CN112360496B - 一种伸缩式环状顶管机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伸缩式环状顶管机刀盘。其包括：外环盘，伸缩嵌套在外环盘内的中环盘，伸缩嵌套在中环盘内的内环盘，以及设于内环盘内的中心杆，所述中心杆表面设有运送切削掉落至内环盘内部沙土或碎石的传送螺纹；所述外环盘、中环盘、内环盘的前端圆环面上沿圆周方向装设多个切刀。本发明利用嵌套环盘实现分层挖掘，以延长刀盘寿命，滚刀镶嵌在嵌套环盘内部，在平时挖掘沙土时滚刀不会露出，以解决在切削软质地层时滚刀磨损严重的问题。
Description
技术领域
本发明涉及顶管机领域，尤其具体涉及一种伸缩式环状顶管机刀盘。
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，一类是专门挖掘单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单一的软土地层而另一段是单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挖掘的复合式刀盘，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。
在日本授权的发明专利JP3244603B2“顶管机”披露了一种通过辅助刀头向前突出并旋转切开障碍物的结构。
它通过将副刀头可旋转地设置在主刀头的中央，多个辅助刀头也可旋转地设置在主刀头的面板部分上，并且它们具有朝向前方自由地伸出和缩回的功能，当遇到障碍物或岩石时，副刀头与多个辅助刀头向前突出并旋转以切除岩石。然而，这种设计存在以下缺点：
1、切割面积有限，与岩石不能全部接触，只能切割滚刀接触到的那一部分岩石，如辅助刀头或副刀头靠外圈与中心处滚刀接触不到岩石，因此那部分岩石不能被有效切割；
2、由于辅助刀头体积较大，当遇到较小的岩石时且岩石位置正对于辅助刀头或副刀头的圆周边缘时，则滚刀接触不到岩石导致岩石不能够被切除，因此适应性较差；
3、辅助刀头数量有限，且其上的滚刀数量也有限，因此在旋转切割时，单位时间内对岩石的挤压次数较少，破碎切割效果差，效率低。
因此，现有技术/设计存在缺陷。
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嵌套环盘实现分层挖掘，以延长刀盘寿命，滚刀镶嵌在嵌套环盘内部，在平时挖掘沙土时滚刀不会露出，以解决在切削软质地层时滚刀磨损严重的问题，本发明是通过以下技术方案实现上述目的：
一种伸缩式环状顶管机刀盘，包括：外环盘，伸缩嵌套在外环盘内的中环盘，伸缩嵌套在中环盘内的内环盘，以及设于内环盘内的中心杆，所述中心杆表面设有运送切削掉落至内环盘内部沙土或碎石的传送螺纹；所述外环盘、中环盘、内环盘的前端圆环面上沿圆周方向装设多个切刀；
所述外环盘朝向切割方向固定设置多个中环滚刀座与多个内环滚刀座，所述中环滚刀座与内环滚刀座前端均固定安装滚刀，所述中心杆头部中心位置设有中心滚刀；
所述中环盘上开设容纳中环滚刀座通过的中环槽口和容纳内环滚刀座通过的中环槽口二，所述内环盘上开设容纳内环滚刀座通过的内环槽口一。
本发明有益效果：
1、通过设置嵌套环盘，使得各个环盘间能够相对移动以呈现出阶梯状圆盘，实现分层挖掘的目的，分层挖掘可以将刀盘整体的压力分摊到各个环盘上以减轻各个环盘的压力，提高挖掘效率延长刀盘寿命；
2、滚刀镶嵌在各个环盘的内部，可通过环盘的前后伸缩实现滚刀的进出，在遇到岩石时滚刀伸出滚切岩石，切削沙土时滚刀缩回防止磨损。
附图说明
图1为本发明一种伸缩式环状刀盘的结构分解示意图；
图2为本发明一种伸缩式环状刀盘的中环盘结构示意图；
图3为本发明一种伸缩式环状刀盘的外环盘结构示意图；
