用于盾构机的钢质硬物清理装置和盾构机的制作方法

1.本发明涉及硬物清理装置技术领域，尤其涉及一种用于盾构机的钢质硬物清理装置和盾构机。


背景技术：

2.近年来，由于盾构法的突出优势及盾构施工技术的日益成熟，使得盾构法在城市化进程发展和交通需求快速增长的隧道工程中得到广泛应用，而泥水平衡盾构机因其具有施工作业安全可靠、沉降控制精度高和成型隧道绿色环保等优势，使其在各大隧道工程，尤其是在隧道质量要求和施工安全要求均较高的穿江过海隧道工程中成为首选施工装备。
3.然而，由于泥水平衡盾构机依赖管路泵送出碴，而泥水平衡盾构机在面临经过含有碎钢筋节的复杂地层工况，或者面临经过难探测基桩的工况，或者刀具刀座异常破落等工况时，渣浆中将会裹入断裂的螺栓、基桩钢筋段或者断裂的刀具刀座等钢质硬物，当钢质硬物滞留在开挖仓后，一方面，会对刀盘和盾体进行重复性破坏，另一方面，当钢质硬物经过环流系统随渣浆疏排过程中，会对管路、泵及阀组等进行二次损害，不仅缩短了盾构机的使用寿命，降低了企业的经济效益，而且加剧了盾构法的施工风险。
4.因此，如何延长盾构机的使用寿命，提升企业经济效益，并减小盾构法施工风险，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于盾构机的钢质硬物清理装置，以延长盾构机的使用寿命，提升企业经济效益，并减小盾构法施工风险。
6.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.一种用于盾构机的钢质硬物清理装置，包括：
8.前盾壳体，所述前盾壳体的内部腔体通过前盾隔板划分为开挖仓和用于安装刀盘的刀盘常压箱体；
9.设置于所述前盾壳体的内壁上的第一电永磁体，且所述第一电永磁体位于所述开挖仓的底部；
10.设置于所述刀盘常压箱体的背侧的清渣器，所述清渣器包括用于控制所述开挖仓与所述刀盘常压箱体的通断的闸门、与所述闸门可拆卸连接的清渣筒、设置于所述清渣筒内的第二电永磁体和与所述清渣筒远离所述闸门的一端可拆卸连接的密封座，所述第二电永磁体的磁性大于所述第一电永磁体的磁性，所述清渣筒远离所述密封座的一端朝向所述第一电永磁体；
11.接渣输送系统，用于接收所述清渣筒内的钢质硬物并将所述钢质硬物输送至盾构机的外部；以及
12.辅助控制系统，所述辅助控制系统与所述清渣器和所述第一电永磁体电连接。
13.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述清渣器还包括设置于所
述清渣筒内的清渣油缸和用于安装所述第二电永磁体的安装座，所述清渣油缸的伸缩端与安装座铰接，所述清渣油缸的非伸缩端与所述密封座可拆卸连接。
14.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述清渣器还包括与所述辅助控制系统电连接的重量监测系统，用于监测所述第二电永磁体的磁极面所吸附到的零件重量信息，并根据所述零件重量信息实时调节所述清渣油缸的伸缩端的伸缩长度。
15.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述清渣筒的最大可容纳重量设定值不小于所述第二电永磁体的最大可吸附重量设定值。
16.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述第一电永磁体为与所述前盾壳体的内壁贴合的弧形电永磁体，所述前盾壳体的内壁设有用于嵌入安装所述弧形电永磁体的安装结构。
17.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述安装结构包括沿所述前盾壳体的周向设置于所述第一电永磁体的两端的第一磁体保护座和第二磁体保护座，以及沿所述前盾壳体的轴向设置于所述第一电永磁体的两端的第一导溜板和第二导溜板，所述第一磁体保护座、所述第二磁体保护座、所述第一导溜板和所述第二导溜板合围形成能够使所述第一电永磁体嵌入的嵌入空间。
