CN113605915B - 一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，包括刀盘支撑主体、刀梁、主破岩装置、辅助破岩装置，所述刀梁与所述刀盘支撑主体固定连接；若干所述主破岩装置与所述刀梁固定连接，所述辅助破岩装置与所述主破岩装置交错设置，并装配在所述刀梁上，辅助破岩装置与设于所述刀梁上的驱动装置传动连接，通过驱动装置的驱动使辅助破岩装置在刀梁上往复移动。本发明解决了刀盘采用全盘固定结构形式刀座情况下，无法及时调整刀间距提升破岩效率的问题，提升对局部硬岩的破岩效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进设备技术领域，尤其涉及一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘。
背景技术
掘进机是用于隧道一次成型施工的大型专用设备，具有安全高效、绿色环保等特点，在交通、市政、矿业等领域大量应用，近年来，全断面竖井掘进机逐渐应用到竖井工程施工中。刀盘作为掘进机开挖的关键部件，通过滚刀挤压破碎岩石，使岩石裂纹贯通破碎剥落，刀盘破岩性能的好坏直接决定着施工效率。而竖井施工过程中，特别是超大直径竖井，掘进过程中断面易出现局部非均匀地质，如桩基、孤石、局部过硬地质等情况，导致开挖效率急剧降低，甚至出现刀具快速损坏，使得岩面侵入造成刀盘本体结构受损等问题。如何保证刀盘在非匀质地层中高效开挖，是竖井掘进机推广应用过程中亟待解决的技术问题。
现有技术中，隧道掘进过程中刀盘的上的滚刀刀间距是一般是固定不变的，这是由于滚刀是安装在刀座上，而刀座是通过焊接固定在刀盘上的，当遭遇非匀质地层无法及时调整刀间距来提升破岩效率。
CN110454181A公开了一种可变刀间距的盾构机刀盘，提出采用压紧螺栓固定滚刀刀座的形式，实现滚刀安装位置可调进而改变刀间距，但是由于掘进过程中滚刀受到很大的交变、冲击载荷，压紧螺栓易松脱掉落，且施工过程中需人工调整滚刀位置工序繁多、操作困难，难以满足施工的需求。
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，提供一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，解决了刀盘采用全盘固定结构形式刀座情况下，无法及时调整刀间距提升破岩效率的问题，提升对局部硬岩的破岩效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，包括刀盘支撑主体、刀梁、主破岩装置、辅助破岩装置，所述刀盘支撑主体用于其余部件的固定支撑，并传递掘进机产生的扭矩；所述刀梁与所述刀盘支撑主体固定连接；若干所述主破岩装置与所述刀梁固定连接，用于承担破岩过程中的主要载荷；所述辅助破岩装置装配在所述刀梁上，辅助破岩装置与设于所述刀梁上的驱动装置传动连接，通过驱动装置的驱动使辅助破岩装置在刀梁上往复移动，从而减小在特定区域由主破岩装置破岩之间形成的刀间距。
在某些优选实施例中，所述刀梁以刀盘支撑主体轴心线为圆心圆周分布。
在某些优选实施例中，所述刀梁包括主刀梁和副刀梁，所述主刀梁与副刀梁交错设置，若干所述主破岩装置固定在主刀梁上，所述辅助破岩装置安装在副刀梁上。
在某些优选实施例中，每根所述副刀梁上设有至少一个辅助破岩装置。
在某些优选实施例中，所述主破岩装置包括第一滚刀、第一刀具锁紧附件及第一刀座，所述第一刀座焊接在主刀梁上，所述第一滚刀通过第一刀具锁紧附件固定在第一刀座上。
在某些优选实施例中，所述辅助破岩装置包括第二滚刀、第二刀具锁紧附件、第二刀座及滑动座，所述滑动座滑配安装在副刀梁上，并与驱动装置传动连接，所述第二刀座与滑动座固定连接，所述第二滚刀通过第二刀具锁紧附件固定在第二刀座上，并随滑动座进行位置移动。
在某些优选实施例中，所述驱动装置包括驱动电机及齿条，所述驱动电机装配在副刀梁，所述齿条固定在滑动座上，并通过驱动电机带动齿条使齿条带动滑动座在副刀梁上移动。
在某些优选实施例中，所述辅助破岩装置包括固定架、滑动座、及水射流喷头，所述固定架安装在滑动座上，所述水射流喷头安装在固定架上，并随滑动座进行位置移动。
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：
本发明通过刀盘支撑主体固定支撑部件，传递掘进机产生的扭矩，同时在刀梁上设置主破岩装置和辅助破岩装置进行组合破岩，首先主破岩装置的刀座焊接在主刀梁上，保证了主破岩装置安装的稳定性和可靠性，同时辅助破岩装置活动安装在副刀梁上。
当遇到地质突变，整个开挖断面出现局部过硬时，可以通过调整辅助破岩装置位置，使得某个或多个辅助破岩装置移动至主破岩装置形成的轨迹间，加密刀间距，提高局部位置破岩效率，从而可以使原有相邻两主破岩装置之间形成的刀间距减少一半，进而大幅提升刀具对局部过硬区域的破岩效率，提高了竖井掘进机刀盘在遭遇非匀质地层时的破岩效率，提升了刀盘应对不良地质的应急处置能力，保证了竖井掘进机刀盘整体破岩的安全性和可靠性。
