CN106285707B - 一种可伸缩式边滚刀刀箱 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可伸缩式边滚刀刀箱，该装置能够实现TBM刀盘大直径扩挖的要求，从而应对大埋深、岩石收敛性强的工程地质。所述结构包括滚刀、内刀箱、外刀箱及C型块，内刀箱和外刀箱之间设计有螺栓孔，利用第三螺栓将内、外刀箱连接起来，内刀箱安装有楔形块和C型块，两者用于固定滚刀刀轴；楔形块通过第一螺栓与拉紧块相连，拉紧块安装在外刀箱下部，C型块与内、外刀箱通过第二螺栓相连。本申请通过内、外刀箱的相对移动，再结合C型块的增高，从而实现刀盘大直径扩挖；这种装置结构可靠，实用性强，能够满足掌子面极恶劣的工况。

Description

一种可伸缩式边滚刀刀箱

技术领域

本发明属于隧道施工中开挖掘进设备领域，具体涉及一种能够实现TBM刀盘大直径扩挖要求的边滚刀刀箱。

背景技术

TBM在特殊地质条件下，需要扩大开挖直径，以解决由岩石收敛、塌方造成的卡机情况。传统刀盘分为两种扩挖方式：①通过加厚刀盘刀箱中的C型块，使开挖直径加大；②通过移动刀箱(可移动式刀箱)、在预留刀箱上安装滚刀，从而形成新的开挖轨迹，使开挖直径加大。但两种结构都存在致命缺点：第一种结构只能满足50mm(半径方向)的扩挖量；第二种结构虽然能够满足150mm (半径方向)的扩挖量，但是实际运用中，结构过于复杂，移动刀箱时经常卡死，所以实用性差。

鉴于这种情况，要设计出一种扩挖量大且实用性强的刀盘扩挖装置。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种可伸缩式边滚刀刀箱，该装置能够实现TBM刀盘大直径扩挖的要求，从而应对大埋深、岩石收敛性强的工程地质。

本发明的技术方案是这样实现的：一种可伸缩式边滚刀刀箱，包括滚刀、内刀箱和外刀箱，内刀箱和外刀箱之间设有螺栓孔，利用第三螺栓将内刀箱和外刀箱连接起来，内刀箱中安装楔形块和C型块，楔形块和C型块用于固定滚刀刀轴，楔形块通过第一螺栓与拉紧块相连，拉紧块安装在外刀箱下部，C型块与内刀箱、外刀箱通过第二螺栓相连。

所述内刀箱和外刀箱之间还设有刀箱垫块，内刀箱、刀箱垫块和外刀箱之间通过第三螺栓相连。

所述C型块包括至少两款C型块，两款C型块底部厚度不同。

楔形块与第一螺栓之间安装有球面垫圈Ⅱ，拉紧块与第一螺栓之间安装有球面垫圈Ⅰ。

所述滚刀为单刃滚刀。

本申请通过内、外刀箱的相对移动，再结合C型块的增高，从而实现刀盘大直径扩挖；这种装置结构可靠，实用性强，能够满足掌子面极恶劣的工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。

图1为TBM在实际掌子面工作状态示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为图2的A-A向示意图。

图4为图3的B-B向示意图。

图5为本发明使用状态示意图。

图6为本发明爆炸示意图。

图7为C型块厚度改变状态示意图。

图8为安装垫块和改变C型块后结构状态示意图。

其中：1.内刀箱，2.外刀箱，3.滚刀，4.C型块，5.楔形块，6.拉紧块， 7.环，8.螺母，9.第一螺栓，10.球面组合垫片I，11.球面组合垫片II，12. 第三螺栓，13.第二螺栓，14.刀箱垫块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，实际施工中掌子面是由岩石构成的，所以其存在不稳定性，经常会有岩块从高处掉落，如果有人在掌子面作业，会存在很高的危险性，所以对于更换滚刀及调节滚刀高度，都是在刀盘内部进行的，称之为背装刀。

申请号为201310689220.5的发明专利中对于调节滚刀高度主要包括两种方法：基于垫片的滚刀高度调节方法和基于定位块的滚刀高度调节方法，其中，调节定位块高度的方法所适用的刀具结构在硬岩TBM中已经被淘汰；调节垫片高度来调节滚刀高度，缺点是其结构刚度低、接触面多，实用性差。而且在实际运用中此类方法最多只能将滚刀高度调高50mm(单边)，如果使用此种方法将滚刀调高100mm(单边)，则装置的稳定性很差，刀具容易异常损坏。另外，该专利中调节垫片高度的方法所设计的结构在实际施工运用时具有很高的危险性与困难性，具体如下：该刀箱使用的时候，通过拆除右边螺栓，更换垫片来实现滚刀高度的调节，但是在刀盘内部是无法拆除这颗螺栓的，操作人员必须到掌子面进行作业。

如图2～4和6所示，本申请的可伸缩式边滚刀刀箱，包括滚刀3、内刀箱1 和外刀箱2，内刀箱1和外刀箱2之间设计有螺栓孔，利用第三螺栓12将内刀箱1和外刀箱2连接起来，内刀箱1安装有楔形块5和C型块4，楔形块5和C 型块4用于固定滚刀刀轴，楔形块5通过第一螺栓9与拉紧块6相连，拉紧块6 安装在外刀箱2下部，C型块4与内刀箱1、外刀箱2通过第二螺栓13相连。

