一种吸浆箱及其真空抽浆系统的制作方法

文档序号:15578823发布日期:2018-09-29 06:17

本发明涉及吸浆箱结构领域,特别是一种吸浆箱及其真空抽浆系统。



背景技术:

随着社会的发展和进步,地铁成了我们出行的首选交通工具,然而在整个地铁修建的工 程当中可谓是困难重重。对于修建地铁者而言,不光要做到高质量、高标准、也要积极响应 环境保护、文明施工以及能源节约等,因此为了更好的满足在节约人力物力的同时更进一步 的提高现阶段高标准的地铁施工需求,针对隧道施工时隧道内随时可以产生泥浆的处理做出 了专用泥浆真空抽排设备。

在采用土压盾构施工法进行施工的过程中,当土仓内的渣土改良效果不明显时,可能会 造成土仓压力增大,螺旋输送机在工作过程中发生喷涌的现象,从而严重影响设备桥等区域 的工作环境,严重还可能造成一定的安全事故。喷洒出来的渣土,不仅对该区域内的设备的 正常工作带来影响,还会对在该区域内的工作人员造成一定的安全隐患。所以,需要及时地 清理现场的泥浆,但是,采用以前人工清理的方法,速度缓慢,在清理过程中也易出现一些 安全事故,严重影响施工进度。采用吸浆泵清理现场的方法,成功的避免了以上问题,并且 能减少该区域内的设备在泥浆中的浸泡时间,对设备也起到了一定的保护作用。但是现有的 吸浆箱结构比较单一无法满足在地铁施工中的需求,因此需要一种更好的吸浆箱及其组成系 统。



技术实现要素:

本发明的发明目的是,针对上述问题,提供一种吸浆箱,其可以防止发生沉淀泥浆,及 在无法外排时,可以通过打开此窗口进行人工清理。

为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种吸浆箱,所述吸浆箱为筒状或箱型 结构,吸浆箱上部设有吸气口,所述吸浆箱下部设有进浆口和连接排浆管的出浆口;所述吸 浆箱下部侧壁朝内倾斜形成漏斗状,所述进浆口和出浆口设置在所述吸浆箱下部倾斜侧壁; 所述吸浆箱下部倾斜侧壁靠近出浆口处还设有可拆的密封清洗窗口;所述吸浆箱底部端脚处 分别设有固定脚架,所述固定脚架与盾构机车架之间通过螺栓固定;所述吸浆箱内底部设有 若干出气孔。

本方案中吸浆箱下部侧壁朝内倾斜形成漏斗状可以加快排浆时泥浆的流速,如果发生沉 淀泥浆无法外排时,可以通过打开此窗口进行人工清理。

优选的,包括均安装在盾构机车架上的吸浆箱和储气组件,储气组件安装在包括包括电 机、换向阀、真空泵和储气罐,所述电机连接真空泵,所述真空泵进气端通过换向阀连接吸 浆箱的吸气口,真空泵出气端连接储气罐的进气口,所述储气罐的排气口通过所述换向阀连 接吸浆箱的吸气口和出气孔。

优选的,还包括均安装在盾构机车架上的吸浆组件和控制组件,吸浆组件包括导轨、滑 动小车、吸浆管、伸缩臂和吸浆头,所述导轨安装在盾构机车架下房中间并盾构机车架长度 方向布置,所述滑动小车滑动设置在导轨上;所述吸浆管一端连接吸浆箱的进浆口,其另一 端连接吸浆头;所述伸缩臂设置在滑动小车上,伸缩臂的活动末端设有抓手,所述抓手装夹 所述吸浆头;控制组件包括控制箱、气压传感器、检测探针、导气管和电磁阀,所述控制箱 安装在盾构机车架中部,所述气压传感器安装在吸浆箱内顶部,所述检测探针安装在滑动小 车内,并通过固定在滑动小车内的升降装置相对滑动小车向下升降,所述检测探针的下部末 端设有电极探头;所述检测探针上部安装有导气管,所述导气管的出口绕检测探针周向轮廓 上形成一环形出口,所述环形出口正对检测探针的下部末端;所述导气管通过电磁阀连接储 气罐的排气口;所述电机、气压传感器、电极探头、电磁阀和升降装置分别电连接控制箱。

优选的,所述换向阀为两位三通电磁换向阀,所述换向阀的工作油口连接吸浆箱的吸气 口,所述换向阀的进油口和或回油口分别对应连接真空泵进气端、储气罐的排气口。电磁换 向阀可以更好实现回路的切换,实现自动控制。