18.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述第一磁体保护座和第二磁体保护座均高于所述第一电永磁体的内弧面最高位置。
19.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述第一导溜板和所述第二导溜板均为与所述第一电永磁体的弧度一致的弧形板状件，所述第二导溜板位于所述第一电永磁体靠近泥浆门的一侧，且所述第二导溜板设有用于避让泥浆门的避让部。
20.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述第一电永磁体的磁性面设置有耐磨层。
21.优选地，在上述用于盾构机的钢质硬物清理装置中，所述清渣筒的外壁设有限位凸台和密封槽，所述闸门设有用于安装所述清渣筒的安装孔，且所述安装孔的内壁上设有与所述限位凸台配合的止挡凸台。
22.一种盾构机，包括如上任意一项所述的用于盾构机的钢质硬物清理装置。
23.使用本发明所提供的用于盾构机的钢质硬物清理装置时，将第一电永磁体的电控开关启动，使第一电永磁体具备磁性，以通过第一电永磁体对散落在开挖仓底部的钢质硬物进行吸附阻拦；通过辅助控制系统开启闸门，使开挖仓和刀盘常压箱体连通，通过辅助控制系统启动清渣器的电控开关，使第二电永磁体具备磁性，由于清渣器设置于刀盘常压箱体内，清渣筒远离密封座的一端朝向第一电永磁体，第二电永磁体的磁性大于第一电永磁体的磁性，第二电永磁体位于清渣筒内，因此，当清渣器随刀盘转动至吸附有钢质硬物的第一电永磁体附近时，第二电永磁体能够将钢质硬物吸附在清渣筒内，待清渣筒内装满钢质硬物后，操作人员将清渣筒、第二电永磁体和密封座取下，并通过辅助控制系统关闭清渣器的电控开关，使第二电永磁体的磁性消失，使钢质硬物进入接渣输送系统，由接渣输送系统将钢质硬物输送到盾构机的外部。由此可见，本发明所提供的用于盾构机的钢质硬物清理装置能够将滞留在开挖仓中的钢质硬物(如断裂的螺栓、断裂的刀具刀座和基桩钢筋段等)进行阻拦并吸附收集，并输送到盾构机的外部，减少了对刀盘和盾体的重复性破坏，以及对管路、泵及阀组所造成的二次损害，不仅延长了盾构机的使用寿命，提升了企业经济效益，
而且减小盾构法施工风险。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例所提供的一种用于盾构机的钢质硬物清理装置的结构示意图；
26.图2为本发明实施例所提供的一种第一电永磁体嵌入安装结构的结构示意图；
27.图3为本本发明实施例所提供的一种清渣器的爆炸结构示意图；
28.图4为本本发明实施例所提供的一种清渣器的安装位置轴侧示意图；
29.图5为本发明实施例所提供的一种第一电永磁体的安装位置示意图；
30.图6为本发明实施例所提供的图5中i处的局部放大结构示意图；
31.图7为本发明实施例所提供的一种清渣器在前盾壳体上的分布示意图；
32.图8为本发明实施例所提供的一种钢质硬物清理装置通过第一电永磁体吸附钢质硬物的过程示意图；
33.图9为本发明实施例所提供的一种钢质硬物清理装置通过清渣器吸附钢质硬物的过程示意图；
34.图10为本发明实施例所提供的一种接渣输送系统接收并输送钢质硬物的过程示意图。
35.其中，100为前盾壳体，101为开挖仓，102为刀盘常压箱体，103为安装结构，1031为第一磁体保护座，1032为第二磁体保护座，1033为第一导溜板，1034为第二导溜板，200为第一电永磁体，201为耐磨层，300为清渣器，301为闸门，302为清渣筒，303为第二电永磁体，304为密封座，305为清渣油缸，306为第一螺栓组，307为第二螺栓组，308为第三螺栓组，400为钢质硬物，500为泥浆门，600为接渣输送系统，601为接渣组件，602为输送组件。
