CN113605914B - 一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，包括刀盘主体、驱动装置、滑动刀箱、刀具组件、锁紧装置，所述驱动装置安装在刀盘主体上；所述滑动刀箱设于刀盘主体上并与驱动装置传动连接；所述刀具组件包括第一刀具组件及第二刀具组件，所述第一刀具组件固定安装在刀盘主体上，所述第二刀具组件固定安装在滑动刀箱内，并通过驱动装置使滑动刀箱带动第二刀具组件移动；所述锁紧装置设于滑动刀箱内部，用于将滑动刀箱固定锁紧在刀盘主体的位置。本发明使得岩石在刀具多轮开挖下产生裂纹贯通破碎，减少单次破岩过程中刀具总数量，有效降低设备所需驱动能力，从而有效解决超大直径竖井开挖功耗大、效率低、成本高的问题。

Description

一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘

技术领域

本发明涉及隧道掘进设备技术领域，尤其涉及一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘。

背景技术

为满足人类活动日益增长的空间需求，地下空间开发利用规模和数量不断增长，近年来，地下停车场、地下储油库、地下调蓄池等竖井工程建设需求越来越大，由此促进竖井掘进装备快速发展。对于一些超大直径竖井工程建造，由于开挖断面大，对设备动力配套能力要求更高，造成设备成本高、功耗大等问题。针对上述问题，现有技术的解决方案主要有两种：一种是采用部分断面竖井钻机/掘进机进行多次伸缩与旋转切削，最终完成整个断面开挖；另一种是采用全断面竖井掘进机进行分步开挖，将刀盘分为内环和外环，每一工作步仅伸出内环或外环刀具对岩面进行开挖，通过多步组合完成整个断面开挖。

然而，部分断面竖井钻机/掘进机虽然对动力要求不高，且功耗低、运输和拆装方便，但其需要完成多个部分断面开挖后组合成整个断面，其开挖效率相比全断面开挖更低，且成井偏移量较大；而分步开挖式全断面竖井掘进机结构复杂，分步动作涉及的工序和零部件繁多，制造和装配难度大，成本较高。

CN110748346B公开了一种全断面大直径竖井掘进机及其掘进装置，该专利提供一种包含中心环和外环的刀盘结构，通过分步开挖降低整体开挖扭矩，但是每一步开挖时仅将中心环或者外环的刀具顶出与掌子面接触，使得每一步开挖仅有中心环或者外环刀具作用，减少了开挖时刀盘扭矩，但是换步动作和结构复杂，零部件繁多。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，使得岩石在刀具多轮开挖下产生裂纹贯通破碎，减少单次破岩过程中刀具总数量，有效降低设备所需驱动能力，从而有效解决超大直径竖井开挖功耗大、效率低、成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，包括刀盘主体、驱动装置、滑动刀箱、刀具组件、锁紧装置，所述驱动装置安装在刀盘主体上；所述滑动刀箱设于刀盘主体上并与驱动装置传动连接；所述刀具组件包括第一刀具组件及第二刀具组件，所述第一刀具组件固定安装在刀盘主体上，所述第二刀具组件固定安装在滑动刀箱内，并通过驱动装置使滑动刀箱带动第二刀具组件移动；所述锁紧装置设于滑动刀箱内部，用于将滑动刀箱固定锁紧在刀盘主体的位置。

在某些优选实施例中，所述刀盘主体包括中心辐条、主辐条和支撑梁，若干所述主辐条以中心辐条为圆心阵列分布，相邻两主辐条之间通过若干所述支撑梁连接。

在某些优选实施例中，所述第一刀具组件与第二刀具组件结构相同，包括滚刀、刀座、刀具锁紧附件，所述滚刀通过刀具锁紧附件固定在刀座上，所述第一刀具组件的刀座焊接在中心辐条上，所述第二刀具组件的刀座焊接在滑动刀箱内部。

在某些优选实施例中，所述主辐条内部设有用于活动安装滑动刀箱的腔体结构，每个所述主辐条内部均安装有至少一个滑动刀箱，所述滑动刀箱内部等距固定安装有若干第二刀具组件。

