专利名称：中心螺旋式土压平衡微型顶管机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于隧道的微型顶管机，特别是一种中心螺旋式土压平衡微型顶管机，属于隧道机械领域。
背景技术：
目前的市政设施有许多需要进行改造、扩建，特别是地下陈旧的各类管线需要更新，以及地面上的各类架空线需埋设于地面下。然而在地面交通十分繁忙、建筑物鳞次栉比的情况下，仍然用原始的大开挖方式来改造和建造地下设施铺设管线的话，不仅破坏了地面建筑，而且对地面的交通环境影响也十分大，机械化程度十分低，对地下空间的利用率也极为有限，不利于保护原有的各类地下管线。经文献检索发现，中国专利号为94230690.2，名称为一种小型顶管机，该实用新型专利介绍了该设备可铺设各种小口径地下管道。它由机架、旋转机构、推进机构、动力机构组成。机架的前后部位滑道上安装一组同样的推进机构，两组推进机构之间安装旋转机构，它是能穿过钻杆并能绕其旋转并可抱紧和离开的装置。由于其没有方向控制及纠偏系统，所以无法正确地控制好整个管线的方向，一旦发生偏差，易对周围其他管线产生影响。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术的不足和缺陷，提供一种中心螺旋式土压平衡微型顶管机，使其能有效地控制土压平衡而进行小口径管线的铺设，并且保证地面建筑物及地下各类管线不受损害。本发明主要包括顶管机主机、刀盘驱动系统、轴线监测系统、主顶进装置。顶管机主机作为主要的切削装置在顶进始发时，先安装于工作井内。主顶进装置位于工作井的反作用支撑墙前端，并可在工作井内的轨道上前后移动，当顶进开始时，它通过主顶进油缸作用在支撑墙上的反作用力将顶管机主机及管节推入到土中，同时顶管机主机中的螺旋输送机通过销与安装在工作井内的刀盘驱动系统相连，边切削土体边往前推进。轴线监测系统安装在顶管机主机内，所监测到的信号通过电缆线传至井外。
顶管机主机包括大刀盘、中心搅拌体、中心锥体、前段壳体、密封装置、后段壳体、超高压纠偏油缸、中心螺旋输送机，其连接方式为大刀盘位于顶管机的最前部，与中心搅拌体相焊接，并通过销与首节中心螺旋输送机的螺杆相联，中心锥体位于前端壳体的前部中心，与前端壳体和第一节螺旋机壳体相焊接。并在锥体上堆焊硬质合金，通过锥体与中心搅拌体端头的间隙形成一个锥形粉碎体，第一节螺旋杆头部为一双叶搅拌头，前部的螺距比后部的小。超高压纠偏油缸位于前段壳体和后段壳体之间，它的前侧底座焊接在前端壳体的圈板上，后侧底座用螺栓固定在后段壳体的中间一层圈板上，在前段壳体和后段壳体之间设有密封装置。通过遥距控制油缸编组动作，从而完成纠偏动作。
刀盘驱动系统包括一台低速大扭矩的油马达用螺栓固定在连接支座上，位于工作井内的底架上，油马达的转动轴通过销与最后一节中心螺旋输送机的螺杆连接，带动整个螺旋输送机和大刀盘一起运转。
轴线监测系统包括目标靶、微型摄像机，目标靶安装在前段壳体的圈板上，微型摄像机安装在后段壳体的圈板上。
主顶进装置包括主顶进油缸及顶铁、底架导轨、钢后靠组成。主顶进油缸沿管壁按左右对称布置安装在底架导轨上。顶铁位于主顶进油缸的前方，它可以弥补主顶进油缸行程不足作为垫块用，还可以把主顶进油缸的推力较均匀、较分散地加到所顶管道周边。底架导轨铺设在工作井地面上，它的作用是使管道在工作井内有一个较稳定的导向过程，同时也能使顶铁在导轨上滑动。钢后靠位于主顶进油缸尾部，并焊接固定在工作井后靠墙前方。它能把主顶进油缸的反力尽量分散开来。
