CN110792446A - 一种盾构机盘形滚刀结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盾构机盘形滚刀结构，包括刀轴、刀体及刀圈，其通过将位于靠近刀圈工作面的圆锥推力滚子轴承更换为一体式的径向轴承，在装配过程中，以固定安装后的径向轴承作为安装基准，配合浮动密封组件调节另一侧圆锥推力滚子轴承的外圈与内圈之间的配隙，提高组装精度，减小盘形单刃滚刀结构的径向振动幅度，降低了轴承与刀圈的磨损，同时，在工作过程中，刀体承受岩石土层的反向作用力时，径向轴承避免了与刀体之间在径向上的配隙的变化，有效的降低盘形单刃滚刀结构在径向的振动，解决盘形单刃滚刀结构因径向振动导致的轴承与刀圈磨损的技术问题。

Description

一种盾构机盘形滚刀结构

技术领域

本发明涉及盾构掘进施工机械技术领域，具体为一种盾构机盘形滚刀结构。

背景技术

盾构掘进施工法在隧洞建设中得到广泛的应用，它不仅效率高、安全性好， 而且经济环保，是现代隧洞工程施工的最佳选择，而盾构掘进机是其最现代化的 专业设备。盘形单刃滚刀结构是盾构掘进机上用于切削岩石和土层的专用刀具， 它安装在刀盘上且在隧道施工时盘形单刃滚刀结构刀圈被贯入岩石土层中，同时 刀盘在旋转装置驱动下带动盘形单刃滚刀结构实现公转和自转，使滚刀在岩石土 层上连续滚压，完成对岩石土层的连续切削和破碎。

在专利号为CN200920297027.6的实用新型专利中公开了的一种盾构机盘形 正滚刀装置，其刀轴上套设的两组用于与刀体配合的轴承均圆锥推力滚子轴承， 而圆周推力滚子轴承能承载径向与轴向载荷，但其在设计上采用分体设置，其分 为外圈与内圈，内圈与外圈之间安装有圆锥滚子，因此，在装配时，两组轴承之 间均缺少一个固定的安装基准，轴承安装时配隙无法精确调整，具体在工作时， 如图1所示，岩石土层作用在刀体2上的反向作用力，使靠近刀圈工作面的轴承 上的外圈91随刀体2向远离岩石土层的一侧移动，该轴承外圈91会沿滚子93 的倾斜方向与内圈92之间发生相对移动，内部配隙增大，轴承与刀体之间的径 向间隙变大，导致盘形单刃滚刀结构工作时在径向上出现的振动加剧，相应的轴承与刀圈的工作面的磨损程度也加深，尤其是靠近刀圈工作面位置处，严重影响 盘形单刃滚刀结构的使用寿命。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种盾构机盘形滚刀结构，其通过将位于靠近 刀圈工作面的圆锥推力滚子轴承更换为一体式的径向轴承，在装配过程中，以固 定安装后的径向轴承作为安装基准，配合浮动密封组件调节另一侧圆锥推力滚子 轴承的外圈与内圈之间的配隙，提高组装精度，减小盘形单刃滚刀结构的径向振 动幅度，降低了轴承与刀圈的磨损，同时，在工作过程中，刀体承受岩石土层的 反向作用力时，径向轴承避免了与刀体之间在径向上的配隙的变化，有效的降低 盘形单刃滚刀结构在径向的振动，解决盘形单刃滚刀结构因径向振动导致的轴承 与刀圈磨损的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构机盘形滚刀结构，包括刀轴、刀体以及至少一个套设于刀体外部上 的刀圈，所述刀轴上套设有两组轴承，两组所述轴承之间设置有隔离环，且所述 刀轴的轴向两端分别设置有左刀盖及右刀盖，所述左刀盖及右刀盖与对应的轴承 之间均设置有浮动密封机构，所述刀体同轴套设于所述刀轴上，所述刀圈同轴套 设于所述刀体的外部，其特征在于：