进一步的，通过辅助破岩装置进行辅助破岩，可以避免单纯第一滚刀在局部过硬位置破岩时，由于第一滚刀的刀间距过大岩石，导致不能及时产生裂纹贯通破碎，使得第一滚刀异常损坏概率增加的问题，若未及时更换损坏的刀具，岩石还可能对刀盘本体产生磨损，导致发生更大施工风险，因此，辅助破岩装置可以作为备用刀具，当主破岩装置出现损坏，而又不具备立即停机换刀条件时，辅助破岩装置可以作为替代并与主破岩装置同轨迹方式运行。
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为本发明所述适应非匀质地层竖井掘进机刀盘结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明所述主破岩装置结构示意图；
图4为本发明所述辅助破岩装置结构示意图；
图5为本发明所述主破岩装置与辅助破岩装置装配示意图；
图6为本发明所述辅助破岩装置水射流方式结构示意图。
附图标号：1-刀盘支撑主体；2-刀梁；201-主刀梁；202-副刀梁；3-主破岩装置；301-第一滚刀；302-第一刀具锁紧附件；303-第一刀座；4-辅助破岩装置；401-第二滚刀；402-第二刀具锁紧附件；403-第二刀座；404-滑动座； 5-驱动装置；501-驱动电机；502-齿条；6-固定架；7-水射流喷头。
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。
实施例1
如图1-5所示为本实施例中所述的一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，包括刀盘支撑主体1、刀梁2、主破岩装置3、辅助破岩装置4，所述刀盘支撑主体1用于其余部件的固定支撑，并传递掘进机产生的扭矩；所述刀梁2与所述刀盘支撑主体1固定连接；若干所述主破岩装置3与所述刀梁2固定连接，施工过程中主破岩装置3位置固定不变，用于承担破岩过程中的主要载荷；所述辅助破岩装置4装配在所述刀梁2上，辅助破岩装置4与设于所述刀梁2 上的驱动装置5传动连接，通过驱动装置5的驱动使辅助破岩装置4在刀梁2 上往复移动，从而减小相邻两主破岩装置3之间形成的刀间距，当局部地质过硬或主破岩装置3异常，辅助破岩装置4可移动至主破岩装置3形成的轨迹之间，使该处刀间距变密，进行联合破岩。
在本实施方式中，所述刀梁2以刀盘支撑主体1轴心线为圆心圆周分布，通过刀盘支撑主体1固定支撑部件，传递掘进机产生的扭矩，同时在刀梁2 上设置主破岩装置3和辅助破岩装置4进行组合破岩，首先主破岩装置3的刀座焊接在主刀梁201上，保证了主破岩装置3安装的稳定性和可靠性，同时辅助破岩装置4活动安装在副刀梁202上，当遇到地质突变，整个开挖断面出现局部过硬时，可以通过调整辅助破岩装置4位置，使得某个或多个辅助破岩装置4移动至主破岩装置3形成的轨迹间，加密刀间距，提高局部位置破岩效率，从而可以使原有相邻两主破岩装置3之间形成的刀间距减少一半，进而大幅提升刀具对局部过硬区域的破岩效率，进而保证整体施工效率；
其中，所述刀梁2包括主刀梁201和副刀梁202，所述主刀梁201与副刀梁202交错设置，若干所述主破岩装置3等距排列固定在主刀梁201上，所述辅助破岩装置4安装在副刀梁202上。
值得说明的是，为提升刀具破岩效率，可以采用减少刀间距的方式，但是必然需要布置更多的刀具，而对于一般的岩石强度，即地质不太硬时，刀具布置更多成本更高，但是掘进速度提升并不明显，功效低，因此本申请只在相邻两主刀梁201之间设置一段副刀梁202用于装配辅助破岩装置4，使原有主破岩装置组件形成的刀间距减少一半。
具体的，如图1所示，每根所述副刀梁202上设有至少一个辅助破岩装置 4，设置一个或多个辅助破岩装置4，从而实现更大范围的破岩轨迹可调，当检测到地质出现过硬的情况时，可以及时调整辅助破岩装置4的位置，使得整体刀具应对地质突变的能力提升，同时大幅提高破岩功效。
在本实施例中，如图3所示，所述主破岩装置3包括第一滚刀301、第一刀具锁紧附件302及第一刀座303，所述第一刀座303焊接在主刀梁201上，所述第一滚刀301通过第一刀具锁紧附件302固定在第一刀座303上。
在本实施例中，如图4所示，所述辅助破岩装置4包括第二滚刀401、第二刀具锁紧附件402、第二刀座403及滑动座404，所述滑动座404滑配安装在副刀梁202上，并与驱动装置5传动连接，所述第二刀座403与滑动座404 固定连接，所述第二滚刀401通过第二刀具锁紧附件402固定在第二刀座403 上，并随滑动座404进行位置移动，用于安装第二滚刀401的第二刀座403 固定装配在滑动座404上，能够保证第二滚刀401位置的稳定性，施工过程中简化调整第二滚刀401位置的工序，便于操作，通过辅助破岩装置4进行辅助破岩，可以避免单纯第一滚刀301在局部过硬位置破岩时，由于第一滚刀301 的刀间距过大岩石，导致不能及时产生裂纹贯通破碎，使得第一滚刀301异常损坏概率增加的问题，若未及时更换损坏的刀具，岩石还可能对刀盘本体产生磨损，导致发生更大施工风险，因此，辅助破岩装置4可以作为备用刀具，当主破岩装置3出现损坏，而又不具备立即停机换刀条件时，辅助破岩装置4可以作为替代并与主破岩装置3同轨迹方式运行。
