方形盾构机.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010802459.9 (22)申请日 2020.08.11 (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 要义勇连博赵丽萍 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 朱海临 (51)Int.Cl. E21D 9/087(2006.01) E21D 9/06(2006.01) E21D 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种方形盾构机 (57)摘要 本发明公开了一种方形盾构机， 包括。

2、盾体和 掘进部， 掘进部包括刀盘、 刀杆以及方形模板； 刀 杆与方形模板活动连接； 刀盘与刀杆耦合连接形 成的运动轨迹呈莱洛三角形； 刀杆的轴线与刀盘 的轴线重合通过方形模板是套在刀杆上使用的， 刀杆的轴线与刀盘的轴线重合， 因此可以通过限 制并且规范刀杆的运动轴线轨迹， 实现刀盘运动 轴线的控制， 刀杆的运动与刀盘上的运动相耦合 形成莱洛三角形， 莱洛三角形在其转动时， 中心 一定在运动， 否则， 刀盘也只能掘进得到圆形截 面隧道， 最终使得刀盘的运动包络线为方形， 实 现盾构机施工形成隧道的截面为方形， 避免二次 施工平整目前圆形截面的底部。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 1。

3、12081598 A 2020.12.15 CN 112081598 A 1.一种方形盾构机， 包括盾体和掘进部， 其特征在于， 所述掘进部包括刀盘(1)、 刀杆以 及方形模板(2)； 所述刀杆与方形模板(2)活动连接； 所述刀盘(1)与刀杆耦合连接形成的运动轨迹呈莱洛三角形； 所述刀杆的轴线与刀盘(1)的轴线重合。 2.根据权利要求1所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述刀盘(1)包括本体和若干 把刀头(18)； 所述本体的一端与刀杆连接， 所述本体的另一端与若干把刀头(18)连接； 所述刀头(18)绕其自身轴线旋转运动。 3.根据权利要求2所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述若干。

4、刀头(18)分别与设置 在本体上的第一电机电连接。 4.根据权利要求1所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述盾体和掘进部之间设置有 液压装置(4)； 所述液压装置(4)的一端与盾体连接， 另一端与掘进部连接。 5.根据权利要求4所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述的承压隔板(3)一侧设置 至少一台第二电机(12)， 所述第二电机(12)上连接有浮动夹头(11)， 所述浮动夹头(11)与 刀杆连接。 6.根据权利要求5所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述浮动夹头(11)内部设置有 滑块机构， 所述滑块机构包括第一本体(14)和第二本体(15)； 所述第一本体(14)的顶部开设有凹。

5、槽(16)， 所述第二本体(15)的底部设置有与凹槽 (16)配合的凸缘(17)。 7.根据权利要求2所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述刀头(18)的端部设置有水 文监测装置(13)。 8.根据权利要求1所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述盾体包括控制室(6)、 管片 (7)、 用于管片7的安装机构(8)、 渣土运输系统(9)以及渣土粉碎与吸取装置(10)； 所述控制室(6)的一端与掘进部连接， 另一端与安装机构(8)连接； 所述安装机构(8)包括桁架和机械臂， 所述桁架与控制室(6)连接； 所述机械臂的一端与桁架连接， 另一端与管片(7)连接； 所述渣土运输系统(9)位于控制室。

6、(6)的底板上且与控制室(6)的底板连接； 所述渣土粉碎与吸取装置(10)与控制室(6)的底板连接； 所述渣土粉碎与吸取装置(10)与渣土运输系统(9)抵接。 9.根据权利要求8所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述渣土运输系统(9)包括传 送带、 传动轴、 支撑架以及第三电机； 所述传动轴位于支撑架的顶部且与支撑架转动连接； 所述传送带套在传动轴上； 所述电机与支撑架连接， 所述电机的输出轴与传动轴连接； 所述支撑架与控制室(6)的底板连接； 所述传送带与渣土粉碎与吸取装置(10)抵接。 10.根据权利要求4所述的一种方形盾构机， 其特征在于， 所述掘进部还包括土仓(5)和 权利要求书 。

