CN112360490A - 一种击打式顶管机刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种击打式顶管机刀盘，其包括：主刀盘、副刀盘、凸轮盘、连接套、心刀部、滚刀部,心刀部由用于破岩的螺旋破岩刀与用于挖土的挖土刀加上传动杆组成，螺旋破岩刀固定在挖土刀的刀体上，挖土刀固定在传动杆上；主刀盘，包括：刀架、固定环、刮刀、切刀与中心槽口，刀架为中空的且外侧面为弧面的长方体形状，多个刀架环形拼接在一起并通过固定环固定形成主刀盘的整体结构，相邻刀架之间的空间形成进土口，主刀盘切削掉的泥土与岩石从进土口进入，本发明通过设置冲击刀与凸轮盘，使得凸轮盘转动时冲击刀能够对岩石进行冲击破碎，在滚切岩石前先进行冲击破碎，使破碎深度变深，提高破碎效率。

Description

一种击打式顶管机刀盘

技术领域

本发明涉及顶管机刀盘领域，尤其具体涉及一种击打式顶管机刀盘。

背景技术

顶管机作为一种大型挖掘设备，其在各种隧道建设中使用是及其广泛的，而顶管机中行使挖掘这个主要功能的是顶管机的刀盘，由于顶管机是在地下进行挖掘，而地质的情况又是十分复杂的，因此为了让顶管机在不同的地质环境中都能够稳定有效的工作，这要求刀盘具有十分强大的适应能力，按照现有的刀盘种类可以按功能大致分为两类，一类是专门挖掘均一的软土地层或硬土地层的刀盘，另一类是专门挖掘同时具有软土与硬岩的复合地层的复合式刀盘，然而在实际挖掘过程中在一些地区常会遇到一段是均一的软土地层而另一段是均一的硬岩地层或是他们混合的地层，或者是在挖掘软土时突然遇到较大的岩石阻挡，对于不同地质的地层常规的做法是挖掘软土时用软土刀盘，遇到硬岩更换破岩刀盘进行破碎，或者遇到岩石后人工爆破清除，这样的方法耗时耗力效率非常的低，而另一种方式是无论软的地层还是硬的岩石都直接用软硬都能搞的复合式刀盘，但复合式刀盘在挖掘泥土时其上用来破碎岩石的滚刀会因摩擦力小而不能转动，长时间下去会产生很严重的磨损，再有复合式刀盘在破碎岩石时由于滚刀数量有限，且岩石仅能靠滚刀的挤压一层一层的逐渐破碎，因此破碎效率较低。

发明内容

因此，本发明正是鉴于以上问题而做出的，本发明的目的在于利用凸轮盘去使冲击刀反复运动去冲击岩石，然后在用滚刀滚压掉落，并把滚刀可移动的设置在刀盘上并通过凸轮盘的前后移动控制其伸出和缩回，以解决刀盘破岩效率低、效果差、适应性差、滚刀易磨损的问题，本发明是通过以下技术方案实现上述目的：

一种击打式顶管机刀盘，包括:主刀盘、副刀盘、凸轮盘、连接套、心刀部、滚刀部,心刀部由用于破岩的螺旋破岩刀与用于挖土的挖土刀加上传动杆组成，螺旋破岩刀固定在挖土刀的刀体上，挖土刀固定在传动杆上；

所述主刀盘，包括：刀架、固定环、刮刀、切刀与中心槽口，刀架为中空的且外侧面为弧面的长方体形状，多个刀架环形拼接在一起并通过固定环固定形成主刀盘的整体结构，相邻刀架之间的空间形成进土口，主刀盘切削掉的泥土与岩石从进土口进入，刀架的表面具有多个槽口用于安装破碎岩石的滚刀部，其两侧面安装有用于切削泥土的刮刀与切刀，主刀盘中心具有中心槽口，用于安装心刀部；

