CN113356867B - 一种盾构机刀盘、用于盾构机刀盘上的滚刀及盾构机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾构机刀盘、用于盾构机刀盘上的滚刀及盾构机，包括刀盘本体，包括设置于刀盘本体的滚刀。其中滚刀包括：底座，底座固定于刀盘本体；活动脚轮，活动脚轮通过第一转轴枢接于底座上；以及刀具，刀具通过第二转轴枢接于活动脚轮上。

Description

一种盾构机刀盘、用于盾构机刀盘上的滚刀及盾构机

技术领域

本申请涉及建筑施工领域，特别是涉及一种盾构机刀盘、用于盾构机刀盘上的滚刀及盾构机。

背景技术

盾构机作为现行最常用的隧道掘进机械之一，具有较传统开挖方法更机械化和自动化的特点，身兼高效和安全的优势。在盾构机的发展进程中，盾体纠偏和控制刀具磨损一直是研究热点。如何提高刀具破岩/土的效率，延长刀具的使用寿命一直受到广泛关注。因受到地质地形等外因，以及机械自身运行误差等内因的影响。盾构机掘进无法始终保证沿设计轴线运行，无可避免会偏离预定轨道。这就对盾构机的纠偏提出了要求，纠偏过程必须有序且可控，而如果能做到自控或自动则更佳。现有的盾构机滚刀一般采用定轴转动模式，随刀盘转动切向切削。滚刀除了受切削方向上的被切削岩土的反作用而自然磨损外，还可能在盾体偏离轴线时因为不是纯粹的切向运动，而受到侧向的滑动摩擦作用，类似“漂移”。这种摩擦作用会显著降低切削效率并加快磨损刀具

针对上述的现有技术中存在的刀具在盾构机掘进过程中无法自动纠正切削方向、切削效率低下且刀具磨损程度大的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开提供了一种盾构机刀盘、用于盾构机刀盘上的滚刀及盾构机。以至少解决现有技术中存在的刀具在盾构机掘进过程中无法自动纠正切削方向、切削效率低下且刀具磨损程度大的技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种盾构机刀盘，包括刀盘本体，刀盘本体包括设置于刀盘本体的滚刀。其中滚刀包括：底座，底座固定于刀盘本体；活动脚轮，活动脚轮通过第一转轴枢接于底座上；以及刀具，刀具通过第二转轴枢接于活动脚轮上。

