浆在盾体外壳与土层间均匀分布，利于后续施工。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明泡沫产生装置的结构示意图。

图2是本发明泡沫混合液产生组件的结构示意图。

图3是本发明膨润土泵送装置在具体应用中的结构示意图。

图4是图3的a部的放大示意图。

图5是本发明导流条的分布示意图。

图中各标号表示：

1、供气组件；11、第一流量计；12、流量阀；13、供气管道；14、过滤减压阀；15、压力表；2、泡沫混合液输送组件；21、第一输送泵；22、混合液输送管道；23、流量指示器；3、气液混合组件；4、截止阀；5、单向阀；6、泡沫混合液产生组件；61、供水单元；611、第二流量计；612、供水管道；613、气动球阀；62、泡沫原液输送单元；621、第二输送泵；622、原液输送管道；623、泡沫原液罐；624、第四限位开关；63、混合液产生单元；631、泡沫混合液储罐；632、第一液位开关；633、第二液位开关；634、第三液位开关；64、连通管道；65、过滤器；66、球阀；67、止回阀；7、膨润土泵送装置；71、径向注入孔；72、导流通道；73、导流条；8、中盾；9、尾盾；10、阀体。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的矩形顶管机的减磨系统，包括泡沫产生装置，泡沫产生装置包括第一控制器、供气组件1、泡沫混合液输送组件2及气液混合组件3，其中，供气组件1包括用于检测供气气体流量的第一流量计11及用于调节供气气体流量的流量阀12，泡沫混合液输送组件2包括用于输送泡沫混合液的第一输送泵21，气液混合组件3用于将供气气体与泡沫混合液混合。本实施例中，第一控制器根据第一流量计11的检测信号分别发出控制指令给流量阀12及第一输送泵21，控制供气气体输出流量及泡沫混合液的输送量。本发明采用第一流量计11对供气气体流量进行检测，通过对气体流量的检测与反馈实现泡沫混合液注入量的精确控制，即泡沫混合液的注入量与供气气体流量配比采用开环控制，并由一组检测空气流量的流量计实现，其有效避免了采用闭环控制需各路设置流量控制反馈的情况，有效减少了系统复杂程度，控制简单可靠；同时，设置一组流量计有效减少了流量计在腐蚀环境下的更换成本，设备使用寿命高。

本实施例中，第一流量计11对于空气需求量的及时反馈是确保系统实现开环控制跟随的基础，第一控制器将第一流量计11的检测信号传递给流量阀12调节其开关量，同时控制第一输送泵21的变频电机转速来调整泡沫混合液的泵送，最终实现泡沫混合液与压缩空气的精确配比。本实施例中，根据膨胀率配比所需泡沫混合液的剂量，压缩空气与泡沫混合液的配比为1:8～25。

本实施例中，供气组件1还包括供气管道13、过滤减压阀14及用于检测供气气体压力的压力表15。其中，供气管道13的两端分别与供气气源及气液混合组件3连通；过滤减压阀14用于对供气气体进行预处理，可去除空气杂质，并提供稳定的压力值。本实施例中，压力表15、流量阀12、过滤减压阀14及第一流量计11均设于供气管道13上，且流量阀12、压力表15及第一流量计11均位于过滤减压阀14的下游，以对稳定的供气气体进行压力调节及检测。

本实施例中，泡沫混合液输送组件2还包括混合液输送管道22及流量指示器23。其中，混合液输送管道22的两端分别与泡沫混合液产生组件6及气液混合组件3连通；流量指示器23设于混合液输送管道22上，并位于第一输送泵21的下游，用于对泡沫混合液的注入量进行实时监测。

本实施例中，供气管道13及混合液输送管道22上均设有截止阀4及单向阀5。截止阀4为两个，两个截止阀4分设于管道的进液端及出液端，用于控制管道的整体通断，方便管道维修；单向阀5设于出液端的截止阀4的下游，用于防止气液倒流。本实施例中，截止阀4为球阀，单向阀5为立式止回阀。

本实施例中，气液混合组件3内泡沫混合液与压缩空气经充分混合后将产生的泡沫注入顶管机，其确保了渣土的顺利排出，保证了掘削面的稳定，经泡沫调节后的土壤具有良好的流动性、塑性以及防水渗透性，其扩大了顶管机开挖的土壤范围，同时大大降低了刀盘扭矩，减少了刀具的磨损。本实施例中，气液混合组件3的输出端设有调节泡沫输出量的压力调节阀及控制泡沫输出的球形止回阀。