所述副刀盘具有与多个刀架一一对应的方形突起，相邻方形突起之间的空间形成排土口，方形突起的表面与刀架的背面相抵合并固定，使排土口与进土口相连通，用于将切削落下的泥土或岩石排到副刀盘的后方，副刀盘中心具有连接孔，用于容纳支撑心刀部，每个方形突起中间也都开有方形槽口，用于滚刀部的通过，所述副刀盘上具有矩形外花键，连接套内部具有矩形内花键，连接套内部的矩形内花键能够与副刀盘上的矩形外花键啮合连接，起到支撑并转动副刀盘的作用；

所述滚刀部，包括：滚刀座、滚刀、冲击刀、弹簧、推杆、滚动体、固定轴,滚刀可转动的套合安装在固定轴上，固定轴通过中心固定在推杆前端的固定架上，固定轴的上下两端面还转动连接有两个冲击刀，滚动体为球体并可转动的安装在推杆的末端，弹簧限位安装在推杆上，推杆通过前端的固定架限位安装在滚刀座内部的滑动槽口中，使得推杆能够在滑动槽口中前后移动，弹簧的一端与滚刀座的后端面相抵合，另一端与推杆的限位环面相抵合，当推杆相对于滑动槽口向前移动时弹簧会被压缩；

所述冲击刀为两个，分别安装在固定轴的上下两端面，并能够相对于固定轴左右转动，冲击刀前端面安装有尖锐的冲击头用于冲击岩石，冲击刀的两侧面为滑动平面,后端面为转动曲面，当推杆相对于滑动槽口前后移动的范围并没有使滑动平面脱离滑动槽口时，冲击刀上的滑动平面在滑动槽口的限制下只能前后移动而不能转动，从而完成对岩石的冲击作用，当推杆将滑动平面推出滑动槽口时，滑动平面将不在被限制在滑动槽口中，由于转动曲面的存在，使得冲击刀在受到外力时就会发生转动；

所述凸轮盘由盘体与环形突起组成，环形突起为凸形与凹形按照环状间接连续排布而形成的，数量为多个并与所有的滚刀部上的滚动体一一对应的镶嵌在盘体内部，凸轮盘中心具有支撑孔，凸轮盘通过支撑孔被支撑限位在心刀部上的传动杆上，并能够相对与传动杆前后移动，当凸轮盘向前移动时环形突起就会抵合在所有滚刀部上的滚动体上，并推动推杆向前移动，弹簧压缩，然后凸轮盘旋转，推杆上的滚动体就会在弹簧的弹力与环形突起的转动推力作用下进行快速的往复前后运动，对岩石实现冲击，当凸轮盘向后移动时推杆又会在弹簧的反向弹力的作用下回到原位。

本发明有益效果：

1、通过设置冲击刀与凸轮盘，使得凸轮盘转动时冲击刀能够对岩石进行冲击破碎，在滚切岩石前先进行冲击破碎，使破碎深度变深，提高破碎效率；

2、冲击破碎后在进行滚刀冲击滚切，效果更好，速度更快；

3、多个沿径向排布的滚刀被可移动的设置在刀盘上并通过凸轮盘的前后移动控制其相对于刀盘表面进行伸出和缩回，在切削泥土而不需要滚刀时，通过控制凸轮盘将滚刀缩回，从而减少滚刀的磨损。

