CN112483102B - 一种掘进机及其刀盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掘进机及其刀盘装置，刀盘装置包括刀盘和设于所述刀盘、用以破岩的滚刀，所述刀盘设有可伸至所述刀盘的外侧的钻头，所述钻头的钻进方向与所述滚刀的掘进方向呈预设角度设置，以供所述钻头冲击掌子面或者对掌子面延伸扩挖。上述刀盘装置可以通过钻头的冲击凿岩与滚刀的滚压破岩结合，以大幅提高刀盘的破岩掘进效率，也可以通过钻头对掌子面延伸扩挖，以提高扩挖范围，从而可以提高施工效率、降低施工成本。

Description

一种掘进机及其刀盘装置

技术领域

本发明涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种刀盘装置。本发明还涉及一种具有该刀盘装置的掘进机。

背景技术

盾构机隧道施工具有开挖快、安全性高、优质、经济、有利于环境保护等诸多优点，盾构机刀盘作为盾构机的关键部件之一，在掘进过程中受力复杂且工作环境恶劣。岩土特性不同，掘进难易程度不同，对于上软下硬、上硬下软、孤石、硬岩、超硬岩等复杂地层，盾构机的掘进速度十分缓慢，究其原因是由于不同的地层适用的破碎掘进方式不同。

目前，常用的盾构机滚刀对岩石采用切削破碎和静压冲击破碎，经研究发现，岩石抵抗破碎的强弱与岩石受力方式以及受压的状态有关，而其抗剪切能力远差于抗压能力，若能使岩层冲击形成许多临空面，再用滚刀滚压岩层，破岩施工效率将会得到很大的提高。然而，现有技术的盾构机多采用刀盘外围设置滚刀的方式掘进扩挖，扩挖困难、刀盘外周的滚刀磨损快、更换难、成本高，影响了施工效率，增加了施工成本。

因此，如何避免传统掘进扩挖方式施工效率低、成本高，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种刀盘装置，该刀盘装置可以提高扩挖范围和掘进效率。本发明的另一目的是提供一种包括上述刀盘装置的掘进机。

为实现上述目的，本发明提供一种刀盘装置，包括刀盘和设于所述刀盘、用以破岩的滚刀，所述刀盘设有可伸至所述刀盘的外侧的钻头，所述钻头的钻进方向与所述滚刀的掘进方向呈预设角度设置，以供所述钻头冲击掌子面或者对掌子面延伸扩挖。

可选地，所述刀盘还设有用以带动所述钻头伸出所述刀盘的伸缩机构。

可选地，所述伸缩机构通过固定支架固接于所述刀盘远离所述滚刀的一侧。

可选地，还包括用以安装所述钻头的传动杆，所述传动杆连接有驱动机构，所述驱动机构用以驱动所述传动杆绕其轴线旋转。

可选地，所述驱动机构具体为液压驱动机构、气压驱动机构中的一种或两种。

可选地，还包括可活动地连接于所述伸缩机构、用以调节所述钻头的位置的调节板。

可选地，所述调节板铰接于所述伸缩机构的伸缩杆。

可选地，所述预设角度的范围为0°-90°，所述钻头的端面相对于所述滚刀的刀圈可向外延伸0-1000mm。

可选地，所述钻头设置多个，全部所述钻头沿所述刀盘的圆周方向分布。

本发明还提供一种掘进机，包括上述任一项所述的刀盘装置。

相对于上述背景技术，本发明针对隧道掘挖的不同要求，设计了一种刀盘装置，具体来说，该刀盘装置包括刀盘和滚刀，滚刀设于刀盘上，滚刀用以滚压掌子面以实现破岩，进一步的，刀盘设有钻头，钻头可伸至刀盘的外侧，其中，钻头的钻进方向与滚刀的掘进方向呈预设角度设置，以供钻头冲击掌子面或者对掌子面延伸扩挖。也就是说，通过调节钻头的钻进方向与滚刀的掘进方向之间的夹角，可以实现钻头冲击掌子面以及刀盘对于掌子面的延伸扩挖功能，这样一来，该刀盘装置可以通过钻头的冲击凿岩与滚刀的滚压破岩结合，以大幅提高刀盘的破岩掘进效率，也可以通过钻头对掌子面延伸扩挖，以提高扩挖范围，从而可以提高施工效率、降低施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的刀盘装置的主视图；

