CN113586072A - 一种盾构机刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机刀盘，包括刀盘本体；所述刀盘本体设有与刀具的刀柄适配的刀座槽；所述刀座槽内设有用于夹住刀柄的第一夹臂和第二夹臂；所述第一夹臂和第二夹臂分别位于刀座槽的两侧，且第一夹臂与刀座槽内的一组伸缩杆固定连接，以及第二夹臂与刀座槽内的另外一组伸缩杆固定连接，通过两组伸缩杆同时推动第一夹臂和第二夹臂靠拢，进而将刀柄夹紧于刀座槽。本发明降低了更换刀具的难度，缩短中途停机时间，减小地层以及地表沉降的可能性，同时代替了现有的螺纹固定方式，适应不同形状或者不同规格的刀具。

Description

一种盾构机刀盘

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构机刀盘。

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(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)，它区别于敞开式施工法。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。其中刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体。刀盘上安装了多种刀具，包括中心刀、滚刀、刮刀、超挖刀等。由于这些刀具存在磨损，需要根据磨损情况进行更换，因此所有类型的刀具都与刀盘可拆分连接。

上述刀具中，大部分刀具的刀座是通过螺栓与刀盘可拆分连接，比如刮刀、超挖刀等本身不转动的刀具。具体的更换步骤主要包括以下步骤：S1、除去压力仓中的水泥、残土等，清除到头上粘附的泥沙。S2、运入工具，安装脚手架、刀具吊装定位工具等，做好更换准备。S3、使用抓紧钳和刀具吊装定位工具拆卸旧刀具，并换上新刀具，固定刀具轴的螺栓紧固至规定的扭矩。S4、待掘进一环后，再开仓复紧刀具螺栓，完成刀具的更换。

从刀具的更换步骤可知，固定道具的螺栓需要进行两次紧固，每个刀具的螺栓规格大、数量多，不管是拧紧还是拧松，耗费时间长，操作难度大，是更换操作中最占用时间的一步。更换操作时间长、停机时间较长容易造成盾构机整体沉降，引起地层以及地表沉降，不利于顺利施工。另外，每种刀具的刀座均为专用，即一种刀具对应刀盘上的一个刀座，使得每个刀座为专用。由于不同厂家生产的刀柄形状和规格都存在差异，刀具又属于易损零件，一种品牌的刀具只能在对应的厂家购买，形成了垄断销售，是刀具价格居高不下的主要原因之一。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，以降低更换刀具的难度，缩短中途停机时间，减小地层以及地表沉降的可能性。本发明提供了一种盾构机刀盘，包括刀盘本体；所述刀盘本体设有与刀具的刀柄适配的刀座槽；所述刀座槽内设有用于夹住刀柄的第一夹臂和第二夹臂；

所述第一夹臂和第二夹臂分别位于刀座槽的两侧，且第一夹臂与刀座槽内的一组伸缩杆固定连接，以及第二夹臂与刀座槽内的另外一组伸缩杆固定连接，通过两组伸缩杆同时推动第一夹臂和第二夹臂靠拢，进而将刀柄夹紧于刀座槽；

所述第一夹臂和第二夹臂的结构相同，且均包括基座、一级转动体、二级转动体和三级转动体；所述一级转动体、二级转动体和三级转动体的形状均为半圆柱体，

所述基座的同一侧面设有多个开口，且基座的每个开口中分别转动连接一个所述一级转动体；每个所述一级转动体的轴向切面均设有多个开口，且一级转动体的每个开口中分别转动连接一个所述二级转动体；每个所述二级转动体的轴向切面均设有多个开口，且二级转动体的每个开口中分别转动连接一个所述三级转动体；

所有的一级转动体的转动方向、所有的二级转动体的转动方向以及所有的三级转动体的转动方向均与伸缩杆的伸缩方向垂直，且所有的一级转动体的轴向切面、所有的二级转动体的轴向切面以及所有的三级转动体的轴向切面均位于同一个平面；

