CN106499401B - 一种超大直径盾构机常压换刀装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超大直径盾构机常压换刀装置及方法，在盾构机刀盘的辐条工作舱内安装有多把切削刀具。所述辐条工作舱是常压工作舱，在所述刀盘上设有刀箱，每把所述切削刀具安装在所述刀箱上；所述刀盘与刀箱之间设有密封阀门30，所述刀箱的后端设有切削刀安装夹具，所述切削刀安装夹具设有使所述切削刀具脱出和装入的夹具丝杆；常用状态下在工作舱内更换切削刀具。本发明的有益效果是：通过合理优化刀盘结构，每个辐条内部设有独立的密闭工作舱，作业人员可以在常压条件下，进入密闭舱室检查、更换刀盘面板上的刀具，避免了人员常压及带压进入开挖舱作业风险，减少了安全事故隐患，可显著降低设备维修成本，具有凸出的应用效果。
Description
技术领域
本发明属于盾构机装置，尤其涉及一种超大直径盾构机常压换刀装置及方法。
背景技术
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。
目前，盾构法隧道施工广泛应用于城市地铁、公路隧道建设中。随着过江、过河及海底隧道建设项目的增多，地质条件及施工技术难度也越来越大，尤其是在复杂地质条件，超大直径隧道，长距离盾构施工过程中，当刀盘刀具磨损严重，掘进速度将下降，刀盘扭矩不断增加，严重影响施工作业效率，危机刀盘结构稳定性。如果不采取有效合理的开舱作业方法，进行检修、更换刀盘刀具，可能导致严重的后果，作为盾构施工隧道重大风险之一，容易造成经济财产、人身安全等方面的巨大损失。
发明内容
本发明的目的是提出一种超大直径盾构机常压换刀装置及方法的技术方案，在盾构机刀盘辐条内实现常压进舱更换刀具。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种超大直径盾构机常压换刀装置，在盾构机刀盘的辐条工作舱内安装有多把切削刀具；所述辐条工作舱是常压工作舱，在所述刀盘上安装有刀箱，每把所述切削刀具安装在所述刀箱上；所述刀盘与刀箱之间设有密封阀门，所述刀箱的后端设有切削刀安装夹具，所述切削刀安装夹具设有使所述切削刀具脱出和装入的夹具丝杆。
更进一步，所述切削刀具设有包括刀轴和安装在所述刀轴前端的刀头，所述刀箱设有与所述刀轴配合的刀具安装孔，所述切削刀具的刀轴安装在所述刀箱的刀具安装孔内，所述刀轴的后端设有刀具固定盖，所述刀轴通过刀具固定盖与所述刀箱固定连接。
更进一步，为了保证密封的可靠性，所述密封阀门是设有主闸板和副闸板的双闸板阀，所述主闸板或副闸板关闭时切断所述刀箱的刀具安装孔与刀盘外部的连通空间。
更进一步，为了帮助切削刀具的安装，所述刀箱的后端设有用于帮助所述刀轴装入的助力螺杆，所述刀具固定盖设有与所述助力螺杆对应的助力通孔。
更进一步，所述切削刀安装夹具设有安装在所述刀箱后端夹具架体，所述夹具丝杆安装在所述夹具架体上；所述切削刀具的刀轴设有尾端开口的中心通孔，所述刀具固定盖设有与所述夹具丝杆配合的丝孔，所述夹具丝杆从所述丝孔旋入所述刀轴的中心通孔。
更进一步，所述刀箱设有用于释放刀箱内部压力的放气阀，所述刀箱设有用于向刀箱内部注入油脂的油脂供给阀。
更进一步，所述刀箱设有用于测量内部密封状态的压力表。
一种超大直径盾构机常压换刀方法，所述方法是所述的装置的切削刀具更换方法；所述方法包括：
