專利名稱：可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及地下管道挖掘技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭。
背景技術(shù)：
目前，城市的上下水管網(wǎng)、熱力管道等小口徑管道通常采用開槽鋪設(shè)的方法修建， 這種修建方法容易對地面交通產(chǎn)生影響。非開挖鋪設(shè)地下管線施工技術(shù)是在地表不挖槽和地層結(jié)構(gòu)破壞極小的情況下，對諸如供水、煤氣、天然氣、污水、電信電纜等公用管線進(jìn)行鋪設(shè)的施工技術(shù)。地下管道的掘進(jìn)刀頭是非開挖鋪設(shè)地下管線施工技術(shù)中的重要技術(shù)，但現(xiàn)有的掘進(jìn)刀頭主要用在大型盾構(gòu)機(jī)上用于隧道開挖，這種用于大型盾構(gòu)機(jī)上的刀盤，其刀具一般固定在刀盤上，不能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且在掘進(jìn)過程中需要很大的動力。而在城市公用地下管線鋪設(shè)中，管線的直徑往往較小，在掘進(jìn)過程中無法給刀頭提供很大的動力，另外，針對地下管線往往處于靠近地表的土質(zhì)土壤中，采用固定刀具的刀盤往往不能夠適應(yīng)不同的土壤條件。這些矛盾造成現(xiàn)有的掘進(jìn)刀頭無法用于城市地下管線的鋪設(shè)施工中。

實用新型內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)中刀頭對土層破壞嚴(yán)重，動力要求大，不能夠適應(yīng)不同的土壤條件等缺陷，本實用新型提出了一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭，其技術(shù)方案為技術(shù)方案所述一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭，其特征在于包括外殼切削機(jī)構(gòu)、主體切削刀具和帶鉆頭心軸；外殼切削機(jī)構(gòu)包括刀頭外殼和周向刀片；刀頭外殼為薄壁圓筒形結(jié)構(gòu)，在其一端的內(nèi)壁面和外壁面上均勻交替開有若干刀槽，周向刀片固定安裝在刀槽內(nèi)，刀刃方向朝向帶鉆頭心軸的旋轉(zhuǎn)方向，刀刃與刀頭外殼軸向的夾角為45° 60° ；主體切削刀具包括有若干組切削刀具組件，每組切削刀具組件包括刀片、可調(diào)刀架、固定刀架、刀架連桿和刀架調(diào)節(jié)件；固定刀架兩側(cè)有連接孔，分別用于與刀頭外殼和帶鉆頭心軸固定連接，帶動刀頭外殼隨帶鉆頭心軸同步轉(zhuǎn)動；固定刀架中部有凹槽，凹槽底部伸出有帶螺紋孔的刀架調(diào)節(jié)件安裝板；可調(diào)刀架下部置于固定刀架中部凹槽內(nèi)，并與固定刀架軸連接，可調(diào)刀架可繞連接軸轉(zhuǎn)動；可調(diào)刀架中部有凹槽，可調(diào)刀架上部有刀片固定槽，刀片安裝在刀片固定槽上，并且刀片在刀片固定槽的安裝位置可調(diào)節(jié)；刀架調(diào)節(jié)件包括調(diào)節(jié)螺桿和連接塊，連接塊中部有凹槽，凹槽底面有通孔，調(diào)節(jié)螺桿一端穿過連接塊底面通孔與連接塊連接，且調(diào)節(jié)螺桿與連接塊之間只有轉(zhuǎn)動副，調(diào)節(jié)螺桿的螺紋段穿過刀架調(diào)節(jié)件安裝板的螺紋孔與固定刀架連接；刀架連桿兩端分別置于連接塊凹槽內(nèi)和可調(diào)刀架中部凹槽內(nèi)，并與連接塊和可調(diào)刀架軸連接，刀架連桿可繞兩個連接軸轉(zhuǎn)動。[0009]所述一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭的優(yōu)選方案，其特征在于從距帶鉆頭心軸徑向距離最近的刀片起，沿帶鉆頭心軸的轉(zhuǎn)動方向，每組切削刀具組件的刀片在可調(diào)刀架上的安裝位置距帶鉆頭心軸的徑向距離均勻增大，刀片的刀刃刃口尺寸均勻減小。所述一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭的優(yōu)選方案，其特征在于每個刀片的切削角可調(diào)節(jié)，并且保持相同。