附图说明

图1为本发明一种击打式顶管机刀盘的结构分解示意。

图2为本发明一种击打式顶管机刀盘的侧视图。

图3为本发明一种击打式顶管机刀盘的去除传动套与凸轮盘的装配示意图。

图4为本发明一种击打式顶管机刀盘凸轮盘的结构示意图。

图5为本发明一种击打式顶管机刀盘滚刀部的结构分解示意图。

图6为本发明一种击打式顶管机刀盘滚刀部的击打状态示意图。

图7为本发明一种击打式顶管机刀盘击打状态示意图。

图8为本发明一种击打式顶管机刀盘滚刀部的滚压状态示意图。

图9为本发明一种击打式顶管机刀盘滚压状态示意图。

图10为本发明一种击打式顶管机刀盘刮土状态示意图。

附图说明：

1、进土口；2、排土口；100、主刀盘；101、刮刀；102、切刀；103、中心槽口；104、刀架；105、固定环；110、副刀盘；111、矩形外花键；112、方形突起；112a、方形槽口；113、连接孔；120、凸轮盘；121、盘体；122、支撑孔；123、环形突起；130、连接套；131、矩形内花键；140、心刀部；141挖土刀；142、螺旋破岩刀；143、传动杆；150、滚刀部；151、滚刀座；151a、滑动槽口；152、滚刀；153、冲击刀；153a、冲击头；153b、滑动平面；153c、转动曲面；154、弹簧；155、推杆；155a、固定架；155b、限位环面；156、滚动体；157、固定轴。

具体实施方式

本发明优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例，然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例，另外，为了更清楚地描述本发明，与发明没有连接的部件将从附图中省略。

如图1-10所示，一种击打式顶管机刀盘，包括:主刀盘100、副刀盘110、凸轮盘120、连接套130、心刀部140、滚刀部150；

所述心刀部140由用于破岩的螺旋破岩刀142与用于挖土的挖土刀141加上传动杆143组成，螺旋破岩刀142固定在挖土刀141的刀体上，挖土刀141固定在传动杆143上，传动杆143另一端安装有驱动装置(图中未表示)能够驱动传动杆143移动与转动；

如图1、2、7所示，所述主刀盘100，包括：刀架104、固定环105、刮刀101、切刀102与中心槽口103，刀架104为中空的且外侧面为弧面的长方体形状，多个刀架104环形拼接在一起并通过固定环105固定形成主刀盘100的整体结构，相邻刀架104之间的空间形成进土口1，主刀盘100切削掉的泥土与岩石从进土口1进入，刀架104的表面具有多个槽口用于安装破碎岩石的滚刀部150，其两侧面安装有用于切削泥土的刮刀101与切刀102，主刀盘100中心具有中心槽口103，用于安装心刀部140；

如图1、2、3所示，所述副刀盘110具有与多个刀架104一一对应的方形突起112，相邻方形突起112之间的空间形成排土口2，方形突起112的表面与刀架104的背面相抵合并固定，使排土口2与进土口1相连通，用于将切削落下的泥土或岩石排到副刀盘110的后方，副刀盘110中心具有连接孔113，用于容纳支撑心刀部140，每个方形突起112中间也都开有方形槽口112a，用于滚刀部150的通过，所述副刀盘110上具有矩形外花键111，连接套130内部具有矩形内花键131，连接套130内部的矩形内花键131能够与副刀盘110上的矩形外花键111啮合连接，起到支撑并转动副刀盘110的作用；

如图5、6、8所示，所述滚刀部150，包括：滚刀座151、滚刀152、冲击刀153、弹簧154、推杆155、滚动体156、固定轴157；

所述滚刀152可转动的套合安装在固定轴157上，固定轴157通过中心固定在推杆155前端的固定架155a上，固定轴157的上下两端面还转动连接有两个冲击刀153，滚动体156为球体并可转动的安装在推杆155的末端，弹簧154限位安装在推杆155上，推杆155通过前端的固定架155a限位安装在滚刀座151内部的滑动槽口151a中，使得推杆155能够在滑动槽口151a中前后移动，弹簧154的一端与滚刀座151的后端面相抵合，另一端与推杆155的限位环面155b相抵合，当推杆155相对于滑动槽口151a向前移动时弹簧154会被压缩；