具体实施方式
36.有鉴于此，本发明的核心在于提供一种用于盾构机的钢质硬物清理装置，以延长盾构机的使用寿命，提升企业经济效益，并减小盾构法施工风险。
37.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。
38.如图1至图10所示，本发明实施例公开了一种用于盾构机的钢质硬物清理装置，包括前盾壳体100、第一电永磁体200、清渣器300、接渣输送系统600和辅助控制系统。
39.其中，前盾壳体100的内部腔体通过前盾隔板划分为开挖仓101和用于安装刀盘的刀盘常压箱体102；第一电永磁体200设置于前盾壳体100的内壁上，且第一电永磁体200位于开挖仓101的底部；清渣器300设置于刀盘常压箱体102，清渣器300包括用于控制开挖仓
101与刀盘常压箱体102的通断的闸门301、与闸门301可拆卸连接的清渣筒302、设置于清渣筒302内的第二电永磁体303和与清渣筒302远离闸门301的一端可拆卸连接的密封座304，第二电永磁体303的磁性大于第一电永磁体200的磁性，清渣筒302远离密封座304的一端朝向第一电永磁体200；接渣输送系统600用于接收清渣筒302内的钢质硬物400并将钢质硬物400输送至盾构机的外部；辅助控制系统与清渣器300和第一电永磁体200电连接。
40.使用本发明所提供的用于盾构机的钢质硬物清理装置时，将第一电永磁体200的电控开关启动，使第一电永磁体200具备磁性，以通过第一电永磁体200对散落在开挖仓101底部的钢质硬物400进行吸附阻拦；通过辅助控制系统开启闸门301，使开挖仓101和刀盘常压箱体102连通，通过辅助控制系统启动清渣器300的电控开关，使第二电永磁体303具备磁性，由于清渣器300设置于刀盘常压箱体102内，清渣筒302远离密封座304的一端朝向第一电永磁体200，第二电永磁体303的磁性大于第一电永磁体200的磁性，第二电永磁体303位于清渣筒302内，因此，当清渣器300随刀盘转动至吸附有钢质硬物400的第一电永磁体200附近时，第二电永磁体303能够将钢质硬物400吸附在清渣筒302内，待清渣筒302内装满钢质硬物400后，操作人员将清渣筒302、第二电永磁体303和密封座304取下，并通过辅助控制系统关闭清渣器300的电控开关，使第二电永磁体303的磁性消失，使钢质硬物400进入接渣输送系统600，由接渣输送系统600将钢质硬物400输送到盾构机的外部。由此可见，本发明所提供的用于盾构机的钢质硬物清理装置能够将滞留在开挖仓101中的钢质硬物400(如断裂的螺栓、断裂的刀具刀座和基桩钢筋段等)进行阻拦并吸附收集，并输送到盾构机的外部，减少了对刀盘和盾体的重复性破坏，以及对管路、泵及阀组所造成的二次损害，不仅延长了盾构机的使用寿命，提升了企业经济效益，而且减小盾构法施工风险。
41.应当理解，本发明对上述清渣器300的数量和分布形式不作具体限定，实际应用中可以根据实际情况适应性调节数量和分布形式，只要是能够满足使用要求的数量和分布形式均属于本发明保护范围内；可选地，如图7所示，本发明一具体实施例中，清渣器300的数量为三个，并且前前盾壳体100的周向均匀分布，亦即相邻清渣器300之间的角度间隔为120
°
。
42.另外，上述接渣输送系统600包括用于接收钢质硬物400的接渣组件601和用于输送钢质硬物400的输送组件602，上述接渣组件601可以是吊篮、带吊环的木箱或者铁篮等类型的零件，只要是能够满足使用要求的零件均属于本发明保护范围内；输送组件602可以是吊运设备、转运小车或者其二者的组合等类型，只要是能够将钢质硬物400输送至盾构机外部的零件均属于本发明保护范围内。
