CN108590684A - 一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，包括刀盘以及设置在刀盘上的第一层常压可更换刀具、第二层刀具以及第三层常压可更换刀具，第一层常压可更换刀具包括滚齿互换刀具、中心刀、先行刀；第二层刀具包括固定式撕裂刀，固定式撕裂刀安装在主臂外端面外围处；第三层常压可更换刀具包括刮刀和螺栓固定式刮刀，刮刀安装在主臂侧面的可更换刀筒Ⅳ上，螺栓固定式刮刀分别安装在副臂和主臂侧面的可更换刀筒Ⅴ上。本发明能够应对不同软硬岩，使盾构适应各种复杂的地层条件，提高掘进效率和刀具是使用寿命，并且能够实现常压换刀，操作便捷，有效缩短施工周期，提高施工效率，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机刀盘设计与刀具配置技术领域，具体是一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成。
背景技术
在城市地下隧道的建设中，盾构法施工以其适应性强、施工快速安全以及对周围环境影响小等优点，已经成为城市地下隧道施工的首选方法。但由于盾构掘进所穿越的地层条件复杂，会遇到软硬不同的岩层，如全断面硬岩地层、全断面软土地层或上软下硬复合地层等，刀盘上的刀具系统配置对施工效率影响严重，需要针对不同硬度的地层选择合适的刀具配置。若刀具选用不合理，将大大降低刀具的使用寿命，影响盾构机整体的使用寿命，造成掘进效率低下，影响施工工期。
申请号为201610591800.4的中国专利公开了一种软硬不均互侵复合岩层盾构刀盘选型与刀具配置技术，但该刀具配置仅能有效提高盾构在软硬不均互侵复合岩层中的掘进效率，并没有考虑到其他地层，如在在全断面软土地层和全断面硬岩地层时该刀具的使用寿命和盾构的掘进效率大大降低，而且盾构换刀方式无法实现常压换刀，带压进仓换刀不仅增加施工成本，而且严重影响施工工期。
发明内容
本发明的目的，就是为解决现有技术存在的问题，而设计了一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成。
本发明的技术方案为：本发明提供了一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，包括刀盘，所述刀盘表面沿其周向方向间隔设置有主臂和副臂，还包括设置在刀盘上的第一层常压可更换刀具、第二层刀具以及第三层常压可更换刀具，所述第一层常压可更换刀具包括滚齿互换刀具、中心刀、先行刀，所述中心刀安装在刀盘中心的可更换刀筒Ⅰ上，所述滚齿互换刀具安装在主臂外端面外围的可更换刀筒Ⅱ上，所述先行刀安装在主臂外端面内周的可更换刀筒Ⅲ上；所述第二层刀具包括固定式撕裂刀，所述固定式撕裂刀安装在主臂外端面外围处；所述第三层常压可更换刀具包括刮刀和螺栓固定式刮刀，所述刮刀安装在主臂侧面的可更换刀筒Ⅳ上，所述螺栓固定式刮刀分别安装在副臂和主臂侧面的可更换刀筒Ⅴ上。
上述滚齿互换刀具采用双刃滚刀或双刃齿刀。
上述刮刀轴向方向与所述刀盘轴向方向的夹角设置为45°~90°。
上述第一层常压可更换刀具超出所述刀盘的盘面的高度为225mm,所述第二层刀具超出所述刀盘的盘面的高度为205mm,所述第三层常压可更换刀具超出所述刀盘的盘面的高度为185mm。
本方案的技术特征还包括，上述可更换刀筒Ⅰ~可更换刀筒Ⅴ均分别包括安装筒，所述刀盘上设置有与所述安装筒配合的外筒体，所述安装筒可沿外筒体轴向滑动，所述安装筒的上端分别与第一层常压可更换刀具、第三层常压可更换刀具对应配合连接。
本方案的技术特征还包括闸门总成，所述外筒体包括外筒体Ⅰ和外筒体Ⅱ，所述外筒体Ⅰ和外筒体Ⅱ通过法兰固定连接，所述闸门总成设置在所述外筒体Ⅰ和外筒体Ⅱ之间，所述闸门总成包括配合使用的的闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ，所述闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ相向运动时，所述外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道关闭，所述闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ相背运动时，所述外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道开启。
