一种可变截面的顶管机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，涉及一种可变截面的顶管机。

背景技术

顶管机具有低覆土深度、较低的土层扰动影响、施工进度快、施工效率高和造价低廉等优点，在地下人行通道、地铁站台、地下管廊等城市隧道工程中得到了广泛地应用。

目前，顶管机采用专件专用的模式，即针对某一特定截面尺寸，设计相应大小的顶管机，当截面尺寸或截面形式改变时，需重新设计一台全新的顶管机，设备可重复利用率低，也增加了工程成本造价。

名称为“独立分体式顶管机”的专利（CN109973105A）中公开的顶管机截面拐角为直角，设备受力后存在应力集中现象，容易导致结构破坏，存在较大安全风险；且各削切单元的刀盘位于同一平面，在确保各刀盘之间不互相干涉的前提下，刀盘可切削土体的覆盖面较小，开挖盲区多，不利于设备的总体顶进。

名称为“一种可变径的矩形顶管机盾体”的专利（CN110173271A）中公开的矩形顶管机能实现上下左右四个方向上的变径，但变径后其截面仍为矩形，不能适用异形截面的顶进作业，设备的适用性及兼容性有待提高。

综上所述，如何提供一种兼容性强的顶管机，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种可变截面的顶管机，该顶管机的适用范围广，且能够实现针对多种不同目标环境的使用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可变截面的顶管机，包括前盾、中盾和尾盾；所述前盾包括中间模块、周边模块和主模块，若干个所述主模块连接或通过所述中间模块连接，以使所述主模块与所述中间模块形成稳定的模块组，若干个所述周边模块围绕于所述模块组外周；所述中间模块、所述周边模块和所述主模块之间均为可拆卸连接，以组合形成不同种类的形状的前盾截面；所述形状种类包括圆形、矩形；

所述主模块设有为主刀盘提供动力的主驱动装置，所述中间模块、所述周边模块用于连接人舱接口，或，所述中间模块、所述周边模块用于连接开挖所述主刀盘盲区土体的偏心刀盘。

优选的，所述前盾的后部设有前盾连接环，所述中盾的前部设有中盾连接环，所述前盾连接环与所述中盾连接环通过法兰连接。

优选的，所述中盾与所述尾盾通过铰接系统连接，所述铰接系统包括可伸缩或可转动的油缸，所述油缸的一端连接于所述中盾的后部，另一端连接于所述尾盾的前部。

优选的，所述中间模块、所述周边模块和所述主模块之间通过连接板可拆卸连接，所述连接板设有定位孔和连接孔，所述定位孔中设置有定位销，所述连接孔中设置有连接螺栓。

优选的，所述主模块包括矩形的安装板和围设在所述安装板四周的四个所述连接板，所述安装板设有主驱动装置，所述主驱动装置用于连接所述主刀盘，并用于向所述主刀盘提供动力。

优选的，所述主驱动装置或所述主刀盘在所述安装板上的平面位置可调。

优选的，若干个所述主模块上连接的所述主刀盘的切削平面平行设置且不共面。

优选的，所述中间模块包括矩形的安装板和围设在所述安装板四周的四个所述连接板，所述安装板设有偏心驱动或人舱接口，所述偏心驱动连接所述偏心刀盘。

优选的，所述周边模块包括一个安装板和设于所述安装板外部的外壳体，所述外壳体包括直线型外壳和流线型外壳。

优选的，所述前盾设有螺旋机安装结构，所述螺旋机安装结构用于安装排渣土的螺旋输送机。

本发明所提供的可变截面的顶管机的前盾是模块化结构，通过主模块、中间模块和周边模块拼接成不同的外形结构，仅需要拼装调整，就能够实现不同工程使用同一款顶管机，以提高设备的再利用率和兼容性，既能降低工程造价，也能缩短建设周期。由于各个模块之间为可拆卸连接，在运输过程中，可以实现拆分以方便实现运输，分块运输还能够节省空间，相比于传统整体式的顶管机额而言，能够降低生产、组装工艺的要求，节省运输成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种可变截面的顶管机的侧视图；