a. 将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使切削刀安装夹具的丝杆旋入刀具固定盖的丝孔；
b. 松开切削刀具与刀箱之间的连接；
c. 转动切削刀安装夹具的丝杆，拉动切削刀具向刀箱的后端方向移动；
d. 当切削刀具的前端移动到密封阀门之后的位置时，关闭密封阀门；
e. 将刀箱连同切削刀具和切削刀安装夹具整体拆卸、脱开密封阀门；
f. 将切削刀安装夹具与刀箱分离，将切削刀具从刀箱中取出；
g. 将新切削刀具装入刀箱，将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使夹具丝杆从刀具固定盖的丝孔旋入刀轴的中心通孔，并使新切削刀具的前端位于刀箱之内；
h. 将刀箱连同新切削刀具和切削刀安装夹具整体安装在密封阀门上；
i. 开启密封阀门；
j. 转动切削刀安装夹具的丝杆，推动切削刀具向刀箱的前端方向移动进入安装位置；
k. 将切削刀具固定在刀箱上；
l. 拆卸切削刀安装夹具，拆卸助力螺杆。
9．根据所述的一种超大直径盾构机常压换刀方法，其特征在于，在步骤d中，关闭密封阀门后，开启放气阀释放刀箱内的压力。
更进一步，在步骤h中，将助力螺杆安装在刀箱的后端；在步骤j中，当助力螺杆从刀具固定盖的助力通孔中伸出后，在助力螺杆上旋入螺母，通过螺母推动切削刀具进入安装位置。
本发明的有益效果是：对于开挖直径大于14米的盾构机,通过合理优化刀盘结构，辐条内部设有独立的密闭工作舱，作业人员可以在常压条件下，进入密闭舱室检查、更换刀盘面板上的刀具，避免了人员常压及带压进入开挖舱作业风险，减少了安全事故隐患，可显著降低设备维修成本，具有凸出的应用效果。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明盾构机刀盘辐条常压工作舱结构示意图；
图2是本发明换刀装置整体结构图；
图3是本发明换刀装置立体结构图，省略了盾构机刀盘、放气阀、油脂供给阀和压力表；
图4是图3的结构分解图；
图5是本发明的刀具更换前辐条内结构图；
图6是本发明换刀装置安装示意图，松开防转螺栓，将切削刀安装夹具安装在刀箱上。
图7是本发明切削刀退出操作示意图，拉动切削刀具向刀箱的后端方向移动、关闭密封阀门；
图8是本发明换刀装置整体拆卸操作示意图，将刀箱连同切削刀具和切削刀安装夹具整体拆卸；
图9是本发明换刀装置分解拆卸操作示意图，将切削刀具从刀箱中取出；
图10是本发明安装操作示意图，将新切削刀具10a装入刀箱、将切削刀安装夹具安装在刀箱上、将刀箱安装在密封阀门结构上；
图11是本发明换刀装置整体安装操作示意图，将助力螺杆安装在刀箱的后端；通过螺母推动切削刀具进入安装位置。
具体实施方式
如图1至图4，一种超大直径盾构机常压换刀装置，在盾构机刀盘01的辐条工作舱02内安装有多把切削刀具10。所述辐条工作舱是常压工作舱，在所述刀盘上安装有刀箱20，每把所述切削刀具安装在所述刀箱上；所述刀盘与刀箱之间设有密封阀门30，所述刀箱的后端设有切削刀安装夹具40，所述切削刀安装夹具设有使所述切削刀具脱出和装入的夹具丝杆41。
所述切削刀具设有包括刀轴11和安装在所述刀轴前端的刀头12，所述刀箱设有与所述刀轴配合的刀具安装孔21，所述切削刀具的刀轴安装在所述刀箱的刀具安装孔内，所述刀轴的后端设有刀具固定盖13，所述刀轴通过刀具固定盖与所述刀箱固定连接。
