專利名稱：土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪拌裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于地下機械施工設備，具體涉及一種盾構機中渣土掘進的輔助攪拌裝置。
背景技術：
目前城市地下工程采用盾構法進行隧道施工越來越廣泛。盾構法在施工過程中對周 圍環(huán)境影響小、施工效率高、不受氣候及地面交通等影響，所以成為地下鐵道、越江公 路隧道、輸水隧洞以及城市地下隧道的主要修建方法之一。
盾構機在粘性土層中施工所遇到的主要問題是，被刀盤從開挖面上切削下來的粘 土，通過刀盤渣槽進入泥土倉后，在泥土倉壓力的作用下容易壓實固結。極易將刀盤支 撐臂中心充滿填實，并很快堵死了刀盤中心的渣槽，在刀盤擠壓力的作用下渣土從刀盤 四周的渣槽進入泥土倉，逐漸使整個泥土倉內全部被壓實固結的土體充滿并堵塞。這時 當刀盤繼續(xù)旋轉切削土體時，固結土體的刀盤和開挖面土體之間產生很大的摩擦力，據 此產生大量的熱量使刀盤溫度不斷升高，使刀盤土倉內的土體不段被燒結固化，最終在 刀盤和整個泥土倉內形成堅硬的"泥餅"。"泥餅"的形成將導致刀盤系統、密封倉和 攪拌系統等出現問題，最終會出現主軸承"燒結、抱死"的嚴重后果，縮短了刀盤的使 用壽命。。
解決該問題的方法是在密封倉內對渣土進行攪拌。目前攪拌裝置有三類第一類是 在盾構機內設有刀盤支撐梁，隨刀盤的轉動而攪拌倉內的土體；第二類是將攪拌棒固定
于刀盤的后板上，或者在每根棒中間設裝有注漿管路。第三類是將固定攪拌棒設置在泥 土倉的密封板上，也可在攪拌棒內設注漿管路，這類攪拌棒有利于軸承密封的保護及施 工人員從人孔中進出土倉。上述攪拌棒的設置雖然改良了泥土倉內的渣土性質，但存在 的問題是，攪拌棒難以觸及泥土倉內部中心區(qū)域。在土壓平衡狀態(tài)下單純依靠傳統的攪 拌棒設置方式，難以徹底改變泥土倉中心區(qū)域的渣土結餅問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種小扭矩或不增加扭矩的土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪 拌裝置。
以下結合附圖對本發(fā)明具體的技術方案予以說明。土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪
拌裝置具有主驅動馬達、輔驅動馬達、主攪拌棒、主受力環(huán)、刀盤驅動法蘭、刀盤、
3輔助旋轉圓盤、輔傳動軸、大軸承及切刀組如切刀、邊滾刀、邊刮刀等組成。刀盤中心 渣土攪拌裝置由主驅動機構和輔攪拌裝置兩大部分構成，其中主驅動機構包括兩個主 驅動馬達、刀盤驅動法蘭和刀盤、大軸承、主受力環(huán)以及外齒輪等；輔攪拌裝置包括-輔驅動馬達、輔攪拌棒、輔助旋轉圓盤等。傳統的盾構機刀盤掘進方式是由驅動馬達 提供動力給刀盤，驅動整個刀盤上組裝的切刀組共同旋轉，實現刀盤的切削和推進。但 由于攪拌棒攪拌的范圍有限，當進入軟硬不均或伴有巖石的地段后，刀盤四個云腿中心 區(qū)域因缺乏攪拌動力，易形成網兜式的粘性附著區(qū)，產生泥餅。據此本發(fā)明所設計的機 械結構為在傳統式刀盤的四個云腿中心區(qū)域單獨引入一個相對獨立的輔助攪拌裝置， 即在兩個主驅動馬達掘進機構的中間加入一個輔攪拌裝置。在主驅動機構帶動切刀組旋 轉掘進的同時，由輔驅動馬達另外帶動一組輔助的攪拌裝置同時工作。輔驅動馬達通過 傳動軸單獨驅動輔旋轉圓盤以及四根攪拌棒旋轉，從而可以有效減少刀盤中心區(qū)域渣土 的滯留及"泥餅"的產生。而且由于輔驅動馬達可以與主驅動馬達同向同速旋轉，也可 以與主驅動馬達反向異速旋轉，它在泥土倉內部形成獨立于主驅動系統的附加驅動力， 除了可以有效防止"泥餅"的形成外，還可以達到調節(jié)刀盤泥土倉內壓力和攪拌作用。 當泥土倉內壓力失衡時，通過單獨驅動攪拌棒裝置來調節(jié)土壓平衡。
