本發(fā)明涉及盾構機技術領域，尤其涉及一種盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構及其控制系統(tǒng)。

背景技術：

盾構機中心回轉體是盾構機水氣、液壓系統(tǒng)的重要組成部分之一，在盾構機掘進過程中，對渣土起改良作用的泡沫劑、膨潤土等通過中心回轉體流向分布于刀盤內(nèi)部的管路，同時再經(jīng)過散布于刀盤面板上不同位置的添加劑出口噴向開挖面，從而改善渣土的流動性，抑制開挖過程中刀盤結泥餅，降低刀盤及螺旋輸送機的扭矩，提高開挖面的穩(wěn)定性。

現(xiàn)階段，開挖直徑在6-8m之間的盾構機的中心回轉體由于自身結構的限制，大多設置4-5路添加劑注入口，最多能夠設置6路，其中1路通向螺旋輸送機，在這種結構中，每路添加劑注入口需要配置2道唇形密封圈對該路注入口進行密封，即一組中心回轉體需要配置12-14道密封圈；在刀盤面板上，添加劑出口一般設置為5-8個，在采用集中供液時一般設置5-6個添加劑出口，在采用單管單泵系統(tǒng)時設置8個，一般是中心回轉體上的1個添加劑注入口對應刀盤面板上的2個添加劑出口。如果在刀盤面板上新增加添加劑出口，由于中心回轉體注入口流量及壓力的限制，部分出口的流量及壓力難以滿足使用要求，甚至出現(xiàn)出口被渣土堵塞的現(xiàn)象；同時，因刀盤面板上添加劑出口的位置分布不均，造成盾構機在掘進過程中渣土的流動性不勻，降低了添加劑對渣土的改良性能，從而導致了刀盤掘進扭矩的升高，開挖面的沉降，刀盤面板上結泥餅等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構及其控制系統(tǒng)，以達到中心回轉體結構簡單、成本低、壓力高、流量大以及添加劑出口數(shù)量多、分布均勻、控制緊湊、集成度高的目的。

本發(fā)明為了解決其技術問題所采用的技術方案是：一種盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構，包括安裝座、旋轉軸、殼體和一對軸承，所述旋轉軸的外端面與所述安裝座的內(nèi)端面密封固定連接，所述安裝座的外端面與盾構機的刀盤固定連接；所述旋轉軸的內(nèi)端通過一對所述軸承架設于所述殼體內(nèi)，所述旋轉軸的軸心設有大直徑空腔，該大直徑空腔的外端延伸至所述旋轉軸的外端面上，該大直徑空腔的內(nèi)端延伸至所述旋轉軸位于一對所述軸承之間的位置處；所述安裝座的內(nèi)端面對應所述大直徑空腔的外端處設有安裝座空腔，該安裝座空腔與所述大直徑空腔的外端連通形成一體；所述殼體和旋轉軸的內(nèi)端位于一對所述軸承之間的部分上設有一個大直徑注入孔，該大直徑注入孔連通至所述大直徑空腔的內(nèi)端上；所述殼體和旋轉軸之間位于所述大直徑注入孔的兩側以及同時位于一對所述軸承的內(nèi)側的部分上設有唇形密封圈；所述安裝座上設有若干個添加劑孔連通所述安裝座內(nèi)腔，每一所述添加劑孔外連接添加劑噴射管路，該添加劑噴射管路分布于盾構機刀盤上，且該添加劑噴射管路的出口形成刀盤面板添加劑出口。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述旋轉軸的外端面與所述安裝座的內(nèi)端面通過螺栓固定連接，并在連接孔內(nèi)設置O型密封圈進行密封；所述旋轉軸的內(nèi)端面上通過螺栓固定連接封板，該封板與所述軸承的內(nèi)圈接觸，防止旋轉軸旋轉時軸承內(nèi)圈的軸向移動，進而防止整個殼體部分發(fā)生軸向移動。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述殼體的兩端分別通過連接螺栓固定連接前蓋板和后蓋板，前蓋板和后蓋板相當于軸承的端蓋，對軸承起密封保護作用。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述旋轉軸上設有兩個液壓油注入通道和一個電纜線進線通道。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述液壓油注入通道兩側設有油道密封，以保證液壓油注入時的油道密封性能。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述唇形密封圈的遠離所述大直徑注入孔的一側設有密封油脂注入通道連通至該唇形密封圈。