7、1/2 页 2 CN 112081598 A 2 承压隔板(3)； 所述土仓(5)位于刀杆和承压隔板(3)之间； 所述土仓(5)与刀杆连接； 所述承压隔板(3)与液压装置(4)连接。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112081598 A 3 一种方形盾构机 【技术领域】 0001 本发明属于盾构施工技术领域， 尤其涉及一种方形盾构机。 【背景技术】 0002 目前的盾构机开挖隧道的原理是， 利用刀盘绕轴线的旋转运动， 切削地质内容， 从 盾构机内部装备运输装置， 将渣土运出， 然后再将盾构机的后面实现隧道管壁的拼接， 最终 形成整个圆柱形隧道结构。 0003 盾构机是现有隧道工程的主流工程。

8、装备， 使用率极高， 但是现在的盾构机采用轴 线不动的刀盘， 采用轴线不动刀盘的盾构机形成的圆柱形空间并非全部都投入实际使用， 需要将盾构机施工完成的隧道再次施工修整， 保证隧道的截面底部平整且具备一定的宽 度。 【发明内容】 0004 本发明提供一种方形盾构机目的在于解决现在的盾构机不能一次性施工的问题。 0005 为达到上述目的， 本发明采用以下技术方案予以实现： 0006 一种方形盾构机， 包括盾体和掘进部， 所述掘进部包括刀盘、 刀杆以及方形模板； 0007 所述刀杆与方形模板活动连接； 0008 所述刀盘与刀杆耦合连接形成的运动轨迹呈莱洛三角形； 0009 所述刀杆的轴线与刀盘的轴线。

9、重合。 0010 本发明进一步的改进在于： 0011 所述刀盘包括本体和若干把刀头； 0012 所述本体的一端与刀杆连接， 所述本体的另一端与若干把刀头连接； 0013 所述刀头绕其自身轴线旋转运动。 0014 所述若干刀头分别与设置在本体上的第一电机电连接。 0015 所述盾体和掘进部之间设置有液压装置； 0016 所述液压装置的一端与盾体连接， 另一端与掘进部连接。 0017 所述的承压隔板一侧设置至少一台第二电机， 所述第二电机上连接有浮动夹头， 所述浮动夹头与刀杆连接。 0018 所述浮动夹头内部设置有滑块机构， 所述滑块机构包括第一本体和第二本体； 0019 所述第一本体的顶部开设有。

10、凹槽， 所述第二本体的底部设置有与凹槽配合的凸 缘。 0020 所述刀头的端部设置有水文监测装置。 0021 所述盾体包括控制室、 管片、 用于管片7的安装机构、 渣土运输系统以及渣土粉碎 与吸取装置； 0022 所述控制室的一端与掘进部连接， 另一端与安装机构连接； 0023 所述安装机构包括桁架和机械臂， 所述桁架与控制室连接； 说明书 1/5 页 4 CN 112081598 A 4 0024 所述机械臂的一端与桁架连接， 另一端与管片连接； 0025 所述渣土运输系统位于控制室的底板上且与控制室的底板连接； 0026 所述渣土粉碎与吸取装置与控制室的底板连接； 0027 所述渣土粉碎与。

11、吸取装置与渣土运输系统抵接。 0028 所述渣土运输系统包括传送带、 传动轴、 支撑架以及第三电机； 0029 所述传动轴位于支撑架的顶部且与支撑架转动连接； 0030 所述传送带套在传动轴上； 0031 所述电机与支撑架连接， 所述电机的输出轴与传动轴连接； 0032 所述支撑架与控制室的底板连接； 0033 所述传送带与渣土粉碎与吸取装置抵接。 0034 所述掘进部还包括土仓和承压隔板； 0035 所述土仓位于刀杆和承压隔板之间； 0036 所述土仓与刀杆连接； 0037 所述承压隔板与液压装置连接。 0038 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果： 0039 本发明通过方形模板套在刀。

12、杆上使用， 使得刀杆的轴线与刀盘的轴线重合， 方形 模板通过限制并且规范刀杆的运动轴线轨迹， 实现刀盘运动轴线的控制， 刀杆的运动与刀 盘上的运动相耦合形成莱洛三角形， 莱洛三角形在其转动时， 中心一定在运动， 否则， 刀盘 也只能掘进得到圆形截面隧道， 最终使得刀盘的运动包络线为方形， 实现盾构机施工形成 隧道的截面为方形， 避免二次施工平整目前圆形截面的底部； 0040 进一步： 刀盘上安装有多把刀头， 刀头绕其自身轴线旋转运动， 以此来切削土层； 0041 进一步： 刀头通过第一电机进行驱动； 0042 进一步： 通过液压装置推进掘进部的前进； 0043 进一步： 第二电机驱动浮动夹头，。

