一种用于盾构机渣土仓内滞排渣土清理的破碎装置的制作方法

1.本实用新型涉及盾构机技术领域，特别涉及一种用于盾构机渣土仓内滞排渣土清理的破碎装置。


背景技术：

2.本世纪以来，盾构法以快速、环保、安全等优点得到大规模的推广和应用，已经成为城市地铁隧道施工的首选方法。在大规模长距离的地铁隧道的掘进中，盾构法仍然存在一定的施工风险，其中在砂卵石地层、易结泥饼地层、断层破碎带地层、孤石等复合地层，土压平衡式盾构经常因土仓内滞排渣土的存在而面临着螺旋出土器排渣不畅、螺旋机过量磨损、刀盘刀具磨损严重等问题，制约了土压平衡式盾构机施工效率的提升，同时为盾构掘进施工带来安全隐患。
3.土压平衡式盾构采用螺旋出土器排出渣土仓内的渣土，由于盾构机刀盘切削下来的颗粒特性(比重、大小、形状和黏性等)、盾构机的排渣性能(螺旋出土器的直径、功率的等)及施工控制(渣土改良剂过少等)的多种原因，均可能导致渣土仓内的渣土不能随时排出或滞后排出。滞排渣土中的大粒径石渣或因渣土相互挤压固结形成的坚硬结石体会妨碍螺旋出土器连续出渣作业。此外大粒径坚硬石渣或结石体进入螺旋出土器内部会导致螺旋出土器堵塞，螺机叶片及轴承的过度磨损甚至撕裂，严重降低螺旋出土器的出渣性能，大大折减其使用寿命。对于盾构机掘进施工而言，渣土仓内的滞排渣土将随着刀盘的转动而在土仓内翻滚，不仅增加盾构机械负荷，而且滞排渣土颗粒会对盾构机造成机械冲击，增加刀盘刀具的磨损速度，损害机械驱动系统，致使非正常停机事故的发生。此外，渣土仓内滞排渣土的存在会打破土压仓的平衡，引起盾构掘进参数的异常，如果滞排渣土处理不当，将导致盾构机过分挤压或超挖土体，甚至引起塌方或隆起等事故。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本实用旨在设计一种能对盾构机渣土仓内滞排渣土进行收集清理，并将大块石渣或结石体破碎的可拆卸装置。
5.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.提供一种用于盾构机渣土仓内滞排渣土清理的破碎装置，其包括两根对称设置的滑轨，两根滑轨用于分别与土仓面板和盾构机外壳内壁可拆卸固定连接；两根滑轨对称设置且均呈圆弧结构；两根滑轨分别位于土仓面板和盾构机外壳内壁底部；
7.两根滑轨之间对称设置有一对延其长度方向滑动的铲斗，一对铲斗用于对滞排渣土中的大颗粒渣块、挤压粘结形成的渣土结石体进行破碎处理。
8.通过本方案中的破碎装置可以实现对渣土仓内滞排渣土的收集，并可对滞排渣土中的大颗粒渣块、挤压粘结形成的渣土结石体进行破碎处理，以便螺旋出土器能及时排出渣土，减少渣土滞排引起的刀盘刀具磨损严重、主轴承密封损坏、螺机过度磨损等病害，确保盾构掘进过程顺畅、掘进姿态稳定，从而减少盾构施工对周围地层的扰动，保障施工安
全。当盾构机转换为泥水平衡模式或tbm模式施工时，能快速拆除该装置以适应当前的掘进模式。
9.进一步地，两根所述滑轨通过螺栓分别与土仓面板和盾构机外壳内壁连接；滑轨可根据盾构机的掘进平衡模式的变换快速安装拆卸。
10.进一步地，每根所述滑轨的两端均设置有用于将所述铲斗限制在滑轨内运动的限位板，避免铲斗滑出滑轨。
11.进一步地，每个所述铲斗均呈中空锲形结构，两个铲斗的尖端相向设置；
12.每个铲斗均包括铲斗底座，所述铲斗底座的前段设置有斜坡刃口，铲斗底座的后端设置有驱动箱，铲斗底座的两侧分别设置有传动箱和侧向钢板；
13.所述传动箱和侧向钢板之间设置有用于破碎土仓内结块渣土的双轴破碎刀轮；驱动箱内设置有用于驱动所述双轴破碎刀轮转动的驱动装置；
14.铲斗底座底部两侧均设置有与两根所述轨道转动连接的滑轮；所述传动箱内设置有用于驱动滑轮转动的动力装置。驱动装置和动力装置是双轴破碎刀轮转动以及滑轮转动的动力源。
