本发明公开了一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制系统，在中心回转体的内端上设置大直径注入孔连通内部的大直径空腔，另设置可编程逻辑控制器、信号接收装置、信号发射装置、导电滑环以及若干个添加剂出口电动球阀，导电滑环固定于旋转轴内端，可编程逻辑控制器控制若干个添加剂出口电动球阀的开闭来控制添加剂的喷射量。该盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制系统，中心回转体添加剂注入口数量及密封圈数量大为减少，简化了装配工艺，节省了制造成本；刀盘面板上添加剂出口数量可增多，以满足对渣土改良性能的要求；添加剂出口采用电动球阀控制，利用PLC技术及无线蓝牙技术，使控制系统更为紧凑，自动化程度较高。
1.一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，包括安装座(1)、旋转轴(2)、壳体(3)和一对轴承(4)，所述旋转轴的外端面与所述安装座的内端面密封固定连接，所述安装座的外端面与盾构机的刀盘固定连接；所述旋转轴的内端通过一对所述轴承架设于所述壳体内，其特征在于：所述旋转轴的轴心设有大直径空腔(5)，该大直径空腔的外端延伸至所述旋转轴的外端面上，该大直径空腔的内端延伸至所述旋转轴位于一对所述轴承之间的位置处；所述安装座的内端面对应所述大直径空腔的外端处设有安装座空腔(6)，该安装座空腔与所述大直径空腔的外端连通形成一体；所述壳体和旋转轴的内端位于一对所述轴承之间的部分上设有一个大直径注入孔(7)，该大直径注入孔连通至所述大直径空腔的内端上；
所述壳体和旋转轴之间位于所述大直径注入孔的两侧以及同时位于一对所述轴承的内侧的部分上设有唇形密封圈(8)；所述安装座上设有若干个添加剂孔连通所述安装座内腔，每一所述添加剂孔外连接添加剂喷射管路(9)，该添加剂喷射管路分布于盾构机刀盘上，且该添加剂喷射管路的出口形成刀盘面板添加剂出口(10)。
2.根据权利要求1所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，其特征在于：所述旋转轴的外端面与所述安装座的内端面固定连接，并在连接孔内设置O型密封圈(11)进行密封；所述旋转轴的内端面上固定连接封板(12)，该封板与所述轴承(4)的内圈接触。
3.根据权利要求1所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，其特征在于：所述壳体的两端分别固定连接前盖板(13)和后盖板(14)。
4.根据权利要求1所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，其特征在于：所述旋转轴上设有两个液压油注入通道(15)和一个电缆线进线通道(16)。
5.根据权利要求4所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，其特征在于：所述液压油注入通道两侧设有油道密封(17)。
6.根据权利要求1所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，其特征在于：所述唇形密封圈的远离所述大直径注入孔的一侧设有密封油脂注入通道(18)连通至该唇形密封圈。
7.一种根据权利要求1至6任一项所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构的控制系统，其特征在于：包括可编程逻辑控制器(20)、信号接收装置(21)、信号发射装置(22)、导电滑环(23)以及若干个添加剂出口电动球阀(19)，若干个所述添加剂出口电动球阀分别设于每一所述添加剂喷射管路位于所述刀盘面板添加剂出口内侧，所述导电滑环固定于所述旋转轴的内端面上，该导电滑环通过电缆连接若干个添加剂出口电动球阀和可编程逻辑控制器以为其供电；所述可编程逻辑控制器和所述信号接收装置固定于盾构机的前盾刀盘上，所述信号发射装置固定于盾构机的前盾隔板上；所述信号发射装置和信号接收装置之间通过无线通讯进行信号传输，所述信号发射装置与室内盾构机操作室内的主控制器传信连接，并能够将所发信号的状态实时的显示在盾构机操作室的显示屏上；所述信号接收装置与所述可编程逻辑控制器电连接，并将接收的信号传输给所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与若干个所述添加剂出口电动球阀电连接，并控制若干个所述添加剂出口电动球阀的开闭。
8.根据权利要求7所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构的控制系统，其特征在于：所述信号发射装置和信号接收装置之间通过无线通讯进行双向信号传输。
