复合连接高强度刀箱及成型方法技术

本发明专利技术属于隧道掘进机技术领域。一种复合连接高强度刀箱，包括外刀座、内刀座和连接板，外刀座上设置有呈U型的装配槽，两外刀座开口相对设置；两外刀座的内侧均设置有内刀座，内刀座匹配贴合设置在装配槽内，内刀座与外刀座之间的贴合面通过粘接剂粘接，在内刀座的周向与外刀座之间设置有多道焊缝连接区；两外刀座之间通过两道连接板焊接固定；内刀座背部的贴合面包括位于中部的后粘合面和位于后粘合面两侧的侧粘合面；在后粘合面和侧粘合面二者中，至少一者为倾斜设置。还公开了一种复合连接高强度刀箱成型方法。本申请能够实现粘接和焊接的复合连接结构，增加内外刀箱的连接面积，提高内外刀箱连接接头的抗压能力和抗疲劳强度。强度。强度。

【技术实现步骤摘要】
复合连接高强度刀箱及成型方法


[0001]本专利技术属于隧道掘进机
，具体涉及一种复合连接高强度刀箱及成型方法。

技术介绍

[0002]硬岩隧道掘进机，主要是依靠盘形滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，在掘进过程中，刀箱承载着破岩时的交变载荷。随着岩石强度的增加，滚刀挤压破岩的效率逐步下降，滚刀刀箱异常失效和更换频率也随之增加（主要为焊缝开裂和压溃）。由于滚刀刀箱焊接在刀盘上，出现裂纹及开裂现象需要更换时，费时费力且严重影响施工进度，降低掘进效率进而增加隧道施工成本。
[0003]因此，亟须解决在长距离硬岩隧道施工时，刀箱压溃和开裂的问题。
[0004]现今的刀箱外刀座采用Q355系列结构钢，内刀座采用30CrNiMo8，在与刀轴配合位置进行高频感应淬火，淬硬深度仅有2mm，并且内刀座与外刀座采用焊接方式进行连接，此类刀箱，在脆硬区下方存在硬度较低的区域，在恶劣的施工环境中，刀箱易出现变形和焊缝开裂的问题。并且隧道内施工，更换刀箱极为困难。
[0005]现有技术中CN111119915A公开了一种高强度TBM中心刀箱及制备方法，相较于现有的刀箱结构能够提高刀箱强度，大大降低易压溃和开裂的问题，通过材质的选择和部件的加工焊接工艺解决了结构强度低的问题；但是从部件之间的装配结构和部件之间的连接工艺中还可以进行进一步的提升，从而对刀箱的结构强度、焊缝受力和使用寿命实现进一步的优化。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种复合连接高强度刀箱及成型方法，其能够实现粘接和焊接的复合连接结构，增加内外刀箱的连接面积，提高内外刀箱连接接头的抗压能力和抗疲劳强度。
[0007]为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种复合连接高强度刀箱，包括外刀座，所述外刀座上设置有呈U型的装配槽，两所述外刀座开口相对设置；以及内刀座，两所述外刀座的内侧均设置有内刀座，所述内刀座匹配贴合设置在所述装配槽内，所述内刀座与外刀座之间的贴合面通过粘接剂粘接，在所述内刀座的周向与所述外刀座之间设置有多道焊缝连接区所述内刀座背部的贴合面包括位于中部的后粘合面和位于后粘合面两侧的侧粘合面；在所述后粘合面和侧粘合面二者中，至少一者为倾斜设置。
[0008]通过倾斜的粘合面的布置，能够将剪切应力部分转变为压应力，利用斜面结构承载滚刀传递过来的作用力，大大减少了内外刀箱焊缝处的应力集中，避免滚刀刀箱在受到不稳定冲击载荷情况下，焊缝处出现开裂的问题。
[0009]根据本专利技术复合连接高强度刀箱，优选地，当所述后粘合面为倾斜设置时，所述后粘合面向内倾斜1
‑5°
；当所述侧粘合面为倾斜设置时，所述侧粘合面向内倾斜1
‑5°
。
[0010]根据本专利技术复合连接高强度刀箱，优选地，所述后粘合面为平面，所述侧粘合面为弧面，所述侧粘合面与所述后粘合面平滑过渡连接，在所述装配槽的两侧还设置有焊缝坡口。
[0011]根据本专利技术复合连接高强度刀箱，优选地，还包括连接板，两所述外刀座之间通过两道连接板焊接组对。
[0012]一种复合连接高强度刀箱成型方法，用于上述的复合连接高强度刀箱的制作，具体包括以下步骤：完成外刀座和内刀座的锻造成型，对外刀座和内刀座进行机械粗加工和热处理；对内刀座和外刀座对位组对，并进行粘接和焊接；通过连接板完成两外刀座的焊接，实现刀箱的组对；对刀箱进行精加工。
[0013]根据本专利技术复合连接高强度刀箱成型方法，优选地，在对内刀座进行机械粗加工后，在内刀座的坡口处进行过度焊接堆焊，之后对内刀座进行热处理工艺。
[0014]根据本专利技术复合连接高强度刀箱成型方法，优选地，在所述内刀座和外刀座对位组对时，先在内刀座和外刀座之间注入粘结剂，完成对位后再对内刀座和外刀座进行焊接固定，通过焊接温度使得粘结剂固化、或通过加热炉加热固化。