图4为本发明一种伸缩式环状刀盘的正面视图；
图5为图4中A-A线剖视图；
图6为本发明一种伸缩式环状刀盘破碎岩石的整体状态示意图；
图7为本发明一种伸缩式环状刀盘破碎岩石的剖视状态示意图；
图8为本发明一种伸缩式环状刀盘切削泥土的整体状态示意图；
图9为本发明一种伸缩式环状刀盘切削泥土的剖视状态示意图；
附图说明：
100、中心杆；101、中心切刀座；102、中心滚刀；103、传送螺旋；110、内环盘；111、内环切刀座；112、内环槽口一；113、内环排口；114、内环花键；120、中环盘；121、中环切刀座；122、中环槽口一；123、中环排口；124、中环内花键；125、中环外花键；126、中环槽口二；130、外环盘；131、外环切刀座；132、中环固定槽口；133、内环固定槽口；134、外环花键；140、中环滚刀座；150、内环滚刀座；160、滚刀；170、切刀。
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1-9所示，一种伸缩式环状顶管机刀盘，包括:中心杆100、内环盘110、中环盘120、外环盘130、中环滚刀座140、内环滚刀座150、滚刀160、切刀170；
如图1、3所示，所述外环盘130为壳体结构，且其前端圆环面上具有外环切刀座131，外环切刀座131可以安装切刀170，切刀170用以切削沙土，外环盘130的内部圆周面上具有外环花键134，且外环花键134为矩形内花键，外环盘130的内端面朝向切割方向开设多个中环固定槽口132与多个内环固定槽口133，中环固定槽口132与内环固定槽口133以圆周方向均布在外环盘内端面，它们分别用来固定中环滚刀座140与内环滚刀座150，其中环固定槽口132形成的圆周面大小大于内环固定槽口133形成的圆周面大小；所述中环滚刀座140与内环滚刀座150前端具固定有滚刀160，滚刀160用以滚切岩石；
如图1、2、5所示，所述中环盘120的前端圆环面上具有沿圆周均匀分布的两排中环切刀座121与中环槽口一122，中环切刀座121用以安装切刀170，中环槽口一122为方形槽口且贯穿中环盘110，用来通过中环滚刀座140，中环盘120右端的阶梯端面上具有中环槽口二126，中环槽口二126为方形槽口且贯穿中环盘110，用来通过内环滚刀座150，中环盘120阶梯右端的外圆周面上还具有中环外花键125，中环盘120可以通过中环外花键125与外环盘130中的外环花键134的啮合实现嵌套在外环盘130的内部并实现联动，中环盘120的内部圆周面上还具有中环内花键124，中环内花键124为矩形的内花键，中环盘120沿周壁具有均匀分布的四个中环排口123，中环排口123用来将中环盘120与外环盘130之间的土排到中环盘120的内部；
如图1、4、5所示，所述内环盘110前端面具有沿圆周均匀分布的两排内环切刀座111，内环切刀座111用以安装切刀170，内环盘110的前端面还具有四个沿圆周均匀分布的内环槽口一112，内环槽口一112为方形槽口且贯穿内环盘110，用来通过内环滚刀座150，内环盘110的外部圆周面上还具有内环花键114，内环花键114为矩形外花键，内环盘110可以通过内环花键114与中环盘120中的中环内花键124的啮合实现嵌套在中环盘120的内部并实现联动，内环盘110沿周壁均匀分布有四个内环排口113，内环排口113用来将中环盘120与内环盘110之间的土排到内环盘110的内部；
所述中心杆100头部具有沿圆周均匀分布的四个中心切刀座101与位于中心的中心滚刀102，所述中心切刀座101可以用来安装切刀170，中心杆100表面还具有传送螺旋103，传送螺旋103可以将切削掉落到内环盘110内部的沙土或碎石传送到刀盘后方并运走。
本发明工作原理：
