CN113250701B - 一种竖井掘进机及其刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种竖井掘进机刀盘，包括具有圆锥状结构并用于开挖竖井的一级刀架和至少一组相互嵌套地设于一级刀架外周且呈圆锥状、沿轴向相对于一级刀架伸缩以扩大一级刀架的切削外径的辅助刀架。施工时，先单独利用一级刀架开挖，开挖较小内径的竖井；再调节最内层的一组辅助刀架，使最内层的一组辅助刀架配合一级刀架共同开挖竖井，初步扩大刀盘的切削外径，所掘的竖井内径增大；依次伸出各组辅助刀架，逐步扩大刀盘外径，直至开挖出较大内径的竖井。显然，本申请所提供的竖井掘进机刀盘的切削外径可调节，可实现分段切削，如此可在每次开挖竖井时降低驱动件的切削功率，施工过程中可降低功耗，进而实现降低施工成本，经济性较好。

Description

一种竖井掘进机及其刀盘

技术领域

本发明涉及矿山机械设备技术领域，特别涉及一种竖井掘进机刀盘。本发明还涉及一种包含竖井掘进机刀盘的竖井掘进机。

背景技术

竖井掘进机通常用于开挖地下停车场、石油储备库、地下蓄水库等地下工程，应用范围广，因此优化竖井掘进机的结构显得尤为必要。

随着施工技术的进步，所掘竖井的内径越来越大，而现有竖井掘进机刀盘通常为整体式刀盘，也即刀盘外径通常固定不变，这就要求竖井掘进机需配置大功率驱动件，大功率驱动件的功耗较大，施工成本较高，经济性相对较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种竖井掘进机及其刀盘，至少一组相互嵌套地设于一级刀架的辅助刀架能够沿轴向伸缩，从而扩大或缩小一级刀盘的切削外径，使一级刀架能够依据待挖掘竖井的内径调节切削外径，故通用性和适应性均较好。

其具体方案如下：

本发明提供一种竖井掘进机刀盘，包括：

具有圆锥状结构并用于开挖竖井的一级刀架；

至少一组相互嵌套地设于一级刀架外周且呈圆锥状、沿轴向相对于一级刀架伸缩以扩大一级刀架的切削外径的辅助刀架。

优选的，还包括固设于任意一组辅助刀箱外周的支撑刀架，任意一组辅助刀架包括具有若干辅助滚刀的辅助刀箱和用于驱动辅助刀箱沿轴向滑动的辅助驱动件，还包括若干固设于辅助刀箱外周且与支撑刀架相抵、用于在辅助驱动件远离辅助刀箱时辅助辅助刀箱复位的弹性复位组件。

