CN101936169B - 软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置 - Google Patents

Abstract

一种软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，它由刀盘、装配在刀盘上的切刀、及边刮刀伸缩机构、液压控制装置和磨损极限检测装置所组成，刀盘中至少有一个出渣槽端部的两边各安装一个边刮刀，这两个边刮刀以出渣槽的径向中心线为左右对称，这两个边刮刀与一个伸缩机构相连结，伸缩机构安装在刀盘的出渣槽内；伸缩机构由液压控制装置中的驱动油缸驱动，驱动油缸内置有位移传感器，磨损极限检测装置中的磨损极限检测头装在沿刀盘径向伸出的套管上。由于本发明中的装置，对切削装置的切削直径可以在一定的范围内调节，显然要比使用现有的切削装置优越，它能提高工作效率，且能保证工程质量，并确保了操作者的人身安全。

Description

软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置

技术领域

本发明属于盾构机中的切削装置，尤其涉及软岩施工的盾构机中具有变径功能的切削装置。

背景技术

根据国际岩石力学会的定义，所谓软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质砂岩等单轴抗压强度小于25 MPa的岩石，是天然形成的复杂的地质介质。 

适合于在软岩地层中施工的盾构机称为软岩盾构机。目前使用的软岩盾构机中的切削装置是由刀盘本体与固定安装其上面的各种刀具共同组成。切削装置的直径是按隧道的开挖直径设计的。在软岩地层中施工，隧道开挖直径的大小，是由软岩盾构机的刀盘本体及其上面所配置的边刮刀的径向尺寸来控制。现在，国内外既有的软岩盾构机中，由刀盘本体及其上面所配置的边刮刀所决定的径向尺寸在出厂时已经确定，不能根据地质状况及工程需要自动调节边刮刀的径向尺寸，除非由作业人员“带压”进入土舱进行边刮刀的更换，以满足对不同开挖尺寸的要求。这是一种费工、费时、成本高和存在人身安全隐患的方法；在某些复杂的地质条件下，作业人员甚至根本无法进入土舱并靠近刀盘。这样就会因刀盘开挖隧道的直径不能保持不变而影响工程质量；也不能在曲线段施工或者转向纠偏时以及地质条件较差出现洞身收敛时，扩大边刮刀的径向尺寸以保证工程质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够很方便地对切削装置的径向尺寸进行调节，稳定或改变隧道开挖直径的切削装置，从而增强软岩盾构机在施工中对工程与地质的适应性。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：它由刀盘、装配在刀盘上的切刀、边刮刀伸缩机构、液压控制装置和磨损极限检测装置所组成，其特征在于：刀盘中至少有一个出渣槽端部的两边各安装一个边刮刀，这两个边刮刀以出渣槽的径向中心线为左右对称，这两个边刮刀与一个边刮刀伸缩机构相连结，边刮刀伸缩机构安装在刀盘的出渣槽内；边刮刀伸缩机构由液压控制装置中的驱动油缸驱动，驱动油缸内置有位移传感器，位移传感器通过数据线与液压控制装置的中心回转接头连通，中心回转接头上的油口通过油管与驱动油缸相通；磨损极限检测装置中的磨损极限检测头装在沿刀盘径向伸出的套管上，磨损极限检测头内穿有绝缘导线，导线的一端与控制回路的公共端相接，另一端通过中心回转接头与报警装置相连。

所述的边刮刀伸缩机构由两组边刮刀座板，与两组边刮刀座板相连结的两组连接杆和与两组连接杆相连接的一个支撑梁所组成；油缸顶板位于边刮刀伸缩机构的支撑梁下边，位移传感器位于驱动油缸中活塞杆的下面，驱动油缸固定在固定支座上，固定支座焊接在出渣槽的两内侧壁上。

每个边刮刀靠螺栓固装在一个边刮刀滑座上，这个边刮刀滑座的两端各与一个边刮刀座板的一端相连，且边刮刀滑座被两端的边刮刀座板夹紧，每个边刮刀座板的另一端与一个连接杆的一端相连结，每个连接杆的另一端与支撑梁固接。

