CN103221730A - 管破裂装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于更换埋地管的装置，包括阻力板，从该阻力板彼此大致平行地垂直伸出一对液压缸。液压缸借助牵拉桥循环操作，牵拉桥有缆索夹持器，以向牵拉掘进器的缆索提供一系列的牵拉行程。掘进器拉动位于其后的更换管通过已被掘进器破裂、劈裂、涨裂的旧管。阻力板设有槽，并且液压缸被定位成允许掘进器基本完全牵拉入装置。保持桥可释放地安装，从而横跨反作用板上的槽，以在牵拉桥的返回行程期间定位用于保持缆索的第二缆索夹持器。保持桥在牵拉操作结束时可以被移去，以容纳掘进器。描述了一种稳固、轻质的结构。

Description

管破裂装置

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年12月3日申请的美国临时申请号61/458,981的权益，该申请的全部内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及使用被称为管破裂装置来更换地下管。特别的，本发明涉及一种通过在原位使管破裂或劈裂、同时将更换管拉到基本上相同的位置来更换地下管的改进的设备。

背景技术

管破裂技术是用于更换诸如下水管、水和天然气管的地下管、而不必挖条沟来移去旧管和定位新管的已知的技术。在管破裂时，破裂头或掘进器被推或拉过旧管来使旧管破裂或劈裂，通常同时将更换管馈送到位。更换管通常是柔性的，并且优选为高密度聚乙烯(HDPE)。

起初，大多数管破裂装置使用绞盘、滑轮、和其他相对较大的部件来提供必要的力量。为了适当地定位这样的设备，设备通常还需要在被更换的管部段的两端有相当大的挖掘。

后来随着设计的进步，产生了更小、更轻质的设备，美国专利号6,305,880中表示和描述了一个示例。在被更换的管段的两端处需要较小的挖掘，该设备可以手动安置以进行使用。这开启了将管破裂技术用于较小的应用场合，比如更换住宅侧向下水管和水管线之路。

不过，较小应用场合中的管破裂装置仍然相当大，重和复杂。因此，操作这样的设备体力上是困难的，材料和制造的成本相当大。同时，由于在拉动过程中需要大的拉力，常使用高压液压装置，进一步增加了制造成本。

因此，需要这样一种管破裂装置，它成本低、复杂度小、易于操作和设立并能以较低压力的液压装置来操作。

发明内容

本发明的装置可满足前述需要。使用以新颖组合作用的若干特征，以提供相对轻质和低成本的稳固装置，该装置易于使用，并且能够以相对较低的液压压力操作。特别是，本发明的装置包括一对液压缸，每个液压缸具有从缸的相对两端突出的缸杆。液压缸彼此基本平行地安装，以基本垂直于反作用板地延伸，缸杆的相邻的突出端部分别被固定在反作用板内的匹配凹槽内。在它们的相对端部处，缸杆被类似地固定，每个缸杆被固定在牵拉桥内的对应匹配凹槽内。牵拉桥配备了缆索夹持器，其在牵拉行冲程期间固定缆索，并且允许缆索在返回行冲程期间滑过缆索夹持器。反作用板带有一个形成有位于其内的宽槽，在牵拉过程中缆索通过宽槽，并且在设置过程中缆索可以侧向通过宽槽。液压缸关于宽槽不对称地安置，以使它们之间的侧向距离最大。还设有横跨反作用板上的槽的保持桥，该保持桥可移去地固定于反作用板。保持桥支承与缆索对准的第二缆索夹持器，以在返回行程期间保持缆索在位。在牵拉过程结束时，保持桥可被移去，以使掘进器拉过反作用板上的槽远到足以使更换管露出。这就消除了需要进一步开挖来使更换管露出。

附图说明

图1是本发明的装置的立体图，其示出在位的牵拉缆索，但没有示出保持桥。

图1A是本发明的装置的一部分的剖视图。

图2是本发明的装置的立体图，其示出在位的牵拉缆索和保持桥。

图3到5是本发明的装置的分解图，其示出出现掘进器和通过阻力板内的槽的顺序。

具体实施方式

参见图1和2，描述了本发明的装置的一个优选形式。反作用板10，也称为阻力板，较佳是18到24英寸宽，大致相同尺寸的高度，且一到两英寸厚。反作用板10优选是钢或类似材料。反作用板被定位在被更换的管段一端的一个凹坑内，以抵靠凹坑的壁，管段通常从凹坑的壁出现。木材或同等材料可如期望地安置在反作用板和凹坑壁之间，以分配负载。在任何情况下，反作用板如将描述那样支承装置的其它部件。如图所示，为便于操作和减少重量，反作用板可具有未编号的开口。