优选的,所述滑动小车包括车厢、车轮和电连接控制箱的驱动电机,所述车轮设置在车 厢顶部并与导轨接触,所述车轮连接固定在车厢内顶部;所述车厢内分为第一腔室和第二腔 室,所述第二腔室底部设有电动开合的翻盖;所述伸缩臂一端安装在第一腔室内,所述升降 装置安装在第二腔室内。这样可以使得滑动小车可以收纳执行工作的部件,在平时避免泥水 飞溅污染。

优选的,所述伸缩臂包括第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆,所述第一电动伸缩杆固定 端与第一腔室顶部球连接;所述第二电动伸缩杆与第一腔室顶部铰接,其另一端与第一电动 伸缩杆铰接;第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆均为收缩状态时,第一电动伸缩杆和第二电 动伸缩杆均位于第一腔室内;所述吸浆头与第一电动伸缩杆的活动端球连接。伸缩臂可以伸 缩收叠,这样方便工作时候调整吸浆头与地面的距离。

优选的,所述升降装置包括固定杆、电动升降杆、电动回转端、横杆和电动滑块,所述 固定杆竖直安装在第二腔室中间,其上端与第二腔室顶部固定连接,所述电动升降杆与固定 杆滑动连接,并相对固定杆滑动升降,所述电动回转端安装在电动升降杆的下部末端,所述 横杆水平设置且其顶部中间与电动回转端底部连接,所述横杆下端面沿其长度方向设置有滑 动凹槽,所述电动滑块安装在所述滑动凹槽上并能够沿滑动凹槽滑动;所述电动滑块上还设 有电动翻折部,电动翻折部连接检测探针,并能够使其相对横杆水平收叠及相对垂直展开; 所述升降装置能够升降收叠到第二腔室中。其中,电动滑块通过横杆形成一个圆形面的运动 区间,横杆的半径大小即电动滑块的移动范围,升降装置可以进行展开和收叠,方便工作和 维护。

优选的,所述检测探针包括杆体,杆体顶部一端设置在电动滑块的电动翻折部上,其底 部一端为U型叉结构;所述U型叉结构长15cm,U型叉的间距为1-2mm;所述检测探针的 底部末端设有厚度为2mm的耐磨橡胶,位于耐磨橡胶内设有压力传感器,所述压力传感器连 接控制箱;所述电极探头包括对称设置的电极片,所述电极片对称设置在杆体U型叉内相对 两侧,所述电极片分别连接控制箱;所述导气管的出口对应设置在杆体U型叉结构的底部。 控制箱通过电极片之间的导电情况判断积水深度,通过升降装置带动检测探针移动可以实现 对横杆旋转范围内区域的有无积水的检测,以方便控制箱控制吸浆组件工作。

优选的,所述吸浆头包括吸头本体和弹性外盖,所述吸头本体内设有一开口向下的容腔, 其顶部连接吸浆管;所述弹性外盖套接在所述吸头本体外,所述弹性外盖上端小下端大,其 上端与所述吸头本体外侧周向连接,其下端为开口设置且周向设置若干半圆形凹槽,且与所 述吸头本体下端距离2-5cm;所述弹性外盖为硬质橡胶构成,其对应吸头本体连接处为弹性 橡胶;所述半圆形凹槽半径为3cm;所述吸头本体下端部与所述弹性外盖下端部在受外力时 最小距离不大于1cm。通常的吸浆头在使用时已经调节好与地面之间的距离,或者通过测距 设备调节与地面之间距离,但是在实际工况中,隧道中积水为泥水混合,吸浆头距离调节不 到位会导致吸力不足,吸浆效果差等问题;而这里设置弹性外盖可以实现吸浆头调节简便, 吸浆效果得到有效控制;具体是根据检测探针检查结果,通过伸缩臂控制吸浆头与地面接触 力大小;泥水深时候,弹性外盖接触地面即可,泥水浅时候,对吸浆头施加压力,使得吸头 本体与地面距离变小,弹性外盖与吸头本体的设置又可以保证吸头本体与地面最小距离保持 在一定范围内,协调了吸力和防止吸口过小的问题。

由于采用上述技术方案,本发明具有以下有益效果:

1.本发明结合实际施工现场,最容易产生泥浆的地方属于连接桥下部和盾构机5号拖车 架尾部渣土口位置,而泵的吸收范围在35米以内。由于盾构机车架实际长度约70米,且能 存放真空吸浆箱和吸浆设备的地方只有3号拖车尾部左侧位置,属于盾构机车架的整中央位 置,这样以来,不仅满足了真空泵的吸收范围,在排浆时也不用再通过开动电机车来调整渣 土箱的位置就可以直接将泥浆排入土箱内,从一定程度上也节约了时间。