磨损极限检测头是一个空心螺栓，它靠螺纹旋装在沿刀盘径向伸出的套管上，空心螺栓内穿有绝缘导线，空心螺栓中填充环氧树脂，绝缘导线一端与螺栓头粘结。

磨损极限检测装置中的报警装置由继电器、报警灯和蜂鸣器构成，空心螺栓内穿有绝缘导线的另一端穿过套管进入中心回转接头与报警装置中的继电器圈的一个连接端相连接，继电器线圈另一个连接端与电源线相连接，报警灯和蜂鸣器一端与控制回路的公共端连接，另一端通过继电器的常闭触点与电源线相连接。

驱动油缸的外部有一个内护套，内护套外边有一个外护套，内护套与外护套之间有导向块，导向块与外护套固连，导向块的内壁与内护套的外壁间隙配合；内护套的上顶面与一个轴承座的下底面固接，轴承座的上顶面与油缸顶板相连接；轴承座内装有轴承，轴承的外圆周与轴承座的内孔过盈配合，轴承的内孔与驱动油缸内的活塞杆的外径间隙配合。

与驱动油缸内的位移传感器相连的信号线，通过中心回转接头和信号处理模块与工业计算机相连。

刀盘中1个或2个出渣槽端部安装有边刮刀。

本发明的装置可以在刀盘旋转开挖的过程中，一旦边刮刀达到事先设定的磨损极限值时，它能够适时地伸出进行磨损补偿，因此保证了刀盘的开挖直径基本保持不变；另外这种装置还能满足某些特殊的工程要求，如在曲线段施工或者转向纠偏时以及地质条件较差出现洞身收敛时的施工；因为这种情况下就需要切削装置具备调节开挖直径的功能。由于本发明中的装置，对切削装置的切削直径可以在一定的范围内调节，显然要比使用现有的切削装置优越，它能提高工作效率，且能保证工程质量，并确保了操作者的人身安全。

附图说明

图1为本发明中执行机构的结构示意图。

图2为本发明中切削装置的左视示意图。

图3为图1中M部位的放大图。

图4为图2中P部位的放大图。

图5为图1中的A-A剖视示意图。

图6为图1中N部位的放大图。

图7为刀盘刀具磨损极限检测原理示意图。

图8为变径切削装置的液压控制原理示意图。

具体实施方式

实施例

一种软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，它由刀盘、装配在刀盘上的切刀、边刮刀及其边刮刀伸缩机构、液压控制装置和磨损极限检测装置所组成。

刀盘40的一个出渣槽7端部的两边各安装一个边刮刀1，这两个边刮刀以出渣槽的径向中心线为左右对称。这两个边刮刀1与一个边刮刀伸缩机构相连结，边刮刀伸缩机构安装在刀盘40的出渣槽7内。边刮刀伸缩机构由左右各一组边刮刀座板2，与左右各一组边刮刀座板2相连结的左右各一组连接杆3和与这两组连接杆3相连接的一个支撑梁4所组成。本实施例中的一组边刮刀座板2为两个边刮刀座板，一组连接杆3为两个连接杆。安装方式为：每个边刮刀1靠螺钉固装在一个边刮刀滑座5上，这个边刮刀滑座5的两端各与一个边刮刀座板的一端相连，且边刮刀滑座5被两端的边刮刀座板2夹紧，每个边刮刀座板2的另一端与一个连接杆3的一端相连结，每个连接杆3的另一端与支撑梁4固接。边刮刀伸缩机构的伸与缩由液压控制装置中的驱动油缸6驱动。

液压控制装置中的驱动油缸6内的活塞杆13的上端靠近边刮刀伸缩机构中的支撑梁4，活塞杆13的下面置有位移传感器21，位移传感器21通过信号线29与液压控制装置中的中心回转接头10连通，中心回转接头10上的油口通过油管11与驱动油缸6相通；驱动油缸6的底面33通过螺栓与固定支座32相连，固定支座32焊接在出渣槽的两内侧壁上。液压控制装置中的油箱43上装有溢流阀42，驱动油缸6与液压油泵41之间装有双向液压锁28，电磁换向阀27；为了使操作人员清楚的了解边刮刀1伸出或缩回的位移量，与驱动油缸6内的位移传感器21相连的信号线29，通过中心回转接头10和信号处理模块与工业计算机相连。这样在工业计算机的显示屏上就会实时显示出边刮刀1的位移量（即为：驱动油缸活塞杆13伸、缩的长度值）。