13、 浮动夹头驱动刀杆运动， 刀杆带动刀盘做莱洛三 角形运动； 0044 进一步： 通过浮动夹头内部中间滑块机构， 实现浮动夹头连接刀杆的另一端偏离 主轴运动； 刀杆的运动与刀盘上的运动相耦合， 最终能够使得刀盘的运动包络线为方形； 0045 进一步： 在刀盘的外侧安装有水文监测装置， 能够对盾构机工作环境进行监测。 【附图说明】 0046 为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍， 应当理解， 以下附图仅示出了本发明的某些实施例， 因此不应被看作是对 范围的限定， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这 些附图获得。

14、其他相关的附图。 0047 图1为本发明的整个盾构机的示意图； 0048 图2为本发明的图1中刀盘的示意图； 0049 图3为本发明的图1中方形模板的示意图； 0050 图4为本发明的浮动夹头的结构示意图； 0051 图5为本发明滑块机构的结构示意图； 说明书 2/5 页 5 CN 112081598 A 5 0052 图6为本发明莱洛三角形运动过程示意图。 0053 其中： 1-刀盘； 2-方形模板； 3-承压隔板； 4-液压装置； 5-土仓； 51-渣土口； 6-控制 室； 7-管片； 8-安装机构； 9-渣土运输系统； 10-渣土粉碎与吸取装置； 11-浮动夹头； 12-第二 电机； 1。

15、3-水文监测装置； 14-第一本体； 15-第二本体； 16-凹槽； 17-凸缘； 18-刀头。 【具体实施方式】 0054 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 通常在此处附图中描述和示出的本发明实施 例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 0055 因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护 的本发明的范围， 而是仅仅表示本发明的选定实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通 技术人员。

16、在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范 围。 0056 应注意到： 相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项， 因此， 一旦某一项在一 个附图中被定义， 则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 0057 在本发明实施例的描述中， 需要说明的是， 若出现术语 “上” 、“下” 、“水平” 、“内” 等 指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 或者是该发明产品使用时惯常 摆放的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的 装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的 限制。

17、。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 等仅用于区分描述， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 0058 此外， 若出现术语 “水平” ， 并不表示要求部件绝对水平， 而是可以稍微倾斜。 如 “水 平” 仅仅是指其方向相对 “竖直” 而言更加水平， 并不是表示该结构一定要完全水平， 而是可 以稍微倾斜。 0059 在本发明实施例的描述中， 还需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 若出现 术语 “设置” 、“安装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆 卸连接， 或一体地连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中 间。

18、媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据 具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 0060 下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 0061 参见图1， 本发明的方形盾构机， 包括盾体和掘进部。 0062 盾体包括控制室6、 管片7、 用于管片7的安装机构8、 渣土运输系统9以及渣土粉碎 与吸取装置10。 控制室6的一端与掘进部连接， 另一端与安装机构8连接。 安装机构8包括桁 架和机械臂， 桁架与控制室6连接。 机械臂的一端与桁架连接。 另一端与管片7连接。 渣土运 输系统9包括传送带、 传动轴、 支撑架以及第三电机。 传动轴位于支撑架的顶部且。

19、与支撑架 转动连接。 传送带套在传动轴上。 电机与支撑架连接， 电机的输出轴与传动轴连接。 支撑架 与控制室6的底板通过螺栓固定。 渣土粉碎与吸取装置10与控制室6的底板成一定角度通过 连接架固定在控制室6的底板上。 渣土粉碎与吸取装置10与传送带抵接。 0063 掘进部包括刀盘1、 刀杆、 方形模板2、 土仓5以及承压隔板3。 盾体和掘进部之间设 说明书 3/5 页 6 CN 112081598 A 6 置有液压装置4， 液压装置4选用Ed-630/12电力液压推动器。 Ed-630/12电力液压推动器的 一端与盾体连接， Ed-630/12电力液压推动器的另一端与承压隔板3连接。 承压隔板。