有益效果本實用新型通過設(shè)置刀頭外殼，將將土壤切割為殼內(nèi)和殼外兩部分，既有利于對殼內(nèi)土壤進(jìn)行切削，又不會對殼外土壤造成破壞；通過采用刀片的徑向位置和切削角可調(diào)設(shè)計，將刀片設(shè)置為螺旋狀排列，可以減小每個刀片的刀刃尺寸，從而降低對動力的要求； 并可以實現(xiàn)每個刀片的切削力大小相等，進(jìn)而使每組可調(diào)刀架和固定刀架的受力相等，整體受力平衡，在切削時能提供一個軸向的前進(jìn)推力，有利于刀頭沿軸向前進(jìn)；此外，根據(jù)不同土壤特性，可以調(diào)節(jié)刀片切削角，降低切削阻力，減少刀具磨損，保證切削土體的流動性； 通過更換不同形狀的刀具，可以提高刀頭的使用壽命。

圖1 本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 切削刀具組件的結(jié)構(gòu)示意圖一；圖3 切削刀具組件的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖4 帶鉆頭心軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 可調(diào)刀架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6 刀架連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；其中:1、刀頭外殼；2、帶鉆頭心軸；3、切削刀具組件；4、周向刀片；5、刀片；6、可調(diào)刀架；7、固定刀架；8、刀架連桿；9、連接塊；10、調(diào)節(jié)螺桿。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例描述本實用新型實施例本實施例用于直徑為20cm的地下管線掘進(jìn)施工中，管線鋪設(shè)環(huán)境為土質(zhì)土壤。刀頭的前進(jìn)動力為電機(jī)推動。參照附圖1，本實施例中，刀頭包括外殼切削機(jī)構(gòu)、主體切削刀具和帶鉆頭心軸2 三個部分。外殼切削機(jī)構(gòu)包括有刀頭外殼1和周向刀片4 ；刀頭外殼1為薄壁圓筒形結(jié)構(gòu)， 外筒壁圓周半徑為114mm，壁厚為4mm，在刀頭外殼1 一端的內(nèi)壁面和外壁面上均勻交替開有4組刀槽，每組刀槽包括有一個外壁面刀槽和一個內(nèi)壁面刀槽，周向刀片4通過平頭螺絲和薄螺母固定安裝在刀槽內(nèi)，周向刀片4的厚度略小于刀槽的厚度，從而盡可能保證刀頭外殼1外壁面的平整，周向刀片4的刀刃方向朝向帶鉆頭心軸2的旋轉(zhuǎn)方向，刀刃與刀頭外殼軸向的夾角為45°，4組共8個周向刀片4在刀頭外殼1外端形成鋸齒狀，當(dāng)?shù)额^外殼1 跟隨帶鉆頭心軸2旋轉(zhuǎn)時，周向刀片4可以對刀頭外殼1厚度上的土壤進(jìn)行有效切削，順利將土壤切割為殼內(nèi)和殼外兩部分，既有利于對殼內(nèi)土壤進(jìn)行切削，又不會對殼外土壤造成破壞。[0024]主體切削刀具包括有4組切削刀具組件3，參照附圖2和附圖3，每組切削刀具組件3包括刀片5、可調(diào)刀架6、固定刀架7、刀架連桿8和刀架調(diào)節(jié)件。固定刀架7主要起連接帶鉆頭心軸2和刀頭外殼1，帶動刀頭外殼1跟隨帶鉆頭心軸2轉(zhuǎn)動的作用，同時也起到支撐可調(diào)刀架6的作用。固定刀架7兩側(cè)有連接孔，參照附圖 1，固定刀架7 —側(cè)的連接孔通過內(nèi)六角螺絲和刀頭外殼1固連，固定刀架7另一側(cè)的連接孔與帶鉆頭心軸2中部的銷軸過盈配合，從而通過固定刀架7將刀頭外殼1與帶鉆頭心軸 2相連；參照附圖2和附圖3，固定刀架中部有凹槽，凹槽提供了可調(diào)刀架的轉(zhuǎn)動范圍，在凹槽底部伸出有刀架調(diào)節(jié)件安裝板，安裝板上有螺紋孔，螺紋孔的作用是與刀架調(diào)節(jié)件中的調(diào)節(jié)螺桿10螺紋連接。本實施例中，固定刀架7底面與凹槽底面有30°夾角，主要作用是為了刀頭整體受力平衡。可調(diào)刀架6主要作用是用于固定刀片5，并且通過繞固定刀架7上的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，來調(diào)節(jié)刀片5的切削角。