顶管施工用折叠式高效运土装置

技术领域

本发明涉及顶管工程施工领域，尤其是涉及一种顶管施工用折叠式高效运土装置。

背景技术

在地下工程施工中，经常采用顶管工艺。顶管工艺一般分为泥水平衡、土压平衡和气压平衡几类，其中土压平衡工艺因其设备简单、环保性好得到广泛应用。土压平衡顶管施工土方出运传统采用出土小车进行，由于顶管管径较小，出土小车只能单向行驶。但近几年随着技术的进步，顶管单段顶进距离逐渐增加，一般可达到一千米左右。随着单段顶进距离的增加，传统的土方出运小车工作效率无法满足顶管顶进功效要求，施工中经常出现顶进停滞，等待出土小车运土的情况。

中国专利文献CN 208470839 U记载了一种顶管施工用出土小车，该小车为了适应顶管的空间，采用弧形结构，但是同样受制于空间限制，每次只能通过一台小车，因此在顶管内只能单次的完成土方的运输，而不能形成作业循环，而对于顶管上部的空间没有完全利用，使用存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明提供了一种顶管施工用折叠式高效运土装置，解决了由于顶管内空间限制的原因，只能允许单台运土小车行进导致施工过程出现停滞，顶管上部空间不能设置配合的小车形成作业循环出土的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种顶管施工用折叠式高效运土装置，包括滑设在轨道上的出土小车，出土小车包括底盘和车斗，车斗设置在底盘的上部，车斗包括保护板，保护板上沿轨道的铺设方向对称设有两个端板，两个端板之间设有第一侧板和第二侧板，第一侧板与第二侧板及两个端板和保护板围设形成装土空间，车斗和底盘之间设有折叠系统，折叠系统用于驱动端板、第一侧板和第二侧板完成折叠动作。

优选的方案中，车斗还包括底板，底板固设在底盘上，折叠系统位于保护板和底板之间。

优选的方案中，保护板的外侧沿周向设置有四个限位板，限位板用于对端板、第一侧板和第二侧板的支撑和限位作用。

优选的方案中，保护板顺轨道方向两侧分别设有第三固定板，第三固定板的上部铰接有端板，端板的底部设有第三L柱，第三L柱的上侧和第三固定板铰接，保护板垂直轨道的方向两侧分别设有第一固定板和第二固定板，第一固定板低于第二固定板，第一固定板和第二固定板上部分别铰接有第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板底部分别设有第一L柱和第二L柱，第一L柱和第二L柱的上侧分别和第一固定板与第二固定板铰接，第三L柱、第一L柱和第二L柱的下侧分别和折叠系统连接。

优选的方案中，折叠系统包括转轴，转轴转设在保护板和底板之间，转轴上设有小齿轮和大齿轮，小齿轮位于大齿轮的下侧，小齿轮上啮合连接有驱动杆，驱动杆一侧设有动力缸，动力缸固设在底板上，大齿轮外侧分别啮合连接有第一变位齿轮、第二变位齿轮、第三变位齿轮和第四变位齿轮；

第一变位齿轮一侧设有第一推杆，第二变位齿轮一侧设有第二推杆， 第三变位齿轮的一侧设有第三推杆，第四变位齿轮的一侧设有第四推杆，第一推杆、第二推杆、第三推杆和第四推杆的远端分别和转接杆的一侧铰接，转接杆的另一侧分别和第三L柱、第一L柱及第二L柱铰接，折叠系统还设有四个滑杆，滑杆固设在保护板的底部，第一推杆、第二推杆、第三推杆和第四推杆分别和滑杆滑动连接。

优选的方案中，第一变位齿轮上固设有第一挡杆，第二变位齿轮上固设有第二挡杆，第一挡杆和第二挡杆的方向相反，第三变位齿轮上固设有第三挡杆，第四变位齿轮上固设有第四挡杆和第五挡杆，第三挡杆和第五挡杆的方向相反，第四挡杆和第五挡杆的方向垂直，第三挡杆和第二挡杆的方向相同，第一推杆、第二推杆、第四推杆上分别设有用于配合第一挡杆、第二挡杆和第三挡杆工作的单向止动杆，第三推杆上设有用于配合第四挡杆和第五挡杆的两个单向止动杆。

