CN103256057B - 刀头的盘形刀具更换装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种刀头的盘形刀具更换装置和方法，作业人员能安全地更换盘形刀具、能以所需间距配置盘形刀具且较便宜。在经由固定板(34)把旋转自如地支承更换式的双盘形刀具(18A)的座架(30)安装于安装台(31)而构成的刀头(12)中，设置更换装置(40)，其可在刀头后方的大气压下的刀盘辐条(16)内为每个座架更换双盘形刀具，并且更换装置包括：刀闸阀(42)，其可自由装卸地与安装台的后端开口部连接来代替固定板；更换引导件(44)，其可自由装卸地与该刀闸阀的后部连接以引导座架相对于安装台的进退移动；以及装卸千斤顶(43)，其安装在该更换引导件上以使座架进退移动。

Description

刀头的盘形刀具更换装置和方法

技术领域

本发明涉及隧道挖掘机中的刀头的盘形刀具更换装置和方法。

背景技术

众所周知，一般来说，在土压式盾构挖掘机等中，为了防止刀头的刀片相对于砾石层发生缺损或剥离，同时采用盘形刀具（也称为牙轮钻头）。即，在刀头的前表面部上用螺栓或楔子等固定安装盘形刀具。

而且，当挖进岩盘层、巨砾石层且挖进距离较长时，盘形刀具会发生磨损和损耗，需要更换盘形刀具。以往，在这样的情况下，作业人员进入由刀头与挖掘机本体的隔壁划分成的腔室内，拆下螺栓、楔子等固定件而更换盘形刀具。

因此，存在这样的问题点：在土壤压力和水压作用的条件下，需要进行腔室内的压气作业，作业环境变恶劣，并且如果土壤压力和水压进一步变高，由于作业环境方面的原因，也不能进行压气作业，不能进行盘形刀具的更换。

另外，也有这样的方法：向前方的未挖掘的地基中注入地基改良剂，还对前方的地基施以冻结处理等进行地基改良，在成为水、沙土等不会流入腔室内的状态后，作业人员进入腔室内更换盘形刀具。

但是，根据这种方法，存在这样的问题点：由于在进行地基改良后更换盘形刀具，所以成本变高，另外，由于到地基改良完成为止要花费相当长的时间，所以用于更换作业的时间变长，结果隧道施工时间也增长。

因此，近年来，在专利文献1等中公开了能更换盘形刀具而无需压气作业或地基改良的技术。

这是这样一种技术，把用于枢转支承盘形刀具的筒状支承体可自由抽出与插入地嵌装在固定设置于刀头的面板等上的筒状安装台中，并且经由液压驱动的刀闸阀把移除引导件安装在筒状安装台上，通过关闭刀闸阀，作业人员能在刀头后方的大气压下的构造体（刀盘辐条等）内安全地进行盘形刀具的更换作业。

专利文献1：德国第4408992号专利说明书

发明内容

但是，在专利文献1等公开的盘形刀具更换装置中，存在这样的问题点，由于按每个盘形刀具把液压驱动的刀闸阀、移除引导件等更换装置安装到刀头上，根据其安装方法，由于更换装置的大小（刀闸阀的千斤顶行程等），盘形刀具的安装间隔（间距）大幅度地受限制，不能有效地把多个盘形刀具配置到刀头上，并且花费在更换装置上的费用增加。

因此，本发明的目的在于提供一种刀头的盘形刀具更换装置和方法，使得作业人员能安全地更换盘形刀具、能以所需间距配置盘形刀具且较便宜。

用于达成该目的的依据本发明的刀头的盘形刀具更换装置的特征在于，在经由固定板把旋转自如地支承盘形刀具的座架安装于安装台而构成的刀头中，

设置更换装置，其可在刀头后方的大气压下的构造体内为每个座架更换上述盘形刀具，并且

上述更换装置包括：刀闸阀，其可自由装卸地与上述安装台的后端开口部连接来代替上述固定板；更换引导件，其可自由装卸地与该刀闸阀的后部连接而引导上述座架相对于上述安装台的进退移动；以及装卸千斤顶，其安装在该更换引导件上而使上述座架进退移动。