所述冲击刀153为两个，分别安装在固定轴157的上下两端面，并能够相对于固定轴157左右转动，冲击刀153前端面安装有尖锐的冲击头153a用于冲击岩石，冲击刀153的两侧面为滑动平面153b,后端面为转动曲面153c，当推杆155相对于滑动槽口151a前后移动的范围并没有使滑动平面153b脱离滑动槽口151a时，冲击刀153上的滑动平面153b在滑动槽口151a的限制下只能前后移动而不能转动，从而完成对岩石的冲击作用，当推杆155将滑动平面153b推出滑动槽口151a时，滑动平面153b将不在被限制在滑动槽口151a中，由于转动曲面153c的存在，使得冲击刀153在受到外力时就会发生转动；

如图1、4所示，所述凸轮盘120由盘体121与环形突起123组成，环形突起123为凸形与凹形按照环状间接连续排布而形成的，数量为多个并与所有的滚刀部150上的滚动体156一一对应的镶嵌在盘体121内部，凸轮盘120中心具有支撑孔122，凸轮盘120通过支撑孔122被支撑限位在心刀部140上的传动杆143上，并能够相对与传动杆143前后移动，当凸轮盘120向前移动时环形突起123就会抵合在所有滚刀部150上的滚动体156上，并推动推杆155向前移动，弹簧155压缩，然后凸轮盘120旋转，推杆155上的滚动体156就会在弹簧155的弹力与环形突起123的转动推力作用下进行快速的往复前后运动，对岩石实现冲击，当凸轮盘120向后移动时推杆155又会在弹簧154的反向弹力的作用下回到原位。

本发明工作原理：

当顶管机刀盘在均一的软土地层进行挖掘时，凸轮盘120向远离滚动体156的方向移动，使凸轮盘120上的环形突起123脱离滚动体156，推杆155会在弹簧155的弹力作用下带着滚刀152缩进滚刀座151中，此时滚刀152将不在与挖掘面接触，然后传动杆143相对于主刀盘100旋转并向前移动，直到挖土刀141完全伸出后停止移动，状态如图10所示，此时传动杆143只转动从而带动挖土刀141转动，挖土刀141对主刀盘100中心部分的土层先行进行挖掘，连接套130也同步转动并缓慢向前移动，通过其内部的矩形内花键131带动副刀盘110转动和移动，由于副刀盘110与主刀盘100固定连接，所以主刀盘100转动和移动从而带动安装在主刀盘100上的刮刀101与切刀102转动和移动，土层在刮刀101与切刀102的切削力与压力下被切削剥落，当遇到硬质岩石层时，连接套130停止转动使主刀盘100停止转动，然后传动杆143向后移动，使挖土刀141与螺旋破岩刀142都缩进主刀盘100中心的中心槽口103中后停止移动与转动，然后凸轮盘120向靠近滚动体156的方向移动，当移动到其上的环形突起123与所有的滚动体156接触时，继续向前移动凸轮盘120将推动推杆155带着滚刀152伸出滚刀座151，直到凸轮盘120移动到当凸轮盘120转动时推杆155相对于滑动槽口151a前后移动的范围并没有使滑动平面153b脱离滑动槽口151a的位置后停止移动，状态如图6、7所示，然后凸轮盘120开始转动，由于环形突起123为凸形与凹形按照环状间接连续排布而形成的，并且推杆155在弹簧155的弹力作用下其上的滚动体156与环形突起123紧密抵合，当凸轮盘120转动到环形突起123的凸起部分与滚动体156相接触时，就会对推杆155产生推力使其向前冲击，当继续转动到相邻的凹面部分时推杆155在弹簧155的弹力作用下缩回，然后在推出在缩回从而在凸轮盘120上环形突起123的转动推力作用下推杆155带动着冲击刀153进行快速的往复前后运动，实现对岩石的反复冲击破碎，可以根据岩石的硬度调节凸轮盘120的转速从而控制冲击刀153冲击的频率，从而实现更好的破碎，冲击破碎完后，传动杆143相对于主刀盘100继续向前旋转移动，直到螺旋破岩刀142完全伸出中心槽口103后停止移动，螺旋破岩刀142只转动从而实现对主刀盘100中心部分的岩石进行挖掘进一步的破碎并使其快速剥落，然后凸轮盘120推着移动推杆155向前移动，直到冲击刀153上的滑动平面153b推出滑动槽口151a时停止移动，此时滑动平面153b将不在被限制在滑动槽口151a中，然后连接套130带着主刀盘100开始转动，由于转动曲面153c的存在，使得冲击刀153在随着主刀盘100的转动过程中受到岩壁的作用力发生转动，状态如图8、9所示，冲击刀153转动后将不在与岩壁接触，主刀盘100上的滚刀152随着主刀盘100的转动过程中在凸轮盘120的作用下将对岩石进行进一步的反复冲击挤压使其快速剥落，当岩石破碎完毕后凸轮盘120向右移动使滚刀152与冲击刀153缩回进滚刀座151中，然后继续完成软土的切削。