15.进一步地，作为双轴破碎刀的一种具体设置方式，所述双轴破碎刀包括两根并列设置有转动轴，两根所述转动轴上分别设置有一个从动齿轮，两个从动齿轮相互啮合；
16.每根转动轴的两端分别与所述传动箱和侧向钢板滑动连接且每根转动轴上延其轴线方向间隔均匀设置有多个用于破碎土仓内结块渣土的刀轮；
17.驱动装置包括刀轮驱动电机，刀轮驱动电机上设置有一个与靠近驱动箱侧的转动轴上的从动齿轮啮合的主动齿轮。
18.进一步地，每个所述滑轮上均设置有滑轮轴承；动力装置包括铲斗驱动电机，铲斗驱动电机的输出轴上设置有一个主动齿盘，滑轮轴承上设置有从动齿盘，所述主动齿盘通过链条与所述从动齿盘连接。
19.双轴破碎刀轮中转动轴上的从动齿轮与主动齿轮相互嵌套。刀轮驱动电机轴可带动主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，为双轴破碎刀轮破碎土仓内滞排的结石体渣土提供动力。铲斗在滑轨上走行的动力由安装在驱动箱下部的铲斗驱动电机提供，并可通过调整铲斗驱动电机的转向改变铲斗的在滑轨上的运动方向。铲斗驱动电机转动时将带动主动齿盘转动，并将驱动力由链条传送至从动齿盘并带动铲斗滑轮轴承转动，实现铲斗在滑轨上自由滑行。
20.进一步地，每个驱动箱的后板上均设置有一块缓冲保护垫。鉴于驱动箱可能承受来自土仓上方下落渣石的冲击，在其外侧黏贴弹性橡胶保护垫以缓冲下落渣石的冲击作用，避免铲斗变形。
21.进一步地，两个所述铲斗的所述斜坡刃口上均设置有多个铲齿，两个铲斗上的铲齿铲齿交错布置，两个铲斗运行至所述滑轨底部时，两铲斗的铲齿相互契合；方便螺旋出土器将铲斗内的渣土排出。
22.进一步地，滑轨整体呈圆弧形，滑轨对应的圆心角大小可根据土仓内滞排渣土的大致堆积范围进行灵活选取，优选为半圆形滑轨以最大化铲斗清理滞排渣土的范围；每根所述滑轨均包括边缘翼板和设置边缘翼板上的走行轨；
23.所述边缘翼板上设置有多个螺栓安装孔；所述走行轨的横截面呈镂空的“工”字形
结构，所示滑轮的横截面呈“工”字形结构，滑轮与走行轨滑动连接；
24.边缘翼板的对侧设置有防护板，所述防护板上开设有供滑轮上转轴通过的缺口；
25.走行轨内设置有安装槽，安装槽内设置有用于与外部电源通电的接触轨道。
26.进一步地，所述防护板的底部开口处螺纹连接有弹性缓冲限位块；当铲斗运行至行程终点时，弹性缓冲限位块对铲斗滑轮轴承施加阻碍而不对轴承产生过强的冲击，约束铲斗进一步运动，从而避免两侧铲斗相互碰撞造成变形。
27.本实用新型的有益效果为：盾构机采用土压平衡模式施工过程中使用该土仓滞排渣土收集破碎装置，两个渣土收集铲斗由滑轨两侧向滑轨底部运行，滞排渣土在铲斗刃口及铲齿的作用下收集至铲斗内部，大粒径石渣或渣土结石体由破碎刀轮粉碎为细渣。铲斗运行至滑轨底部时，经铲斗收集并破碎的滞排渣土由螺旋出土器排至渣土仓外。同传统人工进入土仓进行滞排渣土的清理工作相比，该发明装置的自动化程度高，能大大减小人工进仓作业的风险，降低滞排渣土的清理难度，有效规避滞排渣土引起刀盘刀具偏磨，螺旋机叶片损坏及盾构姿态控制困难等一系列施工风险，保障盾构推进的连续性，确保盾构机最大程度发挥出快捷高效的施工优势。
附图说明
28.图1为一种用于盾构机渣土仓内滞排渣土清理的破碎装置结构示意图。
29.图2为破碎装置安装后的结构示意图。
30.图3为铲斗装置结构示意图。
31.图4为铲齿相互契合的结构示意图。
32.图5为传动箱和驱动箱的内部结构示意图。
33.图6为滑轨的横截面的结构示意图。