另外，特征在于，

上述更换装置包括在对上述安装台安装、移除上述固定板时把上述座架临时固定在安装台上的限制器。

另外，特征在于，

上述更换装置构成为：当利用螺栓在上述安装台上拆装上述刀闸阀时，可在打开其阀体的状态下从刀闸阀的后方利用螺栓插通孔来安装、移除。

另外，特征在于，

上述更换装置构成为：在使上述刀闸阀和更换引导件滑动并更换上述座架时，使用由多段构成的间隔件，分多次工序取出和放入间隔件。

另外，特征在于，

更换杆可自由装卸地安装在位于上述最后段的间隔件与上述装卸千斤顶的伸缩杆前端之间，并且该更换杆由可自由装卸地安装在上述更换引导件上的多个引导棒引导。

另外，特征在于，

上述盘形刀具为从刀头的后侧安装的所谓后装载型，挖掘沙土通过形成在刀头的前壁部的去沙土通路进入腔室内。

另外，特征在于，

上述盘形刀具为从刀头的前侧安装的所谓前装载型，挖掘沙土通过形成在刀头的刀具安装面的逃逸空间进入腔室内。

用于达成该目的的依据本发明的刀头的盘形刀具更换方法的特征在于，把上述更换装置用于刀头上，该刀头是在刀盘辐条上配置刀头的中间部的盘形刀具并在面板上配置周边部的盘形刀具的刀头。

依据本发明的刀头的盘形刀具更换装置和方法，作业人员能通过关闭刀闸阀，在刀头后方的大气压下的构造体内，安全地更换盘形刀具。

另外，由于更换装置的刀闸阀、带有装卸千斤顶的更换引导件等为拆装式，仅在盘形刀具的更换时再利用等并能够利用，刀闸阀、带有装卸千斤顶的更换引导件等像固定式那样更换装置彼此之间没有干涉，且能以所需间距配置盘形刀具，并且花费在更换装置的费用较少。

附图说明

图1是示出本发明实施例1的盘形刀具更换装置的整体侧视图。

图2是盘形刀具挖掘时的安装状态图，其中，图（a）为主视图，图（b）为侧视图，图（c）为俯视图。

图3是刀闸阀的结构说明图，其中，图（a）为背视图，图（b）为侧视图。

图4是土压式盾构挖掘机的主要部分的剖视图。

图5是土压式盾构挖掘机（刀头）的主视图。

图6（a）、（b）是盘形刀具的更换步骤的说明图。

图7（c）、（d）是盘形刀具的更换步骤的说明图。

图8（e）、（f）是盘形刀具的更换步骤的说明图。

图9（g）、（h）是盘形刀具的更换步骤的说明图。

图10是拆装式更换装置的优点的说明图。

图11（a）、（b）是固定式更换装置的缺点的说明图。

图12是示出本发明实施例2的刀盘辐条的横截面图，其中，图（a）为盘形刀具的挖掘时的安装状态图，图（b）为盘形刀具的更换时的安装状态图。

附图标记说明

10挖掘机本体

11隔板

12刀头

13中间梁

14中间环

15带齿圈的轴承

16刀盘辐条

16a前壁部

16b浅凹部

17面板

18盘形刀具

18A更换式双盘形刀具

18B固定式双盘形刀具

18C固定式单盘形刀具

19刀头驱动电机

20驱动齿轮

21旋转接头

22螺旋传送器

23腔室

30座架

30a去沙土孔

31安装台

31a去沙土孔

32密封件

33螺栓

34固定板

35螺栓

36限制器

37进给螺杆机构

38去沙土通路

40更换装置

41间隔件

42刀闸阀

43装卸千斤顶

44更换引导件

45螺栓

46螺栓

47阀本体

48阀孔

49阀体

50开闭千斤顶

51螺栓插通孔

52螺纹孔

53a～53c间隔件

54密封件

55螺栓

57引导棒

58更换杆

59托架

60中间限制器

61沙土引导件

P安装间距

W辐条宽度

具体实施方式

下面，使用附图并通过实施例，详细地说明依据本发明的刀头的盘形刀具更换装置和方法。

[实施例1]

