CN111594195A - 一种压力自适应盾构滚刀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下工程应用的盾构刀具技术领域，具体涉及一种压力自适应盾构滚刀，包括刀轴、轴承和隔圈，轴承和隔圈装配在刀轴上，隔圈设在相邻轴承之间，其上设有第一径向孔，其外侧套有环形弹性套，环形弹性套的两端对应粘结在隔圈的两端面上，并用轴承的内圈压紧，刀轴上设有与第一径向孔相通的第二径向孔，刀轴内还设有与第二径向孔相通的轴向孔，轴向孔贯通到刀轴的一个端面，轴向孔的端部出口位置连接有过滤岩渣的钢丝网。本发明通过在隔圈外侧设置环形弹性套，形成呼吸式压力补偿装置，当外界压力较大时，外部泥水压缩刀轴内部空气，空气压缩环形弹性套，环形弹性套压缩滚刀内部润滑油来适应外界压力，达到压力自适应状态。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程应用的盾构刀具技术领域，具体涉及一种压力自适应盾构滚刀。
背景技术
滚刀是一种破碎坚硬岩石的挖掘工具，安装于盾构、TBM、顶管等大型非开挖施工设备的开挖刀盘上，其作用是碾压掌子面岩石并将岩石从掌子面上剥落下来，滚刀主要有刀圈、刀毂、刀轴、轴承、浮动密封、端盖等部件组成；浮动密封是保证滚刀内部压力及轴承正常工作的一个关键部件，普通滚刀浮封能承受的高压差为3bar，而埋深较大的泥水盾构，外部压力较大，内外压差往往超过3bar，泥浆推挤橡胶密封，推动它移位到浮动密封型腔马鞍面，这就推动浮封环之间挤压的更紧，增大滚刀启动扭矩，导致滚动偏磨的出现，降低盾构机掘进效率，影响施工进度。
现有技术的缺点是现有的常规盾构滚刀无法承受高水压压力，当滚刀外部压力和滚刀内部压力差大于3bar时，造成滚刀失效；另外现有技术中也有采用压力补偿活塞来减轻滚刀内外压差的技术方案，一种是在刀轴中心有一个压力补偿活塞，随着外部压力增加而移动，导致内部压力上升到一个相等的水平，这种方法的问题是压力补偿装置的外面被石渣堵住了，活塞不能反向移动，可能导致内部压力超高，毁坏密封；另一种是在密封端盖的孔环上安装有一个膜片，当大气侧压力上升时移动，导致内部压力上升，这种方法有着同样的问题，可能导致内部压力超高，毁坏密封。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种压力自适应盾构滚刀，其通过在隔圈外侧设置环形弹性套，环形弹性套内部与润滑油接触，使其外部通过第一径向孔、第二径向孔、轴向孔与刀轴外部环境连通，能够形成呼吸式压力补偿装置，当外界压力较大时，外部泥水压缩刀轴内部空气，空气压缩环形弹性套，环形弹性套压缩滚刀内部润滑油来适应外界压力，从而达到压力自适应状态，使本发明能够适用于大埋深穿江越海隧道盾构机，有效保证滚刀性能，满足盾构机长距离掘进。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种压力自适应盾构滚刀，包括刀轴、轴承和隔圈，所述轴承和隔圈装配在所述刀轴上，所述隔圈设在相邻轴承之间，所述隔圈上设有第一径向孔，所述隔圈的外侧套有环形弹性套，所述环形弹性套的两端对应粘结在所述隔圈的两端面上，并利用所述轴承的内圈压紧，所述环形弹性套能在所述隔圈的外侧空间内伸缩，所述刀轴上设有与所述第一径向孔相通的第二径向孔，所述刀轴内还设有与所述第二径向孔相通的轴向孔，所述轴向孔贯通到所述刀轴的一个端面，所述轴向孔的端部出口位置连接有过滤岩渣的钢丝网。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述轴向孔贯通到所述刀轴的两个端面。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述轴向孔设置在所述刀轴的轴心位置。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述环形弹性套的材料为橡胶。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述环形弹性套的断面形状为U形。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述轴向孔的端部出口位置加工有安装空心堵头的沉头孔，所述钢丝网被所述空心堵头压紧固定在所述沉头孔底部。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述隔圈上均布设有四个第一径向孔，所述刀轴上设有四个与所述第一径向孔对应连通的第二径向孔。
