[发明专利]一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置及方法

摘要

一种用于复合地层隧道挖掘的盾构机推进系统的装置及方法，属于盾构机技术领域。该装置包括推进液压系统模块、铰接液压系统模块、管片拼装模块和刀盘模块。所述的管片拼装模块、推进液压系统模块、密封模块、铰接液压系统模块和刀盘模块依次相连。所述的一种用于复合地层的盾构机推进系统既可以实现掘进过程中一定角度的转向，也可实现管片安装的稳定性和精确度；本发明适用于盾构机推进系统，解决了目前前后盾体密封性不良、转向时推进液压系统和铰接液压系统配合不流畅等问题。

主权项

1.一种应用于复合地层的盾构机推进系统的装置，其特征在于，该盾构机推进系统包括管片拼装模块(1)、推进液压系统模块(2)、密封模块(3)、铰接液压系统模块(4)和刀盘模块(5)；所述管片拼装模块(1)用于抓取、安装管片到既定位置，从而实现掘进过程；管片拼装模块(1)包括液压马达(101)、行星齿轮减速器(102)、内六角圆柱头螺钉(103)、弹簧垫圈(104)、平垫圈(105)、中盾(106)、平键(107)、小齿轮(108)、回转支承(109)、内六角圆柱头螺钉(110)、弹簧垫圈(111)、平垫圈(112)、回转支撑板(113)、内六角圆柱头螺钉(114)、弹簧垫圈(115)、平垫圈(116)、上导套(117)、内六角圆柱头螺钉(118)、弹簧垫圈(119)、平垫圈(120)、导柱(121)、提升液压缸(122)、六角头螺栓(123)、弹簧垫圈(124)、六角头螺母(125)、下导套(126)、内六角圆柱头螺钉(127)、弹簧垫圈(128)、平垫圈(129)、左曲柄(130)、右曲柄(131)、六角头螺栓(132)、弹簧垫圈(133)、六角头螺母(134)、横移底板(135)、六角头螺栓(136)、弹簧垫圈(137)、六角头螺母(138)、横移液压缸(139)、六角头螺栓(140)、弹簧垫圈(141)、六角头螺母(142)、导柱(143)、横移推板(144)、开槽圆柱头螺钉(145)、弹簧垫圈(146)、平垫圈(147)、直线轴承(148)、六角头螺栓(149)、弹簧垫圈(150)、六角头螺母(151)、卡轴安装套(152)、圆法兰液压缸(153)、开槽圆柱头螺钉(154)、弹簧垫圈(155)、平垫圈(156)、卡轴(157)、管片(158)；所述的液压马达(101)和行星齿轮减速器(102)配合安装，用于为管片拼装模块(1)提供旋转运动；行星齿轮减速器(102)与中盾(106)通过内六角圆柱头螺钉(103)、弹簧垫圈(104)和平垫圈(105)连接，用于固定行星齿轮减速器(102)和液压马达(101)；小齿轮(108)通过平键(107)固定在行星齿轮减速器(102)输出端；小齿轮(108)和回转支承(109)的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承(109)外圈与中盾(106)通过内六角圆柱头螺钉(110)、弹簧垫圈(111)和平垫圈(121)连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板(113)与回转支承(109)内齿圈通过内六角圆柱头螺钉(114)、弹簧垫圈(115)和平垫圈(116)连接，为后续设备提供支撑位置；上导套(117)通过内六角圆柱头螺钉(118)、弹簧垫圈(119)和平垫圈(120)与回转支撑板(113)连接；下导套(126)通过内六角圆柱头螺钉(127)、弹簧垫圈(128)和平垫圈(129)与回转支撑板(113)连接；导柱(121)通过圆柱面间隙配合，与上导套(117)、下导套(123)保持配合关系，传递直线运动；提升液压缸(122)一端与上导套(117)耳环通过六角圆柱头螺钉(123)、弹簧垫圈(124)和平垫圈(125)连接，与导柱耳环连接；两侧导柱(121)通过六角圆柱头螺钉(132)、弹簧垫圈(133)和平垫圈(134)分别于左曲柄(130)和右曲柄(131)连接；左曲柄(130)、右曲柄(131)通过内六角圆柱头螺钉(132)、弹簧垫圈(133)和平垫圈(134)与横移底板(135)连接，后续设备提供固定位置；导柱(143)两端通过焊接，固定在横移底板(135)相应位置；直线轴承(148)通过开槽圆柱头螺钉(145)、弹簧垫圈(146)和平垫圈(147)固定在横移推板(144)上，保证横向运动精度；卡轴安装套(152)通过六角头螺栓(149)、弹簧垫圈(150)和六角头螺母(151)固定在横移推板(144