本申请中，内、外刀箱通过14颗M30的螺栓连接，相比于C型块(垫片) 通过2颗M20的螺栓连接，本申请刚度与强度都要大很多，这样可以保证滚刀的正常使用，避免异常损坏。

所述内刀箱1和外刀箱2之间还设有刀箱垫块14，内刀箱1、刀箱垫块14 和外刀箱2之间通过第三螺栓12相连；扩挖时利用刀箱垫块14将内刀箱1相对外刀箱2抬起，从而实现滚刀的扩挖。

如图7所示，所述C型块4 包括若干种厚度不相同的C型块。当需要扩挖的时候，更换底部厚度大的C型块即可。

楔形块5与第一螺栓9之间安装有球面垫圈Ⅱ11，拉紧块6与第一螺栓9 之间安装有球面垫圈Ⅰ10。

所述滚刀3为单刃滚刀。

如图7、8所示，本申请结合以往刀盘扩挖形式的优点，通过内、外刀箱的相对移动，再结合C型块的增高，从而实现刀盘大直径扩挖；这种装置结构可靠，实用性强，能够满足掌子面极恶劣的工况。

(一)本装置的结构设计及受力可靠性如下：

1、本装置的刀箱分为内外两部分，在正常掘进时，内刀箱由14颗M30× 180-10.9的内六角螺栓固定在外刀箱上，保证内、外刀箱的连接可靠性；同时内刀箱上安装有C型块，用于安装滚刀。

刀盘在扩挖时，边刀箱受力比正常掘进时大20％-40％左右，且受到更大的倾覆力矩，所以本装置要具有很高的强度及韧性，增强使用可靠性；其中外刀箱要焊在刀盘盘体上，采用Q345D锻件，其具有很好的焊接性及较高的强度；内刀箱通过螺栓与外刀箱连接，采用42CrMo，其具有很高的强度及较好的韧性。

从有限元分析结果来看，本装置在所加负载的情况下(所加负载大于滚刀的极限承受力)等效最大应力为206MPa，位置在C型块上，它的材料为42CrMo，许用应力远大与206MPa；同时内刀箱的等效应力在80MPa以下，所以本装置在使用时可靠性很高。

(二)本装置使用在刀盘扩挖时的技术方案如下：

如图5所示，现以开挖直径10130mm的刀盘(共有16个进渣口)为例，说明本装置如何应用。刀盘上#64—#71号为19寸可伸缩式边滚刀刀箱，正常掘进时#69—#71号刀箱为预留刀箱，不安装滚刀。如图7所示，当要扩挖时(半径方向100mm)，将#58—#63号刀箱的C型块换为扩挖(增高)C型块，

然后#64—#71号刀箱安装刀箱垫块，使内刀箱伸出，安装时可以利用外刀箱上的4个螺纹孔，通过拧螺栓的方式，使内刀箱被伸长的螺栓顶起来，然后安装上刀箱垫块；最后将滚刀安装在预留刀箱内，这样即可实现扩挖100mm(半径方向)。

如图8所示，如果要求扩挖量为150mm(半径方向)，则将#64—#71号刀箱的C型块更换为扩挖C型块，既可满足要求。

本装置在使用时能够适应实际的工况需求，同时结构简单、可靠性强，在刀盘使用一定时间后，装置受到的影响很小，能够照常使用；并且这种扩挖满足长距离使用，如果项目需要，可以在扩挖条件下一直掘进。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可伸缩式边滚刀刀箱，包括滚刀(3)、内刀箱(1)和外刀箱(2)，内刀箱(1)和外刀箱(2)之间设有螺栓孔，利用第三螺栓(12)将内刀箱(1)和外刀箱(2)连接起来，其特征在于：内刀箱(1)中安装楔形块(5)和C型块(4)，楔形块(5)和C型块(4)用于固定滚刀刀轴，楔形块(5)通过第一螺栓(9)与拉紧块(6)相连，拉紧块(6)安装在外刀箱(2)下部，C型块(4)与内刀箱(1)、外刀箱(2)通过第二螺栓(13)相连。

2.根据权利要求1所述的可伸缩式边滚刀刀箱，其特征在于：所述内刀箱(1)和外刀箱(2)之间还设有刀箱垫块(14)，内刀箱(1)、刀箱垫块(14)和外刀箱(2)之间通过第三螺栓(12)相连。

3.根据权利要求1或2所述的可伸缩式边滚刀刀箱，其特征在于：所述C型块(4 )包括至少两款C型块，两款C型块底部厚度不同。

4.根据权利要求1所述的可伸缩式边滚刀刀箱，其特征在于：楔形块(5)与第一螺栓(9)之间安装有球面垫圈Ⅱ(11)，拉紧块(6)与第一螺栓(9)之间安装有球面垫圈Ⅰ(10)。

5.根据权利要求1所述的可伸缩式边滚刀刀箱，其特征在于：所述滚刀(3)为单刃滚刀。