CN108222958A - 一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,包括岩石隧道掘进机刀盘主体,刀盘主体上设置有边滚刀、中心刀、正滚刀、出碴口和刮碴铲斗;刀盘主体端面上均匀的布置有若干个高温火焰喷嘴和低温水喷嘴,且高温火焰喷嘴和低温水喷嘴的布置高度低于正滚刀的包络面高度;其中高温火焰喷嘴连通可燃气管道和氧气管道,低温水喷嘴连通供水管道。解决了现有技术中岩石隧道掘进机破碎硬岩的过程中破岩掘进效率低以及滚刀磨损严重的问题,本发明利用岩石热胀冷缩和热力劈裂的原理,促进岩石内部裂纹的萌生和扩展,从而使岩石易于破碎,提高了滚刀破岩效率、降低了滚刀的磨损,降低了施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域,尤其涉及一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘。
背景技术
全断面岩石隧道掘进机是开掘长距岩石隧道的首选装备,由于其具有安全可靠、环境影响小、劳动强度低、掘进速度快等优点,广泛应用在地下交通、引水工程和高速铁路等领域。岩石隧道掘进机的作业对象通常为高强度、高磨蚀性的岩石,因此施工条件复杂恶劣,使得刀具磨损严重,维护及更换费时费力,影响隧道工程的施工效率及成本。
刀盘是岩石隧道掘进机的关键部件,具有破岩掘进、稳固掌子面、排出岩碴的功能,对掘进效率有着最直接的影响。现有掘进机的破岩机理为:刀刃挤压岩石,迫使侧向裂纹贯通,使刀间岩石以片状岩碴的形式破碎。然而在高硬岩条件下,该破岩方式往往不足以顺利破碎岩石,从而造成破岩掘进效率低、滚刀磨损消耗严重的问题。由于滚刀价格昂贵、更换较为复杂,而且必须停机更换,因此严重的滚刀磨损消耗所造成的频繁停机换刀,势必会提高掘进成本,延缓施工进度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘;解决了现有技术中岩石隧道掘进机破碎硬岩的过程中破岩掘进效率低以及滚刀磨损严重的问题,本发明利用岩石热胀冷缩和热力劈裂的原理,促进岩石内部裂纹的萌生和扩展,从而使岩石易于破碎,提高了滚刀破岩效率、降低了滚刀的磨损,降低了施工成本。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,包括岩石隧道掘进机刀盘主体,刀盘主体上设置有边滚刀、中心刀、正滚刀、出碴口和刮碴铲斗;刀盘主体端面上设置有若干个高温火焰喷嘴和低温水喷嘴,1个高温火焰喷嘴和1个低温水喷嘴组合成一个辅助单元,且多个辅助单元均匀分布在刀盘主体端面上;且高温火焰喷嘴和低温水喷嘴的布置高度低于正滚刀的包络面高度;其中高温火焰喷嘴连通可燃气管道和氧气管道,低温水喷嘴连通供水管道。
更进一步的,本发明的特点还在于:
高温火焰喷嘴和低温水喷嘴设置在相邻两个以刀盘中心为圆心的同心圆切痕之间。
同一个辅助单元的高温火焰喷嘴和低温水喷嘴之间的周向距离固定。
在刀盘主体的回转方向上,同一个辅助单元的高温火焰喷嘴设置在低温水喷嘴的前方。
高温火焰喷嘴上设置有自动打火装置。
可燃气管道、氧气管道和供水管道上均设置有阀门。
刀盘主体在旋转推进过程中,正滚刀压入工作环境之后,高温火焰喷嘴和低温水喷嘴与工作环境之间具有间隙。
相邻切痕之间布置有2组由高温火焰喷嘴和低温水喷嘴组成的辅助单元,2组辅助单元以刀盘中心对称布置。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明提供了一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,在刀盘主体上设置有高温火焰喷嘴和低温水喷嘴,首先通过高温火焰灼烧岩脊之间的岩石使其温度升高,然后使用低温水激射高温岩石,岩石发生热胀冷缩和热力劈裂现象,促进内部微裂纹的萌生和扩展,从而有利于滚刀的切削,相邻滚刀间的岩脊以片状岩碴的形式剥离,从而提高破岩效率、降低掘进载荷、减轻刀具磨损;喷射在岩脊上的低温水覆盖整个工作环境掌子面上,在滚刀切削的过程中起到润滑的作用,可以减轻滚刀的磨损;一部分低温水流激射高温岩石后,会形成大量水汽,这将提高掌子面与刀盘面之间空间的空气湿度,从而起到除尘的效果;其中高温火焰喷嘴和低温水喷嘴的高度小于正滚刀的包络高度,能够不影响正滚刀的正常工作。
进一步的,为了能够在高温灼烧之后达到更好的冷却效果,因此将高温火焰喷嘴和低温水喷嘴设置为一个辅助单元,从而能够使低温水喷嘴能够准确的对灼烧部分进行冷却,使热胀冷缩的效果更加明显。
进一步的,高温火焰喷嘴和低温火焰喷嘴组成的辅助单元均匀地分布在刀盘面上,能够减小高温火焰喷嘴和低温水喷嘴对刀盘主体的结构强度的影响。
进一步的,为了实现先灼烧后降温的方式,因此在刀盘主体的回转方向上,将高温火焰喷嘴设置在低温水喷嘴的前方。
进一步的,通过自动打火装置控制高温火焰喷嘴的打火过程,并且通过阀门控制可燃气和氧气的供给,以及低温水的供给。
进一步的,在刀盘主体工作过程中,为了防止高温火焰喷嘴和低温水喷嘴收到损伤,因此使高温火焰喷嘴和低温水喷嘴与工作环境之间具有间隙,工作环境即为掌子面,即高温火焰喷嘴和低温水喷嘴与掌子面不接触。
进一步的,相邻切痕之间安装的2个辅助单元以刀盘中心对称布置,能够提供最大的加热面积和水冷却面积,提高工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的本发明提供了一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘的俯视结构示意图;
图2为本发明提供了一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘的侧向剖面结构示意图。
