一种硬岩刀盘及掘进机制造技术

本发明专利技术公开了一种硬岩刀盘及掘进机，所述硬岩刀盘包括正向投影轮廓线为平面螺旋线刀盘面板，刀盘面板的中心区域设置有中心滚刀，在径向方向上围绕中心滚刀呈螺旋状布置有若干个正面滚刀。刀盘面板及其上的刀具布置是非对称结构，既能降低设备的震动，避免滚刀出现偏磨、崩刃等异常损坏情况；在旋转驱动系统的驱动作用下，刀盘面板相对掌子面旋转，刀盘面板上设置的中心滚刀和正面滚刀相对掌子面同步转动，中心滚刀和正面滚刀的转动类似于螺旋钻的原理，既具有轴向方向上前进趋势，其切削区又能随螺旋状布置的正面滚刀同中心滚刀一起覆盖整个掌子面，具有高效的破岩效率。具有高效的破岩效率。具有高效的破岩效率。

【技术实现步骤摘要】
一种硬岩刀盘及掘进机


[0001]本专利技术涉及隧道掘进装备
，特别是指一种硬岩刀盘及掘进机。

技术介绍

[0002]由于国内外地下空间开发的积极推进，对全断面硬岩掘进机（TBM）设计也提出了更高的要求。在TBM掘进作业时，刀盘的平衡性直接影响其开挖效率、使用寿命及费用等。在现有技术中，TBM的刀盘采用平面面板，在平面面板上等刀间距布置盘形滚刀，通常在距刀盘中心相同距离的同心圆上只有一把盘形滚刀。
[0003]如申请公布日为2012.00.18、授权公告号为CN102322270A的专利技术专利，公开了一种用于复合地层的盾构刀盘，包括箱体结构的刀盘体，刀盘体的正面安装有滚刀，所述滚刀包括安装在十字形刀梁上的若干单刃标准滚刀、安装在位于十字形刀梁中心区的一字形刀梁上的若干单刃中心滚刀、安装在边缘区域的若干单刃标准滚刀和单刃偏心滚刀，其中的单刃标准滚刀之间、单刃中心滚刀之间、单刃偏心滚刀之间 均关于平面形的刀盘体的中心对称。
[0004]再如授权公告日2019.05.24、授权公告号为CN208900103U的技术专利，公开了一种搭载滚刀破岩的多臂式悬臂掘进机，其悬臂通过转轴与刀盘连接，刀盘上设有滚刀和中心刀具，其滚刀之间和中心刀具之间关于刀盘体的中心对称。
[0005]如上述现有技术所示，盘形滚刀在刀盘上的布置，必须尽可能让刀盘受力均匀，且不受径向载荷的影响。但是，受地质条件等因素的影响，实际工作过程中，平面刀盘受力无法保持均匀，会使设备产生振动，会降低破岩效率，增加设备磨损，进而影响工程进度。