在某些优选实施例中，所述滑动刀箱外部两侧设有滑轨，所述主辐条设有与滑轨相匹配的滑槽，通过驱动装置使滑动刀箱前后往复移动，使得切削轨迹加密。

在某些优选实施例中，所述驱动装置包括滑动油缸、安装底座及推进底座，所述安装底座与主辐条固定连接，所述推进底座与滑动刀箱固定连接，所述滑动油缸通过螺栓分别与安装底座和推进底座连接，从而通过滑动油缸带动滑动刀箱移动。

在某些优选实施例中，所述锁紧装置包括锁紧油缸及锁紧楔块，所述锁紧油缸安装在滑动刀箱内部，所述锁紧楔块与锁紧油缸连接，通过锁紧油缸的驱动突出滑动刀箱外部并卡入至主辐条设置的卡槽中。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

采用多个主辐条内的滑动刀箱移动，已改变刀具轨迹实现轮替破岩，使得每一轮破岩过程中刀盘上挤压破碎岩石的总刀具数量大幅减少，相比传统刀盘破岩方式而言，本专利每一轮破岩时所需总刀具数量可减少40％以上，相应刀盘破岩过程中受载的刀具数量大幅减少，从而使得刀盘破岩的总驱动扭矩显著降低，实现更小的驱动装置来驱动大直径刀盘，同时减少破岩能耗，降低配置驱动装置的成本，并且整个刀盘所需配置刀具的数量减少，由此带来整体刀盘成本降低。

进一步的，由于刀具破岩过程中会受到较大的冲击载荷，为保证该技术实现的可靠性，在刀座移动后，通过锁紧装置推动锁紧楔块与主辐条锁紧，随着锁紧楔块运动进行锁紧，带动滑动刀箱向上移动，在锁紧到位后，滑动刀箱两侧的滑轨上表面将与主辐条设置的滑槽贴合，破岩过程中由贴合面作为主要承载面，将刀具破岩载荷传递到刀盘上，避免锁紧装置在破岩过程中受载损坏，保证了整体结构在破岩过程中的稳定性和可靠性，而且可根据需要设置多个锁紧位置，保证结构可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图中：

图1为本发明所述轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘结构示意图；

图2为本发明所述轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘结构示意图；

图3为本发明所述水平方向轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘横截面示意图；

图4为本发明所述水平方向轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘横截面示意图；

图5为本发明所述滑动刀箱锁紧状态下结构示意图。

附图标号：1-刀盘主体；101-中心辐条；102-主辐条；103-支撑梁；2-驱动装置；201-滑动油缸；202-安装底座；203-推进底座；3-滑动刀箱；4-锁紧装置；401-锁紧油缸；402-锁紧楔块；5-第一刀具组件；6-第二刀具组件；7-滚刀；8-刀座；9-刀具锁紧附件；10-滑轨。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1-5所示为本实施例中所述的一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，包括刀盘主体1、驱动装置2、滑动刀箱3、刀具组件、锁紧装置4，所述驱动装置2安装在刀盘主体1上；所述滑动刀箱3设于刀盘主体1上并与驱动装置2传动连接；所述刀具组件包括第一刀具组件5及第二刀具组件6，所述第一刀具组件5固定安装在刀盘主体1上，所述第二刀具组件6固定安装在滑动刀箱3内，并通过驱动装置2使滑动刀箱3带动第二刀具组件6移动，使第二刀具组件6轨迹变密；所述锁紧装置4设于滑动刀箱3内部，用于将滑动刀箱3固定锁紧在刀盘主体1的位置。

在本实施例中，所述刀盘主体1包括中心辐条101、主辐条102和支撑梁103，若干所述主辐条102以中心辐条101为圆心阵列分布，相邻两主辐条102之间通过若干所述支撑梁103连接形成蛛网状，蛛网状可以提高整体结构可靠性；其中，所述主辐条102内部设有用于活动安装滑动刀箱3的腔体结构，每个所述主辐条102内部均安装有至少一个滑动刀箱3，所述滑动刀箱3内部等距固定安装有若干第二刀具组件6，滑动刀箱3移动时带动所有第二刀具组件6移动，从而减小若干第二刀具组件6之间的切削密度；