參照附圖2、附圖3和附圖5，可調(diào)刀架6下部置于固定刀架7中部凹槽內(nèi)，轉(zhuǎn)軸穿過固定刀架7和可調(diào)刀架6，轉(zhuǎn)軸與固定刀架7之間過盈配合，使轉(zhuǎn)軸不在固定刀架7內(nèi)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸與可調(diào)刀架6為間隙配合，可調(diào)刀架6可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動?？烧{(diào)刀架中部有凹槽，凹槽作用是便于與刀架連桿8轉(zhuǎn)軸連接。可調(diào)刀架6上部有刀片固定槽，刀片5通過圓頭螺絲和薄螺母固定在可調(diào)刀架6上，可通過調(diào)節(jié)刀片5在刀片固定槽中的安裝位置， 來調(diào)節(jié)刀片5距帶鉆頭心軸2的徑向距離。參照附圖2，刀架調(diào)節(jié)件包括調(diào)節(jié)螺桿10和連接塊9，連接塊9中部有凹槽，凹槽作用是便于與刀架連桿8轉(zhuǎn)軸連接，凹槽底面有通孔，調(diào)節(jié)螺桿10 —端穿過連接塊9底面通孔，并通過卡簧限制調(diào)節(jié)螺桿10與連接塊9之間只有轉(zhuǎn)動副，即當(dāng)調(diào)節(jié)螺桿10轉(zhuǎn)動時連接塊9受卡簧限制不轉(zhuǎn)動，但調(diào)節(jié)螺桿10的軸向運動可傳遞給連接塊9，從而帶動連接塊9 沿調(diào)節(jié)螺桿10軸向運動；調(diào)節(jié)螺桿10的螺紋段穿過刀架調(diào)節(jié)件安裝板的螺紋孔與固定刀架7連接，調(diào)節(jié)螺桿10繞刀架調(diào)節(jié)件安裝板的螺紋孔轉(zhuǎn)動后產(chǎn)生軸向運動。參照附圖2和附圖6，刀架連桿8為“8”字型，兩端分別置于連接塊9凹槽內(nèi)和可調(diào)刀架6中部凹槽內(nèi)，并與連接塊9和可調(diào)刀架6軸連接，刀架連桿8可繞兩個連接軸轉(zhuǎn)動， 而連接塊9和可調(diào)刀架6與此處轉(zhuǎn)軸為過盈配合，相互之間不轉(zhuǎn)動。從而固定刀架7、可調(diào)刀架6、刀架連桿8、連接塊9和調(diào)節(jié)螺桿10之間形成類似曲柄滑塊的機(jī)構(gòu)，其中連接塊9 類似于滑塊。通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿10，推動連接塊9沿調(diào)節(jié)螺桿10軸向運動，連接塊9通過刀架連桿8推動可調(diào)刀架6繞固定刀架7轉(zhuǎn)動，從而能夠調(diào)節(jié)刀片5的切削角。參照附圖1和附圖4，帶鉆頭心軸2末端通過螺栓與外部動力軸連接，帶鉆頭心軸 2中部為矩形柱狀結(jié)構(gòu)，四面均有銷軸，用于與固定刀架7固定連接，帶鉆頭心軸2前部為鉆頭部分，用于土壤的切削和導(dǎo)向功能。帶鉆頭心軸2整體長度等于刀頭外殼1的軸向長度。本實施例中，刀頭外殼1和帶鉆頭心軸2為304不銹鋼，周向刀片4和刀片5為高速鋼，其余零件材料為LY12。本實用新型工作時，外部動力軸帶動帶鉆頭心軸2轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為10-80r/min，帶鉆頭心軸2本身有切削土壤的效果，同時帶鉆頭心軸2帶動4組切削刀具組件3轉(zhuǎn)動，并通過固定刀架7帶動刀頭外殼1轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時刀頭外殼1上的周向刀片4對刀頭外殼1厚度上的土壤進(jìn)行有效切削，順利將土壤切割為殼內(nèi)和殼外兩部分；4組切削刀具組件3轉(zhuǎn)動時， 刀片5對刀頭外殼1殼內(nèi)的土壤進(jìn)行主要切削，其中，從一個距帶鉆頭心軸2徑向距離最近的刀片起，沿帶鉆頭心軸2的轉(zhuǎn)動方向，以此調(diào)節(jié)刀片在刀片固定槽上的安裝位置，使刀片距帶鉆頭心軸的徑向距離均勻增大。本實施例中從安裝在刀片固定槽內(nèi)端的刀片開始，順著帶鉆頭心軸2的轉(zhuǎn)動方向，均勻增大刀片距帶鉆頭心軸的徑向距離，到第4個刀片時，刀片安裝在刀片固定槽外端，使4個刀片成螺旋狀排列，并在整個徑向尺寸內(nèi)都有刀片能切削刀。這種結(jié)構(gòu)的作用是可以減小每個刀片的刀刃尺寸，從而降低對動力的要求；由于刀片的切削力隨著與中心的徑向距離增大而增大，因此隨著徑向距離增大，刀刃刃口尺寸依次均勻減小，并且調(diào)節(jié)每個調(diào)節(jié)螺桿，使4個刀片的切削角相等，這樣也可以實現(xiàn)每個刀片的切削力大小相等，進(jìn)而使每組可調(diào)刀架6和固定刀架7的受力相等，整體受力平衡，并在切削時能提供一個軸向的前進(jìn)推力，有利于刀頭沿軸向前進(jìn)；此外，根據(jù)不同土壤特性，可以調(diào)節(jié)刀片切削角，降低切削阻力，減少刀具磨損，保證切削土體的流動性；通過更換不同形狀的刀具，可以提高刀頭的使用壽命。