图1是示出本发明实施例1的盘形刀具更换装置的整体侧视图；图2是盘形刀具挖掘时的安装状态图，其中，图（a）为主视图，图（b）为侧视图，图（c）为俯视图；图3是刀闸阀的结构说明图，其中，图（a）为背视图，图（b）为侧视图；图4是土压式盾构挖掘机的主要部分的剖视图；图5是土压式盾构挖掘机（刀头）的主视图；图6是盘形刀具的更换步骤的说明图；图7是盘形刀具的更换步骤的说明图；图8是盘形刀具的更换步骤的说明图；图9是盘形刀具的更换步骤的说明图；图10是拆装式更换装置的优点的说明图；图11是固定式更换装置的缺点的说明图。

如图4和图5所示，刀头12经由中间梁13和中间环（刀具筒体）14利用带齿圈的轴承15可自由转动地安装在土压式盾构挖掘机（隧道挖掘机）的筒状挖掘机本体10的隔板11上。

在刀头12的前表面，从其转动中心部起形成为放射状的多条（在图示例子中为6条）刀盘辐条16的每条之间配置面板17并被固定。在该刀盘辐条16和面板17上安装多个刀具钻头（カッタビット）（未图示）和盘形刀具（牙轮钻头）18。

如图5所示，更换式的双盘形刀具18A配置在各刀盘辐条16的中间部和各面板17的周边部，固定式的双盘形刀具18B配置在各刀盘辐条16的中心部，另一方面，固定式的单盘形刀具18C配置在周边部。

并且，各盘形刀具18中，位于点对称的盘形刀具18成对，相邻的盘形刀具18配置成在刀头12的半径方向的位置不同，从而相对于掘进面不产生非挖掘部。

并且，由多个构成的刀头驱动（旋转）电机19的驱动齿轮20与上述轴承15的齿圈部啮合。因此，若使刀头驱动电机19工作而旋转驱动该驱动齿轮20，则经由轴承15的齿圈部，刀头12转动。

另外，旋转接头21组装在上述隔板11的中央部，以经由该旋转接头21对未图示的液压设备进行来自液压源的压力油的供给、排出。

另外，螺旋传送器22配设在上述挖掘机本体10的内部，并可向隧道的后方排出由刀头12挖掘的沙土。即，螺旋传送器22的前端部（取出口）贯通隔板11的下部，向由上述刀头12和隔板11划分成的腔室23开口，并且设置在后下部的未图示的排出口与配设在隧道内的纵向上的传送带上方对置。

未图示的多个推进千斤顶沿圆周方向相隔预定间隔地配设在上述挖掘机本体10的内周部，该推进千斤顶可相对于安装在隧道内周面的未图示的既有段伸缩，同时，安装上述段的未图示的安装器和后方凸出台组装在挖掘机本体10的后部，且对安装段进行保持圆形的段调节器装备在该后方凸出台上。

如图2所示，上述更换式双盘形刀具18A旋转自如地被支承在圆筒状座架30内，该座架30液密地且沿前后方向自由滑动（进退移动）地嵌合在贯通刀盘辐条16（面板17也同样如此，在这里用刀盘辐条16进行说明）的前壁部16a固定的圆筒状安装台31的内周上。图中的32为密封件。

在挖掘时，上述座架30利用由螺栓33结合在安装台31的法兰部上的固定板34形成向后方的防松脱器。另外，适宜的是，也以多个螺栓35结合座架30与固定板34。

另外，在上述前壁部16a的内面，利用进给螺杆机构37可进退地安装有可临时固定的一对限制器36，通过限制器36的前端部贯通安装台31与座架30卡合，在更换双盘形刀具18A时座架30不会从安装台31脱落。

此外，图中的30a是形成在座架30的筒壁上的一对去沙土孔，31a是形成在安装台31的筒壁上与上述去沙土孔30a对应的一对去沙土孔，38是与这些去沙土孔30a、31a对应地形成在刀盘辐条16的前壁部16a上的一对去沙土通路，且经由刀盘辐条16与面板17之间的间隙（开口）通到腔室23内。因此，本实施例的双盘形刀具18A为从刀头的后侧安装的所谓后装载型。

如图1所示，上述双盘形刀具18A的更换装置40由环状的间隔件41、后述的刀闸阀42、以及用于取出放入双盘形刀具18A的带有装卸千斤顶43的更换引导件44构成，这些部件代替上述的固定板34在刀盘辐条16内可相对于安装台31拆装。也就是说，刀闸阀42利用贯通间隔件41的多个螺栓45安装在安装台31的法兰部上，并且更换引导件44也利用多个螺栓46安装在刀闸阀42上。此外，通过使用多个液压式部件，装卸千斤顶43能容易地克服土壤压力和水压拔出或插入座架30。

