CN114562019B - 一种用于隧道排水管末端的清理装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道排水管末端堵塞物的清理装置，具体涉及一种用于隧道排水管末端的清理装置及使用方法，所述装置包括：引导破碎部，位于装置前端，包括引导钻及刀组件，对管道内堵塞物进行钻探、破碎；控制动力部，位于装置后端，控制所述清理装置的工作状态，提供所述清理装置正常工作所需的动力；传输支撑部，连接于引导破碎部与控制动力部之间，包括传输***及支撑***，其中传输***用于传导动力和输送碎屑，支撑***用于稳固所述装置完成清理动作，与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于机械式模块化设计的装置便于拆装，轻巧便携、操作简捷，并且清理过程无需耗费大量水源，具有良好的节能环保效益；变径式刀组件可适应不同排水管尺寸及不同类型堵塞物的清理需求，并且可以通过引导钻的探测判别刀组件的选型，通过支撑件的检测确定刀组件的工作范围。

Description

一种用于隧道排水管末端的清理装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种隧道排水管末端堵塞物的清理装置，具体涉及一种用于隧道排水管末端的清理装置及使用方法。

背景技术

隧道排水***是结合混凝土衬砌施作的隐蔽工程，用以避免渗漏水引发的病害，例如：降低结构使用寿命，腐蚀洞内设备，危及行车安全等，隧道排水管是排水***的重要结构形式，对引排隧道周边地下水发挥了重要作用，但是受到服役环境的影响，隧道排水管时常被岩屑、泥土、结晶等物质堵塞，并且因为水流路径及温度变化等作用，排水管的末端更易沉积堵塞物，从而制约整个排水***的性能发挥，所以隧道排水管的末端清理是隧道养护的一个重点关注目标，较排水***的其它部位需要更高的养护频率。

隧道排水***的隐蔽工程属性，决定其检测维护难度之大，需要针对隧道排水***的结构特点选用适宜的检测维护工具。其中，隧道排水管末端的清理具有范围小和频率高的特点，该清理装置应满足轻巧便携、操作简捷、经济环保等技术要求。

现有管道清理装置，不能很好地适应隧道排水管末端的清理需求，例如管道清理机器人，结构复杂、操作繁琐，生产及使用成本较高，不利于普遍推广和高频使用；高压清洗机对隧道排水管的疏通耗水量大，需要设置单独的供水管道或携带大量水源，不利于节能环保；钢条式疏通机不能判断管道的清理效果，并且高速旋转的钢条易损伤管道内壁，增加排水管的粗糙程度。

因此，开发一种用于隧道排水管末端的清理装置及使用方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于隧道排水管末端的清理装置及使用方法，以解决现有技术不能满足隧道排水管末端小范围、高频率清理时的环保、高效、便捷、经济的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于隧道排水管末端的清理装置，所述装置包括：