反作用板10也提供另一个开口或槽21以允许牵拉缆索19通过反作用板。因为槽21贯通反作用板10的一侧，反作用板可以放置在位，而不必将缆索19穿过槽21。槽21也有足够的宽度，以允许破裂头，也称为掘进器(mole)，被拉入甚至穿过反作用板。

为提供拉动缆索的力，一对液压缸11和12以基本上彼此平行的关系安装在反作用板上。液压缸优选是通常具有5000psi或更小的最大设计压力的所谓的低压缸。每个液压缸分别有从液压缸的一端突出的缸杆11b和12b。图1和2中不可见但表示在图1A中的是下面描述的安装杆，该安装杆与缸杆轴向对准地从每个缸伸出。为将液压缸安装在反作用板，板上形成凹槽来与每个安装杆的近端配合和接纳该近端。这表示在图1A中，其中安装杆12d被焊接到安装在液压缸端部上面的杯形物12e。

螺纹轴向开口设置在活塞杆11b和12b和安装杆12d的端部内以用螺栓将端部在凹槽12f内固定在位。垫圈11a和12a也可以用来帮助将液压缸11和12固定至反作用板。如图1A描述了连接到反作用板的安装杆11b的剖视图。应理解，安装杆和缸杆在所有端部处的连接基本上如在此描述的那样进行。

缸杆的在反作用板远侧的端部固定于牵拉桥13。该牵拉桥13最好是钢或类似材料的，且设计成将液压缸11和12产生的力传递到缆索19。与反作用板的情况一样，牵拉桥13提供一对凹槽，以与缸杆11b和12b之一的端部匹配并接纳该端部。也与反作用板的情况一样，通过螺栓11c使缸杆固定在位，该螺栓通过牵拉桥13延伸到杆上的轴向螺纹开口内。

为了夹紧缆索的目的，牵拉桥设有夹持器14。夹紧器14可以是用于在牵拉行程期间牢固地夹紧缆索19并在返回行程期间释放缆索的任何合适的设计。用于此目的的机构可以是主动的或被动的，并且对于本领域技术人员来说是熟知的。美国专利6,305,880展示和描述了这种机构的一个例子。在这里举例说明的实施例中，举例说明的夹持器包括与盖板17一起保持在位的一对细长卡盘指状物(chuck finger)或夹头15。该指状物上面向内的齿由弹簧加载器16弹性偏置，以便缆索在牵拉行程被固定，但在牵拉桥沿相反的方向移动时的返回循环过程中释放缆索。

在图中示出所述实施例的液压连接。在牵拉行程期间，借助供给软管23将压力供给到液压缸、液压缸11和12的内部活塞(未示出)，以移动活塞，并且因此使牵拉桥离开反作用板10。这样将缆索及因此掘进器拉过旧管，从而使旧管破裂和/或劈裂，并将新管拉到位。还设有以25表示的压力指示器。为了将牵拉桥和液压缸返回到起动下一个牵拉行程的位置，设有供给软管27。在牵拉行程结束时，压力借助供给软管23释放，并且借助供给软管27增大。设有连接器28和29以连接到泵或类似的液压源。作为替代，返回行程可以由弹簧机构或类似机构完成。

在优选实施例中还设有未在图1中示出的保持桥33。如图所示，保持桥由底板34构成，该底板可移除地螺栓连接到阻力板10，以使保持桥33跨过槽21。保持桥33也包括缆索导向块35，该缆索导向块从底板延伸，并且形成有两个角板37。缆索导向块有位于其内的中央缆索导向槽，该中央缆索导向槽具有向外倾斜的端部，以协助保持缆索对准，如众所周知的现有技术。缆索保持夹紧组件39被支撑在导向槽内。与夹紧组件14的情况一样，夹紧组件39可呈在返回行程期间、即当夹持器14已经释放了缆索并且牵拉桥13正返回到另一个牵拉行程的位置时将缆索保持在位的任何合适的设计。