如图3所示，对于上述刀闸阀42，长方圆形的阀体49利用一对开闭千斤顶50的伸缩来开闭形成在阀本体47上的圆形阀孔48，阀孔48利用阀体49关闭，由此安装台31的后端开口部被堵塞，且未挖掘的地基一侧与刀盘辐条16的内部被隔离。此外，图中的51是形成在刀闸阀42的一对法兰部上的上述螺栓45的螺栓插通孔，52是形成在从刀闸阀42的从作业人员的方向看到的眼前侧的法兰部上的用于上述螺栓46拧入的螺纹孔。另外，通过把开闭千斤顶50设为液压式，易于克服土壤压力和水压使阀体48开闭动作。

由于这样的构成，在利用土压式盾构挖掘机进行挖掘时，首先在所有推进千斤顶缩进的初始位置，使刀头驱动电机19工作并使刀头12转动。

接着，从上述状态起，伸长全部或任意的推进千斤顶，使挖掘机本体10推进（前进）一个行程。此时，由已经设置的段承受推进反力。然后，通过该推进，安装在刀头12上的多个刀头或盘形刀具18挖掘前方的地基。利用螺旋传送器22等将挖掘出的沙土从腔室23排到外部。

接着，在刀头12的旋转停止的状态下，依次部分地缩进推进千斤顶，利用安装器和段调节器安装段，并保持其圆形。之后，重复上述的工序，挖掘并形成预定长度的隧道。

并且，本实施例中，在挖掘途中，当更换式的双盘形刀具18A磨损、损耗并需要更换时，作业人员经由未图示的出入孔等通路进入大气压下的刀盘辐条16内，并使用上述更换装置40进行更换作业（参照图1）。

以拆卸情况为例利用图6至图9说明该双盘形刀具18A的更换步骤。此外，另外，在安装情况下以与拆卸情况下相反的步骤进行，所以省略说明。

首先，如图6的（a）所示，用进给螺杆机构37使限制器36螺旋前进，在实现座架30不能从安装台31松脱后，取下在图2的（a）、（b）中示出的固定板34。

接着，用螺栓45把打开状态的刀闸阀42经由间隔件41安装到安装台31的法兰部上。此时，螺栓45从刀闸阀42的法兰部侧起通过螺栓插通孔51（参照图3的（a））拧入被形成在安装台31的法兰部上的螺纹孔中。

接着，用螺栓46把带有装卸千斤顶43的更换引导件44安装在刀闸阀42的眼前侧的法兰部上。

接着，如图6的（b）所示，首先把第一段圆柱体状的间隔件53a插入更换引导件44内并用多个螺栓55与座架30连结，接着插入第二段圆柱体状间隔件53b并用多个螺栓55与第一段间隔件53a连结，之后，插入第三段圆柱体状间隔件53c并用多个螺栓55与第二段间隔件53b连结。此外，在第二段间隔件53b的外周安装有在拔出座架30途中的止水用的密封件54。

接着，把多个引导棒57通过螺纹结合等并安装到更换引导件44的法兰部上，之后通过这些引导棒57利用螺栓55把更换杆58连结到第三段间隔件53c上。在该更换杆58的中央部设有托架59，装卸千斤顶43的伸缩杆前端与托架59连结。

接着，如图7的（c）所示，在把装卸千斤顶43的伸缩杆前端连结到更换杆58的托架59上之后，解除限制器36、伸长装卸千斤顶43、并拉入座架30直到第三段间隔件53c从更换引导件44脱落。

接着，如图7的（d）所示，使第二段间隔件53b贯通更换引导件44并以适当的装置设置中间限制器60，之后使更换杆58脱离第三段间隔件53c，随后撤去第三段间隔件53c。此时，在更换杆58上预先形成有用于拆卸（松开）螺栓55的作业用孔。接着，收缩装卸千斤顶43，这次把更换杆58安装在第二段间隔件53b上。

