一种竖井全断面掘进机滚刀结构及刀圈设计方法、掘进机技术

本发明专利技术提供一种竖井全断面掘进机滚刀结构及刀圈设计方法、掘进机，其中所述滚刀结构包括刀圈，刀圈为环状结构，并且刀圈的内侧面设计为形状曲线u1(y)，刀圈的外侧面设计为形状曲线u2(y)，形状曲线u1与形状曲线u2关系为：u2(y)＝u1(

【技术实现步骤摘要】
一种竖井全断面掘进机滚刀结构及刀圈设计方法、掘进机


[0001]本专利技术属于竖井全断面掘进机滚刀
，具体涉及一种竖井全断面掘进机滚刀结构及刀圈设计方法、掘进机。

技术介绍

[0002]在设计全断面竖井掘进机时，为了方便集渣，往往将刀盘设计为锥形、W形或者其他非平面类型的刀盘，如图1所示，现有技术中一般采用的滚刀与岩石正交接触的方法；由于竖井全断面掘进机的最大推力方向一定是沿着井筒轴线方向，此时掘进机推力与刀轴呈一个非正交角度，导致刀轴会受到较大的弯矩，刀圈也会因为受载不均导致偏磨现象严重，采用特种材料的进口刀具可以缓解这一现象，但仍无法大幅改善这一现状。
[0003]如图2所示，为采用滚刀刀轴与掘进机推力为90
°
时，此时滚刀会与岩石呈一个非正交接触的角度，此时如果采用隧道掘进机采用的普通刀圈，也会导致刀轴受到额外的弯矩和偏心载荷，促使刀轴寿命缩短，刀圈偏磨现象严重。
[0004]现有技术中，在竖井掘进过程中，破碎的岩渣依靠重力沿着岩石斜面滑落到最底端处由刮刀收集后提升排除，但部分岩渣与未破碎岩体之间摩擦力的作用，不能及时滑落，这将导致滚刀不能直接接触到岩石，滚刀对先前形成的岩渣造成二次破碎，降低的掘进效率，同时也会造成滚刀受偏心载荷的作用，影响滚刀的寿命。
[0005]基于上述全断面竖井掘进机滚刀中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种竖井全断面掘进机滚刀结构及刀圈设计方法、掘进机，旨在解决现有掘进机滚刀工作中受力不均匀的问题。
[0007]本专利技术提供一种竖井全断面掘进机滚刀结构，所述滚刀结构包括刀圈，刀圈为环状结构，并且刀圈的内侧面设计为形状曲线u1，刀圈的外侧面设计为形状曲线u2，形状曲线u1与形状曲线u2关系为：u2(y)＝u1(
‑
y)
‑
2ky；其中，k为掌子面岩体表面的斜率，y为距离滚刀中轴线的距离。
[0008]进一步地，形状曲线u1是直线或圆弧或抛物线，并且形状曲线u1与形状曲线u2相互为非对称面。
[0009]进一步地，刀圈的根部棱边为倒圆角结构。
[0010]进一步地，刀圈的中心线两侧的宽度一致。
[0011]进一步地，斜率k值为滚刀刀刃接岩角的余切值。
[0012]进一步地，滚刀结构包括刀轴、刀盖以及刀圈基体；刀盖设置于刀轴上，并能够安装刀圈基体；刀圈基体为环状结构，且套接固定在刀轴的刀盖上；刀圈基体的两侧面形成刀圈。
[0013]进一步地，滚刀结构包括刀毂；刀盖包括上刀盖和下刀盖，上刀盖和下刀盖分别为
环形结构，上刀盖与刀轴一体成型，下刀盖通过紧固螺栓套接固定在刀轴上；上刀盖和下刀盖之间形成环形腔体，刀毂通过轴承组件固定设置于环形腔体内，刀圈基体通过挡圈固定套接在刀毂的外侧；形状曲线u1与上刀盖位于同一侧，形状曲线u2与下刀盖位于同一侧。
[0014]进一步地，轴承组件包括轴承内圈、轴承外圈以及轴承；两个轴承外圈固定于刀毂和轴承之间的两侧，两个轴承内圈固定于轴承和刀轴外壁之间的两侧；刀毂和轴承外圈之间设置有O型圈；两个轴承内圈之间设置有隔圈；轴承外圈与刀盖之间设有密封圈；下刀盖的侧壁上还设有油塞。
[0015]进一步地，刀圈基体采用40CrNiMo或者4Cr5MoSiV1制成。
[0016]进一步地，刀圈基体通过热处理和WC涂层进行强化处理。
[0017]相应地，本专利技术还提供一种竖井全断面掘进机滚刀刀圈设计方法，所述设计方法包括以下步骤：
[0018]S：设计滚刀的刀圈的内侧面为形状曲线u1；
[0019]S：设计滚刀的刀圈的外侧面为形状曲线u2；其中，形状曲线u1与形状曲线u2关系为：u2(y)＝u1(
‑
y)
‑
2ky；其中，k为掌子面岩体表面的斜率，y为距离滚刀中轴线的距离。
[0020]进一步地，形状曲线u1是直线或圆弧或抛物线，并且形状曲线u1与形状曲线u2相互为非对称面。
[0021]进一步地，设计方法包括：对刀圈的根部棱边进行倒圆角设计。
[0022]进一步地，刀圈的中心线两侧的宽度一致。
[0023]进一步地，斜率k值为滚刀刀刃接岩角的余切值。
[0024]进一步地，刀圈采用40CrNiMo或者4Cr5MoSiV1制成。
[0025]进一步地，刀圈通过热处理和WC涂层进行强化处理。
[0026]相应地，本专利技术还提供一种掘进机，包括滚刀、刀盘以及清理刷；滚刀为上述权利要求至的竖井全断面掘进机滚刀结构；刀盘内设有安装腔，滚刀的刀刃竖直向下，并通过其刀轴固定在安装腔的刀座上；清理刷设置于刀盘内，并位于滚刀切割方向的前端；在滚刀破岩时，刀盘能够带动清理刷和滚刀绕掘进机中心公转，从而使清理刷的刷毛与岩石面紧贴，将岩石表面的浮渣清理干净。