2.本发明采用泥浆泵清理速度快、效率高,有效减少管片小车等设备在泥浆中的浸泡时 间。在保证安全文明施工的前提条件下,确保施工进度。同时也节约了人力物力,进一步满 足了隧道的干净卫生,对机械设备也进行了有效保护。

3.本发明及时采取措施对连接桥等区域内喷涌的泥浆清理,消除由此造成的安全隐患, 保证现场施工进度。在采用吸浆泵对盾构机内部进行清理,能够达到及时清理,效果明显, 自动化程度高,可以实现自动检测泥浆存积的地方,并控制吸浆头对应,吸浆过程自动进行, 减少了人力干预和人力成本,提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明吸浆箱结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明系统功能流程示意图。

图4是本发明升降装置结构示意图。

图5是本发明检测探针结构示意图。

图6是本发明伸缩臂及吸浆头结构示意图。

附图中,1-控制箱、2-电机、3-真空泵、4-储气罐、5-换向阀、6-吸浆箱、61-吸气口、 62-进浆口、63-出浆口、64-密封清洗窗口、7-吸浆管、8-排浆管、9-滑动小车、10-导轨、 11-固定杆、12-电动升降杆、13-电动回转端、14-横杆、15-电动滑块、16-电动翻折部、17- 检测探针、18-第一电动伸缩杆、19-第二电动伸缩杆、20-吸浆头、21-吸头本体、22-吸弹性 外盖、23-导气管、24-电极片。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1-6所示,盾构机真空抽浆系统包括吸浆箱6、储气组件、吸浆组件和控制组件。

其中,吸浆箱6安装在盾构机车架中部,吸浆箱6上部设有吸气口61,所述吸浆箱6下 部设有进浆口62和连接排浆管8的出浆口63;进浆口62设置两个。储气组件安装在包括在 盾构机车架中部,包括电机2、换向阀5、真空泵3和储气罐4,电机2连接真空泵3,真空 泵3进气端通过换向阀5连接吸浆箱6的吸气口61,真空泵3出气端连接储气罐4的进气口, 储气罐4的排气口通过换向阀5连接吸浆箱6的吸气口61和出气孔。出气孔连接储气罐4可 以使得排浆作业时气体对泥浆形成冲击,增加泥浆流动性。吸浆组件包括导轨10、滑动小车 9、吸浆管7、伸缩臂和吸浆头20,导轨10安装在盾构机车架下房中间并盾构机车架长度方 向布置,滑动小车9滑动设置在导轨10上;吸浆管7一端连接吸浆箱6的进浆口62,其另 一端连接吸浆头20;伸缩臂设置在滑动小车9上,伸缩臂的活动末端设有抓手,抓手装夹吸 浆头20。控制组件包括控制箱1、气压传感器、检测探针17、导气管23和电磁阀,控制箱1 安装在盾构机车架中部,气压传感器安装在吸浆箱6内顶部,检测探针17安装在滑动小车9 内,并通过固定在滑动小车9内的升降装置相对滑动小车9向下升降,检测探针17的下部末 端设有电极探头;检测探针17上部安装有导气管23,导气管23的出口绕检测探针17周向 轮廓上形成一环形出口,环形出口正对检测探针17的下部末端;导气管23通过电磁阀连接 储气罐4的排气口;电机2、气压传感器、电极探头、电磁阀和升降装置分别电连接控制箱1。

如图2-3所示,吸浆箱6为箱型结构,吸浆箱6下部侧壁朝内倾斜形成漏斗状,出浆口 63和进浆口62对称设置在吸浆箱6下部倾斜侧壁;吸浆箱6下部倾斜侧壁靠近出浆口63处 还设有可拆的密封清洗窗口64。这样可以加快排浆时泥浆的流速,如果发生沉淀泥浆无法外 排时,可以通过打开此窗口进行人工清理。吸浆箱6底部端脚处分别设有固定脚架,固定脚 架与盾构机车架之间通过螺栓固定。这样方便吸浆箱6进行固定。吸浆箱6的进浆口62和出 浆口63处均设有球阀,排浆管8和吸浆管7均为高压钢丝软管。球阀可以实现对吸浆箱6的 开关控制,为更好实现自动化,球阀为电磁球阀,并电连接控制箱1。

其中,换向阀5为两位三通电磁换向阀5,换向阀5的工作油口连接吸浆箱6的吸气口 61,换向阀5的进油口和或回油口分别对应连接真空泵3进气端、储气罐4的排气口。电磁 换向阀5可以更好实现回路的切换,实现自动控制。