9.根据权利要求8所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构的控制系统，其特征在于：所述信号发射装置和信号接收装置之间通过蓝牙进行双向信号传输。
10.根据权利要求8所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构的控制系统，其特征在于：所述主控制器发出指令信号给所述信号发射装置，该信号发射装置将该指令信号通过无线传输给信号接收装置，该信号接收装置再将接收的指令信号传输给可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器通过控制若干个所述添加剂出口电动球阀的开闭以及开口大小来控制添加剂的注入量及注入区域。
盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制系统。
背景技术
[0002] 盾构机中心回转体是盾构机水气、液压系统的重要组成部分之一，在盾构机掘进过程中，对渣土起改良作用的泡沫剂、膨润土等通过中心回转体流向分布于刀盘内部的管路，同时再经过散布于刀盘面板上不同位置的添加剂出口喷向开挖面，从而改善渣土的流动性，抑制开挖过程中刀盘结泥饼，降低刀盘及螺旋输送机的扭矩，提高开挖面的稳定性。
[0003] 现阶段，开挖直径在6-8m之间的盾构机的中心回转体由于自身结构的限制，大多设置4-5路添加剂注入口，最多能够设置6路，其中1路通向螺旋输送机，在这种结构中，每路添加剂注入口需要配置2道唇形密封圈对该路注入口进行密封，即一组中心回转体需要配置12-14道密封圈；在刀盘面板上，添加剂出口一般设置为5-8个，在采用集中供液时一般设置5-6个添加剂出口，在采用单管单泵系统时设置8个，一般是中心回转体上的1个添加剂注入口对应刀盘面板上的2个添加剂出口。如果在刀盘面板上新增加添加剂出口，由于中心回转体注入口流量及压力的限制，部分出口的流量及压力难以满足使用要求，甚至出现出口被渣土堵塞的现象；同时，因刀盘面板上添加剂出口的位置分布不均，造成盾构机在掘进过程中渣土的流动性不匀，降低了添加剂对渣土的改良性能，从而导致了刀盘掘进扭矩的升高，开挖面的沉降，刀盘面板上结泥饼等不良现象的发生。
发明内容
[0004] 为了克服上述缺陷，本发明提供了一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制系统，以达到中心回转体结构简单、成本低、压力高、流量大以及添加剂出口数量多、分布均匀、控制紧凑、集成度高的目的。
[0005] 本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，包括安装座、旋转轴、壳体和一对轴承，所述旋转轴的外端面与所述安装座的内端面密封固定连接，所述安装座的外端面与盾构机的刀盘固定连接；所述旋转轴的内端通过一对所述轴承架设于所述壳体内，所述旋转轴的轴心设有大直径空腔，该大直径空腔的外端延伸至所述旋转轴的外端面上，该大直径空腔的内端延伸至所述旋转轴位于一对所述轴承之间的位置处；所述安装座的内端面对应所述大直径空腔的外端处设有安装座空腔，该安装座空腔与所述大直径空腔的外端连通形成一体；所述壳体和旋转轴的内端位于一对所述轴承之间的部分上设有一个大直径注入孔，该大直径注入孔连通至所述大直径空腔的内端上；所述壳体和旋转轴之间位于所述大直径注入孔的两侧以及同时位于一对所述轴承的内侧的部分上设有唇形密封圈；所述安装座上设有若干个添加剂孔连通所述安装座内腔，每一所述添加剂孔外连接添加剂喷射管路，该添加剂喷射管路分布于盾构机刀盘上，且该添加剂喷射管路的出口形成刀盘面板添加剂出口。
[0006] 作为本发明的进一步改进，所述旋转轴的外端面与所述安装座的内端面通过螺栓固定连接，并在连接孔内设置O型密封圈进行密封；所述旋转轴的内端面上通过螺栓固定连接封板，该封板与所述轴承的内圈接触，防止旋转轴旋转时轴承内圈的轴向移动，进而防止整个壳体部分发生轴向移动。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述壳体的两端分别通过连接螺栓固定连接前盖板和后盖板，前盖板和后盖板相当于轴承的端盖，对轴承起密封保护作用。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述旋转轴上设有两个液压油注入通道和一个电缆线进线通道。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述液压油注入通道两侧设有油道密封，以保证液压油注入时的油道密封性能。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述唇形密封圈的远离所述大直径注入孔的一侧设有密封油脂注入通道连通至该唇形密封圈。