34.其中，1、滑轨；2、土仓面板；3、盾构机外壳；4、铲斗；5、限位板；6、铲斗底座；7、斜坡刃口；8、驱动箱；9、传动箱；10、侧向钢板；11、双轴破碎刀轮；12、转动轴；13、从动齿轮；14、刀轮；15、主动齿轮；16、滑轮轴承；17、主动齿盘；18、从动齿盘；19、链条；20、缓冲保护垫；21、铲齿；22、边缘翼板；23、走行轨；24、防护板；25、接触轨道；26、弹性缓冲限位块；27、滑轮。
具体实施方式
35.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
36.如图1～图5所示，本实用新型提供的一种用于盾构机渣土仓内滞排渣土清理的破碎装置，其包括两根对称设置的滑轨1，两根滑轨1用于分别与土仓面板2和盾构机外壳3内壁可拆卸固定连接；两根滑轨1对称设置且均呈圆弧结构；两根滑轨1分别位于土仓面板2和盾构机外壳3内壁底部。
37.两根滑轨1之间对称设置有一对延其长度方向滑动的铲斗4，一对铲斗4用于对滞排渣土中的大颗粒渣块、挤压粘结形成的渣土结石体进行破碎处理。
38.通过本方案中的破碎装置可以实现对渣土仓内滞排渣土的收集，并可对滞排渣土中的大颗粒渣块、挤压粘结形成的渣土结石体进行破碎处理，以便螺旋出土器能及时排出渣土，减少渣土滞排引起的刀盘刀具磨损严重、主轴承密封损坏、螺机过度磨损等病害，确保盾构掘进过程顺畅、掘进姿态稳定，从而减少盾构施工对周围地层的扰动，保障施工安全。当盾构机转换为泥水平衡模式或tbm模式施工时，能快速拆除该装置以适应当前的掘进模式。
39.两根滑轨1可以通过螺栓分别与土仓面板2和盾构机外壳3内壁连接；滑轨1可根据盾构机的掘进平衡模式的变换快速安装拆卸。
40.每根滑轨1的两端均设置有用于将铲斗4限制在滑轨1内运动的限位板5，以防止铲斗4在运行过程中从滑轨1上脱落。
41.每个铲斗4均呈中空锲形结构，两个铲斗4的尖端相向设置；每个铲斗4均包括铲斗底座6，铲斗底座6的底部呈圆弧形并与滑轨1最外缘平齐，以便铲斗4与渣土仓底面密贴，有利于铲斗4将滑轨1间的滞排渣土清理干净；铲斗底座6的前段设置有斜坡刃口7，斜坡刃口7前方安装由耐磨合金制成的铲齿21，以提升铲斗4运行过程中收集滞排渣土的效率。两侧铲斗4的铲齿21交错布置，当滑轨1两侧的铲斗4均运行至滑轨1底部时，两铲斗4的铲齿21相互契合，方便螺旋出土器将铲斗4内的渣土排出。
42.铲斗底座6的后端设置有驱动箱8，铲斗底座6的两侧分别设置有传动箱9和侧向钢板10。驱动箱8、传动箱9、侧向钢板10相互焊接并与铲斗底座6连接而成，使得铲斗4整体呈一侧具有开口的空心锲形结构。
43.传动箱9和侧向钢板10之间设置有用于破碎土仓内结块渣土的双轴破碎刀轮11；用于盾构机渣土仓内滞排渣土清理的破碎装置工作时，双轴破碎刀轮11旋转，通过刀具对大粒径渣土或结石体进行剪切、挤压、撕、扯等动作破碎呈颗粒状，从而方便螺旋出土器出渣作业。刀具的形状及每根转动轴12焊接刀具数量可根据铲斗4尺寸、滞排渣土的物理性质及理想的破碎后尺寸进行灵活选择。
44.驱动箱8内设置有用于驱动双轴破碎刀轮11转动的驱动装置；铲斗底座6底部两侧均设置有与两根轨道转动连接的滑轮27；传动箱9内设置有用于驱动滑轮27转动的动力装置。驱动装置和动力装置是双轴破碎刀轮11转动以及滑轮27转动的动力源。
45.作为双轴破碎刀的一种具体设置方式，双轴破碎刀包括两根并列设置有转动轴12，两根转动轴12上分别设置有一个从动齿轮13，两个从动齿轮13相互啮合；
46.每根转动轴12的两端分别与传动箱9和侧向钢板10滑动连接且每根转动轴12上延其轴线方向间隔均匀设置有多个用于破碎土仓内结块渣土的刀轮14；
47.驱动装置包括刀轮驱动电机，刀轮驱动电机上设置有一个与靠近驱动箱8侧的转动轴12上的从动齿轮13啮合的主动齿轮15。