20、3一侧设 置两台第二电机12， 第二电机12的输出轴上连接有浮动夹头11， 浮动夹头11与该输出轴通 过齿轮连接， 浮动夹头11与第二电机12位于土仓5内， 土仓5是位于刀杆后部， 承压隔板3前 端的封闭型部件， 放置在桁架结构上。 浮动夹头11与刀杆由键连接， 刀盘1与刀杆由花键联 接。 0064 刀盘1包括三把刀头18和本体， 本体的一端与刀杆连接， 本体的另一端与三把刀头 18连接， 三把刀头18分别与设置在本体上的第一电机电连接， 第一电机驱动刀头18运动。 0065 浮动夹头11内部设置有滑块机构， 滑块机构包括第一本体14和第二本体15。 第一 本体14上开设有凹槽16， 第二本体。

21、15上设置有与凹槽16配合的凸缘17。 刀盘1与刀杆耦合连 接形成的运动轨迹呈莱洛三角形。 刀杆的轴线与刀盘1的轴线重合。 通过浮动夹头11内部中 间滑块机构， 实现浮动夹头11连接刀杆的另一端偏离主轴运动； 刀杆的运动与刀盘1上的运 动相耦合， 最终能够使得刀盘1的运动包络线为方形。 0066 刀盘1的头部上安装有刀头18， 刀头18绕其自身轴线旋转运动， 以此来切削土层， 可以实现粉碎岩土。 刀盘1上开设有条形的渣土口51， 切削的土渣得以通过这些开口来进入 后面的土仓5内， 最终运输至地面。 刀盘1头部通过螺栓固定有水文监测装置13， 水文监测装 置13选用SCS502通用遥测终端机。 。

22、方形模板2嵌套在刀杆上， 方形模板2为活动装置， 不与任 何装置固定连接。 刀杆的运动轨迹亦是莱洛三角形， 刀杆的轴线与刀盘1的轴线重合， 因此 可以通过限制并且规范刀杆的运动轴线轨迹， 实现刀盘1运动轴线的控制。 0067 本发明的原理： 0068 刀盘1以及刀杆的截面形状为莱洛三角形， 莱洛三角形在其转动时， 中心P一定在 运动， 否则， 刀盘1也只能掘进得到圆形截面隧道。 如图6(a)所示， 设正方形边长为1， 直角坐 标系原点位于正方形中心。 莱洛三角形的三个顶点为A、 B、 C。 则随着莱 洛三角形在正方形内由图6(a)到图6(b)再到图6(c)逆时针转动30 ， 其中心由 到P1再。

23、到设图6(b)中， A1B1与A1G夹角为 ， 则A1GA1B1cos cos ,因此P1在第二象限的轨迹方程为： 0069 0070 若莱洛三角形继续逆时针旋转， 中心P将继续顺时针走过第一、 四、 三象限， 轨迹曲 线封闭。 因此， 得到其他象限的P点的轨迹方程如下： 0071 第一象限： 0072 说明书 4/5 页 7 CN 112081598 A 7 0073 第四象限： 0074 0075 第三象限： 0076 0077 将刀盘1上的莱洛三角形中心的运动轨迹限制做上述的运动， 则莱洛三角形刀盘 的外包络线为正方形。 0078 综上通过方形模板2是套在刀杆上使用的， 刀杆的轴线与刀盘。

24、1的轴线重合， 因此 可以通过限制并且规范刀杆的运动轴线轨迹， 实现刀盘1运动轴线的控制， 刀杆的运动与刀 盘1上的运动相耦合形成莱洛三角形， 莱洛三角形在其转动时， 中心一定在运动， 否则， 刀盘 1也只能掘进得到圆形截面隧道， 最终使得刀盘1的运动包络线为方形， 实现盾构机施工形 成隧道的截面为方形， 避免二次施工平整目前圆形截面的底部。 0079 以上仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人 员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 112081598 A 8 图1 说明书附图 1/4 页 9 CN 112081598 A 9 图2 图3 说明书附图 2/4 页 10 CN 112081598 A 10 图4 图5 说明书附图 3/4 页 11 CN 112081598 A 11 图6 说明书附图 4/4 页 12 CN 112081598 A 12 。