[0011] 本发明还提供一种如上所述的盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构的控制系统，包括可编程逻辑控制器、信号接收装置、信号发射装置、导电滑环以及若干个添加剂出口电动球阀，若干个所述添加剂出口电动球阀分别设于每一所述添加剂喷射管路位于所述刀盘面板添加剂出口内侧，所述导电滑环固定于所述旋转轴的内端面上(该导电滑环的内侧随所述旋转轴旋转，该导电滑环的外侧保持静止)，该导电滑环通过电缆连接若干个添加剂出口电动球阀和可编程逻辑控制器以为其供电；所述可编程逻辑控制器和所述信号接收装置固定于盾构机的前盾刀盘上，所述信号发射装置固定于盾构机的前盾隔板上；所述信号发射装置和信号接收装置之间通过无线通讯进行信号传输，所述信号发射装置与室内盾构机操作室内的主控制器传信连接，并能够将所发信号的状态实时的显示在盾构机操作室的显示屏上；所述信号接收装置与所述可编程逻辑控制器电连接，并将接收的信号传输给所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与若干个所述添加剂出口电动球阀电连接，并控制若干个所述添加剂出口电动球阀的开闭。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述信号发射装置和信号接收装置之间通过无线通讯进行双向信号传输。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述信号发射装置和信号接收装置之间通过蓝牙进行双向信号传输。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述主控制器发出指令信号给所述信号发射装置，该信号发射装置将该指令信号通过无线传输给信号接收装置，该信号接收装置再将接收的指令信号传输给可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器通过控制若干个所述添加剂出口电动球阀的开闭以及开口大小来控制添加剂的注入量及注入区域。
[0015] 本发明的有益效果是：
[0016] 1)中心回转体添加剂注入口数量及密封圈数量大为减少，原来的装置有5-6个注入口，12-14道密封圈，本发明仅有1个注入口，2道密封圈，简化了装配工艺，节省了制造成本；2)刀盘面板上添加剂出口数量可增多(大于8个)，以满足对渣土改良性能的要求；3)添加剂出口采用电动球阀控制，利用PLC技术及无线蓝牙技术，使控制系统更为紧凑，自动化程度较高。
附图说明
[0017] 图1为本发明所述盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制控制系统结构示意图；
[0018] 图2为图1中A部放大结构示意图。
[0019] 结合附图，作以下说明：
[0020] 1——安装座 2——旋转轴
[0021] 3——壳体 4——轴承
[0022] 5——大直径空腔 6——安装座空腔
[0023] 7——大直径注入孔 8——唇形密封圈
[0024] 9——添加剂喷射管路 10-——刀盘面板添加剂出口
[0025] 11——O型密封圈 12——封板
[0026] 13——前盖板 14——后盖板
[0027] 15——液压油注入通道 16——电缆线进线通道
[0028] 17——油道密封 18——密封油脂注入通道
[0029] 19——添加剂出口电动球阀 20——可编程逻辑控制器
[0030] 21——信号接收装置 22——信号发射装置
[0031] 23——导电滑环
具体实施方式
[0032] 以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。
[0033] 参阅图1、2，为本发明所述的一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构，包括安装座1、旋转轴2、壳体3和一对轴承4，所述旋转轴的外端面与所述安装座的内端面密封固定连接，所述安装座的外端面与盾构机的刀盘固定连接；所述旋转轴的内端通过一对所述轴承架设于所述壳体内，其特征在于：所述旋转轴的轴心设有大直径空腔5，该大直径空腔的外端延伸至所述旋转轴的外端面上，该大直径空腔的内端延伸至所述旋转轴位于一对所述轴承之间的位置处；所述安装座的内端面对应所述大直径空腔的外端处设有安装座空腔6，该安装座空腔与所述大直径空腔的外端连通形成一体；所述壳体和旋转轴的内端位于一对所述轴承之间的部分上设有一个大直径注入孔7，该大直径注入孔连通至所述大直径空腔的内端上；所述壳体和旋转轴之间位于所述大直径注入孔的两侧以及同时位于一对所述轴承的内侧的部分上设有唇形密封圈8；所述安装座上设有若干个添加剂孔连通所述安装座内腔，每一所述添加剂孔外连接添加剂喷射管路9，该添加剂喷射管路分布于盾构机刀盘上，且该添加剂喷射管路的出口形成刀盘面板添加剂出口10。
