CN108104827B - 一种可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机，不仅能安全可靠地适应复杂地质工况，还能根据施工需要调节刀盘开挖直径，对边滚刀的利用率高，包括刀盘、主梁和副梁，主梁和副梁在刀盘上交替设置，副梁正面边缘设置有焊接座，焊接座的下部设置有上密封座，上密封座的下部设置有换刀支撑筒，上密封座的外侧设置有闸门油缸，闸门油缸连接闸门板，换刀支撑筒内设置有刀筒，刀筒内壁的顶部设置有刀座，刀座内设置有边滚刀，本发明的可变径常压换刀刀盘能实现直径可变，可以快捷、方便、安全地实现刀盘直径变大和变小。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进机技术领域，特别是指一种可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机。
背景技术
目前，随着地下空间开发步伐的加快，穿江、过海隧道建设越来越多，此类隧道穿越的地层以高压水为突出特点，并且某些地层较复杂，如上软下硬、一段软一段硬、密实胶结卵石土等复杂地层，这要求盾构机刀盘同时有较高的安全性和适应性。某些隧道本身为曲线，所以盾构机掘进方向必须实现小曲率半径的偏转，这通常需要增大刀盘开挖直径或使刀盘摆动。在软岩地层，刀盘超挖量大致使填充管片与岩土之间的间隙的注浆量增加，施工成本增高，施工方希望盾构刀盘超挖量可调；在围岩收敛地层，边滚刀磨损后，刀盘开挖直径减小，如不及时更换新的边滚刀，在围岩收敛地层容易发生卡滞，在高磨蚀地层，盾构掘进很短的距离就要更换新的边滚刀。
发明内容
本发明提出一种可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机，不仅能安全可靠地适应复杂地质工况，还能根据施工需要调节刀盘开挖直径，对边滚刀的利用率高。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种可变径常压换刀刀盘，包括刀盘、主梁和副梁，主梁和副梁在刀盘上交替设置，主梁正面边缘设置有焊接座，焊接座的下部设置有上密封座，上密封座的下部设置有换刀支撑筒，上密封座的外侧设置有闸门油缸，闸门油缸连接闸门板，换刀支撑筒内设置有刀筒，刀筒内壁的顶部设置有刀座，刀座内设置有边滚刀。
所述刀筒内壁的底部设置有端盖，端盖连接拖拉油缸的伸缩端，拖拉油缸固定设置在主梁舱体内。
所述端盖内设置有连接套，拖拉油缸的伸缩端设置有连接板，连接板连接连接套。
所述上密封座与换刀支撑筒之间设置有供闸门板穿过的缝隙。
所述刀筒和刀座通过螺栓连接。
所述上密封座的外侧对称设置有两处闸门油缸，所述两个闸门板的内侧均设置有密封装置。
所述换刀支撑筒和刀筒通过螺栓连接。
所述主梁和副梁在刀盘上均布设置有六处。
一种盾构机，包括可变径常压换刀刀盘。
本发明的可变径常压换刀刀盘能实现直径可变，可以快捷、方便、安全地实现刀盘直径变大和变小，并且可以适应复杂地质，提高了刀盘的掘进性能和盾构施工效率；本发明的可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机满足了盾构机小曲率半径转弯掘进时增大刀盘直径的需要，也满足了盾构在软岩地层掘进节约注浆量的要求、改善了施工的经济性；本发明的可变径常压换刀刀盘缩减了盾构施工消耗滚刀的数量，提高了边滚刀的利用率，节约了成本。
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是本发明的结构示意图；
图2是在本发明其中一个边滚刀的装配示意图；
图3是使用拖拉油缸开始拆卸刀筒的示意图；
图4是拖拉油缸拖动刀筒向主梁舱体内移动但边滚刀未到达闸门下方的示意图；
图5是所述常压换刀装置闸门板开启与关闭两种状态的示意图；
图6是刀筒完全从常压换刀装置中拆出的示意图；
图7 是可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机直径变化前后边滚刀的刀具轨迹变化及刀具轨迹包络曲线对比示意图，φy表示刀盘开挖直径的最小值，φy+∆表示刀盘开挖直径的最大值；
图8 是安装有滚刀的不同高度的刀筒对比示意图；
图9是沿刀筒轴向观察的闸门板处于开启状态时的示意图；
图10为本发明端盖示意图；
图11为本发明连接板的结构示意图。
图中：1-主梁，2-副梁，3-边滚刀，4-焊接座，5-刀筒，6-刀座，7-闸门板，8-拖拉油缸，9-上密封座，10-闸门油缸，11-端盖，12-前盾，13-换刀支撑筒，
81-连接板，111-连接套，图7中A为变化前的刀盘工作直径，B为变化后的刀盘工作直径。
