用于破碎管道的组合式刀盘及管道更新掘进机的制作方法

1.本发明属于掘进设备技术领域，特别是涉及用于破碎管道的组合式刀盘及管道更新掘进机。


背景技术：

2.随着城市化发展进程的加快，老旧城区地下管网超期服役带来的问题日益明显，地下管网损坏导致的路面坍塌等安全事故时有发生。另外，部分管道直径较小，已经不能满足发展的要求。因此，需要对地下管网进行修复更新。
3.管道修复更新方法主要有明挖法和非开挖法，明挖法对道路交通和环境质量有较大影响，现已难以满足城市核心区的施工要求。非开挖法是目前比较常用的管道更新方法。申请公布号为cn115045668a(申请公布日：2022.09.13)的发明专利申请公开了一种装配式破管掘进装置，该装置包括顶管、环形钢板撑、工具管，工具管用于破除原有管道，环形钢板撑附带较多设备，且便于拆卸，可以实现反复利用。但是，该装置仅用工具管破除破旧管道，效率有待考究。此外，该装置还存在地表沉降难以控制的问题。
4.申请人的授权公告号为cn111852493b的发明专利提供了一种管道更新掘进机及其施工方法，该掘进机包括主机和保通循环系统，主机包括盾体和破掘刀盘，主机前部设有清渣保通装置，清渣保通装置穿过掘进主机与保通循环系统连接，掘进时先行于破掘刀盘，保证管道内的流体介质的流通，实现了不截流更新。该掘进机的破掘刀盘设有滚刀和撕裂刀，可以破碎钢筋混凝土、混凝土等脆性管道，但是对于hdpe(高密度聚乙烯)等柔性软管，因管材的韧性较好，受到破掘滚刀挤压时易发生弹性变形，难以破碎。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于破碎管道的组合式刀盘，以解决现有技术中柔性管道更新困难的技术问题。本发明的目的还在于提供一种具有上述组合式刀盘的管道更新掘进机，以解决与上述相同的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明所提供的用于破碎管道的组合式刀盘的技术方案是：
7.用于破碎管道的组合式刀盘，包括破碎盾体，所述破碎盾体的内壁设有若干个沿前后方向延伸的割刀，所述割刀用于从管道外壁割裂旧管道，所述破碎盾体内部设有可转动的破碎装置，所述破碎装置设于所述割刀后侧，并布置有若干破碎刀具。
8.有益效果是：本发明对现有挤压式破碎管道的破掘刀盘进行了改进设计。在进行管道更新作业时，破碎盾体插入土层内部，割刀将旧管道割裂成条状，再由破碎装置对旧管道二次挤压、破碎，实现旧管道的粉碎。本发明优化了管道破碎的实现方法，可适用于柔性管道的破碎与更新，解决了现有柔性管道更新困难的问题。此外，破碎盾体还可以起到支护作用，保证了地面的稳定性。
9.作为进一步地改进，所述破碎装置的前端连接有可随破碎装置转动的螺旋送料结构，所述螺旋送料结构用于抓卡旧管道以向后输送旧管道碎片。
10.有益效果是：螺旋送料机构随破碎装置转动，并与旧管道内壁发生一种类似螺纹攻丝的相对运动，将旧管道碎片向后输送，提高了管道破碎的效率。
11.作为进一步地改进，所述螺旋送料结构包括用于与所述破碎装置连接的固定体和设于所述固定体外周的螺旋片，所述螺旋片的外壁面设有用于攻丝的牙扣。
12.有益效果是：与传统螺旋槽丝锥螺旋送料结构相比，螺旋片便于加工，成本较低。
13.作为进一步地改进，所述固定体为内部空心的圆筒，且固定体前端设有可供污水流通的流通口。
14.有益效果是：旧管道内的污水可经固定体排出，便于配合掘进机的清渣保通装置工作，实现不断流施工。
15.作为进一步地改进，所述割刀和破碎装置之间还设有若干撕裂刀。
16.有益效果是：增加了一道管道破碎装置，在旧管道送入的过程中，可以通过撕裂刀进一步对管道破碎，保证了管道破碎的效果。
17.作为进一步地改进，所述撕裂刀和破碎盾体内壁之间设有向破碎装置倾斜的斜板，所述撕裂刀固定连接在所述斜板上。
18.有益效果是：此时斜板与撕裂刀还可以起到将旧管道输送至破碎装置的导向作用，提高了破碎效率。
19.作为进一步地改进，所述撕裂刀设于单个割刀延伸方向的后侧，并沿所述斜板前后排列布置多个。
20.有益效果是：布置在割刀后侧的撕裂刀与每条旧管道碎片之间的摩擦作用力保证了旧管道整体不会发生转动，避免了在旧管道剩余长度较少时旧管道整体与土层分离，失去割裂效果。