图2为本发明实施例所提供的刀盘装置的侧视图；

图3为本发明实施例所提供的刀盘装置的掘进状态示意图；

图4为图3中冲击装置的掘进状态示意图；

图5为冲击装置的扩挖前后状态示意图；

图6为冲击装置与刀盘掘进的关系示意图。

其中：

1-刀盘、2-滚刀、3-冲击装置、31-钻头、32-传动杆、33-驱动机构、4-调节板、5-伸缩机构、6-固定支架。

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做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。

本发明的核心是提供一种刀盘装置，该刀盘装置可以提高扩挖范围和掘进效率。本发明的另一核心是提供一种包括上述刀盘装置的掘进机。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参考图1至图6，图1为本发明实施例所提供的刀盘装置的主视图；图2为本发明实施例所提供的刀盘装置的侧视图；图3为本发明实施例所提供的刀盘装置的掘进状态示意图；图4为图3中冲击装置的掘进状态示意图；图5为冲击装置的扩挖前后状态示意图；图6为冲击装置与刀盘掘进的关系示意图。

本发明实施例所提供的刀盘装置，包括刀盘1和滚刀2，滚刀2设于刀盘1上，滚刀2用以滚压掌子面以实现破岩；刀盘1设有冲击装置3和伸缩机构5，冲击装置3与伸缩机构5连接，冲击装置3包括钻头31、传动杆32和驱动机构33，传动杆32与驱动机构33连接，驱动机构33用于驱动传动杆32绕其轴线旋转，传动杆32用于传递驱动机构33的运动和动力；伸缩机构5用于带动冲击装置3沿预设方向伸缩运动，以实现钻头31伸出刀盘1。

当然，根据实际需要，上述传动杆32可以设置为钎杆，钻头31可拆卸地安装于钎杆的末端，驱动机构33具体为液压驱动机构、气压驱动机构中的一种或两种，上述冲击装置3可以设置为潜孔锤、破碎锤或液压凿岩机等。

此外，冲击装置3可以设置多个，且各个冲击装置3提供的冲击功大致相等，以保证在冲击装置3冲击破岩的过程中刀盘1的径向负载大致平衡，比如冲击装置3可以设置四个，四个冲击装置3可以沿刀盘1的圆周方向均匀布置；当然，滚刀2也应当设置多组，全部滚刀2可沿刀盘1的径向交错分布于刀盘1的盘面，滚刀2的设置可以参照现有技术，此处将不再一一展开。

其中，冲击装置3的钻头31的钻进方向与滚刀2的掘进方向呈预设角度设置，以供钻头31冲击掌子面或者对掌子面延伸扩挖；也就是说，通过调节钻头31的钻进方向与滚刀2的掘进方向之间的夹角，可以实现钻头31冲击掌子面以及刀盘1对于掌子面的延伸扩挖功能。

这样一来，该刀盘装置可以通过钻头31的冲击凿岩与滚刀2的滚压破岩结合，以大幅提高刀盘1的破岩掘进效率，也可以通过钻头31对掌子面延伸扩挖，以提高扩挖范围，从而可以提高施工效率、降低施工成本。

具体地，钻头31的钻进方向与滚刀2的掘进方向所呈的预设角度的范围可以设置为0°-90°，当钻头31钻进方向与滚刀2掘进方向的夹角为小角度时，可实现钻头31在掌子面开凿临空槽；当钻头31钻进方向与滚刀2掘进方向的夹角为大角度时，可实现钻头31对掌子面的延伸扩挖。

需要说明的是，所谓临空槽是指钻头31在刀盘1外围的掌子面冲击形成的环槽，该环槽围绕在刀盘1所在的掌子面的外周，这样一来，刀盘1的滚刀2滚压区域的掌子面可由一面临空转变为三面临空；进一步的，当滚刀2接触掌子面时，滚刀2可在环槽内的掌子面进行滚压破岩实现掘进。

可以理解的是，上述的大、小角度仅仅针对0°-90°范围内的角度，根据实际掘进需要，上述小角度可以设置为0°-45°范围内的任意角度，大角度可以设置为45°-90°范围内的任意角度，本文对此并不作具体限制。

作为优选的，钻头31可延伸至刀盘1的外侧，且钻头31的端面相对于滚刀2的刀圈可向外延伸0-1000mm，本文优选为延伸40mm，且当钻头31延伸至刀盘1的外侧时，优选钻头31的钻进方向与滚刀2的掘进方向呈75°，以实现掌子面的延伸扩挖。