48.每个滑轮27上均设置有滑轮轴承16；动力装置包括铲斗4驱动电机，铲斗4驱动电机的输出轴上设置有一个主动齿盘17，滑轮轴承16上设置有从动齿盘18，主动齿盘17通过链条19与从动齿盘18连接。双轴破碎刀轮11中转动轴12上的从动齿轮13与主动齿轮15相互嵌套。刀轮驱动电机轴可带动主动齿轮15旋转，主动齿轮15带动从动齿轮13旋转，为双轴破碎刀轮11破碎土仓内滞排的结石体渣土提供动力。铲斗4在滑轨1上走行的动力由安装在驱动箱8下部的铲斗4驱动电机提供，并可通过调整铲斗4驱动电机的转向改变铲斗4的在滑轨
1上的运动方向。铲斗4驱动电机转动时将带动主动齿盘17转动，并将驱动力由链条19传送至从动齿盘18并带动铲斗4滑轮轴承16转动，实现铲斗4在滑轨1上自由滑行。
49.每个驱动箱8的后板上均设置有一块缓冲保护垫20。鉴于驱动箱8可能承受来自土仓上方下落渣石的冲击，在其外侧黏贴弹性橡胶保护垫以缓冲下落渣石的冲击作用，避免铲斗4变形。
50.滑轨1整体呈圆弧形，滑轨1对应的圆心角大小可根据土仓内滞排渣土的大致堆积范围进行灵活选取，优选为半圆形滑轨1以最大化铲斗4清理滞排渣土的范围；每根滑轨1均包括边缘翼板22和设置边缘翼板22上的走行轨23；
51.边缘翼板22上设置有多个螺栓安装孔，边缘翼板22为冲制螺栓孔提供空间，边缘翼板22上螺栓孔的大小、间距、数量需根据铲斗4自重及运行中可能存在的冲击作用进行计算，避免装置运行中出现螺栓被剪断的情况。边缘翼板22可以通过多个螺栓安装孔固定安装在土仓面板2和盾构机外壳3内壁，提高安装的稳定性，避免整个滑轨1松动。
52.走行轨23的横截面呈镂空的“工”字形结构，所示滑轮27的横截面呈“工”字形结构，滑轮27与走行轨23滑动连接；为滑轮27的运动提供走行条件；走行轨23顶面呈弧形，防止滑轮27运行中与滑轨1产生过大的接触应力而减小滑轮使用寿命；走行轨23底部与防护板24连接为整体，提高滑轨1的整体刚度。
53.边缘翼板22的对侧设置有防护板24，防护板24上开设有供滑轮27上转轴通过的缺口；防护板24的存在可防止大粒径渣土进入滑轨1内部空间，避免渣土为滑轮27的正常运行构成安全隐患。
54.走行轨23内设置有安装槽，安装槽内设置有用于与外部电源通电的接触轨道25。鉴于滑轨1内部空间较小，采用“电线供电”存在导线铺设困难的问题，为此滑轨1内侧安装绝缘体槽道，在绝缘槽道中安装接触轨，采用“接触供电”的方式将电能传递至铲斗4上，为滑轮27及双轴破碎刀轮11的运行提供能量。
55.防护板24的底部开口处螺纹连接有弹性缓冲限位块26，弹性缓冲限位块26的材料可以为高弹性的橡胶材料；当铲斗4运行至行程终点时，弹性缓冲限位块26对铲斗4滑轮轴承16施加阻碍而不对轴承产生过强的冲击，约束铲斗4进一步运动，从而避免两侧铲斗4相互碰撞造成变形。
56.铲斗4正向运行的过程中，位于滑轨1之间的滞排渣土在自身惯性及铲斗4推力的共同作用下被收集至铲斗4内。刀盘切削下来的大粒径石渣以及渣土间相互挤压固结形成的结石体在双轴破碎刀轮11旋转冲击作用下被破碎，并散落在铲斗4中。两铲斗4运行至滑轨1底部时，铲斗4内的收集的滞排渣土由螺旋出土器排至渣土仓外。而后滑轮27反向转动，铲斗4从滑轨1底部反向运行回到滑轨1顶部，以便开始下一个清理循环。铲斗4反向运行过程中，铲斗4内剩余的少部分未排至渣土仓外的渣土将在重力的作用下散落在土仓内，由于大块渣土或结石体渣土已被破碎刀轮14粉碎，散落的渣土经改良后可由螺旋出土器正常排至仓外。
57.当盾构机转换为非土压平衡模式施工时，需要拆除该滞排渣土清理破碎装置。拆除工序为，首先割除滑轨1起始端限位板5，而后将铲斗4从滑轨1顶端拖出，随后松开滑轨1与土仓面板2的连接螺栓拆除滑轨1即可。