图中:1为低温水喷嘴;2为高温火焰喷嘴;3为人孔;4为切痕;5为边滚刀;6为中心刀;7为正滚刀;8为出碴口;9为管道结构;10为刮碴铲斗。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
本发明提供了一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,如图1和2所示,包括岩石隧道掘进机刀盘主体,刀盘主体上设置有人孔3、边滚刀5、中心刀6、正滚刀7、出碴口8和刮碴铲斗10;其中岩石隧道掘进机刀盘主体为现有的岩石隧道掘进机刀盘主体。
如图1所示,刀盘主体上均匀设置有若干个高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1,图1中方形黑点为低温水喷嘴1,圆形黑点为高温火焰喷嘴2。具体的刀盘主体上开有插入高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1的小孔;且高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1的布置高度小于正滚刀7的包络面高度;如图2所示,其中高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1与管道结构9连通,管道结构9包括与高温火焰喷嘴2连通的可燃气管道和氧气管道,与低温水喷嘴连通的供水管道。
优选的,1个高温火焰喷嘴2和1个低温水喷嘴1组合为一个辅助单元,且高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1之间的距离固定,因此刀盘主体上均匀分布有若干个辅助单元,相邻切痕4之间安装2个辅助单元,且这两个辅助单元的周向角度为180°。
优选的,所有的高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1设置在相邻的两个切痕4之间,切痕4为以刀盘中心为圆心的同心圆。
优选的,在刀盘主体的回转方向上,同一个辅助单元的高温火焰喷嘴2设置在低温水喷嘴1的前方;即能够实现,在刀盘主体回转的过程中,高温火焰喷嘴先对一个区域进行加热之后,然后低温水喷嘴对该区域进行降温。
优选的,高温火焰喷嘴2通过自动打火装置实现自动打火点燃的功能。
优选的,管道结构上设置有阀门,具体的可燃气管道、氧气管道和供水管道上均设置有阀门;阀门用于控制可燃气和氧气向高温火焰喷嘴的供给,以及控制低温水向低温水喷嘴的供给;其中阀门还可以通过自动控制装置实现阀门的自动开合,从而实现了高温火焰喷嘴和低温水喷嘴的自动控制。
优选的,在工作环境中,高温火焰喷嘴2和低温水喷嘴1与工作环境不接触。
本发明的工作原理是:火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘的刀盘主体按照如图1所示的方向进行回转,且每个辅助单元中的高温火焰喷嘴2设置在低温水喷嘴1的左侧,及沿着回转方向,高温火焰喷嘴2位于低温水喷嘴1的前方;正滚刀7在压入掌子面的过程中,高温火焰喷嘴2对一个区域的岩石进行高温灼烧,随着刀盘主体的回转,同一个辅助单元的低温水喷嘴1回转至高温火焰喷嘴2灼烧的位置,此时低温水喷嘴1对灼烧位置进行喷水冷却,同时正滚刀7、中心刀6和边滚刀5进行岩石破碎。
Claims (8)
1.一种火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,包括岩石隧道掘进机刀盘主体,刀盘主体上设置有边滚刀(5)、中心刀(6)、正滚刀(7)、出碴口(8)和刮碴铲斗(10);其特征在于,刀盘主体端面上设置有若干个高温火焰喷嘴(2)和低温水喷嘴(1),1个高温火焰喷嘴(2)和1个低温水喷嘴(1)组合成一个辅助单元,且多个辅助单元均匀分布在刀盘主体端面上;高温火焰喷嘴(2)和低温水喷嘴(1)的布置高度低于正滚刀(7)的包络面高度;
所述高温火焰喷嘴(2)连通可燃气管道和氧气管道,低温水喷嘴(1)连通供水管道。
2.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,高温火焰喷嘴(2)和低温水喷嘴(1)设置在相邻两个以刀盘中心为圆心的同心圆切痕(4)之间。
3.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,同一个辅助单元的高温火焰喷嘴(2)和低温水喷嘴(1)之间的周向距离固定。
4.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,在刀盘主体的回转方向上,同一个辅助单元的高温火焰喷嘴(2)设置在低温水喷嘴(1)的前方。
5.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,高温火焰喷嘴(2)上设置有自动打火装置。
6.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,可燃气管道、氧气管道和供水管道上均设置有阀门。
7.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,刀盘主体在旋转推进过程中,正滚刀(7)压入工作环境之后,高温火焰喷嘴(2)和低温水喷嘴(1)与工作环境之间具有间隙。
8.根据权利要求1所述的火烧水激辅助破碎岩石的全断面岩石隧道掘进机刀盘,其特征在于,相邻切痕(4)之间布置有2组由高温火焰喷嘴(2)和低温水喷嘴(1)组成的辅助单元,2组辅助单元以刀盘中心对称布置。
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