全文摘要
本实用新型涉及管道非开挖铺设的顶管掘进设备领域，具体的说是一种用于顶管施工的敞口式盾构机。包括设置在预埋管道前端并可在驱动机构作用下随预埋管道行进的筒状机架以及设置在筒状机架中的挖掘机构，挖掘机构包括挖掘臂，挖掘臂的一端设有可通过旋转进行铣挖的铣挖头，挖掘臂的另一端配合安装在设置于筒状机架中的基座上，在筒状机架和基座上还设有用于驱动挖掘臂设有铣挖头的一端沿竖直方向摆动的第一控制机构以及用于驱动挖掘臂设有铣挖头的一端沿水平方向摆动的第二控制机构。本实用新型在施工过程中可直接观察到开挖面的情况，且不需用水和改良土壤，无泥浆无污染，便于城市施工。
主设计要求
1.一种用于顶管施工的敞口式盾构机，包括设置在预埋管道（15）前端并可在驱动机构作用下随预埋管道（15）行进的筒状机架（12）以及设置在筒状机架（12）中的挖掘机构，其特征在于：挖掘机构包括挖掘臂（3），挖掘臂（3）的一端设有可通过旋转进行铣挖的铣挖头（1），挖掘臂（3）的另一端配合安装在设置于筒状机架（12）中的基座（9）上，在筒状机架（12）和基座（9）上还设有用于驱动挖掘臂（3）设有铣挖头（1）的一端沿竖直方向摆动的第一控制机构（4）以及用于驱动挖掘臂（3）设有铣挖头（1）的一端沿水平方向摆动的第二控制机构（7）。
设计方案
1.一种用于顶管施工的敞口式盾构机，包括设置在预埋管道（15）前端并可在驱动机构作用下随预埋管道（15）行进的筒状机架（12）以及设置在筒状机架（12）中的挖掘机构，其特征在于：挖掘机构包括挖掘臂（3），挖掘臂（3）的一端设有可通过旋转进行铣挖的铣挖头（1），挖掘臂（3）的另一端配合安装在设置于筒状机架（12）中的基座（9）上，在筒状机架（12）和基座（9）上还设有用于驱动挖掘臂（3）设有铣挖头（1）的一端沿竖直方向摆动的第一控制机构（4）以及用于驱动挖掘臂（3）设有铣挖头（1）的一端沿水平方向摆动的第二控制机构（7）。
2.根据权利要求1所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：挖掘臂（3）包括配合安装在基座（9）上的大臂（303）和可滑动套装在大臂（303）中的小臂（302），小臂（302）位于大臂（303）外部的一端与铣挖头（1）配合安装，在大臂（303）中还设有用于驱动小臂（302）沿大臂（303）长度方向滑动的第一直线油缸（301）。
3.根据权利要求2所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：在小臂（302）和铣挖头（1）之间设有用于通过摆动来增大铣挖头（1）铣挖角度的回转油缸（2）。
4.根据权利要求1所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：大臂（303）通过沿水平方向分布的第一销轴（8）销接在基座（9）上，第一控制机构（4）为第二直线油缸，第二直线油缸的两端分别与基座（9）和大臂（303）的中部铰连。
5.根据权利要求4所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：基座（9）通过沿竖直方向分布的第二销轴（5）销接在设置于筒状机架（12）中顶部的龙门架（6）上，第二控制机构（7）为第三直线油缸，第三直线油缸的两端分别与龙门架（6）和基座（9）铰连。
6.根据权利要求5所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：第三直线油缸的数量为两根，两根第三直线油缸分别位于基座（9）的两侧。
7.根据权利要求1所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：在筒状机架（12）的前端还设有纠偏机构，纠偏机构包括分布于筒状机架（12）前端的纠偏管（10），在筒状机架（12）和纠偏管（10）之间并沿筒状机架（12）的周向方向间隔设有多个第四直线油缸（11），第四直线油缸（11）的两端分别与筒状机架（12）和纠偏管（10）铰连。
8.根据权利要求1所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：在筒状机架（12）中设有输送挖掘物料的输送机构（14）。
9.根据权利要求8所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：输送机构（14）为带式输送机，带式输送机的前端与筒状机架（12）的前端铰连，后端可以前端为中心摆动。
