CN103016016A

CN103016016A - 一种用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统

Info

Publication number: CN103016016A
Application number: CN2012105799990A
Authority: CN
Inventors: 魏正英; 卢秉恒; 耿麒; 杜军
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明提供了一种用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，包括中空柱形结构的一级刀盘盾体和二级刀盘盾体，一级刀盘盾体和二级刀盘盾体上分别安装有刀盘盘面为环形结构的一级刀盘和二级刀盘，一级刀盘盾体通过滑动装置安装于二级刀盘盾体的内腔中，两级刀盘可以分别独立工作，工作时每级刀盘承载负荷小，提高结构的强度和刚度和载荷分布的均衡；刀盘系统具有三种工作模式，可以针对不同的地质条件，选择相应的工作方式，提高了刀盘的适应性掘进能力，同时提高了掘进安全性和掘进效率。

Description

一种用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统

技术领域

本发明属于隧道开凿领域，涉及一种隧道掘进机，特别涉及一种用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统。

背景技术

全断面岩石掘进机，通常简称隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，缩写为TBM）,是一种用于圆形断面隧（巷）道、采用滚压式切削盘在全断面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一体的大型综合掘进机械，现已成为国外较长隧道（>3km）开挖普遍采用的方法，其开挖隧（巷）道直径一般为2.5~10m，岩石单轴抗压强度为50~350MPa。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构强度高、工作方式灵活、掘进适应性强的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

包括设置在盾壳内中空柱形结构的一级刀盘盾体和二级刀盘盾体，一级刀盘盾体和二级刀盘盾体内分别安装有刀盘盘面为环形结构的一级刀盘系统和二级刀盘系统，一级刀盘盾体通过滑动装置安装于二级刀盘盾体的内腔中，一级刀盘盾体内腔中设置有排渣装置。

所述滑动装置包括均布在二级刀盘盾体内壁的多个直线滑轨，和沿一级刀盘盾体外圆周设置的多个与直线滑轨配合的直线滑块。

所述的一级刀盘系统包括一级刀盘支撑件和固定在一级刀盘支撑件前端面的一级刀盘盘面，一级刀盘支撑件后端与一级刀盘转接座固定连接，一级刀盘转接座外壁套装有一级刀盘主轴承，一级刀盘转接座通过一级刀盘主轴承安装在一级刀盘盾体内，在一级刀盘盾体内设置有呈环形分布的多个驱动一级刀盘旋转的一级驱动装置，一级刀盘盾体后端安装有一级推进系统。

所述的一级驱动装置包括第一主驱动电机，第一主驱动电机上安装有第一离合器，第一离合器连接有第一减速机，第一减速机通过第一联轴器安装有第一驱动齿轮，所述一级刀盘转接座内壁上设置有第一齿圈，第一驱动齿轮与第一齿圈啮合；所述一级推进系统由呈环形分布的多个一级刀盘驱动液压缸组成。

所述一级刀盘盘面自内向外依次设置有一级刀盘中心刀、正刀和边缘滚刀。

所述二级刀盘系统包括二级刀盘支撑件以及设置在二级刀盘支撑前端面的二级刀盘盘面，二级刀盘支撑件后端与二级刀盘转接座固定连接，二级刀盘转接座外壁套装有二级刀盘主轴承及二级刀盘主轴承密封，二级刀盘转接座通过二级刀盘主轴承安装在二级刀盘盾体内，在二级刀盘盾体内设置有呈环形分布的多个驱动二级刀盘旋转的二级驱动装置，二级刀盘盾体后端安装有二级推进系统。

所述中空柱形结构的二级刀盘盾体内壁与二级刀盘支撑件之间安装有推力滚子轴承。

所述二级驱动装置包括第二主驱动电机，第二主驱动电机上安装有第二离合器，第二离合器连接有第二减速机，第二减速机通过第二联轴器安装第二驱动齿轮，所述二级刀盘转接座内壁设置有第二齿圈，第二驱动齿轮与第二齿圈啮合；所述二级推进系统由多个呈环形分布的二级刀盘驱动液压缸组成。

所述二级刀盘盘面边缘自内向外分别设置有二级刀盘内圈边缘滚刀、二级刀盘正刀和二级刀盘外圈边缘滚刀。

所述排渣装置为通过皮带输送渣土的皮带出渣机。

本发明的刀盘系统，包括两级刀盘、两级刀盘分别安装有独立的刀盘主驱动和推进系统，刀盘系统整体结构形式为内嵌阶梯式，两级刀盘通过滑动装置连接，两级刀盘共用安装于第一级刀盘系统内侧的出碴装置出渣，由于推进和驱动系统独立，可以实现三种工作模式。第一级刀盘先掘进-第二级刀盘跟进掘进；第二级刀盘先掘进-第一级刀盘跟进掘进；两级刀盘同时掘进；相比传统刀盘系统具有以下优点：