优选的，弹性复位组件包括：

固定于辅助刀箱的外固定套筒，外固定套筒内同轴设有内固定套筒；

沿轴向可滑动地安装于内固定套筒内的内滑动套杆；

可滑动地安装于外固定套筒一端的外滑动套筒，外滑动套筒内同轴设有与内滑动套杆相固连的内滑动套筒；

套设于内固定套筒和内滑动套筒且两端分别与外固定套筒和外滑动套筒相抵的复位弹性件。

优选的，弹性复位组件还包括：

第一端穿过内固定套筒并与内滑动套杆可拆卸连接、第二端与内固定套筒相抵、用于调节与内滑动套杆之间的轴向长度以调整复位弹性件的松紧程度的松紧调节件。

优选的，任一辅助刀架远离辅助滚刀的一端设有用于在辅助刀架伸出后限定辅助刀架位置的辅助限位组件。

优选的，辅助限位组件包括：

限位驱动板；

固设于辅助刀箱并用于支撑并限定限位驱动板的限位支撑座；

用于驱动限位驱动板沿轴向滑动的限位驱动件；

用于与辅助刀箱相抵以实现限位的限位抵接板；

两端分别与限位驱动板和限位抵接板相铰接、用于在限位驱动板轴向移动时带动限位抵接板沿径向移动的限位连接杆；

固设于辅助刀箱、用于支撑限位抵接板并引导限位抵接板移动的限定导向座；

安装于限定导向座所设的限位导向柱且两端沿径向分别与限定导向座和限位抵接板相抵、用于在限位驱动件远离限位驱动件时辅助限位抵接板复位以解除限位的限位弹性件。

优选的，一级刀架包括：

主驱动件；

设于中心的一级中心架，一级中心架外周固设有若干根一级刀梁；

沿轴向延伸且固连于主驱动件与一级中心架之间的一级连接梁；

两端分别与一级连接梁和一级刀梁相连的一级承载梁；

固连于一级连接梁与支撑刀架之间的一级连接壁。

本发明还提供一种竖井掘进机，包括上述任一项竖井掘进机刀盘。

相对于背景技术，本发明所提供的竖井掘进机刀盘包括一级刀架和至少一组辅助刀架，二者均呈圆锥状，辅助刀架相互嵌套地设于一级刀架外周，施工时，先单独利用一级刀架开挖，开挖较小内径的竖井；接着，调节最内层的一组辅助刀架，使最内层的一组辅助刀架配合一级刀架共同开挖竖井，由此初步扩大刀盘的切削外径，所掘的竖井内径增大；依次伸出各组辅助刀架，逐步扩大刀盘外径，直至开挖出较大内径的竖井。显然，本申请所提供的竖井掘进机刀盘的切削外径可调节，可实现分段切削，如此可在每次开挖竖井时降低驱动件的切削功率，施工过程中可降低功耗，进而实现降低施工成本，经济性得到提升。

本发明所提供的包含竖井掘进机刀盘的竖井掘进机具有相同的有益效果。

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为本发明一种具体实施例所提供的竖井掘进机刀盘的正面结构图；

图2为图1的背面结构图；

图3为图1的剖面结构图；

图4为图1中辅助刀架的结构图；

图5为图4在初始状态下的剖面结构图；

图6为图4在限位状态下的剖面结构图；

图7为4中二级刀架的结构图；

图8为图4中三级刀架的结构图；

图9为本发明所提供的竖井掘进机刀盘在初步作业时的状态图；

图10为二级刀架伸出后的作业状态图；

图11为二级刀架和三级刀架同时伸出后的状态图。

附图标记如下：

一级刀架1、辅助刀架2和支撑刀架3；

一级刀梁11、切削滚刀12、主驱动件13、一级连接梁14、一级中心架15、一级承载梁16和一级连接壁17；

排渣通道111；

二级刀架201和三级刀架202；

辅助滚刀21、辅助刀箱22、弹性复位组件23和辅助限位组件24；

外固定套筒231、内固定套筒232、内滑动套杆233、外滑动套筒234、内滑动套筒235、复位弹性件236和松紧调节件237；

限位驱动板241、限位支撑座242、限位抵接板243、限位连接杆244、限定导向座245和限位弹性件246。

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。

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

请参考图1至图11，图1为本发明一种具体实施例所提供的竖井掘进机刀盘的正面结构图；图2为图1的背面结构图；图3为图1的剖面结构图；图4为图1中辅助刀架的结构图；图5为图4在初始状态下的剖面结构图；图6为图4在限位状态下的剖面结构图；图7为4中二级刀架的结构图；图8为图4中三级刀架的结构图；图9为本发明所提供的竖井掘进机刀盘在初步作业时的状态图；图10为二级刀架伸出后的作业状态图；图11为二级刀架和三级刀架同时伸出后的状态图。

首先，需要说明的是，文中的轴向是指平行于一级刀架1的中心轴线方向，文中的径向是平行于一级刀架1的半径方向。

本发明实施例公开了一种竖井掘进机刀盘，包括一级刀架1和至少一组辅助刀架2。

一级刀架1呈圆锥状，用于开挖竖井。在该具体实施例中，一级刀架1的锥度具体为55度。

一级刀架1还包括主驱动件13、一级连接梁14、一级中心架15、一级承载梁16和一级连接壁17，其中，一级中心架15位于中心，中心设有滚刀刀座，滚刀刀座安装有切削滚刀12，且一级中心架15的外周安装有用于刮泥的摆动刮板，摆动刮板的结构及工作原理可具体参考现有技术。一级中心架15的头部具有锥状结构，一级刀梁11均匀固定于一级中心架15的外周，每根一级刀梁11与一级中心架15的中心线之间锥度为55°。具体地，一级中心架15的外周均匀固设有八根一级刀梁11。一级刀梁11的两端分别与一级中心架15及支撑刀架3相固连。

一级中心架15的中心设有用于供渣土排出的排渣通道111，排渣通道111为沿轴向贯穿的中心孔。

一级连接梁14沿轴向延伸，一级连接梁14的第一端通过连接法兰与主驱动件13相连，一级连接梁14的第二端与一级中心架15相固连，以便主驱动件13驱动一级中心架15转动，此处的主驱动件13可以是驱动电机。一级连接梁14外周呈八边形。一级中心架15的底端呈八边锥形，其锥面与中心轴线呈55°，一级连接梁14与一级中心架15焊接相连，一级中心架15底端的锥面幅板外侧焊接有摆动刮板。

