一种水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法与流程

本发明涉及水利管道施工设备领域，具体为一种水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法。

背景技术：

顶管机是水利工程中地下管道施工的一种常用设备，通过顶管机钻头钻洞，利用液压油缸顶住顶管机和管道一起掘进，从而使得管道连通两处，顶管机在工作时，需要持续供水对顶管机头端刀盘上的合金钻头进行冷却降温，同时水流将钻洞产生的泥块带出，且顶管机头端一般设置粉碎机构，用于粉碎泥块，防止泥块堵塞排泥管

然而，现有的顶管机的粉碎机构一般设于刀盘的内侧，因此刀头钻洞时的泥块先经过刀盘的槽口进入再经刀盘内侧的粉碎机构进行粉碎，这使得刀盘槽口的入口处容易卡住较大的泥块，造成堵塞，使得冷却水带动泥块的排出效率降低，进而导致施工效率降低，且随着刀盘槽口堵住的泥块越来越多，在供水压力不变的情况下，刀盘前端钻洞的水压增大，对提供前进的液压力抵消，进而影响施工效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法，具备施工效率高的优点，解决了背景技术中提到的技术问题。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案予以实现：一种水利管道施工用顶管机钻头机构，包括前端机壳，包括前端机壳，前端机壳内腔的一侧固定套装有定位支板，定位支板的一侧设有可旋转的联动转轴，且联动转轴由设于定位支板一侧的驱动电机驱动旋转，联动转轴远离定位支板的一端固定套装有位于前端机壳外侧的刀盘，联动转轴和刀盘的外侧均设有用于钻洞的合金刀头，且刀盘上开设有位于合金刀头处的槽口，所述联动转轴上设有可水平移动的平衡套板，且平衡套板将定位支板和刀盘之间封隔为排泥腔和进水腔，所述定位支板远离刀盘一侧的顶部和底部分别法兰连接有输水管和排泥管，其中所述输水管和排泥管分别与进水腔和排泥腔接通，且当平衡套板朝向刀盘移动一定距离后，所述输水管与排泥腔接通，排泥管与排泥腔不相通，所述联动转轴的顶部和底部均开设有导流槽，且导流槽接通进水腔和刀盘安装合金刀头一侧的空间。

可选的，所述平衡套板与定位支板之间设有两个伸缩杆，且伸缩杆的两端分别与平衡套板的侧面和定位支板的侧面固定连接。

可选的，所述定位支板远离输水管一侧的顶部固定连接有定位管，且定位管的内腔与输水管的内腔接通，所述定位管的外部活动套装有移动套管，且移动套管的内壁与定位管的外壁贴合，所述平衡套板上开设有接通移动套管内腔与排泥腔的上位通槽，所述定位管远离输水管的一侧与平衡套板的内壁之间固定连接有拉簧，且定位管的底部开设有远离输水管一侧的通孔，所述移动套管的底部开设有位于通孔下方的中间通槽，且移动套管底部的两侧均开设有通口，两个所述通口之间接通有导水软管。

可选的，所述定位支板远离排泥管一侧的底部固定连接有波纹补偿管，且波纹补偿管的内腔与排泥管的内腔相接通，所述波纹补偿管远离定位支板的一端与平衡套板的侧面固定连接，且平衡套板上开设有接通波纹补偿管内腔和排泥腔的下位通槽

可选的，所述平衡套板远离波纹补偿管的一侧固定连接有橡胶塞，且橡胶塞位于下位通槽的外围，橡胶塞远离平衡套板的一侧与锥形破碎轮的侧面活动连接。

可选的，所述前端机壳的内部固定套装有位于刀盘一侧的限定套板，且限定套板的外侧和内侧与刀盘的侧面和联动转轴外侧之间均预留有一定间隙，其中该间隙值大于槽口的高度值，所述联动转轴上固定套装有位于限定套板一侧的锥形破碎轮，且锥形破碎轮与限定套板的向对面均为斜面设计，其中两个斜面的间距值越来越小。