引导破碎部，位于装置前端，包括引导钻及刀组件，对管道内堵塞物进行钻探、破碎；

控制动力部，位于装置后端，控制所述清理装置的工作状态，提供所述清理装置正常工作所需的动力；

传输支撑部，连接于引导破碎部与控制动力部之间，包括传输***及支撑***，其中传输***用于传导动力和输送碎屑，支撑***用于稳固所述装置完成清理动作；

所述引导钻与所述传输***共轴安装，所述引导钻位于装置顶端，刀组件位于引导钻后方，为可变径结构。

在本发明中，作为一种改进，所述刀组件布置于引导钻及传输支撑部之间，为可替换结构，包括伞式刮刀和塔式磨刀，其中，伞式刮刀具有：

伞刀架，由撑杆及变径环所组成的伞式伸缩结构，所述撑杆包括上撑杆和下撑杆，变径环为伸缩链式结构，所述下撑杆处设置隔离面；

伞刀轴，为刀组件中轴；

滑动环，滑动环套装于伞刀轴外侧；

刮刀片，通过卡扣安装于所述上撑杆外侧；

若干上撑杆前端呈环形铰接于伞刀轴外侧，所述上撑杆后端铰接于所述变径环，所述下撑杆前端与上撑杆后端对应铰接于所述变径环，所述下撑杆后端铰接于所述滑动环；

所述滑动环与伞刀轴可通过轴向相对移动控制伞刀架的张开幅度。

在本发明中，作为一种改进，所述塔式磨刀包括堆叠组装的多个圆台式镂空网壳结构刀盘，上部刀盘的底面和与之相邻的下部刀盘的顶面尺寸一致，相邻刀盘间通过锁扣紧密连接；刀盘侧面安装有若干颗粒状的刀头，用于磨蚀硬质堵塞物；刀盘的内部空腔与所述传输***连通，形成堵塞物碎屑的输送通道。

在本发明中，作为一种改进，所述传输支撑部包括支撑组件及输送杆，所述输送杆与伞刀轴及控制动力部的动力轴连接，构成动力传导与堵塞物碎屑输送的通道；

所述输送杆为螺旋结构杆件，其螺旋通道前端入口位于伞刀架内，后端出口位于动力控制部中，用于输送堵塞物碎屑；

支撑组件设置于输送杆外侧，包括支撑件、保持件及滑动件；

所述支撑件包括长杆和短杆，短杆一端铰接于滑动件，一端铰接于长杆中部；长杆一端铰接于保持件，一端装有防滑垫。

所述保持件套装于所述输送杆外侧，保持件前端与刀盘组内的滑动环相连，所述保持件端口设置可轴向移动的滚珠轴承用以稳定输送杆的转动；

所述滑动件设置于保持件外侧，可沿保持件轴向移动，通过滑动件与保持件的轴向相对运动，实现所述支撑件的张开及合并动作；

所述滑动件下端设置带有轴向标度尺的滑动键，通过滑动键的轴向移动控制所述支撑件的张开及合并动作，开合幅度可通过轴向标度尺读取。

在本发明中，作为一种改进，所述控制动力部包括防护壳、联轴器及收集仓；

所述防护壳包裹所述联轴器，所述防护壳外接所述收集仓；

所述防护壳前端开口与所述保持件连接；所述防护壳侧面开口连接收集仓，形成堵塞物碎屑的排出通道；

所述联轴器一端连接穿入防护壳内的动力轴，一端连接穿入防护壳内的输送杆，所述联轴器设有轴向位移计和环向扭力计；动力轴通过所述联轴器带动输送杆、伞刀轴的轴向移动，可控制所述伞刀架的张开及合并动作，开合幅度可通过轴向位移计读取；动力轴通过所述联轴器带动输送杆、刀组件的环向转动，实现刀组件的切削、磨蚀动作，并可通过联轴器转动的扭力测定堵塞物的硬度，扭力值可通过环向扭力计读取；

所述收集仓通过卡扣连接到所述防护壳的侧面开口处，所述收集仓设有负压装置，辅助堵塞物碎屑的排出。

一种用于隧道排水管末端的清理装置使用方法，包括如下步骤：

(1)组装测试

从装置箱中取出所述清理装置，将模块化设计的所述引导破碎部、控制动力部及传输支撑部插接在一起，锁闭连接卡扣完成组装，通过手摇或电机驱动装置运转，测试装置的连接情况及工作状态；

(2)检测调整

将所述装置伸入被堵塞的排水管中，操作所述滑动键带动滑动件控制所述支撑件张开，直至所述防滑垫卡紧排水管壁，从标度尺上读取排水管的直径作为所述刀组件疏通清理标准；将所述引导钻***堵塞物中，通过动力轴手动旋转所述引导钻，通过所述环向扭力计读取堵塞物对引导钻的阻力，判定刀组件的选用类型；

(3)疏通清理

当堵塞物质地较软时，选用伞式刮刀进行疏通清理：安装伞式刮刀组件至所述装置，将所述装置伸入至隧道排水管的堵塞部位，稳固所述支撑件，通过所述动力轴带动所述伞刀轴的轴向移动实现伞刀架逐级张开至排水管直径尺寸，通过所述动力轴带动所述伞刀轴的环向转动完成堵塞物的逐层破碎，堵塞物碎屑随即落入隔离面，通过所述输送杆将堵塞物碎屑输送至所述收集仓；