（1）阶梯式分布的刀盘结构形式相比传统的平面式刀盘，能在很大程度上提高结构的强度和刚度和载荷分布的均衡性，使得刀盘不致因受力过大，受力不均而变形甚至开裂。

（2）该刀盘系统具有三种工作模式，因为两级刀盘驱动和推进系统独立，所以其刀盘转速和切深可以单独控制，针对不同的地质条件，选择相应的工作方式，提高了刀盘的适应性掘进能力。

（3）采用分级掘进的工作方式，第一级先进第二级后进时，第一级掘进后，围岩的中心卸载围压，同时洞壁产生预制裂纹，有利于第二级掘进时的岩石破碎，提高掘进效率。

（4）第二级先进第一级后进时，第二级掘进后，对第一级而言，岩体不存在围压，消除了高围压导致的岩爆现象，提高了掘进安全性，同时提高掘进效率。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明的主视结构示意图；

其中：二级刀盘支撑件1，盾壳2，二级刀盘转接座3，主轴承密封4，二级刀盘主轴承5，第二齿圈6，第二驱动齿轮7，第二联轴器8，第二减速机9，第二离合器10，第二主驱动电机11，二级刀盘驱动液压缸12，皮带出碴机13，直线滑轨14，直线滑块15，二级刀盘盾体16、一级刀盘盾体17，一级刀盘驱动液压缸18，第一主驱动电机19，第一离合器20，第一减速机21，第一联轴器22，第一驱动齿轮23，第一齿圈24，一级刀盘主轴承25，推力滚子轴承26，二级刀盘外圈边缘滚刀27，二级刀盘盘面28，二级刀盘边缘滚刀29，一级刀盘边缘滚刀30，正刀31，中心刀32，一级刀盘盘面33，一级刀盘支撑件34，二级刀盘正刀35。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

如图1和图2所示，本发明包括设置在盾壳2内中空柱形结构的一级刀盘盾体17和二级刀盘盾体16，一级刀盘盾体17和二级刀盘盾体16上分别安装有刀盘盘面为环形结构的一级刀盘系统和二级刀盘系统，二级刀盘盾体16内壁沿周向均匀开置有多个直线滑轨14，一级刀盘盾体17外圆周设置有多个与直线滑轨14配合的直线滑块15，一级刀盘盾体17通过直线滑轨14和直线滑块15安装于二级刀盘盾体16的内腔中，一级刀盘盾体17内腔中设置有通过皮带输送渣土的皮带出渣机13。

本发明的一级刀盘系统包括一级刀盘支撑件34和固定在一级刀盘支撑件34前端面的一级刀盘盘面33，一级刀盘盘面33自内向外依次设置有一级刀盘中心刀32、正刀31和边缘滚刀30，一级刀盘支撑件34后端与一级刀盘转接座固定连接，一级刀盘转接座外壁套装有一级刀盘主轴承25，一级刀盘转接座通过一级刀盘主轴承25安装在一级刀盘盾体17内，在一级刀盘盾体17内设置有呈环形分布的多个驱动一级刀盘旋转的一级驱动装置，一级驱动装置包括第一主驱动电机19，第一主驱动电机19上安装有第一离合器20，第一离合器20连接有第一减速机21，第一减速机21通过第一联轴器22安装有第一驱动齿轮23，所述一级刀盘转接座内壁上设置有第一齿圈24，第一驱动齿轮23与第一齿圈24啮合；一级刀盘盾体17后端安装有呈环形分布的多个一级刀盘驱动液压缸18。

所述二级刀盘系统包括二级刀盘支撑件1以及设置在二级刀盘支撑1前端面的二级刀盘盘面28，二级刀盘盘面28自内向外分别设置有二级刀盘内圈边缘滚刀29、二级刀盘正刀35和二级刀盘外圈边缘滚刀27；二级刀盘支撑件1后端与二级刀盘转接座3固定连接，二级刀盘转接座3外壁套装有二级刀盘主轴承5及二级刀盘主轴承密封4，二级刀盘转接座3通过二级刀盘主轴承5安装在二级刀盘盾体16内，在二级刀盘盾体16内沿圆周均匀设置有呈环形分布的多个驱动二级刀盘旋转的二级驱动装置，二级驱动装置包括第二主驱动电机11，第二主驱动电机11上安装有第二离合器10，第二离合器10连接有第二减速机9，第二减速机9通过第二联轴器8安装第二驱动齿轮7，所述二级刀盘转接座3内壁设置有第二齿圈6，第二驱动齿轮7与第二齿圈6啮合；二级刀盘盾体16后端安装有呈环形分布的多个二级刀盘驱动液压缸12。

所述中空柱形结构的二级刀盘盾体16内壁与二级刀盘支撑件1之间安装有推力滚子轴承26，起到进一步固定刀盘的作用，使刀盘安装更加可靠。

一级刀盘开挖直径为D1，第二级刀盘开挖直径为D2，两级刀盘的一个工作行程均为a，刀盘部分轴向长度为2a，护盾部分轴向长度为2a，直线滑块长度为a，直线滑轨长度为2a。

