一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法，在盾构机原有结构的基础上增加了用于冲涮泥饼的可旋转的高压水刀喷头以及相应的冲涮系统，包括高压水刀喷头、小回转接头、大回转接头、高压水管、高压水泵、液压马达、高压水管安装架、液压缸、液压缸流量监测器和液压缸控制器。利用高压水刀喷头喷射形成的高压水刀对盾构机刀盘面板上的泥饼进行往复的切割冲洗，使泥饼的冲刷过程更为快速、彻底和安全，节约盾构机停机冲洗泥饼的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法
本专利技术涉及盾构机施工
，具体涉及一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法。
技术介绍
近年来，随着高速铁路、城市地铁、矿山开采等大型工程的快速发展，越来越多的隧道正在被规划和建设。相对于传统的人工钻爆发而言，盾构机在开挖隧道上具有开挖量小、对环境影响小，不会造成周围土壤沉降等优点，在安全性以及掘进速度上有了很大的提升，因此得到了广泛的应用。盾构机在粘土地层的掘进过程中，挖掘面的粘性土受到刀盘面板的碾压，很容易自刀盘面板中心位置向四周逐步在刀盘面板上面形成附着的泥饼，影响盾构机正常工作，导致刀盘面板的切削效率降低，刀盘面板扭矩和盾构机推进阻力均迅速增大，螺旋输送机无法出土，盾构机不能往前推进。泥土仓内过高的温度会缩短刀盘面板主轴承的使用寿命，加速主轴承的损坏，甚至会出现主轴承“烧结、抱死”的严重后果。目前刀盘面板上解决泥饼的方法是加大泡沫剂的注入量，或者人工进入刀盘面板进行清理，或者是在盾构机刀盘面板上增加相应的冲洗管路。加大泡沫注入量的方法需要长时间的浸泡，不仅会增加施工时间，同时还增加环境污染；人工进入刀盘面板面前清理的方法，具有极大的危险性，刀盘面板前方掌子面的坍塌会造成人员伤亡事故；现有的冲洗管路大多是在刀盘面板上固定布置，其喷出的高压射流只能对水流路径内小范围的泥饼进行冲洗，不能对盾构机刀盘面板上面的泥饼进行较为彻底的冲洗。为避免现有盾构机泥饼清理方法耗时长、风险大、清理不彻底等问题，本专利提出了一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法，弥补了原有冲涮装置冲涮点位单一，冲涮范围小的缺点，极大的提高了盾构机泥饼冲涮效率，减少了盾构机停机清理泥饼的时间，节约成本；也杜绝了注射膨润土清洗泥饼造成的安全隐患和环境污染。
技术实现思路
为解决盾构机在粘土地层的掘进过程中，刀盘面板中心位置容易结泥饼从而影响盾构机正常工作等问题，本专利技术提供一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法，在盾构机原有结构的基础上增加了用于冲涮泥饼的可旋转的高压水刀喷头以及相应的冲涮系统，包括高压水刀喷头、小回转接头、大回转接头、高压水管、高压水泵、液压马达、高压水管安装架、液压缸、液压缸流量监测器和液压缸控制器。利用高压水刀喷头喷射形成的高压水刀对盾构机刀盘面板上的泥饼进行往复的切割冲洗，使泥饼的冲刷过程更为快速、彻底和安全，节约盾构机停机冲洗泥饼的成本。本专利技术提供的一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，包括高压水刀喷头、小回转接头、大回转接头、高压水管、高压水泵、液压马达、高压水管安装架和液压缸，盾构机的刀盘面板上设置有通孔，所述液压缸设置在盾构机上，所述液压马达、高压水管和高压水泵设置在所述高压水管安装架上，所述高压水刀喷头一端可活动的穿插在所述盾构机的刀盘面板上的通孔内，另一端通过所述小回转接头与所述高压水管的出水端连接，所述高压水管的进水端与所述高压水泵的出水口连接，所述液压马达用于驱动所述高压水刀喷头旋转，所述高压水管安装架通过所述大回转接头与所述液压缸的活塞杆端连接。在其中一个实施例中，所述液压马达的转轴上套装有驱动齿轮，所述高压水刀喷头上套装有从动齿轮，所述驱动齿轮与所述从动齿轮相互啮合，其中液压马达的转轴的轴线与驱动齿轮的轴线相重合设置，高压水刀喷头的轴线与从动齿轮的轴线相重合设置。在其中一个实施例中，所述驱动齿轮的齿数少于所述从动齿轮的齿数。在其中一个实施例中，还包括液压缸控制器和液压缸流量监测器，所述液压缸流量监测器用于检测流入所述液压缸的液压油的流量变化，所述液压缸控制器根据所述液压缸流量监测器的监测信号控制所述液压缸的运动。在其中一个实施例中，盾构机的刀盘面板上的通孔为垂直所述刀盘面板的圆形通孔，且分布在所述刀盘面板的中心区域。在其中一个实施例中，所述高压水刀喷头穿插在所述刀盘面板上通孔内的一端的外形呈圆锥状，且其侧壁上设置有喷射口。在其中一个实施例中，所述高压水刀喷头的侧壁上设置有若干组所述喷射口，每组所述喷射口包含两个喷射口，每组的两个所述喷射口的位置之间的夹角为180度，且分别距离所述高压水刀喷头端部的距离大小不同。