当堵塞物质地较硬时，选用塔式磨刀进行疏通清理：组装适宜排水管直径的塔式磨刀安装至所述装置，将所述装置伸入至隧道排水管的堵塞部位，稳固所述支撑件，通过所述动力轴带动所述塔式磨刀旋转完成堵塞物的逐层破碎，堵塞物碎屑通过刀盘侧孔进入所述输送杆，通过所述输送杆将堵塞物碎屑输送至所述收集仓；

(4)整理回收

当清理装置在排水管中各部位工作的环向扭力计读数为0时，表明排水管堵塞物清理干净，此时控制所述联轴器收起所述刀组件，控制滑动键收起所述支撑件，将所述装置从排水管中退出，打开所述引导破碎部、传输支撑部及控制动力部的连接卡扣，将装置分开后清理干净，收纳至所述装置箱存放。

在本发明中，作为一种改进，所述步骤(2)中排水管的疏通直径的计算方法如下：

所述支撑件完全收缩时的长杆前端点与短杆后端点间的距离为L₁，工作时该距离为L′₁；

滑动键的工作轴向位移为ΔL₁；

长杆前端长度为A₁，总长度为A′₁；

短杆长度为B₁；

短杆张开幅度为H₁；

长杆张开幅度为H′₁；

滑动件的直径为D₁；

根据三角几何关系有：

其中，

由此计算短杆的张开幅度为：

根据几何相似关系有：

因此计算长杆的张开幅度为：

进而确定排水管的疏通直径为：

在本发明中，作为一种改进，所述伞刀架张开幅度与联轴器工作轴向位移的对应关系计算如下：

所述伞刀架完全收缩时的上撑杆前端点与下撑杆后端点间的距离为L₂，工作时该距离为L′₂；

联轴器的工作轴向位移为ΔL₂；

上撑杆长度为A₂；

下撑杆长度为B₂；

伞刀架张开幅度为H₂；

伞刀轴的直径为D₂；

根据三角几何关系有：

其中，

由此计算伞刀架工作时的张开幅度为：

由于伞刀架的工作直径与排水管的直径相等，所以

D＝D₁+2H′₁＝＝D₂+2H₂

因此，当伞刀架张开最大幅度时的联轴器工作轴向位移ΔL₂与滑动键的工作轴向位移ΔL₁的换算关系为：

所述滑动键的标度尺与所述联轴器的轴向位移计上的刻度相对应。

在本发明中，作为一种改进，所述步骤(3)中刀组件选用的确定方法如下：

所述伞刀架上撑杆上任意一点到上撑杆前端点的距离为x，该点到伞刀轴的距离为h，刮刀片数量为n，单片刮刀所能承受的最大线荷载为f_max，伞式刮刀工作时能承受的最大伞刀轴起动扭力大小为：

所述引导钻单独钻进时的起动扭力为M_Y，可由所述旋转扭力计读取，当M_Y＜M_Dmax时，选用伞式刮刀组件；当M_Y＞M_Dmax时，选用塔式磨刀组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)基于机械式模块化设计的装置便于拆装，轻巧便携、操作简捷，并且清理过程无需耗费大量水源，具有良好的节能环保效益。

(2)变径式刀组件可适应不同排水管尺寸及不同类型堵塞物的清理需求，并且可以通过引导钻的探测判别刀组件的选型，通过支撑件的检测确定刀组件的工作范围。

(3)当排水管管口处于高位时，装置中的螺旋输送机构及负压机构，有利于堵塞物碎屑的排出。

(4)所述伞刀架及支撑件的张开幅度通过计算确定对应组件的轴向相对位移，从而使支撑及切削范围均得以量化控制，从管道外侧的控制动力部即可判断装置的清理范围及工作状态，使用更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明伞式刮刀的结构示意图；