21.作为进一步地改进，该组合式刀盘包括固定盘，所述固定盘与所述破碎装置轴向间隔布置，所述固定盘用于与所述破碎装置的相对端面和/或所述破碎装置用于与所述固定盘相对的端面设有用于破碎管道的切削刀具。
22.有益效果是：形成一种双层挤压切削结构，保证了旧管道的破碎效果。
23.作为进一步地改进，所述破碎盾体的前端设有用于向前切入土层的刃口。
24.有益效果是：提高了破碎盾体插入土层的效率，同时进一步减小了施工对旧管道以上土层的影响。
25.为实现上述目的，本发明所提供的管道更新掘进机的技术方案是：
26.管道更新掘进机，包括用于破碎管道的组合式刀盘，该组合式刀盘包括破碎盾体，所述破碎盾体的内壁设有若干个沿前后方向延伸的割刀，所述割刀用于从管道外壁割裂旧管道，所述破碎盾体内部设有可转动的破碎装置，所述破碎装置设于所述割刀后侧，并布置有若干破碎刀具。
27.有益效果是：本发明对现有挤压式破碎管道的破掘刀盘进行了改进设计。在进行管道更新作业时，破碎盾体插入土层内部，割刀将旧管道割裂成条状，再由破碎装置对旧管道二次挤压、破碎，实现旧管道的粉碎。本发明优化了管道破碎的实现方法，可适用于柔性管道的破碎与更新，解决了现有柔性管道更新困难的问题。此外，破碎盾体还可以起到支护作用，保证了地面的稳定性。
28.作为进一步地改进，所述破碎装置的前端连接有可随破碎装置转动的螺旋送料结
构，所述螺旋送料结构用于抓卡旧管道以向后输送旧管道碎片。
29.有益效果是：螺旋送料机构随破碎装置转动，并与旧管道内壁发生一种类似螺纹攻丝的相对运动，将旧管道碎片向后输送，提高了管道破碎的效率。
30.作为进一步地改进，所述螺旋送料结构包括用于与所述破碎装置连接的固定体和设于所述固定体外周的螺旋片，所述螺旋片的外壁面设有用于攻丝的牙扣。
31.有益效果是：与传统螺旋槽丝锥螺旋送料结构相比，螺旋片便于加工，成本较低。
32.作为进一步地改进，所述固定体为内部空心的圆筒，且固定体前端设有可供污水流通的流通口。
33.有益效果是：旧管道内的污水可经固定体排出，便于配合掘进机的清渣保通装置工作，实现不断流施工。
34.作为进一步地改进，所述割刀和破碎装置之间还设有若干撕裂刀。
35.有益效果是：增加了一道管道破碎装置，在旧管道送入的过程中，可以通过撕裂刀进一步对管道破碎，保证了管道破碎的效果。
36.作为进一步地改进，所述撕裂刀和破碎盾体内壁之间设有向破碎装置倾斜的斜板，所述撕裂刀固定连接在所述斜板上。
37.有益效果是：此时斜板与撕裂刀还可以起到将旧管道输送至破碎装置的导向作用，提高了破碎效率。
38.作为进一步地改进，所述撕裂刀设于单个割刀延伸方向的后侧，并沿所述斜板前后排列布置多个。
39.有益效果是：布置在割刀后侧的撕裂刀与每条旧管道碎片之间的摩擦作用力保证了旧管道整体不会发生转动，避免了在旧管道剩余长度较少时旧管道整体与土层分离，失去割裂效果。
40.作为进一步地改进，该组合式刀盘包括固定盘，所述固定盘与所述破碎装置轴向间隔布置，所述固定盘用于与所述破碎装置的相对端面和/或所述破碎装置用于与所述固定盘相对的端面设有用于破碎管道的切削刀具。
41.有益效果是：形成一种双层挤压切削结构，保证了旧管道的破碎效果。
42.作为进一步地改进，所述破碎盾体的前端设有用于向前切入土层的刃口。
43.有益效果是：提高了破碎盾体插入土层的效率，同时进一步减小了施工对旧管道以上土层的影响。
附图说明
44.图1为本发明中管道更新掘进机实施例1的结构示意图；
45.图2为图1中组合式刀盘的局部放大示意图；
46.图3为图1中螺旋片与牙扣连接关系的局部放大示意图；
47.图4为图1中破碎刀盘的左视图；
48.图5为本发明中管道更新掘进机实施例1在施工时工步序ⅰ的状态示意图；
49.图6为本发明中管道更新掘进机实施例1在施工时工步序ⅱ的状态示意图；
50.图7为本发明中管道更新掘进机实施例1在施工时工步序ⅲ的状态示意图；
51.图8为本发明中管道更新掘进机实施例1在施工时工步序ⅳ的状态示意图；
52.图9为本发明中管道更新掘进机实施例1在施工时工步序
ⅴ
的状态示意图。
53.附图标记说明：
54.1、旧管道；2、破碎盾体；3、割刀；4、撕裂刀；5、斜板；6、破碎刀盘；61、破碎刀具；62、固定盘；7、盾体；8、主机；9、新管道；10、封板；11、固定体；12、螺旋片；13、牙扣；14、既有井；15、始发井；16、接收井；17、顶进装置；18、管道更新掘进机。