需要注意的是在这一点上，牵拉桥13和保持桥33的形状和位置较佳对称地形成。这样，两个桥的方向可以颠倒，以适应使用者的选择。另外，由于保持桥可以从组件完全移去，掘进器可以从管开口完全撤出并进入该组件。这便于掘进器脱开，并消除了进一步挖掘以接近新管的端部的需要。

一旦掘进器被拉过旧管，而更换管在旧管后面被拉到位，就需要抽取出掘进器并接近更换管以完成管连接。在现有技术系统中，频繁需要从掘进器断开缆索，从挖掘坑移动牵拉装置和掘进器，并在挖掘坑内进一步挖掘来使更换管的端部露出。

由于本发明的装置，这些步骤变得不需要了。在牵拉结束时的顺序图示在图3到5中。掘进器41在图3中恰好示出为被拉出旧管(没有示出)并拉到本发明的装置内。应理解，该装置定位于被更换的管段的端部所在的挖掘坑内。掘进器可以是管更换行业中已知的任何结构，只要它的大小允许将它拉过反作用板10的槽21。通常，掘进器具有用于使旧管破裂或扩张的截锥形表面43，并可具有切开刀片(slitter blade)46以进一步协助破裂或劈裂处理，如本领域中已知的那样。连接器法兰45连接到未示出的牵引缆索。螺纹连接件或等同物47从掘进器后面延伸，以连接到也未示出的更换管。

在图4中，将掘进器进一步拉入装置。应注意的是，在这些最后的顺序期间移除保持桥，以允许掘进器进入装置。在图5所示的最终位置，掘进器完全从旧管抽出并且进入装置。因而更换管的端部露出，以便于接近，并且装置和掘进器可容易地从坑移出。

由前述装置得到各种优势。因为牵拉桥和阻力板直接连接到活塞缸杆，以最小的重量获得相当大的刚度。通过使用可移除的保持桥，通过将其安装到阻力板并与夹持组件内的可打开的缆索通道结合，掘进器可完全被拉入装置，从而简化了牵拉过程结束时的程序。液压缸的非对称间隔使可用的液压缸空间最大化。这使得能够使用更大的活塞表面面积的液压缸，这样以较低压力的液压装置就可以获得足够的牵引力。最后，使用对称的桥使得桥位置能被“颠倒”，这为操作者添加了多用性和方便。

本发明的各种变化通过前述和所附的附图对于本领域的技术人员是清楚的，这些改变意在落入所附的权利要求书的范围。

Claims (7)

1.一种用于更换地下管的装置，所述装置包括用于抵靠壁定位的阻力板、牵拉桥和一对液压缸，缆索穿过所述壁突出，所述牵拉桥具有适于与所述缆索循环配合和释放的缆索夹紧组件，所述一对液压缸基本互相平行地从所述反作用板延伸，每个液压缸具有轴向对准并从两端伸出的缸杆和安装杆，所述阻力板和所述牵拉桥具有形成于其内的凹槽，所述凹槽与所述液压缸的对应端部匹配，并连接杆以使所述液压缸相对于彼此固定。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述缸杆通过轴向对准的螺栓固定在所述牵拉桥的所述凹槽内。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述安装杆通过轴向对准的螺栓固定在所述反作用板的所述凹槽内。

4.一种用于更换地下管的装置，所述装置包括用于抵靠壁定位的阻力板、一对液压缸以及牵拉桥，缆索穿过所述壁突出，所述缆索的另一端被连接到掘进器，所述阻力板具有位于其内的槽，所述槽的尺寸足以允许所述掘进器通过所述槽，所述一对液压缸基本上彼此平行地并基本上垂直于所述反作用板延伸，所述液压缸以相对于所述槽为非对称的关系定位在所述槽的相对两侧，所述牵拉桥在液压缸的与所述反作用板的相对端部处固定于所述液压缸，所述牵拉桥具有位于其上的缆索夹持组件，所述缆索夹持组件适于循环地夹紧和释放所述缆索。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于，还包括可释放地安装到所述阻力板并跨越所述槽的保持桥，所述保持桥具有用于循环地夹紧和释放缆索的缆索夹持组件。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述保持桥和所述牵拉桥在构造和安装上基本对称，因而，它们均能关于至夹持组件的通路相反定位。

7.根据权利要求5的装置，其特征在于，每个液压缸具有从相对的两端伸出的缸杆和安装杆，所述阻力板和所述牵拉桥具有位于其内的凹槽，所述凹槽与所述安装杆和所述缸杆的突出端部轴向对准。

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