CN107165646A - 一种破岩刀具、盾构机刀盘及盾构机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种破岩刀具，包括刀体和前刀面，及布置在刀体上的拆缷式水射流切削装置，水射流切削装置的出口与前刀面之间设有导转面。本发明提供的盾构机刀盘包括上述所述的破岩刀具。本发明提供的盾构机包括上述所述的盾构机刀盘。本发明能够通过高压水射流和机械刀具共同作用切削破岩提高破岩效率，并且能够降低刀具温度和减少空气中的粉尘含量。
Description
技术领域
本发明属于岩土钻掘施工技术领域，具体涉及一种破岩刀具、盾构机刀盘及盾构机。
背景技术
在岩土钻掘施工中，最常用的是机械切削刀具，由一个或多个刀齿组成。每个刀齿由前刀面和后刀面相交形成刀刃，在轴向压力作用下刀刃切入待切削岩土，在推力作用下破碎前方岩土实现钻掘。上述方式完全依靠机械作用进行破岩，切削效率难以提高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种包含水射流切削装置的破岩刀具，能够通过高压水射流和机械刀具共同作用切削破岩提高破岩效率，并且能够降低刀具温度和减少空气中的粉尘含量。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种破岩刀具，包括刀体和前刀面，及布置在刀体上的拆缷式水射流切削装置，水射流切削装置的出口与前刀面之间设有导转面。
刀具在垂直于岩体表面的作用力下切入岩体，前刀面在平行于岩体表面作用力下推挤岩体，产生的裂纹使部分岩石脱离岩体，实现切削。水射流切削装置形成的高压水射流进入前刀面与岩体接触的位置后，利用射流的压力可以促进裂纹的产生和扩展，从而提高切削效率，并且高压水射流可以降低刀具温度和减少粉尘含量。为了确保水射流切削装置形成的高压水射流进入前刀面与岩体接触的位置，本发明采用高压水射流先喷射到刀体上，再利用导转面使水射流紧贴前刀面流动，并最终进入前刀面与岩体接触的位置。同时，采用拆缷式的水射流切削装置，可以确保刀具的安装和更换便捷。
作为上述技术方案的进一步改进：
水射流切削装置的喷射方向与前刀面呈夹角布置。
高压水射流的喷射方向与前刀面呈夹角布置，能够减小高压水射流的阻力，从而减少高压水射流的沿程压力损失，从而提高破岩效率。
夹角为15～45度。
夹角控制在这个范围内主要是减少高压水射流喷射到刀体后的反溅，减少无用能耗，也可以降低水射流对刀体的冲击磨损。
水射流切削装置包括喷嘴及与喷嘴连接的接头，刀体包括用于布置喷嘴的安装孔，接头与刀体螺纹连接。
通过螺纹连接的可拆缷方式布置水射流切削装置，可以达到安装和更换便捷的效果。
喷嘴的直径为2～10mm。
喷嘴的直径保持在这个范围能够确保水射流切削装置的工作所需要的压力和流量。
导转面为圆弧面。
这种圆弧导转面能够确高压水射流在经过导转面偏转流入前刀面时，确保高压水射流流向变化过程中能量消耗少。
圆弧面的半径为所述喷嘴的直径的10～20倍。
圆弧导转面的半径控制在这个范围内，主要是为了高压水射流从喷出之后在与导转面接触的有限长度内使射流偏转消耗的能量更小。
导转面和前刀面上包括耐冲刷磨损材料层，导转面和前刀面的表面粗糙度≤Ra0.8。
这个耐冲刷磨损材料层可以提高破岩刀具的使用寿命和可靠性，确保表面粗糙度表面粗糙度≤Ra0.8的范围可以保证尽量减少高压水射流在导转面和前刀面上的沿程压力损失，以进一步避免降低切削效率。
根据本发明第二方面的盾构机刀盘，包括上文所述的破岩刀具。
根据本发明第三方面的盾构机，包括上述所述的盾构机刀盘。
本发明涉及的破岩刀具，与现有技术相比，由于采用了能形成高压水射流的水射流切削装置与机械刀具配合切削破岩，在机械刀具进行切削破岩的过程中，可以同时利用高压水射流的压力促进裂纹的产生和扩展，从而提高切削效率，并且高压水射流可以降低刀具温度和减少粉尘含量。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例中的破岩刀具。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例中的破岩刀具10。如图1所示，本发明实施例中的破岩刀具10，包括刀体1和前刀面2，及布置在刀体1上的拆缷式水射流切削装置3，水射流切削装置3的出口与前刀面2之间设有导转面4。