图3为本发明塔式磨刀的结构示意图；

图4为本发明塔式磨刀的结构剖视图；

图5为本发明变径环的部分结构示意图；

图6为本发明支撑组件的结构示意图；

图7为本发明螺旋输送机构的结构示意图；

图8为本发明滚珠轴承及支架的结构示意图；

图9为本发明控制动力部的结构示意图；

图10为本发明支撑件部分的计算简图；

图11为本发明伞刀架部分的计算简图；

图12为本发明伞刀架工作状态的计算简图；

图中：1、引导钻，2、上撑杆，3、刀盘，4、伞刀轴，5、变径环，6、下撑杆，7、滑动环，8、隔离面，9、保持件，10、中轴，11、滑动件，12、长杆，13、短杆，14、刀头，15、碎屑入口，16、连接壳，17、螺旋叶片，18、滑动键，19、刮刀片，20、防护壳，21、联轴器，22、收集仓，23、动力轴，25、轴向位移计，26、环向扭力计，27、支撑架，31、毛刷，501、销构件，502、槽构件，503、环销，504、环槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种隧道排水管疏通装置，所述装置包括：引导破碎部、控制动力部和传输支撑部。

如图1所示，所述引导破碎部位于整个装置的最前端，为工作端部，对管道内堵塞物进行钻探、破碎，引导破碎部包括引导钻1及刀组件，所述引导钻1安装于刀组件前端，在破碎清理前进行堵塞物硬度检测及通道扩容，便于后部刀组件推进。

如图2和图3所示，所述刀组件包括两种形式，其中，伞式刮刀适用于软质堵塞物，塔式磨刀适用于硬质堵塞物。

如图2所示，所述伞式刮刀组件包括伞刀架、伞刀轴4、滑动环7及刮刀片，所述伞刀架为变径结构。

伞刀架包括上撑杆2、下撑杆6、变径环5及隔离面8，所述上撑杆2、下撑杆6为固定长度的杆件结构，变径环5为可伸缩的链式结构，隔离面8为可变形的扇片式结构。

所述上撑杆2及下撑杆环绕设置若干，所述上撑杆2前端通过铰接件与伞刀轴相连，上撑杆2后端铰接于变径环5上，所述下撑杆6的前端同样铰接于变径环5，所述上撑杆2与下撑杆6对应铰接于变径环5的内外两侧，所述下撑杆6的后端通过铰接件与滑动环7相连。

所述滑动环7套接于伞刀轴4外侧，并可实现与伞刀轴4之间轴向移动，所述滑动环7与伞刀轴4的相对位移控制伞刀架张开幅度，所述刮刀片19通过卡扣或螺栓安装于上撑杆2外缘处，所述刮刀片19下方的上撑杆2上安装毛刷31，清理刮除堵塞物后的管道内壁。

如图5所示，所述变径环5由金属构件串联组成链条状，相连的销构件501通过环销503及环槽504与槽构件502约束安装，使两构件可环向相对运动，完成变径连接。

如图2所示，所述隔离面8包覆于下撑杆6外侧，将隔离面8两侧空间分隔，所述滑动环7与伞刀轴4之间通过支架连接，在所述隔离面8前侧预留输送通道入口，该入口与所述传输支撑部中的堵塞物输送通道连通，所述支架如图8所示。

如图3和图4所示，所述塔式磨刀包括堆叠组装的多个圆台式镂空网壳结构刀盘3，上部刀盘的底面和与之相邻的下部刀盘的顶面尺寸一致，相邻刀盘3间通过常用的锁扣紧密连接，该锁扣在现有结构中具有很多，在此不再赘述，刀盘3侧面安装有若干颗粒状的刀头14，用于磨蚀硬质堵塞物；刀头14之间的侧壁开设碎屑入口15，与刀盘3内腔相通，刀盘3下端具有承接在刀盘3内腔下方、呈漏斗状的收拢式连接壳16，壳下方与堵塞物传输通道的上端相连，刀盘的内部空腔与所述传输***连通，形成堵塞物碎屑的输送通道。

如图6所示，所述传输支撑部包括输送杆及支撑组件，所述输送杆由中轴10及螺旋叶片17组成，输送杆前端与伞刀轴4相连，后端连接动力控制部的动力轴26，构建动力传导通道。