优选的方案中，单向止动杆包括套筒，套筒内设有空腔，空腔的上部贯穿设有滑道，空腔内设有弹簧，弹簧上支承有底座，底座的顶部设有凸块，凸块滑设在滑道内，凸块两侧分别设有斜面和直伸面。

优选的方案中，第三推杆和第四推杆的一侧分别设有第一磁铁和第三磁铁，第三推杆和第四推杆分别穿设在位于保护板底部的挡板上的避让槽内，保护板的底部还设有用于锁止第三推杆的第二磁铁，第一磁铁和第三磁铁分别和挡板磁性吸合，第三推杆和第二磁铁磁性吸合。

优选的方案中，顶管顶部设有吊装系统，底盘的一侧可拆卸的设有驱动小车，吊装系统用于将驱动小车从轨道上提升到高处，吊装系统的一侧设有皮带机，皮带机用于将土料输送至车斗内。

优选的方案中，吊装系统包括设置在顶管内的第一轮滑和第二轮滑，卷扬机通过提升缆索和提升架连接，提升缆索绕设在第一轮滑和第二轮滑上，提升架的底部设有吊环，提升架通过吊缆和提升缆索连接，提升缆索上还设有限位器固定端和限位器活动端，驱动小车包括第一插孔和第一耳板，底盘包括第二插孔和第二耳板，第一耳板和第二耳板通过插销铰接，吊环套设在第一吊耳和第二吊耳上。

本发明的有益效果为：在皮带机的一侧设置吊装系统，在顶管上部预先暂存出土小车，由于本出土小车可以完全折叠，因此可以在保证配合装土小车循环作业的同时，避免了对其产生干涉，充分利用了顶管上部的空间，折叠系统工作快速，执行稳定，交替作业，大幅提高了顶管出土的效率，具有良好的经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的施工作业示意图状态一；

图2是本发明的施工作业示意图状态二；

图3是本发明的吊装系统示意图；

图4是图3的左视示意图；

图5是本发明的车斗打开示意图；

图6是本发明的车斗折叠示意图；

图7是本发明的端板打开状态示意图；

图8是本发明的第一侧板和第二侧板折叠状态示意图；

图9是本发明的第一侧板和第二侧板打开状态示意图；

图10是本发明的单向止动杆整体结构示意图；

图11是图10的正视示意图；

图12是图11的A-A向剖视图；

图13是本发明的折叠过程状态一；

图14是本发明的折叠过程状态二；

图15是本发明的折叠过程状态三；

图16是本发明的折叠过程状态四；

图17是本发明的开启过程状态一；

图18是本发明的开启过程状态二；

图19是本发明的开启过程状态三；

图20是本发明的开启过程状态四；

图21是本发明的车斗打开结构示意图状态一；

图22是本发明的车斗打开结构示意图状态二；

图23是本发明的车斗折叠结构示意图状态一；

图24是本发明的车斗折叠结构示意图状态二；

图25是图21的爆炸结构示意图状态一；

图26是图21的爆炸结构示意图状态二。

图中：出土小车1；吊装系统2；提升架201；吊环202；吊缆203；限位器固定端204；限位器活动端205；第一轮滑206；第二轮滑207；提升缆索208；卷扬机209；轨道3；皮带机4；驱动小车5；第一吊耳501；第一耳板502；底盘6；第二吊耳601；第二耳板602；车斗7；保护板701；底板702；第三固定板703；端板704；限位板705；第三L柱706；第一固定板707；第一侧板708；第二固定板709；第二侧板710；第一L柱711；第二L柱712；挡板713；避让槽714；折叠系统8；动力缸801；驱动杆802；转轴803；小齿轮804；大齿轮805；滑杆806；第一变位齿轮807；第二变位齿轮808；第三变位齿轮809；第四变位齿轮810；插销9；转接杆10；第一推杆11；第二推杆12；第三推杆13；第四推杆14；限位轮15；第一挡杆16；第二挡杆17；第三挡杆18；第四挡杆19；第五挡杆20；第一磁铁21；第二磁铁22；第三磁铁23；单向止动杆24；套筒2401；凸块2402；斜面2403；直伸面2404；空腔2405；弹簧2406；底座2407；滑道2408。