当顶管机刀盘在单一的软土地层进行挖掘时，内环盘110、中环盘120、外环盘130、中心杆100成阶梯状伸出，状态如图5、6所示，然后外环盘130开始转动并通过环盘之间的花键连接从而带动中环盘120与内环盘110一起转动，然后整体向前缓慢移动进行挖掘，在挖掘过程中中心杆100先接触到土层并先对中心部分的土层进行挖掘，挖掘下来的沙土进入内环盘110内部并由传送螺旋103送走，然后接着内环盘110开始接触到土层并开始挖掘更大直径的土层，接着中环盘120与外环盘130依次接触到土层并对其前方的沙土继续挖掘，直至挖掘出完整直径的洞体，而各环盘挖掘下来的沙土通过各环盘的排口最终排到内环盘110内部并由传送螺旋103送走，当遇到岩石或不均匀地层时，中心杆100、内环盘110、中环盘120开始收缩，直到收缩到与外环盘130同一平面时停止，此时所有环盘都在同一平面上，在各环盘收缩的过程中，由于中环滚刀座140与内环滚刀座150均是固定在外环盘130上的，且在收缩过程中外环盘130不动所以安装在中环滚刀座140与内环滚刀座150上的滚刀160就会露出并高于各环盘的平面，状态如图7所示，此时外环盘130开始转动，滚刀160开始接触岩石并对其碾压破碎，而各环盘上通过滚刀160破碎下来的碎土通过各环盘的排口最终排到内环盘110内部并由传送螺旋103送走，岩石破碎完毕后，各圆盘开始伸出并最终形成阶梯状排布去挖掘沙土。
Claims (5)
1.一种伸缩式环状顶管机刀盘，包括：外环盘(130)，其特征在于：还包括，伸缩嵌套在外环盘(130)内的中环盘(120)，伸缩嵌套在中环盘(120)内的内环盘(110)，以及设于内环盘(110)内的中心杆(100)，所述中心杆表面设有运送切削掉落至内环盘(110)内部沙土或碎石的传送螺纹(103)；所述外环盘(130)、中环盘(120)、内环盘(110)的前端圆环面上沿圆周方向装设多个切刀(170)；
所述外环盘(130)朝向切割方向固定设置多个中环滚刀座(140)与多个内环滚刀座(150)，所述中环滚刀座(140)与内环滚刀座(150)前端均固定安装滚刀(160)，所述中心杆(100)头部中心位置设有中心滚刀(102)；
所述中环盘(120)上开设容纳中环滚刀座(140)通过的中环槽口(122)和容纳内环滚刀座(150)通过的中环槽口二(126)，所述内环盘(110)上开设容纳内环滚刀座(150)通过的内环槽口一(112)；
所述外环盘(130)的内部圆周面上具有外环花键(134)，中环盘(120)外部圆周面具有中环外花键(125)，中环盘(120)通过中环外花键(125)与外环盘(130)中的外环花键(134)啮合实现嵌套在外环盘(130)的内部并实现联动；
所述中环盘(120)的内部圆周面上还具有中环内花键(124)，内环盘(110)的外部圆周面上还具有内环花键(114)，内环盘(110)通过内环花键(114)与中环盘(120)中的中环内花键(124)啮合实现嵌套在中环盘(120)的内部并实现联动。
2.根据权利要求1所述的伸缩式环状顶管机刀盘，其特征在于：所述中环滚刀座(140)与所述内环滚刀座(150)均以圆周方向分布的。
3.根据权利要求2所述的伸缩式环状顶管机刀盘，其特征在于：所述内环滚刀座(150)分布于所述中环滚刀座(140)内侧。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的伸缩式环状顶管机刀盘，其特征在于：所述中环盘(120)沿周壁开设中环排口(123)。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的伸缩式环状顶管机刀盘，其特征在于：所述内环盘(110)沿周壁开设内环排口(113)。
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