一种液压冲击胀管器及地下管道非开挖更换系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种液压冲击胀管器及地下管道非开挖更换系统，包括液压冲击器和膨胀头，膨胀头包括后支架、侧壁和前椎体，侧壁整体围成椎体结构，侧壁的后段为双层结构，由内层与外层均由胀片围成；侧壁的前段结构与侧壁后段相似；第一内、外层胀片和第二内、外层胀片数量相同，均为弧形弹性胀片；第一内层胀片两端分别与后支架、第二内层胀片的一端铰接，第二内层胀片另一端与活动件铰接，所述活动件与前锥体之间连接有弹簧；第一外层胀片的两端分别与后支架、第二外层胀片的一端铰接，第二外层胀片另一端与前椎体铰接；液压冲击器与后支架、膨胀连杆连接，膨胀连杆通过支撑件对侧壁施加作用力，使膨胀头胀缩。

A Hydraulic Impact Tube Expander and Underground Pipeline Excavation-free Replacement System

【技术实现步骤摘要】
一种液压冲击胀管器及地下管道非开挖更换系统
本技术属于非开挖施工领域，具体涉及一种液压冲击胀管器及地下管道非开挖更换系统。
技术介绍
非开挖施工技术和非开挖设备的研发在我国起步较晚。我国在非开挖施工的工程应用方面已经起步同时也取得了不小的发展，但仍然面临着以下几个问题：(1)品种少、能力弱、难以满足施工需要；(2)液压化程度不高，仅有控制系统以及部分压力机构使用液压传动，导致结构不紧凑，操作不灵活，工程适应性差；(3)方向识别系统产品稀缺，地下管道施工方向易引偏，不易达到初始精度设计要求。目前，我国非开挖技术在顶管、扩管、定向钻和内衬技术等方面均有所研究，顶管直径和顶进长度近年来也均有所突破。但国产非开挖设备仍存在问题，难以满足施工要求，尤其是基于胀管法的地下管道非开挖更换装备基本上依赖进口，导致成本偏高，难以大规模应用。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是提供一种液压冲击胀管器及地下管道非开挖更换系统。本技术利用胀管法原理来完成对地下管道中的旧管的替换，可将可将濒临于失效的内直径为300～500mm旧铸铁、塑料、混凝土或其他脆性材料管道，替换为相同或者略大一些内径的可靠性更高、寿命更久的新管道。该系统具有更好的效率、平稳性、精确性和工作可靠性。为了解决以上技术问题，本技术的技术方案为：一种液压冲击胀管器，包括液压冲击器和膨胀头，所述膨胀头包括后支架、侧壁和前椎体，所述侧壁整体围成椎体结构，包括前段和后段，侧壁的后段为双层结构，其内层由若干个第一内层胀片围成，外层由若干个第一外层胀片围成，使处于膨胀状态时，第一内层胀片和第一外层胀片交替排列；侧壁的前段侧壁为双层结构，其内层由若干个第二内层胀片围成，外层由若干个第二外层胀片围成，使处于膨胀状态时，第二内层胀片和第二外层胀片交替排列；第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量相同，且均为弧形弹性胀片；第一内层胀片的一端与后支架铰接，另一端与第二内层胀片的一端铰接，第二内层胀片的另一端与活动件铰接，所述活动件与前锥体之间连接有弹簧；第一外层胀片的一端与后支架铰接，另一端与第二外层胀片的一端铰接，第二外层胀片的另一端与所述前椎体铰接；所述液压冲击器通过固定件与所述后支架固定连接，液压冲击器与膨胀连杆连接，膨胀连杆对膨胀头的侧壁施加作用力，使膨胀头膨胀或收缩。由于旧管道中含有大量的砂石、水，且旧管道在破碎过程中会产生大量的碎片，膨胀头在膨胀过程中若密封效果不好，会有大量的砂石、碎片进入膨胀头内，会严重损害膨胀头，使膨胀头的难以继续进行。所以，设计了本技术的膨胀头密封结构，该密封结构为双层胀片弹力贴合结构，膨胀头膨胀时，膨胀头的曲率半径增大，第一内层胀片和第二内层胀片之间产生缝隙，第一外层胀片和第二外层胀片可以将内层胀片之间的缝隙密封盖合，实现膨胀头侧壁的密封。第二内层胀片与前锥体之间连接有弹簧，膨胀过程中，内层胀片膨胀挤压外层胀片，弹簧的柔性调整特性可以保证外层胀片紧贴在内层胀片上且不发生结构内部应力过大的情况。收缩过程中，内层胀片为主动收缩，而弹簧提供的压力会作用于外层胀片连接环，使之随内层胀片协调运动，保证收缩过程中外层胀片依旧紧贴在内层胀片上，确保了密封性。优选的，第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量为3-6，优选为4或5，更优选为4。优选的，所述第一外层胀片和第二外层胀片的侧面加工一定坡度，使膨胀头处于收缩状态时，相邻两外层胀片之间形成夹角。由于旧管道中含有大量的砂石、水，且旧管道在破碎过程中会产生大量的碎片，膨胀头收缩过程中，外层胀片收缩，外层胀片很容易对杂物形成夹持力，对外层胀片的收缩产生阻碍，破坏膨胀头的整体结构。在外层胀片的侧面设计坡度，外层胀片收缩时，侧面的法向力会在径向提供一个向外的力，从而减少外层胀片被碎片或砂石卡死的可能性。进一步优选的，所述夹角为20-40°，优选为25-35°。进一步优选的，所述第一外层胀片和第二外层胀片的靠近外表面的棱上加工倒角。加工倒角结构可在不影响外层胀片强度的情况下增加防卡塞的效果。优选的，所述膨胀头为锥形胀头，锥形胀头的内部设置有圆台体活塞，圆台体活塞的大径端通过所述杆体与液压冲击器连接，圆台体活塞的小径端的直径大于膨胀头前端的内径。液压冲击器通过杆体带动圆台体活塞产生冲击作用，圆台体活塞向前运动，运动至膨胀头前端时，圆台体活塞对侧壁的内层胀片产生均匀的冲击力，使内层胀片膨胀变形，可以提高膨胀头膨胀的稳定性。优选的，所述膨胀头为连杆式扩张机构，所述杆体末端活动连接有若干个连杆，每个连杆分别与一个第一内层胀片活动连接，或分别与一个地儿内层胀片活动连接，或分别与第一内层胀片和第二内层胀片的连接处活动连接。液压冲击器通过杆体对每个连杆提供冲击力，并通过连接将冲击力传递到每个内层胀片上，使内层胀片同步膨胀。优选的，所述膨胀头的直径为300mm、400mm或500mm。优选的，所述液压冲击器为位移反馈式的二位三通套阀式结构。进一步优选的，所述液压冲击器包括缸体、阀套和配流阀，所述缸体为一端开口的筒形结构，活动件活动安装于筒形结构内部，配流阀通过底座安装在筒形结构的开口端；所述阀套为一端开口的筒体结构，其开口端靠近缸体的开口端，阀套靠近缸体底部的一端外周设置第一环形套，其靠近缸体开口端的外周设置第二环形套，第一环形套和第二环形套与缸体内壁之间紧密贴合，使阀套与缸体之间留有环形通道，第一环形套上沿轴向开设有纵向孔，所述阀套靠近第二环形套的位置开设有径向孔；所述配流阀为中空结构，其一端开口，且延伸出缸体，另一端密封，靠近密封端的内壁上设置若干个配流阀孔，配流阀上套合有第三环形套，第三环形套与活动件的内壁紧密贴合；所述缓冲后座上开设有排液孔。优选的，所述液压冲击胀管器还包括液压单杆活塞缸，液压单杆活塞缸的活塞杆与液压冲击器的缸体固定联接。液压单杆活塞缸的活塞杆运动时即同时带动液压冲击器(整体)一起运动。液压冲击器的配流阀与液压冲击器的缸体也是固定联接，液压冲击器内部的阀套是唯一可以与缸体之间存在相对运动的部件。一种地下管道非开挖更换系统，包括所述液压冲击胀管器、牵引装置、液压系统和控制器，所述液压冲击胀管器的膨胀头端部与所述牵引装置连接，液压系统与液压冲击胀管器的液压冲击器连接，控制系统分别与液压系统和牵引装置连接。其工作过程如下：在扩张过程中，首先通过工作井将液压冲击胀管器放置进入旧管道中，同时另一端设置牵引装置，并用钢丝绳连接牵引装置和液压冲击胀管器的膨胀头端部，首先液压单杆活塞缸开始将液压冲击装置向前推，同时液压冲击装置产生较大的冲击瞬时力，通过连杆结构或圆台体活塞将双层胀片顶起，对旧管进行破碎。液压冲击的产生为循环，根据土壤情况以及旧管道情况可以设定在一次扩张过程中冲击力所施加的次数，这个调节的实现依靠对液压冲击器的节流调速阀与伸缩系统的节流调速阀的调整实现，液压冲击器为位移反馈式结构只需输入输出单向液流即可，扩张的时间也可以通过节流阀的调整实现。扩张过程完成之后，液压电磁阀根据设定的时间进行通电，液压电磁阀换向，开始收缩过程。电磁阀是一个三位六通阀，实现了伸缩杆的缩回过程，在缩回工程中，由于单向阀的限制原因，液压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压冲击胀管器，其特征在于：包括液压冲击器和膨胀头，所述膨胀头包括后支架、侧壁和前椎体，所述侧壁整体围成椎体结构，包括前段和后段，侧壁的后段为双层结构，其内层由若干个第一内层胀片围成，外层由若干个第一外层胀片围成，使处于膨胀状态时，第一内层胀片和第一外层胀片交替排列；侧壁的前段侧壁为双层结构，其内层由若干个第二内层胀片围成，外层由若干个第二外层胀片围成，使处于膨胀状态时，第二内层胀片和第二外层胀片交替排列；第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量相同，且均为弧形弹性胀片；第一内层胀片的一端与后支架铰接，另一端与第二内层胀片的一端铰接，第二内层胀片的另一端与活动件铰接，所述活动件与前锥体之间连接有弹簧；第一外层胀片的一端与后支架铰接，另一端与第二外层胀片的一端铰接，第二外层胀片的另一端与所述前椎体铰接；所述液压冲击器通过固定件与所述后支架固定连接，液压冲击器与膨胀连杆连接，膨胀连杆通过支撑件对膨胀头的侧壁施加作用力，使膨胀头膨胀或收缩。

【技术特征摘要】
1.一种液压冲击胀管器，其特征在于：包括液压冲击器和膨胀头，所述膨胀头包括后支架、侧壁和前椎体，所述侧壁整体围成椎体结构，包括前段和后段，侧壁的后段为双层结构，其内层由若干个第一内层胀片围成，外层由若干个第一外层胀片围成，使处于膨胀状态时，第一内层胀片和第一外层胀片交替排列；侧壁的前段侧壁为双层结构，其内层由若干个第二内层胀片围成，外层由若干个第二外层胀片围成，使处于膨胀状态时，第二内层胀片和第二外层胀片交替排列；第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量相同，且均为弧形弹性胀片；第一内层胀片的一端与后支架铰接，另一端与第二内层胀片的一端铰接，第二内层胀片的另一端与活动件铰接，所述活动件与前锥体之间连接有弹簧；第一外层胀片的一端与后支架铰接，另一端与第二外层胀片的一端铰接，第二外层胀片的另一端与所述前椎体铰接；所述液压冲击器通过固定件与所述后支架固定连接，液压冲击器与膨胀连杆连接，膨胀连杆通过支撑件对膨胀头的侧壁施加作用力，使膨胀头膨胀或收缩。2.根据权利要求1所述的液压冲击胀管器，其特征在于：第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量为3-6。3.根据权利要求1所述的液压冲击胀管器，其特征在于：第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量为4或5。4.根据权利要求1所述的液压冲击胀管器，其特征在于：第一内层胀片、第一外层胀片、第二内层胀片和第二外层胀片的数量为4。5.根据权利要求1所述的液压冲击胀管器，其特征在于：所述第一外层胀片和第二外层胀片的侧面加工一定坡度，使膨胀头处于收缩状态时，相邻两外层胀片之间形成夹角。6.根据权利要求5所述的液压冲击胀管器，其特征在于：所述夹角为20-40°。7.根据权利要求5所述的液压冲击胀管器，其特征在于：所述夹角为25-35°。8.根据权利要求5所述的液压冲击胀管器，其特征在于：所述第一外层胀片和第二外层胀片的靠近外表面的棱上加工倒角...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍睿，刘中海，景来钊，李创业，孙渊博，张泽坤，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37