CN108708734A - 重型tbm钢体滚刀及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地层掘进工具技术领域，尤其涉及一种重型TBM钢体滚刀，包括刀圈、轴承、刀轴、刀体、下端盖、上端盖、浮动金属端面密封环、橡胶密封圈、刀圈挡环，所述刀圈通过所述刀圈挡环固定在所述刀体上，所述刀体通过所轴承安装在所述刀轴上，所述上端盖和下端盖分别安装在所述轴承的两端，所述浮动金属端面密封环安装在上、下端盖与刀体之间，所述橡胶密封圈分别安装在左、右端盖与轴承之间。本发明所述重型TBM钢体滚刀承载能力大幅提高，能有效提高滚刀工作安全性和使用寿命。让TBM盾构滚刀能适应高转速大推力长时间连续工作。

Description

重型TBM钢体滚刀及其安装方法

技术领域

本发明涉及地层掘进工具技术领域，尤其涉及一种重型TBM钢体滚刀及其安装方法。

背景技术

滚刀是盾构破岩掘进的关键部件，广泛应用于地铁建设、隧道工程以及修建引水涵洞等。

滚刀破岩机理：刀盘在盾构机强大的推力作用下，滚刀压入岩层，滚刀绕刀盘中心轴公转，同时滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩层上连续滚压，刀盘施加给刀圈推力和滚动力转矩，推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体，通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎，在岩石上形成同心圆，当推力超过岩石的强度时，滚刀下的岩石直接挤压破碎，滚刀贯入岩石，掌子面被滚刀挤压碎裂而形成隧道同心圆沟槽，随着沟槽深度增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落，形成石渣，石渣掉落洞底滚入传输机，传输机把石渣运送出工作面。

我们从滚刀破岩机理来分析：盾构机输出的几百吨乃至几千吨的压力最终要由全盘滚刀来共同承受，每把滚刀平均需要承受几十吨的压力。尤其在抗压强度极高的全断面硬岩掘进时，为了提高滚刀刃尖的贯入度就必需增加推力，因为没有合理的贯入度，不但干磨滚刀刃尖导致刀温的升高破坏滚刀的密封系统，而且没有贯入度或贯入度过小就没有进尺或进尺太慢，效率低下，谈何经济效率。

对盾构滚刀失效的分析表明，在抗压强度极高的全断面硬岩大推刀掘进时，刀刃崩裂、轴承损坏导致滚刀偏磨、刀轴断裂、密封泄漏是滚刀主要失效形式。一把滚刀失效如果不能及时发现停机更换，就会导效刀盘上其它刀具损坏从而加大经济损，即便即时发现停机更换失效刀具，也严重影响纯掘进时间，造成经济损失。因此滚刀的安全性和寿命非常重要。同时提高刀圈、圆锥滚子轴承、刀轴的承载能力和浮动金属端面密封环的质量，滚刀的安全性才能得于保证，滚刀使用寿命才能提高，盾构滚刀才能适应高转速大推力长时间连续工作。最终才能给工程业主和施工方创造经济效益，为我国经济发展做贡献。

据统计，TBM盾构在高抗压强度硬岩掘进时，刀圈消耗费用占刀具费用的35％，圆锥滚子轴承费用占刀具消耗费用的25％左右，浮动金属端面密封环费用占刀具消耗费用占15％，刀轴占刀具消耗费用的10％。上述刀圈、圆锥滚子轴承、浮动金属端面密封环、刀轴，这四项费用合计已经超过刀具费用85％以上，合理优化这四项的配量，提高滚刀的安全性和寿命，为施工企业尽量多的减少在工期、投入等方面的费用支出，才能达到可观的经济效益。如何解决这些问题来提高盾构滚刀使用寿命和使用安全性，一直以来都是本行业设计人员绕不开，必须研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种重型TBM钢体滚刀及其安装方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种重型TBM钢体滚刀，其特征在于：包括刀圈、轴承、刀轴、刀体、下端盖、上端盖、浮动金属端面密封环、橡胶密封圈、刀圈挡环，所述刀圈通过所述刀圈挡环固定在所述刀体上，所述刀体通过所轴承安装在所述刀轴上，所述上端盖和下端盖分别安装在所述轴承的两端，所述浮动金属端面密封环安装在上、下端盖与刀体之间，所述橡胶密封圈分别安装在左、右端盖与轴承之间；所述刀圈横截面宽度大于等于78mm；轴承宽度大于等于70mm，内径大于等于105mm，外径大于等于220mm；刀轴直径大于等于105mm；所述浮动金属端面密封截面宽度大于等于12mm，内径大于等于210mm。

一种如权利要求1所述的重型TBM钢体滚刀安装方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，将刀圈加热套装在刀体上，当热量传递到刀体内孔时把两只轴承外圈压入刀体两边内孔位置，安装焊接刀圈挡环，形成刀体总成。