權(quán)利要求1.一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭，其特征在于包括外殼切削機(jī)構(gòu)、主體切削刀具和帶鉆頭心軸O)；外殼切削機(jī)構(gòu)包括刀頭外殼(1)和周向刀片；刀頭外殼(1)為薄壁圓筒形結(jié)構(gòu)，在其一端的內(nèi)壁面和外壁面上均勻交替開有若干刀槽，周向刀片固定安裝在刀槽內(nèi)，刀刃方向朝向帶鉆頭心軸的旋轉(zhuǎn)方向，刀刃與刀頭外殼(1)軸向的夾角為45° 60° ；主體切削刀具包括有若干組切削刀具組件(3)，每組切削刀具組件(3)包括刀片(5)、 可調(diào)刀架(6)、固定刀架(7)、刀架連桿(8)和刀架調(diào)節(jié)件；固定刀架(7)兩側(cè)有連接孔，分別用于與刀頭外殼(1)和帶鉆頭心軸O)固定連接，帶動刀頭外殼(1)隨帶鉆頭心軸(2) 同步轉(zhuǎn)動；固定刀架(7)中部有凹槽，凹槽底部伸出有帶螺紋孔的刀架調(diào)件安裝板；可調(diào)刀架(6)下部置于固定刀架(7)中部凹槽內(nèi)，并與固定刀架(7)軸連接，可調(diào)刀架(6)可繞連接軸轉(zhuǎn)動；可調(diào)刀架(6)中部有凹槽，可調(diào)刀架上部有刀片固定槽，刀片(5)安裝在刀片固定槽上，并且刀片(5)在刀片固定槽的安裝位置可調(diào)節(jié)；刀架調(diào)節(jié)件包括調(diào)節(jié)螺桿(10) 和連接塊(9)，連接塊(9)中部有凹槽，凹槽底面有通孔，調(diào)節(jié)螺桿(10) —端穿過連接塊(9)底面通孔與連接塊(9)連接，且調(diào)節(jié)螺桿(10)與連接塊(9)之間只有轉(zhuǎn)動副，調(diào)節(jié)螺桿(10)的螺紋段穿過刀架調(diào)節(jié)件安裝板的螺紋孔與固定刀架(7)連接；刀架連桿(8)兩端分別置于連接塊(9)凹槽內(nèi)和可調(diào)刀架(6)中部凹槽內(nèi)，并與連接塊(9)和可調(diào)刀架(6)軸連接，刀架連桿(8)可繞兩個連接軸轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭，其特征在于從距帶鉆頭心軸徑向距離最近的刀片起，沿帶鉆頭心軸的轉(zhuǎn)動方向，每組切削刀具組件的刀片在可調(diào)刀架上的安裝位置距帶鉆頭心軸的徑向距離均勻增大，刀片的刀刃刃口尺寸均勻減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭，其特征在于每個刀片的切削角可調(diào)節(jié)，并且保持相同。
專利摘要本實用新型提出了一種可調(diào)式微型地下管道掘進(jìn)刀頭，包括外殼切削機(jī)構(gòu)、主體切削刀具和帶鉆頭心軸。外殼切削機(jī)構(gòu)包括刀頭外殼和周向刀片。主體切削刀具包括有若干組切削刀具組件。通過設(shè)置刀頭外殼，將將土壤切割為殼內(nèi)和殼外兩部分，既有利于對殼內(nèi)土壤進(jìn)行切削，又不會對殼外土壤造成破壞；通過采用刀片的徑向位置和切削角可調(diào)設(shè)計，將刀片設(shè)置為螺旋狀排列，可以減小每個刀片的刀刃尺寸，從而降低對動力的要求；并可以實現(xiàn)每個刀片的切削力大小相等，進(jìn)而使每組可調(diào)刀架和固定刀架的受力相等，整體受力平衡，在切削時能提供一個軸向的前進(jìn)推力，有利于刀頭沿軸向前進(jìn)；此外，根據(jù)不同土壤特性，可以調(diào)節(jié)刀片切削角，降低切削阻力，減少刀具磨損，保證切削土體的流動性；通過更換不同形狀的刀具，可以提高刀頭的使用壽命。
文檔編號E21D9/087GK202023566SQ20112002910
公開日2011年11月2日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者孫麗軍, 張 林, 文學(xué), 曹小寶, 王舟, 胡玉龍, 葛文杰 申請人:西北工業(yè)大學(xué)