具体实施方式
55.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。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。
56.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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
57.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
58.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
60.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
61.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例1：
62.本实施例所提供的管道更新掘进机如图1所示，包括主机8，主机8包括盾体7和设于盾体7前端的组合式刀盘。在工作时，组合式刀盘向前开挖，将旧管道破碎，并形成新的管道替换位。主机8后部用于连接新管道9，并随着主机8前进，新管道9被拖入到管道替换位，完成管道更新。
63.如图1和图2所示，组合式刀盘包括破碎盾体2，破碎盾体2后端通过螺栓与盾体7连接。破碎盾体2的内径大于旧管道1的外径，在施工时，破碎盾体2插入旧管道1四周的土层，将旧管道1从土层中剥离。破碎盾体2将旧管道1破碎的同时，还能起到支护的作用，保证了
地层的稳定性。为了提高插入效率，并进一步降低对地层的影响，破碎盾体2前端还设有刃口。在破碎盾体2内壁设有若干个前后方向延伸的割刀3，割刀3可接触旧管道1的外壁，并随着主机8向前推进，将旧管道1割裂为碎条状碎片。
64.破碎盾体2内部还设有用于破碎旧管道的破碎装置。本实施例中，破碎装置为破碎刀盘6，盾体7内部设有用于驱动破碎刀盘6转动的主驱动装置(图中未示出)，破碎刀盘6设于割刀3后侧。破碎刀盘6后侧还布置有固定盘62，固定盘62固定在盾体隔板上。固定盘62与破碎刀盘6轴向间隔布置，固定盘62和破碎刀盘6的轴向间隙形成破碎旧管道的破碎间隙。如图4所示，破碎刀盘6的后端设有若干用于挤压、撕裂、破碎旧管道的破碎刀具61，经破碎刀具61切削后，旧管道为碎片状。在施工时，随着主机8向前推进，经割刀3割裂的条状旧管道1进入破碎刀盘6与固定盘62的破碎间隙中，并由破碎刀盘6切削成碎片。当然，在其他实施例中，也可以在固定盘62的前端设置破碎刀具61，或者在固定盘62的前端和破碎刀盘6后端均设置破碎刀具61，只要能实现二者配合间隙之间形成切削作用即可。
65.破碎刀盘6前端连接有螺旋送料机构，螺旋送料机构可随破碎刀盘6转动。如图3所示，该螺旋送料机构包括与破碎刀盘6固定连接的固定体11和套设在固定体11外周的螺旋片12，螺旋片12外壁面设有可抓卡旧管道1内壁，并吃进旧管道1内壁的牙扣13。在施工时，固定体11随破碎刀盘6转动，带动螺旋片12转动，牙扣13抓卡由割刀1割裂成条状的旧管道1碎片，带动旧管道1条向后运动，进入破碎刀盘6中。即螺旋送料机构的作用是向破碎刀盘6送料，这样显著提高了管道破碎效率。此外，螺旋送料机构还避免了旧管道碎片随主机向前运动同步向前推进，导致旧管道碎片无法与破碎刀盘6产生相对运动的问题，保证了条状旧管道碎片可以稳定进入破碎刀盘6与固定盘62之间的破碎间隙。
66.在割刀3和破碎刀盘6之间还设有若干个撕裂刀4，螺旋送料机构带动旧管道1碎片转动，碎片与撕裂刀4之间同样可以产生相对切削运动，进一步加强了对旧管道1的破碎效果，撕裂刀4可以是焊接在破碎盾体2内侧的硬质合金块。在单个割刀3延伸方向后侧设有向破碎刀盘6倾斜的斜板5，斜板5上设有多道、多层撕裂刀4，即撕裂刀4朝向破碎刀盘6倾斜布置。这种倾斜布置的结构除了进一步破碎向破碎刀盘6导料的导向作用，同时布置在割刀3后侧的撕裂刀与每条旧管道碎片之间的摩擦作用力保证了旧管道整体不会发生转动，避免了在旧管道剩余长度较少时旧管道整体与土层分离，与割刀3之间发生相对转动，导致无法割裂的问题。
