CN113027473B - 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法 - Google Patents

一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113027473B
CN113027473B CN202110400117.9A CN202110400117A CN113027473B CN 113027473 B CN113027473 B CN 113027473B CN 202110400117 A CN202110400117 A CN 202110400117A CN 113027473 B CN113027473 B CN 113027473B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutter head
gear ring
circular cutter
transmission
circular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110400117.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113027473A (zh
Inventor
石荣剑
黄丰
岳丰田
张勇
陆路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202110400117.9A priority Critical patent/CN113027473B/zh
Publication of CN113027473A publication Critical patent/CN113027473A/zh
Priority to PCT/CN2021/126538 priority patent/WO2022217886A1/zh
Priority to DE112021000143.4T priority patent/DE112021000143T5/de
Application granted granted Critical
Publication of CN113027473B publication Critical patent/CN113027473B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/087—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法，适用于盾构机使用。包括中心刀盘和多圈相互独立驱动旋转的圆环形刀盘，圆环形刀盘分别由多个驱动装置独立驱动而绕固定在盾构机上的可伸缩副轴旋转。盾构机主轴仅需驱动中心刀盘旋转，大大降低了主轴的强度及驱动力需求，有利于扩大盾构整体刀盘直径，根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘的宽度和组装数量，可形成不同直径的盾构刀盘，同时根据需要调整不同圆环形刀盘环绕的可伸缩副轴和驱动装置的数量和强度要求，满足不同地层地质条件的需求。通过调节可伸缩副轴的长度调整不同圆环形刀盘的推进行程和角度，不同圆环形刀盘的转向及转速均可单独调整，有效提高破岩效率。