具体地说，上述伸缩机构5具体可以设置为液压油缸、气缸或者电动推杆等，伸缩机构5可以通过固定支架6固接于刀盘1远离滚刀2的一侧，即刀盘1的内侧腹板，且伸缩机构5的伸缩方向平行于钻头31或者传动杆32的轴线方向。

当然，固定支架6可以沿刀盘1的掘进方向设置，也可以有其他不同的设置方式，前提是能够定位伸缩机构5，以使其伸缩方向与滚刀2的掘进方向的夹角在0-90°范围内，本文对固定支架6的结构并不作具体限制。

为了优化上述实施例，刀盘装置还包括调节板4，该调节板4可活动地连接于伸缩机构5上，调节板4用于调节钻头31的方位；具体地，冲击装置3(的底座)与调节板4固接，伸缩机构5包括缸座和伸缩杆，调节板4可以设置为铰接于伸缩机构5的伸缩杆上，即可以在伸缩杆和调节板4上设置相应的铰接孔，然后通过销轴穿设于铰接孔中实现铰接。这样一来，即可通过调节板4的转动，以供钻头31调整方位，这样即可在钻头31冲击到难以破碎的岩层时及时调整位置，以防止影响掘进进度。

综上，冲击装置3的钻头31包括多个运动过程，具体包括钻头31自身跟随传动杆32的往复冲击、钻头31自身跟随传动杆32的旋转、钻头31跟随刀盘1的公转。

具体的掘进过程可以设置为：首先，钻头31延伸出刀盘1盘面，钻头31冲击刀盘1外围掌子面，冲击装置3随刀盘1旋转、前移；然后，钻头31在刀盘1外围掌子面冲击形成环槽，滚刀2滚压区域掌子面由一面临空转变为三面临空，滚刀2接触掌子面，滚刀2在环槽内掌子面滚压破岩；最后，刀盘1前移，冲击装置3持续冲击破岩，不断冲击形成环槽，滚刀2随刀盘1前移滚压环槽内掌子面，如此持续掘进。

这样即可通过钻头31的冲击凿岩与滚刀2的滚压破岩结合，以大幅提高刀盘1的破岩掘进效率；同时，也可以通过钻头31对掌子面延伸扩挖，以提高扩挖范围，从而可以解决刀盘装置在复杂地形及硬岩隧道掘进过程中遇到的扩挖范围小、破岩效率低、滚刀磨损快的技术难题。

本发明所提供的一种掘进机，包括上述具体实施例所描述的刀盘装置；掘进机的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的掘进机及其刀盘装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种刀盘装置，其特征在于，包括刀盘(1)和设于所述刀盘(1)、用以破岩的滚刀(2)，所述刀盘(1)设有可伸至所述刀盘(1)的外侧的钻头(31)，所述钻头(31)冲击所述刀盘(1)外围掌子面以形成环槽，所述滚刀(2)在所述环槽内的掌子面滚压破岩，所述钻头(31)的钻进方向与所述滚刀(2)的掘进方向呈预设角度设置，以供所述钻头(31)冲击掌子面或者对掌子面延伸扩挖；

所述刀盘(1)还设有用以带动所述钻头(31)伸出所述刀盘(1)的伸缩机构(5)；

还包括可活动地连接于所述伸缩机构(5)、用以调节所述钻头(31)的位置的调节板(4)；

所述调节板(4)铰接于所述伸缩机构(5)的伸缩杆。

2.根据权利要求1所述的刀盘装置，其特征在于，所述伸缩机构(5)通过固定支架(6)固接于所述刀盘(1)远离所述滚刀(2)的一侧。

3.根据权利要求2所述的刀盘装置，其特征在于，还包括用以安装所述钻头(31)的传动杆(32)，所述传动杆(32)连接有驱动机构(33)，所述驱动机构(33)用以驱动所述传动杆(32)绕其轴线旋转。

4.根据权利要求3所述的刀盘装置，其特征在于，所述驱动机构(33)具体为液压驱动机构、气压驱动机构中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的刀盘装置，其特征在于，所述预设角度的范围为0°-90°，所述钻头(31)的端面相对于所述滚刀(2)的刀圈可向外延伸0-1000mm。

6.根据权利要求1所述的刀盘装置，其特征在于，所述钻头(31)设置多个，全部所述钻头(31)沿所述刀盘(1)的圆周方向分布。

7.一种掘进机，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的刀盘装置。

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