CN110905542A - 一种适用于柔臂掘进机的tbm刀盘及其开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘及其开挖方法，解决了现有技术中TBM刀盘配合柔臂掘进机开挖效率低的问题。本发明包括固定刀筒，固定刀筒通过并联油缸机构与主驱动相连接，固定刀筒的前面板上设有主开挖刀具，固定刀筒的外环面上设有侧面旋挖刀具。本发明固定刀筒的外壁上沿轴向设有侧滚刀组，配合主开挖刀具对掌子面和洞壁进行挤压加旋切破岩，提高柔臂掘进机的挖掘效率。此外本发明的刀盘能相对并联油缸机构进行自转，由传统的挤压破岩转变为旋压破岩，两种工作模式可任意切换，以满足不同工况需求，提高装置的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘及其开挖方法。
背景技术
目前的全断面掘进机刀盘主要由正滚刀、边滚刀、刮刀组成，破岩方式为挤压破岩，柔臂掘进机需采用小刀盘工作，要求刀盘既要具备正面挤压破岩的能力又要具有旋切破岩的能力，而旋切破岩时刀盘正面平行于掌子面或与掌子面有较小的倾角，主要靠刀盘侧面的刀具受力完成破岩，刀盘受力方向由轴向受力变为了径向受力。但目前的刀盘，主要靠前面板上的刀具进行挤压破岩，侧向很少有边滚刀，且刀盘侧面的滚刀布置位置并没有向刀盘轴向方向延伸，因此现有刀盘形式无法具备旋切破岩能力，导致柔臂掘进机掘进效率效率低。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘及其开挖方法，解决了现有技术中TBM刀盘配合柔臂掘进机开挖效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，包括固定刀筒，固定刀筒通过并联油缸机构与主驱动相连接，固定刀筒的前面板上设有主开挖刀具，固定刀筒的外环面上设有侧面旋挖刀具。
所述主开挖刀具包括正滚刀和边滚刀，正滚刀垂直设置在固定刀筒的前面板上，边滚刀倾斜设置在固定刀筒前面板的外边沿。
所述侧面旋挖刀具为沿固定刀筒周向设置的侧滚刀组，固定刀筒上设有至少一圈侧滚刀组，每圈侧滚刀组包括至少两个垂直设置的侧滚刀。
所述侧滚刀伸出固定刀筒外环面的高度不低于边滚刀伸出固定刀筒外环面的高度。
所述固定刀筒通过回转驱动机构与并联油缸机构相连接。
所述回转驱动机构包括刀盘座和自转驱动，刀盘座的一端与固定刀筒转动连接、另一端与并联油缸机构铰接，自转驱动固定连接在刀盘座上，自转驱动的输出端设有主动齿轮，主动齿轮与设置在固定刀筒内部的内齿圈啮合。
一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘的开挖方法，包括该TBM刀盘主转动下的掘进和该TBM刀盘自转辅助转动下的掘进；所述该TBM刀盘主转动下的掘进时：对掌子面进行垂直开挖时，主驱动通过并联油缸机构带动固定刀筒转动，固定刀筒的前面板上的主开挖刀具对掌子面进行主挤压旋切破岩，固定刀筒外环面上的侧面旋挖刀具进行辅助旋切破岩扩挖；
对掌子面进行摆动开挖时，主驱动通过并联油缸机构带动固定刀筒转动，固定刀筒外环面上的侧面旋挖刀具对掌子面进行主旋切破岩扩挖，固定刀筒的前面板上的主开挖刀具对掌子面进行辅助挤压旋切破岩；
该TBM刀盘自转辅助转动下的掘进时：对掌子面进行垂直开挖时，主驱动通过并联油缸机构带动固定刀筒转动，同时，自转驱动带动固定刀筒自转，固定刀筒的前面板上的主开挖刀具对掌子面进行主挤压和旋切联合破岩，固定刀筒外环面上的侧面旋挖刀具进行辅助旋切破岩；
对掌子面进行摆动开挖时，驱动通过并联油缸机构带动固定刀筒转动，同时，自转驱动带动固定刀筒自转，固定刀筒外环面上的侧面旋挖刀具进行主旋切破岩，固定刀筒的前面板上的主开挖刀具对掌子面进行辅助挤压和旋切联合破岩。
本发明固定刀筒的外壁上沿轴向设有侧滚刀组，配合主开挖刀具对掌子面和洞壁进行挤压加旋切破岩，提高柔臂掘进机的挖掘效率。此外本发明的刀盘能相对并联油缸机构进行自转，由传统的挤压破岩转变为旋压破岩，两种工作模式可任意切换，以满足不同工况需求，提高装置的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为本发明与柔臂掘进机连接状态示意图。
图2为本发明主视示意图。
图3为本发明侧视示意图。
图4为本发明实施例2中刀盘自转结构示意图。
图5为本发明实施例2中固定刀筒结构示意图。
图6为本发明开挖过程中固定刀筒摆动状态示意图。