10.根据权利要求1所述的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，其特征在于：在筒状机架（12）中设有液压泵站（13）。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及管道非开挖铺设的顶管掘进设备领域，具体的说是一种用于顶管施工的敞口式盾构机。
背景技术
顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的方向坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。
现有的顶管施工方法主要有人工顶管、泥水平衡盾构以及土压平衡盾构三种方式。人工顶管工人劳动强度高，安全系数低，进度慢。泥水平衡盾构和土压盾构均采用密封式盾构机，一方面，其设备成本高，用电量大，内部空间狭小，不易检修，在施工过程中需要改良渣土，城市建成区所产生的泥浆无处排放，运输成本高；另一方面，工作面前的管线、桩基、砾石以及文物等复杂环境被遮挡不易发现，容易造成不必要的损失。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种用于顶管施工的敞口式盾构机，施工过程中可直接观察到开挖面的情况，且不需用水和改良土壤，无泥浆无污染，便于城市施工。
为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于顶管施工的敞口式盾构机，包括设置在预埋管道前端并可在驱动机构作用下随预埋管道行进的筒状机架以及设置在筒状机架中的挖掘机构，挖掘机构包括挖掘臂，挖掘臂的一端设有可通过旋转进行铣挖的铣挖头，挖掘臂的另一端配合安装在设置于筒状机架中的基座上，在筒状机架和基座上还设有用于驱动挖掘臂设有铣挖头的一端沿竖直方向摆动的第一控制机构以及用于驱动挖掘臂设有铣挖头的一端沿水平方向摆动的第二控制机构。
优选的，挖掘臂包括配合安装在基座上的大臂和可滑动套装在大臂中的小臂，小臂位于大臂外部的一端与铣挖头配合安装，在大臂中还设有用于驱动小臂沿大臂长度方向滑动的第一直线油缸。
优选的，在小臂和铣挖头之间设有用于通过摆动来增大铣挖头铣挖角度的回转油缸。
优选的，大臂通过沿水平方向分布的第一销轴销接在基座上，第一控制机构为第二直线油缸，第二直线油缸的两端分别与基座和大臂的中部铰连。
优选的，基座通过沿竖直方向分布的第二销轴销接在设置于筒状机架中顶部的龙门架上，第二控制机构为第三直线油缸，第三直线油缸的两端分别与龙门架和基座铰连。
优选的，第三直线油缸的数量为两根，两根第三直线油缸分别位于基座的两侧。
优选的，在筒状机架的前端还设有纠偏机构，纠偏机构包括分布于筒状机架前端的纠偏管，在筒状机架和纠偏管之间并沿筒状机架的周向方向间隔设有多个第四直线油缸，第四直线油缸的两端分别与筒状机架和纠偏管铰连。
优选的，在筒状机架中设有输送挖掘物料的输送机构。
优选的，输送机构为带式输送机，带式输送机的前端与筒状机架的前端铰连，后端可以前端为中心摆动。
优选的，在筒状机架中设有液压泵站。
有益效果
本实用新型内部空间更大，人员能够轻松通过，操作和检修方便。挖掘臂上的铣挖头可在挖掘臂的摆动状态下同步铣挖和运输土方，不需要向刀盘和工作面之间大水使渣土变成泥浆，避免了注水泵泥浆泵的使用和后期泥浆脱水处理等工序，减少环境污染，节约动能。
本实用新型为敞口式，工作面没有刀盘刀具的限制，可直接观察到开挖面情况，便于及时发现地下未明管线桩基等复杂障碍并及时采取处理方案，减少安全事故和损失，从而减少顶管施工前期勘探的工作量。
本实用新型成本低廉，能源消耗少，不论管道的大小，整套设备紧靠一台22KW的电机即可提供全部动能，可有效的节约线路成本和动力消耗。整机一人即可操作，节约人工成本。
附图说明
图1为本实用新型的主视结构示意图；
图2为本实用新型的俯视结构示意图；
图中标记：1、铣挖头，2、回转油缸，3、挖掘臂，301、第一直线油缸，302、小臂，303、大臂，4、第一控制机构，5、第二销轴，6、龙门架，7、第二控制机构，8、第一销轴，9、基座，10、纠偏管，11、第四直线油缸，12、筒状机架，13、液压泵站，14、输送机构，15、预埋管道。
具体实施方式
如图1及图2所示，本实用新型的一种用于顶管施工的敞口式盾构机，包括设置在预埋管道15前端的筒状机架12、设置在筒状机架12中的挖掘机构以及设置在筒状机架12中并用于将挖掘出的渣土排出的输送机构14。预埋管道15在后端驱动机构作用下行进，推动筒状机架12及挖掘机构行进，并通过挖掘机构直接对工作面上的渣土进行开挖，由输送机构14配合渣土车将挖掘出的渣土从开挖面运出以集中处理。挖掘机构和输送机构14均通过液压提供动能，在筒状机架12中还设有提供液压动能的液压泵站13。