所述第一夹臂的所有三级转动体的轴向切面均设有朝向第二夹臂的垫体，所述第二夹臂的所有三级转动体的轴向切面均设有朝向第一夹臂的另外的垫体，通过第一夹臂和第二夹臂夹紧刀柄，进而使部分垫体或者所有垫体贴紧刀柄的不同部位。

本发明的有益效果体现在：

部分刀具的刀柄为矩形体、梯形体等形状，为了适应不同形状的刀具，采用了第一夹臂和第二夹臂夹紧的方式，代替了现有的螺纹固定方式。夹紧的原理是：刀柄放在刀座槽中，第一夹臂和第二夹臂带伸缩杆的推动下慢慢靠近刀柄，及时刀柄不规则，部分垫体先与刀柄接触，随着继续夹紧，一级转动体、二级转动体和三级转动体受到垫体传来的力矩而发生相应地偏转，使得更多的垫体与刀柄接触，直至一级转动体、二级转动体和三级转动体不再摆动，使得与刀柄接触的垫体牢牢夹紧刀柄。简而言之，不同形状的刀柄是由一级转动体、二级转动体和三级转动体的摆动以自动改变垫体与刀柄之间的夹角，最终使得垫体与刀柄充分接触，自适应夹紧角度。即使不同规格、不同形状的刀柄，刀座槽均能使用，打破了厂家的垄断销售。另外，更换刀具省去了拧螺栓的操作，只需要控制伸缩杆的伸缩即可，大大缩短了更换刀具的时间，缩短了停机时间，从而减小了出现盾构机整体沉降，引起地层以及地表沉降的风险。

优选地，所述第一夹臂和第二夹臂均与刀盘本体的周向垂直。刮刀、超挖刀等刀具的刀刃是垂直于和刀盘本体转动的方向，即刀盘的切线方向。第一夹臂和第二夹臂与切线垂直后，夹紧的刀具刀刃也是与切线垂直，满足刀具的安装要求。

优选地，每个所述一级转动体的中心轴均转动连接于基座的开口中，每个所述二级转动体的中心轴均转动连接于一级转动体的开口中，以及每个所述三级转动体的中心轴均转动连接于二级转动体的开口中；所有的一级转动体的中心轴、所有的二级转动体的中心轴与所有的三级转动体的中心轴平行。

优选地，所有中心轴的两端均设有轴承。

优选地，所述基座的开口贯穿基座的朝向刀盘本体前方的一个侧面；包括盖设于基座开口贯穿的侧面的第一盖板，且第一盖板与对应的侧面可拆分连接；一级转动体的中心轴转动连接于第一盖板和基座开口的一个侧壁之间。

优选地，所述一级转动体的开口贯穿一级转动体的与所述第一盖板相对的一个侧面；包括盖设于一级转动体开口贯穿的侧面的第二盖板，二级转动体的中心轴转动连接于第二盖板和一级转动体开口的一个侧壁之间。

优选地，所述二级转动体的开口贯穿二级转动体的与所述第二盖板相对的一个侧面；包括盖设于二级转动体开口贯穿的侧面的第三盖板，三级转动体的中心轴转动连接于第三盖板和二级转动体开口的一个侧壁之间。

第一夹臂和第二夹臂均是通过第一盖板和基座连接后，依次压紧第二盖板和第三盖板，这样设计的好处在可快速实现拆分和安装。由于第一夹臂和第二夹臂处于外露状态，会直接与渣土接触，细碎的土石会进入第一夹臂和第二夹臂的内部。当累积的土石过多会影响一级转动体、二级转动体和三级转动体的摆动，因此需要定期清理，如果采用水冲的方式也无法清理，则需要拆分第一夹臂和第二夹臂。拆装第一夹臂和第二夹臂方便、占用时间少，也是提高施工效率的一方面。

优选地，所述第一盖板通过螺栓与基座对应侧面连接，进而使第一盖板压紧第二盖板，以及第二盖板压紧第三盖板。

优选地，所述第一盖板的侧面设有伸入基座开口中的台阶，所述第二盖板设有伸入一级转动体开口中的另外的台阶、所述第三盖板设有伸入二级转动体开口中的另外的台阶。第一盖板、第二盖板和第三盖板采用台阶的方式能快速确定安装位置，又进一缩短拆装时间，同时定位十分方便，有利于减小安装误差。