Claims (4)

1.一种击打式顶管机刀盘，包括：主刀盘(100)、副刀盘(110)、凸轮盘(120)、连接套(130)、心刀部(140)、滚刀部(150)；其特征在于：心刀部(140)由螺旋破岩刀(142)、挖土刀(141)及传动杆(143)组成，螺旋破岩刀(142)固定在挖土刀(141)的刀体上，挖土刀(141)固定在传动杆(143)的一端，主刀盘(100)包括：刀架(104)、固定环(105)、刮刀(101)、切刀(102)与中心槽口(103)，刀架(104)为中空的且外侧面为弧面的长方体形状，多个刀架(104)环形拼接在一起并通过固定环(105)固定形成主刀盘(100)的整体结构，相邻刀架(104)之间的空间形成进土口(1)，刀架(104)的表面内侧设有滚刀部(150)，刀架(104)的两侧面安装有刮刀(101)与切刀(102)，主刀盘(100)中心具有中心槽口(103)，副刀盘(110)的一侧开设有与多个刀架(104)一一对应的方形突起(112)，相邻方形突起(112)之间的空间形成排土口(2)，排土口(2)与进土口(1)相连通，副刀盘(110)中心具有连接孔(113)，用于容纳支撑心刀部(140)，每个方形突起(112)中间也都开有方形槽口(112a)，副刀盘(110)上具有矩形外花键(111)，连接套(130)内部具有矩形内花键(131)，滚刀部(150)包括：滚刀座(151)、滚刀(152)、冲击刀(153)、弹簧(154)、推杆(155)、滚动体(156)、固定轴(157)，滚刀(152)可转动的套合安装在固定轴(157)上，固定轴(157)通过中心固定在推杆(155)前端的固定架(155a)上，固定轴(157)的上下两端面还转动连接有两个冲击刀(153)，滚动体(156)为球体并活动安装在推杆(155)的末端，弹簧(154)限位安装在推杆(155)上，推杆(155)通过前端的固定架(155a)限位安装在滚刀座(151)内部的滑动槽口(151a)中，冲击刀(153)为两个，分别安装在固定轴(157)的上下两端面，冲击刀(153)前端面安装有冲击头(153a)，冲击刀(153)的两侧面为滑动平面(153b),后端面为转动曲面(153c)，凸轮盘(120)由盘体(121)与环形突起(123)组成，凸轮盘(120)中心具有支撑孔(122)，凸轮盘(120)通过支撑孔(122)安装在心刀部(140)上的传动杆(143)上。

2.根据权利要求1所述的一种击打式顶管机刀盘，其特征在于：连接套(130)内部的矩形内花键(131)与副刀盘(110)上的矩形外花键(111)相互啮合。

3.根据权利要求1所述的一种击打式顶管机刀盘，其特征在于：弹簧(154)的一端与滚刀座(151)的后端面相抵合，另一端与推杆(155)的限位环面(155b)相抵合。

4.根据权利要求1所述的一种击打式顶管机刀盘，其特征在于：环形突起(123)为凸形与凹形按照环状间接连续排布而形成的，数量为多个并与所有的滚刀部(150)上的滚动体(156)一一对应，镶嵌在盘体(121)的内部。

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