图2为本发明提供的可变截面的顶管机的后视图；

图3为本发明提供的可变截面的顶管机中连接板的示意图；

图4为本发明提供的可变截面的顶管机中主模块的示意图；

图5为本发明提供的可变截面的顶管机适配矩形变径截面的示意图；

图6为本发明提供的可变截面的顶管机适配圆形截面的示意图；

图7为本发明提供的可变截面的顶管机适配类矩形截面的示意图；

图8为本发明提供的可变截面的顶管机适配马蹄形截面的示意图。

图1-图8中，附图标记包括：

1为前盾、2为中盾、3为尾盾；

101为前盾连接环、102为主模块、103为中间模块、104为周边模块、105为连接板、106为安装板、107为主驱动装置、108为主刀盘、109为人舱接口、110为偏心驱动、112为外壳体、113为螺旋机安装结构、114为螺旋输送机、115为定位孔、116为连接孔；

201为中盾连接环、301为铰接系统。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的核心是提供一种可变截面的顶管机，该顶管机的适用范围广，且能够实现针对多种不同使用环境，另外，该顶管机还能够方便运输和装卸。

请参考图1至图8，图1为本发明提供的一种可变截面的顶管机的侧视图；图2为本发明提供的可变截面的顶管机的后视图；图3为本发明提供的可变截面的顶管机中连接板的示意图；图4为本发明提供的可变截面的顶管机中主模块的示意图；图5为本发明提供的可变截面的顶管机适配矩形变径截面的示意图；图6为本发明提供的可变截面的顶管机适配圆形截面的示意图；图7为本发明提供的可变截面的顶管机适配类矩形截面的示意图；图8为本发明提供的可变截面的顶管机适配马蹄形截面的示意图。

本申请提供了一种可变截面的顶管机，包括前盾1、中盾2和尾盾3；前盾1包括中间模块103、周边模块104和主模块102，中间模块103连接于若干个主模块102之间，以使主模块102与中间模块103形成稳定的模块组，若干个周边模块104围绕于模块组外周；中间模块103、周边模块104和主模块102之间均为可拆卸连接，以形成不同形状的组合；

主模块102设有为主刀盘108提供动力的主驱动装置107，中间模块103、周边模块104用于连接人舱接口109或连接开挖主刀盘108盲区土体的偏心刀盘。

需要说明的是，前盾1、中盾2和尾盾3依次连接，前盾1用于设置刀盘，本申请的前盾1包括主模块102、中间模块103和周边模块104，主模块102为矩形结构或其他规则截面的结构，其上设有用于驱动刀盘工作的主驱动装置107，若干个主模块102相邻连接或者通过中间模块103连接，从而形成稳定连接的模块组，主模块102之间、主模块与中间模块103之间均为可拆卸连接，以方便调整模块组的外形形状。在模块组的外周设置有周边模块104，以形成对模块组的完整的包围。其中，周边模块104与周边模块104、周边模块104与主模块102、周边模块104与中间模块103之间均为可拆卸连接。

本申请所提供的可变截面的顶管机的前盾1是模块化结构，通过主模块102、中间模块103和周边模块104拼接成不同的外形结构，例如可以为矩形、圆形等，能够实现不同工程使用同一款顶管机，仅需要拼装调整，就能够改变前盾的外形，以提高设备的再利用率和兼容性，既能降低工程造价，也能缩短建设周期。同时，由于各个模块之间为可拆卸连接，在运输过程中，可以实现拆分以方便实现运输，分块运输还能够节省空间，相比于传统整体式的顶管机额而言，能够降低生产、组装工艺的要求，节省运输成本。

