轴心真空排渣式垂直掘进头的制作方法

本发明涉及坑道掘进施工设备技术领域，特别是涉及一种轴心真空排渣式垂直掘进头。

背景技术：

高水平放射性废物(简称高放废物)具有放射性强、毒性大、半衰期长的特点，对其进行最终安全处置难度极大，面临一系列的科学、技术和工程挑战。能否最终安全处置高放废物是关系到核工业可持续发展和环境保护的战略性课题；目前，国际上普遍认为技术可行的最终处置高放废物的方式为深地质处置，即将高放废物埋置在500m～1000m深度范围内稳定的地质体中；这类需要进行深地质处置的对象包括：高放玻璃固化体、其他类型高放固体废物、α固体废物、重水堆乏燃料、高温气冷堆乏燃料和其他乏燃料；在无人区设置专门的处置库是较好的方案，并且将处置对象竖向处置优于水平处置。

处置库包括水平的通道和通道上竖直向下的处置坑，一种可能的处置坑尺寸为直径1.4m和深度10m，从处置库长期安全性和稳定性角度出发，处置坑要求成洞尺寸精度高、围岩开挖损伤小，而钻爆法由于成洞精度难于控制且对围岩损伤过大，难以满足处置坑开挖要求，因此，国际一般采用机械开挖法进行处置坑施工，目前，芬兰和瑞典开发了花岗岩处置坑开挖设备，但设备存在开挖效率低、出渣效果差等问题，总体上设备设计及应用不成熟，处置坑施工空间有限且围岩强度高，所以对设备的紧凑型设计、高效破岩、高效出渣、快速组装及移动等性能均提出了较高要求，目前还没有成型的破岩机械可以满足处置坑的开挖要求。

处置坑的开挖设备可借用隧道盾构机的开挖原理，但由于由水平开挖转为垂直开挖，除刀盘处有与普通隧道盾构机刀盘局部相似的方面，开挖设备的其余部分构造需求完全不同。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种垂直掘进设备上所使用的掘进头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轴心真空排渣式垂直掘进头，具有前盾和后盾，前盾上具有刀盘和驱动刀盘旋转的液压马达，所述液压马达的小齿轮和与刀盘固定连接的大齿轮啮合，圆周排列的至少三只油缸的固定端和伸出端分别铰接在前盾与后盾上，前盾与后盾的外圈结合部球面副密闭联接，在油缸驱动和球面副的作用下前盾可作任意方向的摆动以调节掘进方向，所述后盾轴线上具有设置在后盾上与后盾同轴的第一排渣管，所述刀盘轴线上具有设置在刀盘上与刀盘同轴的第二排渣管，所述第一排渣管与第二排渣管之间由球面副密闭联接；所述刀盘具有刀壳和安装滚刀的盘面，所述刀壳和盘面之间为容渣腔，所述第二排渣管的前口部固定在刀壳上，所述盘面上设有吸渣孔，所述吸渣孔经容容渣腔与第二排渣管相通。

上述方案是一种重新设计的使用真空吸渣排渣手段的、满足垂直掘进需要的掘进头。

为了提高吸渣能力，所述盘面上设有与所述吸渣孔相通的引渣槽，在刀盘旋转时通过引渣槽可以依次吸取较小区域的渣石。

为使盾体在已开挖的坑体内状态稳定，所述前盾外壁上圆周等分设置有至少三个下稳定器，所述后盾外壁上圆周等分设置有至少三个上稳定器，由稳定器抵在坑体内壁上。

为使掘进头便于和管节相连以及传递扭矩，所述后盾的上端面上设有与管节下端面突起部联接的槽口，所述槽口处设有插入与管节所述突起部连接柱销的柱销孔。

为了将刀盘旋转的反作用扭矩最终传递到掘进设备的主体上，所述前盾上位于刀盘上方的壳体外壁上设有轴向的第一止转槽，所述后盾外壁上设有轴向的与第一止转槽处于相同圆周位置的第二止转槽，止转槽可配合与掘进设备主体上的止转突起上。