[0027]安装腔内的两侧分别设有左侧刀座和右侧刀座；滚刀的刀刃竖直向下，并通过其刀轴的两端分别固定在左侧刀座和右侧刀座的预定位置；和/或，清理刷采用化纤和金属丝制成；和/或，清理刷与滚刀的切割方向呈30
°
至60
°
；和/或，清理刷的底部与岩石表面保持贴合；和/或，清理刷与刀轴的夹角α为：30
°
≤α≤60
°
。
[0028]本专利技术提供的方案，能够有效避免刀轴受到额外弯矩，并在此基础上，通过将滚刀上的上刀盖与刀轴一体化设计，增加滚刀的整体性，提高偏心受载能力；同时，在滚刀前侧安装浮渣清理刷，能够避免岩渣的二次破碎，减小滚刀偏心受载的工况，提高滚刀的寿命。
附图说明
[0029]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]以下将结合附图对本专利技术作进一步说明：
[0031]图1为现有技术滚刀受力分析图；
[0032]图2为现有技术滚刀竖直安装时受偏载的受力分析图；
[0033]图3为本专利技术一种竖井全断面掘进机滚刀结构实施例一剖面示意图；
[0034]图4为本专利技术一种竖井全断面掘进机滚刀结构实施例二剖面示意图；
[0035]图5为本专利技术掘进机工作示意图；
[0036]图6为本专利技术一种竖井全断面掘进机滚刀安装方式示意图；
[0037]图7为本专利技术清理刷槽孔布设示意图；
[0038]图8为本专利技术清理刷的结构示意图。
[0039]图中：1
‑
滚刀；101
‑
刀轴；102
‑
轴承内圈；103
‑
密封圈；104
‑
挡圈；105
‑
刀圈基体；106
‑
滚刀刀刃；107
‑
刀毂；108
‑
O型圈；109
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种竖井全断面掘进机滚刀结构，其特征在于，所述滚刀结构包括刀圈，所述刀圈为环状结构，并且所述刀圈的内侧面设计为形状曲线u1，所述刀圈的外侧面设计为形状曲线u2，所述形状曲线u1与所述形状曲线u2关系为：u2(y)＝u1(
‑
y)
‑
2ky；其中，k为掌子面岩体表面的斜率，y为距离滚刀中轴线的距离。2.根据权利要求1所述的竖井全断面掘进机滚刀结构，其特征在于，所述形状曲线u1是直线或圆弧或抛物线，并且所述形状曲线u1与所述形状曲线u2相互为非对称面；和/或，所述刀圈的根部棱边为倒圆角结构；和/或，所述刀圈的中心线两侧的宽度一致；和/或，所述斜率k值为滚刀刀刃(106)接岩角的余切值。3.根据权利要求1或2所述的竖井全断面掘进机滚刀结构，其特征在于，所述滚刀结构包括刀轴(101)、刀盖以及刀圈基体(105)；所述刀盖设置于所述刀轴(101)上，并能够安装所述刀圈基体(105)；所述刀圈基体(105)为环状结构，且套接固定在所述刀轴(101)的所述刀盖上；所述刀圈基体(105)的两侧面形成所述刀圈。4.根据权利要求3所述的竖井全断面掘进机滚刀结构，其特征在于，所述滚刀结构包括刀毂(107)；所述刀盖包括上刀盖(115)和下刀盖(110)，所述上刀盖(115)和所述下刀盖(110)分别为环形结构，所述上刀盖(115)与所述刀轴(101)一体成型，所述下刀盖(110)通过紧固螺栓(112)套接固定在所述刀轴(101)上；所述上刀盖(115)和所述下刀盖(110)之间形成环形腔体，所述刀毂(107)通过轴承组件固定设置于所述环形腔体内，所述刀圈基体(105)通过挡圈(104)固定套接在所述刀毂(107)的外侧；所述形状曲线u1与所述上刀盖(115)位于同一侧，所述形状曲线u2与所述下刀盖(110)位于同一侧。5.根据权利要求4所述的竖井全断面掘进机滚刀结构，其特征在于，所述轴承组件包括轴承内圈(102)、轴承外圈(109)以及轴承113；两个所述轴承外圈(109)固定于所述刀毂(107)和所述轴承(113)之间的两侧，两个所述轴承内圈(102)固定于所述轴承(113)和所述刀轴(101)外壁之间的两侧；所述刀毂(107)和所述轴承外圈(109)之间设置有O型圈(108)；两个所述轴承内圈(102)之间设置有隔圈(114)；所述轴承外圈(109)与所述刀盖之间设有密封圈(103)；所述下刀盖(110)的侧壁上还设有油塞(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仁树，康一强，杨立云，束杨帅，陈骏，姚满，廖金军，谢铮，陆鹏举，刘宁，张鲁鲁，杨明，满东辉，张鹏，邵安林，李光，姚强，
申请(专利权)人：北京科技大学中国铁建重工集团股份有限公司中煤第三建设集团有限责任公司鞍钢集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：