一种环切式异形盾构顶管一体机的制作方法

1.本实用新型属于大型工程机械设备技术领域，尤其涉及一种环切式异形盾构顶管一体机。


背景技术：

2.现有的盾构设备、顶管设备等其出渣方式通常采用刀盘中心式，将皮带机的输入端设置在刀盘的后方中部，由皮带机将硬岩渣料输送至出渣通道向外排出。传统的土压平衡盾构一般用于较软土质的城市地铁施工中，其出渣方式通常采用螺旋输送机实现，该螺旋输送机设置在刀盘的底部并斜向设置，由螺旋输送机将土质渣料输送至出渣通道向外排出。但这种排渣方式中，由于螺旋输送机和出渣通道的尺寸规格受到机身内部安装空间的限制，排渣效率较低；且现有的土压平衡顶管机、泥水平衡顶管机通常需要在刀盘后方设置密闭的土仓、泥水仓来实现保压平衡，从而实现土压平衡或泥水平衡的作业方式，但这种设置方式一方面使得机头的结构更加复杂，另一方面也导致掘进过程中所挖掘下来的土石渣料等不能一次性即时高效的排出。
3.此外，传统盾构设备、顶管设备的刀盘上配置的各切削刀，多是布满了同一个整圆的横截面。经过刀盘上各切削刀切割掘进加工出的隧洞壁面应平整、无凹面，以利于后期管道壁块的铺设。否则，还需对凹凸隧道壁面进行铺平填补，或加大管道壁后注水泥浆的工作量和成本，也易引起隧洞管道壁的凹陷及塌落。由于开凿施工各种岩质层的多样性，使的目前整圆钻孔盾构的方法，各切割掘进岩层完成隧洞的速度普遍较低，亦使整机刀盘、整机结构及各切削刀具的受力很大，造成需求动力大，能源损耗也大。且现有土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机所排出的土石渣料等需要进行泥水分离、脱干等后续处理才能够实现另处运输。
4.由此可见，现有技术的诸多弊端，有待于进一步地改进和提高。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种环切式异形盾构顶管一体机，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。
6.本实用新型所采用的技术方案为：
7.本实用新型提供了环切式异形盾构顶管一体机，包括包括环切机头，所述环切机头的前端设置有固定刀组和活动刀组，所述活动刀组包括多个活动切刀以及与所述活动切刀一一对应设置的活动刀轴；所述机头还设置有异形刀盘，所述异形刀盘包括外廓部和内廓部，所述外廓部与所述内廓部之间具有安装间隙，所述活动刀轴能够穿过所述安装间隙与所述活动切刀相连接，所述活动刀轴能够沿所述安装间隙移动；所述固定刀组包括多个固定切刀，多个所述固定切刀绕所述内廓部的轴向均匀排布；
8.还包括中部出料段，所述中部出料段包括拢料段以及压缩段，所述拢料段包括进料筒以及与所述进料筒的端部相连接的多个压缩块，多个所述压缩块沿所述进料筒的周向
均匀排布且能够沿径向相对所述进料筒张开或收缩；所述压缩段由多段套筒依次套设组成，沿轴向所述压缩段能够折叠收缩。
9.作为本技术的一种优选实施方式，所述活动刀组还包括导轨、与所述导轨相配合的滑动装置以及与所述滑动装置相配合的丝杠驱动机构，所述滑动装置能够在所述丝杠驱动机构的作用下沿所述导轨移动且所述滑动装置与所述活动刀轴一一对应连接。
10.作为本技术的一种优选实施方式，所述滑动装置包括与所述活动刀轴转动配合的滑块以及与所述滑块相连接的滚轮和驱动齿轮；所述滚轮与所述导轨相配合，且所述滚轮、所述导轨以及所述驱动齿轮均具有能够相互配合的第一轮齿，所述活动刀轴具有与所述第一轮齿相对应的第二轮齿；当所述滑动装置沿所述导轨移动时，所述滚轮与所述驱动齿轮配合使得所述驱动齿轮转动，进而使得所述驱动齿轮通过所述第一轮齿与所述第二轮齿的配合驱动所述活动刀轴转动。
11.作为本技术的一种优选实施方式，所述环切机头还包括前芯部出料筒；所述前芯部出料筒的外径不大于所述内廓部的内径，所述前芯部出料筒的内壁设有沿轴向螺旋延伸的单列或多列出料板。