本發(fā)明還提供一種如上所述的盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構的控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯控制器、信號接收裝置、信號發(fā)射裝置、導電滑環(huán)以及若干個添加劑出口電動球閥，若干個所述添加劑出口電動球閥分別設于每一所述添加劑噴射管路位于所述刀盤面板添加劑出口內(nèi)側，所述導電滑環(huán)固定于所述旋轉軸的內(nèi)端面上(該導電滑環(huán)的內(nèi)側隨所述旋轉軸旋轉，該導電滑環(huán)的外側保持靜止)，該導電滑環(huán)通過電纜連接若干個添加劑出口電動球閥和可編程邏輯控制器以為其供電；所述可編程邏輯控制器和所述信號接收裝置固定于盾構機的前盾刀盤上，所述信號發(fā)射裝置固定于盾構機的前盾隔板上；所述信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間通過無線通訊進行信號傳輸，所述信號發(fā)射裝置與室內(nèi)盾構機操作室內(nèi)的主控制器傳信連接，并能夠將所發(fā)信號的狀態(tài)實時的顯示在盾構機操作室的顯示屏上；所述信號接收裝置與所述可編程邏輯控制器電連接，并將接收的信號傳輸給所述可編程邏輯控制器；所述可編程邏輯控制器與若干個所述添加劑出口電動球閥電連接，并控制若干個所述添加劑出口電動球閥的開閉。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間通過無線通訊進行雙向信號傳輸。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間通過藍牙進行雙向信號傳輸。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述主控制器發(fā)出指令信號給所述信號發(fā)射裝置，該信號發(fā)射裝置將該指令信號通過無線傳輸給信號接收裝置，該信號接收裝置再將接收的指令信號傳輸給可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器通過控制若干個所述添加劑出口電動球閥的開閉以及開口大小來控制添加劑的注入量及注入?yún)^(qū)域。

本發(fā)明的有益效果是：

1)中心回轉體添加劑注入口數(shù)量及密封圈數(shù)量大為減少，原來的裝置有5-6個注入口，12-14道密封圈，本發(fā)明僅有1個注入口，2道密封圈，簡化了裝配工藝，節(jié)省了制造成本；2)刀盤面板上添加劑出口數(shù)量可增多(大于8個)，以滿足對渣土改良性能的要求；3)添加劑出口采用電動球閥控制，利用PLC技術及無線藍牙技術，使控制系統(tǒng)更為緊湊，自動化程度較高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構及其控制控制系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為圖1中A部放大結構示意圖。

結合附圖，作以下說明：

1——安裝座 2——旋轉軸

3——殼體 4——軸承

5——大直徑空腔 6——安裝座空腔

7——大直徑注入孔 8——唇形密封圈

9——添加劑噴射管路 10-——刀盤面板添加劑出口

11——O型密封圈 12——封板

13——前蓋板 14——后蓋板

15——液壓油注入通道 16——電纜線進線通道

17——油道密封 18——密封油脂注入通道

19——添加劑出口電動球閥 20——可編程邏輯控制器

21——信號接收裝置 22——信號發(fā)射裝置

23——導電滑環(huán)

具體實施方式

以下結合附圖，對本發(fā)明的一個較佳實施例作詳細說明。但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例，即但凡以本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋范圍之內(nèi)。

參閱圖1、2，為本發(fā)明所述的一種盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構，包括安裝座1、旋轉軸2、殼體3和一對軸承4，所述旋轉軸的外端面與所述安裝座的內(nèi)端面密封固定連接，所述安裝座的外端面與盾構機的刀盤固定連接；所述旋轉軸的內(nèi)端通過一對所述軸承架設于所述殼體內(nèi)，其特征在于：所述旋轉軸的軸心設有大直徑空腔5，該大直徑空腔的外端延伸至所述旋轉軸的外端面上，該大直徑空腔的內(nèi)端延伸至所述旋轉軸位于一對所述軸承之間的位置處；所述安裝座的內(nèi)端面對應所述大直徑空腔的外端處設有安裝座空腔6，該安裝座空腔與所述大直徑空腔的外端連通形成一體；所述殼體和旋轉軸的內(nèi)端位于一對所述軸承之間的部分上設有一個大直徑注入孔7，該大直徑注入孔連通至所述大直徑空腔的內(nèi)端上；所述殼體和旋轉軸之間位于所述大直徑注入孔的兩側以及同時位于一對所述軸承的內(nèi)側的部分上設有唇形密封圈8；所述安裝座上設有若干個添加劑孔連通所述安裝座內(nèi)腔，每一所述添加劑孔外連接添加劑噴射管路9，該添加劑噴射管路分布于盾構機刀盤上，且該添加劑噴射管路的出口形成刀盤面板添加劑出口10。

本發(fā)明將傳統(tǒng)的盾構機中心回轉體的旋轉軸上均布的五到六個添加劑注入口的結構設計方式，更改為一個大直徑注入孔7，該大直徑注入孔7內(nèi)注入的添加劑進入大直徑空腔6后到達安裝座空腔7，再由該安裝座空腔7上設置的添加劑孔經(jīng)由添加劑噴射管路9到達刀盤面板添加劑出口10，從而噴向盾構機的開挖面，以改善渣土的流動性，抑制開挖過程中刀盤結泥餅，降低刀盤及螺旋輸送機的扭矩，提高開挖面的穩(wěn)定性。

由于本發(fā)明僅有一個大直徑注入孔7，在保證了添加劑噴射壓力足夠的情況下，只需要在一個大直徑注入孔7的兩側設置唇形密封圈即可，大大減少了添加劑注入口數(shù)量及密封圈的數(shù)量，簡化了裝備工藝，降低了制造成本。另外，這樣的結構設置，使得刀盤面板上的添加劑出口數(shù)量可以增多(大于8個)，以滿足對渣土改良性能的要求。