Description

一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法
技术领域
本发明涉及一种盾构刀盘及工作方法，尤其适用于盾构机上使用的一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法。
背景技术
隧道工程建设中，盾构机因具有掘进速度快、形成隧道结构质量好、安全性高以及对地面建筑物影响小等优势已被广泛地应用，依靠主轴驱动旋转的盾构刀盘是盾构机的关键设备。随着隧道断面的扩大，直径越来越大的盾构刀盘受到前方的阻力会明显增加，需要主轴提供更大的驱动力和更高的强度，所以大直径盾构主轴的损坏是限制盾构刀盘直径扩大的关键因素。此外，当盾构机掘进过程中遇到断面小于盾构刀盘面积的孤石等特殊情况，孤石会随着刀盘的旋转而移动，造成无法有效破碎孤石，影响盾构机的正常推进施工。通过独立驱动和固定的多圈圆环形刀盘组装形成盾构刀盘，可减小盾构主轴的受力和驱动力需求，而且不同圆环形刀盘推进进程和角度的调整，可以卡住刀盘前方的孤石，从而利于孤石的破碎。
发明内容
为实现上述技术目的，提供一种由中心刀盘和多圈相互独立的圆环形刀盘组装而成，中心刀盘由盾构机的主轴驱动，而不同的圆环形刀盘分别独立由多个驱动装置驱动而绕固定在盾构机上的可伸缩副轴独立旋转，其结构简单，使用方便，针对不同的掘进情况都能做出的对应的调整以提高盾构掘进的效率。
为实现上述技术目的，本发明的多圈圆环组装式盾构刀盘，包括中心刀盘，中心刀盘外侧设有多层相互独立的圆环形刀盘，多层圆环形刀盘之间留有不会互相干扰的间隙，相邻的圆环形刀盘之间留有间隙，所述中心刀盘的圆心处与盾构机的主轴驱动连接，所述圆环形刀盘为环状结构，每个圆环形刀盘的内环处设有尺寸相同的外齿圈，外环处设有尺寸相同的内齿圈，内齿圈和外齿圈通过多个传动装置与设置在盾构机上的多个驱动装置相连接，多个传动装置通过分别啮合内齿圈和外齿圈从而支撑和驱动各个圆环形刀盘转动。
进一步，所述传动装置为传动齿轮，传动齿轮与圆环形刀盘上设置的内齿圈和外齿圈相互啮合，实现圆环形刀盘的支撑和驱动；每个传动装置分别与一个驱动装置连接，传动装置与驱动装置之间连接有可伸缩副轴，可伸缩副轴上设有驱动马达。
进一步，根据需要，所述所有的传动齿轮同时与圆环形刀盘的内齿圈和外齿圈啮合；或者部分传动齿轮单独与圆环形刀盘的内齿圈啮合，部分动齿轮单独与圆环形刀盘的外齿圈啮合，分别与内齿圈或者外齿圈啮合的传动齿轮以圆心为中心相对设置；传动齿轮与内齿圈和或外齿圈啮合的方式根据圆环形刀盘的尺寸以及传动齿轮的齿比决定，若圆环形刀盘的宽度远大于传动齿轮的宽度，或者需要圆环形刀盘的内齿圈和外齿圈与传动齿轮构成大齿比，则使用后一种方法进行啮合；反之若圆环形刀盘的宽度与传动齿轮的宽度接近，则可以使传动齿轮同时啮合内齿圈和外齿圈以提高传动效率。
一种使用上述任一权利要求所述多圈圆环组装式盾构刀盘的工作方法，其步骤为：
a.根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘的宽度和组装数量，在圆环形刀盘上完成刀具的布置；根据需求调整所使用的各个圆环形刀盘连接驱动装置的数量，然后在每个驱动装置上设置可伸缩副轴，可伸缩副轴的强度根据需要选择；
b.在工作井中将中心刀盘安装在盾构机的主轴上，将多个圆环形刀盘通过传动装置与对应的可伸缩副轴连接，实现驱动装置与传动齿轮的连接，并完成调试工作；
c.盾构推进时，主轴驱动中心刀盘旋转，每个圆环形刀盘通过多个传动齿轮被对应数量的驱动装置分别驱动，圆环形刀盘的内齿圈和外齿圈在传动齿轮的带动下绕可伸缩副轴旋转；
d.盾构推进结束后，依次拆卸圆环形刀盘，方便盾构机刀盘的起吊和拆卸施工，圆环形刀盘和中心刀盘则在其它工程中重复使用。
进一步，若盾构机在掘进过程中遇到孤石时，通过调整不同可伸缩副轴向盾构机推进前方伸缩不同长度，从而改变不同圆环形刀盘的推进行程及角度，便于破碎孤石；
进一步，通过调整固定同一圆环形刀盘的可伸缩副轴的长度，可以改变圆环形刀盘的推进行程，从而形成阶梯状的圆环型开挖断面，从而稳定前方开挖面。
