挖進機的製作方法
2023-04-30 10:59:06 1
專利名稱：挖進機的製作方法
技術領域：
本發明涉及能適用於從基巖、巨礫層至粘土的所有土質的挖進機，該挖進機對於以往認為困難較大的粘性土具有特別的挖掘效果。
以往，在為敷設連接的休謨管挖掘巖體時，採用稱為半盾構式方法的施工法。但是，在適用於基巖、巨礫層至粘性土的所有基礎的挖進機上都未內藏礫石粉碎裝置，大部分是在前面的圓盤式轉刀上開設小孔，以此來限制礫石的大小進行挖掘。因此，必須由牙輪鑽頭將石破碎成小礫石，掘進效果不好。在挖掘粘性土時，小孔往往被堵塞，使掘進不能進行。
為了實施上述施工法，本申請人提出了在日本專利特開昭60-242295號公報中揭示的盾構推進裝置和在日本專利特公平3-34560號公報中揭示的盾構推進方法。上述盾構推進裝置中，在護盾本體的前部形成向後方逐漸縮小口徑的錐形面，在該錐形面的後方設置隔壁，並設置可旋轉的軸，該軸的一端支承在位於隔壁上的軸承上，另一端支承在位於護盾主體前端的軸承上。由在上述護盾本體上形成的錐形面所圍成的空間內配置有壓實頭(錐形轉子)，該壓實頭可偏心旋轉地安裝在上述軸上。在上述軸的前端固定著輪轂，從該輪轂呈放射狀伸出的輪輻上，裝設著鑽頭或刀片。
上述盾構推進裝置適用於由粘性土層、砂土層構成的地基，用鑽頭或刀片挖掘該地基。挖掘下來的土砂從輪輻之間進入護盾本體前部的錐形面內，在偏心旋轉的錐形轉子與錐形面的共同作用下被壓實，然後隨著盾構推進裝置的推進相對地向後方擠出，與清水或泥水混合後通過配置在護盾本體上的管子排到外部。
但是，所挖掘地基的土質很少是單一的土或砂層，多數都含有粒度不同的礫石。在上述盾構推進裝置中，進入錐形面的大粒度礫石，在相對護盾本體軸線偏心旋轉的錐形轉子作用下，被夾在錐形面之間，由錐形轉子的偏心旋轉而被擊碎。
在破碎礫石時，希望錐形轉子的旋轉數要大，為此，在上述護盾推進裝置中，通過行星齒輪機構驅動曲柄軸和錐形轉子，使錐形轉子的偏心旋轉數上升，或者將錐形轉子與單獨的驅動馬達連接，使錐形轉子的偏心旋轉數上升，而與切刀的旋轉數無關。
上述的盾構推進方法是在推進護盾本體時檢測出作用在錐形轉子上的軸力，當該檢出值超過預定值時，降低護盾本體的推進速度，同時或者單獨地提高錐形轉子的偏心旋轉速度。根據該盾構推進方法，通過控制作用在錐形轉子上的軸刀，可以有效而安全地進行地基挖掘。
根據上述盾構挖掘裝置，可以一邊破碎挖掘土砂中含有的礫石、一邊排到外部地挖掘地基。但是，這種盾構推進裝置中，切刀是由鑽頭或刀片構成的，因此，為了有效地挖掘地基，必須壓低切刀的旋轉數。這樣，錐形面與錐形轉子協同作用對礫石的破碎效率也因之降低。為了確保錐形轉子的旋轉數，必須設置行星齒輪機構或單獨的驅動馬達等，因此具有構造複雜這一問題。
本發明的目的是提供一種能適應從基巖、巨礫層至粘性土的所有土質的挖進機，這種挖進機對於以往挖掘中困難較大的粘性土具有特別的挖掘效果。
為了實現上述目的，本發明涉及的挖進機具有下列結構本體;由設在預定位置上的隔壁分割成挖土室和機內室，挖土室內周面的口徑從後方向前方逐漸擴大;