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所示，实施例1，一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，包括固定刀筒1，固定刀筒1通过并联油缸机构2与主驱动3相连接，并联油缸机构2与主驱动3相连接均连接在柔臂掘进机上，通过并联油缸机构调节刀盘与主轴承的偏心距离，从而实现工作空间范围内的任意形状断面的开挖。固定刀筒1的前面板上设有主开挖刀具4，主开挖刀具4对掌子面的开挖起主要作用，固定刀筒1的外环面上设有侧面旋挖刀具5，侧面旋挖刀具对岩壁进行旋切破岩扩挖。如图2、3所示：所述主开挖刀具4包括正滚刀401和边滚刀402，正滚刀401垂直设置在固定刀筒1的前面板上，即正滚刀的刀刃面与前面板垂直，边滚刀402倾斜设置在固定刀筒1前面板的外边沿，优选地倾斜角度θ为20°~60°，具体的以刀盘面积和开挖环境为准。
进一步，所述侧面旋挖刀具5为沿固定刀筒1周向设置的侧滚刀组，固定刀筒1的外壁上设有至少一圈侧滚刀组，优选地可设置两圈或三圈，每圈侧滚刀组包括至少两个垂直设置的侧滚刀，每圈侧滚刀组的侧滚刀等角度分布筒同一圆上，侧滚刀的刀刃面与固定刀筒1的外壁垂直设置。所述侧滚刀伸出固定刀筒1外环面的高度不低于边滚刀402伸出固定刀筒1外环面的高度，实现对开挖洞壁的扩挖。
初始时，并联油缸机构2完全缩回，此时刀盘与主轴承同轴线，控制并联油缸机构按照相同位移量同步推进，同时主驱动带动主轴承回转，此时刀盘起到与现有掘进机刀盘相同的工作作用，刀盘正面滚刀受力，对掌子面进行挤压旋切破岩；当刀盘正向贯入一定深度后，通过并联油缸机构作用使刀盘轴线逐渐与主轴承轴线偏离，此时刀盘进入旋切模式，主开挖刀具几乎不受轴向力，侧滚刀受旋切力，进行旋切破岩扩挖，此过程为对已开挖洞径的扩挖。
如图4、5所示，实施例2，一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，所述固定刀筒1通过回转驱动机构与并联油缸机构2相连接。所述回转驱动机构包括刀盘座6和自转驱动7，自转驱动7可采用电机或液压马达进行驱动，为固定刀筒的自转提供动力。刀盘座6的一端与固定刀筒1转动连接、另一端与并联油缸机构2铰接，自转驱动7固定连接在刀盘座6上，自转驱动7的输出端设有主动齿轮8，主动齿轮8与设置在固定刀筒1内部的内齿圈9啮合。自转驱动转动通过主动齿轮带动内齿圈转动，进而实现固定刀筒相对刀盘座的转动，进而实现固定刀筒的自转，主开挖刀具和侧面旋挖刀具对洞壁进行旋切破岩。
其他结构与实施例1相同。
实施例3：一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘的开挖方法，包括该TBM刀盘主转动下的掘进和该TBM刀盘自转辅助转动下的掘进。所述该TBM刀盘主转动下的掘进时：对掌子面进行垂直开挖时（如图6中A位置状态），主驱动3通过并联油缸机构2带动固定刀筒1转动，固定刀筒1的前面板上的主开挖刀具4对掌子面进行主挤压旋切破岩，固定刀筒1外环面上的侧面旋挖刀具5进行辅助旋切破岩扩挖；即主要以主开挖刀具4对掌子面进行挤压旋切破岩，侧面旋挖刀具5进行辅助旋切破岩。对掌子面进行摆动开挖时（如图6中由A位置到B位置开挖，或A位置到C位置开挖），主驱动3通过并联油缸机构2带动固定刀筒1转动，固定刀筒1外环面上的侧面旋挖刀具5进行主旋切破岩扩挖；固定刀筒1的前面板上的主开挖刀具4对掌子面进行辅助挤压旋切破岩。即在摆动开挖过程中，侧面旋挖刀具5主要受力对掌子面进行主要旋切破岩，固定刀筒1的前面板上的主开挖刀具4不受力或者受小部分力，对掌子面进行辅助挤压旋切破岩。
该TBM刀盘自转辅助转动下的掘进时，对掌子面进行垂直开挖时（如图6中A位置状态），主驱动3通过并联油缸机构2带动固定刀筒1转动，于此同时，自转驱动7带动固定刀筒1自转，固定刀筒1的前面板上的主开挖刀具4对掌子面进行主挤压和旋切联合破岩，固定刀筒1外环面上的侧面旋挖刀具5进行辅助旋切破岩。即主开挖刀具4主要受力进行挤压和旋切联合破岩；侧面旋挖刀具5不受力或者受小部分力，对掌子面进行辅助旋切破岩。对掌子面进行摆动开挖时（如图6中由A位置到B位置开挖，或A位置到C位置开挖），主驱动3通过并联油缸机构2带动固定刀筒1转动，于此同时，自转驱动7带动固定刀筒1自转，固定刀筒1外环面上的侧面旋挖刀具5主要受力，对掌子面进行主旋切破岩；固定刀筒1的前面板上的主开挖刀具4不受力或者受小部分力，对掌子面进行辅助挤压和旋切联合破岩。即当刀盘正向贯入一定深度后，通过并联油缸机构作用使刀盘轴线逐渐与主轴承轴线偏离，此时刀盘进入完全旋切模式，主开挖刀具几乎不受轴向力，侧滚刀受旋切力，主开挖刀具和侧滚刀进行旋切破岩扩挖。