为了使边刮刀伸缩机构的伸、缩运行平稳、准确，保证边刮刀的运动方向，并减小边刮刀在破岩时传递到活塞杆上的弯矩，保护油缸6内的密封免受损坏，在驱动油缸6的上边还置有油缸顶板36；在驱动油缸6的外部装有一个内护套16，内护套16外边有一个外护套14，内护套16与外护套14之间有导向块37和15，导向块15与外护套14固连，导向块15的内壁与内护套16的外壁间隙配合；在油缸顶板36的下面与内护套16的上顶面之间设置一个轴承座34，且轴承座34的上顶面与油缸顶板36相连接，内护套16的上顶面与轴承座34的下底面固接，轴承座34内所装的轴承35的外圆周与轴承座34的内孔过盈配合，轴承35的内孔与驱动油缸6内的活塞杆13的外径间隙配合；外护套14的底部靠螺栓安装在驱动油缸6的底面33上。

这种软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置中的磨损极限检测装置由磨损极限检测头、导线和报警装置所组成。报警装置由继电器22、报警灯25和蜂鸣器26构成。

磨损极限检测装置的磨损极限检测头17装在沿刀盘40径向伸出的套管18上，磨损极限检测头17内穿有绝缘导线19，导线19的一端与控制回路的公共端38（地线）相连接。另一端通过中心回转接头10与报警装置中的继电器22的线圈相连；本实施例中的磨损极限检测头17采用一个空心螺栓，空心螺栓装在位于沿刀盘40径向伸出的套管18上，为使它们结合牢固，可采用导电胶将螺栓与套管粘结。空心螺栓内穿有绝缘导线19，空心螺栓17中填充环氧树脂20，起固定绝缘导线19的作用。为了确保导线与螺栓头可靠的电接连，可采用导电胶将导线19一端与螺栓头粘结，导线19的另一端与报警装置中的继电器线圈22的一个连接端相连接。继电器22线圈另一个连接端与电源线44相连接，报警灯25和蜂鸣器26一端与控制回路的公共端（地线）连接，另一端通过继电器的常闭触点24与电源线44相连接。

在施工过程中，磨损极限检测装置的磨损极限检测头17的材料与边刮刀相似，硬度相同，因而与边刮刀1的磨损同步进行。当螺栓头没有被磨损或没有磨损到预先设定的磨损极限值时，导线一端通过螺栓头与机架相连（搭铁）即与公共端相连，这样继电器得电，其常闭触点24是断开的，报警灯和蜂鸣器均不接通；当螺栓头被磨损到预先设定的磨损极限时，继电器失电，其常闭触点24闭合，使报警灯和蜂鸣器所在电路接通，发出声光报警，提示操作人员将边刮刀伸出，进行磨损补偿，达到保径的目的；此时，操作人员按下按钮，使电磁阀27左边线圈得电，电磁阀阀芯处于左边位置，来自油泵41的液压油通过电磁换向阀27的左位、中心回转接头10上的油口8、油管11以及双向液压锁28进入到驱动油缸6的下腔，使活塞杆13伸出，通过支撑梁4、连接杆3、座板2带动边刮刀1向外滑动，向外滑动的方向是沿与刀盘半径平行的方向。要使边刮刀缩回，液压油通过电磁换向阀27的右位、中心回转接头10上的油口9、油管12以及双向液压锁28进入到驱动油缸6的上腔，活塞杆13向里滑动，通过支撑梁4、连接杆3、座板2带动边刮刀1向里缩回，由此可知：本发明中的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，具有双向变径的功能，既可以扩径，也可以缩径，可根据需要使用。