曲柄軸貫穿上述隔壁，配設在從挖土室到機內室，並呈懸臂梁狀地支承在上述隔壁上的軸承上，其前端和與上述隔壁對應的部分配置在同一軸線上，在與本體挖土室對應的部分上形成偏心部;
刀盤固定在上述曲柄軸的前端，裝著可旋轉的牙輪鑽頭，設有供挖掘下來的土砂、礫石進入挖土室的進入孔;
錐形葉輪可旋轉地安裝在上述曲柄軸的偏心部上，其外周面口徑從後方向前方逐漸縮小;
驅動部件配置在上述本體的機內室中，用來驅動上述曲柄軸;
排出裝置使進入上述挖土室內的被破碎的挖掘土砂與泥水混合後排出。
上述挖進機可由安裝在刀盤上的牙輪鑽頭挖掘基巖層，並且在挖掘礫石層時，由安裝在曲柄軸偏心部的錐形葉輪破碎進入挖土室的礫石，使被破碎的礫石與泥水混合後排出。
即，安裝著牙輪鑽頭的刀盤轉數最好比安裝著刀片的切刀的轉數高5～10倍。與從後方向前方逐漸擴大口徑而形成的挖土室內周面相反，錐形葉輪的外周面口徑是從後方向前方逐漸縮小的，使該錐形葉輪作偏心運動來破碎礫石時，通過增大錐形葉輪的轉數，可提高破碎礫石的效率。
因此，設置曲柄軸，該曲柄軸的前端和對應於隔壁的部分配置在同一軸線上，在與本體挖土室對應的部分形成曲柄軸的偏心部，在該曲柄軸的前端固定著裝有牙輪鑽頭的刀盤，在該曲柄軸的偏心部上安裝著可旋轉的錐形葉輪，這樣，就可以使得刀盤的旋轉數與錐形葉輪的偏心旋轉數成為同一轉數。即，為了使得牙輪鑽頭最有效地工作，可以使刀盤的旋轉數比以往安裝鑽頭或刀片的切刀的轉數提高，隨著刀盤的旋轉，錐形葉輪的轉數也可提高。此外，由於裝有牙輪鑽頭的刀盤在與本體軸線同一軸線上旋轉，所以，沒有偏載荷作用在牙輪鑽頭上，可以很有效地進行對基巖的挖掘。
可見，本發明的挖進機不但能有效地挖掘基巖層，而且可提高錐形葉輪對礫石的破碎效率。
下面結合附圖，通過對本發明實施例的描述來進一步說明本發明。
圖1是本發明挖進機的斷面圖;
圖2是本發明挖進機的正面圖;
圖3是本發明挖進機的背面圖;
圖4是說明錐形葉輪功能的斷面圖。
圖中，A-挖進機，1-護盾本體，2-尾護盾，3-刀盤，4-千斤頂，5-杆，7-隔壁，8-挖土室，8a-破碎室，8b-泥水室，9-機內室，11-套管部件，12-套筒，14-油壓室，15-油壓計，18-曲柄軸，18a-偏心部，20-錐形葉輪，22-突起，23-牙輪鑽頭，24-輥式切刀，25-刮刀，27-減速器，29-送泥管，30-排泥管，35-開挖面。
圖中所示的挖進機A是敷設下水管等管路時，實施半盾溝施工法的挖進機。一邊驅動設在挖進機A前端的刀盤，一邊用圖未示的設置在立坑內的始推裝置施加推進力來挖掘地層，並且將挖掘的礫石破碎後排出坑外。此外，隨著挖進機A的推進，在該挖進機A的後端接續休謨管，即可敷設預定的管路。
圖中，挖進機A由護盾本體1和尾護盾2構成。裝有後述牙輪鑽頭23及輥式切刀24的刀盤3可旋轉地安裝在護盾本體1的前端。護盾本體1與尾護盾2由油壓缸形成的2個千斤頂4和杆5(見圖3)可撓曲地連接著。千斤頂4及杆5在圓周方向間隔120°設置，由於分別獨立地向2個千斤頂4供給壓力油，所以能夠將護盾本體1與尾護盾2的撓曲角度設成所需的值。因此，在挖掘地基時，可以變更護盾本體1相對於尾護盾2的角度，控制挖進機的推進方向。