如图4-5所示,滑动小车9包括车厢、车轮和电连接控制箱1的驱动电机2,车轮设置 在车厢顶部并与导轨10接触,车轮连接固定在车厢内顶部。车厢内分为第一腔室和第二腔室, 第二腔室底部设有电动开合的翻盖;伸缩臂一端安装在第一腔室内,升降装置安装在第二腔 室内。这样可以使得滑动小车9可以收纳执行工作的部件,在平时避免泥水飞溅污染。伸缩 臂包括第一电动伸缩杆18和第二电动伸缩杆19,第一电动伸缩杆18固定端与第一腔室顶部 球连接;第二电动伸缩杆19与第一腔室顶部铰接,其另一端与第一电动伸缩杆18铰接;第 一电动伸缩杆18和第二电动伸缩杆19均为收缩状态时,第一电动伸缩杆18和第二电动伸缩 杆19均位于第一腔室内;吸浆头20与第一电动伸缩杆18的活动端球连接。伸缩臂可以伸缩 收叠,这样方便工作时候调整吸浆头20与地面的距离。升降装置包括固定杆11、电动升降 杆12、电动回转端13、横杆14和电动滑块15,固定杆11竖直安装在第二腔室中间,其上 端与第二腔室顶部固定连接,电动升降杆12与固定杆11滑动连接,并相对固定杆11滑动升 降,电动回转端13安装在电动升降杆12的下部末端,横杆14水平设置且其顶部中间与电动 回转端13底部连接,横杆14下端面沿其长度方向设置有滑动凹槽,电动滑块15安装在滑动 凹槽上并能够沿滑动凹槽滑动;电动滑块15上还设有电动翻折部16,电动翻折部16连接检 测探针17,并能够使其相对横杆14水平收叠及相对垂直展开;升降装置能够升降收叠到第 二腔室中。其中,电动滑块15通过横杆14形成一个圆形面的运动区间,横杆14的半径大小 即电动滑块15的移动范围,升降装置可以进行展开和收叠,方便工作和维护。

如图5所示,检测探针17包括杆体,杆体顶部一端设置在电动滑块15的电动翻折部16 上,其底部一端为U型叉结构.U型叉结构长15cm,U型叉的间距为1mm;检测探针17的底部 末端设有厚度为2mm的耐磨橡胶,位于耐磨橡胶内设有压力传感器,压力传感器连接控制箱 1;电极探头包括对称设置的电极片24,电极片24对称设置在杆体U型叉内相对两侧,电极 片24分别连接控制箱1;导气管23的出口对应设置在杆体U型叉结构的底部。控制箱1通 过电极片24之间的导电情况判断积水深度,通过升降装置带动检测探针17移动可以实现对 横杆14旋转范围内区域的有无积水的检测,以方便控制箱1控制吸浆组件工作。

如图6所示,吸浆头20包括吸头本体21和弹性外盖,吸头本体21内设有一开口向下的 容腔,其顶部连接吸浆管7。弹性外盖套接在吸头本体21外,弹性外盖上端小下端大,其上 端与吸头本体21外侧周向连接,其下端为开口设置且周向设置若干半圆形凹槽,且与吸头本 体21下端距离2cm。弹性外盖为硬质橡胶构成,其对应吸头本体21连接处为弹性橡胶;半 圆形凹槽半径为3cm;吸头本体21下端部与弹性外盖下端部在受外力时最小距离不大于1cm。 通常的吸浆头20在使用时已经调节好与地面之间的距离,或者通过测距设备调节与地面之间 距离,但是在实际工况中,隧道中积水为泥水混合,吸浆头20距离调节不到位会导致吸力不 足,吸浆效果差等问题;而这里设置弹性外盖可以实现吸浆头20调节简便,吸浆效果得到有 效控制;具体是根据检测探针17检查结果,通过伸缩臂控制吸浆头20与地面接触力大小; 泥水深时候,弹性外盖接触地面即可,泥水浅时候,对吸浆头20施加压力,使得吸头本体 21与地面距离变小,弹性外盖与吸头本体21的设置又可以保证吸头本体21与地面最小距离 保持在一定范围内,协调了吸力和防止吸口过小的问题。

本方案中储气组件可以对真空泵3抽出气体进行存储,使得能量可以循环利用;具体流 程为通过换向阀5使得吸浆过程,真空泵3将吸浆箱6中气体泵入储气罐4中,在排浆过程, 换向阀5将储气罐4和吸浆箱6连通,这样储气罐4中的气体排出到吸浆箱6中使得浆水排 出。吸浆组件可以实现对盾构机车架所处区域是否有浆水检测并引导吸浆头20对应吸取,这 里整个控制及检测由控制组件完成。