其中一组背向所述刀圈上的工作面的轴承为圆锥推力滚子轴承；另一组朝向 所述刀圈上的工作面的轴承为径向轴承。

作为改进，所述浮动密封机构包括靠近所述刀轴设置的密封组件及靠近所述 刀体设置的浮动密封组件。

作为改进，所述浮动密封组件包括相互抵靠设置的动态密封圈a及动态密封 圈b。

作为改进，所述径向轴承为深沟球轴承或角接触轴承的一种。

作为改进，所述刀圈设置有多个，多个所述刀圈沿所述刀体的轴线方向间隔 设置，多个所述刀圈的工作面均朝向所述径向轴承设置。

作为改进，所述刀圈的工作面上设置有硬质合金，且该工作面沿所述刀圈的 周向圆周阵列设置有若干的刀刃结构。

作为改进，所述刀体轴向的中部位置处向内凸设有分隔台阶，该分隔台阶的 宽度尺寸与所述分隔圈的宽度尺寸相适配，且该分隔台阶轴向的两侧壁分别与对 应的所述轴承抵触限位。

作为改进，所述刀轴上向外凸设有限位凸环，该限位凸环与所述左刀盖轴向 的外侧壁抵触限位配合。

作为改进，所述刀轴与所述右刀盖通过螺纹配合方式连接。

本发明的结构的有益效果在于：

(1)本发明通过将位于靠近刀圈工作面的圆锥推力滚子轴承更换为一体 式的径向轴承，在装配过程中，以固定安装后的径向轴承作为安装基准，配合浮 动密封组件调节另一侧圆锥推力滚子轴承的外圈与内圈之间的配隙，提高组装精 度，减小盘形单刃滚刀结构的径向振动幅度，同时，在工作过程中，刀体承受岩 石土层的反向作用力时，径向轴承避免了与刀体之间在径向上的配合间歇的变 化，有效的降低盘形单刃滚刀结构在径向的振动，降低了轴承与刀圈的磨损，提 高了盘形单刃滚刀结构工作的稳定性，延长了盘形单刃滚刀结构的使用寿命；

(2)本发明在通过螺纹连接方式将右刀盖安装于刀轴上与刀体密封完成 连接，使径向轴承固定时，位于左刀盖与相应的轴承之间的浮动密度组件会通过 弹性压缩的作用力自动调节圆锥推力滚子轴承的外圈与内圈，缩小两者之间的配 合间隙，使圆锥推力滚子轴承装配精度提高，减小盘形单刃滚刀结构工作过程中 的振动幅度；

(3)本发明通过将左刀盖与右刀盖在刀轴上的安装方式分别设置为限位 配合和螺纹连接的方式，使右刀盖在通过螺纹连接的方式安装在刀轴上与刀体密 封时，左刀盖也随着刀轴向刀体同步移动密封，左、右刀盖对刀体的密封挤压程 度一致，刀体轴向两端的受力均衡，振动幅度小，提高盘形单刃滚刀结构整体的 配装精度，延长使用寿命；

(4)本发明通过将刀圈上的工作面设置为硬质合金，且在硬质合金上均布 刀刃结构，利用刀刃结构，使盘形单刃滚刀结构在进行岩石土层的破碎过程中， 提升盘形单刃滚刀结构的切削效果。

综上所述，本发明具有盘形单刃滚刀结构装配精度，工作振动幅度小，磨损 程度低，使用寿命长高等优点，尤其适用于盾构掘进施工用的盘形单刃滚刀结构 结构技术领域。

附图说明

图1为现有盘形单刃滚刀结构靠近刀圈工作面的圆周推力滚子轴承分析图；

图2为本发明立体结构示意图；

图3为本发明剖视结构示意图；

图4为图3中C处放大结构示意图；

图5为图3中B处放大结构示意图；

图6为本发明实施例二结构示意图；

图7为本发明实施例三结构示意图；

图8为图3中A处放大结构示意图；

图9为本发明实施例四结构示意图；

图10为本发明实施例五结构示意图；

图11为本发明动态密封圈立体机构示意图；

图12为本发明实施例六组装方法流程示意图。

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做出创造性劳 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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、 “逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特 定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗 示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描 述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

如图2与图3，一种盾构机盘形滚刀结构，包括刀轴1、刀体2以及刀圈3， 所述刀体2同轴套设于所述刀轴1的外部，所述刀圈3同轴套设于所述刀体2 的外部，所述刀轴1上套设有两组轴承，两组所述轴承之间设置有隔离环5，且 所述刀轴1的轴向两端分别设置有左刀盖6及右刀盖7，所述左刀盖6及右刀盖 7与对应的轴承之间均设置有浮动密封机构8，所述刀体2同轴套设于所述刀轴 1上，所述刀圈3同轴套设于所述刀体2的外部，其中一组背向所述刀圈3上的 工作面31的轴承为圆锥推力滚子轴承a；另一组朝向所述刀圈3上的工作面31的轴承为径向轴承b。