接着，如图8的（e）所示，解除中间限制器60后，伸长装卸千斤顶43并拉入座架30直到第二段间隔件53b从更换引导件44脱落。

接着，如图8的（f）所示，使第一段间隔件53a贯通更换引导件44并以适当的装置设置中间限制器60，之后使更换杆58脱离第二段间隔件53b，随后撤去第二段间隔件53b。接着，收缩装卸千斤顶43，这次把更换杆58安装在第一段间隔件53a上。

接着，如图9的（g）所示，解除中间限制器60后，伸长装卸千斤顶43并拉入座架30直到第一段间隔件53a从更换引导件44脱落。此时，座架30通过刀闸阀42且位于更换引导件44内。接着，关闭刀闸阀42。

接着，如图9的（h）所示，使更换杆58脱离第一段间隔件53a后，撤去第一段间隔件53b。接着，从更换引导件44上拆下引导棒57和更换杆58。

接着，在收纳安装了座架30的状态下从刀闸阀42上拆下更换引导件44。此后，把更换引导件44搬运到适当的场所，使座架30从该更换引导件44脱离，废弃已磨损并损耗的旧双盘形刀具18A。

然后，装备新的双盘形刀具18A并把预先准备的座架30安装在上述更换引导件44上，之后如果把该更换引导件44再安装到刀闸阀42上，则能以与上述相反的步骤把上述座架30安装到刀盘辐条16的安装台31上。

这样，依据本实施例，通过关闭刀闸阀42，未挖掘的地基（掘进面）侧与刀盘辐条16的内部被隔离，所以作业人员能够在大气压下的刀盘辐条16内使用上述的更换装置40安全地为每个座架30更换更换式的双盘形刀具18A。

另外，由于更换装置40的刀闸阀42、带有装卸千斤顶43的更换引导件44等在安装台31上可拆装且仅在更换时再利用等使用，刀闸阀42、带有装卸千斤顶43的更换引导件44等像固定式那样更换装置彼此之间没有干涉、能以所需间距配置盘形刀具18、并且能通过增大盘形刀具18的安装数量来提高挖掘能力。另外，因为能够再利用等，花费在更换装置40上的费用较便宜。

如图10所示，由于更换装置40的刀闸阀42、带有装卸千斤顶43的更换引导件44等为拆装式的，能够使刀闸阀42不与相邻的双盘形刀具18A（座架30）干涉地开闭动作，并相应地能把双盘形刀具18A间的间隔最小化。

即，如图11所示，在更换装置40的刀闸阀42或带有装卸千斤顶43的更换引导件44等为固定式且被安装成在刀头12的半径方向上开闭刀闸阀42的情况下，双盘形刀具18A的安装间距P增大（参照图11的（a）），另外，在被安装成在刀头12的周向上开闭刀闸阀42的情况下，存在刀盘辐条16的辐条宽度W扩大这样的不良情况。

另外，本实施例中，当利用螺栓45在安装台31上拆装刀闸阀42时，由于能在打开其阀体49的状态下从刀闸阀42的后方利用螺栓插通孔51来安装、移除，不需要来自刀闸阀42前方的安装、移除空间，相应地能实现更换装置40的安装、移除空间的缩小。

另外，在使间隔件41、刀闸阀42以及更换引导件44滑动以更换座架30时，通过使用由三段构成的间隔件53a～53c，并分三次工序取出和放入间隔件53a～53c，缩短了装卸千斤顶43的行程，所以相应地能实现更换装置40的安装、移除空间的缩小。

另外，由于更换杆58可自由装卸地安装在间隔件53a～53c中位于最后段的间隔件与装卸千斤顶43的伸缩杆前端之间，并且该更换杆58由可自由装卸地安装在更换引导件44上的多个引导棒57引导，所以使座架30和间隔件53a～53c顺畅地滑动（进退移动）。

另外，在更换双盘形刀具18A的时候，在对安装台31安装、移除固定板34时，由于用限制器36把座架30临时固定到安装台31上，预先回避了座架30由于土壤压力和水压而从安装台31脱落。

另外，由于把刀头12中间部的更换式双盘形刀具18A配置在刀盘辐条16上，并把周边部的更换式双盘形刀具18A配置在面板17上，所以能使用本更换装置40更换以所需间距配置的所有双盘形刀具18A。

[实施例2]