67.固定体11为内部是空心结构的圆筒，前侧设有封板10，封板10外表面同样可以安装切削刀具。在施工时，切削刀具随固定体11转动，并切削撕裂旧管道1中可能存在的沉积异物，防止破碎刀盘6被旧管道1中的异物卡死，进一步提高了破碎效率。
68.本实施例可用于hdpe等塑料、柔性管道的非开挖法更新施工，具体施工步骤如下：
69.步骤1：施工准备：如图5所示，根据既有井14(市政检查井)的位置确定旧管道1原位破除更新施工区段，即确定始发井和接收井，然后对旧管道两端污水进行导流，保证旧管道1管道更新替换段无污水；
70.步骤2：工作井施工：如图6所示，确定始发井15、接收井16位置后，从地面向下开挖，进行始发井15和接收井16施工；
71.步骤3：安装掘进设备：如图7所示，将管道更新掘进机18吊入始发井15后，在管道更新掘进机18后端安装顶进装置17，顶进装置17前端用于顶推管道更新掘进机18向前顶
紧，后端用于顶紧始发井15的洞壁；
72.步骤4：顶进施工：如图8所示，控制顶进装置17开始向前推进，将管道更新掘进机18顶入旧管道区段，破碎盾体2插入旧管道1四周的土层，割刀将旧管道1破碎成条状碎片，螺旋片12卡住旧管道1内壁，将旧管道1向破碎刀盘6输送，经撕裂刀4和破碎刀盘6多级破碎，旧管道1被破碎成碎片状。同时顶进一节新管道9，完成一节管道更新。
73.步骤5：接收设备：如图9所示，完成替换段的管道更新后，管道更新掘进机18被顶出管道，并进入接收井16。然后对洞口进行密封作业，完成一个更新区段的施工。
74.与现有的挤压式破掘刀盘不同，本实施例中的组合式刀盘在对柔性管道进行破碎更新修复时，利用柔性管道韧性好的特点，破碎盾体2将柔性管道压入破碎盾体内部，经割刀3、破碎刀盘6等多级破碎，旧管道1被破碎为碎片，从而解决了柔性管道破碎效果差、难以利用非开挖法更新替换的问题。
75.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例2，其与实施例1的区别主要在于：在本实施例中，组合式刀盘的固定体11前端的封板10为格栅结构，格栅的格子孔可供污水前后流通，形成污水流通口。当然，固定体11前端的封板还可以仅保留一个开口，能够保持污水流通即可。此时管道更新掘进机还配置有清渣保通系统，实现不断流施工，进一步减小了对环境的影响。
76.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例3，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，组合式刀盘的破碎装置包括破碎刀盘6，破碎刀盘6的端部配置有破碎刀具。在本实施例中，破碎装置包括圆盘或圆柱状的主体，甚至也可以是圆筒状，在其主体的外环面设置有用于破碎管道的破碎刀具，具体结构类似截割滚筒，由割刀破碎的条状旧管道碎片进入破碎装置，破碎转动仍然可以实现对旧管道的二次切削破碎。因此，需要说明的是，本发明中的组合式刀盘并非单指实施例1中的破碎刀盘61，应该广义理解为盾体7前端连接的用于破碎管道的整体装置。
77.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例4，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，组合式刀盘的螺旋攻丝结构包括固定体11和螺旋片12。在本实施例中，可以不包括螺旋片，固定体外周设有螺旋槽，具体结构与螺旋槽丝锥类似，螺旋槽两侧设有螺牙，固定体转动同样可以起到吃进并抓卡旧管道的作用。
78.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例5，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，组合式刀盘的割刀3和破碎刀盘6之间设有撕裂刀4。在本实施例中，可以不设置撕裂刀，条状碎片直接进入破碎刀盘同样可以实现破碎效果。
79.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例6，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，组合式刀盘的撕裂刀4布置在割刀3延伸方向后侧，这样起到了止转作用。在本实施例中，撕裂刀布置在相邻两割刀之间，同样可以起到对管道进一步破碎的作用。
