CN113153332B - 一种可调节滚刀平衡的刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节滚刀平衡的刀盘，其包括：刀盘、滚刀，所述刀盘为安装在盾构机的前端位置，所述刀盘的表面设有多个滚刀，所述滚刀包括：转轴、刀身、刀圈、中轴、支杆，所述滚刀与所述刀盘之间通过转轴连接，所述转轴为长直圆柱，所述转轴的两端安装在刀盘内，所述转轴上套设有中轴，所述中轴的内部为中空的圆柱形结构，所述中轴与所述支杆的一端铰接，所述支杆的另一端与所述刀身的内侧连接，所述刀身的外侧设有多组刀圈，本发明通过各滚刀之间互不影响，每个滚刀在发生偏转后可独立恢复，滚刀间切割距离不会长时间发生改变，保证盾构机正常前进工作。

Description

一种可调节滚刀平衡的刀盘

技术领域

本发明属于盾构机技术领域，具体是一种可调节滚刀平衡的刀盘。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建隧道之“盾”，它区别于敞开式施工法，盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

盾构机的端面掘削系统俗称切割头，是由刀盘、旋转轴、切削刀具、驱动装置、旋转支架以及附属装置等组成。刀盘在驱动装置的驱动下旋转，其上的切削刀具切削前部的泥土或岩石，被切碎的泥土或岩石从切削刀盘上的进料口挤入刀盘后方，然后通过输送装置输送至后方被其他可移动装置移出机头至地面。

现有技术中，滚刀适用于硬岩，滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，在掌子面切出一系列的同心圆沟槽。当推力超过岩石的强度时，刀尖下的岩石破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹；进一步加压，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，滚刀完成一次破岩过程，而这种设计会存在以下问题和缺点：

1、滚刀在围绕中轴做旋转时，因滚刀刚切割进障碍物内部时滚刀刀圈会嵌在刚成型的裂缝中，而裂缝走向与滚刀前进方向相切，故而耦合力从地面作用在滚刀上，会使滚刀偏离原定的运行轨迹，从中轴处发生偏转，造成滚刀损坏；

2、因耦合力造成的滚刀偏移原定运动轨迹，使滚刀在工作过程中刀圈两侧中只有一侧受到阻碍物的反作用力，另一侧则没有压力，长期处于两侧受力不均情况下的刀圈会磨损不同，降低滚刀寿命；

3、滚刀运动轨迹发生偏移不一定发生在所有滚刀上，阻碍物的硬度也会对滚刀偏移造成影响，可能同时只有部分滚刀发生偏移，从而造成滚刀间距离变化，阻碍物破除困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节滚刀平衡的刀盘，本发明的目的在于采用可转动的支杆将刀身与中轴分离，使刀身与其上的刀圈可在中轴不转动的情况下独立发生偏转，且在支杆头部下方安装有平衡板，通过弹簧的弹性作用使偏转的支杆回到正常工作的位置，滚刀安装在刀盘上的指定位置，相互配合工作，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可调节滚刀平衡的刀盘，包括刀盘和滚刀，所述刀盘安装在盾构机的前端位置，所述刀盘的表面上呈环形阵列设有多个滚刀，所述滚刀包括转轴、刀身、刀圈、中轴和支杆，所述转轴的中部位置套设有中轴，所述中轴的内部为中空的圆柱形结构，多个所述支杆在中轴上呈环形阵列设置，所述支杆的一端与中轴铰接，所述支杆的另一端与刀身内侧面连接，所述刀身的外侧面上设有多组刀圈；

所述支杆与中轴相连的一端设有平衡板，所述平衡板位于所述中轴的内部，所述平衡板远离支杆的一侧设有平衡板凸部，所述平衡板凸部的两侧均设有弹簧。

作为本发明再进一步的方案：所述中轴与支杆相接触为镂空结构，所述支杆位于中轴内部的一端设有半圆接头，所述支杆通过半圆接头与所述中轴铰接。

作为本发明再进一步的方案：两个所述弹簧的一端与中轴镂空结构内部底面连接。

作为本发明再进一步的方案：所述转轴为长直圆柱结构，所述转轴的两端安装在刀盘内部的槽口内。

作为本发明再进一步的方案：所述转轴、中轴、刀身与刀圈为同轴心装配，且直径依次增大。

作为本发明再进一步的方案：多组所述刀圈均匀分布在刀身上，所述刀圈采用硬质金属材料制成，且刀圈的外侧为尖锐结构。

作为本发明再进一步的方案：每块所述平衡板对应设置四个弹簧，四个所述弹簧以平衡板凸部为中心点设置在平衡板的四周。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明刀身与刀圈固定，且二者可相对中轴发生偏转，保护滚刀不会因瞬间过大的耦合力发生损坏；