图12是示出本发明实施例2的刀盘辐条的横截面图，其中，图（a）为盘形刀具的挖掘时的安装状态图，图（b）为盘形刀具的更换时的安装状态图。

这是把本盘形刀具更换装置应用于从刀头的前侧安装盘形刀具的所谓前装载型双盘形刀具18A来代替实施例1的后装载型双盘形刀具18A的例子。

例如，如图所示，浅凹部16b纵向延伸形成在刀盘辐条16的前壁部16a上，更换式的双盘形刀具18A位于该浅凹部16b内且经由沙土引导件61安装。

具体而言，双盘形刀具18A的有顶短筒状座架30可沿前后方向移动地插入被固定设置在刀盘辐条16的前壁部16a上的圆筒状安装台31中，并用固定板34固定（参照图12的（a））。也就是说，用螺栓33结合固定板34和安装台31，并且用螺栓33固定该固定板34和座架30。此外，沙土引导件61在双盘形刀具18A的转动方向两侧各配置多片（在图示例子中为3片）。

因此，在挖掘时，用双盘形刀具18A挖掘的沙土通过刀盘辐条16（刀具安装面）的浅凹部16b内的逃逸空间进入腔室23（参照图4）内。

并且，使用包含限制器36、刀闸阀42的更换装置40在大气压下的刀盘辐条16内由作业人员更换该双盘形刀具18A。此外，由于更换装置40与实施例1的更换装置40相同，其结构和作用参照实施例1，在这里省略重复的说明。

在该实施例中也能够获得与实施例1同样的作用、效果。

此外，本发明不限定于上述实施例，不言而喻的是，在不脱离本发明构思的范围内，可进行装卸千斤顶43的个数变更、间隔件53a～53c的个数变更以及更换式盘形刀具的片数变更等各种变更。

产业上的可利用性

依据本发明的隧道挖掘机不限于土压式盾构挖掘机，也能应用于加压水泥或泥水式盾构挖掘机，或者隧道掘进机（TBM）等。

Claims (7)

1.一种刀头的盘形刀具更换装置，其特征在于，

在经由固定板把旋转自如地支承盘形刀具的座架安装于安装台而构成的刀头中，

设置更换装置，其可在刀头后方的大气压下的构造体内为每个座架更换上述盘形刀具，并且，

上述更换装置包括：刀闸阀，其可自由装卸地与上述安装台的后端开口部连接来代替上述固定板；更换引导件，其可自由装卸地与该刀闸阀的后部连接而引导上述座架相对于上述安装台的进退移动；以及装卸千斤顶，其安装在该更换引导件上而使上述座架进退移动，

上述更换装置构成为：在使上述座架沿着上述刀闸阀和更换引导件滑动而进行更换时，使用由多段构成的间隔件，分多次工序取出和放入间隔件。

2.根据权利要求1所述的刀头的盘形刀具更换装置，其特征在于，

上述更换装置包括在对上述安装台安装、移除上述固定板时把上述座架临时固定在安装台上的限制器。

3.根据权利要求1所述的刀头的盘形刀具更换装置，其特征在于，

上述更换装置构成为：当利用螺栓在上述安装台上拆装上述刀闸阀时，能够在打开其阀体的状态下从刀闸阀的后方利用螺栓插通孔来安装、移除。

4.根据权利要求1所述的刀头的盘形刀具更换装置，其特征在于，

更换杆能够自由装卸地安装在位于最后段的上述间隔件与上述装卸千斤顶的伸缩杆前端之间，并且该更换杆由能够自由装卸地安装在上述更换引导件上的多个引导棒引导。

5.根据权利要求1所述的刀头的盘形刀具更换装置，其特征在于，

上述盘形刀具为从刀头的后侧安装的所谓后装载型，挖掘沙土通过形成在刀头的前壁部的去沙土通路进入腔室内。

6.根据权利要求1所述的刀头的盘形刀具更换装置，其特征在于，

上述盘形刀具为从刀头的前侧安装的所谓前装载型，挖掘沙土通过形成在刀头的刀具安装面的逃逸空间进入腔室内。

7.一种刀头的盘形刀具更换方法，其特征在于，

在刀头上使用如上述权利要求1至6中的任一项所述的更换装置来更换盘形刀具，所述刀头是在刀盘辐条上配置刀头的中间部的盘形刀具并在面板上配置周边部的盘形刀具而构成的。