12.作为本技术的一种优选实施方式，所述拢料段设置有一个，一个所述拢料段沿掘进方向设置在所述压缩段的前端；或者，所述拢料段设置有两个，两个所述拢料段设置所述压缩段的两侧；还设置有闸门刀组件，所述闸门刀组件能够封闭所述拢料段和/或所述压缩段的端部。
13.作为本技术的一种优选实施方式，所述闸门刀组件包括闸门框以及与所述闸门框相连接的闸门刀；所述闸门刀有多个，多个闸门刀层叠铰接设置；所述闸门框设置有滑槽，最内层的所述闸门刀设有滑动部，所述滑动部与所述滑槽相配合，所述闸门刀能够在外接动力的驱动下相对所述闸门框移动。
14.作为本技术的一种优选实施方式，相邻两个滑动装置之间通过连接杆连接，所述连接杆与所述滑动装置转动连接；所述连接杆具有伸缩结构。
15.作为本技术的一种优选实施方式，所述固定刀组还包括与所述固定切刀相连接的固定刀轴，所述固定刀轴与所述固定切刀一一对应连接；所述固定刀轴远离所述固定切刀的一端设置有链轮，所述固定刀组还包括驱动链条，所述驱动链条与所述链轮相配合。
16.作为本技术的一种优选实施方式，还包括顶管组件，所述顶管组件包括顶板以及与所述顶板相连接的顶管油缸。
17.作为本技术的一种优选实施方式，所述顶管油缸包括主顶油缸以及副顶油缸；所述顶管组件还包括连接板，所述连接板与所述主顶油缸相连接，所述副顶油缸分别与所述连接板和所述顶板相连接。
18.由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得的有益效果为：
19.1.作为本技术的一种优选实施方式，相较于技术中土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机多采用全断面切割的掘进方式而言，由于本技术中的环切机头设置有异形环切刀盘，即采用的是环切的切割方式，从而大大减小了切割面积从而提升施工效率，且能够实现不断形状断面的切割。
20.2.作为本技术的一种优选实施方式，本技术中的环切机头中还设置有保压组件，从而能够避免掘进过程中产生的碎料通过安装间隙进入环切机头的内部而影响正常工作。
21.3.作为本技术的一种优选实施方式，本技术中的中部出料段能够进行折叠收缩，在闸门刀组件封闭中部出料段两端的条件下，可以通过中部出料段的折叠收缩对作业过程中产生的松散渣料进行在线的压缩成型，简化渣料的处理过程，提高渣料的处理效率，同时也方便对渣料的集中运输以及后续的回收利用。
22.4.作为本技术的一种优选实施方式，通过拢料段和压缩段的成型压缩作用，能够在拢料和压缩的过程中滤出大部分的泥浆液体，避免了另设土仓、泥水仓等结构，有利于简化设备的整体结构，提高排料效率，进而提升整体的施工效率。
23.5.作为本技术的一种优选实施方式，主顶油缸以及副顶油缸相并联，且主副二油缸均为二级油缸，从而能够实现对顶板的四级行程的持续驱动，有利于延长单次的顶管行程，从而降低顶管过程中的往复操作次数，缩短单次顶管时间，提高顶管效率。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
25.图1为整机的结构示意图；
26.图2为异形刀盘的正视结构示意图；
27.图3为异形刀盘的侧剖结构示意图；
28.图4为异形刀盘的部分结构示意图；
29.图5为异形刀盘的部分结构后视示意图；
30.图6为滑动装置与导轨的配合结构示意图；
31.图7为活动刀轴与滑动装置的配合结构示意图；
32.图8为前芯部出料筒的结构示意图；
33.图9为前芯部出料筒的剖面结构示意图；
34.图10为拢料段的结构示意图；
35.图11为拢料段的剖面结构示意图；
36.图12为压缩块打开时拢料段的结构示意图；
37.图13为压缩段的结构示意图；
38.图14为压缩段的剖面结构示意图；
39.图15为闸门刀组件的后视结构示意图。
40.其中，