[0034] 本发明将传统的盾构机中心回转体的旋转轴上均布的五到六个添加剂注入口的结构设计方式，更改为一个大直径注入孔7，该大直径注入孔7内注入的添加剂进入大直径空腔6后到达安装座空腔7，再由该安装座空腔7上设置的添加剂孔经由添加剂喷射管路9到达刀盘面板添加剂出口10，从而喷向盾构机的开挖面，以改善渣土的流动性，抑制开挖过程中刀盘结泥饼，降低刀盘及螺旋输送机的扭矩，提高开挖面的稳定性。
[0035] 由于本发明仅有一个大直径注入孔7，在保证了添加剂喷射压力足够的情况下，只需要在一个大直径注入孔7的两侧设置唇形密封圈即可，大大减少了添加剂注入口数量及密封圈的数量，简化了装备工艺，降低了制造成本。另外，这样的结构设置，使得刀盘面板上的添加剂出口数量可以增多(大于8个)，以满足对渣土改良性能的要求。
[0036] 其中，所述旋转轴的外端面与所述安装座的内端面通过螺栓固定连接，并在连接孔内设置O型密封圈11进行密封；所述旋转轴的内端面上通过螺栓固定连接封板12，该封板与所述轴承4的内圈接触，防止旋转轴旋转时轴承内圈的轴向移动，进而防止整个壳体部分发生轴向移动。所述壳体的两端分别通过连接螺栓固定连接前盖板13和后盖板14，前盖板和后盖板相当于轴承的端盖，对轴承起密封保护作用。所述旋转轴上设有两个液压油注入通道15和一个电缆线进线通道16。所述液压油注入通道两侧设有油道密封17，以保证液压油注入时的油道密封性能。所述唇形密封圈的远离所述大直径注入孔的一侧设有密封油脂注入通道18连通至该唇形密封圈。
[0037] 参阅图1、2，为本发明所述的一种盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构的控制系统，包括可编程逻辑控制器20、信号接收装置21、信号发射装置22、导电滑环23以及若干个添加剂出口电动球阀19，若干个所述添加剂出口电动球阀分别设于每一所述添加剂喷射管路位于所述刀盘面板添加剂出口内侧，所述导电滑环固定于所述旋转轴的内端面上(该导电滑环的内侧随所述旋转轴旋转，该导电滑环的外侧保持静止)，该导电滑环通过电缆连接若干个添加剂出口电动球阀和可编程逻辑控制器以为其供电；所述可编程逻辑控制器和所述信号接收装置固定于盾构机的前盾刀盘上，所述信号发射装置固定于盾构机的前盾隔板上；所述信号发射装置和信号接收装置之间通过无线通讯进行信号传输，所述信号发射装置与室内盾构机操作室内的主控制器传信连接，并能够将所发信号的状态实时的显示在盾构机操作室的显示屏上；所述信号接收装置与所述可编程逻辑控制器电连接，并将接收的信号传输给所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与若干个所述添加剂出口电动球阀电连接，并控制若干个所述添加剂出口电动球阀的开闭。
[0038] 其中，所述信号发射装置和信号接收装置之间通过无线通讯即蓝牙技术进行双向信号传输。所述主控制器发出指令信号给所述信号发射装置，该信号发射装置将该指令信号通过无线传输给信号接收装置，该信号接收装置再将接收的指令信号传输给可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器通过控制若干个所述添加剂出口电动球阀的开闭以及开口大小来控制添加剂的注入量及注入区域。
[0039] 盾构机在掘进过程中需要向开挖面喷入添加剂时，此时添加剂由壳体上预留的注入口注入中心回转体，然后通过旋转轴上的大直径注入孔进入中心回转体的安装座，进而通过刀盘内布置的各个添加剂注入管道到达位于添加剂出口附近的添加剂出口电动球阀的一端，电动球阀的供电电源由导电滑环引出的电缆提供，电动球阀的启闭驱动电缆均与位于前盾刀盘连接法兰处的可编程逻辑控制器(PLC)连接，当需要增加刀盘面板上的添加剂出口时，只需在可编程逻辑控制器(PLC)上增加相应的点位及引出相应的控制电缆线即可控制新增加添加剂出口的启闭，这种方式快捷、高效，同样地，可编程逻辑控制器(PLC)的供电电源也由导电滑环引出的电缆提供，可编程逻辑控制器(PLC)与信号接收装置利用信号总线技术进行连接，即信号接收装置接收到的信号通过信号总线传递给可编程逻辑控制器(PLC)，进而驱动电动球阀的开启与闭合，从而控制添加剂的喷出位置与喷出量，信号发射装置也是利用信号总线技术与整台盾构机的主PLC连接，当在操作室对该套装置发出指令时，指令信号通过主PLC、信号总线、信号发射装置进行有线传输，利用信号接收装置与信号发射装置之间的无线蓝牙技术进行无线传输，然后再通过信号接收装置、可编程逻辑控制器(PLC)传递到各个电动球阀上，从而根据各指令控制不同电动球阀的开启与闭合。
[0040] 在该控制系统中，旋转轴、中心回转体安装座、刀盘面板添加剂出口、添加剂出口电动球阀、可编程逻辑控制器(PLC)、信号接收装置等均随刀盘一起转动，信号发射装置则固定在前盾盾体上保持不动，导电滑环内侧随刀盘一起转动，外侧则保持不动。可见，该盾构机用大容量中心回转体添加剂喷射结构及其控制装置灵活度高、集成度高、自动化程度高，可以满足不同类型盾构机的需要。