在護盾本體1的預定位置上設置隔壁7，在該隔壁7的前方側(圖1中的左側，下同)形成挖土室8，在隔壁7的後方側(圖1中的右側，下同)形成機內室9。挖土室8由設在隔壁7前方側預定位置上的環狀格柵10分剖成位於該格柵10前方的破碎室8a和位於該格柵10與隔壁7之間的泥水室8b。機內室9作為機械室，它容納後述的作為驅動部件的減速器27、包含油壓計15的計測儀器、折射確認挖進機A推進方向的雷射束34的鏡31a～31c等。
與破碎室8a對應的護盾本體1的內周面(破碎室8a的內周面8c)形成從前方向後方逐漸縮小口徑的圓錐形，特別是圓錐臺狀。
隔壁7由2塊板7a、7b構成。這些板7a、7b按預定距離間隔開配置，並焊接在護盾本體1的內周壁上，保持挖土室8和機內室9的水密性。在板7a、7b之間形成的室7c作為潤滑油的油室，該潤滑油用來潤滑支承可旋轉曲柄軸18的軸承17a、17b、19a和19b。
在隔壁7的中心固定著與護盾本體1的軸線一致的圓筒狀套管部件11。從套管部件11後方側端面起在一定長度內形成鍵槽11a，在與室7c對應位置上形成使潤滑油通過的若干個流通孔11b。
套管部件11容納著套管12，該套筒12比套管部件11的長度還長。在與套管部件11的長度對應的位置上形成法蘭12a。在該法蘭12a的前方側與套管部件11上的鍵槽11a對應的位置上，固定著比鍵槽11a的長度短的鍵12b。因此，套筒12可相對於套管部件在軸方向上滑動但不能旋轉地收容在套管部件11內，套筒12向前方滑動時，由於法蘭12a與套管部件11的後方側端面抵接，該滑動受到限制。
在套筒12的前方側端面，固定著滑環12c，在與套管部11上的流通孔11b對應的位置上，形成有若干個使潤滑油流通的流通孔12b。
在套管部件11的後方側端面安裝著法蘭部件13，該法蘭部件13具有比套筒12的法蘭12a更長的軀幹部13a。這樣，在法蘭部件13的內部與套筒12的法蘭12a之間形成油壓室14。在與法蘭部件13的油壓室14對應的位置上固定著軟管等連接部件16的一端，該軟管等連接部件16連接油壓室14和設在尾護盾2內的油壓計15，該油壓計15作為液壓計。在油壓室14，連接部件16內充填著作為工作流體的工作油，使套筒12向後方側滑動的力作用在該套筒12上時，該力通過充填在油壓室14、連接部件16內的工作油顯示於油壓計15上。
在套筒12上設有可承受徑向及軸向載荷的若干個軸承17a、17b，曲柄軸18通過這些軸承17a、17b可旋轉地嵌合著。在與破碎室8a對應的位置上形成有偏心部18a，該偏心部18a具有預先設定的偏心量，在曲柄軸18的後方側端面形成有與驅動機構27的花鍵軸27c嵌合的嵌合部18b。在曲柄軸18的前方側端面形成有與刀盤3的輪轂部3a嵌合的安裝部18c。
錐形葉輪20通過能承受徑向及軸向載荷的若干個軸承19a、19b安裝在曲柄軸18的偏心部18a上。因此，錐形葉輪20能以曲柄軸18的偏心部18a為中心旋轉，而且能以護盾本體1的軸線為中心作偏心旋轉。