所述密封阀门是设有主闸板31和副闸板32的双闸板阀，所述主闸板或副闸板关闭时切断所述刀箱的刀具安装孔与刀盘外部的连通空间。
所述刀箱的后端设有用于帮助所述刀轴装入的助力螺杆22，所述刀具固定盖设有与所述助力螺杆对应的助力通孔14。
所述切削刀安装夹具设有安装在所述刀箱后端夹具架体42，所述夹具丝杆安装在所述夹具架体上；所述切削刀具的刀轴设有尾端开口的中心通孔15，所述刀具固定盖设有与所述夹具丝杆配合的丝孔16，所述夹具丝杆从所述丝孔旋入所述刀轴的中心通孔。
所述刀箱设有用于释放刀箱内部压力的放气阀51，所述刀箱设有用于向刀箱内部注入油脂的油脂供给阀52。
所述刀箱设有用于测量内部密封状态的压力表53。
一种超大直径盾构机常压换刀方法，所述方法是上述的装置的切削刀具更换方法；所述方法包括：
a. 将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使切削刀安装夹具的丝杆旋入刀具固定盖的丝孔；
b.松开切削刀具与刀箱之间的连接，如图6所示；
c. 转动切削刀安装夹具的丝杆，拉动切削刀具向刀箱的后端方向移动；
d. 当切削刀具的前端移动到密封阀门之后的位置时，关闭密封阀门，如图7所示；
e. 将刀箱连同切削刀具和切削刀安装夹具整体拆卸、脱开密封阀门，如图8所示；
f. 将切削刀安装夹具与刀箱分离，将切削刀具从刀箱中取出，如图9所示；
g. 将新切削刀具10a装入刀箱，将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使夹具丝杆从刀具固定盖的丝孔旋入刀轴的中心通孔，并使新切削刀具的前端位于刀箱之内；
h. 将刀箱连同新切削刀具和切削刀安装夹具整体安装在密封阀门上，如图10所示；
i. 开启密封阀门；
j. 转动切削刀安装夹具的丝杆，推动切削刀具向刀箱的前端方向移动进入安装位置；
k. 将切削刀具固定在刀箱上，如图2所示；
l. 拆卸切削刀安装夹具，拆卸助力螺杆，如图5所示。
在步骤d中，关闭密封阀门后，开启放气阀释放刀箱内的压力。
在步骤h中，将助力螺杆安装在刀箱的后端；在步骤j中，当助力螺杆从刀具固定盖的助力通孔中伸出后，在助力螺杆上旋入螺母，通过螺母推动切削刀具进入安装位置，如图11所示。
实施例一：
如图1至图4，一种超大直径盾构机常压换刀装置，在盾构机刀盘01的辐条工作舱02内安装有多把切削刀具10。
辐条工作舱是常压工作舱，在刀盘上设有多个刀座03，每个刀座上固定安装有一个密封阀门30，每个密封阀门上安装有一个刀箱20，每把切削刀具安装在一个刀箱上，刀箱通过螺栓33固定在密封阀门上。
切削刀具设有包括刀轴11和安装在所述刀轴前端的刀头12，刀轴设有尾端开口的中心通孔15。刀轴的后端设有刀具固定盖13，刀具固定盖的两侧设有两个对称的定位面18，刀具固定盖通过四只螺栓13a固定在刀轴的后端。刀具固定盖的中心设有丝孔16。刀具固定盖还设有四个助力通孔14。
密封阀门30是设有主闸板31和副闸板32的双闸板阀，密封阀门的前端固定在盾构机的刀盘上。
刀箱设有与刀轴配合的刀具安装孔21，刀箱的后端设有宽度K与刀具固定盖的定位面对应的刀具定位槽25，刀箱的前端通过螺栓33固定在密封阀门的后端。每把切削刀具安装在一个刀箱上；切削刀具的刀轴以滑动配合安装在刀箱的刀具安装孔内，刀具固定盖通过螺栓17与刀箱固定连接。刀箱的侧壁上设有用于释放刀箱内部压力的放气阀51和用于向刀箱内部注入油脂的油脂供给阀52。刀箱的侧壁上还设有用于测量内部密封状态的压力表53。