进一步，通过独立调整不同圆环形刀盘之间的转速及转向，从而改变圆环形刀盘前方岩石的受力状态，有效提高破岩效率。
有益效果：
本装置在使用时与之连接的盾构机主轴仅需带动中心刀盘旋转，其他圆环形刀盘分别独立由多个驱动装置驱动而绕固定在盾构机上的可伸缩副轴单独旋转，驱动装置的数量可根据需求调整，这样可以大大降低主轴和副轴的受力及驱动力需求，当扩大盾构刀盘时，继续在外部组装新的圆环形刀盘即可，不需要调整内部已有的主轴和副轴。根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘的宽度和组装数量，可形成不同直径的盾构刀盘，适应不同的工程要求；通过调节可伸缩副轴的长度，调整不同圆环形刀盘的推进行程和角度，满足特殊条件下的破岩要求，而不同圆环形刀盘的转向及转速均可独立调整，大大提高盾构推进时的破岩效率。
附图说明：
图1为本发明多圈圆环组装式盾构刀盘的正视图。
图2为本发明多圈圆环组装式盾构刀盘中不同圆环形刀盘独立驱动的示意图。
图中：1-刀具，2-圆环形刀盘，3-中心刀盘，4-主轴，5-驱动装置，6-可伸缩副轴，7-传动装置，8-马达。
具体实施方式：
下面结合附图对本申请的实施例做进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的多圈圆环组装式盾构刀盘，包括中心刀盘3，中心刀盘3外侧设有多层相互独立的圆环形刀盘2，多层圆环形刀盘2之间留有不会互相干扰的间隙，相邻的圆环形刀盘2之间留有间隙，所述中心刀盘3的圆心处与盾构机的主轴4驱动连接，所述圆环形刀盘2为环状结构，每个圆环形刀盘2的内环处设有尺寸相同的外齿圈，外环处设有尺寸相同的内齿圈，内齿圈和外齿圈通过多个传动装置7与设置在盾构机上的多个驱动装置5相连接，多个传动装置7通过分别啮合内齿圈和外齿圈从而支撑和驱动各个圆环形刀盘2转动。传动装置7为传动齿轮，传动齿轮与圆环形刀盘2上设置的内齿圈和外齿圈相互啮合，实现圆环形刀盘2的支撑和驱动；每个传动装置7分别与一个驱动装置5连接，传动装置7与驱动装置5之间连接有可伸缩副轴6，可伸缩副轴6上设有驱动马达8。根据需要，所述所有的传动齿轮同时与圆环形刀盘2的内齿圈和外齿圈啮合；或者部分传动齿轮单独与圆环形刀盘2的内齿圈啮合，部分动齿轮单独与圆环形刀盘2的外齿圈啮合，分别与内齿圈或者外齿圈啮合的传动齿轮以圆心为中心相对设置；传动齿轮与内齿圈和或外齿圈啮合的方式根据圆环形刀盘2的尺寸以及传动齿轮的齿比决定，若圆环形刀盘2的宽度远大于传动齿轮的宽度，或者需要圆环形刀盘2的内齿圈和外齿圈与传动齿轮构成大齿比，则使用后一种方法进行啮合；反之若圆环形刀盘2的宽度与传动齿轮的宽度接近，则可以使传动齿轮同时啮合内齿圈和外齿圈以提高传动效率。
一种多圈圆环组装式盾构刀盘的工作方法，其步骤如下：
a.根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘2的宽度和组装数量，在圆环形刀盘2上完成刀具1的布置；根据需求调整所使用的各个圆环形刀盘2连接驱动装置5的数量，然后在每个驱动装置5上设置可伸缩副轴6，可伸缩副轴6的强度根据需要选择；
b.在工作井中将中心刀盘3安装在盾构机的主轴4上，将多个圆环形刀盘2通过传动装置7与对应的可伸缩副轴6连接，实现驱动装置5与传动齿轮的连接，并完成调试工作；
c.盾构推进时，主轴4驱动中心刀盘3旋转，每个圆环形刀盘2通过多个传动齿轮被对应数量的驱动装置5分别驱动，圆环形刀盘2的内齿圈和外齿圈在传动齿轮的带动下绕可伸缩副轴6旋转；
d.盾构推进结束后，依次拆卸圆环形刀盘2，方便盾构机刀盘的起吊和拆卸施工，圆环形刀盘2和中心刀盘3则在其它工程中重复使用。
若盾构机在掘进过程中遇到孤石时，通过调整不同可伸缩副轴6向盾构机推进前方伸缩不同长度，从而改变不同圆环形刀盘2的推进行程及角度，便于破碎孤石；
通过调整固定同一圆环形刀盘2的可伸缩副轴6的长度，可以改变圆环形刀盘2的推进行程，从而形成阶梯状的圆环型开挖断面，从而稳定前方开挖面。
通过独立调整不同圆环形刀盘2之间的转速及转向，从而改变圆环形刀盘2前方岩石的受力状态，有效提高破岩效率。