2、本发明支杆下方安装平衡板与弹簧，通过相互配合可在刀身发生偏转后将其调整回正常工作的状态，防止刀圈单侧磨损情况的发生；

3、本发明中各滚刀之间在刀盘上互不影响，每个滚刀在发生偏转后可独立恢复，滚刀间切割距离不会长时间发生改变，保证盾构机正常前进工作；

4、本发明中刀身外层环绕多个刀圈，增强切割效果，防止切削不均匀造成滚刀磨损。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明中刀盘的结构示意图。

图2为本发明中滚刀的立体图。

图3为本发明中滚刀的主视图。

图4为图3中A-A剖视图的结构示意图。

图5为图4中C处局部放大图的结构示意图。

图6为本发明中滚刀的左视图。

图7为图6中D-D剖视图的结构示意图。

图中：1、刀盘；2、滚刀；210、转轴；220、刀身；230、刀圈；240、中轴；260、支杆；270、平衡板；271、平衡板凸部；280、弹簧。

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。

如图1所示，一种可调节滚刀平衡的刀盘，包括：刀盘1、滚刀2；

所述刀盘1为安装在盾构机最前方的部分，可正向或反向旋转，并通过安装在其上的滚刀2对前方的阻碍物进行切割，保证盾构机正常前进。

如图2所示，所述滚刀2，包括：转轴210、刀身220、刀圈230、中轴240、支杆260；

所述转轴210为滚刀2的旋转轴，滚刀2通过中轴240与其固定相连，转轴210为长直圆柱，不可弯曲，两端安装在刀盘1内，从而固定滚刀2位置；

所述中轴240与转轴210固定相连，为内部具有中空结构的圆柱，其外部铰接有支杆260，与支杆260相接处有特殊形状的镂空空间，用来安装平衡板270与弹簧280；

所述支杆260为一端带有半圆接头的圆柱，带有半圆接头一端与中轴240铰接，另一端与刀身220相连，支杆260通过半圆接头与中轴240之间铰接的结构可实现偏转，无需始终保持初始状态；

所述刀身220为中空圆环，内径与支杆260相连，外部安装有刀圈230，刀身220在支杆260的支撑下可在中轴240不偏转的情况下独立进行偏转，不影响滚刀2整体工作；

所述刀圈230为滚刀2上的主要执行装置，负责切割盾构机前方的阻碍物，材质为硬质金属，刀圈230外围为尖锐结构，可在刀身220的压力作用下切割进阻碍物。

如图3所示，所述转轴210、中轴240、刀身220、刀圈230为同轴心装配，且直径依次变大，中轴240与刀身220之间有支杆260支撑，直径跨度较大；

所述支杆260与刀身220之间为固定焊接，在刀身220发生偏转时支杆260与刀身220之间并无相对位置变化，避免刀圈230在切削出的裂缝中滚动时受到耦合力而导致刀身220发生偏转。

如图4所示，所述支杆260与中轴240相连一端带有半圆形凸起，与中轴240内部空间铰接，能够保证支杆260不与中轴240分离的情况下发生偏转。

如图5所示，所述平衡板270为安装在中轴240内部空间中的板状装置，大小与中轴240内部空间相同，平衡板270上侧为平面，与支杆260相连，下侧中间带有半圆凸起平衡板凸部271，平衡板270可以平衡板凸部271为支点进行左右偏转；

所述平衡板凸部271为平衡板270下侧半圆状凸起，为硬质结构，可承受支杆260带给平衡板270的压力，在平衡板270左右两侧受力不同时平衡板270可以平衡板凸部271为支点进行左右偏转；