80.本发明所提供的管道更新掘进机的具体实施例7，其与实施例1的区别主要在于：如图2所示，实施例1中的破碎刀盘6和固定盘62的直径大小一致。在本实施例中，破碎刀盘6的直径可小于固定盘62的直径，破碎刀盘6可以对管道碎片进入固定盘62和破碎刀盘6的间隙形成避让作用，有利于管道碎片顺利进入固定盘62和破碎刀盘6之间的间隙。
81.本发明中的用于破碎管道的组合式刀盘的具体实施例：
82.组合式刀盘的实施例即上述管道更新掘进机的实施例1至7中的任一实施例中记
载的组合式刀盘，此处不再具体说明。
83.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

技术特征：
1.用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，包括破碎盾体，所述破碎盾体的内壁设有若干个沿前后方向延伸的割刀，所述割刀用于从管道外壁割裂旧管道，所述破碎盾体内部设有可转动的破碎装置，所述破碎装置设于所述割刀后侧，并布置有若干破碎刀具。2.根据权利要求1所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述破碎装置的前端连接有可随破碎装置转动的螺旋送料结构，所述螺旋送料结构用于抓卡旧管道以向后输送旧管道碎片。3.根据权利要求2所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述螺旋送料结构包括用于与所述破碎装置连接的固定体和设于所述固定体外周的螺旋片，所述螺旋片的外壁面设有用于攻丝的牙扣。4.根据权利要求3所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述固定体为内部空心的圆筒，且固定体前端设有可供污水流通的流通口。5.根据权利要求1-4任一项所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述割刀和破碎装置之间还设有若干撕裂刀。6.根据权利要求5所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述撕裂刀和破碎盾体内壁之间设有向破碎装置倾斜的斜板，所述撕裂刀固定连接在所述斜板上。7.根据权利要求6所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述撕裂刀设于单个割刀延伸方向的后侧，并沿所述斜板前后排列布置多个。8.根据权利要求1所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，该组合式刀盘包括固定盘，所述固定盘与所述破碎装置轴向间隔布置，所述固定盘用于与所述破碎装置的相对端面和/或所述破碎装置用于与所述固定盘相对的端面设有用于破碎管道的切削刀具。9.根据权利要求1所述的用于破碎管道的组合式刀盘，其特征在于，所述破碎盾体的前端设有用于向前切入土层的刃口。10.管道更新掘进机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于破碎管道的组合式刀盘。

技术总结
本发明属于掘进设备技术领域，具体公开了一种用于破碎管道的组合式刀盘及管道更新掘进机。该组合式刀盘包括破碎盾体，破碎盾体的内壁设有若干个沿前后方向延伸的割刀，割刀用于从管道外壁割裂旧管道，破碎盾体内部设有可转动的破碎装置，破碎装置设于割刀后侧，并布置有若干破碎刀具。该管道更新掘进机包括上述组合式刀盘。本发明在进行管道更新作业时，破碎盾体插入土层内部，割刀将旧管道割裂成条状，再由破碎装置对旧管道二次挤压、破碎，实现旧管道的粉碎。本发明优化了管道破碎的实现方法，可适用于柔性管道的破碎与更新，解决了现有柔性管道更新困难的问题。有柔性管道更新困难的问题。有柔性管道更新困难的问题。


技术研发人员：李洋 甘雨 刘佼 苏明浩 白中坤 陈一飞 任韶鹏
受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/13