主闸板或副闸板关闭时切断刀箱的刀具安装孔与刀盘外部的连通空间。压力表可观察刀箱内的气体压力，放气阀可释放刀箱内的气体压力。
为了帮助切削刀具装入刀箱，在安装切削刀具时可采用助力螺杆22，助力螺杆是双头螺杆。在刀箱的后端设有四个助力螺孔23，四个助力螺孔的位置对应于刀具固定盖的四个助力通孔14，有四只助力螺杆22安装在助力螺孔中，装入切削刀具时，助力螺杆从刀具固定盖的助力通孔中穿出，采用螺母24推动切削刀具进入刀箱。
为了顺利拆装切削刀具，所述刀箱的后端设有切削刀安装夹具40，切削刀安装夹具包括夹具丝杆41和夹具架体42。夹具架体是一个门形架体，门形架体的开口宽度对应于刀具固定盖定位面的宽度K，使切削刀具也沿夹具架体的开口移动。夹具丝杆安装在门形夹具架体的封闭端，具丝杆伸入门形夹具架体的开口中。门形夹具架体的开口端通过螺栓43安装在刀箱的后端。安装后，切削刀安装夹具的丝杆旋入刀具固定盖的丝孔16，夹具丝杆的前端进入刀轴的中心通孔。旋转丝杆，可使切削刀具脱出和装入刀箱。
实施例二：
一种超大直径盾构机常压换刀方法，本方法是实施例一所示装置的切削刀具更换方法。
如图1、图5，切削刀具在盾构机刀盘上的安装状态如图5所示。当切削刀具磨损或损坏后，需要更换。在盾构机刀盘01的辐条工作舱20内保持常压，人员可进入工作舱更换切削刀具。
更换切削刀具的方法包括：
a. 检查刀箱是否存在漏水现象，若漏水，通过油脂供给阀52注入油脂，密封止水；然后，将夹具架体42的前端与刀箱20的后端通过螺栓43连接，使切削刀安装夹具40安装在刀箱上；使切削刀安装夹具的丝杆41旋入刀具固定盖的丝孔。
b. 卸下连接刀箱与刀具固定盖连接的螺栓（包括图中的螺栓17），松开切削刀具与刀箱之间的连接，如图6所示。
c. 转动切削刀安装夹具的丝杆，拉动切削刀具向刀箱的后端方向移动；
d. 当切削刀具的前端移动到密封阀门之后的位置时，关闭密封阀门30，主闸板31和副闸板32均关闭。关闭密封阀门后，开启放气阀释放刀箱内的压力。如图7所示。
e. 卸下螺栓33，将刀箱连同切削刀具和切削刀安装夹具整体拆卸、脱开密封阀门，如图8所示；
f. 将切削刀安装夹具与刀箱分离，将切削刀具从刀箱中取出。操作时将切削刀安装夹具从刀箱上卸下，再从刀箱中抽出切削刀具。如图9所示；
g. 将新切削刀具10a装入刀箱，将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使夹具丝杆从刀具固定盖的丝孔旋入刀轴的中心通孔，并使新切削刀具的前端位于刀箱之内，即切削刀具的刀头12不要凸出刀箱的前端。
h. 将刀箱连同新切削刀具和切削刀安装夹具整体安装在密封阀门上，将助力螺杆22安装在刀箱的后端；如图10所示；
i. 开启密封阀门；
j. 转动切削刀安装夹具的丝杆，推动切削刀具向刀箱的前端方向移动，当助力螺杆从刀具固定盖的助力通孔中伸出后，在助力螺杆上旋入螺母24，通过螺母推动切削刀具，如图11所示；最终使切削刀具进入安装位置。
k. 通过螺栓17固定连接刀具固定盖与刀箱，将切削刀具固定在刀箱上，如图2所示的状态。
l. 拆卸切削刀安装夹具，拆卸助力螺杆，如图5所示。可在刀箱的四个助力螺孔23中旋入四只螺栓，进一步固定刀具固定盖。