41.1环切机头，11异形刀盘，111外廓部，112内廓部，113安装间隙，121 活动切刀，122活动刀轴，131固定切刀，132固定刀轴，133链轮，134驱动链条，135液压马达，14丝杠，15导轨，161滑块，162滚轮，163齿轮，164 连接杆，171第一轮齿，172第二轮齿，18前芯部出料筒，181出料板；
42.2拢料段，21进料筒，211滑动槽，22压缩块，23驱动缸；
43.3压缩段，31套筒，32配合槽，33驱动油缸；
44.4闸门刀组件，41闸门框，42闸门刀，43滑槽；
45.5顶板,51连接板；
46.6顶管油缸，61主顶油缸，62副顶油缸。
具体实施方式
47.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
48.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
49.另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
50.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
52.如图1-15所示，本实用新型提供了一种环切式异形盾构顶管一体机，包括环切机头1，环切机头1的前端设置有固定刀组和活动刀组，活动刀组包括多个活动切刀121以及与活动切刀121一一对应设置的活动刀轴122；机头还设置有异形刀盘11，异形刀盘11包括外廓部111和内廓部112，外廓部111 与内廓部112之间具有安装间隙113，活动刀轴122能够穿过安装间隙113与活动切刀121相连接，活动刀轴122能够沿安装间隙113移动；固定刀组包括多个固定切刀131，多个固定切刀131绕内廓部112的轴向均匀排布；还包括中部出料段，中部出料段包括拢料段2以及压缩段3，拢料段2包括进料筒21 以及与进料筒21的端部相连接的多个压缩块22，多个压缩块22沿进料筒21 的周向均匀排布且能够沿径向相对进料筒21张开或收缩；压缩段3由多段套筒31依次套设组成，沿轴向压缩段3能够折叠收缩。
53.现有的土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机通常需要在刀盘后方设置密闭的土仓、泥水仓来实现保压平衡，从而实现土压平衡或泥水平衡的作业方式，但这种设置方式一方面使得机头的结构更加复杂，另一方面也导致掘进过程中所挖掘下来的土石渣料等不能高效的排出。
54.而本技术中的环切式异形盾构顶管一体机是通过设置在环切机头1的内部的前芯部出料筒18以及中部出料段向外排料。在实际的生产过程中，继续参照图8及图9所示，前芯
部出料筒18能够以环切机头1的轴线为旋转轴旋转，从而将渣料向后输送；闸门刀组件4能够封闭中部出料段和拢料段2的端部，也即设置在前芯部出料筒18和中部出料段连通处的闸门刀组件4能够将二者封闭阻隔，从而使得前芯部出料筒18和中部出料段的内部实现密封，进而使得环切机头1的内部实现密封，实现保压平衡。由此能够使得本技术中的环切式异形盾构顶管一体机既能够采用土压平衡模式进行生产，也能够采用泥水平衡模式进行生产，且两种模式之间的切换方便快捷。且避免了另设土仓、泥水仓、泥浆泵、出料再处理仓、脱水机等传统结构，同时也省掉水压平衡添加剂、搅拌机、泥浆须脱水后再运输等繁琐施工环节，有利于简化设备的整体结构，扩大排料通道的截面积，提高排料效率，进而提升整体的施工效率。
55.从切割方式而言，相较于技术中土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机大多采用圆形全断面切割的掘进方式而言，由于本技术中的环切机头1设置有异形环切刀盘，即采用的是异形环切的切割方式，从既能够大大减小了切割面积从而提升施工效率，同时也能能够实现异形断面的切割，大大提升设备的适用范围。