可选地，第一转轴沿着与刀盘本体的表面交叉的方向延伸，并且第二转轴沿着与第一转轴交叉的方向延伸。

可选地，第一转轴的延伸方向与相应位置处刀盘本体表面法线方向之间的夹角为0～30°，并且第二转轴沿着与第一转轴垂直的方向延伸。

可选地，底座设置有与第一转轴对应的安装孔；以及活动脚轮设置有用于固定第二转轴的支架。

可选地，刀盘本体设置有用于安装第二转轴的凹孔。

可选地，刀盘本体还包括切削刀。

可选地，刀盘本体上设置有安装切削刀的矩形孔槽，其中矩形孔槽的大小与切削刀的大小适配。

可选地，刀盘本体10上设置有安装滚刀101的圆孔孔槽1016，其中底座1011的侧表面与圆孔孔槽1016的内壁相适配。

根据本申请的另一个方面，提供了用于盾构机刀盘上的滚刀，包括：底座、活动脚轮和刀具，其中活动脚轮通过第一转轴枢接于底座上；以及刀具通过第二转轴枢接于活动脚轮上。

根据本申请的另一个方面，提供了一种盾构机，包括根据权利要求1-7中任意一项的盾构机刀盘。

从而通过本实施例的技术方案，解决了现有技术中存在的上述技术问题，并且本实施例适用于涉及盾构机刀盘、安装在盾构机刀盘上的滚刀及盾构机的破岩工作，具有如下优点：

1.刀具可以在盾构机掘进过程中自动纠正切削方向，不需人工调整；

2.刀具可在力的作用下自主调整切削角度至最适宜情况，总是沿切向方向切削，大幅削减来自侧向的摩擦作用；

3.提高刀具的切削效率，降低刀具磨损。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的正视图；

图2是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的后视图；

图3是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的部分放大的正面示意图；

图4是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的部分放大的后面示意图；

图5是根据本申请另一个实施例的用于盾构机刀盘的滚刀的立体示意图；

图6是根据本申请另一个实施例的用于盾构机刀盘的滚刀的侧面示意图；

图7是根据本申请另一个实施例的用于盾构机刀盘的滚刀的后面示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图1是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的正视图，图2是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的后视图，图3是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的部分放大的正面示意图，图4是根据本申请一个实施例的盾构机刀盘的部分放大的后面示意图，图5是根据本申请另一个实施例的用于盾构机刀盘的滚刀的立体示意图，图6是根据本申请另一个实施例的用于盾构机刀盘的滚刀的侧面示意图，图7是根据本申请另一个实施例的用于盾构机刀盘的滚刀的后面示意图。参考图1/图2所示，盾构机刀盘，包括刀盘本体10，刀盘本体10包括设置于刀盘本体10的滚刀101。其中滚刀101包括：底座1011，底座1011固定于刀盘本体10；活动脚轮1012，活动脚轮1012通过第一转轴1014枢接于底座1011上；以及刀具1013，刀具1013通过第二转轴1015枢接于活动脚轮1012上。

正如背景技术中所述。盾构机作为现行最常用的隧道掘进机械之一，具有较传统开挖方法更机械化和自动化的特点，身兼高效和安全的优势。在盾构机的发展进程中，盾体纠偏和控制刀具磨损一直是研究热点。如何提高刀具破岩/土的效率，延长刀具的使用寿命一直受到广泛关注。因受到地质地形等外因，以及机械自身运行误差等内因的影响。盾构机掘进无法始终保证沿设计轴线运行，无可避免会偏离预定轨道。这就对盾构机的纠偏提出了要求，纠偏过程必须有序且可控，而如果能做到自控或自动则更佳。现有的盾构机滚刀一般采用定轴转动模式，随刀盘转动切向切削。滚刀除了受切削方向上的被切削岩土的反作用而自然磨损外，还可能在盾体偏离轴线时因为不是纯粹的切向运动，而受到侧向的滑动摩擦作用，类似“漂移”。这种摩擦作用会显著降低切削效率并加快磨损刀具

针对该技术问题，为避免刀具在盾构机掘进过程中无法自动纠正切削方向、切削效率低下且刀具磨损程度大而对破岩造成的影响。本实施例所述的盾构机刀盘包括刀盘本体10。其中刀盘本体10包括滚刀101，其中滚刀101用于在盾构机掘进的过程中进行破岩。滚刀101包括：底座1011、活动脚轮1012和刀具1013。其中底座1011的上端与刀盘本体10刚性连接，底座1011的下端通过第一转轴1014与活动脚轮1012枢接。由于第一转轴1014的作用，所以活动脚轮1012能够在与刀盘本体10呈一定角度的范围内转动。刀具1013通过第二转轴1015与活动脚轮1012枢接，刀具能够沿与第二转轴1015垂直的方向转动。所以，通过第一转轴1014和第二转轴1015的共同作用，使得滚刀101能够全向切削，不需要纠正切削方向并且能够大幅减小来自沿刀具侧面的摩擦力的作用。从而能够提高切削效率并且降低刀具磨损。

因此通过以上方式，本实施例所述的盾构机刀盘能够使得刀具在盾构机掘进过程中可以自动纠正切削方向、增大切削效率且减少刀具磨损。解决了现有技术中刀具在盾构机掘进过程中无法自动纠正切削方向、切削效率低下且刀具磨损程度大的技术问题。

可选地，第一转轴1014沿着与刀盘本体10的表面交叉的方向延伸，并且第二转轴1015沿着与第一转轴1014交叉的方向延伸。

具体地，参考图5所示，第一转轴1014的轴体方向与刀盘本体10的平面方向交叉设置，并且第一转轴1014在与刀盘本体10呈一定角度范围内的方向进行转动。第二转轴1015的轴体方向则是设置于与第一转轴1014交叉的方向并延伸，使得第二转轴1015能够在垂直于第一转轴1014的轴体的方向旋转。这样设置可以使得滚刀101全向旋转，从而滚刀101可以在力的作用下自主调整切削角度至最适宜的情况，使得滚刀101总是沿切向方向切削，大幅度减少来自侧向的摩擦作用，提高切削效率，降低刀具磨损。