还提供给了一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在盾构机刀盘面板中心结出泥饼影响到盾构机的正常工作时，停止盾构机刀盘的转动和推进，通过液压缸控制器控制液压缸以驱动高压水刀喷头从盾构机刀盘面板上的通孔中伸出、穿过泥饼，并在高压水刀喷头顶端伸出泥饼时停止；步骤2：开启高压水泵，来自高压水泵的高压水经过高压水管从高压水刀喷头侧面的喷射口中射出，形成与刀盘面板平行的高压水刀；步骤3：液压马达驱动高压水刀喷头绕其自身的中心轴线旋转，高压水刀喷头侧面的喷射口中射出的高压水刀对泥饼进行旋转冲涮；步骤4：液压缸驱动高压水管安装架连同高压水刀喷头在泥饼中沿刀盘面板中心轴线方向小范围的来回移动，带动高压水刀沿刀盘面板中心轴线方向作往复运动，实现对不同层面的泥饼进行冲涮。其中，盾构机的刀盘面板上的圆形通孔，其方向垂直于刀盘面板，并分布在刀盘面板中心区域，使得高压水刀喷头喷射形成的高压水刀冲刷范围覆盖整个刀盘面板中心区域除去刀具以外位置，其具体位置根据盾构机刀盘面板的不同而进行具体布置。高压水刀喷头，固定在位于刀盘面板后面的高压水管安装架上面，利用回转接头与后面的高压水管连接。高压水刀喷头是由强度和刚度性能较好的金属制成，其外层进行防锈处理。从结构上来说，高压水刀喷头其侧壁上设置有喷射口，高压水刀喷头最前端封闭，并且前端设计成易于穿透泥饼的圆锥外形；高压水刀喷头侧壁上的喷射口设有若干组，每组两个喷射口；每组的两个喷射口分别位于高压水刀喷头的同一圆截面上相差180度的位置上，且这两个喷射口布置在与高压水刀喷头前端封闭处相距不同的位置上，两个喷射口之间的距离根据刀盘面板大小进行适当调整。其中步骤1中高压水刀喷头伸入泥饼中间，是利用液压缸推动高压水管安装架从而推动高压水刀喷头伸出刀盘面板；在高压水刀喷头顶端伸出泥饼时停止液压缸的推动，其原理是：当高压水刀喷头顶端伸出泥饼时，高压水刀喷头所受阻力突然变小，液压缸的推动速度突增，此时液压缸流量监测器监测到流入液压缸的流量突增，反馈一个电信号给液压缸的液压控制器，液压控制器控制液压缸停止推动；步骤3中，高压水刀喷头绕其自身的中心轴线旋转，是缘于每一个高压水刀喷头都由其对应的液压马达带动旋转；步骤4中高压水刀喷头在泥饼中沿刀盘面板中心轴线方向小范围的来回移动，原理是：液压缸推动高压水管架小范围的沿刀盘面板中心轴线方向来回运动，进而带动由高压水刀喷头喷射形成的高压水刀沿刀盘面板中心轴线方向往复运动，使高压水刀能对不同层面的泥饼进行冲涮，提高高压水刀对泥饼的冲涮效率。与现有技术相比，本专利技术提供的一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置及方法具有以下优点：本专利技术规避了加大泡沫注入量的泥饼清理方法而增加成本、增加环境污染的问题；规避了人工进入刀盘面板工作面前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，其特征在于，包括高压水刀喷头、小回转接头、大回转接头、高压水管、高压水泵、液压马达、高压水管安装架和液压缸，盾构机的刀盘面板上设置有通孔，所述液压缸设置在盾构机上，所述液压马达、高压水管和高压水泵设置在所述高压水管安装架上，所述高压水刀喷头一端可活动的穿插在所述盾构机的刀盘面板上的通孔内，另一端通过所述小回转接头与所述高压水管的出水端连接，所述高压水管的进水端与所述高压水泵的出水口连接，所述液压马达用于驱动所述高压水刀喷头旋转，所述高压水管安装架通过所述大回转接头与所述液压缸的活塞杆端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，其特征在于，包括高压水刀喷头、小回转接头、大回转接头、高压水管、高压水泵、液压马达、高压水管安装架和液压缸，盾构机的刀盘面板上设置有通孔，所述液压缸设置在盾构机上，所述液压马达、高压水管和高压水泵设置在所述高压水管安装架上，所述高压水刀喷头一端可活动的穿插在所述盾构机的刀盘面板上的通孔内，另一端通过所述小回转接头与所述高压水管的出水端连接，所述高压水管的进水端与所述高压水泵的出水口连接，所述液压马达用于驱动所述高压水刀喷头旋转，所述高压水管安装架通过所述大回转接头与所述液压缸的活塞杆端连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，其特征在于，所述液压马达的转轴上套装有驱动齿轮，所述高压水刀喷头上套装有从动齿轮，所述驱动齿轮与所述从动齿轮相互啮合。


3.根据权利要求2所述的一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，其特征在于，所述驱动齿轮的齿数少于所述从动齿轮的齿数。


4.根据权利要求1-3任一所述的一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，其特征在于，还包括液压缸控制器和液压缸流量监测器，所述液压缸流量监测器用于检测流入所述液压缸的液压油的流量变化，所述液压缸控制器根据所述液压缸流量监测器的监测信号控制所述液压缸的运动。


5.根据权利要求1-3任一所述的一种基于旋转水刀的盾构机泥饼的清理装置，其特征在于，盾构机的刀盘面板上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏毅敏，向香彩，王华伟，李伯昌，李红伟，吴遁，杨妹，宁波，
申请(专利权)人：中南大学，中铁十四局集团有限公司，新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，
类型：发明
国别省市：湖南;43