导转面4为圆弧面。水射流切削装置3包括喷嘴31及与喷嘴31连接的接头32，刀体1包括用于布置喷嘴31的安装孔33，接头32与刀体1螺纹连接，固定并密封喷嘴31。喷嘴31的喷射方向与前刀面呈夹角布置，夹角α优选为15～45度。高压水射流在经过圆弧面偏转流入前刀面时，高压水射流流向变化过程中能量消耗少。高压水射流的喷射方向与前刀面呈夹角布置，能够减小高压水射流的阻力，从而减少高压水射流的沿程压力损失，从而提高破岩效率。夹角α控制在15～45度这个范围内主要是减少高压水射流喷射到刀体后的反溅，减少无用能耗，也可以降低水射流对刀体的冲击磨损。通过螺纹连接的可拆缷方式布置水射流切削装置，可以达到安装和更换便捷的效果。
如图1所示，本实施例的破岩刀具10中包括的喷嘴31的直径d优选为2～10mm。喷嘴的直径保持在这个范围能够确保水射流切削装置的工作所需要的压力和流量。圆弧面41的半径R为所述喷嘴的直径d的10～20倍。圆弧导转面的半径控制在这个范围内，主要是为了高压水射流从喷出之后在与导转面接触的有限长度内使射流偏转消耗的能量更小。具体来讲，是因为高压水射流流向变化时的能量损耗与转弯半径有关，半径越大损耗越小。高压水射流离开喷嘴后在空气和固体壁面摩擦的阻力作用下压力只会越来越低，水射流与导转面接触距离越长，摩擦造成的压力损失越大，所以要在减小转弯能量损失和摩擦距离损失间取得平衡，在尽量短的距离内以尽量大的半径完成偏转。
本实施例的破岩刀具10中包括的导转面4和前刀面2上包括耐冲刷磨损材料层。这个耐冲刷磨损材料层可以提高破岩刀具的使用寿命和可靠性。同时，导转面和前刀面的表面粗糙度≤Ra0.8。确保这个表面粗糙度范围可以保证尽量减少高压水射流在导转面和前刀面上的沿程压力损失，以进一步避免降低切削效率。
本发明涉及的破岩刀具，机械刀具在垂直于岩体表面的作用力下切入岩体，前刀面在平行于岩体表面作用力下推挤岩体，产生的裂纹使部分岩石脱离岩体，实现切削。水射流切削装置形成的高压水射流先喷射到刀体上，再利用导转面使水射流紧贴前刀面流动，并最终进入前刀面与岩体接触的位置，利用高压水射流的压力促进裂纹的产生和扩展，从而提高切削效率，并且高压水射流可以降低刀具温度和减少粉尘含量。同时，采用拆缷式的水射流切削装置，可以确保刀具的安装和更换便捷，进一步提到施工效率。
根据本发明的盾构机刀盘，包括上文所述的破岩刀具10。
根据本发明的盾构机，包括上述所述的盾构机刀盘。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种破岩刀具，包括刀体和前刀面，其特征在于，包括布置在所述刀体上的拆缷式水射流切削装置，所述水射流切削装置的出口与前刀面之间设有导转面。
2.根据权利要求1所述的破岩刀具，其特征在于，所述水射流切削装置的喷射方向与所述前刀面呈夹角布置。
3.根据权利要求2所述的破岩刀具，其特征在于，所述夹角为15～45度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的破岩刀具，其特征在于，所述水射流切削装置包括喷嘴及与所述喷嘴连接的接头；所述刀体包括用于布置所述喷嘴的安装孔；所述接头与所述刀体螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的破岩刀具，其特征在于，所述喷嘴的直径为2～10mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的破岩刀具，其特征在于，所述导转面为圆弧面。
7.根据权利要求6所述的破岩刀具，其特征在于，所述圆弧面的半径为所述喷嘴的直径的10～20倍。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的破岩刀具，其特征在于，所述导转面和前刀面上包括耐冲刷磨损材料层；所述导转面和前刀面的表面粗糙度≤Ra0.8。
9.一种盾构机刀盘，其特征在于，包括上述权利要求1至8中任一项所述的破岩刀具。
10.一种盾构机，其特征在于，包括权利要求9所述的盾构机刀盘。
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