Claims (6)

1.一种多圈圆环组装式盾构刀盘，其特征在于：它包括中心刀盘（3），中心刀盘（3）外侧设有多层相互独立的圆环形刀盘（2），多层圆环形刀盘（2）之间留有不会互相干扰的间隙，相邻的圆环形刀盘（2）之间留有间隙，所述中心刀盘（3）的圆心处与盾构机的主轴（4）驱动连接，所述圆环形刀盘（2）为环状结构，每个圆环形刀盘（2）的内环处设有尺寸相同的外齿圈，外环处设有尺寸相同的内齿圈，内齿圈和外齿圈通过多个传动装置（7）与设置在盾构机上的多个驱动装置（5）相连接，多个传动装置（7）通过分别啮合内齿圈和外齿圈从而支撑和驱动各个圆环形刀盘（2）转动；
所述传动装置（7）为传动齿轮，传动齿轮与圆环形刀盘（2）上设置的内齿圈和外齿圈相互啮合，实现圆环形刀盘（2）的支撑和驱动；每个传动装置（7）分别与一个驱动装置（5）连接，传动装置（7）与驱动装置（5）之间连接有可伸缩副轴（6），可伸缩副轴（6）上设有驱动马达（8）。
2.根据权利要求1所述的多圈圆环组装式盾构刀盘，其特征在于：根据需要，所述所有的传动齿轮同时与圆环形刀盘（2）的内齿圈和外齿圈啮合；或者部分传动齿轮单独与圆环形刀盘（2）的内齿圈啮合，部分动齿轮单独与圆环形刀盘（2）的外齿圈啮合，分别与内齿圈或者外齿圈啮合的传动齿轮以圆心为中心相对设置；传动齿轮与内齿圈和或外齿圈啮合的方式根据圆环形刀盘（2）的尺寸以及传动齿轮的齿比决定，若圆环形刀盘（2）的宽度远大于传动齿轮的宽度，或者需要圆环形刀盘（2）的内齿圈和外齿圈与传动齿轮构成大齿比，则使用后一种方法进行啮合；反之若圆环形刀盘（2）的宽度与传动齿轮的宽度接近，则使传动齿轮同时啮合内齿圈和外齿圈以提高传动效率。
3.一种使用上述任一权利要求所述多圈圆环组装式盾构刀盘的工作方法，其特征在于步骤如下：
a. 根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘（2）的宽度和组装数量，在圆环形刀盘（2）上完成刀具（1）的布置；根据需求调整所使用的各个圆环形刀盘（2）连接驱动装置（5）的数量，然后在每个驱动装置（5）上设置可伸缩副轴（6），可伸缩副轴（6）的强度根据需要选择；
b. 在工作井中将中心刀盘（3）安装在盾构机的主轴（4）上，将多个圆环形刀盘（2）通过传动装置（7）与对应的可伸缩副轴（6）连接，实现驱动装置（5）与传动齿轮的连接，并完成调试工作；
c. 盾构推进时，主轴（4）驱动中心刀盘（3）旋转，每个圆环形刀盘（2）通过多个传动齿轮被对应数量的驱动装置（5）分别驱动，圆环形刀盘（2）的内齿圈和外齿圈在传动齿轮的带动下绕可伸缩副轴（6）旋转；
d. 盾构推进结束后，依次拆卸圆环形刀盘（2），方便盾构机刀盘的起吊和拆卸施工，圆环形刀盘（2）和中心刀盘（3）则在其它工程中重复使用。
4.根据权利要求3所述工作方法，其特征在于：若盾构机在掘进过程中遇到孤石时，通过调整不同可伸缩副轴（6）向盾构机推进前方伸缩不同长度，从而改变不同圆环形刀盘（2）的推进行程及角度，便于破碎孤石。
5.根据权利要求3所述工作方法，其特征在于：通过调整固定同一圆环形刀盘（2）的可伸缩副轴（6）的长度，可以改变圆环形刀盘（2）的推进行程，从而形成阶梯状的圆环型开挖断面，从而稳定前方开挖面。
6.根据权利要求3所述工作方法，其特征在于：通过独立调整不同圆环形刀盘（2）之间的转速及转向，从而改变圆环形刀盘（2）前方岩石的受力状态，有效提高破岩效率。
CN202110400117.9A 2021-04-14 2021-04-14 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法 Active CN113027473B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110400117.9A CN113027473B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法
PCT/CN2021/126538 WO2022217886A1 (zh) 2021-04-14 2021-10-27 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法
DE112021000143.4T DE112021000143T5 (de) 2021-04-14 2021-10-27 Mehrkreisiger, kreisringförmig zusammengesetzter Schildfräskopf und Arbeitsverfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110400117.9A CN113027473B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113027473A CN113027473A (zh) 2021-06-25
CN113027473B true CN113027473B (zh) 2022-01-07