进一步的，所述第一滚刀301与第二滚刀401、所述第一刀具锁紧附件302 与第二刀具锁紧附件402、第一刀座303与第二刀座403均采用相同的规格，从而使主破岩装置3与辅助破岩装置4部件可以互换，保证施工过程中零部件的通用性。
在本实施例中，如图4所示，所述驱动装置5包括驱动电机501及齿条 502，所述驱动电机501装配在副刀梁202，所述齿条502固定在滑动座404 上，并通过驱动电机501带动齿条502使齿条502带动滑动座404在副刀梁 202上移动。
工作原理：通过对主破岩装置3进行磨损、载荷、转速等状态监测，当监测到某个轨迹上主破岩装置3的载荷过大、磨损过快等数据时，进而调整辅助破岩装置4位置，如主破岩装置3开挖破岩形成的刀间距为100mm，当遇到孤石、桩基、局部过硬地质时，该刀间距不足以使裂纹贯通，通过刀具驱动装置 5调整辅助破岩装置4位置，可使该位置刀间距变为50mm，促使岩石裂纹快速拓展贯通，提升破岩效率。
实施例2
如图6所示，与实施例1不同在于本实施例中所述辅助破岩装置4包括固定架6、滑动座404、及水射流喷头7，所述固定架6安装在滑动座404上，所述水射流喷头7安装在固定架6上，并随滑动座404进行位置移动，从而本实施例中的辅助破岩装置4采用高压水射流的方式进行破岩，通过调整辅助破岩装置4的位置，结合主破岩装置3联合破岩，实现对局部不均匀地质快速破岩。
值得说明的是水射流破岩需要配置高水泵站等附件，如果在刀盘上布置大量的水射流喷头7，虽然可以提升整体破岩效率，但是保证众多水射流喷头7 的破岩效率，对泵站要求高，且能耗非常高，但是本专利只需布置几个水射流喷头7，通过实时调整位置，可覆盖刀盘开挖断面的大部门区域，保证破岩效率的同时，又降低了整体能耗。
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 (6)
1.一种适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，其特征在于，包括：
刀盘支撑主体，用于其余部件的固定支撑，并传递掘进机产生的扭矩；
刀梁，所述刀梁与所述刀盘支撑主体固定连接；
主破岩装置，若干所述主破岩装置与所述刀梁固定连接，用于承担破岩过程中的主要载荷；
辅助破岩装置，所述辅助破岩装置装配在所述刀梁上，辅助破岩装置与设于所述刀梁上的驱动装置传动连接，通过驱动装置的驱动使辅助破岩装置在刀梁上往复移动，从而减小在特定区域由主破岩装置破岩之间形成的刀间距；
所述辅助破岩装置包括第二滚刀、第二刀具锁紧附件、第二刀座及滑动座，所述滑动座滑配安装在副刀梁上，并与驱动装置传动连接，所述第二刀座与滑动座固定连接，所述第二滚刀通过第二刀具锁紧附件固定在第二刀座上，并随滑动座进行位置移动；所述驱动装置包括驱动电机及齿条，所述驱动电机装配在副刀梁，所述齿条固定在滑动座上，并通过驱动电机带动齿条使齿条带动滑动座在副刀梁上移动。
2.根据权利要求1所述的适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，其特征在于：所述刀梁以刀盘支撑主体轴心线为圆心圆周分布。
3.根据权利要求2所述的适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，其特征在于：所述刀梁包括主刀梁和副刀梁，所述主刀梁与副刀梁交错设置，若干所述主破岩装置固定在主刀梁上，所述辅助破岩装置安装在副刀梁上。
4.根据权利要求3所述的适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，其特征在于：每根所述副刀梁上设有至少一个辅助破岩装置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，其特征在于：所述主破岩装置包括第一滚刀、第一刀具锁紧附件及第一刀座，所述第一刀座焊接在主刀梁上，所述第一滚刀通过第一刀具锁紧附件固定在第一刀座上。
6.根据权利要求1所述的适应非匀质地层竖井掘进机刀盘，其特征在于：所述辅助破岩装置包括固定架、滑动座、及水射流喷头，所述固定架安装在滑动座上，所述水射流喷头安装在固定架上，并随滑动座进行位置移动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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