一级承载梁16的两端分别与一级连接梁14和一级刀梁11相连，用于支撑一级刀梁11，防止一级刀梁11弯曲变形，可靠性较高。优选地，一级承载梁16与一级连接梁14垂直焊接固连。

一级连接壁17两端分别与连接法兰和支撑刀架3相固连，用于支撑辅助刀架2。一级连接壁17沿径向延伸，且一级连接壁17具体与一级连接梁14靠近主驱动件13的一端焊接固连，且若干一级连接壁17与若干支撑刀架3一一对应地焊接固连。当然，一级连接壁17的结构不限于此。

当然，一级刀架1的结构不限于此。

至少一组辅助刀架2相互嵌套地设于一级刀架1外周，且每个辅助刀架2均呈圆锥状。每个辅助刀架2均能够沿轴向相对于一级刀架1伸缩，以便选择性地扩大或缩小一级刀架1的切削外径。

辅助刀架2可以是可以包含一个刀架、两个刀架或两个以上刀架，具体依据实际需求设定，辅助刀架2所包含的刀架数量越多，一级刀架1的切削外径调整范围相应也越大，在此不做具体限定。

在该具体实施例中，辅助刀架2包括两个刀架，分别称为二级刀架201和三级刀架202，其中，二级刀架201和三级刀架202内外嵌套设置，且二者均可滑动设于支撑刀架3内。具体地，二级刀架201和三级刀架202的刀具数量为八把，但不限于此。

施工时，先单独利用一级刀架1开挖，挖出较小内径的竖井；接着，沿轴向滑动最内层的一组辅助刀架2，利用最内层的一组辅助刀架2配合一级刀架1共同开挖竖井，初步扩大刀盘的切削外径，所掘的竖井内径增大；依次伸出各组辅助刀架2，逐步扩大刀盘外径，直至开挖出较大内径的竖井。显然，本申请所提供的竖井掘进机刀盘的切削外径可调节，可实现分段切削，如此可在每次开挖竖井时降低驱动件的切削功率，施工过程中可降低功耗，避免采用较大功率的驱动件，有利于降低施工成本，经济性较好。

在该具体实施例中，本发明还包括固设于任意一组辅助刀箱22外周的支撑刀架3，支撑刀架3与一级刀梁11通过一级连接壁17一一对应固连，用于支撑辅助刀箱22。支撑刀架3的数量与一级刀梁11数量相关，八根一级刀梁11对应八个支撑刀架3。支撑刀架3为中空结构，其一侧同时与一级连接壁17及一级刀梁11相固连。

任意一组辅助刀架2包括辅助刀箱22和辅助驱动件，其中，辅助刀箱22的外侧设有若干滚刀刀座，滚刀刀座安装有辅助滚刀21。辅助驱动件用于驱动辅助刀箱22沿轴向相对于一级刀架1滑动。辅助驱动件可以是液压缸，但不限于此。

任意一组辅助刀架2还包括若干固设于辅助刀箱22外周且与支撑刀架3相抵的弹性复位组件23，当辅助驱动件驱动辅助刀箱22伸出时，弹性复位组件23压缩；当辅助驱动件远离辅助刀箱22时，弹性复位组件23回复弹性形变，并辅助辅助刀箱22复位至初始位置。

在该具体实施例中，弹性复位组件23包括外固定套筒231、内滑动套杆233、外滑动套筒234和复位弹性件236。其中，外固定套筒231通过紧固螺钉固定于辅助刀箱22，外固定套筒231底端具有开口的立方体状框架。外固定套筒231内同轴设有内固定套筒232，内固定套筒232优选呈圆柱状，内固定套筒232由外固定套筒231的顶部穿过，且内固定套筒232具有与外固定套筒231的顶端相抵的抵接凸缘，抵接凸缘与外固定套筒231通过连接螺栓实现固定，从而使内固定套筒232与外固定套筒231实现固连。

外固定套筒231与内固定套筒232之间留有用于安装复位弹性件236的安装型腔。

外滑动套筒234可滑动地安装于外固定套筒231一端，外滑动套筒234具有从内固定套筒232的底部插入外固定套筒231内。外滑动套筒234内同轴设有内滑动套筒235，二者一体连接，且均呈圆柱状。内滑动套筒235与内滑动套杆233通过销钉相固连。

复位弹性件236套设于内固定套和内滑动套筒235，且两端分别与外固定套筒231和外滑动套筒234相抵。复位弹性件236优选普通圆柱弹簧。当外固定套筒231随辅助刀箱22同步沿轴向伸出时，复位弹性件236受压缩；当辅助驱动件远离辅助刀箱22时，复位弹性件236依靠弹性力回复形变，复位弹性件236带动辅助刀箱22复位。