一种水利管道施工用顶管机钻头机构的施工方法，所述施工方法如下：

s1、先将前端机壳置于一处竖井内，并将刀盘的头端对准另一处竖井，在前端机壳远离刀盘的一端与液压设备连接，同时将输水管的一端与水泵接通，排泥管的一端接到排污处；

s2、开启液压设备使得液压缸推动前端机壳前进，同时驱动电机驱动联动转轴带动刀盘整体旋转，进行钻洞，由水泵向输水管持续输送冷却水，冷却水依次流经定位管、通孔、中间通槽、进水腔内，并从导流槽的一端流出，对联动转轴和刀盘上的合金刀头进行冷却，并带动钻洞后的泥土经槽口流至排泥腔；

s3、锥形破碎轮随联动转轴旋转，配合固定在前端机壳上的限定套板，对排泥腔内流经限定套板和锥形破碎轮之间的泥块进一步粉碎，粉碎后的泥土随水一起流经下位通槽、波纹补偿管并最终从排泥管的另一端持续排出；

s4、随着钻洞的持续进行，当刀盘上的槽口入口处被较多的土块卡住，造成堵塞时，流入排泥腔的泥水量降低，进水腔的水压增大，使得平衡套板朝向刀盘的一侧移动，至橡胶塞与锥形破碎轮接触，移动套管底部通口移动至通孔的下方，输水管内进入的冷却水经通孔、通口、导水软管、上位通槽流至排泥腔中，排泥腔进入的冷却水在槽口的内侧向外侧冲出，从而冲开卡在槽口入口处的泥块，使得泥块重新被刀盘侧面的合金刀头进一步粉碎；

s5、在槽口入口处的泥块被冲开后，随着排泥腔水压增大，大于进水腔内的水压时，配合拉簧的拉力，使得平衡套板朝向定位支板复位移动，中间通槽重新位于通孔的下方，橡胶塞与锥形破碎轮分离，冷却水经通孔、中间通槽重新进入进水腔内，排泥腔的泥水重新由下位通槽进入波纹补偿管、排泥管内，并最终在排泥管的一端排出。

本发明提供了一种水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法，具备以下有益效果：

1、该水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法，通过前端机壳内部由平衡套板封隔的排泥腔和进水腔，配合随平衡套板移动的移动套管的结构设计，在槽口的入口处被泥块堵塞后，通过移动套管相对定位管移动，使得由输水管输入的冷却水进入排泥腔中，在槽口的内侧向外侧流动，冲开堵塞在槽口外侧入口处的泥块，利用刀盘侧面的合金刀头的旋转钻洞重新破碎，使得钻洞时的泥土随水流一起流出，从而确保合金钻头的冷却效果和排泥效果，有效避免了因泥块在槽口入口处堵塞，影响排泥效果，导致顶管机钻洞掘进工程效率降低的问题。

2、该水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法，通过进水腔的进水和排泥腔的排泥压力来自调节平衡套板移动，从而在槽口入口处堵塞的泥块由排泥腔内侧向外流出的冷却水冲开后，随着排泥腔和刀盘外侧的空间水压增大，使得平衡套板复位移动，输水管与进水腔重新接通，排泥管与排泥腔重新接通，恢复正常冷却排泥的工作状态，无需停机处理，进而持续保障高效的钻洞掘进工作，相较于现有的顶管机来说，提高了管道施工效率。

3、该水利管道施工用顶管机钻头机构及施工方法，通过输水管与进水腔相通，配合联动转轴上导流槽的结构设计，使得冷却水从联动转轴的导流槽进入，再由导流槽进入刀盘安装合金刀头的一侧，对钻洞的合金刀头进行冷却，同时带动泥块流经槽口进入排泥腔中，并由排泥管排出，通过冷却水从刀盘中部的联动转轴上进入，并沿刀盘的外沿流动，对合金刀头进行冷却的同时，冷却水还有效的对合金刀头进行冲洗，防止在对黏土层进行施工时，用于钻洞的合金刀头上粘附有黏土，影响后续钻洞掘进效率的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1结构中间通槽示意图；

图3为本发明图1结构刀盘的侧视图；

图4为本发明图1结构平衡套板侧视图。

图中：1、前端机壳；101、限定套板；2、定位支板；3、联动转轴；301、导流槽；302、锥形破碎轮；4、刀盘；401、槽口；5、输水管；6、排泥管；7、平衡套板；701、上位通槽；702、下位通槽；703、橡胶塞；8、定位管；801、通孔；9、移动套管；901、中间通槽；902、通口；903、导水软管；10、波纹补偿管；11、拉簧。