可选地，第一转轴1014的延伸方向与相应位置处刀盘本体10表面法线方向之间的夹角为0～30°，并且第二转轴1015沿着与第一转轴1014垂直的方向延伸。

具体地，参考图5所示，其中第一转轴1014的轴体的延伸方向与设置该滚刀101的位置处的刀盘本体10的表面法线方向的夹角设置在0～30°。也就是说第一转轴1014能够在以该法线方向为中心的0～30°的角度范围内偏转。并且优选地，第一转轴1014的轴体的延伸方向与设置该滚刀101的位置处的刀盘本体10的表面法线方向是垂直的。从而通过这种方式使得第一转轴1014保持在与刀盘本体10的表面大致垂直的状态。第二转轴1015沿着与第一转轴1014的轴体的垂直的方向延伸。从而，第一转轴1014和第二转轴1015能够使得滚刀101在全方向的范围内的进行转动，使得在使用此盾构机刀盘进行掘进时，能够提高切削效率，提高破岩速率。

可选地，底座1011设置有与第一转轴1014对应的安装孔；以及活动脚轮1012设置有用于固定第二转轴1015的支架。

具体地，参考图5所示，为使得第一转轴1014能够在一定范围内转动，在底座1011上设置有与第一转轴1014对应的安装孔，安装孔的大小与第一转轴1014上端部分的大小相适配。并且第一转轴1014与安装孔不是刚性连接，第一转轴1014与安装孔为枢接。活动脚轮1012设置有用于固定第二转轴1015的支架，支架的大小与第二转轴1015两端的大小相适配。支架使得活动脚轮1012与第二转轴1015枢接。

可选地，刀具1013设置有用于安装第二转轴1015的凹孔。

具体地，参考图6所示，刀具1013上设置有用于安装第二转轴1015的凹孔，第二转轴1015从活动脚轮1012的空洞和刀具1013上的凹孔插入，并且在第二转轴1015的两端有支架使其固定在活动脚轮1012上。第二转轴1015将刀具1013与活动脚轮1012连接起来，使得刀具1013能够在垂直于第二转轴1015的方向上进行转动。从而，使得刀具1013能够在力的作用下调整切削角度至最适宜情况，大幅度削减来自侧向的摩擦作用，降低刀具磨损。

可选地，刀盘本体10还设置有切削刀102。

具体地，参考图1所示，刀盘本体10还包括有切削刀102。刀盘本体10上既安装有滚刀101也安装有切削刀102。使得刀盘本体10既能够切削岩也能够破岩，从而提高了盾构机刀盘的工作效率。

可选地，刀盘本体10上设置有安装切削刀102的矩形孔槽1021，其中矩形孔槽1021的大小与切削刀102的大小适配。

具体地，参考图2所示，为了安装切削刀102，在刀盘本体10上安装有矩形孔槽1021，其中矩形孔槽1021的大小与切削刀102的大小相适配。并且切削刀102在矩形孔槽1021中是固定不动的，切削刀102与矩形孔槽1021为刚性连接。刀盘本体10上既安装有滚刀101也安装有切削刀102。使得刀盘本体10既能够切削岩也能够破岩，从而提高了盾构机刀盘的工作效率。

可选地，刀盘本体10上设置有安装滚刀101的圆孔孔槽1016，其中底座1011的侧表面与圆孔孔槽1016的内壁相适配。

具体地，参考图3所示，刀盘本体10上除了设置有矩形孔槽1021外还设置有圆孔孔槽1016。其中底座1011与圆孔孔槽1016的形状相适配。底座1011的整体结构为曲边工字形结构，底座1011的两侧为曲边矩形结构，底座1011两侧的曲边矩形结构的侧表面与圆孔孔槽1016的侧壁的曲面形状处相吻合，并且底座1011两侧的曲边矩形结构侧表面与圆孔孔槽1016的边缘处刚性连接(例如通过焊接连接)，使得滚刀101固定于刀盘本体10上。