其中，所述旋轉軸的外端面與所述安裝座的內(nèi)端面通過螺栓固定連接，并在連接孔內(nèi)設置O型密封圈11進行密封；所述旋轉軸的內(nèi)端面上通過螺栓固定連接封板12，該封板與所述軸承4的內(nèi)圈接觸，防止旋轉軸旋轉時軸承內(nèi)圈的軸向移動，進而防止整個殼體部分發(fā)生軸向移動。所述殼體的兩端分別通過連接螺栓固定連接前蓋板13和后蓋板14，前蓋板和后蓋板相當于軸承的端蓋，對軸承起密封保護作用。所述旋轉軸上設有兩個液壓油注入通道15和一個電纜線進線通道16。所述液壓油注入通道兩側設有油道密封17，以保證液壓油注入時的油道密封性能。所述唇形密封圈的遠離所述大直徑注入孔的一側設有密封油脂注入通道18連通至該唇形密封圈。

參閱圖1、2，為本發(fā)明所述的一種盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構的控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯控制器20、信號接收裝置21、信號發(fā)射裝置22、導電滑環(huán)23以及若干個添加劑出口電動球閥19，若干個所述添加劑出口電動球閥分別設于每一所述添加劑噴射管路位于所述刀盤面板添加劑出口內(nèi)側，所述導電滑環(huán)固定于所述旋轉軸的內(nèi)端面上(該導電滑環(huán)的內(nèi)側隨所述旋轉軸旋轉，該導電滑環(huán)的外側保持靜止)，該導電滑環(huán)通過電纜連接若干個添加劑出口電動球閥和可編程邏輯控制器以為其供電；所述可編程邏輯控制器和所述信號接收裝置固定于盾構機的前盾刀盤上，所述信號發(fā)射裝置固定于盾構機的前盾隔板上；所述信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間通過無線通訊進行信號傳輸，所述信號發(fā)射裝置與室內(nèi)盾構機操作室內(nèi)的主控制器傳信連接，并能夠將所發(fā)信號的狀態(tài)實時的顯示在盾構機操作室的顯示屏上；所述信號接收裝置與所述可編程邏輯控制器電連接，并將接收的信號傳輸給所述可編程邏輯控制器；所述可編程邏輯控制器與若干個所述添加劑出口電動球閥電連接，并控制若干個所述添加劑出口電動球閥的開閉。

其中，所述信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間通過無線通訊即藍牙技術進行雙向信號傳輸。所述主控制器發(fā)出指令信號給所述信號發(fā)射裝置，該信號發(fā)射裝置將該指令信號通過無線傳輸給信號接收裝置，該信號接收裝置再將接收的指令信號傳輸給可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器通過控制若干個所述添加劑出口電動球閥的開閉以及開口大小來控制添加劑的注入量及注入?yún)^(qū)域。

盾構機在掘進過程中需要向開挖面噴入添加劑時，此時添加劑由殼體上預留的注入口注入中心回轉體，然后通過旋轉軸上的大直徑注入孔進入中心回轉體的安裝座，進而通過刀盤內(nèi)布置的各個添加劑注入管道到達位于添加劑出口附近的添加劑出口電動球閥的一端，電動球閥的供電電源由導電滑環(huán)引出的電纜提供，電動球閥的啟閉驅動電纜均與位于前盾刀盤連接法蘭處的可編程邏輯控制器(PLC)連接，當需要增加刀盤面板上的添加劑出口時，只需在可編程邏輯控制器(PLC)上增加相應的點位及引出相應的控制電纜線即可控制新增加添加劑出口的啟閉，這種方式快捷、高效，同樣地，可編程邏輯控制器(PLC)的供電電源也由導電滑環(huán)引出的電纜提供，可編程邏輯控制器(PLC)與信號接收裝置利用信號總線技術進行連接，即信號接收裝置接收到的信號通過信號總線傳遞給可編程邏輯控制器(PLC)，進而驅動電動球閥的開啟與閉合，從而控制添加劑的噴出位置與噴出量，信號發(fā)射裝置也是利用信號總線技術與整臺盾構機的主PLC連接，當在操作室對該套裝置發(fā)出指令時，指令信號通過主PLC、信號總線、信號發(fā)射裝置進行有線傳輸，利用信號接收裝置與信號發(fā)射裝置之間的無線藍牙技術進行無線傳輸，然后再通過信號接收裝置、可編程邏輯控制器(PLC)傳遞到各個電動球閥上，從而根據(jù)各指令控制不同電動球閥的開啟與閉合。

在該控制系統(tǒng)中，旋轉軸、中心回轉體安裝座、刀盤面板添加劑出口、添加劑出口電動球閥、可編程邏輯控制器(PLC)、信號接收裝置等均隨刀盤一起轉動，信號發(fā)射裝置則固定在前盾盾體上保持不動，導電滑環(huán)內(nèi)側隨刀盤一起轉動，外側則保持不動。可見，該盾構機用大容量中心回轉體添加劑噴射結構及其控制裝置靈活度高、集成度高、自動化程度高，可以滿足不同類型盾構機的需要。