43.并且，本发明对第一电永磁体200和第二电永磁体303的磁性，以及二者磁性的差值不作具体限定，实际应用中可以根据实际需求调整。
44.具体地，根据磁场力f计算公式为其中μ0为真空导磁率，为工作气隙，h为电永磁体的磁动势，s为电永磁体表面积；设计时除上述因素外，还需考虑与之相关的电流大小、最大可吸附刚质物重量等因素；在本发明实施例中，若取μ0、和h等参数相同情况下，第一电永磁体200的表面积约为第二电永磁体303的表面积的10倍，即可认为在其它参数一定时，第二电永磁体303的磁性是第一电永磁体200的磁性的10倍，此时，第二电永磁体303对第一电永磁体200拦截的钢质硬物具有较好的吸附效果。
45.如图3所示，清渣器300还包括设置于清渣筒302内的清渣油缸305和用于安装第二
电永磁体303的安装座，清渣油缸305的伸缩端与安装座铰接，清渣油缸305的非伸缩端与密封座304可拆卸连接，以通过清渣油缸305的伸缩端带动第二电永磁体303在清渣筒302内作伸缩运动，调节清渣筒302的集渣腔的大小，最大限度的收集钢质硬物400，提高钢质硬物400的清理效率。
46.进一步地，清渣器300还包括与辅助控制系统电连接的重量监测系统，用于监测第二电永磁体303的磁极面所吸附到的零件重量信息，并根据零件重量信息实时调节清渣油缸305的伸缩端的伸缩长度，以根据重量监测系统反馈的零件重量信息，实时调节清渣筒302的集渣腔大小，提高该钢质硬物清理装置的自动化程度。
47.具体地，将清渣油缸305的伸缩运动与第二电永磁体303吸附钢质硬物400的吸附进行联动设计，随着第二电永磁体303的磁性面逐渐吸附钢质硬物400，并通过重量监测系统将吸附到的钢质硬物400重量信息反馈至辅助控制系统时，辅助控制系统根据重量信息控制清渣油缸305启动并缓慢收缩，直至清渣油缸305收缩到设定值，此时清渣筒302内部与第二电永磁体303的磁性面组成的集渣腔达到最大值。
48.需要说明的是，为防止由于清渣油缸305收缩较快，导致出现清渣筒302内部与第二电永磁体303的磁性面组成的集渣腔达到最大容积时，但清渣筒302内吸附的钢质硬物400却很少，无法满足清渣需求的现象，本发明使清渣筒302的最大可容纳重量设定值不小于第二电永磁体303的最大可吸附重量设定值，只有当最大容积的集渣腔内吸附的钢质硬质重量等于或者大于最大可容纳重量设定值时，才能保证清渣筒302内为满腔吸附物，从而使该钢质硬物清理装置具有最大的清理效率。
49.应当理解，上述集渣腔内吸附的钢质硬质重量大于最大可容纳重量设定值是瞬时发生的，在钢质硬质重量大于最大可容纳重量设定值的瞬间，超出最大可容纳重量设定值的钢质硬物400会随着刀盘转动而再次掉落入开挖仓101内，在后续的清理过程中重新被吸附。
50.如图2所示，第一电永磁体200为与前盾壳体100的内壁贴合的弧形电永磁体，前盾壳体100的内壁设有用于嵌入安装弧形电永磁体的安装结构103，以将弧形电永磁体安装在安装结构103中，通过弧形电永磁体减少对开挖仓101底部渣块流动的阻挡。
51.需要说明的是，上述安装结构103可以是在前盾壳体100的内壁切割出的凹陷结构，或者是由一个或者多个零部件连接形成的安装结构103，只要是能够满足弧形电永磁体的安装要求的结构均属于本发明保护范围内；可选地，本发明实施例提供了一种具体的安装结构103。