工作方式详述如下：该结构形式刀盘系统可实现三种掘进工作模式——第一级刀盘先掘进-第二级刀盘跟进掘进；第二级刀盘先掘进-第一级刀盘跟进掘进；两级刀盘同时掘进。（1）工作初始两级刀盘面共面，第一级刀盘在其驱动和推进系统组合作用下，向前掘进一个行程a；驱动和推进系统停止工作，第一级刀盘停止掘进；第二级刀盘向前掘进一个行程a，直两级刀盘面共面，完成该刀盘系统一个掘进行程；（2）工作初始两级刀盘面共面，第二级刀盘在其驱动和推进系统组合作用下，向前掘进一个行程a；驱动和推进系统停止工作，第二级刀盘停止掘进；第一级刀盘向前掘进一个行程a，直两级刀盘面共面，完成该刀盘系统一个掘进行程；（3）工作初始两级刀盘面共面，第一级与第二级推进和驱动系统同时工作，使得两级刀盘保持相同掘进速度，两级刀盘面始终保持共面状态；刀盘系统一个掘进行程为a。

本发明所述的刀盘系统两级刀盘可以分别独立工作，工作时每级刀盘承载负荷小，提高结构的强度和刚度和载荷分布的均衡，使得刀盘不致因受力过大，受力不均而变形甚至开裂；刀盘系统具有三种工作模式，可以针对不同的地质条件，选择相应的工作方式，提高了刀盘的适应性掘进能力，同时提高了掘进安全性和掘进效率。

Claims

1.一种用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：包括设置在盾壳（2）内中空柱形结构的一级刀盘盾体（17）和二级刀盘盾体（16），一级刀盘盾体（17）和二级刀盘盾体（16）内分别安装有刀盘盘面为环形结构的一级刀盘系统和二级刀盘系统，一级刀盘盾体（17）通过滑动装置安装于二级刀盘盾体（16）的内腔中，一级刀盘盾体（17）内腔中设置有排渣装置。

2.根据权利要求1所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述滑动装置包括均布在二级刀盘盾体（16）内壁的多个直线滑轨（14），和沿一级刀盘盾体（17）外圆周设置的多个与直线滑轨（14）配合的直线滑块（15）。

3.根据权利要求1或2所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述的一级刀盘系统包括一级刀盘支撑件（34）和固定在一级刀盘支撑件（34）前端面的一级刀盘盘面（33），一级刀盘支撑件（34）后端与一级刀盘转接座固定连接，一级刀盘转接座外壁套装有一级刀盘主轴承（25），一级刀盘转接座通过一级刀盘主轴承（25）安装在一级刀盘盾体（17）内，在一级刀盘盾体（17）内设置有呈环形分布的多个驱动一级刀盘旋转的一级驱动装置，一级刀盘盾体（17）后端安装有一级推进系统。

4.根据权利要求3所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述的一级驱动装置包括第一主驱动电机（19），第一主驱动电机（19）上安装有第一离合器（20），第一离合器（20）连接有第一减速机（21），第一减速机（21）通过第一联轴器（22）安装有第一驱动齿轮（23），所述一级刀盘转接座内壁上设置有第一齿圈（24），第一驱动齿轮（23）与第一齿圈（24）啮合；所述一级推进系统由呈环形分布的多个一级刀盘驱动液压缸（18）组成。

5.根据权利要求3所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述一级刀盘盘面（33）自内向外依次设置有一级刀盘中心刀（32）、正刀（31）和边缘滚刀（30）。

6.根据权利要求1或2所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述二级刀盘系统包括二级刀盘支撑件（1）以及设置在二级刀盘支撑（1）前端面的二级刀盘盘面（28），二级刀盘支撑件（1）后端与二级刀盘转接座（3）固定连接，二级刀盘转接座（3）外壁套装有二级刀盘主轴承（5）及二级刀盘主轴承密封（4），二级刀盘转接座（3）通过二级刀盘主轴承（5）安装在二级刀盘盾体（16）内，在二级刀盘盾体（16）内设置有呈环形分布的多个驱动二级刀盘旋转的二级驱动装置，二级刀盘盾体（16）后端安装有二级推进系统。

7.根据权利要求6所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述中空柱形结构的二级刀盘盾体（16）内壁与二级刀盘支撑件（1）之间安装有推力滚子轴承（26）。

8.根据权利要求6所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述二级驱动装置包括第二主驱动电机（11），第二主驱动电机（11）上安装有第二离合器（10），第二离合器（10）连接有第二减速机（9），第二减速机（9）通过第二联轴器（8）安装第二驱动齿轮（7），所述二级刀盘转接座（3）内壁设置有第二齿圈（6），第二驱动齿轮（7）与第二齿圈（6）啮合；所述二级推进系统由多个呈环形分布的二级刀盘驱动液压缸（12）组成。

9.根据权利要求6所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述二级刀盘盘面（28）边缘自内向外分别设置有二级刀盘内圈边缘滚刀（29）、二级刀盘正刀（35）和二级刀盘外圈边缘滚刀（27）。

10.根据权利要求1所述的用于全断面岩石掘进机的两级阶梯式刀盘系统，其特征在于：所述排渣装置为通过皮带输送渣土的皮带出渣机（13）。