调整中心螺旋输送机的转速可保持正面土体的压力，维持开挖面的稳定。微型摄像机所摄的状况及时反馈到工作井外，通过偏移量计算出隧道推进轴线的偏移量，及时调整各纠偏千斤顶的行程，来控制机头推进轴线的直线度，整套控制则应用了程序逻辑控制器技术。
本发明的整个过程以土压平衡为工作原理，通过改变螺旋机的旋转速度及顶进速度来控制排土量，使土压仓内的土压力值稳定并控制在所设定的压力值范围内，从而达到开挖切削面的土体稳定。首先将管节、螺旋壳体、螺杆一起吊入井内就位，用主顶进油缸向前推，将螺杆头子插入前一节螺杆内，用销联接好，油缸复位，装入辅助工具，用主顶进油缸将螺旋机壳体推进至前一节螺旋机壳体位置处，用螺栓联接好，再将管节向前推，使螺旋机壳体后部插入顶座中心，将螺杆与驱动装置(油马达)轴头联接好，用销子固定好。然后进行下一顶进，同时，启动油马达，使螺杆转动并带动刀盘旋转。本发明由目前的人工控制、半自动控制逐步向全自动控制发展，将摄像机监测到的数据直接传回计算机，通过计算由计算机直接控制主顶千斤顶工作，做到真正自动化、智能化。
本发明具有实质性特点和显著进步，与现有技术相比具有以下优点1)无需大开挖，便可轻松铺设煤气管、电缆、自来水管、污水管等各类地下管线，自动化程度高，施工周期短。
2)不影响原有的各类地下管线，不影响公路交通、水运以及地面的各类建筑。
3)施工设备轻便、操作简便、移动灵活，国产化程度高，便于制作和推广应用，适合我国的技术经济条件。
4)可在建筑密集群，稠密居民区、医院等建筑物附近进行顶进施工，施工时无噪音、无环境污染。
5)通过微型摄影机、可编逻辑程序控制器及各类传感器等随时监测施工状况，确定施工参数，使整个施工过程处于受控状态，从而有效控制顶进轴线及地面沉降。
图1本发明结构示意2顶管机主机结构示意3主顶进装置示意图具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括顶管机主机1、刀盘驱动系统2、轴线监测系统3、主顶进装置4，顶管机主机1作为主要切削装置位于最前方，它通过其中的螺旋输送轴与刀盘驱动系统2的驱动轴用销连接，刀盘驱动系统2安装在工作井内、主顶进装置4的中间，主顶进装置4位于工作井后侧底座的轨道上，轴线监测系统3安装在顶管机主机1内。
如图2所示顶管机主机1包括大刀盘5、中心搅拌体6、中心锥体7、前段体8、密封装置9、后段壳体10、超高压纠偏油缸11、中心螺旋输送机12，其连接方式为大刀盘5位于顶管机的最前部，与中心搅拌体6相焊接，并通过销与首节中心螺旋输送机12的螺杆相联，中心锥体7位于前端壳体8的前部中心，与前段壳体8和第一节螺旋机壳体相焊接，超高压纠偏油缸11位于前段壳体8和后段壳体10之间，它的前侧底座焊接在前段壳体8的圈板上，后侧底座用螺栓固定在后段壳体10的中间一层圈板上，在前段壳体8和后段壳体10之间设有密封装置9。
轴线监测系统3包括目标靶13、微型摄像机14，目标靶13安装在前段壳体8的圈板上，微型摄像机14安装在后段壳体10的圈板上。
如图3所示刀盘驱动系统2包括一台低速大扭矩的油马达15及连接支座16，位于工作井内的底架上，油马达的转动轴通过销与最后一节中心螺旋输送机的螺杆连接，带动整个螺旋输送机和大刀盘一起运转。