具体实施方式

如图1-26中，一种顶管施工用折叠式高效运土装置，包括滑设在轨道3上的出土小车1，出土小车1包括底盘6和车斗7，车斗7设置在底盘6的上部，车斗7包括保护板701，保护板701上沿轨道3的铺设方向对称设有两个端板704，两个端板704之间设有第一侧板708和第二侧板710，第一侧板708与第二侧板710及两个端板704和保护板701围设形成装土空间，车斗7和底盘6之间设有折叠系统8，折叠系统8用于驱动端板704、第一侧板708和第二侧板710完成折叠动作。由此结构，以使得整体制作方便，底盘6作为支撑，能快速的将折叠系统8安装到底盘6上，车斗7的开启和折叠全程由折叠系统控制，也即通过在顶管上部安装折叠状态的小车，然后在顶管下部安装打开状态的小车，能充分利用顶管内的空间，然后当一个小车处于开启状态装土完成后将土运出，另一个小车此时从顶管上部下放，并将折叠状态调整为打开状态，然后继续完成装土，然后在先运土的小车完成运土后回到初始位置，将开启状态改变为折叠状态，重新吊装至顶管上部等待另一个小车的装土，当另一个小车在装土完成后将土运出，位于顶管上部的小车下放然后开始装土，如此交替循环作业，最大程度的利用了顶管的截面和空间，并能高效的完成土方的运出。

优选的方案中，车斗7还包括底板702，底板702固设在底盘6上，折叠系统8位于保护板701和底板702之间。由此结构，以使得整体模块化，制作和安拆方便，便于后期的维护保养，且整体的调整也便利。

优选的方案中，保护板701的外侧沿周向设置有四个限位板705，限位板705用于对端板704、第一侧板708和第二侧板710的支撑和限位作用。由此结构，以使得防止在端板704和第一侧板708及第二侧板710竖起后受土方压力继续外翻。

优选的方案中，保护板701顺轨道3方向两侧分别设有第三固定板703，第三固定板703的上部铰接有端板704，端板704的底部设有第三L柱706，第三L柱706的上侧和第三固定板703铰接，保护板701垂直轨道3的方向两侧分别设有第一固定板707和第二固定板709，第一固定板707低于第二固定板709，第一固定板707和第二固定板709上部分别铰接有第一侧板708和第二侧板710，第一侧板708和第二侧板710底部分别设有第一L柱711和第二L柱712，第一L柱711和第二L柱712的上侧分别和第一固定板707与第二固定板709铰接，第三L柱706、第一L柱711和第二L柱712的下侧分别和折叠系统8连接。端板704的高度小于保护板701沿轨道3方向长度的一半，第一侧板708和第二侧板710的高度大于保护板701垂直轨道3方向宽度的一半，小于保护板701的宽度，由此结构，第一固定板707低于第二固定板709以使得避免第一侧板708和第二侧板710在折叠过程中和折叠完成后出现相互碰撞的问题，由于铰接点高度不同，且设置的折叠开启顺序存在时间差，在保证装土容量的前提下，防止碰撞。

优选的方案中，折叠系统8包括转轴803，转轴803转设在保护板701和底板702之间，转轴803上设有小齿轮804和大齿轮805，小齿轮804位于大齿轮805的下侧，小齿轮804上啮合连接有驱动杆802，驱动杆802一侧设有动力缸801，动力缸801固设在底板702上，大齿轮805外侧分别啮合连接有第一变位齿轮807、第二变位齿轮808、第三变位齿轮809和第四变位齿轮810；

