一种软土岩层截割刀具及其设计方法技术

本发明专利技术一种软土岩层截割刀具主要包括切削刀具、刀架、弹性支撑组件、刀座，其中：所述切削刀具固定安装于所述刀架上；所述刀架活动地铰接于所述刀座内，并与所述弹性支撑组件上部接触；所述弹性支撑组件的下部置于所述刀座的底部之上；所述弹性支撑组件压靠在所述刀座的底部之上，同时所述弹性支撑组件压缩变短，继而使得所述刀架相对于铰接中心向所述刀座内部发生偏转。本发明专利技术还提供了相应设计方法，通过计算最大名义切深、弹性元件的预压缩量和理论等效刚度，用于指导选型设计。本发明专利技术有益之处在于：避免硬岩、卵石和漂石等对切削刀具的冲击损害，降低了刀具崩刃掉刃、磨损、断裂等非正常失效风险，提高了盾构机掘进效率，降低了成本。

Cutting tool for soft rock stratum and its design method

The cutting tool for soft soil and rock stratum mainly comprises a cutting tool, a tool holder, an elastic support assembly and a tool holder, wherein the cutting tool is fixed on the tool holder, the tool holder is movably hinged in the tool holder and in contact with the upper part of the elastic support assembly, and the lower part of the elastic support assembly is placed on the tool holder. The elastic support assembly is pressed against the bottom of the tool holder, while the elastic support assembly is compressed and shortened, thereby causing the tool holder to deflect internally from the hinge center to the tool holder. The invention also provides a corresponding design method, which can be used to guide the type selection design by calculating the maximum nominal depth of cut, the pre-compression of elastic elements and the theoretical equivalent stiffness. The invention has the advantages of avoiding the impact damage of hard rock, pebble and drift stone to cutting tools, reducing the abnormal failure risk of cutting tools such as edge collapse, abrasion and fracture, improving the tunneling efficiency of shield machine, and reducing the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种软土岩层截割刀具及其设计方法
本专利技术属于隧道掘进装备设计制造领域，涉及一种软土岩层截割刀具及其设计方法，尤其涉及一种用于全断面隧道掘进机刀盘系统的软土岩层截割刀具及其设计方法。
技术介绍
随着我国国民经济的高速发展以及城镇化水平的不断提高，地面可用空间越来越少。开发地下空间，例如建立地下快速轨道交通系统已成为现代化城市发展的必然趋势。全断面隧道掘进机凭借其开挖效率高、工程质量优、地质适应性强等诸多特点，在地下空间隧道开挖过程中得到了广泛使用。总体来看，我国全断面掘进机的市场需求量预计将超过200台，产业价值高达500亿元。目前，全断面隧道掘进机可分为两种类型：一种为全断面岩石隧道掘进机(FullFaceRockTunnelBoringMachine，国内习惯简称为TBM)，主要用于具有一定自稳能力的岩石地层掘进，特别适用于野外长隧道掘进(引水隧洞、铁路隧道等)，一般采用安装于刀盘上的盘形滚刀(以下简称滚刀)回转滚压破碎岩层，其破岩机理为滚刀刃底挤压和刃侧剪切破岩作用；另一种为全断面软土地层隧道掘进机(国内习惯称之为盾构机)，主要用于城市地下空间工程、过江隧道工程，采用安装于刀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软土岩层截割刀具包括切削刀具、刀架、弹性支撑组件、刀座，其特征在于：所述切削刀具固定安装于所述刀架上；所述刀架活动地铰接于所述刀座内，并与所述弹性支撑组件上部接触；所述弹性支撑组件的下部置于所述刀座的底部之上；在切削力作用下，所述弹性支撑组件压靠在所述刀座的底部之上，同时所述弹性支撑组件压缩变短，继而使得所述刀架相对于铰接中心向所述刀座内部发生一定量的角度偏转。

【技术特征摘要】
1.一种软土岩层截割刀具包括切削刀具、刀架、弹性支撑组件、刀座，其特征在于：所述切削刀具固定安装于所述刀架上；所述刀架活动地铰接于所述刀座内，并与所述弹性支撑组件上部接触；所述弹性支撑组件的下部置于所述刀座的底部之上；在切削力作用下，所述弹性支撑组件压靠在所述刀座的底部之上，同时所述弹性支撑组件压缩变短，继而使得所述刀架相对于铰接中心向所述刀座内部发生一定量的角度偏转。2.根据权利要求1所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：所述弹性支撑组件包括弹性元件、保护套筒和下支撑杆，其中：所述弹性元件卡入所述下支撑杆上部；所述保护套筒活套在所述弹性元件外部；所述保护套筒上部与所述刀架下部构成圆柱面低副接触；所述下支撑杆下部与所述刀座底部构成球面低副接触。3.根据权利要求1所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：所述刀架与所述刀座底部在初始工作状态下存在一个最小间隙量。4.根据权利要求2所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：所述保护套筒外壁周向均匀地布设有弹簧支撑柱；所述弹簧支撑柱均套入限位压簧；所述限位压簧的另一端紧贴于所述刀座的侧壁上。5.根据权利要求2所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：所述弹性元件为碟形弹簧。6.根据权利要求3所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：在所述刀座内安装有测距传感器，用以实时监测所述最小间隙量的变化情况。7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：在所述刀座的顶部设置保护盖板；仅所述切削刀具的切削刃部通过所述保护盖板上开设的开口向所述刀座外部露出。8.根据权利要求7所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：在所述开口与所述切削刀具之间的间隙区域设置密封件。9.根据权利要求8所述的一种软土岩层截割刀具，其特征在于：所述保护盖板的外表面应与刀盘的前端面平齐；当所述切削刀具遭遇到未预料的极端硬岩地层或硬物时，所述切削刀具可缩回至其刀刃与所述刀盘的前端面平齐。10.一种软土岩层截割刀具设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：对待开挖地层沿线进行地质勘探，结合文献调研、实验室和/或施工现场物理力学性能测试、经验判断、统计分析等手段，掌握开挖地层沿线的岩土层类型及其物理力学参数；步骤2：根据所述切削刀具的适用切削岩土类型范围，从所述岩土层类型中选出工作岩土层和非工作岩土层；从所述工作岩土层中选出所占比重最大的一种作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张魁，何仕海，郭龙，彭赐彩，冯剑军，张高峰，刘金刚，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43