支撑组件设置于输送杆外侧，包括支撑件、保持件9及滑动件11，所述支撑件包括长杆12和短杆13，短杆13一端铰接于滑动件11，一端铰接于长杆12中部；长杆12一端铰接于保持件9，一端装有防滑垫，所述装有防滑垫的端部外扩，支撑于管道内壁。

所述保持件9套装于所述输送杆10外侧，由保持件9构成螺旋输送通道的外壁，保持件9前端与滑动环7相连，从而使保持件9内的螺旋输送通道与滑动环7的前端入口相连，堵塞物碎屑经进入口进入保持件9内的螺旋输送通道中，所述保持件9后端与收集容器连接，端口设置可轴向移动的滚珠轴承用以稳定输送杆10的环向转动，如图7和图8所示，所述滚珠轴承内侧通过支架27与输送杆相连，形成螺旋输送通道出口。

所述滑动件11设置于保持件9外侧，可沿保持件9轴向移动，通过滑动件11与保持件9的轴向相对运动，实现所述支撑件的张开及合并动作。

所述滑动件11下端设置带有轴向标度尺的滑动键18，所述滑动键18通过滑槽或螺纹安装于保持件9外侧，通过滑动键18的轴向移动控制所述支撑件的张开及合并动作，开合幅度可通过轴向标度尺读取，所述标度尺刻度通过计算得出。

如图9所示，所述控制动力部包括防护壳20、联轴器21及收集仓22，所述防护壳20为控制动力部外壳，其内包裹所述联轴器21，所述收集仓22外接于防护壳20一侧；

所述防护壳20前端开口与所述保持件9连接，限定所述保持件9的轴向位置，同时，连通保持件9内的输送通道出口，如图7所示，所述出口在防护壳20内由分隔出的通道与侧面开口相连，形成堵塞物碎屑排出的通道，所述通道内或收集仓中可设置负压机构，辅助堵塞物碎屑排出。

所述联轴器21一端连接穿入防护壳内的动力轴23，一端连接穿入防护壳21内的输送杆，且联轴器21可轴线运动，所述联轴器21设有端部轴向位移计25和环向扭力计26，分别套装于动力轴23及输送杆外侧，动力轴23通过所述联轴器21带动输送杆、伞刀轴4的轴向移动，可控制所述伞刀架的张开及合并动作，开合幅度可通过轴向位移计25读取，所述轴向位移计25的读数端位于防护壳20的透明罩体内，动力轴23通过所述联轴器21带动输送杆、刀组件的环向转动，实现刀组件的切削、磨蚀动作，并可通过联轴器21转动的扭力测定堵塞物的硬度，扭力值可通过环向扭力计26读取，当所述装置工作时的环向扭力计读数趋向于0时，可结合动力轴的转动状态及管道内径参数，判断堵塞物是否清理干净。

所述收集仓22通过卡扣连接到所述防护壳20的侧面开口处。

(1)组装测试

从装置箱中取出所述清理装置，将模块化设计的所述引导破碎部、控制动力部及传输支撑部插接在一起，锁闭连接卡扣完成组装，通过手摇或电机驱动装置运转，测试装置的连接情况及工作状态；

(2)检测调整

将所述装置伸入被堵塞的排水管中，操作所述滑动键带动滑动件控制所述支撑件张开，直至所述防滑垫卡紧排水管壁，从标度尺上读取排水管的直径作为所述刀组件疏通清理标准；将所述引导钻***堵塞物中，通过动力轴手动旋转所述引导钻，通过所述环向扭力计读取堵塞物对引导钻的阻力，判定刀组件的选用类型；

(3)疏通清理

当堵塞物质地较软时，选用伞式刮刀进行疏通清理：安装伞式刮刀组件至所述装置，将所述装置伸入至隧道排水管的堵塞部位，稳固所述支撑件，通过所述动力轴带动所述伞刀轴的轴向移动实现伞刀架逐级张开至排水管直径尺寸，通过所述动力轴带动所述伞刀轴的环向转动完成堵塞物的逐层破碎，堵塞物碎屑随即落入隔离面，通过所述输送杆将堵塞物碎屑输送至所述收集仓；