进一步地，在上述的一种压力自适应盾构滚刀中，所述刀轴上装配有对称设置的两个轴承，所述轴承外圈装配有一体式刀圈，所述轴承的外端连接有轴承端盖，所述端盖上连接有油塞。
本发明的一种压力自适应盾构滚刀的有益效果：
本发明通过在隔圈外侧设置环形弹性套，环形弹性套内部与润滑油接触，使其外部通过第一径向孔、第二径向孔、轴向孔与刀轴外部环境连通，能够形成呼吸式压力补偿装置，当外界压力较大时，外部泥水压缩刀轴内部空气，空气压缩环形弹性套，环形弹性套压缩滚刀内部润滑油来适应外界压力，从而达到压力自适应状态，使本发明能够适用于大埋深穿江越海隧道盾构机，有效保证滚刀性能，满足盾构机长距离掘进。
相比于将橡胶垫设置在刀轴端部，本发明中的环形弹性套设置在远离刀轴端部的隔圈所处的位置，通过空气压缩环形弹性套实现油腔容积调整，能够避免环形弹性套外部被石渣堵住而导致环形弹性套不能往回运动，从而导致油腔内一直处于高压状态，另外轴向孔的端部出口位置连接有过滤岩渣的钢丝网，充分多虑掉大颗粒岩渣，防止岩渣进入刀轴内部损坏环形弹性套，能够保持滚刀性能持久耐用。
本发明中刀轴上的轴向孔贯通到刀轴的两个端面，即刀轴两端均开孔，能使刀轴内部畅通，保持刀轴两侧压力联通，使外界压力传递平顺，不会造成刀轴内部堵塞现象，刀轴内部维护清理也方便。
本发明中环形弹性套的断面形状为U形，方便整圈套在隔圈在外侧，也方便通过轴承内圈压紧，另外也方便向外侧延伸和向内侧收缩。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种压力自适应盾构滚刀的整体结构示意图。
图2是根据本发明实施例的环形弹性套的纵向剖视结构示意图。
图中：1是空心堵头，2是钢丝网，3是刀轴，4是上端盖，5是密封圈，6是一体式刀圈，7是浮动密封，8是油塞，9是密封圈，10是轴承，11是隔圈，12是环形弹性套，13是下端盖。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体的实施方式对本发明的一种压力自适应盾构滚刀做更加详细的描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”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装置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。
参见图1-图2，本实施例公开了一种压力自适应盾构滚刀，包括刀轴3、轴承10和隔圈11，轴承10和隔圈11装配在刀轴3上，隔圈11设在相邻轴承10之间，隔圈11上设有第一径向孔，隔圈11的外侧套有环形弹性套12，环形弹性套12的两端对应粘结在隔圈11的两端面上，并利用轴承10的内圈压紧，环形弹性套12能在隔圈11的外侧空间内伸缩，刀轴3上设有与第一径向孔相通的第二径向孔，刀轴3内还设有与第二径向孔相通的轴向孔，轴向孔贯通到刀轴3的一个端面，轴向孔的端部出口位置连接有过滤岩渣的钢丝网2。本申请的压力自适应盾构滚刀通过在隔圈11外侧设置环形弹性套12，环形弹性套12内部与润滑油接触，使其外部通过第一径向孔、第二径向孔、轴向孔与刀轴3外部环境连通，能够形成呼吸式压力补偿装置，当外界压力较大时，外部泥水压缩刀轴3内部空气，空气压缩环形弹性套12，环形弹性套12压缩滚刀内部润滑油来适应外界压力，从而达到压力自适应状态，使本发明能够适用于大埋深穿江越海隧道盾构机，有效保证滚刀性能，满足盾构机长距离掘进。