其他结构与实施例2相同。
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 (7)
1.一种适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，其特征在于：包括固定刀筒（1），固定刀筒（1）通过并联油缸机构（2）与主驱动（3）相连接，固定刀筒（1）的前面板上设有主开挖刀具（4），固定刀筒（1）的外环面上设有侧面旋挖刀具（5）。
2.根据权利要求1所述的适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，其特征在于：所述主开挖刀具（4）包括正滚刀（401）和边滚刀（402），正滚刀（401）垂直设置在固定刀筒（1）的前面板上，边滚刀（402）倾斜设置在固定刀筒（1）前面板的外边沿。
3.根据权利要求1或2所述的适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，其特征在于：所述侧面旋挖刀具（5）为沿固定刀筒（1）周向设置的侧滚刀组，固定刀筒（1）上设有至少一圈侧滚刀组，每圈侧滚刀组包括至少两个垂直设置的侧滚刀。
4.根据权利要求3所述的适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，其特征在于：所述侧滚刀伸出固定刀筒（1）外环面的高度不低于边滚刀（402）伸出固定刀筒（1）外环面的高度。
5.根据权利要求1或2或4所述的适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，其特征在于：所述固定刀筒（1）通过回转驱动机构与并联油缸机构（2）相连接。
6.根据权利要求5所述的适用于柔臂掘进机的TBM刀盘，其特征在于：所述回转驱动机构包括刀盘座（6）和自转驱动（7），刀盘座（6）的一端与固定刀筒（1）转动连接、另一端与并联油缸机构（2）铰接，自转驱动（7）固定连接在刀盘座（6）上，自转驱动（7）的输出端设有主动齿轮（8），主动齿轮（8）与设置在固定刀筒（1）内部的内齿圈（9）啮合。
7.一种如权利要求1或6所述的适用于柔臂掘进机的TBM刀盘的开挖方法，其特征在于：包括该TBM刀盘主转动下的掘进和该TBM刀盘自转辅助转动下的掘进；所述该TBM刀盘主转动下的掘进时：对掌子面进行垂直开挖时，主驱动（3）通过并联油缸机构（2）带动固定刀筒（1）转动，固定刀筒（1）的前面板上的主开挖刀具（4）对掌子面进行主挤压旋切破岩，固定刀筒（1）外环面上的侧面旋挖刀具（5）进行辅助旋切破岩扩挖；
对掌子面进行摆动开挖时，主驱动（3）通过并联油缸机构（2）带动固定刀筒（1）转动，固定刀筒（1）外环面上的侧面旋挖刀具（5）对掌子面进行主旋切破岩扩挖，固定刀筒（1）的前面板上的主开挖刀具（4）对掌子面进行辅助挤压旋切破岩；
该TBM刀盘自转辅助转动下的掘进时：对掌子面进行垂直开挖时，主驱动（3）通过并联油缸机构（2）带动固定刀筒（1）转动，同时，自转驱动（7）带动固定刀筒（1）自转，固定刀筒（1）的前面板上的主开挖刀具（4）对掌子面进行主挤压和旋切联合破岩，固定刀筒（1）外环面上的侧面旋挖刀具（5）进行辅助旋切破岩；
对掌子面进行摆动开挖时，驱动（3）通过并联油缸机构（2）带动固定刀筒（1）转动，同时，自转驱动（7）带动固定刀筒（1）自转，固定刀筒（1）外环面上的侧面旋挖刀具（5）进行主旋切破岩，固定刀筒（1）的前面板上的主开挖刀具（4）对掌子面进行辅助挤压和旋切联合破岩。
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|---|---|---|---|---|
| CN111255474A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-09 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种多角度破岩悬臂掘进机的硬岩刀盘 |
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| CN111255474B (zh) * | 2020-03-25 | 2022-01-21 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种多角度破岩悬臂掘进机的硬岩刀盘 |
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