为了掘进头的接线，所述后盾上具将管线从外壁上引向掘进头内腔的斜向通道，所述的管线包括电线、控制线、信号线、油管和/或气管等。

本发明的有益效果是：本发明所提供的一种轴心真空排渣式垂直掘进头，前后盾密闭可转向联接，前后盾轴线上分别设置的排渣管密闭可转向联接，排渣管可与外部的真空吸渣装置的管道相连，刀盘上的吸渣孔和容渣腔与排渣管相连，本掘进头可实现良好的垂直掘进。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的仰视图；

图5为图3的a-a剖视图；

图6为图5的b处放大图；

图7为图5的c处放大图。

图中，1、前盾，2、后盾，3、刀盘，3-1、刀壳，3-2、盘面，3-3、容渣腔，3-4、吸渣孔，3-5、引渣槽，4、液压马达，5、小齿轮，6、大齿轮，7、油缸，8、第一排渣管，9、第二排渣管，10、下稳定器，11、上稳定器，12、槽口，13、连接柱销，14、第一止转槽，15、第二止转槽，16、斜向通道。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1和5的本发明的一种轴心真空排渣式垂直掘进头，具有前盾1和后盾2，前盾1上具有旋转的刀盘3和驱动刀盘3旋转的液压马达4，液压马达4的小齿轮5和与刀盘3固定连接的大齿轮6啮合，圆周排列的三只油缸7的固定端和伸出端分别铰接在前盾1与后盾2上，油缸7的数量上为三只时即可以实现前盾1的向下掘进方向的全角度的调节，若掘进头的直径较大时，油缸7的数量也可以增加，前盾1与后盾2的外圈结合部球面副密闭联接，在油缸7驱动和球面副的作用下前盾作任意方向的摆动以调节掘进方向，如附图5上，突起的球面设置在后盾2上，内凹的球面设置在前盾1上，为实现密封，在球面副的结合处还设置密封圈，后盾2轴线上具有设置在后盾2上同轴的第一排渣管8，刀盘3轴线上具有设置在刀盘3上同轴的第二排渣管9，第一排渣管8与第二排渣管9之间由球面副密闭联接，第一排渣管8与第二排渣管9的联接结构如附图6，第二排渣管9的后口部外圈为球面形，与第一排渣管8固定的连接件上具有内凹球面，同样，球面接触处设置密封圈；刀盘3具有刀壳3-1和安装滚刀的盘面3-2，刀壳3-1和盘面3-2之间为容渣腔3-3，第二排渣管9口部固定在刀壳3-1上，刀壳3-1上设有开孔，第二排渣管9的下口部周圈密闭式焊接在刀壳3-1上的开孔处，盘面3-2上设有吸渣孔3-4，吸渣孔3-4经容渣腔3-3与第二排渣管9相通，容渣腔3-3收集吸渣孔3-4吸入的渣石后被吸入第二排渣管9；

如附图4，盘面3-2上设有与吸渣孔3-4相通的引渣槽3-5，引渣槽3-5可减小吸入面从而增加渣石的流速，相当于是在掘进端面上的对局部区域依次的吸渣，可以减少真空吸渣设备的功耗；

前盾1外壁上圆周等分设置有至少三个下稳定器10，后盾2外壁上圆周等分设置有至少三个上稳定器11，两处的稳定器结构上可选外表面设置高硬度耐磨转动钢球，所分布稳定器的轮廓外径与刀盘3的掘进内径一致；

后盾2的上端面上设有与管节下端面突起部联接的槽口12，槽口12处设有插入与管节突起部连接柱销13的柱销孔；

前盾1上位于刀盘3上方的壳体上设有轴向的第一止转槽14，后盾2上设有与第一止转槽14处于相同圆周位置的第二止转槽15；

后盾2上具将管线从外壁上引向掘进头内腔的斜向通道16。

需要说明的是，后盾2在结构上除需要与前盾1相连、还要具有可与管节相连的结构，本实施例的后盾2又分为前部和后部，前部是为了与前盾1相连，后部是为了与管节相连，而且前部和后部被制成了分体式，相应的第一排渣管8也被制成了分体式，分体的第一排渣管8在相连处采用如附图7的锥面连接结构，相连处的端面上设置密封圈。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。