)上；圆法兰液压缸(153)通过开槽圆柱头螺钉(154)、弹簧垫圈(155)和平垫圈(156)固定在卡轴安装套(152)上；卡轴(157)通过内螺纹连接固定在圆法兰液压缸(153)末端，外螺纹与管片(158)安装孔配合完成对管片(158)的抓取；所述推进液压系统模块(2)包括推进液压缸连接板(201)、内六角圆柱头螺钉(202)、弹簧垫圈(203)、平垫圈(204)、推进液压缸(205)、六角头螺栓(206)、弹簧垫圈(207)、六角头螺母(208)、吊环(209)、推进球头(210)、推进油垫(211)；所述的推进液压缸连接板(201)通过内六角圆柱头螺钉(202)、弹簧垫圈(203)和平垫圈(204)固定在上文所述的中盾(106)上；推进液压缸(205)通过六角头螺栓(206)、弹簧垫圈(207)和六角头螺母(208)与推进液压缸连接板(201)连接，从而固定在中盾(106)上；吊环(209)周向均匀分布，焊接在中盾(106)上；推进液压缸(205)穿过吊环(209)，从而保证推进过程中能够保持水平姿态；推进球头(210)与推进液压缸(205)末端螺纹连接，避免掘进过程中由于推进液压缸(205)轴线偏移而对后续设备造成破坏；推进球头(210)与推进油垫(211)通过螺纹连接配合，均匀分布推进力，有效提升管片(158)寿命；所述密封模块(3)包括开槽圆柱头螺钉(301)、标准型弹簧垫圈(302)、平垫圈(303)、密封压紧环(304)、标准O型圈(305)、密封块(306)；密封压紧环通过开槽圆柱头螺钉(301)、标准型弹簧垫圈(302)和平垫圈(303)压紧在中盾(106)上；密封压紧环进而将压力传递给标准O型圈(305)和密封块(306)，保证外部泥水不会渗透到盾构内部；所述铰接液压系统模块(4)包括铰接液压缸连接板(401)、M40球头(402)、铰接液压缸(403)、M140球头(404)、前盾(405)；所述M40球头(402)通过螺纹连接固定在铰接液压缸连接板(401)；铰接液压缸连接板(401)通过螺纹连接固定上述的中盾(106)上；铰接液压缸(403)一端与M40球头(402)通过螺纹连接，一段与M140球头(404)通过螺纹连接；M140球头(404)通过螺纹连接固定在前盾(405)上，由于球头可实现一定范围内转动，即可使前盾(405)完成一定角度的转向；所述刀盘模块(5)包括液压马达(501)、行星齿轮减速器(502)、六角头螺栓(503)、弹簧垫圈(504)、六角头螺母(505)、平键(506)、小齿轮(507)、回转支承(508)、内六角圆柱头螺钉(509)、弹簧垫圈(510)、平垫圈(511)、回转支撑板(512)、内六角圆柱头螺钉(513)、弹簧垫圈(514)、平垫圈(515)、牛脚(516)、内六角圆柱头螺钉(517)、弹簧垫圈(518)、平垫圈(519)、刀架(520)、滚刀(521)、楔块(522)、内六角圆柱头螺钉(523)、弹簧垫圈(524)、平垫圈(525)、切刀(526)、内六角圆柱头螺钉(527)、弹簧垫圈(528)、平垫圈(529)；所述的液压马达(501)是刀盘模块(5)的动力源；液压马达(501)和行星齿轮减速器(502)通过外伸轴端自带的键和键槽进行连接；行星齿轮减速器(502)通过六角头螺栓(503)、弹簧垫圈(504)和六角头螺母(505)固定在前盾(405)上，从而为液压马达(501)提供支撑；小齿轮(507)通过平键(506)和行星齿轮减速器(502)输出端连接，为后续设备提供扭矩；小齿轮(507)和回转支承(508)的内齿圈通过轮齿啮合，传递扭矩；回转支承(508)外圈与前盾(405)通过内六角圆柱头螺钉(509)、弹簧垫圈(510)和平垫圈(511)连接，保持固定不动，从而使内齿圈能够顺利转动；回转支承板(512)与回转支承(508)内齿圈通过内六角圆柱头螺钉(513)、弹簧垫圈(514)和平垫圈(515)连接，为后续设备提供支撑位置；牛脚(516)通过内六角圆柱头螺钉(517)、弹簧垫圈(518)和平垫圈(519)与回转支撑板(512)连接，并焊接在刀架(520)的相应位置，从而使液压马达(501)的输出扭矩经过上述传动链传递给刀架(520)；滚刀(521)放置在刀架(520)上空缺位置，实现初步定位；楔块(522)通过内六角圆柱头螺钉(523)、弹簧垫圈(524)和平垫圈(525)紧紧压在滚刀(521)伸出轴端，保证滚刀(521)在破岩过程中能始终固定在刀架(520)上；切刀(526)通过内六角圆柱头螺钉(527)、弹簧垫圈(528)和平垫圈(529)固定在刀架(520)的扇形凹槽内。