CN112160763B - 一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘，包括刀盘本体，布设在刀盘本体上的第一滚刀总成、第二滚刀总成以及刮刀；第一滚刀总成、第二滚刀总成均包括转轴及设置在转轴上的多个滚刀；刮刀为犁头状，刀盘本体上位于刮刀的下方设有用来引入高压水的喷管，喷管的端部设有一对喷头，喷头的喷射方向与刀盘本体的表面夹角为30°；第一滚刀总成、第二滚刀总成的转动区域有交集；第一滚刀总成上设有沿每个喷头在掌子面喷射轨迹运动的滚刀。本发明利用刮刀、滚刀及高压水射流相互结合，对隧道掘进过程中的掌子面进行高效破碎，不仅能够延长刮刀、滚刀的使用寿命，同时也大幅度提高了对隧道的掘进效率。
Description
技术领域
本发明涉及掘进机设备技术领域，具体涉及一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘。
背景技术
隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，该装备由前盾、支撑盾、伸缩盾、止行盾、刀盘、后配套组成。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。按破碎岩石原理不同，又可分滚压式(盘形滚刀)掘进机和铣切式掘进机。中国产品多为滚压式全断面掘进机，适于中硬岩至硬岩。工作时掘进机在推进油缸的轴向压力作用下，电动机驱动滚刀刀盘旋转，将岩石切压破碎。隧道掘进机在掘进过程中滚刀与岩石摩擦发热，其温度可达300多度，使滚刀磨损加重，寿命缩短，约300-500米即需更换，使刀具成本占总成本的比例较高。刀盘在掘进过程中承受高强度冲击载荷，振动十分剧烈，导致关键构件过早损伤失效，主轴承损坏，机械寿命缩短，岩石裂隙也严重影响着掘进速度及施工速度，据报道在我国其最高月掘进曾达1209.8米，效率并不是很高。
高压水射流切割技术其原理是水在加压泵中加压，通过高压管，然后从切割喷头射出来，从而产生高压水射流，利用高压水流可实现金属及其他材料的切割作业。故而，可将高压水射流技术与TBM的掘进技术结合起来，以提高TBM的施工效率，缩短工期及成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘，具体方案如下：
一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘，包括刀盘本体，布设在所述刀盘本体上的第一滚刀总成、多个第二滚刀总成以及多个刮刀；所述第一滚刀总成、第二滚刀总成均包括转轴及设置在所述转轴上的多个滚刀；所述刮刀为犁头状，刀盘本体上设有用来引入高压水的喷管，所述喷管的端部设有一对位于所述刮刀下方的喷头，所述喷头的喷射方向与刀盘本体的表面夹角为30°；所述第一滚刀总成、第二滚刀总成的转动区域有交集；所述第一滚刀总成上设有沿每个所述喷头在掌子面喷射轨迹运动的滚刀；每对所述喷头的喷射方向的夹角为90°，该夹角的中线与该对喷头所在位置的刮刀的运动切线所在面垂直于所述刀盘所在面。
基于上述，所述刀盘上设有支撑所述刮刀的支撑架。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：
1、本发明中，通过在刀盘本体上设置高压水喷头，喷头的喷射方向与刀盘本体的表面夹角为30°，此结构设计可利用高压水流对隧道掘进过程中的掌子面进行切割，经高压水切割后的掌子面随后被滚刀滚压切割，大大提高了对掌子面的破坏效率，同时也能够延长滚刀的使用寿面、缩短施工工期，节约成本。
2、本发明中，刮刀的形状为犁头状，喷头位于刮刀的下方，此结构设计可有效防止隧道掘进过程中渣土堵塞喷头，同时，也使得从喷头喷射出的高压水流直接喷射在隧道掘进过程中的掌子面，避免高压水流喷射在已从掌子面脱落的渣土上做无用功。
3、本发明中，通过在刀盘上设置支撑所述刮刀的支撑架，可保证刮刀工作时稳定性，确保刮刀对掌子面的破坏力，进而保证掘进效率，同时也保证刮刀的使用寿命。
4、本发明中，喷头的喷射方向与刀盘本体的表面夹角为30°，每对所述喷头的喷射方向的夹角为90°，该夹角的中线与该对喷头所在位置的刮刀的运动切线所在面垂直于所述刀盘所在面，此结构设计既可以确保高压水射流对掌子面的破坏力及破坏范围，保证隧道掘进时的速度，同时高压水射流的反向力也有利于推动刀盘的转动，节省动力。
附图说明
图1是本发明的整体结构俯视图。
图2是本发明中刀盘、刮刀以及高压喷头的配合结构主视图。
图3是本发明中刀盘、刮刀以及高压喷头的配合结构侧视图。
图4是本发明中第一滚刀总成的结构示意图。(第二滚刀总成的结构与第一滚刀总成相同)
图中：1.刀盘；2.刮刀；3.第一滚刀总成；4.第二滚刀总成；5.支撑架；6.喷管；7.喷头；8.转轴；9.滚刀。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例
如图1-图4所示，本发明提供一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘，包括刀盘1本体，布设在所述刀盘1本体上的第一滚刀总成3、多个第一滚刀总成4以及多个刮刀2；所述第一滚刀总成3、第一滚刀总成4均包括转轴8及设置在所述转轴8上的多个滚刀9。
所述刮刀2为犁头状，刀盘1本体上设有用来引入高压水的喷管6，所述喷管6的端部设有一对位于所述刮刀2下方的喷头7，为保证从喷头7喷出的水对掌子面的穿透力，喷头7的喷射方向与刀盘1本体的表面夹角为30°。
此结构设计可有效防止隧道掘进过程中渣土堵塞喷头7，同时，也使得从喷头7喷射出的高压水流直接喷射在隧道掘进过程中的掌子面，避免高压水流喷射在已从掌子面脱落的渣土上做无用功。
需要说明的是，上述第一滚刀总成3、第一滚刀总成4的转动区域有交集，以确保对掌子面开挖的效率；另外，第一滚刀总成3上设有沿每个所述喷头7在掌子面喷射轨迹运动的滚刀9，滚刀9可以对高压水射流过的区域进行滚压破碎，实现对隧道进行高效挖掘。
为确保对掌子面的整体挖掘效率，每对所述喷头7的喷射方向的夹角为90°，该夹角的中线与该对喷头7所在位置的刮刀2的运动切线所在面垂直于所述刀盘1所在面。
为保证刮刀2工作时的稳定性，在刀盘1上设有支撑所述刮刀2的支撑架5。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (1)
1.一种高压水射流辅助破岩的隧道掘进机刀盘，其特征在于：包括刀盘（1）本体，布设在所述刀盘（1）本体上的第一滚刀总成（3）、多个第二滚刀总成（4）以及多个刮刀（2）；所述第一滚刀总成（3）、第二滚刀总成（4）均包括转轴（8）及设置在所述转轴（8）上的多个滚刀（9）；所述刮刀（2）为犁头状，刀盘（1）本体上设有用来引入高压水的喷管（6），所述喷管（6）的端部设有一对位于所述刮刀（2）下方的喷头（7），所述喷头（7）的喷射方向与刀盘（1）本体的表面夹角为30°；所述第一滚刀总成（3）、第二滚刀总成（4）的转动区域有交集；所述第一滚刀总成（3）上设有沿每个所述喷头（7）在掌子面喷射轨迹运动的滚刀（9）；每对所述喷头（7）的喷射方向的夹角为90°，该夹角的中线与该对喷头（7）所在位置的刮刀（2）的运动切线所在面垂直于所述刀盘（1）所在面；所述刀盘（1）上设有支撑所述刮刀（2）的支撑架（5）。
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