第二步，将已加热的下压盖套装在刀轴下端安装位，冷却至室温；

第三步，将下橡胶密封圈安装在下压盖的密封槽内，把已加热的下圆锥滚子轴承内套套在刀轴下部，冷却至室温，安装浮动金属端面密封环；

第四步，将刀体总成放入刀轴安装位置，将上圆锥滚子轴承内套套入刀轴3上部，安装上浮动金属端面密封系统；

第五步，安装上压盖，调整滚刀启动扭矩直至符合设计要求；

第五步，给刀体内腔打气压，达到设计要求参数即装配合格。

本发明的有益效果是:相对于现有技术，本发明所述重型TBM钢体滚刀承载能力大幅提高，能有效提高滚刀工作安全性和使用寿命。让TBM盾构滚刀能适应高转速大推力长时间连续工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种重型TBM钢体滚刀，包括刀圈1，轴承2，刀轴3，刀体4，下端盖5，上端盖6，浮动金属端面密封环7，橡胶密封圈8，刀圈挡环9。所述刀圈横截面宽度大于等于78mm；轴承宽度大于等于70mm，内径大于等于105mm，外径大于等于220mm；刀轴直径大于等于105mm；所述浮动金属端面密封截面宽度大于等于12mm，内径大于等于210mm。

在现有TBM盾构用滚刀的外形尺寸上加大刀圈承载体积，刀圈硬度呈梯度分布，刃口硬度高，芯部韧性好，刀圈具备良好的耐磨性能和耐冲击性能。在现有TBM盾构用滚刀的外形尺寸上选用更大型号的圆锥滚子承轴，同时刀轴直径、浮动金属端面密封环截面宽度加大，因而滚刀承载能力大幅提高，可大幅提高重型TBM钢体滚刀的安全性和使用寿命，滚刀适应高转速大推力长时间连续工作。所述重型TBM钢体滚刀刀轴在现有TBM盾构用滚刀的外形尺寸上增大直径，有效提高承载能力和抗冲击能力。重型TBM钢体滚刀浮动金属端面密封环截面宽度加大，刚性更高，寿命更长更安全。

安装时，首先；按《操作规程》要求将刀圈1加热套装在刀体4上，当热量传递到刀体内孔时把两只轴承外圈压入刀体4两边内孔位置。安装焊接刀圈挡环9，形成刀体总成。

第二步按《操作规程》要求将已加热的下压盖5套装在刀轴3下端安装位，冷却至室温；

第三步按《操作规程》要求将下橡胶密封圈7安装在下压盖5的密封槽内，把已加热的下圆锥滚子轴承内套套在刀轴3下部，冷却至室温，安装下浮动金属端面密封系统7；

第四步按《操作规程》要求将刀体总成放入刀轴3安装位置，将上圆锥滚子轴承2内套套入刀轴3上部，安装上浮动金属端面密封系统7；

第五步按《操作规程》要求安装上压盖6，调整滚刀启动扭矩直至符合设计要求；

第五步按《操作规程》要求给刀体内腔打气压，达到设计要求参数即装配合格。

最后给滚刀密封内腔抽真空注油，完重型TBM钢体滚刀安装工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种重型TBM钢体滚刀，其特征在于：包括刀圈、轴承、刀轴、刀体、下端盖、上端盖、浮动金属端面密封环、橡胶密封圈、刀圈挡环，所述刀圈通过所述刀圈挡环固定在所述刀体上，所述刀体通过所轴承安装在所述刀轴上，所述上端盖和下端盖分别安装在所述轴承的两端，所述浮动金属端面密封环安装在上、下端盖与刀体之间，所述橡胶密封圈分别安装在左、右端盖与轴承之间；所述刀圈横截面宽度大于等于78mm；轴承宽度大于等于70mm，内径大于等于105mm，外径大于等于220mm；刀轴直径大于等于105mm；所述浮动金属端面密封截面宽度大于等于12mm，内径大于等于210mm。

2.一种如权利要求1所述的重型TBM钢体滚刀安装方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，将刀圈加热套装在刀体上，当热量传递到刀体内孔时把两只轴承外圈压入刀体两边内孔位置，安装焊接刀圈挡环，形成刀体总成。

第二步，将已加热的下压盖套装在刀轴下端安装位，冷却至室温；

第三步，将下橡胶密封圈安装在下压盖的密封槽内，把已加热的下圆锥滚子轴承内套套在刀轴下部，冷却至室温，安装浮动金属端面密封环；

第四步，将刀体总成放入刀轴安装位置，将上圆锥滚子轴承内套套入刀轴3上部，安装上浮动金属端面密封系统；

第五步，安装上压盖，调整滚刀启动扭矩直至符合设计要求；

第五步，给刀体内腔打气压，达到设计要求参数即装配合格。