当堵塞物质地较硬时，选用塔式磨刀进行疏通清理：组装适宜排水管直径的塔式磨刀安装至所述装置，将所述装置伸入至隧道排水管的堵塞部位，稳固所述支撑件，通过所述动力轴带动所述塔式磨刀旋转完成堵塞物的逐层破碎，堵塞物碎屑通过刀盘侧孔进入所述输送杆，通过所述输送杆将堵塞物碎屑输送至所述收集仓；

(4)整理回收

当清理装置在排水管中各部位工作的环向扭力计读数为0时，表明排水管堵塞物清理干净，此时控制所述联轴器收起所述刀组件，控制滑动键收起所述支撑件，将所述装置从排水管中退出，打开所述引导破碎部、传输支撑部及控制动力部的连接卡扣，将装置分开后清理干净，收纳至所述装置箱存放。

如图10所示，所述步骤(2)中排水管的疏通直径的计算方法如下：

所述支撑件完全收缩时的长杆前端点与短杆后端点间的距离为L₁，工作时该距离为L′₁；

滑动键的工作轴向位移为ΔL₁；

长杆前端长度为A₁，总长度为A′₁；

短杆长度为B₁；

短杆张开幅度为H₁；

长杆张开幅度为H′₁；

滑动件的直径为D₁；

根据三角几何关系有：

其中，

由此计算短杆的张开幅度为：

根据几何相似关系有：

因此计算长杆的张开幅度为：

进而确定排水管的疏通直径为：

如图11所示，所述伞刀架张开幅度与联轴器工作轴向位移的对应关系计算如下：

所述伞刀架完全收缩时的上撑杆前端点与下撑杆后端点间的距离为L₂，工作时该距离为L′₂；

联轴器的工作轴向位移为ΔL₂；

上撑杆长度为A₂；

下撑杆长度为B₂；

伞刀架张开幅度为H₂；

伞刀轴的直径为D₂；

根据三角几何关系有：

其中，

由此计算伞刀架工作时的张开幅度为：

由于伞刀架的工作直径与排水管的直径相等，所以

D＝D₁+2H′₁＝＝D₂+2H₂

因此，当伞刀架张开最大幅度时的联轴器工作轴向位移ΔL₂与滑动键的工作轴向位移ΔL₁的换算关系为：

所述滑动键的标度尺与所述联轴器的轴向位移计上的刻度相对应。

由以上计算可以得出滑动键及动力轴的推动距离与支腿及伞刀架的张开幅度的关系，由此，可以在刻度标尺上直接标注张开位移，通过刻度直观显示张开幅度。

如图12所示，所述步骤(3)中刀组件选用的确定方法如下：

所述伞刀架上撑杆上任意一点到上撑杆前端点的距离为x，该点到伞刀轴的距离为h，刮刀片数量为n，单片刮刀所能承受的最大线荷载为f_max，伞式刮刀工作时能承受的最大伞刀轴起动扭力大小为：

所述引导钻单独钻进时的起动扭力为M_Y，可由所述旋转扭力计读取，当M_Y＜M_Dmax时，选用伞式刮刀组件；当M_Y＞M_Dmax时，选用塔式磨刀组件。

当选用塔式磨刀作为所述装置的刀组件时，最大刀盘的直径与排水管的直径一致，然后依次堆叠组装小径的刀盘形成塔式磨刀组件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种用于隧道排水管末端的清理装置，其特征在于，所述装置包括：