56.另外，现有土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机所排出的土石渣料等需要进行泥水分离、压缩成型等后续处理才能够实现回收利用。而本技术中的中部出中部出料段和拢料段2能够进行折叠收缩，在闸门刀组件4封闭中部出料段和拢料段2两端的条件下，可以通过中部出料段和拢料段2的拢料收缩对作业过程中产生的松散渣料进行在线的压缩成型，简化渣料的处理过程，提高渣料的处理效率，同时也方便对渣料的集中运输以及后续的回收利用。且可通过改变中部出料段和拢料段2后端闸门出口形状输出具有不同截面形状的芯料段，进一步方便渣料的回收利用。
57.进一步地，参照图3-7所示，活动刀组还包括导轨15、与导轨15相配合的滑动装置以及与滑动装置相配合的丝杠14驱动机构，滑动装置能够在丝杠 14驱动机构的作用下沿导轨15移动且滑动装置与活动刀轴122一一对应连接。通过上述结构的设置能实现活动刀组沿安装间隙113的移动，从而实现异形截面外轮廓的切割，且能够避免刀具位置固定而导致出现切割间隙而影响掘进的进度。
58.更进一步地，在一个示例中，参照图6-7所示，滑动装置包括与活动刀轴 122转动配合的滑块161以及与滑块161相连接的滚轮162和驱动齿轮163；滚轮162与导轨15相配合，且滚轮162、导轨15以及驱动齿轮163均具有能够相互配合的第一轮齿171，活动刀轴122具有与第一轮齿171相对应的第二轮齿172；当滑动装置沿导轨15移动时，滚轮162与驱动齿轮163配合使得驱动齿轮163转动，进而使得驱动齿轮163通过第一轮齿171与第二轮齿172的配合驱动活动刀轴122转动。这里需要说明的是，上述结构仅为本技术中活动刀组的一个优选实施例采用这种结构能够实现活动刀具位置移动和活动切刀 121切割转动的同步驱动，节省了为刀具转动单独设置驱动装置，既能够节约资源，同时也能够节约环切机头1内部的安装空间，简化结构，方便检修维护。当然上述举例仅为本技术的一个优选实施方式，其也可以采用为活动切刀121 单设驱动的方式，本技术对此不做具体限定。
59.继续参照图5所示，相邻两个滑动装置之间通过连接杆164连接，连接杆 164与滑动装置转动连接；连接杆164具有伸缩结构，通过连接杆164将相邻滑动装置连接，能够保证整个活动刀组在位置移动的过程中保持良好的整体性和稳定性，从而保证切割掘进工作的正常进行，且由于活动刀组作为一个整体移动，能够有效的将活动刀组在移动过程中所收
到的径向力均匀分布在每一个活动切刀121和活动刀轴122上，从而表面单个活动切刀121及活动刀轴122 在移动过程中收径向力过大而受损。另外，通过连接杆164上伸缩结构的设置，能够进一步对活动刀组在移动过程中所收到的径向力进行缓冲，保证掘进工作正常进行，保证施工进度和施工效率。
60.在一个优选示例中，参照图3所示，固定刀组还包括与固定切刀131相连接的固定刀轴132，固定刀轴132与固定切刀131一一对应连接；固定刀轴132 远离固定切刀131的一端设置有链轮133，固定刀组还包括驱动链条134，驱动链条134与链轮133相配合。进一步参照图4所示，固定刀轴132还连接有液压驱动马达，固定刀轴132在液压马达135的驱动下带动固定切刀131转动切割，而驱动链条134的设置则有利于实现整个固定刀组中各个固定切刀131 切割转动同步性，同时由于通过驱动链条134将固定刀组连接为一个整体，从而能够有效的将多个液压马达135的传递给固定刀轴132的动力进行整合，提升切割效率。
61.进一步地，参照图8-9所示，环切机头1还包括前芯部出料筒18；前芯部出料筒18的外径不大于内廓部112的内径，前芯部出料筒18的内壁设有沿轴向螺旋延伸的单列或多列出料板181。