弹性复位组件23还包括松紧调节件237，松紧调节件237的第一端穿过内固定套筒232，并与内滑动套杆233可拆卸连接，具体地松紧调节件237与内滑动套杆233远离内滑动套筒235的一端螺纹连接。相应地，内固定套筒232的顶端设有供松紧调节件237穿过的过孔。松紧调节件237的第二端与内固定套筒232相抵。当旋转松紧调节件237时，松紧调节件237与内滑动套杆233之间的轴向长度随之变长或变短，从而使复位弹性件236随之伸长或压缩，进而实现调节复位弹性件236的松紧程度，使复位弹性件236适应土层或岩层需求，应用范围较广，适应性进一步有所提升。松紧调节件237可以是连接螺栓，但不限于此。

任一辅助刀架2远离辅助滚刀21的一端设有辅助限位组件24，在辅助刀架2伸出后，辅助限位组件24能够限定辅助刀架2位置，防止在开关的过程中辅助刀架2因外力冲击过大等因素收缩，安全性和可靠性较高。

在该具体实施例中，辅助限位组件24包括限位驱动板241、限位支撑座242、限位驱动件、限位抵接板243、限位连接杆244、限位导向座和限位弹性件246，其中，限位驱动板241平行地设于辅助刀箱22的顶端。限位支撑座242固设于辅助刀箱22的顶部，用于支撑并限定限位驱动板241。限位驱动板241具体为长方形薄板。限位支撑座242焊接于的辅助刀箱22的顶部，其中心具有用于容纳限位驱动板241的容纳凹槽，从而形成四个呈矩形分布且分别与限位驱动板241的四个顶角相抵的顶角限位支座，从而防止限位驱动板241过度移动而脱离限位支撑座242。

限位驱动件能够与限位驱动板241相抵，用于驱动限位驱动板241沿轴向滑动。限位驱动件可以是液压缸，但不限于此。

限位抵接板243与限位驱动板241相垂直，且能够与辅助刀箱22相抵，用于实现限位。限位驱动板241的两侧各设有一个限位抵接板243。限位抵接板243与辅助刀箱22之间设有相互配合的限位凸起和限位凹槽，当限位抵接板243相对于辅助刀箱22滑动至辅助刀箱22相抵时，限位凹槽与限位凸起相配合，从而限定限位抵接板243在开挖过程中相对于辅助刀箱22滑动，安全可靠。

限位连接杆244额两端分别与限位驱动板241和限位抵接板243相铰接，用于连接二者，当限位驱动板241轴向移动时，限位连接杆244带动限位抵接板243沿径向移动。

限定导向座245固设于辅助刀箱22，用于支撑限位抵接板243并引导限位抵接板243移动。在具体抵，限位导向座呈U型，包括固设于辅助刀箱22顶部的导向平板和垂直设于导向平板两端的支撑平板。其中，导向平板与限位抵接板243之间设有相互配合的导向滑槽和导向滑轨，导向滑轨具体为两条设于导向平板的方形凸起。导向滑槽具体为两条设于限位抵接板243底部的方形凹槽。

每个支撑平板的内侧均垂直设有用于穿过限位抵接板243的限位导向柱，限位导向柱能够进一步引导限位抵接板243径向移动。

限位弹性件246安装于限位导向柱上，且两端分别与限定导向座245和限位抵接板243相抵，沿径向伸缩，当限位驱动件远离限位驱动件时，限位弹性件246能够克服限位凸起和限位凹槽之间的作用力辅助限位抵接板243复位，从而自动解除限位。限位弹性件246具体为普通圆柱弹簧。

当然，辅助限位组件24的结构不限于此。

需说明的是，二级刀架201和三级刀架202的结构相同，具体参照上述内容，在此不再详述。

文中的切削滚刀12和辅助滚刀21均可由齿刀、贝壳刀、羊角刀等刀具替代。

本发明所提供的竖井掘进机刀盘的工作原理如下：

启动主驱动件13，一级刀架1旋转，切削滚刀12开始挖掘竖井；

完成第一阶段开挖作业后，停止主驱动件13；启动辅助驱动件，辅助驱动件驱动辅助刀箱22沿轴向伸出直至与一级刀架1的对接，扩大一级刀架1的切削外径，同时弹性复位组件23受压缩；启动限位驱动件，限位驱动件驱动限位驱动板241轴向移动，限位驱动板241通过限位连接杆244带动限位抵接板243沿限位导向座滑动，并压缩限位弹性件246，直至限位抵接板243与辅助刀箱22相抵，限定辅助刀箱22的位置；