具体实施方式

下面将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。

请参阅图1-4，一种水利管道施工用顶管机钻头机构，包括前端机壳1，前端机壳1内腔的一侧固定套装有定位支板2，定位支板2的侧面固定安装有动力机箱，动力机箱内设有驱动电机，驱动电机的输出轴固定连接有延伸出定位支板2另一侧的联动转轴3，且联动转轴3远离定位支板2的一端固定套装有位于前端机壳1外侧的刀盘4，联动转轴3的一端设有用于钻洞的合金刀头，刀盘4的外侧设有若干合金刀头，且刀盘4上开设有位于合金刀头处的槽口401，联动转轴3上活动套装有位于定位支板2和刀盘4之间的平衡套板7，平衡套板7的外侧和内侧分别与联动转轴3的外侧和前端机壳1的内壁密封贴合，平衡套板7将定位支板2和刀盘4之间的腔室分隔为排泥腔和进水腔，定位支板2远离刀盘4一侧的顶部和底部分别法兰连接有输水管5和排泥管6，且输水管5和排泥管6分别与进水腔和排泥腔接通，联动转轴3的顶部和底部均开设有导流槽301，且导流槽301接通进水腔和刀盘4安装合金刀头一侧的空间，冷却水由输水管5先进入进水腔，再由导流槽301进入刀盘4安装合金刀头的一侧，对钻洞的合金刀头进行冷却，同时带动泥块流经槽口401进入排泥腔中，并由排泥管6排出，通过冷却水从刀盘4中部的联动转轴3上进入，并沿刀盘4的外沿流动，对合金刀头进行冷却的同时，冷却水还有效的对合金刀头进行冲洗，防止用于钻洞的合金刀头上粘附有土泥，影响后续钻洞掘进效率的问题。

其中，平衡套板7与定位支板2之间设有两个伸缩杆，且伸缩杆的两端分别与平衡套板7的侧面和定位支板2的侧面固定连接，伸缩杆连接平衡套板7和定位支板2，在联动转轴3旋转时，联动转轴3对平衡套板7的摩擦力不会使得平衡套板7随之旋转，平衡套板7仅相对前端机壳1水平移动一段距离，且平衡套板7朝向刀盘4的一侧移动后，输水管5与进水腔接通转变为与排泥腔接通，且排泥腔与排泥管6不相通，在顶管机钻头机构正常钻洞掘进过程中，冷却水供入的压力保持稳定状态下，进水压力和排水压力保持稳定，此时进水腔和排泥腔的压力保持稳定，当较多的泥块在槽口401的入口处堵塞后，槽口401入口一侧的泥水压力增大，进水腔压力随之增大，流入排泥腔的泥水量减小，排泥腔水压减小，平衡套板7朝向刀盘4的一侧移动后，输水管5与排泥腔接通，冷却水进入排泥腔，并从槽口401的内侧流出，从而将堵塞在槽口401外侧入口处的泥块冲开，利用刀盘4侧面的合金刀头的旋转钻洞重新破碎，在槽口401恢复泥水正常流通后，随着排泥腔和刀盘4外侧的空间水压增大，使得平衡套板7复位移动，输水管5与进水腔重新接通，排泥管6与排泥腔重新接通，恢复正常冷却排泥的工作状态。

定位支板2远离输水管5一侧的顶部固定连接有定位管8，且定位管8的内腔与输水管5的内腔接通，定位管8的外部活动套装有移动套管9，且移动套管9的内壁与定位管8的外壁贴合，平衡套板7上开设有接通移动套管9内腔与排泥腔的上位通槽701，定位管8远离输水管5的一侧与平衡套板7的内壁之间固定连接有拉簧11，定位管8的底部开设有远离输水管5一侧的通孔801，移动套管9的底部开设有位于通孔801下方的中间通槽901，移动套管9底部的两侧均开设有通口902，且两个通口902之间接通有导水软管903，输水管5内的冷却水流入定位管8内，并经通孔801、中间通槽901流入进水腔内，在进水腔的水压大于排泥腔的压力时，平衡套板7向左朝向刀盘4移动，从而带动移动套管9相对定位管8水平移动，中间通槽901与通孔801错位，至通口902移动至通孔801的下方，通过导水软管903接通输水管5和排泥腔，同时输水管5与进水腔不相通，以便冷却水进入排泥腔从槽口401的内侧将槽口401外侧处堵塞的泥块冲出，从而利用槽口401外侧安装在刀盘4上的合金刀头进一步破碎，确保顶管机钻头后续钻洞掘进排泥的正常进行，保障了施工效率。