挖掘机构包括可伸缩的挖掘臂3和可旋转设置在挖掘臂3上的铣挖头1。其中的挖掘臂3包括空心的大臂303以及可滑动插设在大臂303中的小臂302，在大臂303中设有用于控制小臂302沿大臂303长度方向滑动的第一直线油缸301，第一直线油缸301的缸套端和伸缩端分别与大臂303和小臂302连接，从而通过第一直线油缸301将小臂302向外推出大臂303后，通过设置在小臂302上的铣挖头1由液压马达驱动高速旋转以对开挖面上的渣土进行挖掘。通过第一直线油缸301将小臂302向内缩入大臂303后，由铣挖头1收集挖掘下的渣土并输送至输送机构14上，通过输送机构14将渣土输送至渣土运输车。本实施例中的铣挖头1通过回转油缸2连接在小臂302上，并可通过回转油缸2的摆动增大铣挖头1的铣挖角度，并便于向输送机构14输送渣土。
挖掘臂3中的大臂303通过沿水平方向分布的第一销轴8销接在基座9上，从而使得大臂303可以在第一控制机构4的作用下，以第一销轴8为中心在竖直平面内转动，进而控制铣挖头1在竖直平面内在开挖面上摆动铣挖。基座9通过沿竖直方向分布的第二销轴5销接在固定于筒状机架12内顶部的龙门架6上，使得基座9和挖掘臂3可以在第二控制机构7的作用下，以第二销轴5为中心在水平平面内转动，进而控制铣挖头1在水平平面内在开挖面上摆动铣挖。综上，铣挖头1在水平及竖直平面内的摆动，即可使铣挖头1的运动轨迹覆盖整个开挖面，保证了对于开挖面的全方位挖掘作业。
本实施例中的第一控制机构4为第二直线油缸，第二直线油缸的缸套端销接在基座9上，伸缩端销接在大臂303的中部。第二控制机构7为两根第三直线油缸，两根第三直线油缸的缸套端分别销接在龙门架6上，伸缩端分别铰接在基座9上，且两根第三直线油缸分布于基座9的两侧，在控制基座9及大臂303在水平平面内转动时，其中一根第三直线油缸的伸缩端伸出，另一根第三直线油缸的伸缩端同步缩入，确保大臂303转动及铣挖头1工作过程中的稳定性。
因土质分层等原因，本实用新型的筒状机架12的前端在预埋管道15和驱动机构的推动作用下容易跑偏，导致所开挖的管道孔偏于设计路线。因此，本实用新型中还包括用于纠正筒状机架12行进方向，即纠正挖掘机构所挖管道孔方向的纠偏机构。
纠偏机构包括分布于筒状机架12前端的纠偏管10，在筒状机架12和纠偏管10之间并沿筒状机架12的周向方向间隔设有多个第四直线油缸11，第四直线油缸11的两端分别与筒状机架12和纠偏管10铰连。例如在施工作业中发现所挖管道孔上偏时，可控制位于上部的第四直线油缸11伸缩端伸出，位于下方的第四直线油缸11伸缩端缩回，其他位置油缸对应性调整，使得纠偏管10向下方折弯以克服管道孔上偏现象。朝向其它方向的偏折可通过同理方法进行调整，依靠预埋管道15的整体推进逐步纠偏掘进方向。
本实施例中的输送机构14可根据物料的干湿程度或管道规格的大小选择，可以为带式输送机，也可以选择刮板输送机或绞龙等输送设备。本实施例中采用带式输送机，带式输送机的前端与筒状机架12的前端铰连，后端可以前端为中心摆动以根据渣土车的高度进行升降。
本实用新型中的所有机构均安装在筒状机架12内，各部位均可拆解，方便运输和维修。驱动铣挖头1旋转的液压马达、驱动输送机构14运行的液压马达、驱动小臂302伸缩的第一直线油缸301、驱动挖掘臂3多个方向转动的第二直线油缸和第三直线油缸以及纠偏机构中的第四直线油缸11均通过液压泵站13提供液压动能，而液压泵站13仅采用一台22KW的电机即可满足上述液压动能需求，动力消耗和线路成本大大降低。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920021286.X
申请日:2019-01-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:41(河南)
授权编号:CN209483357U
授权时间:20191011
主分类号:E21D 9/08
专利分类号:E21D9/08;E21D9/093
范畴分类:25A;
申请人:杨卫东
第一申请人:杨卫东
申请人地址:471000 河南省洛阳市涧西区九号街坊8栋
发明人:杨卫东;赵德良;赵清峰
第一发明人:杨卫东
当前权利人:杨卫东
代理人:苗强
代理机构:41120
代理机构编号:洛阳公信知识产权事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计