第一变位齿轮807一侧设有第一推杆11，第二变位齿轮808一侧设有第二推杆12，第三变位齿轮809的一侧设有第三推杆13，第四变位齿轮810的一侧设有第四推杆14，第一推杆11、第二推杆12、第三推杆13和第四推杆14的远端分别和转接杆10的一侧铰接，转接杆10的另一侧分别和第三L柱706、第一L柱711及第二L柱712铰接，折叠系统8还设有四个滑杆806，滑杆806固设在保护板701的底部，第一推杆11、第二推杆12、第三推杆13和第四推杆14分别和滑杆806滑动连接。第一L柱711的外形小于第二L柱712，由此结构，以使得动力缸801和驱动杆802以及小齿轮804位于同一层面，大齿轮805、第一变位齿轮807、第二变位齿轮808、第三变位齿轮809和第四变位齿轮810在同一层面，在驱动杆802、第一推杆11、第二推杆12、第三推杆13和第四推杆14不参与啮合运动的一侧设置有限位轮15，通过限位轮15的限位作用，可确保驱动杆802、第一推杆11、第二推杆12、第三推杆13和第四推杆14能有效的完成啮合动作，整体的传递效率更高，执行更平稳，第一L柱711、第二L柱712和第三L柱706分别配合转接杆10能将驱动杆802的直线运动转变为转动，从而在驱动杆802的相对小的位移变化转变为角度的改变。

优选的方案中，第一变位齿轮807上固设有第一挡杆16，第二变位齿轮808上固设有第二挡杆17，第一挡杆16和第二挡杆17的方向相反，第三变位齿轮809上固设有第三挡杆18，第四变位齿轮810上固设有第四挡杆19和第五挡杆20，第三挡杆18和第五挡杆20的方向相反，第四挡杆19和第五挡杆20的方向垂直，第三挡杆18和第二挡杆17的方向相同，第一推杆11、第二推杆12、第四推杆14上分别设有用于配合第一挡杆16、第二挡杆17和第三挡杆18工作的单向止动杆24，第三推杆13上设有用于配合第四挡杆19和第五挡杆20的两个单向止动杆24。位于第一推杆11上的单向止动杆24和第二推杆12上的单向止动杆24的斜面2403向远离转轴803方向设置，位于第四推杆14上的单向止动杆24向靠近转轴803的方向设置，位于第三推杆13的两个单向止动杆24相对设置，远离转轴803的单向止动杆24的斜面2403向远离转轴803方向设置，靠近转轴803的单向止动杆24的斜面2403向靠近转轴803的方向设置，由此结构，以使得通过配合第一挡杆16、第二挡杆17和第三挡杆18与第四挡杆19及第五挡杆20的转动从而完成第一推杆11、第二推杆12、第三推杆13和第四推杆14的直线运动，整体运行稳定效率高。

优选的方案中，单向止动杆24包括套筒2401，套筒2401内设有空腔2405，空腔2405的上部贯穿设有滑道2408，空腔2405内设有弹簧2406，弹簧2406上支承有底座2407，底座2407的顶部设有凸块2402，凸块2402滑设在滑道2408内，凸块2402两侧分别设有斜面2403和直伸面2404。由此结构，以使得让从斜面2303一侧和凸块2402接触时，由于斜面2402受压产生斜向分力推动底座2407下压弹簧2406，直至凸块2402进入到滑道2408内，然后凸块2402在脱离被压的状态后受弹簧2406的弹性形变恢复至初始状态，当从之神面2404一侧和凸块2402接触时，由于此时凸块2402受到垂直于直伸面2404的力因此不会将凸块2402挤压进入到滑道2408内，此时凸块2402受迫带动相应的推杆进行直线运动，完成位移的变化。

优选的方案中，第三推杆13和第四推杆14的一侧分别设有第一磁铁21和第三磁铁23，第三推杆13和第四推杆14分别穿设在位于保护板701底部的挡板713上的避让槽714内，保护板701的底部还设有用于锁止第三推杆13的第二磁铁22，第一磁铁21和第三磁铁23分别和挡板713磁性吸合，第三推杆13和第二磁铁22磁性吸合。整个小车采用钢制材料，由此结构，以使得当第三推杆13和第四推杆14运行到不同的位置时，相应的第一磁铁21和第三磁铁23会和车斗7上的挡板713完成吸合或分离，同时第二磁铁22对第三推杆13的端面进行限位，保证了个第三推杆13和第四推杆14的位置准确，从而利于折叠系统的稳定折叠/开启工作。