如图4所示，需要说明的是，通过将靠近刀圈3的工作面31处的轴承更换 为径向轴承b，使盘形单刃滚刀结构在工作过程中，刀体2受到岩石土层给予的 反向作用力时，沿轴向向远离岩石土层的一侧移动时，而径向轴承仅与刀体在轴 向上发生相对移动，径向轴承与刀体2之间的径向间隙不发生任何变化，而刀体 2另一端的圆锥推力滚子轴承的外圈随刀体2同步移动，由于圆锥滚子的作用， 外圈与刀体2之间的配歇反而缩小，两组轴承相互配合，有效的降低了盘形单刃 滚刀结构在工作过程中，径向的振动，提高其工作的稳定性，降低了轴承与刀圈 3工作面31的磨损，延长了盘形单刃滚刀结构的使用寿命。

进一步说明的是，本发明中的左、右限定仅是基于附图所示的方位或位置关 系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件 必须具有特定的方位。

如图3与图5所示，作为一种优选的实施方式，所述刀体2轴向的中部位置 处向内凸设有分隔台阶21，该分隔台阶21的宽度尺寸与所述隔离环5的宽度尺 寸相适配，且该分隔台阶21轴向的两侧壁分别与对应的轴承抵触限位。

进一步的，所述刀轴1上向外凸设有限位凸环11，该限位凸环11与所述左 刀盖6的轴向外侧壁抵触限位配合。

更进一步的，所述刀轴1与所述右刀盖7通过螺纹配合方式连接。

首先需要说明的是，刀轴1上的限位凸环11与刀体2上的限位台阶25配合 将左刀盖6限位固定，而右刀盖7则通过刀轴1螺纹连接方式配合与其对应的刀 体2上的限位台阶25进行限位固定。

通过在刀轴1上设置限位凸环11与左刀盖6的抵触限位，使右刀盖7与刀 轴1通过螺纹连接方式进行旋转连接时，刀轴1向右刀盖7的方向移动，带动左 刀盖6同步移动与刀体2密封连接，因此，左刀盖6及右刀盖7同步压缩对应的 浮动密封组件82，同步使径向轴承及圆锥推力滚子轴承的外圈与分隔台阶21的 两侧壁抵触限位配合，有助于后续左刀盖6及右刀盖7完成密封配合后，浮动密 封组件82依靠弹性伸缩对圆锥推力滚子轴承的外圈及内圈的配合间歇的自动调 节。

此外，由于左刀盖6及右刀盖7同步与刀体2的密封配合，两者作用在刀体 2上的密封挤压的作用力一致，保证了刀体2轴向两端的平衡及稳定。

实施例2：

图6为本发明一种盾构机盘形滚刀结构的实施例二的一种结构示意图；如图 6所示，其中与实施例二中相同或相应的部件采用与实施例三相应的附图标记， 为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例二与图1所示的实施例 一的不同之处在于：

如图6所示，在本实施例中，所述刀圈3设置有多个，多个所述刀圈3沿所 述刀体2的轴线方向间隔设置，多个所述刀圈3的工作面31均朝向所述径向轴 承4b设置。

需要说明的是，本发明中的刀圈3的个数可以依据使用的需求进行设置，且 设置的刀圈3的工作面31均朝向径向轴承4b设置，使刀圈在工作过程中，受到 岩石土层给予的反向作用力均集中在径向轴承4b的一端，使盘形单刃滚刀结构

实施例3：

图7为本发明一种盾构机盘形滚刀结构的实施例三的一种结构示意图；如图 7所示，其中与实施例一及实施例二中相同或相应的部件采用与实施例一或实施 例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一及实施例二的区别点。 该实施例三与图1所示的实施例一及图6所示的实施例二的不同之处在于：

如图7与图8所示，一种盾构机盘形滚刀结构，所述刀圈3的工作面31上 设置有硬质合金，且该工作面31沿所述刀圈3的周向圆周阵列设置有若干的刀 刃结构32。

需要说明的是，在盘形单刃滚刀结构工作过程中，由于刀圈3的工作面31 是对岩石土层进行粉碎、切削的部分，因此其磨损的程度也最高，需要不定期的 进行更换，本发明通过在工作面31上设置硬质合金，增强工作面31的抗磨损性 能。