引导破碎部，位于装置前端，包括引导钻及刀组件，对管道内堵塞物进行钻探、破碎；

控制动力部，位于装置后端，控制所述清理装置的工作状态，提供所述清理装置正常工作所需的动力；

传输支撑部，连接于引导破碎部与控制动力部之间，包括传输***及支撑***，其中传输***用于传导动力和输送碎屑，支撑***用于稳固所述装置完成清理动作；

所述引导钻与所述传输***共轴安装，所述引导钻位于装置顶端，刀组件位于引导钻后方，为可变径结构；

所述刀组件布置于引导钻及传输支撑部之间，为可替换结构，包括伞式刮刀和塔式磨刀，其中，伞式刮刀具有：

伞刀架，由撑杆及变径环所组成的伞式伸缩结构，所述撑杆包括上撑杆和下撑杆，变径环为伸缩链式结构，所述下撑杆处设置隔离面；

伞刀轴，为刀组件中轴；

滑动环，滑动环套装于伞刀轴外侧；

刮刀片，通过卡扣安装于所述上撑杆外侧；

若干上撑杆前端呈环形铰接于伞刀轴外侧，所述上撑杆后端铰接于所述变径环，所述下撑杆前端与上撑杆后端对应铰接于所述变径环，所述下撑杆后端铰接于所述滑动环；

所述滑动环与伞刀轴可通过轴向相对移动控制伞刀架的张开幅度；所述传输支撑部包括支撑组件及输送杆，所述输送杆与伞刀轴及控制动力部的动力轴连接，构成动力传导与堵塞物碎屑输送的通道；

所述输送杆为螺旋结构杆件，其螺旋通道前端入口位于伞刀架内，后端出口位于动力控制部中，用于输送堵塞物碎屑；

支撑组件设置于输送杆外侧，包括支撑件、保持件及滑动件；

所述支撑件包括长杆和短杆，短杆一端铰接于滑动件，一端铰接于长杆中部；长杆一端铰接于保持件，一端装有防滑垫；

所述保持件套装于所述输送杆外侧，保持件前端与刀盘组内的滑动环相连，所述保持件端口设置可轴向移动的滚珠轴承用以稳定输送杆的转动；

所述滑动件设置于保持件外侧，可沿保持件轴向移动，通过滑动件与保持件的轴向相对运动，实现所述支撑件的张开及合并动作；

所述滑动件下端设置带有轴向标度尺的滑动键，通过滑动键的轴向移动控制所述支撑件的张开及合并动作，开合幅度可通过轴向标度尺读取；

所述控制动力部包括防护壳、联轴器及收集仓；

所述防护壳包裹所述联轴器，所述防护壳外接所述收集仓；

所述防护壳前端开口与所述保持件连接；所述防护壳侧面开口连接收集仓，形成堵塞物碎屑的排出通道；

所述联轴器一端连接穿入防护壳内的动力轴，一端连接穿入防护壳内的输送杆，所述联轴器设有轴向位移计和环向扭力计；动力轴通过所述联轴器带动输送杆、伞刀轴的轴向移动，可控制所述伞刀架的张开及合并动作，开合幅度可通过轴向位移计读取；动力轴通过所述联轴器带动输送杆、刀组件的环向转动，实现刀组件的切削、磨蚀动作，并可通过联轴器转动的扭力测定堵塞物的硬度，扭力值可通过环向扭力计读取；

所述收集仓通过卡扣连接到所述防护壳的侧面开口处，所述收集仓设有负压装置，辅助堵塞物碎屑的排出。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道排水管末端的清理装置，其特征在于：所述塔式磨刀包括堆叠组装的多个圆台式镂空网壳结构刀盘，上部刀盘的底面和与之相邻的下部刀盘的顶面尺寸一致，相邻刀盘间通过锁扣紧密连接；刀盘侧面安装有若干颗粒状的刀头，用于磨蚀硬质堵塞物；刀盘的内部空腔与所述传输***连通，形成堵塞物碎屑的输送通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道排水管末端的清理装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)组装测试

从装置箱中取出所述清理装置，将模块化设计的所述引导破碎部、控制动力部及传输支撑部插接在一起，锁闭连接卡扣完成组装，通过手摇或电机驱动装置运转，测试装置的连接情况及工作状态；