本发明的有益效果可通过上述方案得出：1、本发明包括设置在刀盘上的第一层常压可更换刀具、第二层刀具以及第三层常压可更换刀具，第一层常压可更换刀具中用于开挖面中心断面的开挖，疏松部分土体，并将土体切割分块，为刮刀创造良好的切削条件，第二层刀具用于进行土体刀削，第三层刀具用于进行二次切削和刀盘保护；通过该设计，该盾构机刀具总成能够适应各种复杂的地层条件，应对不同软硬岩，提高施工效率和刀具的使用寿命；2、本发明中，刀具与安装筒相连接，安装筒可沿刀盘上的外筒体轴向滑动，另外，外筒体上设置有可相对或相背运动的闸门板Ⅰ与闸门板Ⅱ，当需要更换刀具时，驱动油缸Ⅱ带动安装筒沿外筒体轴向滑动，同时，驱动油缸Ⅰ带动闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ相向运动，使得外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道关闭，更换刀具完成后，驱动油缸Ⅰ带动闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ相背运动，使得外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道开启，在盾构机盾构过程中，外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道处于常开状态；通过该设计，本发明能够实现常压换刀，操作便捷，有效缩短施工周期，提高施工效率，值得推广。
由此可见，本发明与现有技术相比具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中安装筒、外筒体与闸门总成的连接示意图；
图3为本发明中安装筒、外筒体与闸门总成的分体结构示意图；
图4为本发明中安装筒、外筒体与闸门总成的立体结构示意图；
其中，1为滚齿互换刀具，2为中心刀，3为先行刀，4为固定式撕裂刀，5为刮刀，6为螺栓固定式刮刀，7为外筒体Ⅰ，8为闸门板Ⅰ，9为外筒体Ⅱ，10为连接件，11为安装筒，12为闸门板Ⅱ，13为驱动油缸Ⅰ，14为驱动油缸Ⅱ。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。
具体实施方式：本发明提供了一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，包括刀盘15，所述刀盘15表面沿其周向方向间隔设置有主臂和副臂，还包括设置在刀盘15上的第一层常压可更换刀具、第二层刀具以及第三层常压可更换刀具，所述第一层常压可更换刀具包括滚齿互换刀具1、中心刀2、先行刀3，所述中心刀2安装在刀盘15中心的可更换刀筒Ⅰ上，所述滚齿互换刀具1安装在主臂外端面外围的可更换刀筒Ⅱ上，所述先行刀3安装在主臂外端面内周的可更换刀筒Ⅲ上，其中，中心刀2用于开挖面中心断面的开挖，起到定心和疏松部分土体的作用；先行刀3主要用于刮刀之前先行切削土体，将土体切割分块，为刮刀创造良好的切削条件。第二层刀具包括固定式撕裂刀4，所述固定式撕裂刀4安装在主臂外端面外围处，起到对土体切削的作用。第三层常压可更换刀具包括刮刀5和螺栓固定式刮刀6，所述刮刀5安装在主臂侧面的可更换刀筒Ⅳ上，刮刀5的轴向方向与所述刀盘15轴向方向的夹角设置为45°~90°。通过该设计，一方面可以提高掘进效率，另一方面能够将主臂内空间最大化利用。所述螺栓固定式刮刀6分别安装在副臂和主臂侧面的可更换刀筒Ⅴ上，第三层常压可更换刀具主要起到二次切削和刀盘保护的作用。
在本实施例中，第一层常压可更换刀具超出所述刀盘15的盘面的高度为225mm,所述第二层刀具超出所述刀盘15的盘面的高度为205mm,所述第三层常压可更换刀具超出所述刀盘15的盘面的高度为185mm。
进一步的，上述滚齿互换刀具1采用双刃滚刀或双刃齿刀。两者破岩机理不同，针对的地层硬度也不同。滚刀是利用刀盘推力和扭矩的作用，使刀刃部分的合金刀片对岩石的挤压力超过岩石本身的抗压强度，将岩石压碎，因此，在开挖地层为硬岩时，多采用滚刀刀具。而在软土层中，由于滚刀和软土之间的摩擦力不足，导致滚刀在挖掘时无法自由滚动，使滚刀的一侧过度磨损，磨损平面增大，失去有效的破岩功能，这时就需要将滚刀更换为齿刀。