Family

ID=76456603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110400117.9A Active CN113027473B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN113027473B (zh)
DE (1) DE112021000143T5 (zh)
WO (1) WO2022217886A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113027473B (zh) * 2021-04-14 2022-01-07 中国矿业大学 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204783031U (zh) * 2015-05-07 2015-11-18 福建乾达重型机械有限公司 一种用于盾构机的多级环形刀盘
CN108468548A (zh) * 2018-05-16 2018-08-31 华东交通大学 一种环形剪刀型盾构机刀盘装置
CN111648780A (zh) * 2020-05-09 2020-09-11 徐州工程学院 一种能有效稳定掘进速度的盾构机异形刀头

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000120387A (ja) * 1998-10-16 2000-04-25 Daiho Constr Co Ltd 地中掘削機
JP3184823B2 (ja) * 1999-02-02 2001-07-09 中黒建設株式会社 掘進機
CN201351496Y (zh) * 2009-02-09 2009-11-25 上海力行工程技术发展有限公司 双刀盘大型土压平衡盾构机
CN111173530A (zh) * 2020-03-06 2020-05-19 浙江福仑德重工有限公司 一种盾构机用同轴双环刀盘
CN113027473B (zh) * 2021-04-14 2022-01-07 中国矿业大学 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204783031U (zh) * 2015-05-07 2015-11-18 福建乾达重型机械有限公司 一种用于盾构机的多级环形刀盘
CN108468548A (zh) * 2018-05-16 2018-08-31 华东交通大学 一种环形剪刀型盾构机刀盘装置
CN111648780A (zh) * 2020-05-09 2020-09-11 徐州工程学院 一种能有效稳定掘进速度的盾构机异形刀头

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022217886A1 (zh) 2022-10-20
DE112021000143T5 (de) 2022-12-08
CN113027473A (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113027473B (zh) 一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法
CN113833487B (zh) 一种穿石柔性凿岩机器人及其破岩方法
CN103410445A (zh) 全断面切削矩形顶管机切削机构
CN104234713A (zh) 一种复合旋切的采掘机
CN211950339U (zh) 一种抗浮锚杆扩大头钻具
CN111058857B (zh) 一种钻爆辅助破岩的复合全断面隧道掘进机刀盘系统
CN105003259A (zh) 一种复合旋切的采掘机
CN113833485A (zh) 一种适合复杂地质的多模式巷隧掘进机器人
CN219061646U (zh) 一种盾构机的复合刀盘及盾构机
CN117365270A (zh) 一种新型射流马达同轴对转涡轮钻具
CN110331934B (zh) 一种万向钻孔机
CN210829279U (zh) 一种模块化分体式盾构顶管机
CN204984426U (zh) 一种盾构隧道掘进机
CN116163756A (zh) 一种联络通道用复合式刀盘
CN110725692A (zh) 一种盾构机伸缩式中心切削刀装置
CN216642114U (zh) 一种适合复杂地质的多模式巷隧掘进机器人
CN113216294B (zh) 一种用于逆作施工中狭小区域土体开挖设备及施工方法
CN113550759A (zh) 刀盘总成、隧道掘进设备及隧道掘进施工方法
CN105863661A (zh) 一种隧道掘进机的锤式掘进方法及应用该方法的非开挖隧道掘进机
CN209892208U (zh) 一种用于长距离掘进的顶掘机
CN110905542A (zh) 一种适用于柔臂掘进机的tbm刀盘及其开挖方法
CN113446007A (zh) 沉井挖掘用推进系统及沉井挖掘方法
CN210714708U (zh) 截割硬岩的截割部及可移动式截割异形断面的截割设备
CN215860189U (zh) 中空回转型岩石巷道切割掘进装置
CN111365000B (zh) 一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant