[发明专利]切割头

说明书

本发明有关切割头，尤其有关用来开挖隧道，植桩孔，沉箱孔等的土木工程施工机具例如潜盾钻机，隧道钻掘机，推进管钻机，全套管钻机，及Roadheader钻机等所用的切割头。

在目前土木工程所用的用来开挖具有圆形断面或类似者的深孔或隧道的开挖机具中，机具的切割头通常是由马达经由传动轴带动，对土体执行全断面同方向的旋转掘削。但是，此种配置有若干问题。

首先，机具本体必须能够抵抗在掘削操作期间从土体经由切割头传递至机具本体的反作用力，以防止机具本体转动，跳动或甚至损坏。另外，因为切割头绕其旋转轴整体于单一方向旋转，例如于朝向切割头的推进方向观察时的顺时针方向旋转，所以所开挖的隧道或深孔不可避免地从预定的路线逐渐地向右方偏斜。

上述问题的解决方案不外乎是增加机具的大小及/或重量，以抵抗掘削操作期间所产生的反作用力，以及减小切割头施加于土体上正向压力及/或减小切割头的旋转速率，以将开挖的隧道或深孔从预定路线的偏移减至最小。

然而，虽然采取上述措施可能可以解决上述习知技术的问题至某一程度，但是较大尺寸及较重的机具造成成本的增加，并且减小切割头所施加于土体的正向压力及减小切割头的旋转速率造成掘削效率的降低。

另外，因为传统的切割头对土体实施全断面单一方向的旋转掘削，所以当切割头碰到大孤石或类似物时，最常发生的情况为大孤石嵌在切割头上，因而随着切割头旋转。结果，切割头停止前进，而嵌在切割头上且与切割头一起旋转的大孤石严重破坏先前所掘削的土体表面。

因此，本发明的目的在于提供一种切割头，在此切割头的掘削操作期间，作用于切割头的旋转反作用力可被去除或至少可被减至最小。

本发明的另一目的在于提供一种切割头，此切割头可减小其所开挖的隧道或深孔从预定路线的偏移。

本发明的另一目的在于提供一种切割头，可免除在其掘削土体期间所碰到的任何大孤石嵌在切割头上，因而确保切割头在掘削操作期间的推进。

从日常生活经验中可体验到当以电钻在一物体上钻孔时，必须对电钻本体施力，以使钻头贯穿至物体内，否则钻头只是研磨物体的表面，导致钻头的磨耗及产生热，而不产生任何的钻掘效果。除了朝向被钻孔的物体施加正向压力于电钻本体上之外，也必须施加稳定电钻本体的力，以抵抗钻掘操作期间所产生的反作用力，否则电钻本体会旋转。鉴于以上现象，可知钻掘操作会产生非常大的旋转反作用力，而如果能够去除此旋转反作用力或至少将其减至最小，则可增加钻掘效率。

另外，从日常生活中也可体验到锯子具有比刀子高的切割效率。并且，如果将两把锯子并靠在一起且使其朝向相反方向往复移动以切割物体，则其切割效率又远大于以单把锯子切割两次的切割效率。此现象显示切割效率与切割元件的配置有关。

因此，根据本发明，提供一种切割头，它包含固定马达座，界定一旋转轴线；多个传动轴，包括一中心传动轴及至少两个管形传动轴，每一传动轴具有第一端及第二端，第一端固定连接有一切割元件；安装机构，用来将多个传动轴于其第二端一个套一个地同轴互相安装及安装于马达座成为可绕旋转轴线同轴旋转；及驱动机构，用来驱动多个传动轴，使得传动轴被互相独立地驱动，且任何两个径向相邻的传动轴被驱动成相对于旋转轴线分别旋转于第一方向及与第一方向相反的第二方向；其中多个传动轴的直径决定成使得旋转于第一方向的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和大致相等于旋转于第二方向的传动轴的切割元件所涵盖的切割面积总和。

附图的简要叙述

图1显示根据本发明的第一实施例的切割头，安装于挖土机的机械手臂上，用来掘削钢筋混凝土结构或土石岩层。

图2为图1的切割头的纵向剖面图。

图3为沿图2中的线3-3所取的横向剖面图。

图4为沿图2中的线4-4所取的横向剖面图。

图5显示根据本发明的第二实施例的切割头，应用在铅垂方向的掘削，用于例如基桩，沉箱，竖井等的建造。

图6为图5的切割头的纵向剖面图。

图7为沿图6中的线7-7所取的横向剖面图。

图8为沿图6中的线8-8所取的横向剖面图。

图9显示图6的切割头中所用的螺旋传动轴及其切割元件。

图10显示图6的切割头中所用的管形传动轴及其切割元件。

图11显示图6的切割头中所用的另一管形传动轴及其切割元件。    

图12显示图6的切割头中所用的另一管形传动轴及其切割元件。

图13为显示根据本发明的第三实施例的切割头的剖面图，显示切割头应用在于水平方向掘削的潜盾钻机。