[0015]根据本专利技术复合连接高强度刀箱成型方法，优选地，在所述内刀座和外刀座对位组对时，先将内刀座和外刀座对位焊接固定，再在内刀座和外刀座之间注入粘结剂；将连接在一起的外刀座和内刀座放入加热炉中进行固化。
[0016]根据本专利技术复合连接高强度刀箱成型方法，优选地，当采用加热炉固化时，加热炉的加热温度为190
‑
260℃，保温1.5
‑
3小时，随后空冷。
[0017]根据本专利技术复合连接高强度刀箱成型方法，优选地，所述外刀座材质为低合金钢，屈服强度≥300MPa；所述内刀箱材质为中碳Cr
‑
Ni
‑
Mo结构钢，通过热处理调整屈服强度≥1000MPa。
[0018]根据本专利技术复合连接高强度刀箱成型方法，优选地，刀箱的组对完成后，进行刀箱整体的热处理。
[0019]采用上述技术方案，所取得的有益效果是：本申请能够使得刀箱材料组织性能具有均一性，避免因感应加热导致的仅仅感应硬化层产生的硬壳，内部屈服强度低、易屈服，而发生压溃变形等的问题。本申请内外刀座复合连接方式，增加内外刀座的连接面积，提高内外刀座连接接头的抗压能力和抗疲劳强度。
[0020]本申请的刀箱结构能够通过左右及背面三个倾斜设置的粘合面将剪切应力部分转变为压应力，利用斜面结构承载滚刀传递过来的作用力，大大减少了内外刀箱焊缝处的应力集中，避免滚刀刀箱在受不稳定冲击载荷情况下，焊缝处出现开裂。
[0021]本申请的刀箱采用粘接+焊接的复合连接方法，通过粘接增加内外刀箱的连接接头面积，相比单纯的焊接，其连接面积提升了5倍以上，大幅度提高结合强度；通过依次进行
的焊接工序，可以将焊接温度逐渐传导到粘接接头，使得粘接剂固化；本申请还可以在焊接后单独注入粘接剂，单独完成固化，完成胶结连接，大大提高了工艺的多样性和可实施性；通过内刀座整体热处理工艺获得高强度内刀座部件，提高了屈服强度和抗拉强度，并且避免出现薄弱部位、防止压溃现象；通过上述方案，避免刀箱压溃和开裂的现象，可实现长距离掘进。
[0022]本专利技术提供的TBM用高强度硬岩滚刀刀箱，其能够使得刀箱使用寿命由2km提高刀10km，降低换刀箱的频率，甚至在小于10km的隧道中不需更换刀箱，降低隧道施工成本，提高隧道施工效率。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下文中将对本专利技术实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本专利技术的一些实施例，而非将本专利技术的全部实施例限制于此。
[0024]图1为本专利技术实施例的内刀座的结构示意图。
[0025]图2为图1的侧视结构示意图。
[0026]图3为图1的俯视结构示意图。
[0027]图4为本专利技术实施例的外刀座的结构示意图。
[0028]图5为图4的A
‑
A向结构示意图。
[0029]图6为图4的俯视结构示意图。
[0030]图7为本专利技术实施例的外刀座和内刀座的焊接结构示意图。
[0031]图8为图7的侧视结构视图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合连接高强度刀箱，其特征在于，包括外刀座，所述外刀座上设置有呈U型的装配槽，两所述外刀座开口相对设置；以及内刀座，两所述外刀座的内侧均设置有内刀座，所述内刀座匹配贴合设置在所述装配槽内，所述内刀座与外刀座之间的贴合面通过粘接剂粘接，在所述内刀座的周向与所述外刀座之间设置有多道焊缝连接区；所述内刀座背部的贴合面包括位于中部的后粘合面和位于后粘合面两侧的侧粘合面；在所述后粘合面和侧粘合面二者中，至少一者为倾斜设置。2.根据权利要求1所述的复合连接高强度刀箱，其特征在于，当所述后粘合面为倾斜设置时，所述后粘合面向内倾斜1
‑5°
；当所述侧粘合面为倾斜设置时，所述侧粘合面向内倾斜1
‑5°
。3.根据权利要求1或2所述的复合连接高强度刀箱，其特征在于，所述后粘合面为平面，所述侧粘合面为弧面，所述侧粘合面与所述后粘合面平滑过渡连接，在所述装配槽的两侧还设置有焊缝坡口。4.根据权利要求1所述的复合连接高强度刀箱，其特征在于，还包括连接板，两所述外刀座之间通过两道连接板焊接组对。5.一种复合连接高强度刀箱成型方法，其特征在于，用于权利要求1
‑
4任一所述的复合连接高强度刀箱的制作，具体包括以下步骤：完成外刀座和内刀座的锻造成型，对外刀座和内刀座进行机械粗加工和热处理；对内刀座和外刀座对位组对，并进行粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚勇，姜海峰，胡岸青，孙堂超，李英发，李焕旭，王锴，曾婧，郭浩，芦海俊，刘延钊，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：