此外，通过在工作面31上设置刀刃结构32，利用刀刃机构32增强工作面 对岩石土层的切削性能，该刀刃机构32包括两组沿刀圈3径向对称设置的刀刃 321。

实施例4：

图9为本发明一种盾构机盘形滚刀结构的实施例四的一种结构示意图；如图 5所示，其中与实施例一及实施例二中相同或相应的部件采用与实施例一及实施 例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一及实施例二的区别点。 该实施例四与图1所示的实施例一及图6所示的实施例二的不同之处在于：

如图9所示，本实施例中，所述径向轴承4b优选为深沟球轴承或角接触轴 承的一种。

需要说明的是，深沟球轴承或角接触轴承是一种通用设计，能够在高速运动 中承受不同大小的负荷，该型的滚动轴承由成套精密滚珠和保持架以及内外圈组 成，其中标准的向心球轴承里有一个深沟结构，可以承受来自任意向上的径向负 荷和较小轴向负荷，具有最大载荷能力的向心球轴承主要承受径向负荷，因此， 在满足本发明轴承的使用要求的同时，也能减小使用成本。

实施例5：

图10为本发明一种盾构机盘形滚刀结构的实施例五的一种结构示意图；如 图10所示，其中与实施例一机实施例二中相同或相应的部件采用与实施例一及 实施例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一及实施例二的区 别点。该实施例五与与图1所示的实施例一及图6所示的实施例二的不同之处在 于：

如图10与图11所示，一种盾构机盘形滚刀结构，所述浮动密封机构8包括 靠近所述刀轴1设置的密封组件81及靠近所述刀体2设置的浮动密封组件82。

进一步的，所述密封组件81包括嵌设于左、右刀盖内侧壁上与对应的轴承 密封配合的密封圈a811、套设于刀轴1上分别与左或右刀盖的环向内侧壁密封 配合的密封圈b812及套设于刀轴1上与对应的轴承的内圆周侧壁密封配合的密 封圈c813。

更进一步的，所述浮动密封组件82包括相互抵靠设置的动态密封圈a821 及动态密封圈b822，该动态密封圈a821及动态密封圈b822均包括环形设置的 叠合部823及凸出叠合部823设置的颈部824，动态密封圈a821及动态密封圈 b822的叠合部823相互抵靠重叠，而颈部824则被对应的左刀盖5及右刀盖6 挤压。

需要说明的是，左刀盖6及右刀盖7完成与刀体2的密封配合后，为径向轴 承4a设置的轴承被限位固定，与该轴承抵触的隔离环5也被限位固定，而左刀 盖6与为圆锥推力滚子轴承轴承4b设置的轴承之间的浮动密封组件82中的动态 密封圈a821及动态密封圈b822通过弹性伸缩，使圆锥推力滚子轴承4b的外圈 相对于内圈进行移动，自动调整外圈及内圈的配隙，使圆锥推力滚子轴承4b整 体与刀体2之间的配合精度提高，减小盘形单刃滚刀结构的工作调动幅度。

实施例6：

参考实施例一至实施例五，描述本发明实施例六中的一种盾构机盘形滚刀结 构组装方法。

如图12所示，一种盾构机盘形滚刀结构组装方法，包括以下步骤：

步骤一、圆锥推力滚子轴承上装，沿刀轴1的轴向，依次将左刀盖6、浮动 密封组件82、圆锥推力滚子轴承4a套设于所述刀轴1上；

步骤二、刀体安装，将安装有刀圈3的刀体2同轴套设于步骤一中完成上装 后的所述刀轴1上，使圆锥推力滚子轴承4a位于所述刀体2上远离刀圈3的工 作面31的一端；

步骤三、径向轴承上装，依次将分隔环5、径向轴承4b及浮动密封组件82 套设于所述刀轴1上，使分隔环5位于圆锥推力滚子轴承4a与径向轴承4b之间， 且径向轴承位于刀体2靠近刀圈3的工作面31的一端，该径向轴承4b与分隔台 阶21抵触限位固定；以及