本发明真空泵3选用XD-100型,真空度≥0.095MPa,抽率为100L/min,功率为11KW, 转速为900-1000r/min,温升≤60℃。根据现场实际测试,该真空泵3可以对半径为35米的 圆周范围内的泥浆进行吸收。另外XD-100型真空泵3在泵的吸气口61装有逆止阀,当泵停 止工作时逆止阀与泵内专门设置的充气孔联合作用,可以立即使泵与被抽系统隔离,防止泵 油返入被抽系统,同时也保持了真空容器内的真空度。

吸浆箱6安装位置的选择:结合实际施工现场,最容易产生泥浆的地方属于连接桥下部 和盾构机5号拖车架尾部渣土口位置,而泵的吸收范围在35米以内。由于盾构机车架实际长 度约70米,且能存放真空吸浆箱6和吸浆设备的地方只有3号拖车尾部左侧位置,属于盾构 机车架的整中央位置,这样以来,不仅满足了真空泵3的吸收范围,在排浆时也不用再通过 开动电机2车来调整渣土箱的位置就可以直接将泥浆排入土箱内,从一定程度上也节约了时 间。

吸浆箱6的设计:受安装位置的限制,吸浆箱6不能设计太大,根据后配套3号拖车尾 部左侧位置,吸浆箱6设计为长1800mm,宽900mm,高1800mm,一次性可以存放2.5m3的泥 浆。然而,最大的问题是泥浆吸入到吸浆箱6后会产生沉淀,给排浆带来一定的难度,根据 现场实际情况,排浆口并不能设计在真空罐底部,底部不但空间受限,另外操作及其不便。 针对此问题,首先对吸浆箱6整体形态做出了改进,将底部往上339mm的高度设计为斜坡型, 加快排浆时泥浆的流速。另外,在靠近外侧的斜坡上设计了一个长560mm宽300mm的窗口, 并加两道内部胶条密封进行密封,周边采用18颗M12X25-8.8的螺栓进行复紧。如此以来, 如果发生沉淀泥浆无法外排时,可以通过打开此窗口进行人工清理。由于斜坡型的设计会带 使吸浆箱6放置不稳,因此在吸浆箱6四个角的位置焊接脚架进行固定。

进浆口62设置在吸浆箱6上部位置,外部安装80mm球阀来控制吸浆的开始与停止,吸 浆管7选用80mm的高压钢丝软管,从车架顶部铺设至连接桥位置。出浆口63设置在侧面下 部,外部同样采用80mm球阀来控制排浆的起停。

吸入泥浆:换向阀5调至接通真空泵3,按下开关控制箱1启动按钮,三相异步电机2 转动,带动真空泵3工作,吸浆箱6中的空气源源不断地经过换向阀5,从真空泵3中进入 到储气罐4内。吸浆箱6内空气减少,则会形成负压,使得连接吸浆箱6进口的管路具备较 强的吸力,不断吸入盾构机底部的泥浆。泥浆进入到吸浆箱6中,受到重力的作用,下落至 底部,保证气路的畅通。当完成工作后,关闭吸浆箱6进口球阀,按下开关控制箱1停止按 钮,关闭电机2运行。

排出泥浆:打开吸浆箱6出口球阀,换向阀5调至接通储气罐4。储气罐4中具有很强 的气压,空气经过换向阀5进入到吸浆箱6,吸浆箱6由于内部压力增加,加速内部泥浆的 排出。如果出现气压不够的情况时,按下开关控制箱1的启动按钮,电机2转动带动真空泵 3工作,从外部吸入空气进入储气罐4,增加储气罐4内部气压,保证系统的正常工作。

操作过程:控制箱1控制滑动小车9移动,并设定移动距离;滑动小车9停止后,控制 箱1控制升降装置展开,并使得检测探针17在区域内展开,具体是电动翻折部16控制检测 探针17向下展开,检测探针17的压力传感器检测到信号时候,控制箱1接受检测探针17的 电极探头检测信号,判断是否有泥浆水及其深度,电动翻折部16控制检测探针17向上收叠, 导气管23对检测探针17喷气清洗;在多个区域内重复上述过程;以使得控制箱1判断泥浆 沉积情况。在判断控泥浆沉积情况后,制箱控制吸浆头20下移,吸浆系统工作。在这个过程 中检测探针17同时配合工作,以方便清楚吸浆情况。当然,为更好去除泥浆,在滑动小车9 中也可以设置喷水喷头,喷水喷头连接供水系统,供水系统连接控制箱1。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本发明的专 利申请范围,凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更,均应属于本发明 所涵盖专利范围。

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