优选的方案中，顶管顶部设有吊装系统2，底盘6的一侧可拆卸的设有驱动小车5，吊装系统2用于将驱动小车5从轨道3上提升到高处，吊装系统2的一侧设有皮带机4，皮带机4用于将土料输送至车斗7内。由此结构，以使得驱动小车5采用电动小车，能在车斗7装载土方后推动底盘6完成土方的运输，皮带机4将盾构机处的土方快速的输送至车斗7上部，吊装系统2则能完成相互配合并循环作业的另一个小车的吊装和下放，充分的将顶管内的空间进行利用。

优选的方案中，吊装系统2包括设置在顶管内的第一轮滑206和第二轮滑207，卷扬机209通过提升缆索208和提升架201连接，提升缆索208绕设在第一轮滑206和第二轮滑207上，提升架201的底部设有吊环202，提升架201通过吊缆203和提升缆索208连接，提升缆索208上还设有限位器固定端204和限位器活动端205，驱动小车5包括第一插孔501和第一耳板502，底盘6包括第二插孔601和第二耳板602，第一耳板502和第二耳板602通过插销9铰接，吊环202套设在第一吊耳501和第二吊耳601上。卷扬机209固定在顶管的侧壁，限位器固定端24固定于顶管的顶部，限位器活动端25固定在提升缆索28底部，提升架201四个顶点各连接一根钢丝绳吊揽203并汇聚到中间点后与提升缆索208连接，由此结构，以使得提升架21两侧各布置四个吊环202，吊环202可以方便的套在第一吊耳501和第二吊耳601内，从而便于小车1整体的抬升，操作简单，运行效率高。

折叠过程如下：开启动力油缸801，产生推力，带动驱动杆802推动小齿轮804，进而带动大齿轮805转动，大齿轮805带动第一变位齿轮807、第二变位齿轮808、第三变位齿轮809和第四变位齿轮810转动。此时第一侧板708上的第四推杆14上的齿状结构与第三变位齿轮809处于咬合状态，首先发生变位，带动第一侧板708折叠，当第一侧板708折叠完成后，第三变位齿轮809和第四推杆14齿状结构脱离，第四推杆14不再产生变位。然后，第二侧板710对应第四变位齿轮810的第四挡杆19与第三推杆13的单向止动杆24的直伸面2404发生碰撞，并带动第三推杆13产生变位，进而第四变位齿轮810和第三推杆13齿状结构咬合，继续发生变位，直至第四变位齿轮810和第三推杆13齿状结构分离，完成变位。大齿轮805继续转动，端板704对应第一变位齿轮807和第二变位齿轮808的第一挡杆16和第二挡杆17转动至与第一推杆11和第二推杆12上的挡柱1412发生碰撞，第一变位齿轮807和第二变位齿轮808分别和第一挡杆16和第二挡杆17齿状结构咬合，发生变位，直至第一变位齿轮807和第二变位齿轮808分别与第一挡杆16和第二挡杆17齿状结构分离，完成变位，端板704折叠全部完成。

折叠完成后，开启卷扬机209，将提升架201下放，人工将提升架201上的吊环202套在小车1的吊耳501上，反向开启卷扬机29，将第二台出土小车1吊起。随着提升缆索208上升，活动端限位器205跟随上升，最终与固定端限位器204接触，此时卷扬机209电路断开，提升系统停止工作。

当第一台出土小车1装满后，顶管暂停推进。第一台出土小车1将土方运出。开启卷扬机209，将第二台出土小车1下放至轨道3上，将吊环202拆下。开启折叠系统8，将车斗7打开立起。将出土小车1开至皮带机4下方接土。第一台出土小车1出土后开回，如此循环往复。

开启过程与折叠过程相反，其中第一侧板708为“先关后开”，端板704为“后关先开”，第二侧板710为“中关中开”，所以第一侧板708与端板704分别设置对应设置一组挡杆和单向止动杆，第二侧板710对应设置两组。各挡杆分别和单向止动杆可实现单方向限位。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。