錐形葉輪20的外周面20a形成從後方側向前方側逐漸縮小口徑的圓錐形，特別是圓錐臺形。該錐形葉輪20的後側端部的直徑小於破碎室8a後側端部的直徑，在錐形葉輪20的後側端面與破碎室8a的後側端面之間形成窄縫21，該窄縫21將挖掘下來的土砂通過格柵10導入泥水室8b。
在錐形葉輪20的前側端部固定著滑環20b，在後側端部安裝著被彈簧20朝後方施壓的滑環20d。上述滑環20d與固定在套筒12前側端部的滑環12c呈面接觸，具有油封的作用。這些滑環20d、12c的內徑比曲柄軸18的外徑大。因此，套筒12和曲柄軸18之間形成的空間與曲柄軸18和錐形葉輪20之間形成的空間相連，這些空間構成以油浴方式潤滑軸承17a、17b、19a、19b的油室。
如上所述，破碎室8a內周面8c形成從前方向後方逐漸縮小口徑的圓錐形。因此，如圖所示，破碎室8a形成斷面積從前方側向後方側逐漸變小的漏鬥狀。在破碎室8a的內周面8c及錐形葉輪20的外周面20a上，突設有許多突起22。該突起22把進入破碎室8a的礫石破碎到能通過窄縫21的大小程度。
即，當曲柄軸18旋轉時，錐形葉輪隨之以曲柄軸18的軸線、即護盾本體1的軸線為中心作偏心運動。因此，錐形葉輪20的外周面20a與對應破碎室8a的護盾本體1內周面的距離根據錐形葉輪20的偏心量而變化。從而，隨著挖進機A的推進，在破碎室8a內向後方側移動的礫石受到錐形葉輪20及突起22的撞擊而被擊碎。在對礫石進行撞擊的同時，錐形葉輪20以曲柄軸18的偏心部18a為中心旋轉。被擊碎的礫石隨著挖進機A的推進而相對地向後方行進，從窄縫21進入泥水室8b。
刀盤3的輪轂部3a通過鍵18d安裝在曲柄軸18的安裝部18c上，如圖1及圖2所示，刀盤3由輪轂3a、直徑略小於護盾本體1外徑的刀盤旋轉盤3b、連接輪轂3a和刀盤旋轉盤3b的臂3c構成。在刀盤旋轉盤3b上開有若干個供挖掘土砂進入的進入孔3d。
在輪轂3a上設有滑環3e，該滑環3e與固定在錐形葉輪20前側端部的滑環20b呈面接觸。該滑環3e被彈簧3f向後方側施壓與滑環20b壓接，具有密封錐形葉輪20內部的油室的作用。
在刀盤旋轉盤3b的外表面分別安裝著可脫卸的牙輪鑽頭23、輥式切刀24和刮刀25，牙輪鑽頭23及輥式切刀24可旋轉地安裝在支架26上，支架26固定在刀盤旋轉盤3b上。刮刀25固定在刀盤旋轉盤3b的表面。
牙輪鑽頭23主要用來破碎或切割硬巖，其構造是在輥23a內埋設由超硬合金做成的若干鑽頭23b。輥式切刀24主要用來破碎或切割中等硬度的巖石，由盤狀輥子內埋設超硬合金做的若干鑽頭形成，或者由超硬合金做的盤狀輥子形成。
如上所述，將牙輪鑽頭23、輥式切刀24分別裝在刀盤旋轉盤3b上構成刀盤3，這樣，即使是基巖層或巨礫層都可以穩定地對其進行挖掘。
驅動刀盤3及錐形葉輪20的減速器27由馬達27a和減速機構及變速機構組成的傳導機構27b構成，在傳導機構27b上設有花鍵軸27c，該花鍵軸27c嵌合在曲柄軸18的嵌合部18b上，通過曲柄軸18將馬達27a的驅動力傳送給刀盤3和錐形葉輪20。減速器27固定在設於護盾本體1上的支承壁28上，配置成從機內室9貫通到尾護盾2。