优选地，所有的垫体与刀柄接触的一面均设有防滑纹；所有的垫体的材料为耐压橡胶。由于刀具切割坚硬的岩石层的时，现有刀具和刀座并未设置缓冲结构，刀具直接与岩石碰撞，这对刀刃造成很大的损伤，因此盾构机在岩石层中掘进的速度明显减慢，目的是减缓刀具的磨损，更是为了减小出现刀具折断情况的概率。但是耐压橡胶的垫层一方面是起到夹紧的目标，另外一方面是为刀具提供了一个缓冲空间，当刀具与过于坚硬的岩石碰撞后，耐压橡胶被强制压缩产生弹性形变，有效避免了“硬碰硬”的问题，大大减小了刀刃的损伤程度，进一步降低刀具折断的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图2中第一夹臂的结构示意图；

图4图3的右视图；

图5为图4拆分后的结构示意图。

附图中，刀盘本体1、刀座槽2、第一夹臂3、第二夹臂4、基座5、一级转动体6、二级转动体7、三级转动体8、开口9、第一盖板10、第二盖板11、第三盖板12、中心轴13、轴承14、伸缩杆15、台阶16、垫体17、防滑纹18。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种盾构机刀盘，包括刀盘本体1；所述刀盘本体1设有与刀具的刀柄适配的刀座槽2。刀座槽2沿着刀盘本体1的周向设置四个或者更多，所有的刀座槽2均匀分布。每个所述刀座槽2内设有用于夹住刀柄的第一夹臂3和第二夹臂4，第一夹臂3和第二夹臂4均与刀盘本体1的周向垂直。刮刀、超挖刀等刀具的刀刃是垂直于和刀盘本体1转动的方向，即刀盘的切线方向。第一夹臂3和第二夹臂4与切线垂直后，夹紧的刀具刀刃也是与切线垂直，满足刀具的安装要求。以位于正上面的刀座槽2为例，所述第一夹臂3和第二夹臂4分别位于刀座槽2的左侧和右侧。刀盘本体1内设有液压缸组，液压缸组的一组伸缩杆15从刀座槽2的左侧面伸出并与第一夹臂3固定连接，液压缸组的另外一组伸缩杆15从刀座槽2的右侧面伸出并与第二夹臂4固定连接，通过两组伸缩杆15同时推动第一夹臂3和第二夹臂4靠拢，进而将刀柄夹紧于刀座槽2。

如图3和图5所示，本实施例中所有的第一夹臂3和第二夹臂4的结构均相同，且均包括基座5、一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8。所述一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8的形状均为半圆柱体，这里半圆柱体是指沿着圆柱体中心轴13切开后形成的半个圆柱体，半圆柱体的横断面为半圆形。基座5的同一侧面设有三个开口9，且基座5的每个开口9中分别转动连接一个所述一级转动体6。进一步地，所述基座5的开口9贯穿基座5的朝向刀盘本体1前方的一个侧面；包括盖设于基座5开口9贯穿的侧面的第一盖板10，且第一盖板10与对应的侧面可拆分连接；一级转动体6的中心轴13转动连接于第一盖板10和基座5开口9的一个侧壁之间。每个所述一级转动体6的轴向切面均设有两个开口9，且一级转动体6的每个开口9中分别转动连接一个所述二级转动体7。进一步地，一级转动体6的开口9贯穿一级转动体6的与所述第一盖板10相对的一个侧面；包括盖设于一级转动体6开口9贯穿的侧面的第二盖板11，二级转动体7的中心轴13转动连接于第二盖板11和一级转动体6开口9的一个侧壁之间。每个所述二级转动体7的轴向切面均设有两个开口9，且二级转动体7的每个开口9中分别转动连接一个所述三级转动体8。进一步地，二级转动体7的开口9贯穿二级转动体7的与所述第二盖板11相对的一个侧面；包括盖设于二级转动体7开口9贯穿的侧面的第三盖板12，三级转动体8的中心轴13转动连接于第三盖板12和二级转动体7开口9的一个侧壁之间。一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8的具体转动连接方式是：每个所述一级转动体6的中心轴13均转动连接于基座5的开口9中，每个所述二级转动体7的中心轴13均转动连接于一级转动体6的开口9中，以及每个所述三级转动体8的中心轴13均转动连接于二级转动体7的开口9中；所有的一级转动体6的中心轴13、所有的二级转动体7的中心轴13与所有的三级转动体8的中心轴13平行。为了提高转动摩擦，所有中心轴13的两端均设有轴承14。

一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8的具体转动方向是：所有的一级转动体6的转动方向、所有的二级转动体7的转动方向以及所有的三级转动体8的转动方向均与伸缩杆15的伸缩方向垂直，且所有的一级转动体6的轴向切面、所有的二级转动体7的轴向切面以及所有的三级转动体8的轴向切面均位于同一个平面。另外为了方便拆装定位，所述第一盖板10的侧面设有伸入基座5开口9中的台阶16，所述第二盖板11设有伸入一级转动体6开口9中的另外的台阶16、所述第三盖板12设有伸入二级转动体7开口9中的另外的台阶16。第一盖板10、第二盖板11和第三盖板12采用台阶16的方式能快速确定安装位置，又进一缩短拆装时间，同时定位十分方便，有利于减小安装误差。具体的安装时第一盖板10通过螺栓与基座5对应侧面连接，进而使第一盖板10压紧第二盖板11，以及第二盖板11压紧第三盖板12。即第一夹臂3和第二夹臂4均是通过第一盖板10和基座5连接后，依次压紧第二盖板11和第三盖板12，这样设计的好处在可快速实现拆分和安装。由于第一夹臂3和第二夹臂4处于外露状态，会直接与渣土接触，细碎的土石会进入第一夹臂3和第二夹臂4的内部。当累积的土石过多会影响一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8的摆动，因此需要定期清理，如果采用水冲的方式也无法清理，则需要拆分第一夹臂3和第二夹臂4。拆装第一夹臂3和第二夹臂4方便、占用时间少，也是提高施工效率的一方面。

本实施例采用了第一夹臂3和第二夹臂4夹紧的方式，代替了现有的螺纹固定方式。夹紧的原理是：刀柄放在刀座槽2中，第一夹臂3和第二夹臂4带伸缩杆15的推动下慢慢靠近刀柄，及时刀柄不规则，部分垫体17先与刀柄接触，随着继续夹紧，一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8受到垫体17传来的力矩而发生相应地偏转，使得更多的垫体17与刀柄接触，直至一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8不再摆动，使得与刀柄接触的垫体17牢牢夹紧刀柄。简而言之，不同形状的刀柄是由一级转动体6、二级转动体7和三级转动体8的摆动以自动改变垫体17与刀柄之间的夹角，最终使得垫体17与刀柄充分接触，自适应夹紧角度。即使不同规格、不同形状的刀柄，刀座槽2均能使用，打破了厂家的垄断销售。另外，更换刀具省去了拧螺栓的操作，只需要控制伸缩杆15的伸缩即可，大大缩短了更换刀具的时间，缩短了停机时间，从而减小了出现盾构机整体沉降，引起地层以及地表沉降的风险。

另外，本实施例中每个第一夹臂3的所有三级转动体8的轴向切面均设有朝向第二夹臂4的垫体17，每个第二夹臂4的所有三级转动体8的轴向切面均设有朝向第一夹臂3的另外的垫体17，通过第一夹臂3和第二夹臂4夹紧刀柄，进而使部分垫体17或者所有垫体17贴紧刀柄的不同部位。所有的垫体17与刀柄接触的一面均设有防滑纹18且所有的垫体17的材料为耐压橡胶。由于刀具切割坚硬的岩石层的时，现有刀具和刀座并未设置缓冲结构，刀具直接与岩石碰撞，这对刀刃造成很大的损伤，因此盾构机在岩石层中掘进的速度明显减慢，目的是减缓刀具的磨损，更是为了减小出现刀具折断情况的概率。但是耐压橡胶的垫层一方面是起到夹紧的目标，另外一方面是为刀具提供了一个缓冲空间，当刀具与过于坚硬的岩石碰撞后，耐压橡胶被强制压缩产生弹性形变，有效避免了“硬碰硬”的问题，大大减小了刀刃的损伤程度，进一步降低刀具折断的可能性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种盾构机刀盘，包括刀盘本体；其特征在于：所述刀盘本体设有与刀具的刀柄适配的刀座槽；所述刀座槽内设有用于夹住刀柄的第一夹臂和第二夹臂；