所述弹簧280安装在平衡板270下面，平衡板凸部271的两侧，为弹性系数较大的弹簧280，松弛状态长度与平衡板270不发生偏转时下侧到中轴240间距离相同，在平衡板270发生偏转时弹簧280被压缩，产生向上的弹力，使平衡板270恢复平衡。

如图6所示，所述刀圈230均匀分布在刀身220上，且横截面为三角形，可切割滚刀2前方阻碍物。

如图7所示，所述弹簧280分布在平衡板凸部271两侧，每块平衡板270下方安装有四个弹簧280，可在各个位置上提供弹力。

本发明工作原理：

工作时：刀盘1开始转动，其上分布的滚刀2与前方的阻碍物接触，在摩擦力的作用下围绕转轴210旋转，盾构机前进刀圈230在压力作用下切进阻碍物中，并持续切割，因滚刀2所受力与转轴210轴向不平行，故滚刀2会受到耦合力作用，耦合力作用在刀圈230的一侧，带动刀身220进行同向偏转；

刀身220与支杆260相连，支杆260可通过头部的铰接结构进行转动，在支杆260发生偏转时平衡板270同步发生偏转，并压缩转动方向上的弹簧280，弹簧280会施加到平衡板270上一个反向的弹力，使平衡板270恢复平衡，进而带动支杆260恢复原来位置，最终带动刀圈230沿偏转前的轨道前进，在正常前进切割时，平衡板270因平衡板凸部271两侧所受力平衡，故只会产生垂直方向的支撑力，不会发生偏转。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可调节滚刀平衡的刀盘，包括刀盘（1）和滚刀（2），所述刀盘（1）安装在盾构机的前端位置，所述刀盘（1）的表面上呈环形阵列设有多个滚刀（2），其特征在于，所述滚刀（2）包括转轴（210）、刀身（220）、刀圈（230）、中轴（240）和支杆（260），所述转轴（210）的中部位置套设有中轴（240），所述中轴（240）为内部中空的圆柱形结构，多个所述支杆（260）在中轴（240）上呈环形阵列设置，所述支杆（260）的一端与中轴（240）铰接，所述支杆（260）的另一端与刀身（220）内侧面连接，所述刀身（220）的外侧面上设有多组刀圈（230）；

所述支杆（260）与中轴（240）相连的一端设有平衡板（270），所述平衡板（270）位于所述中轴（240）的内部，所述平衡板（270）远离支杆（260）的一侧设有平衡板凸部（271），所述平衡板凸部（271）的两侧均设有弹簧（280）；

所述中轴（240）与支杆（260）相接触，且为镂空结构，所述支杆（260）位于中轴（240）内部的一端设有半圆接头，所述支杆（260）通过半圆接头与所述中轴（240）铰接；

两个所述弹簧（280）的一端与中轴（240）镂空结构内部底面连接；

刀身（220）与支杆（260）相连，支杆（260）可通过头部的铰接结构进行转动，在支杆（260）发生偏转时平衡板（270）同步发生偏转，并压缩转动方向上的弹簧（280），弹簧（280）会施加到平衡板（270）上一个反向的弹力，使平衡板（270）恢复平衡，进而带动支杆（260）恢复原来位置，最终带动刀圈（230）沿偏转前的轨道前进，在正常前进切割时，平衡板（270）因平衡板凸部（271）两侧所受力平衡，故只会产生垂直方向的支撑力，不会发生偏转。

2.根据权利要求1所述的一种可调节滚刀平衡的刀盘，其特征在于，所述转轴（210）为长直圆柱结构，所述转轴（210）的两端安装在刀盘（1）内部的槽口内。

3.根据权利要求2所述的一种可调节滚刀平衡的刀盘，其特征在于，所述转轴（210）、中轴（240）、刀身（220）与刀圈（230）为同轴心装配，且直径依次增大。

4.根据权利要求1所述的一种可调节滚刀平衡的刀盘，其特征在于，多组所述刀圈（230）均匀分布在刀身（220）上，所述刀圈（230）采用硬质金属材料制成，且刀圈（230）的外侧为尖锐结构。

5.根据权利要求1所述的一种可调节滚刀平衡的刀盘，其特征在于，每块所述平衡板（270）对应设置四个弹簧（280），四个所述弹簧（280）以平衡板凸部（271）为中心点设置在平衡板（270）的四周。

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