52.具体地，安装结构103包括沿前盾壳体100的周向设置于第一电永磁体200的两端的第一磁体保护座1031和第二磁体保护座1032，以及沿前盾壳体100的轴向设置于第一电永磁体200的两端的第一导溜板1033和第二导溜板1034，第一磁体保护座1031、第二磁体保护座1032、第一导溜板1033和第二导溜板1034合围形成能够使第一电永磁体200嵌入的嵌入空间，以将弧形结构的第一电永磁体200嵌入至嵌入空间内，通过第一磁体保护座1031、第二磁体保护座1032、第一导溜板1033和第二导溜板1034对第一电永磁体200进行限位固定。
53.另外，第一磁体保护座1031和第二磁体保护座1032均高于第一电永磁体200的内弧面最高位置，以防止钢质硬物400在刀盘的带动下，沿前盾壳体100的周向刮磨第一电永
磁体200的两侧边，导致第一电永磁体200的使用寿命缩短，增加企业的经济成本。
54.应当理解，本发明对上述第一磁体保护座1031和第二磁体保护座1032相对于第一电永磁体200的内弧面最高位置的高出距离不作具体限定，实际应用中，可以根据实际需求适应性调节高出距离值，只要是能够满足使用要求的高出距离均属于本发明保护范围内；可选地，本发明所提供的第一磁体保护座1031和第二磁体保护座1032相对于第一电永磁体200的内弧面最高位置的高出距离为10mm-20mm。
55.并且，上述第一导溜板1033和第二导溜板1034均为与第一电永磁体200的弧度一致的弧形板状件，第一导溜板1033和第二导溜板1034的底部均与前盾壳体100的内壁面贴合，以与第一电永磁体200组成一个弧形斜坡，有效降低对开挖仓101底部渣块流动的阻塞；第二导溜板1034位于第一电永磁体200靠近泥浆门500的一侧，且第二导溜板1034的中部设有用于避让泥浆门500的避让部，一方面，确保泥浆门500开闭或泥浆门500保压工装的占位空间，另一方面，由避让部形成的弧形斜坡可对开挖仓101底部渣块进行导流至气垫仓内，或者将钢质硬物400导流至第一电永磁体200上。
56.如图6所示，第一电永磁体200的磁性面设置有耐磨层201，以减小第一电永磁体200的磁性面磨损；第一电永磁体200的磁性面只有在需要清理钢质硬物400时开启，其余工况时均为常关闭状态，即无磁性状态。
57.上述耐磨层201可以是碳化铬耐磨金属材料、高锰钢耐磨材料或者碳化钨金属耐磨材料等，只要是能够满足该钢质硬物清理装置的耐磨要求的材料均属于本发明保护范围内。
58.进一步地，本发明所提供的清渣筒302的外壁设有限位凸台和密封槽，闸门301设有用于安装清渣筒302的安装孔，且安装孔的内壁上设有与限位凸台配合的止挡凸台，以通过限位凸台和止挡凸台的配合限制清渣筒302的轴向位置。
59.应当理解，上述闸门301与清渣筒302之间，清渣油缸305与密封座304之间，以及密封座304的后端面与清渣筒302的后端面之间均可以采用螺栓连接、卡扣连接或者键连接，只要是能够实现可拆卸的连接方式均属于本发明保护范围内；可选的，本发明一具体实施例中，清渣筒302设在闸门301的安装孔中，清渣筒302通过其前端部的限位凸台和止挡凸台的配合实现轴向限位，通过第一螺栓组306将清渣筒302的后端部与闸门301可拆卸连接，清渣油缸305靠近密封座304的一端通过第二螺栓组307与密封座304内部底端面安装座可拆卸连接，密封座304与清渣筒302远离闸门301的一端通过第三螺栓组308实现可拆卸连接。
60.此外，本发明还公开了一种盾构机，包括如上所述的用于盾构机的钢质硬物清理装置，因此兼具了上述用于盾构机的钢质硬物清理装置的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。
61.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
62.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。