(2)检测调整

将所述装置伸入被堵塞的排水管中，操作所述滑动键带动滑动件控制所述支撑件张开，直至所述防滑垫卡紧排水管壁，从标度尺上读取排水管的直径作为所述刀组件疏通清理标准；将所述引导钻***堵塞物中，通过动力轴手动旋转所述引导钻，通过所述环向扭力计读取堵塞物对引导钻的阻力，判定刀组件的选用类型；

(3)疏通清理

当堵塞物质地较软时，选用伞式刮刀进行疏通清理：安装伞式刮刀组件至所述装置，将所述装置伸入至隧道排水管的堵塞部位，稳固所述支撑件，通过所述动力轴带动所述伞刀轴的轴向移动实现伞刀架逐级张开至排水管直径尺寸，通过所述动力轴带动所述伞刀轴的环向转动完成堵塞物的逐层破碎，堵塞物碎屑随即落入隔离面，通过所述输送杆将堵塞物碎屑输送至所述收集仓；

当堵塞物质地较硬时，选用塔式磨刀进行疏通清理：组装适宜排水管直径的塔式磨刀安装至所述装置，将所述装置伸入至隧道排水管的堵塞部位，稳固所述支撑件，通过所述动力轴带动所述塔式磨刀旋转完成堵塞物的逐层破碎，堵塞物碎屑通过刀盘侧孔进入所述输送杆，通过所述输送杆将堵塞物碎屑输送至所述收集仓；

(4)整理回收

当清理装置在排水管中各部位工作的环向扭力计读数为0时，表明排水管堵塞物清理干净，此时控制所述联轴器收起所述刀组件，控制滑动键收起所述支撑件，将所述装置从排水管中退出，打开所述引导破碎部、传输支撑部及控制动力部的连接卡扣，将装置分开后清理干净，收纳至所述装置箱存放。

4.根据权利要求3所述的一种用于隧道排水管末端的清理装置使用方法，其特征在于：所述步骤(2)中排水管的疏通直径的计算方法如下：

所述支撑件完全收缩时的长杆前端点与短杆后端点间的距离为L₁，工作时该距离为L₁′；

滑动键的工作轴向位移为ΔL₁；

长杆前端长度为A₁，总长度为A₁′；

短杆长度为B₁；

短杆张开幅度为H₁；

长杆张开幅度为H₁′；

滑动件的直径为D₁；

根据三角几何关系有：

其中，

由此计算短杆的张开幅度为：

根据几何相似关系有：

因此计算长杆的张开幅度为：

进而确定排水管的疏通直径为：

5.根据权利要求3所述的一种用于隧道排水管末端的清理装置使用方法，其特征在于：所述伞刀架张开幅度与联轴器工作轴向位移的对应关系计算如下：

所述伞刀架完全收缩时的上撑杆前端点与下撑杆后端点间的距离为L₂，工作时该距离为L₂′；

联轴器的工作轴向位移为ΔL₂；

上撑杆长度为A₂；

下撑杆长度为B₂；

伞刀架张开幅度为H₂；

伞刀轴的直径为D₂；

根据三角几何关系有：

其中，

由此计算伞刀架工作时的张开幅度为：

由于伞刀架的工作直径与排水管的直径相等，所以

D＝D₁+2H₁′＝＝D₂+2H₂

因此，当伞刀架张开最大幅度时的联轴器工作轴向位移ΔL₂与滑动键的工作轴向位移ΔL₁的换算关系为：

所述滑动键的标度尺与所述联轴器的轴向位移计上的刻度相对应。

6.根据权利要求3所述的一种用于隧道排水管末端的清理装置使用方法，其特征在于：所述步骤(3)中刀组件选用的确定方法如下：

所述伞刀架上撑杆上任意一点到上撑杆前端点的距离为x，该点到伞刀轴的距离为h，刮刀片数量为n，单片刮刀所能承受的最大线荷载为f_max，伞式刮刀工作时能承受的最大伞刀轴起动扭力大小为：

所述引导钻单独钻进时的起动扭力为M_Y，可由所述环向扭力计读取，当M_Y＜M_Dmax时，选用伞式刮刀组件；当M_Y＞M_Dmax时，选用塔式磨刀组件。

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