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—11所示，本发明实施例提供了一种可变径常压换刀刀盘，包括刀盘、主梁1和副梁2，主梁1和副梁2在刀盘上交替设置，主梁1正面边缘设置有焊接座4，焊接座4的下部设置有上密封座9，上密封座9的下部设置有换刀支撑筒13，上密封座9的外侧设置有闸门油缸10，闸门油缸10连接闸门板7，换刀支撑筒13内设置有刀筒5，刀筒5内壁的顶部设置有刀座6，刀座6内设置有边滚刀3。
所述刀筒5内壁的底部设置有端盖11，端盖11连接拖拉油缸8的伸缩端，拖拉油缸8固定设置在主梁1舱体内。
所述端盖11内设置有连接套111，拖拉油缸8的伸缩端设置有连接板81，连接板81连接连接套111，连接套111为F型结构，连接板81可以通过旋转卡在连接套111内，方便通过拖拉油缸8的伸缩带动刀筒5上下移动，刀筒5移动至合适位置后，连接板81由连接套111内旋出，方便拖拉油缸8缩回。
所述上密封座9与换刀支撑筒13之间设置有供闸门板7穿过的缝隙。
所述刀筒5和刀座6通过螺栓连接。
所述上密封座9的外侧对称设置有两处闸门油缸10，所述两个闸门板7的内侧均设置有密封装置。
所述换刀支撑筒13和刀筒5通过螺栓连接。
所述主梁1和副梁2在刀盘上均布设置有六处。
一种盾构机，包括可变径常压换刀刀盘。
本发明在拆卸刀筒5时，先拆卸换刀支撑筒13和刀筒5的连接螺栓，再将拖拉油缸8连接刀筒5，将刀筒5向主梁1的舱体内拖出，拖出过程中，当边滚刀3的顶部低于闸门板7后，闸门油缸10驱动闸门板7关闭，两个闸门板7的内侧均设置有密封装置，使得主梁1舱体与外部隔绝，继续向下拖动即可将刀筒5拆出；安装刀筒5时，闸门板7处于关闭状态，将刀筒5上端穿入换刀支撑筒13内并向上推动，边滚刀3的顶部接近闸门板7时，闸门油缸10驱动闸门板7开启，刀筒5继续向上移动至极限位置，通过螺栓连接刀筒5和换刀支撑筒13，刀筒5安装完成。
本发明在盾构施工中先使用高度较低的刀筒5，边滚刀3在使用中达到磨损极限后，拆卸边滚刀3并安装在高度较高的刀筒5上，再将其安装在刀盘上，此时边滚刀3在刀盘直径方向的高度增加，通过此方式使得已达到磨损极限的边滚刀3可以继续使用。
本发明可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机的刀盘直径变化由4～5把边滚刀的刀筒高度同时调整实现，由靠近刀盘中心的边滚刀至刀盘最边缘的边滚刀，高度改变量依次增大，变化前后的边滚刀刀具轨迹都可用曲率中心在边滚刀一侧的光滑曲线包络。
本发明可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机的直径变化范围为0～30mm。
本发明的可变径常压换刀刀盘及使用该刀盘的盾构机同时具有滚刀与刮刀，为复合式刀盘，可切削软土、硬土、砂砾和软岩等不均匀地层，适应复杂地质。
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 (8)
1.一种可变径常压换刀刀盘，包括刀盘、主梁（1）和副梁（2），其特征在于：主梁（1）和副梁（2）在刀盘上交替设置，主梁（1）正面边缘设置有焊接座（4），焊接座（4）的下部设置有上密封座（9），上密封座（9）的下部设置有换刀支撑筒（13），上密封座（9）的外侧设置有闸门油缸（10），闸门油缸（10）连接闸门板（7），换刀支撑筒（13）内设置有刀筒（5），刀筒（5）内壁的顶部设置有刀座（6），刀座（6）内设置有边滚刀（3）；
所述刀筒（5）内壁的底部设置有端盖（11），端盖（11）连接拖拉油缸（8）的伸缩端，拖拉油缸（8）固定设置在主梁（1）舱体内；刀盘直径变化由4～5把边滚刀的刀筒高度同时调整实现，由靠近刀盘中心的边滚刀至刀盘最边缘的边滚刀，高度改变量依次增大，变化前后的边滚刀刀具轨迹都可用曲率中心在边滚刀一侧的光滑曲线包络。
2.根据权利要求1所述的一种可变径常压换刀刀盘，其特征在于：所述端盖（11）内设置有连接套（111），拖拉油缸（8）的伸缩端设置有连接板（81），连接板（81）连接连接套（111）。
3.根据权利要求1所述的一种可变径常压换刀刀盘，其特征在于：所述上密封座（9）与换刀支撑筒（13）之间设置有供闸门板（7）穿过的缝隙。
4.根据权利要求1所述的一种可变径常压换刀刀盘，其特征在于：所述刀筒（5）和刀座（6）通过螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种可变径常压换刀刀盘，其特征在于：所述上密封座（9）的外侧对称设置有两处闸门油缸（10），两个闸门板（7）的内侧均设置有密封装置。
6.根据权利要求1所述的一种可变径常压换刀刀盘，其特征在于：所述换刀支撑筒（13）和刀筒（5）通过螺栓连接。
7.根据权利要求1—6任一项所述的一种可变径常压换刀刀盘，其特征在于：所述主梁（1）和副梁（2）在刀盘上均布设置有六处。
8.一种盾构机，其特征在于：包括权利要求1—7任一项所述的可变径常压换刀刀盘。
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