Claims (7)
1.一种超大直径盾构机常压换刀装置，在盾构机刀盘的辐条工作舱内安装有多把切削刀具；其特征在于，所述辐条工作舱是常压工作舱，在所述刀盘上安装有刀箱，每把所述切削刀具安装在所述刀箱上；所述刀盘与刀箱之间设有密封阀门，所述刀箱的后端设有切削刀安装夹具，所述切削刀安装夹具设有使所述切削刀具脱出和装入的夹具丝杆；
所述切削刀具设有包括刀轴和安装在所述刀轴前端的刀头，所述刀箱设有与所述刀轴配合的刀具安装孔，所述切削刀具的刀轴安装在所述刀箱的刀具安装孔内，所述刀轴的后端设有刀具固定盖，所述刀轴通过刀具固定盖与所述刀箱固定连接；所述刀具固定盖的两侧设有两个对称的定位面，刀箱的后端设有宽度与刀具固定盖的所述定位面对应的刀具定位槽；所述密封阀门是设有主闸板和副闸板的双闸板阀，所述主闸板或副闸板关闭时切断所述刀箱的刀具安装孔与刀盘外部的连通空间；
所述刀箱的后端设有用于帮助所述刀轴装入的助力螺杆，所述刀具固定盖设有与所述助力螺杆对应的助力通孔；
所述刀箱设有用于向刀箱内部注入油脂的油脂供给阀。
2.根据权利要求1所述的一种超大直径盾构机常压换刀装置，其特征在于，所述切削刀安装夹具设有安装在所述刀箱后端夹具架体，所述夹具丝杆安装在所述夹具架体上；所述切削刀具的刀轴设有尾端开口的中心通孔，所述刀具固定盖设有与所述夹具丝杆配合的丝孔，所述夹具丝杆从所述丝孔旋入所述刀轴的中心通孔。
3.根据权利要求1所述的一种超大直径盾构机常压换刀装置，其特征在于，所述刀箱设有用于释放刀箱内部压力的放气阀。
4.根据权利要求1所述的一种超大直径盾构机常压换刀装置，其特征在于，所述刀箱设有用于测量内部密封状态的压力表。
5.一种超大直径盾构机常压换刀方法，所述方法是权利要求1至4所述的装置的切削刀具更换方法；其特征在于，所述方法包括：
a. 将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使切削刀安装夹具的丝杆旋入刀具固定盖的丝孔；
b. 松开切削刀具与刀箱之间的连接；
c. 转动切削刀安装夹具的丝杆，拉动切削刀具向刀箱的后端方向移动；
d. 当切削刀具的前端移动到密封阀门之后的位置时，关闭密封阀门；
e. 将刀箱连同切削刀具和切削刀安装夹具整体拆卸、脱开密封阀门；
f. 将切削刀安装夹具与刀箱分离，将切削刀具从刀箱中取出；
g. 将新切削刀具装入刀箱，将切削刀安装夹具安装在刀箱上，使夹具丝杆从刀具固定盖的丝孔旋入刀轴的中心通孔，并使新切削刀具的前端位于刀箱之内；
h. 将刀箱连同新切削刀具和切削刀安装夹具整体安装在密封阀门上；
i. 开启密封阀门；
j. 转动切削刀安装夹具的丝杆，推动切削刀具向刀箱的前端方向移动进入安装位置；
k. 将切削刀具固定在刀箱上；
l. 拆卸切削刀安装夹具，拆卸助力螺杆。
6.根据权利要求5所述的一种超大直径盾构机常压换刀方法，其特征在于，在步骤d中，关闭密封阀门后，开启放气阀释放刀箱内的压力。
7.根据权利要求5所述的一种超大直径盾构机常压换刀方法，其特征在于，在步骤h中，将助力螺杆安装在刀箱的后端；在步骤j中，当助力螺杆从刀具固定盖的助力通孔中伸出后，在助力螺杆上旋入螺母，通过螺母推动切削刀具进入安装位置。
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