其中，所述第一刀具组件5与第二刀具组件6结构相同，包括滚刀7、刀座8、刀具锁紧附件9，所述滚刀7通过刀具锁紧附件9固定在刀座8上，所述第一刀具组件5的刀座8焊接在中心辐条101上，所述第二刀具组件6的刀座8焊接在滑动刀箱3内部；

在本实施例中，如图2-3所示，所述驱动装置2包括滑动油缸201、安装底座202及推进底座203，所述安装底座202与主辐条102固定连接，所述推进底座203与滑动刀箱3固定连接，所述滑动油缸201通过螺栓分别与安装底座202和推进底座203连接，从而通过滑动油缸201带动滑动刀箱3移动。

在本实施例中，如图4-5所示，所述锁紧装置4包括锁紧油缸401及锁紧楔块402，所述锁紧油缸401安装在滑动刀箱3内部，所述锁紧楔块402与锁紧油缸401连接，通过锁紧油缸401的驱动突出滑动刀箱3外部并卡入至主辐条102设置的卡槽中。

本实施方式下通过调节第二刀具组件6的位置对岩面进行轮次开挖，使得岩石在刀具多轮开挖下产生裂纹贯通破碎，减少单次破岩过程中刀具总数量，有效降低设备所需驱动能力，从而有效解决超大直径竖井开挖功耗大、效率低、成本高等问题。本申请的另一核心是提供一种包括上述刀盘的全断面竖井掘进机。

具体的，所述滑动刀箱3外部两侧设有滑轨10，所述主辐条102设有与滑轨10相匹配的滑槽，通过驱动装置2使滑动刀箱3前后往复移动，使得切削轨迹加密，该结构通过刀箱滑移带动第二刀具组件6滑移的方式，而不需要对每个第二刀具组件6配置滑动油缸201组件来驱动，这样来降低驱动装置2的使用数量，避免过多滑动油缸201安装与其他部件产生干涉，降低该专利方式的实现成本，保证可行性；

本实施方式中采用多个主辐条102内的滑动刀箱3移动，以改变刀具切削轨迹实现轮次破岩，使得每一轮破岩过程中刀盘上挤压破碎岩石的总刀具数量大幅减少，相比传统刀盘破岩方式而言，本专利每一轮破岩时所需总刀具数量可减少40％以上，相应刀盘破岩过程中受载的刀具数量大幅减少，从而使得刀盘破岩的总驱动扭矩显著降低，实现更小的驱动装置2来驱动大直径刀盘，同时减少破岩能耗，降低配置驱动装置2的成本，并且整个刀盘所需配置刀具的数量减少，由此带来整体刀盘成本降低。

进一步的，由于刀具破岩过程中会受到较大的冲击载荷，为保证该技术实现的可靠性，在刀座8移动后，通过锁紧装置4推动锁紧楔块402与主辐条102锁紧，随着锁紧楔块402运动进行锁紧，带动滑动刀箱3向上移动，在锁紧到位后，滑动刀箱3两侧的滑轨10上表面将与主辐条102设置的滑槽贴合，破岩过程中由贴合面作为主要承载面，将刀具破岩载荷传递到刀盘上，避免锁紧装置4在破岩过程中受载损坏，保证了整体结构在破岩过程中的稳定性和可靠性，而且可根据需要设置多个锁紧位置，保证结构可靠性。

工作原理：第一轮破岩时，首先通过锁紧油缸401将滑动刀箱3与主辐条102固定，刀盘主体1在驱动装置2作用下竖直向下推进旋转，带动安装在中心辐条101上的第一刀具组件5和安装在滑动刀箱3内部的第二刀具组件6进行破岩，值得说明的是，第一刀具组件5的位置固定不变，第一轮破岩完成后滑动刀箱3上安装的第二刀具组件6开挖破岩形成刀具轨迹间的刀间距为180mm，但是由于180mm的刀间距较大，掌子面上岩石裂纹通常达不到贯通破碎条件；