62.作为本技术的一种优选实施方式，拢料段2设置有一个，一个拢料段2沿掘进方向设置在压缩段3的前端；或者，拢料段2设置有两个，两个拢料段2 设置压缩段3的两侧；还设置有闸门刀组件4，闸门刀组件4能够封闭拢料段2和/或压缩段3的端部。在一个具体的示例中，参照图15所示，闸门刀组件 4包括闸门框41以及与闸门框41相连接的闸门刀42；闸门刀42有多个，多个闸门刀42层叠铰接设置；闸门框41设置有滑槽43，最内层的闸门刀42设有滑动部，滑动部与滑槽43相配合，闸门刀42能够在外接动力的驱动下相对闸门框41移动。
63.进一步地，参照图15所示，闸门刀组件4包括闸门框41以及与闸门框41 相连接的闸门刀42；闸门刀42有多个，多个闸门刀42层叠铰接设置；闸门框 41设置有滑槽43，最内层的闸门刀42设有滑动部，滑动部与滑槽43相配合。继续参照图15所示，具体的，该闸门框41的后侧，即与闸门刀42相对的一侧设置有电机丝杠驱动机构，前述闸门刀42的滑动部与丝杠上的丝母相连接，电机驱动丝杠旋转从而使得丝母带动闸门刀42沿滑槽43滑动，进而实现闸门刀组件4对压缩段3的封闭或打开。闸门组件包括设置在压缩段3后端的闸片。
64.这里需要说明的是，本技术对于闸门刀组件4的驱动方式并不做具体限定，其也可以采用液压缸对闸门刀42进行直驱，或者在闸门刀42的滑动部设置齿轮163或链轮133，通过齿圈或链条带动闸门刀42移动。当然其也可以采用更多不同的驱动方式。
65.进一步的，参照图13及图14所示，本技术中的压缩段3是有多节套筒31 套设而成，沿径向，处于外侧的套筒31开设有配合槽32，处于内侧的套筒31 具有与配合槽32相对应的配合部，相连的两节套筒31之间通过配合槽32和配合部实现连接。继续参照图所示，沿轴向，处于压缩段3两端的两个套筒31 通过驱动油缸33相连接，即多节套筒31在驱动油缸33的驱动下实现伸缩。
66.这里需要说明的是，本技术对于多节套筒31之间的连接方式及连接结构，以及多节套筒31伸缩的驱动方式并不做具体限定，上述举例仅为本技术的一个优选的实施方式，其可以采用齿轮163齿条等其他的方式驱动套筒31折叠伸缩，也可以在相邻的套筒31之间设置支撑轴承或滑轮等方便套筒31之间的相对运动。
67.参照图12所示，在一个示例中，进料筒21设置有多个驱动缸23，且进料筒21的端部
设置有滑动槽211，压缩块22与驱动缸23连接从而能够沿滑动槽 211移动，进而实现沿进料筒21的打开或收缩。
68.需要说明的是，本技术对于拢料段2、压缩段3和闸门刀组件4的具体结构并不做具体限定，上述举例仅为本技术的一种优选实施方式，其也可以采用其他更多不同的结构。通过拢料段2对渣料进行初步的聚拢压缩，从而对渣料中的大部分液体进行滤出，后续通过压缩段3的进一步压缩则能够在出料的过程中就能够实现渣料的脱水工作，方便后续对渣料的回收、成型和利用，提高渣料的回收利用效率，且能够节约设备成本。
69.进一步地，参照图1所示，本技术中的环切式异形盾构顶管一体机还包括顶管组件，顶管组件包括顶板5以及与顶板5相连接的顶管油缸6，顶管油缸 6包括主顶油缸61以及副顶油缸62；顶管组件还包括连接板51，连接板51 与主顶油缸61相连接，副顶油缸62分别与连接板51和顶板5相连接。在一个具体的示例中，主顶油缸61以及副顶油缸62相并联，且主副二油缸均为二级油缸，从而能够实现对顶板5的四级行程的持续驱动，有利于延长单次的顶管行程，从而降低顶管过程中的往复操作次数，缩短单次顶管时间，提高顶管效率。
70.本实用新型中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。
71.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
72.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。