本发明中刀盘40的至少一个出渣槽7中安装有边刮刀及其边刮刀伸缩机构，根据需要可以在两个出渣槽7中均安装有边刮刀及其边刮刀伸缩机构。

本实施例中，边刮刀伸缩机构也可采用左右边刮刀分别与一个边刮刀座板的一端相连结，而两个边刮刀座板2的另一端分别与支撑梁的两端固连的结构形式。

磨损检测装置的磨损极限检测头17也可采用一端封闭的空心管。

油缸保护内套16与油缸保护外套14的横截面形状可以是正方形，也可以是圆形。

导向滑座5与导向块15可用工程塑料、黄铜或其他减磨性能良好的材料制成。

刀盘的变径范围设定在0~150mm之间，是一种小范围的变径。。

位移传感器21可用磁致伸缩式位移传感器，也可用电涡流位移传感器、霍尔式传感器等，它们的安装位置应根据实际需要确定。

Claims (8)

1.一种软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，它由刀盘、装配在刀盘上的切刀、边刮刀伸缩机构、液压控制装置和磨损极限检测装置所组成，其特征在于：刀盘中至少有一个出渣槽端部的两边各安装一个边刮刀，这两个边刮刀以出渣槽的径向中心线为左右对称，这两个边刮刀与一个边刮刀伸缩机构相连结，边刮刀伸缩机构安装在刀盘的出渣槽内；边刮刀伸缩机构由液压控制装置中的驱动油缸驱动，驱动油缸内置有位移传感器，位移传感器通过数据线与液压控制装置的中心回转接头连通，中心回转接头上的油口通过油管与驱动油缸相通；磨损极限检测装置中的磨损极限检测头装在沿刀盘径向伸出的套管上，磨损极限检测头内穿有绝缘导线，导线的一端与控制回路的公共端相接，另一端通过中心回转接头与报警装置相连。

2.根据权利要求1所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：所述的边刮刀伸缩机构由两组边刮刀座板，与两组边刮刀座板相连结的两组连接杆和与两组连接杆相连接的一个支撑梁所组成；油缸顶板位于边刮刀伸缩机构的支撑梁下边，位移传感器位于驱动油缸中活塞杆的下面，驱动油缸固定在固定支座上，固定支座焊接在出渣槽的两内侧壁上。

3.根据权利要求2所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：每个边刮刀靠螺栓固装在一个边刮刀滑座上，这个边刮刀滑座的两端各与一个边刮刀座板的一端相连，且边刮刀滑座被两端的边刮刀座板夹紧，每个边刮刀座板的另一端与一个连接杆的一端相连结，每个连接杆的另一端与支撑梁固接。

4.根据权利要求1、2或3所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：磨损极限检测头是一个空心螺栓，它靠螺纹旋装在沿刀盘径向伸出的套管上，空心螺栓内穿有绝缘导线，空心螺栓中填充环氧树脂，绝缘导线一端与螺栓头粘结。

5.根据权利要求4所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：磨损极限检测装置中的报警装置由继电器、报警灯和蜂鸣器构成，空心螺栓内穿有绝缘导线的另一端穿过套管进入中心回转接头与报警装置中的继电器圈的一个连接端相连接，继电器线圈另一个连接端与电源线相连接，报警灯和蜂鸣器一端与控制回路的公共端连接，另一端通过继电器的常闭触点与电源线相连接。

6.根据权利要求5所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：驱动油缸的外部有一个内护套，内护套外边有一个外护套，内护套与外护套之间有导向块，导向块与外护套固连，导向块的内壁与内护套的外壁间隙配合；内护套的上顶面与一个轴承座的下底面固接，轴承座的上顶面与油缸顶板相连接；轴承座内装有轴承，轴承的外圆周与轴承座的内孔过盈配合，轴承的内孔与驱动油缸内的活塞杆的外径间隙配合。

7.根据权利要求6所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：与驱动油缸内的位移传感器相连的信号线，通过中心回转接头和信号处理模块与工业计算机相连。

8.根据权利要求7所述的软岩盾构机中具有小范围变径功能的切削装置，其特征在于：刀盘中1个或2个出渣槽端部安装有边刮刀。

Images