主顶进装置4包括主顶进油缸17及顶铁18、底架导轨19、钢后靠20组成，主顶进油缸17沿管壁按左右对称布置设置在底架导轨19上，顶铁18位于主顶进油缸17的前方，底架导轨19铺设在工作井地面上，对所顶管道有一个导向作用，并能使顶铁18亦能在导轨19上滑动，钢后靠20位于主顶进油缸17尾部，并焊接固定在工作井后靠墙前方。
权利要求
1.一种中心螺旋式土压平衡微型顶管机，主要包括顶管机主机(1)、刀盘驱动系统(2)、轴线监测系统(3)、主顶进装置(4)，其特征在于顶管机主机(1)作为主要切削装置位于最前方，它通过其中的螺旋输送轴与刀盘驱动系统(2)的驱动轴用销连接，刀盘驱动系统(2)设置在工作井内、主顶进装置(4)的中间，主顶进装置(4)位于工作井后侧底座的轨道上，轴线监测系统(3)设置在顶管机主机(1)内，所述的顶管机主机(1)包括大刀盘(5)、中心搅拌体(6)、中心锥体(7)、前段壳体(8)、密封装置(9)、后段壳体(10)、超高压纠偏油缸(11)、中心螺旋输送机(12)，其连接方式为大刀盘(5)位于顶管机的最前部，与中心搅拌体(6)相焊接，并通过销与首节中心螺旋输送机(12)的螺杆相联，中心锥体(7)位于前端壳体(8)的前部中心，与前段壳体(8)和第一节螺旋机壳体相焊接，超高压纠偏油缸(11)位于前段壳体(8)和后段壳体(10)之间，它的前侧底座焊接在前段壳体(8)的圈板上，后侧底座用螺栓固定在后段壳体(10)的中间一层圈板上，在前段壳体(8)和后段壳体(10)之间设有密封装置(9)。
2.根据权利要求1所述的这种中心螺旋式土压平衡微型顶管机，其特征在于所述的刀盘驱动系统(2)包括一台低速大扭矩的油马达(15)及连接支座(16)，位于工作井内的底架上，油马达(15)的转动轴通过销与最后一节中心螺旋输送机的螺杆连接，带动整个螺旋输送机和大刀盘一起运转。
3.根据权利要求1所述的这种中心螺旋式土压平衡微型顶管机，其特征是轴线监测系统(3)包括目标靶(13)、微型摄像机(14)，目标靶(13)安装在前段壳体(8)的圈板上，微型摄像机(14)安装在后段壳体(10)的圈板上。
4.根据权利要求1所述的这种中心螺旋式土压平衡微型顶管机，其特征是主顶进装置(4)包括主顶进油缸(17)及顶铁(18)、底架导轨(19)、钢后靠(20)组成，主顶进油缸(17)沿管壁按左右对称布置设置在底架导轨(19)上，顶铁(18)位于主顶进油缸(17)的前方，底架导轨(19)铺设在工作井地面上，顶铁(18)在导轨(19)上滑动，钢后靠(20)位于主顶进油缸(17)尾部，并焊接固定在工作井后靠墙前方。
全文摘要
一种中心螺旋式土压平衡微型顶管机属于隧道机械领域。包括顶管机主机、刀盘驱动系统、轴线监测系统、主顶进装置。顶管机主机与刀盘驱动系统连接，刀盘驱动系统设置在主顶进装置的中间，主顶进装置位于工作井后侧底座的轨道上，轴线监测系统设置在顶管机主机内，顶管机主机连接方式为大刀盘位于顶管机的最前部，与中心搅拌体相焊接，并通过销与首节中心螺旋输送机的螺杆相联，中心锥体与前段壳体和第一节螺旋机壳体相焊接，超高压纠偏油缸位于前段壳体和后段壳体之间，在前段壳体和后段壳体之间设有密封装置。施工设备轻便、操作简便、移动灵活，有效控制顶进轴线及地面沉降，国产化程度高，便于制作和推广应用，适合我国的技术经济条件。
文档编号F16L1/028GK1434234SQ0311568
公开日2003年8月6日 申请日期2003年3月6日 优先权日2003年3月6日
发明者吕建中, 洪伟, 杨磊, 傅德明, 王鹤林, 顾德焜 申请人:上海隧道工程股份有限公司