本方案的技术特征还包括，上述可更换刀筒Ⅰ~可更换刀筒Ⅴ均分别包括安装筒11，所述刀盘15上设置有与所述安装筒11配合的外筒体，所述安装筒11在驱动油缸Ⅱ14的作用下可沿外筒体轴向滑动，所述安装筒11的端部分别通过连接件10与第一层常压可更换刀具、第三层常压可更换刀具对应配合连接。
本方案的技术特征还包括闸门总成，所述外筒体包括外筒体Ⅰ7和外筒体Ⅱ9，所述外筒体Ⅰ7和外筒体Ⅱ9通过法兰固定连接，所述闸门总成设置在所述外筒体Ⅰ7和外筒体Ⅱ9之间，所述闸门总成包括配合使用的的闸门板Ⅰ8和闸门板Ⅱ12，所述闸门板Ⅰ8和闸门板Ⅱ12在驱动油缸Ⅰ13的作用下可相向或相背运动。当需要更换刀具时，驱动油缸Ⅱ14带动安装筒沿外筒体轴向滑动，同时，驱动油缸Ⅰ13带动闸门板Ⅰ8和闸门板Ⅱ12相向运动，使得外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道关闭，更换刀具完成后，驱动油缸Ⅰ13带动闸门板Ⅰ8和闸门板Ⅱ12相背运动，使得外筒体Ⅰ7与外筒体Ⅱ9之间的通道开启，在盾构机盾构过程中，外筒体Ⅰ7与外筒体Ⅱ9之间的通道处于常开状态。
本发明能够应对不同软硬岩，使盾构适应各种复杂的地层条件，提高掘进效率和刀具是使用寿命，并且能够实现常压换刀，操作便捷，有效缩短施工周期，提高施工效率，值得推广。
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，包括刀盘，所述刀盘表面沿其周向方向间隔设置有主臂和副臂，其特征在于：还包括设置在刀盘上的第一层常压可更换刀具、第二层刀具以及第三层常压可更换刀具，所述第一层常压可更换刀具包括滚齿互换刀具、中心刀、先行刀，所述中心刀安装在刀盘中心的可更换刀筒Ⅰ上，所述滚齿互换刀具安装在主臂外端面外围的可更换刀筒Ⅱ上，所述先行刀安装在主臂外端面内周的可更换刀筒Ⅲ上；所述第二层刀具包括固定式撕裂刀，所述固定式撕裂刀安装在主臂外端面外围处；所述第三层常压可更换刀具包括刮刀和螺栓固定式刮刀，所述刮刀安装在主臂侧面的可更换刀筒Ⅳ上，所述螺栓固定式刮刀分别安装在副臂和主臂侧面的可更换刀筒Ⅴ上。
2.如权利要求1所述的应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，其特征在于：所述滚齿互换刀具采用双刃滚刀或双刃齿刀。
3.如权利要求2所述的应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，其特征在于：所述刮刀轴线方向与所述刀盘轴向方向的夹角设置为45°~90°。
4.如权利要求1或2或3所述的应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，其特征在于：所述第一层常压可更换刀具超出所述刀盘的盘面的高度为225mm,所述第二层刀具超出所述刀盘的盘面的高度为205mm,所述第三层常压可更换刀具超出所述刀盘的盘面的高度为185mm。
5.如权利要求1或2或3所述的应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，其特征在于：所述可更换刀筒Ⅰ~可更换刀筒Ⅴ均分别包括安装筒，所述刀盘上设置有与所述安装筒配合的外筒体，所述安装筒可沿外筒体轴向滑动，所述安装筒的上端分别与第一层常压可更换刀具、第三层常压可更换刀具对应配合连接。
6.如权利要求5所述的应用于不同软硬岩及复合地层的盾构机刀具总成，其特征在于：还包括闸门总成，所述外筒体包括外筒体Ⅰ和外筒体Ⅱ，所述外筒体Ⅰ和外筒体Ⅱ通过法兰固定连接，所述闸门总成设置在所述外筒体Ⅰ和外筒体Ⅱ之间，所述闸门总成包括配合使用的的闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ，所述闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ相向运动时，所述外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道关闭，所述闸门板Ⅰ和闸门板Ⅱ相背运动时，所述外筒体Ⅰ与外筒体Ⅱ之间的通道开启。
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