同时启动主驱动件13和辅助驱动件，直至完成第二阶段开挖作业；

完成全部作业后，主驱动件13和辅助驱动件均停止，辅助刀箱22在弹性复位组件23的弹性力作用下复位，同时限位抵接板243在限位弹性件246的弹性力作用下带动限位驱动板241复位，解除限定。

本发明还提供一种竖井掘进机，包括上述竖井掘进机刀盘，具有相同的有益效果。

以上对本发明所提供的竖井掘进机及其刀盘进行了详细介绍，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法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种竖井掘进机刀盘，其特征在于，包括：

具有圆锥状结构并用于开挖竖井的一级刀架（1）；所述一级刀架（1）包括设于中心的一级中心架（15），所述一级中心架（15）外周固设有若干根一级刀梁（11）；

至少一组相互嵌套地设于所述一级刀架（1）外周且呈圆锥状、沿轴向相对于所述一级刀架（1）伸缩以扩大所述一级刀架（1）的切削外径的辅助刀架（2）；

固设于任意一组所述辅助刀架（2）外周的支撑刀架（3），所述根一级刀梁（11）的两端分别与一级中心架（15）及所述支撑刀架（3）相固连；

任意一组所述辅助刀架（2）包括具有若干辅助滚刀（21）的辅助刀箱（22）和用于驱动所述辅助刀箱（22）沿轴向滑动的辅助驱动件，还包括若干固设于所述辅助刀箱（22）外周且与所述支撑刀架（3）相抵、用于在所述辅助驱动件远离所述辅助刀箱（22）时辅助所述辅助刀箱（22）复位的弹性复位组件（23）。

2.根据权利要求1所述的竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述弹性复位组件（23）包括：

固定于所述辅助刀箱（22）的外固定套筒（231），所述外固定套筒（231）内同轴设有内固定套筒（232）；

沿轴向可滑动地安装于所述内固定套筒（232）内的内滑动套杆（233）；

可滑动地安装于所述外固定套筒（231）一端的外滑动套筒（234），所述外滑动套筒（234）内同轴设有与所述内滑动套杆（233）相固连的内滑动套筒（235）；

套设于所述内固定套筒（232）和所述内滑动套筒（235）且两端分别与所述外固定套筒（231）和所述外滑动套筒（234）相抵的复位弹性件（236）。

3.根据权利要求2所述的竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述弹性复位组件（23）还包括：

第一端穿过所述内固定套筒（232）并与所述内滑动套杆（233）可拆卸连接、第二端与所述内固定套筒（232）相抵、用于调节与所述内滑动套杆（233）之间的轴向长度以调整所述复位弹性件（236）的松紧程度的松紧调节件（237）。

4.根据权利要求1至3任一项所述的竖井掘进机刀盘，其特征在于，任意一组所述辅助刀架（2）远离所述辅助滚刀（21）的一端设有用于在所述辅助刀架（2）伸出后限定所述辅助刀架（2）位置的辅助限位组件（24）。

5.根据权利要求4所述的竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述辅助限位组件（24）包括：

限位驱动板（241）；

固设于所述辅助刀箱（22）并用于支撑并限定所述限位驱动板（241）的限位支撑座（242）；

用于驱动所述限位驱动板（241）沿轴向滑动的限位驱动件；

用于与所述辅助刀箱（22）相抵以实现限位的限位抵接板（243）；

两端分别与所述限位驱动板（241）和所述限位抵接板（243）相铰接、用于在所述限位驱动板（241）轴向移动时带动所述限位抵接板（243）沿径向移动的限位连接杆（244）；

固设于所述辅助刀箱（22）、用于支撑所述限位抵接板（243）并引导所述限位抵接板（243）移动的限定导向座（245）；

安装于所述限定导向座（245）所设的限位导向柱且两端沿径向分别与所述限定导向座（245）和所述限位抵接板（243）相抵、用于在所述限位驱动件远离所述限位驱动件时辅助所述限位抵接板（243）复位以解除限位的限位弹性件（246）。

6.根据权利要求1至3任一项所述的竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述一级刀架（1）包括：

主驱动件（13）；

沿轴向延伸且固连于所述主驱动件（13）与所述一级中心架（15）之间的一级连接梁（14）；

两端分别与所述一级连接梁（14）和所述一级刀梁（11）相连的一级承载梁（16）；

固连于所述一级连接梁（14）与所述支撑刀架（3）之间的一级连接壁（17）。

7.一种竖井掘进机，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述竖井掘进机刀盘。

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