CN107605500A - 一种复合式盾构滚刀刀圈 - Google Patents

Abstract

一种复合式盾构滚刀刀圈，包括外圈与内圈，所述外圈固接于所述内圈上，所述内圈与滚刀刀体过盈配合连接，所述外圈为由多个弧形钢结硬质合金块构成的分体式结构，多个所述钢结硬质合金块固接于所述内圈上。本发明滚刀刀圈采用内外双层设计，这种内外双层设计的滚刀刀圈工作时，内圈能有效吸收来自刀圈刃口的冲击栽荷，降低刀圈刃口冲击而发生崩刃的几率。另外，本发明滚刀刀圈的外圈采用分体式设计，可以明显降低钢结合金外圈遭受冲击时刀圈发生断裂的几率，此外，当钢结合金外圈中某块钢结合金块崩裂或过度磨损时，仅需将该钢结合金块拆下来更换即可，避免整圈的更换，大大降低了使用成本。

Description

一种复合式盾构滚刀刀圈

技术领域

本发明属于盾构机领域，尤其涉及一种盾构机用的滚刀刀圈。

背景技术

盾构机施工具有机械化程度高、施工速度快、安全性高等优点，被广泛应用于地铁、铁路、水电等重大工程的隧道掘进。盾构刀具作为盾构机的关键零部件，其性能的好坏直接影响着整个工程的掘进效率和掘进成本。

盾构破岩的刀具为滚刀，工作时滚刀刀圈在推力作用下贯入岩石掌子面，刀尖处产生高应力压碎区，随着刀圈不断的碾压掌子面，裂纹也进一步扩展，岩石以石渣的形式从掌子面剥落下来，从而实现了对岩石的破碎。滚刀刀圈作为滚刀破岩的部位，不仅承受很大的径向破岩力，同时又受到岩石硬矿物相的剧烈磨损，因此滚刀刀圈是隧道掘进中最大的消耗件之一，滚刀刀圈极限磨损量一般为30mm，边缘滚刀更小，一般为15mm，一旦刀圈磨损到极限，若未及时发现，就容易发生刀盘被磨损，隧道开挖半径减小，进而发生盾构机被卡死等严重后果。因此，及时检查和更换刀具极为重要，据不完全统计，花在滚刀更换和维修的费用约占整个工程成本的1/4左右。因而发明一种高耐磨，同时还抗一定冲击的滚刀刀圈，具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种抗冲击、不易崩裂、低成本的滚刀刀圈。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合式盾构滚刀刀圈，包括外圈与内圈，所述外圈固接于所述内圈上，所述内圈与滚刀刀体过盈配合连接，所述外圈为由多个弧形钢结硬质合金块构成的分体式结构，多个所述钢结硬质合金块固接于所述内圈上。

上述复合式盾构滚刀刀圈中，优选的，所述钢结硬质合金块通过螺栓固定在所述内圈上，所述内圈上设置有限位台阶，所述螺栓与限位台阶相配合使固定在所述内圈上的所述钢结硬质合金块的快刃口位置对齐。

上述复合式盾构滚刀刀圈中，优选的，所述螺栓与滚刀刀圈轴线的夹角α为45-65度。实验结果表明，在硬岩地层掘进，最佳的β范围为90-130度时刀圈承载力最佳，故当夹角α为45-65度为最优选择。

上述复合式盾构滚刀刀圈中，优选的，所述外圈由2-10块硬度不小于HRC65、孔隙度不大于A04B00、无缺口试样冲击值不小于6J/cm²的TiC基钢结合金块构成。

上述复合式盾构滚刀刀圈中，优选的，所述内圈为硬度不小于HRC40、V形切口冲击韧性大于15J/cm²的中碳合金钢。

上述复合式盾构滚刀刀圈中，优选的，所述钢结硬质合金块与内圈固接时其二者的贴合度大于95%。

上述复合式盾构滚刀刀圈中，优选的，所述内圈的内孔内径比所述滚刀刀体的外径小0.2-0.25mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1. 本发明滚刀刀圈采用内外双层设计，直接参与破岩钢结合金外圈硬度高且耐磨，不直接参与破岩的内圈抗冲击性能好，这种内外双层设计的滚刀刀圈工作时，内圈能有效吸收来自刀圈刃口的冲击栽荷，降低刀圈刃口冲击而发生崩刃的几率。

2. 本发明滚刀刀圈的外圈采用分体式设计，可以明显降低钢结合金外圈遭受冲击时刀圈发生断裂的几率，此外，当钢结合金外圈中某块钢结合金块崩裂或过度磨损时，仅需将该钢结合金块拆下来更换即可，避免整圈的更换，大大降低了使用成本。

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为本发明实施例的滚刀刀圈的结构示意图。

图2为图1中A-A面的剖面示意图。

图3为图2中B的局部放大图。

图4为本发明实施例的滚刀刀圈的安装示意图。

图例说明：

1、钢结硬质合金块；2、内圈；3、螺栓；4、滚刀刀体；5、滚刀挡圈；6、限位台阶；7、外圈。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例：