此外，根据本实施例的另一个方面，还提供了用于盾构机刀盘上的滚刀，包括：底座1011、活动脚轮1012和刀具1013。其中活动脚轮1012通过第一转轴1014枢接于底座1011上；以及刀具1013通过第二转轴1015枢接于活动脚轮1012上。

具体地，参考图5所示，还有一种专门安装在盾构机刀盘上用于破岩的滚刀101。其中，滚刀101包括：底座1011、活动脚轮1012和刀具1013。底座1011的两侧与盾构机刀盘刚性连接，使得滚刀101能够安装在盾构机刀盘上。底座1011通过第一转轴1014与活动脚轮1012枢接，其中第一转轴1014能够使得活动脚轮1012在一定角度范围内转动。刀具1013则是通过第二转轴1015与活动脚轮1012枢接，并且使得刀具1013能够在与第二转轴1015垂直的方向上进行转动。而刀具1013安装在活动脚轮1012上。所以，滚刀101能够实现全向转动，从而使得滚刀101在掘进过程中受到力的作用时，能够自主调整切削角度至最适宜情况，大幅度削减来自侧向的摩擦作用，降低刀具磨损。

此外，根据本实施例的又一个方面，还提供了一种盾构机，包括根据权利要求1-7中任意一项的盾构机刀盘。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种盾构机刀盘，包括刀盘本体(10)，其特征在于，包括设置于所述刀盘本体(10)的滚刀(101)，其中所述滚刀(101)包括：

底座(1011)，所述底座(1011)固定于所述刀盘本体(10)；

活动脚轮(1012)，所述活动脚轮(1012)通过第一转轴(1014)枢接于所述底座(1011)上，使得所述活动脚轮(1012)能够在与所述刀盘本体(10)呈一定角度的范围内转动；刀具(1013)，所述刀具(1013)通过第二转轴(1015)枢接于所述活动脚轮(1012)上，使得所述刀具(1013)能够沿所述第二转轴(1015)垂直的方向转动；以及

所述第一转轴(1014)的延伸方向与相应位置处所述刀盘本体(10)表面法线方向之间的夹角为0～30°，并且所述第二转轴(1015)沿着与所述第一转轴(1014)垂直的方向延伸；所述第一转轴(1014)能够在以该法线方向为中心的0～30°的角度范围内偏转。

2.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述第一转轴(1014)沿着与所述刀盘本体(10)的表面交叉的方向延伸，并且所述第二转轴(1015)沿着与所述第一转轴(1014)交叉的方向延伸。

3.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述底座(1011)设置有与所述第一转轴(1014)对应的安装孔；以及

所述活动脚轮(1012)设置有用于固定所述第二转轴(1015)的支架。

4.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述刀具(1013)设置有用于安装所述第二转轴(1015)的凹孔。

5.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述刀盘本体(10)还设置有切削刀(102)。

6.根据权利要求5所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述刀盘本体(10)上设置有安装所述切削刀(102)的矩形孔槽(1021)，其中所述矩形孔槽(1021)的大小与所述切削刀(102)的大小适配。

7.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述刀盘本体(10)上设置有安装所述滚刀(101)的圆孔孔槽(1016)，其中

所述底座(1011)的侧表面与所述圆孔孔槽(1016)的内壁相适配。

8.用于盾构机刀盘的滚刀(101)，其特征在于，滚刀(101)包括：底座(1011)、活动脚轮(1012)和刀具(1013)，其中

所述活动脚轮(1012)通过第一转轴(1014)枢接于所述底座(1011)上，使得所述活动脚轮(1012)能够在与刀盘本体(10)呈一定角度的范围内转动；所述刀具(1013)通过第二转轴(1015)枢接于所述活动脚轮(1012)上，使得所述刀具(1013)能够沿所述第二转轴(1015)垂直的方向转动；以及

所述第一转轴(1014)的延伸方向与相应位置处所述刀盘本体(10)表面法线方向之间的夹角为0～30°，并且所述第二转轴(1015)沿着与所述第一转轴(1014)垂直的方向延伸；所述第一转轴(1014)能够在以该法线方向为中心的0～30°的角度范围内偏转。

9.一种盾构机，包括根据权利要求1-7中任意一项所述的盾构机刀盘。

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