從破碎室8a經窄縫21導入泥水室8b的被擊碎礫石及挖掘土砂由排出裝置從挖進機A排出坑外。如圖1及圖3所示，該排出裝置由貫通隔壁7並朝泥水室8b開口的送泥管29和排泥管30構成，送泥管29將調整好液體比重的泥水供給泥水室8b，該泥水由圖未示的裝置調整液體比重，排泥管30將泥水室8b的泥水與挖掘土砂的混合流體排出挖進機A的坑外。
在護盾本體1的機內室9中設置的支承壁28上，與軸線離開的位置固定著鏡31a，在尾護盾2後側端部的近傍分別設有一對相對於尾護盾2的軸線傾斜45°的鏡31b、31c。在鏡31a與31c之間設有指示器32，與該指示器32相對的位置上配置有電視攝象機33，該攝象機33對指示器32及其周邊配置的包括油壓計15的儀器進行攝象。
上述構造中，從圖未示的立坑內配置的雷射發射器照射與尾護盾2軸線一致的雷射束34，該雷射束34由鏡31c、31b折射，透過指示器32照射到鏡31a上。由鏡31a反射的雷射束34再次照射到指示器32上。電視攝象機33對雷射束34照射的指示器32進行攝影並反映到圖未示的監視器上，通過監視隨挖進機A推進的指示器32上的雷射光點位置，就可以確認挖進機A是否沿著雷射束34推進。當指示器32上的雷射光點從初期狀態變位時，將壓力油供給千斤頂4，使護盾本體1相對於尾盾2撓曲，即可控制挖進機A的推進方向。
下面，說明上述構造的挖進機的動作。使挖進機A從出發立坑開始沿著預定敷設線路推進，該推進是通過一面驅動刀盤3一面用尾護盾2後端面圖未示的始推裝置推出而進行的。當挖進機A的推進終了時，在挖進機A的後端，連接休謨管等的管子，用始推裝置推出該管的後端，連續進行該操作即可敷設管路。
在挖進機A的推進過程中，具有一定壓力的泥水從送泥管29供給到泥水室8b。該泥水從破碎室8a經過刀盤旋轉盤3b上的進入孔3d作用到開挖面35上，防止該開挖面35崩坍。刀盤3由減速器27旋轉驅動，挖掘開挖面35。這時，安裝在刀盤旋轉盤3b上的牙輪鑽頭23、輥式切刀24分別根據各自的功能切割開挖面35。即，當開挖面35的土質是硬巖構成的基巖時，主要由牙輪鑽頭23破碎該巖層，當開挖面35為軟質巖層時，主要由輥式切刀24破碎該巖層。
挖掘下來的礫石通過刀盤旋轉盤3b上的進入孔3d進入破碎室8a，如圖4所示，隨著挖進機A的推進，該礫石向後方側移動，當礫石在其直徑略等於錐形葉輪20外周面20a與粉碎室8a內周面8c之間距離的位置上時，就不再移動。以曲柄軸18的軸線(護盾本體的軸線)為中心作偏心旋轉的錐形葉輪20外周面20a上的突起22撞擊礫石，由於該撞擊，礫石被擊碎。該擊碎過程斷續地進行著，直到礫石直徑被粉碎到能通過窄縫21的程度。在錐形葉輪20撞擊礫石時，與該撞擊相應，錐形葉輪20以曲柄軸18的偏心部18a為中心旋轉。
在上述推進過程中，刀盤3的旋轉數保持著高於以往安裝鑽頭或刀片的切刀旋轉數的5倍～10倍速度。即曲柄軸18比以往的挖進機以更快速度旋轉。因此，錐形葉輪20的偏心運動也高速化，能增加對於進入破碎室8a的礫石的粉碎效果。另外，進入破碎室8a的粘性土由高速偏心運動的錐形葉輪20迅速壓實，所以，壓實的粘性土容易被擠到泥水室8b，可增大擠出效果。這樣，由於使錐形葉輪20作高速偏心運動，可以提高以往挖進機中較為困難的破碎礫石效果和粘性土的擠出效果。