定位支板2远离排泥管6一侧的底部固定连接有波纹补偿管10，且波纹补偿管10的内腔与排泥管6的内腔相接通，波纹补偿管10远离定位支板2的一端与平衡套板7的侧面固定连接，且平衡套板7上开设有接通波纹补偿管10内腔和排泥腔的下位通槽702，进入排泥腔的泥水依次流经下位通槽702、波纹补偿管10并从排泥管6的另一端排出。

前端机壳1的内部固定套装有位于刀盘4一侧的限定套板101，且限定套板101的外侧和内侧与刀盘4的侧面和联动转轴3外侧之间均预留有一定间隙，且该间隙值大于槽口401的高度值，经过槽口401的泥块也能够经过该间隙进入前端机壳1内，联动转轴3上固定套装有位于限定套板101一侧的锥形破碎轮302，锥形破碎轮302与限定套板101的向对面均为斜面设计，且两个斜面的间距值越来越小，泥块经过锥形破碎轮302与限定套板101的间隙，进一步破碎。

平衡套板7远离波纹补偿管10的一侧固定连接有橡胶塞703，且橡胶塞703位于下位通槽702的外围，橡胶塞703远离平衡套板7的一侧与锥形破碎轮302的侧面活动连接，在进水腔水压相较于排泥腔压力增大后，平衡套板7朝向刀盘4移动，至橡胶塞703接触锥形破碎轮302，隔断排泥腔与排泥管6之间的通道，此时由输水管5进入排泥腔的冷却水不会从排泥管6回流出去，从而有效的在槽口401的内侧流出，冲开堵塞在槽口401外侧堵住的泥块，橡胶塞703具有一定厚度，在橡胶塞703接触锥形破碎轮302的期间，锥形破碎轮302相对橡胶塞703旋转，以确保长期接触摩擦存在一定程度的磨损后，平衡套板7与锥形破碎轮302之间还保持一定间距，输水管5内进入的冷却水仍能稳定的从上位通槽701处流入排泥腔。

一种水利管道施工用顶管机钻头机构的施工方法，其施工方法如下：

s1、先将前端机壳1置于一处竖井内，并将刀盘4的头端对准另一处竖井，在前端机壳1远离刀盘4的一端与液压设备连接，同时将输水管5的一端与水泵接通，排泥管6的一端接到排污处；

s2、开启液压设备使得液压缸推动前端机壳1前进，同时驱动电机驱动联动转轴3带动刀盘4整体旋转，进行钻洞，由水泵向输水管5持续输送冷却水，冷却水依次流经定位管8、通孔801、中间通槽901、进水腔内，并从导流槽301的一端流出，对联动转轴3和刀盘4上的合金刀头进行冷却，并带动钻洞后的泥土经槽口401流至排泥腔；

s3、锥形破碎轮302随联动转轴3旋转，配合固定在前端机壳1上的限定套板101，对排泥腔内流经限定套板101和锥形破碎轮302之间的泥块进一步粉碎，粉碎后的泥土随水一起流经下位通槽702、波纹补偿管10并最终从排泥管6的另一端持续排出；

s4、随着钻洞的持续进行，当刀盘4上的槽口401入口处被较多的土块卡住，造成堵塞时，流入排泥腔的泥水量降低，进水腔的水压增大，使得平衡套板7朝向刀盘4的一侧移动，至橡胶塞703与锥形破碎轮302接触，移动套管9底部通口902移动至通孔801的下方，输水管5内进入的冷却水经通孔801、通口902、导水软管903、上位通槽701流至排泥腔中，排泥腔进入的冷却水在槽口401的内侧向外侧冲出，从而冲开卡在槽口401入口处的泥块，使得泥块重新被刀盘4侧面的合金刀头进一步粉碎；

s5、在槽口401入口处的泥块被冲开后，随着排泥腔水压增大，大于进水腔内的水压时，配合拉簧11的拉力，使得平衡套板7朝向定位支板2复位移动，中间通槽901重新位于通孔801的下方，橡胶塞703与锥形破碎轮302分离，冷却水经通孔801、中间通槽901重新进入进水腔内，排泥腔的泥水重新由下位通槽702进入波纹补偿管10、排泥管6内，并最终在排泥管6的一端排出。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。