如图2所示，本实施例中，泡沫产生装置还包括泡沫混合液产生组件6，泡沫混合液产生组件6包括第二控制器、供水单元61、泡沫原液输送单元62及用于将泡沫原液与水混合的混合液产生单元63。其中，供水单元61包括用于检测水流量的第二流量计611，泡沫原液输送单元62包括输送泡沫原液的第二输送泵621，第二控制器根据第二流量计611的检测信号发出控制指令给第二输送泵621，控制泡沫原液的输送量。具体讲，在泡沫原液与水的混合比例确定后，系统进入工作状态，此时供水单元61开始供水，并通过第二流量计611检测水流量，控制器根据配比确定所需的泡沫原液量并将信号传递给第二输送泵621，第二输送泵621的电机将变频驱动来调整第二输送泵621的转速，对检测的结果进行补偿，进而实现混合溶液配比的精确控制，其控制方便，配比可靠性高。本实施例中，泡沫原液与水的配比为0.8％～5％。

本实施例中，供水单元61还包括供水管道612，泡沫原液输送单元62还包括原液输送管道622，供水管道612与原液输送管道622通过连通管道64与混合液产生单元63连通，连通管道64上设有过滤器65，过滤器65用于对泡沫混合液进行预处理，以去除泡沫混合液中的大颗粒杂质。

本实施例中，供水管道612及原液输送管道622上均设有球阀66及止回阀67，球阀66设于管道的进液端，用于控制管道的通断，方便管道维修；止回阀67设于球阀66的下游，用于防止液体倒流。本实施例中，第二流量计611设于所述球阀66及止回阀67之间，所述第二输送泵621设于球阀66及止回阀67之间。

本实施例中，供水管道612的球阀66的上游设有气动球阀613，混合液产生单元63包括泡沫混合液储罐631及三组限位开关，泡沫混合液储罐631用于暂存泡沫原液与水混合形成的泡沫混合液，三组限位开关包括沿泡沫混合液储罐631侧壁从上至下依次布置的第一液位开关632、第二液位开关633及第三液位开关634，其中，第一液位开关632、第二液位开关633均连接可发出控制指令给气动球阀613的第三控制器，其有效防止了泡沫混合液的溢出，保证了泡沫混合液储罐631存储正常的液位量，第三液位开关634用于防止第一输送泵21的空转运行。本实施例中，泡沫原液输送单元62包括泡沫原液罐623，泡沫原液罐623上设有第四限位开关624，第四限位开关624用于检测泡沫原液的液位。

如图3至图5所示，本实施例中，矩形顶管机的减磨系统还包括膨润土泵送装置7，膨润土泵送装置7设于顶管机中盾8的上半部，即在中盾8的上半部主动注入膨润土，避免了盾体的上半部无流体磨损大的现象，本实施例中，膨润土泵送装置7将膨润土泥浆泵送到管片与土层之间，对盾体外壳与土层起到润滑与保护作用，其进一步减小了管节在推进过程中的磨损，有效保护了管节，提高了设备运行的安全性及可靠性，同时，利用膨润土的膨胀性可有效填充管片间隙，起到防止地层松动、支撑固化土体的作用。

本实施例中，膨润土泵送装置7包括导流通道72、多个径向注入孔71及多个导流条73。其中，多个径向注入孔71沿中盾8上半部的周向布置，膨润土通过径向注入孔71泵出，实现管片与土层之间的泵送；导流通道72设于径向注入孔71处，并沿中盾8至尾盾9的方向设置，保证了膨润土泥浆沿导流通道72向尾盾9扩散，起到了有效保护盾体的作用；多个导流条73沿中盾8上半部周向布置，导流条73设于导流通道72内，且导流条73与矩形顶管机的掘进方向平行，其利用流体表面张力在泥浆凝固前加速膨润土泥浆在土层与盾体间隙间的扩散，使得膨润土泥浆在盾体外壳与土层间均匀分布，利于后续施工。在其他实施例中，膨润土泵送装置7还可以根据地层地质情况，将膨润土注入刀盘前部。

本实施例中，径向注入孔71设有控制膨润土注入的阀体10，膨润土的注浆速度配合推进速度，由压力传感器监测注入压力，并通过阀体10控制膨润土的注入及注入量，在其他实施例，也可采用手动的方式控制。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。