相比于现有将将橡胶垫设置在刀轴端部的结构，本发明中的环形弹性套设置在远离刀轴端部的隔圈所处的位置，由于距离远且刀轴内孔孔径小，泥水能够压缩刀轴内孔内的空气，再通过空气压缩环形弹性套实现油腔容积调整，能够避免环形弹性套外部被石渣堵住而导致环形弹性套不能往回运动，从而导致油腔内一直处于高压状态，另外轴向孔的端部出口位置连接有过滤岩渣的钢丝网，充分多虑掉大颗粒岩渣，防止岩渣进入刀轴内部损坏环形弹性套，能够保持滚刀性能持久耐用。
本实施例中，优选地，轴向孔贯通到刀轴3的两个端面，即刀轴3两端均开孔，相比于轴向孔贯通到刀轴3的一个端面的结构，能使刀轴3内部畅通，保持刀轴3两侧压力联通，使外界压力传递平顺，不会造成刀轴3内部堵塞现象，刀轴3内部维护清理也方便。
本实施例中，优选地，轴向孔设置在刀轴3的轴心位置，使刀轴3结构更对称，使刀轴3各个方向的强度均衡。
本实施例中，优选地，环形弹性套12的材料为橡胶，密封性好，弹性形变性能好。
本实施例中，优选地，环形弹性套12的断面形状为U形，方便整圈套在隔圈11外侧，其端部与隔圈11端部和轴承10内圈端部平行，也方便通过轴承10内圈压紧，另外其侧部设置为向隔圈11外侧凹出的形状，也方便向外侧延伸和向内侧收缩。
本实施例中，优选地，轴向孔的端部出口位置加工有安装空心堵头1的沉头孔，钢丝网2被空心堵头1压紧固定在沉头孔底部，对钢丝网2的固定方便快捷，也方便取下清理钢丝网2。
本实施例中，优选地，隔圈11上均布设有四个第一径向孔，刀轴3上设有四个与第一径向孔对应连通的第二径向孔。本实施例中设置四个第一径向孔和第二径向孔，既能保证压力快速传递，也能保证隔圈11和刀轴3的强度。
本实施例中，具体地，刀轴3上装配有对称设置的两个轴承10，轴承10外圈装配有一体式刀圈6，轴承10的外端连接有轴承端盖，轴承端盖上连接有油塞8，润滑油从油塞8处注入，轴承端盖包括上端盖4和下端盖13，上端盖4内壁和一体式刀圈内壁的内侧及下端盖13内壁和一体式刀圈内壁的内侧设有浮动密封7，上端盖4和轴承内圈之间设有密封圈5，下端盖13和刀轴3之间连接有密封圈9。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中如使用“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种压力自适应盾构滚刀，包括刀轴、轴承和隔圈，所述轴承和隔圈装配在所述刀轴上，所述隔圈设在相邻轴承之间，其特征在于，所述隔圈上设有第一径向孔，所述隔圈的外侧套有环形弹性套，所述环形弹性套的两端对应粘结在所述隔圈的两端面上，并利用所述轴承的内圈压紧，所述环形弹性套能在所述隔圈的外侧空间内伸缩，所述刀轴上设有与所述第一径向孔相通的第二径向孔，所述刀轴内还设有与所述第二径向孔相通的轴向孔，所述轴向孔贯通到所述刀轴的一个端面，所述轴向孔的端部出口位置连接有过滤岩渣的钢丝网。
2.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述轴向孔贯通到所述刀轴的两个端面。
3.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述轴向孔设置在所述刀轴的轴心位置。
4.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述环形弹性套的材料为橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述环形弹性套的断面形状为U形。
6.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述轴向孔的端部出口位置加工有安装空心堵头的沉头孔，所述钢丝网被所述空心堵头压紧固定在所述沉头孔底部。
7.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述隔圈上均布设有四个第一径向孔，所述刀轴上设有四个与所述第一径向孔对应连通的第二径向孔。
8.根据权利要求1所述的一种压力自适应盾构滚刀，其特征在于，所述刀轴上装配有对称设置的两个轴承，所述轴承外圈装配有一体式刀圈，所述轴承的外端连接有轴承端盖，所述端盖上连接有油塞。
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