所述第一夹臂和第二夹臂分别位于刀座槽的两侧，且第一夹臂与刀座槽内的一组伸缩杆固定连接，以及第二夹臂与刀座槽内的另外一组伸缩杆固定连接，通过两组伸缩杆同时推动第一夹臂和第二夹臂靠拢，进而将刀柄夹紧于刀座槽；

所述第一夹臂和第二夹臂的结构相同，且均包括基座、一级转动体、二级转动体和三级转动体；所述一级转动体、二级转动体和三级转动体的形状均为半圆柱体，

所述基座的同一侧面设有多个开口，且基座的每个开口中分别转动连接一个所述一级转动体；每个所述一级转动体的轴向切面均设有多个开口，且一级转动体的每个开口中分别转动连接一个所述二级转动体；每个所述二级转动体的轴向切面均设有多个开口，且二级转动体的每个开口中分别转动连接一个所述三级转动体；

所有的一级转动体的转动方向、所有的二级转动体的转动方向以及所有的三级转动体的转动方向均与伸缩杆的伸缩方向垂直，且所有的一级转动体的轴向切面、所有的二级转动体的轴向切面以及所有的三级转动体的轴向切面均位于同一个平面；

所述第一夹臂的所有三级转动体的轴向切面均设有朝向第二夹臂的垫体，所述第二夹臂的所有三级转动体的轴向切面均设有朝向第一夹臂的另外的垫体，通过第一夹臂和第二夹臂夹紧刀柄，进而使部分垫体或者所有垫体贴紧刀柄的不同部位。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所述第一夹臂和第二夹臂均与刀盘本体的周向垂直。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：每个所述一级转动体的中心轴均转动连接于基座的开口中，每个所述二级转动体的中心轴均转动连接于一级转动体的开口中，以及每个所述三级转动体的中心轴均转动连接于二级转动体的开口中；所有的一级转动体的中心轴、所有的二级转动体的中心轴与所有的三级转动体的中心轴平行。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所有中心轴的两端均设有轴承。

5.根据权利要求3所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所述基座的开口贯穿基座的朝向刀盘本体前方的一个侧面；包括盖设于基座开口贯穿的侧面的第一盖板，且第一盖板与对应的侧面可拆分连接；一级转动体的中心轴转动连接于第一盖板和基座开口的一个侧壁之间。

6.根据权利要求5所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所述一级转动体的开口贯穿一级转动体的与所述第一盖板相对的一个侧面；包括盖设于一级转动体开口贯穿的侧面的第二盖板，二级转动体的中心轴转动连接于第二盖板和一级转动体开口的一个侧壁之间。

7.根据权利要求6所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所述二级转动体的开口贯穿二级转动体的与所述第二盖板相对的一个侧面；包括盖设于二级转动体开口贯穿的侧面的第三盖板，三级转动体的中心轴转动连接于第三盖板和二级转动体开口的一个侧壁之间。

8.根据权利要求7所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所述第一盖板通过螺栓与基座对应侧面连接，进而使第一盖板压紧第二盖板，以及第二盖板压紧第三盖板。

9.根据权利要求7所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所述第一盖板的侧面设有伸入基座开口中的台阶，所述第二盖板设有伸入一级转动体开口中的另外的台阶、所述第三盖板设有伸入二级转动体开口中的另外的台阶。

10.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘，其特征在于：所有的垫体与刀柄接触的一面均设有防滑纹；所有的垫体的材料为耐压橡胶。

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