随后刀盘提升，锁紧油缸401缩回，滑动油缸201推动滑动刀箱3移动，带动滑动刀箱3上第二刀具组件6移动，当第二刀具组件6移动到相对于第一轮破岩完成时刀间距的90mm距离后，锁紧油缸401伸出，滑动刀箱3与主辐条102再次固定，接着开始第二轮破岩，再次向下推进刀盘，并带动刀盘旋转，形成新的刀具轨迹，第二轮开挖过程中，中心辐条101上的第一刀具组件5开挖破岩的轨迹与第一轮轨迹相同，而同一滑动刀箱3内等距设置的第二刀具组件6开挖破岩形成的刀间距同样为180mm,但由于滑动刀箱3带动第二刀具组件6移动，第二刀具组件6整体的轨迹相对于第一次破岩时的轨迹内径缩小，与第一轮轨迹开挖破岩轨迹交错，使同一滑动刀箱3内第二刀具组件6位于第一轮破岩形成的轨迹间距之间，从而使整个断面开挖第二刀具组件6相对于第一轮破岩的刀间距变为90mm,使得掌子面岩石裂纹能够贯通破碎，完成全断面开挖。

值得注意的是，本实施例针对不同的地层，通过轮次破岩可以满足不同刀间距轨迹要求，可以两轮，还可以多轮，所需刀具数量可以更少，如两轮从180mm刀间距变90mm，三轮可以从270mm变90mm，从而实现以较小主驱动装置带动超大直径竖井刀盘开挖，降低功耗。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，其特征在于，包括：

刀盘主体，

驱动装置，所述驱动装置安装在刀盘主体上；

滑动刀箱，所述滑动刀箱设于刀盘主体上并与驱动装置传动连接；

刀具组件，所述刀具组件包括第一刀具组件及第二刀具组件，所述第一刀具组件固定安装在刀盘主体上，所述第二刀具组件固定安装在滑动刀箱内，并通过驱动装置使滑动刀箱带动第二刀具组件移动；

锁紧装置，所述锁紧装置设于滑动刀箱内部，用于将滑动刀箱固定锁紧在刀盘主体的位置，所述锁紧装置包括锁紧油缸及锁紧楔块，所述锁紧油缸安装在滑动刀箱内部，所述锁紧楔块与锁紧油缸连接，通过锁紧油缸的驱动突出滑动刀箱外部并卡入至主辐条设置的卡槽中；

所述刀盘主体包括中心辐条、主辐条和支撑梁，若干所述主辐条以中心辐条为圆心阵列分布，相邻两主辐条之间通过若干所述支撑梁连接；

所述驱动装置包括滑动油缸、安装底座及推进底座，所述安装底座与主辐条固定连接，所述推进底座与滑动刀箱固定连接，所述滑动油缸通过螺栓分别与安装底座和推进底座连接，通过滑动油缸带动滑动刀箱移动使得切削轨迹加密以实现多轮次破岩；

所述滑动刀箱外部两侧设有滑轨，所述主辐条设有与滑轨相匹配的滑槽，破岩过程中，滑轨的上表面与滑槽贴合，作为主要承载面。

2.根据权利要求1所述的轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，其特征在于：所述第一刀具组件与第二刀具组件结构相同，包括滚刀、刀座、刀具锁紧附件，所述滚刀通过刀具锁紧附件固定在刀座上，所述第一刀具组件的刀座焊接在中心辐条上，所述第二刀具组件的刀座焊接在滑动刀箱内部。

3.根据权利要求2所述的轮次破岩竖井全断面掘进机刀盘，其特征在于：所述主辐条内部设有用于活动安装滑动刀箱的腔体结构，每个所述主辐条内部均安装有至少一个滑动刀箱，所述滑动刀箱内部等距固定安装有若干第二刀具组件。

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