上述推進過程中，由配置在立坑內的始推裝置對挖進機A施加推力，該推力通過尾護盾2、護盾本體1傳遞到切削開挖面35的牙輪鑽頭23、輥式切刀24上。例如，當開挖面35為切削阻力高的巖層時，較大的力作用在牙輪鑽頭25、輥式切刀24上，有時會損壞這些牙輪鑽頭23、輥式切刀24，阻礙挖進機A的推進或阻礙對開挖面35的切削。
本實施例中，設定對從基巖、巨礫層、砂礫層、粘性土直至軟弱土的全部土質的地基進行挖掘。因此，在切削開挖面35時，作用在牙輪鑽頭23或輥式切刀24上的推力通過刀盤旋轉盤3b、曲柄軸18傳遞到套筒12，使充填在油壓室14內的工作油受到力。其結果，作用在工作油上的力顯示在油壓計15上。即，在油壓計15上顯示出作用在牙輪鑽頭23或輥式切刀24上的力。另外，作用在錐形葉輪20上的削土壓對刀盤3的孔部加壓，可間接地計測開挖面35的土壓。因此，在油壓計15上設有挖掘基巖時的刻度和土壓的刻度。操作是通過監視器的圖象來監視油壓計15，當指示值超過一定值時，通過降低挖進機A的推進速度或者使刀盤3的旋轉數上升來進行控制，就可以經常地管理作用在牙輪鑽頭23、輥式切刀24上的力。
上面詳細說明的本發明挖進機中，在軸的前端固定著裝有牙輪鑽頭的刀盤，在軸的偏心部安裝著可旋轉的錐形葉輪，所以，在挖掘土層為基巖時，為了最高效率地挖掘該巖層，通過使刀盤高速旋轉即可穩定地進行挖掘。在挖掘礫石層時，可以由偏心運動的錐形葉輪對進入挖土室的礫石進行有效的粉碎。此外，可使得粘性土的擠出更為容易，同時，能將與礫石混合而被破碎的土砂和泥水混合後排出坑外。
通過工作油可將作用在牙輪鑽頭上的推力顯示在液壓計上，這樣，通過監視液壓計的顯示管理該顯示值，能控制作用在牙輪鑽頭上的力，有效地進行挖掘，並且可以間接地計測土壓，對易坍塌的軟弱地基或礫石層進行土壓管理，防止坍塌，並能防止牙輪鑽頭的破損。
權利要求
1.一種挖進機，其特徵在於，包括本體由設在預定位置上的隔壁分成挖土室和機內室，挖土室內周面的口徑從後方向前方逐漸擴大；曲柄軸貫穿上述隔壁，配置成從挖土室貫通到機內室並呈懸臂梁狀地支承在上述隔壁的軸承上，其前端和與上述隔壁對應的部分配置在同一軸線上，在與本體挖土室對應的部分形成偏心部；刀盤固定在上述曲柄軸的前端，裝著可旋轉的牙輪鑽頭，並設有供挖掘下來的土砂、礫石進入挖土室的進入孔；錐形葉輪可旋轉地安裝在上述曲柄軸的偏心部上，其外周面口徑從後方向前方逐漸縮小；驅動部件配置在上述本體的機內室中，用來驅動上述曲柄軸；排出裝置使進入上述挖土室的被破碎的挖掘土砂與泥水混合後排出。
全文摘要
本發明涉及一種挖進機，其包括由隔壁分成挖土室和機內室的本體；貫穿上述隔壁並形成有偏心部的曲柄軸；固定在曲柄軸前端、裝有牙輪鑽頭並設有進入孔的刀盤；安裝於曲柄軸的偏心部上的錐形葉輪；配置在機內室、用於驅動曲柄軸的驅動部件；以及使進入挖土室的破碎土砂與泥水混合後排出的排出裝置。
文檔編號E21B7/20GK1079793SQ9310717
公開日1993年12月22日 申請日期1993年6月11日 優先權日1992年6月11日
發明者明坂登始夫 申請人:株式會社伊薩基開發工機