在上述实施例的基础之上，前盾1的后部设有前盾连接环101，中盾2的前部设有中盾连接环201，前盾连接环101与中盾连接环201通过法兰连接。

需要说明的是，前盾连接环101设置在前盾1的后部，中盾连接环201设置在中盾2的前部，二者在顶管机的横向位置上相配合，并通过法兰结构连接。请参考图1，前盾连接环101可以为前盾1后端的板件，中盾连接环201为中盾2位于前端的板件，二者通过法兰盘或螺栓等连接固定，形成前盾1与中盾2的完整结构。可选的，前盾连接环101与中盾连接环201还可以通过其他结构连接固定。

在上述实施例的基础之上，中盾2与尾盾3通过铰接系统301连接，铰接系统301包括可伸缩或可转动的油缸，油缸的一端连接于中盾2的后部，另一端连接于尾盾3的前部。

请参考图1，铰接系统301通过油缸结构实现中盾2与尾盾3的连接，具体地，铰接系统301分别连接于中盾2的中盾连接环201和尾盾3的前端面板，可选的，在顶管机的周向上可以设置若干个铰接系统，从而使周向上能够实现稳定的连接。可选的，上述铰接系统301也可以选择其他类型的连接结构实现铰接。上述铰接系统301的连接位置可以为中盾2的中部或后部，并可以连接在尾盾3的其他位置。

中间模块103、周边模块104和主模块102的组装可以通过各自设置的连接件，或者通过辅助件实现连接。在上述任意一个实施例的基础之上，中间模块103、周边模块104和主模块102之间通过连接板105可拆卸连接，连接板105设有定位孔115和连接孔116，定位孔115中设置有定位销，连接孔116中设置有连接螺栓。

需要说明的是，连接板105的形状可以为平板件、L形板件或其他形状的板件，连接板105上设置有位于中部的定位孔115，连接板105通过定位孔115和定位销实现与对应的连接板105或模块的定位，定位完成后，可以通过连接板105上的连接孔116和连接螺栓进行与连接板105或对应模块的稳定连接。请参考图3，通常情况下定位孔115设置在中部位置，连接孔116设置其周围或板件的边缘位置，也可以选择其他的定位孔115与连接孔116的配合设置位置。

在上述任意一个实施例的基础之上，主模块102包括矩形的安装板106和围设在安装板四周的四个连接板105，安装板106设有主驱动装置107，主驱动装置107用于连接主刀盘108，并用于向主刀盘108提供动力，主驱动带动主刀盘转动从而达到切削土体的作用。

安装板106通常为矩形、其他正多边形或其他规则形状，以便在其周边设置连接板105，请参考图4，安装板106为矩形，四个侧边分别连接对应的连接板105，四个连接板105依次首尾连接，形成安装板106的周向侧壁。在安装板106上设置有主驱动装置107，主驱动装置107为轴类件，其转动设置于安装板106，主驱动装置107用于连接主刀盘108，以带动主刀盘108工作。

采用规则多边形状或四边形的安装板106有利于实现多个主模块102的拼接，避免形成模块间的安装缝隙。当然，若有缝隙可以通过不同的中间模块103之间填补、连接。

在上述实施例的基础之上，主驱动装置107或主刀盘108在安装板106上的平面位置可调。

为了进一步的实现各模块配合的适应性，主驱动装置107、主刀盘108的安装为位置可调且可固定的安装，以使得在模块完成安装后，可以通过调试个别安装板106上的主驱动装置107、主刀盘108的位置，实现各个主刀盘108位置的配合。

可选的，若干个主模块102上连接的主刀盘108的切削平面平行设置且不共面。

需要说明的是，由于主模块102设置主刀盘108，而主模块102与主模块102之间的距离为可改变的，因而，为了避免各主模块102上的主刀盘108之间产生干涉，将各个主刀盘108沿垂直于主模块102的安装板106的方向上错落设置。

错落设置与可调整且可固定的安装主驱动装置107的目的均在于调整主刀盘108位置，避免产生干涉，两个方案可以同时共存，也可以单独存在于一个顶管机。本申请中多个主模块102的相对位置根据截面要求可灵活布置，对应的多个主刀盘108错平面布置，既能防止刀盘干涉，也能减小开挖盲区，方便顶管机顶进。