技术实现思路

[0006]针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种硬岩刀盘及掘进机，解决了现有硬岩刀盘受自身结构和地质条件的影响，在施工过程中无法保持受力均匀而导致设备产生振动、影响施工进度的技术问题。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种硬岩刀盘，包括刀盘面板，所述刀盘面板的正向投影轮廓线为平面螺旋线，刀盘面板的中心区域设置有中心滚刀，在径向方向上围绕中心滚刀呈螺旋状布置有若干个正面滚刀。刀盘面板及其上的刀具布置是非对称结构，既能降低设备的震动，避免滚刀出现偏磨、崩刃等异常损坏情况；在旋转驱动系统的驱动作用下，刀盘面板相对掌子面旋转，刀盘面板上设置的中心滚刀和正面滚刀相对掌子面同步转动，中心滚刀和正面滚刀的转动类似于螺旋钻的原理，既具有轴向方向上前进趋势，其切削区又能随螺旋状布置的正面滚刀同中心滚刀一起覆盖整个掌子面，具有高效的破岩效率。
[0008]进一步地，所述中心滚刀的刀刃高度高于正面滚刀的刀刃高度，构造出柱状螺旋结构的切削形式，既强化了轴向向前的运动趋势，又能够在掌子面的不同深度同步破岩，可在掌子面中心部位超前破岩降低岩石整体强度，便于刀刃高度较低的正面滚刀后续破岩，进一步提高了破岩效率和破岩能力。
[0009]进一步地，所述中心滚刀设置有若干个，各个中心滚刀的刀刃高度相同，进一步保证破岩前期的接触阶段设备的稳定性；或者各个中心滚刀的高度沿中心区域的中心向四周逐渐降低，由于破岩前期的接触阶段时间较短，影响较小，将中心滚刀设置为具有高度差的形式可以进一步强化破岩能力和破岩效率。
[0010]进一步地，所述正面滚刀的刀刃高度沿螺旋状依次降低，提升了设备整个破岩过程中的稳定性和向前运动的趋势，同时也使得正面滚刀对掌子面的切削点位在径向和轴向上均连续，进一步地强化了破岩能力和破岩效率。
[0011]进一步地，所述刀盘面板在轴向方向上呈螺旋状，可以在正面滚刀规格统一的前提下，所述正面滚刀的刀刃高度通过刀盘面板的螺距依次降低。即在正面滚刀的刀刃高度沿螺旋状依次降低的前提下，简化了零部件种类，使正面滚刀规格统一，节省了制造成本、安装成本和维护成本，也提高了装配效率和维护效率，进一步提升了施工效率。
[0012]进一步地，所述正面滚刀的刀刃高度通过不同规格的滚刀或/和不同规格的滚刀座或/和不同轴向位置的滚刀座依次降低，即简化了刀盘面板的结构。
[0013]进一步地，相邻的正面滚刀的刀刃高度差为5
‑
50mm，可以根据不同掘进设备、地质条件及开挖截面可以选择不同的高度差。
[0014]进一步地，在径向方向上，相邻的正面滚刀关于中心滚刀的夹角相等。
[0015]进一步地，相邻的正面滚刀相对刀盘面板中心的半径差相等或相邻的正面滚刀相对刀盘面板中心的半径差的增长率相同。
[0016]一种掘进机，为悬臂掘进机或全断面掘进机，为悬臂掘进机时，悬臂掘进机的悬臂连接有主轴臂，主轴臂通过上述的刀盘面板连接上述的硬岩刀盘；为全断面掘进机时，全断面掘进机的主驱动连接上述的硬岩刀盘的刀盘面板，刀盘面板上设置有出渣口。
[0017]进一步地，所述出渣口设置有若干个，各个出渣口分别设置在两个正面滚刀（3）之间的区域且沿径向方向延伸，使多个出渣口成为螺旋状排布，与螺旋状排布的正面滚刀3及螺旋状的刀盘面板1相适应，相对于传统刀盘破岩具有更加高效的排渣效率，使破碎后的渣土快速排出，进一步降低了滚刀出现偏磨、崩刃等异常损坏的发生概率，也进一步地提升了施工效率。
[0018]本专利技术技术方案的有益效果包括：1、改变传统平面刀盘的结构形式，将刀盘面板和刀具布局设计为轴向和径向上的螺旋结构，破岩效率高，能提高硬岩开挖效率，实现隧道开挖设备的高效率；3、中心滚刀和正面滚刀相互配合，使中心滚刀先接触掌子面，正面滚刀后接触掌子面，提高了整个掘进施工过程的稳定性和破岩能力；2、整体结构和刀具的布置为非对称形状，设备的震动也会减少，避免滚刀出现偏磨、崩刃等异常损坏情况。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术中硬岩刀盘与主轴臂装配后的立体图；
图2为图1的正视图；图3为图1的侧视图；图4为本专利技术的中心滚刀和正面滚刀轨迹的径向分布图；图5为使用硬岩刀盘开挖的模拟图；图中：1、刀盘面板：101、正向投影轮廓线，102、出渣口，103、中心区域，104、螺距面，105、安装孔；2、中心滚刀：201、#1滚刀，202、#2滚刀，203、#3滚刀，204、#4滚刀，205、中心刀箱；3、正面滚刀：305、#5滚刀，306、#6滚刀，307、#7滚刀，308、#8滚刀，309、#9滚刀，310、#10滚刀，311、#11滚刀，312、#12滚刀；4、滚刀座；5、出渣口；6、连接法兰；7、主轴臂；8、掌子面；α、正面滚刀径向夹角。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬岩刀盘，包括刀盘面板（1），其特征在于：所述刀盘面板（1）的正向投影轮廓线（101）为平面螺旋线，刀盘面板（1）的中心区域设置有中心滚刀（2），在径向方向上围绕中心滚刀（2）呈螺旋状布置有若干个正面滚刀（3）。2.根据权利要求1所述的硬岩刀盘，其特征在于：所述中心滚刀（2）的刀刃高度高于正面滚刀（3）的刀刃高度。3.根据权利要求2所述的硬岩刀盘，其特征在于：所述中心滚刀（2）设置有若干个，各个中心滚刀（2）的刀刃高度相同，或者各个中心滚刀（2）的高度沿中心区域的中心向四周逐渐降低。4.根据权利要求1
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3任一项所述的硬岩刀盘，其特征在于：所述正面滚刀（3）的刀刃高度沿螺旋状依次降低。5.根据权利要求4所述的硬岩刀盘，其特征在于：所述刀盘面板（1）在轴向方向上呈螺旋状，所述正面滚刀（3）的刀刃高度通过刀盘面板（1）的螺距依次降低。6.根据权利要求4所述的硬岩刀盘，其特征在于：所述正面滚刀（3）的刀刃高度通过不同规格的滚刀或/和不同规格的滚刀座或/和不同轴向位置的滚刀座（4）依次降低。7.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，
申请(专利权)人：中铁高新工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：