如图1-3所示，一种复合式盾构滚刀刀圈，包括外圈7与内圈2，外圈7固接于内圈2上，内圈2与滚刀刀体4通过盈配合连接，外圈7为由多个弧形钢结硬质合金块1构成的分体式结构，多个钢结硬质合金块1固接于内圈2上。

本实施例中，钢结硬质合金块1通过螺栓3固定在内圈2上，内圈2上设置有限位台阶6，螺栓3与限位台阶6相配合将固定在内圈2上的钢结硬质合金块1的刃口位置对齐。

本实施例中，螺栓3与滚刀刀圈轴线的夹角为60度。

本实施例中，外圈7由8块硬度不小于HRC65、孔隙度不大于A04B00、无缺口试样冲击值不小于6J/cm²的TiC基钢结合金块构成。

本实施例中，内圈2为硬度不小于HRC40、V形切口冲击韧性大于15J/cm²的中碳合金钢。

本实施例中，钢结硬质合金块1与内圈2固接时其二者的贴合度大于95%。

本实施例中，内圈2的内孔内径比滚刀刀体4的外径小0.2mm。

本实施例中滚刀刀圈的生产及装配工艺如下：

（1）生产：内圈2采用中碳合金钢，通过机加工使其达到所需要的尺寸（外圆及内孔稍留余量），同时完成钻孔攻丝，此后通过热处理使得其硬度不小于HRC40，从而确保其优良的综合性能，完成热处理后精磨内孔与外圆，要求内圈2内孔内径比滚刀刀体4外径小0.2-0.25mm，同时外圆尺寸达到图纸设计要求。外圈7由8块硬度不小于HRC65、孔隙度不大于A04B00、无缺口试样冲击值不小于6J/cm²的TiC基钢结合金块1构成，TiC基钢结合金块1内圆弧做精磨加工，使其与内圈2贴合度达到95%以上，从而确保滚刀刀圈不至于发生局部受力，而发生崩裂。

（2）装配：将内圈2加热到160-200℃，保温30分钟，使其内孔受热膨胀，然后将内圈2趁热装到滚刀刀体4上，待其冷却下来，内圈2收缩，将滚刀刀体3牢牢抱紧，从而实现了内圈2与滚刀刀体4通过过盈配合连接。最后，将八块TiC基钢结合金块1通过螺栓3连接固定在内圈2上，装配钢结合金块时，先拧紧限位台阶6相反的一侧的螺栓3，由于角度的存在，会将钢结合金块的另一侧逼紧在台阶面上，确保TiC基钢结合金块1刃口位置对齐，避免因不对其造成尖点效应，增加刀圈刃口崩裂风险，再去拧紧限位台阶6同侧的螺栓3，使TiC基钢结合金块1两侧都牢牢固定在内圈2上，从而实现了刀圈双层结构的有效连接。将滚刀刀圈的内外圈装配完成后，再安装滚刀挡圈5限制其轴向移动。安装示意图如图4所示。

本实施例中的滚刀刀圈具有以下优势：1、滚刀刀圈采用内外双层设计，这种内外双层设计的滚刀刀圈工作时，内圈2能有效吸收来自刀圈刃口的冲击栽荷，降低刀圈刃口冲击而发生崩刃的几率。2、滚刀刀圈的外圈7采用分体式设计，可以明显降低外圈7遭受冲击时刀圈发生断裂的几率，此外，当外圈7中某块钢结合金块崩裂或过度磨损时，仅需将该TiC基钢结合金块拆下来更换即可，避免整圈的更换，大大降低了使用成本。3、内圈2上设有限位台阶6，装配钢结合金块1时，与螺栓3配合，可以确保钢结合金块刃口位置对齐，避免因不对其造成尖点效应，增加刀圈刃口崩裂风险。

Claims (7)

1.一种复合式盾构滚刀刀圈，包括外圈（7）与内圈（2），所述外圈（7）固接于所述内圈（2）上，所述内圈（2）与滚刀刀体（4）过盈配合连接，其特征在于，所述外圈（7）为由多个弧形钢结硬质合金块（1）构成的分体式结构，多个所述钢结硬质合金块（1）固接于所述内圈（2）上。

2.根据权利要求1所述的复合式盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述钢结硬质合金块（1）通过螺栓（3）固定在所述内圈（2）上，所述内圈（2）上设置有限位台阶（6），所述螺栓（3）与限位台阶（6）相配合使固定在所述内圈（2）上的所述钢结硬质合金块（1）的刃口位置对齐。

3.根据权利要求2所述的复合式盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述螺栓（3）与滚刀刀圈轴线的夹角α为45-65度。

4.根据权利要求1或2或3所述的复合式盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述外圈（7）由2-10块硬度不小于HRC65、孔隙度不大于A04B00、无缺口试样冲击值不小于6J/cm²的TiC基钢结合金块构成。

5.根据权利要求1或2或3所述的复合式盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述内圈（2）为硬度不小于HRC40、V形切口冲击韧性大于15J/cm²的中碳合金钢。

6.根据权利要求1或2或3所述的复合式盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述钢结硬质合金块（1）与内圈（2）固接时其二者的贴合度大于95%。

7.根据权利要求1或2或3所述的复合式盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述内圈（2）的内孔内径比所述滚刀刀体（4）的外径小0.2-0.25mm。