与主模块102类似的，中间模块103也可以为框架结构。在上述实施例的基础之上，中间模块103包括矩形的安装板106和围设在安装板106四周的四个连接板105，安装板106设有偏心驱动110或人舱接口109，偏心驱动110连接偏心刀盘。

与主模块102不同的是，中间模块103的作用是安装偏心驱动110和人舱接口109，需要说明的是，中间模块103也可以仅为框架结构而不设置偏心驱动110或人舱接口109，以实现主模块102之间的连接和缝隙的填补。请参考图5，图5中位于左右两个的中间模块103设置有人舱接口109，位于中部的中间模块103及竖向设置的中间模块103则未设置人舱接口109。请参考图7，图7中位于下部的两个中间模块103上设置有偏心驱动110。上述偏心驱动110的作用是连接偏心刀盘。

可选的，偏心刀盘用于开挖主刀盘间隙的土体，增大切削土体的范围，减少开挖盲区，上述偏心驱动110的位置和数量可以进行适应性的调整。根据需要调整偏心驱动110的数量和位置，配合主刀盘108的操作，有利于顶管机的整体顶进。

可选的，本申请中的中间模块103的设置形式多样，若干个中间模块103的结构可以不同，用于配适不同的形式和需要。

在上述实施例的基础之上，周边模块104包括一个安装板106和设于安装板106外部的外壳体112，外壳体112包括直线型外壳和流线型外壳。

需要说明的是，本申请的外壳体112具体为具有流线型的外壳结构，因其包裹于主模块102和中间模块103的外部，并与对应的环境直接接触，设置流线型的结构能够兼容复杂的环境。本申请中的直线型外壳和流线型外壳可以组装使用，请参考图5至图7，其中，在外圈结构中具有直线型外壳以及多种类型的流线型外壳，包括弧度为90度的弧线外壳，其内部为直角面板，用于连接具有直角的主模块102；还有图6至图8中多为具有不规则弧度的外壳结构。

在上述实施例的基础之上，前盾1设有螺旋机安装结构113，螺旋机安装结构113用于安装排渣土的螺旋输送机114。

本申请提供的上述可变截面的顶管机可以通过调整主模块的数量、中间模块的结构和周边模块的形式，可以组成不同截面大小和截面形状的顶管机。

请参考图5至图8，分别为顶管机适配为矩形、圆形、类矩形、马蹄形截面的示意图。

图5所示的结构可以由图2的结构改造得到，增大中间模块103结构尺寸，并在安装板106上设置合适的人舱接口109，并对应增大各个周边模块104的结构尺寸，采用对应的紧固结构连接后，即可组合得到图5中的前盾1。中盾2和尾盾3的结构需要配合前盾1进行适当调整。可选的，中盾2和尾盾3之间铰接机构301的数量可调整，以适应前盾1的设置。

图6所示的结构可以由图2或图5的结构改造得到，将矩形截面尺寸进一步增大，从而保证顶管机顶部的结构强度，将周边模块104的顶部分块设计为拱形，再增大中间模块103的尺寸，将中间模块103分别与主模块102连接，组成类矩形截面的、模块化的前盾1。

图7和图8所示的结构是通过更改主模块102的数量与位置关系得到的，改变中间模块103结构形式，并与具有目标结构外形相匹配的周边模块104连接，并在中间模块103或周边模块104的安装板106上设置人舱接口109和偏心驱动110即可将矩形顶管机改造成适配圆形或马蹄形等异形截面的顶管机。

可选的，任意两个连接板105相连接时或者连接板105与对应的模块连接时，其接触面上设置有密封圈，以达到密封紧固的作用。

除了上述各个实施例中所提供的可变截面的顶管机的主要结构和连接关系，该顶管机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的可变截面的顶管机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。