一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置及方法

本发明属于磨料水射流领域，尤其涉及一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、盾构机被广泛应用于城市地下空间工程的施工，且常用于城市隧道的开挖。在施工过程中，盾构机穿越钢筋混凝土构件时切割不完全，会发生钢筋缠绕刀盘的情况，严重时导致卡机；遇到硬岩时切割效率显著降低，导致施工效率低下，成本增加。水射流切割在金属加工领域的应用成熟，而磨料水射流是纯水射流切割能力的2～6倍，更能有效提升切割钢筋的能力，实现大幅度辅助盾构机破除钢筋混凝土构件及硬岩，故拟用磨料水射流辅助盾构机开挖掘进。

3、发明人发现，磨料水射流搭载到盾构机在磨料供给上存在以下问题：

4、(1)磨料箱放置在工作台车上，工作台车到刀盘有较长距离，这样导致磨料运输不方便，磨料供给困难；

5、(2)目前采用的供砂方式混掺气体，可能出现供给磨料不连续的问题，且由于气压不稳定也极易产生反水问题，进而导致水射流混合磨料不均匀影响磨料水射流切割效果，更有甚时产生堵砂现象。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置及方法，其能够实现长距离供砂且供砂均匀。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置。

4、一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其包括：控制部、储砂部和输砂部；

5、所述储砂部包括砂罐和加压机构，所述砂罐用于存储磨料，所述加压机构设置在砂罐内部；所述控制部与加压机构相连，用于控制加压机构向砂罐内充气并产生设定压力，以控制磨料的定量输出；

6、所述输砂部包括螺旋叶片及输砂腔；所述输砂腔为环状结构，由回转中心的随转芯外表面、回转中心的静止外壳及两个密封圆环面；所述输砂腔设置有磨料入口和磨料出口、防堵排砂口，磨料入口和磨料出口分别与砂罐及磨料输出管道对应相连；所述螺旋叶片设置在回转中心的随转芯上，所述螺旋叶片可随随转芯的转动来推送磨料向刀盘方向运输。

7、作为一种实施方式，所述磨料入口设置在回转中心的静止外壳上。

8、上述技术方案的优点在于，这样能够保障磨料进入输砂腔的稳定性，不会受到随转芯转动的影响。

9、作为一种实施方式，所述磨料出口设置在靠近刀盘的密封圆环面上。

10、上述技术方案的优点在于，由于随转芯随着刀盘转动，为了能稳定持续给刀盘供给磨料，将磨料出口设置在靠近刀盘的密封圆环面上，能够在刀盘转动的过程中，保持磨料出口与输入到刀盘的位置不会发生相对变化，从而保障磨料输出的持续稳定性。

11、作为一种实施方式，所述磨料入口处设置有若干磨料进孔。

12、上述技术方案的优点在于，通过增设磨料进孔，提供了多路磨料的同时输送。

13、作为一种实施方式，每个磨料进孔分别通过对应磨料输入管道与砂罐相连。

14、上述技术方案的优点在于，利用磨料进孔与磨料输入管道的配合，保障了磨料的持续稳定输送。

15、作为一种实施方式，所述螺旋叶片的弧线角度根据输砂量及速度调节。

16、作为一种实施方式，所述螺旋叶片的间距根据输砂量及速度调节。

17、上述技术方案的优点在于，这样能够提高磨料的持续稳定输送。

18、作为一种实施方式，所述随转芯为带空腔的实体结构。

19、上述技术方案的优点在于，利用随转芯的空腔，可布设高压水、油路、泡沫等多种介质管路，提高空间利用率且保障磨料水射流盾构机稳定运行。

20、作为一种实施方式，所述随转芯随刀盘的旋转运动而转动。

21、上述技术方案的优点在于，这样形成机械主动供砂机构，改进了传统的回转中心，保证了连续输砂不间断，实现了磨料从台车输送至刀盘的远距离分段式畅通供给。

22、本发明的第二个方面提供了一种利用如上述所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置的定量控砂方法。

23、一种利用如上述所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置的定量控砂方法，包括：

24、向砂罐内充气并产生设定压力，以控制磨料的定量输出；

25、控制刀盘旋转，进而带动随转芯转动，使得螺旋叶片转动，以推送磨料向刀盘方向运输。

26、本发明的有益效果是：

27、(1)本发明将输砂腔设置为由回转中心的随转芯外表面、回转中心的静止外壳及两个密封圆环面构成的环状结构，并且将螺旋叶片设置在回转中心的随转芯上，利用带动随转芯转动，使得螺旋叶片转动，以推送磨料向刀盘方向运输刀盘旋转，提出了一种机械主动供砂的方式，改进了传统的回转中心，保证了连续输砂不间断，实现了磨料从台车输送至刀盘的远距离分段式畅通供给。

28、(2)本发明通过向砂罐内充气并产生设定压力，以进行强挤磨料，配合螺旋叶片及随转芯构成的螺杆形式进行输送磨料，实现了供砂的连续性，避免了传统含气式供砂方式中磨料输送不稳定、不连续、易返水造成堵砂的问题。

29、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，包括：控制部、储砂部和输砂部；

2.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述磨料入口设置在回转中心的静止外壳上。

3.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述磨料出口设置在靠近刀盘的密封圆环面上。

4.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述磨料入口处设置有若干磨料进孔。

5.如权利要求4所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，每个磨料进孔分别通过对应磨料输入管道与砂罐相连。

6.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述螺旋叶片的弧线角度根据输砂量及速度调节大小。

7.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述螺旋叶片的间距根据输砂量及速度调节大小。

8.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述随转芯为带空腔的实体结构，空腔作为物质通路。

9.如权利要求1所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置，其特征在于，所述随转芯随刀盘的旋转运动而转动。

10.一种利用如权利要求1-9中任一项所述的磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置的定量控砂方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明属于磨料水射流领域，提供了一种磨料水射流盾构机主动供砂的定量控砂装置及方法。其中，定量控砂装置包括控制部、储砂部和输砂部；储砂部包括砂罐和加压机构，砂罐用于存储磨料，加压机构设置在砂罐内部；控制部与加压装置与相连，用于控制加压机构向砂罐内充气并产生设定压力，以控制磨料的定量输出；输砂部包括螺旋叶片及输砂腔；输砂腔为环状结构，由回转中心的随转芯外表面、回转中心的静止外壳及两个密封圆环面；输砂腔设置有磨料入口和磨料出口，分别与砂罐及磨料输出管道对应相连；螺旋叶片设置在回转中心的随转芯上，螺旋叶片可随随转芯的转动来推送磨料向刀盘方向运输，其能够实现长距离供砂且供砂均匀。技术研发人员：李彪,刘斌,张波,谷刘琪,王纪文,于虎受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11