步骤四、配隙调整，将右刀盖7通过刀轴1上的螺纹进行旋转连接，与刀体 2密封配合，且挤压紧邻右刀盖7的浮动密封组件82及径向轴承，同步的，通 过刀轴1向径向轴承的方向移动，带动左刀盖6与刀体2密封配合，且挤压紧邻 的左刀盖6的浮动密封组件82及圆锥推力滚子轴承4a，使圆锥推力滚子轴承4a 的外圈与刀体2上相应的限位台阶25抵触限位，其内圈与隔离环5抵触限位， 完成右刀盖7的上装后，通过紧邻圆锥推力滚子轴承4a的浮动密封组件82弹性 伸缩，移动外圈，使圆锥推力滚子轴承4a的外圈及内圈自动调整其配隙。

需要说明的是，本发明通过将其中一组面向岩石土层的轴承更换为一体式的 径向轴承，在装配的过程中，利用径向轴承4b先与分隔台阶4抵触固定，以径 向轴承4b与分隔台阶抵触的侧壁作为安装基准，使分隔环5固定后，再对圆锥 推力滚子轴承4b的内圈进行限位固定，提高装配精度。

进一步说明的是，密封组件81中的密封圈a811、密封圈b812及密封圈c813 已提前安装到相应的位置。

更进一步说明的是，在步骤四中，右刀盖组7通过螺纹配合上装到刀轴1 上对刀体2进行密封时，通过螺纹配合，使刀轴1不断的向径向轴承的方向移动， 而在刀轴1移动过程中，通过限位凸环11带动左刀盖5同步与刀体2密封配合， 使左刀盖5与右刀盖6的密封同步进行，获得以下优点：

1、左刀盖5与右刀盖组6同步完成密封，两者在刀体2上密封连接的作用 力可以保持在一种最佳的平衡状态，保证刀体2的稳定性；

2、通过调整右刀盖6与刀体2之间的密封连接状态，就可以同时调整左刀 盖组5在刀体2上的密封连接状态；

3、左刀盖5与右刀盖组6同步向刀体2移动进行密封，可以保证刀体两侧 的浮动密封组件82的被挤压程度一致，对圆锥推力滚子轴承的内、外圈进行配 合间歇调整时，可以调整到最佳的配合状态。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。

Claims (9)

1.一种盾构机盘形滚刀结构，包括刀轴(1)、刀体(2)以及至少一个套设于刀体(2)外部上的刀圈(3)，所述刀轴(1)上套设有两组轴承，两组所述轴承之间设置有隔离环(5)，且所述刀轴(1)的轴向两端分别设置有左刀盖(6)及右刀盖(7)，所述左刀盖(6)及右刀盖(7)与对应的轴承之间均设置有浮动密封机构(8)，所述刀体(2)同轴套设于所述刀轴(1)上，所述刀圈(3)同轴套设于所述刀体(2)的外部，其特征在于：

其中一组背向所述刀圈(3)上的工作面(31)的轴承为圆锥推力滚子轴承(4a)；另一组朝向所述刀圈(3)上的工作面(31)的轴承为径向轴承(4b)。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述浮动密封机构(8)包括靠近所述刀轴(1)设置的密封组件(81)及靠近所述刀体(2)设置的浮动密封组件(82)。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述浮动密封组件(82)包括相互抵靠设置的动态密封圈a(821)及动态密封圈b(822)。

4.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述径向轴承(4b)为深沟球轴承或角接触轴承的一种。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述刀圈(3)设置有多个，多个所述刀圈(3)沿所述刀体(2)的轴线方向间隔设置，多个所述刀圈(3)的工作面(31)均朝向所述径向轴承(4b)设置。

6.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述刀圈(3)的工作面(31)上设置有硬质合金，且该工作面(31)沿所述刀圈(3)的周向圆周阵列设置有若干的刀刃结构(32)。

7.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述刀体(2)轴向的中部位置处向内凸设有分隔台阶(21)，该分隔台阶(21)的宽度尺寸与所述隔离环(5)的宽度尺寸相适配，且该分隔台阶(21)轴向的两侧壁分别与对应的轴承抵触限位。

8.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述刀轴(1)上向外凸设有限位凸环(11)，该限位凸环(11)与所述左刀盖(6)的轴向外侧壁抵触限位配合。

9.根据权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀结构，其特征在于，所述刀轴(1)与所述右刀盖(7)通过螺纹配合方式连接。

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