圖l本發(fā)明刀盤整體立體簡圖。
圖2本發(fā)明主、輔驅動部分的結構圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪拌 裝置由主驅動機構和輔攪拌裝置兩大部分組成，其中主驅動機構包括兩個主驅動馬達 1、刀盤主驅動法蘭2和刀盤本體3、大軸承4、主受力環(huán)5以及外齒輪6等；輔攪拌裝 置包括輔驅動馬達7、輔攪拌棒8、輔助旋轉圓盤9、輔傳動軸10等。主驅動機構為
兩個主驅動馬達l的輸出軸嵌入外齒輪6的內？L，外齒輪與帶有外齒的大軸承4外套嚙 合，大軸承4的外套11通過螺栓12固定于主受力環(huán)5本體。大軸承4的內套通過雙頭 螺栓13與支撐盤14連接固定。云腿15的兩端分別與刀盤主驅動法蘭2和刀盤本體3 焊接固定。刀盤主驅動法蘭2通過螺栓與主受力環(huán)5連接。切刀16、滾刀17、邊刮刀 18依次通過螺栓固定于刀盤本體3上所對應的刀座。主攪拌棒19焊接于刀盤本體3的 背面。輔攪拌裝置位于四個云腿的中間位置，其結構為輔助旋轉圓盤9與輔攪拌棒8 焊接，輔傳動軸10頂端插入輔助旋轉圓盤9的內花鍵孔中并通過周向固定螺栓將傳動軸固定，輔傳動軸10的另一端與輔驅動馬達7軸連接。輔驅動馬達7單獨驅動輔傳動 軸10，通過調節(jié)輔驅動馬達7的油量和供油方向實現與主驅動機構同旋轉差速或旋轉方 向的改變。輔助旋轉圓盤9和輔攪拌棒8可以方便單獨拆卸并具有不同的結構尺寸，以 適應不同的地質標段，提高掘進效率。通過調節(jié)與輔驅動馬達7所附帶的比例調節(jié)控制 器中的控制閥來改變轉速，闊芯開度加大則進油量增大，轉速提高，閥芯開度減小則進 油量變小，轉速降低，達到差速目的。旋轉方向的調節(jié)輔驅動馬達7還附帶有一個兩 位三通的閥，當閥芯處于水平(正向位)時，則正向供油，刀盤正轉；當閥芯處于垂直
(反向位)時，則反向供油，刀盤反轉。
本實例中采用的刀盤本體直徑為①6300mm。輔傳動軸10的軸長為1840mm。帶有 內花鍵的輔助旋轉圓盤9其直徑為1400mm，焊接其上的四根輔攪拌棒8各周向間隔為 90°，輔攪拌棒直徑為100鵬、長度為450鵬。輔驅動馬達7為250kw的液壓馬達。輔傳 動軸10前端外花鍵與輔助旋轉圓盤9的內花鍵嚙合，同時外部用6個螺栓進行軸向固 定。
動力傳遞過程為主驅動馬達l帶動外齒輪6旋轉，因為外齒輪與帶有外齒的大軸 承外套嚙合，因為大軸承4的外套與主受力環(huán)5本體固定，刀盤主驅動法蘭2與主受力 環(huán)5連接；而大軸承4的內套是與支撐盤14連接固定的，所以外齒輪與大軸承內、外 套以及支撐盤的傳動組合構成了馬達的減速機構。云腿15的兩端分別與刀盤主驅動法 蘭2和刀盤本體3焊接固定，其作用結果是輔驅動馬達將動力傳遞給主受力環(huán)5繼而傳 遞給刀盤本體，最終將動力傳遞給刀盤本體刀座上的切刀、滾刀、邊刮刀，實現刀盤本 體3和切削刀具共同旋轉，達到切削土體的效果。當盾構機檢測出泥土倉內部出現"泥 餅"或者土壓失衡時，啟動刀盤中心渣土輔攪拌裝置。輔驅動馬達7通過輔傳動軸10 將動力傳給輔助旋轉圓盤9上的四根輔攪拌棒8進行旋轉，進行攪拌泥土艙內部渣土、 調節(jié)土壓和消除"泥餅"的操作。
本發(fā)明的有益效果在于第一，解決了多年來嚴重困擾盾構施工的"泥餅"失效問 題，減少由"泥餅"形成帶來的溫升、主軸承等關鍵部件損壞帶來的一系列問題，使盾 構機的使用壽命大大提高；第二， 土壓平衡控制更加容易，從而有效提高了盾構施工的 效率和質量；第三，設備維護較為簡單，刀盤中心渣土攪拌裝置雖然由多部件組成，但 十分方便裝拆和組裝， 一旦發(fā)現有損壞，可以隨時進行更換。
權利要求
1. 土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪拌裝置，具有主驅動馬達、輔驅動馬達、主攪拌棒、切刀、邊滾刀、邊刮刀、刀盤驅動法蘭、刀盤本體、主受力環(huán)，其特征是刀盤中心渣土攪拌裝置由主驅動機構和輔攪拌裝置兩大部分組成，其中主驅動機構包括兩個主驅動馬達(1)、刀盤主驅動法蘭(2)和刀盤本體(3)、大軸承(4)、主受力環(huán)(5)以及外齒輪(6)，輔攪拌裝置包括輔驅動馬達(7)、輔攪拌棒(8)、輔助旋轉圓盤(9)、輔傳動軸(10)，兩個主驅動馬達(1)的輸出軸嵌入外齒輪(6)的內孔，外齒輪與帶有外齒的大軸承(4)外套嚙合，大軸承(4)的外套(11)通過螺栓(12)固定于主受力環(huán)(5)本體，大軸承(4)的內套通過雙頭螺栓(13)與支撐盤(14)連接固定，云腿(15)的兩端分別與刀盤主驅動法蘭(2)和刀盤本體(3)焊接固定，刀盤主驅動法蘭(2)通過螺栓與主受力環(huán)(5)連接，切刀(16)、滾刀(17)、邊刮刀(18)依次通過螺栓固定于刀盤本體(3)上所對應的刀座，主攪拌棒(19)焊接于刀盤本體(3)的背面；輔助旋轉圓盤(9)與輔攪拌棒(8)焊接，輔傳動軸(10)頂端插入輔助旋轉圓盤(9)的內花鍵孔中并通過周向固定螺栓將傳動軸固定，輔傳動軸(10)的另一端與輔驅動馬達(7)軸連接。
2. 按照權利要求1所述的土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪拌裝置，其特征是由所 述輔驅動馬達(7)單獨驅動所述傳動軸輔(10)，通過調節(jié)輔驅動馬達(7)的油量和 供油方向實現與所述主驅動機構同旋轉差速或旋轉方向的改變。
3. 按照權利要求1或2所述的土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪拌裝置，其特征是 所述輔助旋轉圓盤(9)和輔攪拌棒(8)可以方便單獨拆卸并具有不同的結構尺寸，以 適應不同的地質標段。
全文摘要
土壓平衡盾構機刀盤中心渣土攪拌裝置，由主驅動機構和輔攪拌裝置兩大部分組成。主驅動馬達帶動外齒輪旋轉，外齒輪與大軸承外套嚙合，該外套與主受力環(huán)本體固定，刀盤主驅動法蘭與主受力環(huán)連接。大軸承內套與支撐盤連接固定，云腿的兩端分別與刀盤主驅動法蘭和刀盤本體焊接固定，其作用結果是輔驅動馬達將動力傳給主受力環(huán)繼而傳遞至刀盤本體，最終傳遞給切刀組使其旋轉，進行掘進切削渣土。當盾構機泥土倉內出現“泥餅”或者土壓失衡時，輔驅動馬達帶動輔助旋轉圓盤上的四根攪拌棒旋轉，攪拌泥土艙內部渣土、調節(jié)土壓和消除“泥餅”的操作。本發(fā)明解決了盾構施工所產生的“泥餅”問題，使土壓平衡容易控制，有效提高了盾構施工的效率和質量。
文檔編號E21D9/12GK101440709SQ20081015406
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權日2008年12月12日
發(fā)明者劉建琴, 孫月海, 王鳳岐, 偉 郭, 黃丙慶 申請人:天津大學