CN114135309A - 矩形断面开挖刀盘及掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矩形断面开挖刀盘及掘进机，该矩形断面开挖刀盘包括多个轴向布置的滚筒，各个所述滚筒的外周均设有滚刀；多个所述滚筒包括两个位于外侧的外滚筒；所述外滚筒的轴线沿从所述刀盘的中心指向外侧的方向朝后倾斜；所述外滚筒的所述滚刀包括外滚刀，至少一个所述外滚刀向外侧延伸至所述外滚筒的端面外。通过本发明，缓解了矩形隧道实现全断面开挖难度较大的技术问题。

Description

矩形断面开挖刀盘及掘进机

技术领域

本发明涉及隧道工程设备技术领域，尤其涉及一种矩形断面开挖刀盘及掘进机。

背景技术

盾构法施工以其自动化程度高、施工速度快、能有效控制地面沉降等明显优势，被广泛应用地下空间开发。以往的地下隧道断面多为圆形，由于地下隧道的空间利用与城市周边环境的相互关系受到制约，圆形隧道空间利用率比较低。

与传统圆形隧道相比，矩形隧道有效使用面积可增大20％以上。现有的矩形断面开挖方式主要有偏心多轴摆动刀盘开挖和组合旋转刀盘开挖。偏心多轴摆动刀盘可实现全断面开挖，但其结构复杂，运行可靠性差，且对土体扰动大；组合旋转刀盘对周围土体扰动较小，结构简单易加工制造，设备运行可靠性高，但开挖面存在一定的开挖盲区，无法实现全断面开挖。

因此，矩形隧道实现全断面开挖存在较大难度的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种矩形断面开挖刀盘及掘进机，以缓解矩形隧道实现全断面开挖难度较大的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种矩形断面开挖刀盘，包括多个轴向布置的滚筒，各个所述滚筒的外周均设有滚刀；多个所述滚筒包括两个位于外侧的外滚筒；

所述外滚筒的轴线沿从所述刀盘的中心指向外侧的方向朝后倾斜；

所述外滚筒的所述滚刀包括外滚刀，至少一个所述外滚刀向外侧延伸至所述外滚筒的端面外。

在优选的实施方式中，所述外滚筒的所述滚刀包括多个所述外滚刀，至少一个所述外滚刀向内侧延伸至所述外滚筒的端面外。

在优选的实施方式中，两个所述外滚筒之间设有至少一个所述滚筒，并且，两个所述外滚筒之间的所述滚筒中的至少一个设有外滚刀，所述外滚刀延伸至所述滚筒的端面外。

在优选的实施方式中，至少两个相邻的所述滚筒分别设有相靠近的所述外滚刀，并且，相靠近的所述外滚刀在圆周方向上相错开。

在优选的实施方式中，两个相邻的所述滚筒中，一个所述滚筒上的至少一个所述外滚刀的轨迹，与另一个所述滚筒上的至少一个所述外滚刀的轨迹相重叠。

在优选的实施方式中，所述外滚刀的滚刀面沿从所述滚筒的径向向外的方向，往外侧倾斜。

在优选的实施方式中，同一个所述滚筒上的至少两个所述外滚刀呈V型布置。

在优选的实施方式中，各个所述滚筒的轴线位于同一平面。

在优选的实施方式中，所述滚筒上设有刮板。

在优选的实施方式中，各个所述滚筒均安装于固定轴。

本发明提供一种掘进机，包括上述的矩形断面开挖刀盘。

本发明的特点及优点是：

该刀盘中的各个滚筒绕各自的轴线转动，外滚筒的轴线沿从刀盘的中心指向外侧的方向朝后倾斜，多个滚筒沿轴线呈鼓形布置，外滚刀向外侧延伸至外滚筒外一定距离，对超出该刀盘的支撑座及掘进机的区域的岩体进行切削，两侧的外滚筒上的外滚刀分别开挖该刀盘的外侧，实现全断面破岩。该刀盘包括以下优点：(1)可实现全断面矩形硬岩隧道开挖，有效增大隧道使用面积，节约地下空间；(2)制造加工比较简单，运行可靠性高，滚刀破岩方式可有效提高矩形断面开挖的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的矩形断面开挖刀盘的轴测图；

图2为图1的正视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1的左视图。

附图标号说明：

11、刀盘的中心；

20、滚筒；21、滚筒的轴线；

30、外滚筒；31、中间滚筒；

40、滚刀；41、滚刀底座；

50、外滚刀；51、第一外滚刀；52、第二外滚刀；

60、刮板；

71、固定轴；72、支臂；73、支臂底座。

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。

方案一

本发明提供了一种矩形断面开挖刀盘，如图1、图3和图4所示，该矩形断面开挖刀盘包括多个轴向布置的滚筒20，各个滚筒20的外周均设有滚刀40；多个滚筒20包括两个位于外侧的外滚筒30；外滚筒的轴线21沿从刀盘的中心11指向外侧的方向朝后倾斜；外滚筒30的滚刀40包括外滚刀50，至少一个外滚刀50向外侧延伸至外滚筒30的端面外。

该刀盘中的各个滚筒20绕各自的轴线转动，外滚筒的轴线21沿从刀盘的中心11指向外侧的方向朝后倾斜，多个滚筒20沿轴线呈图3所示的鼓形布置，外滚刀50向外侧延伸至外滚筒30外一定距离，对超出该刀盘的支撑座及掘进机的区域的岩体进行切削，两侧的外滚筒30上的外滚刀50分别开挖该刀盘的外侧，实现全断面破岩。该刀盘包括以下优点：(1)可实现全断面矩形硬岩隧道开挖，有效增大隧道使用面积，节约地下空间；(2)制造加工比较简单，运行可靠性高，滚刀破岩方式可有效提高矩形断面开挖的效率。

在一实施方式中，外滚筒30的滚刀40包括多个外滚刀50，至少一个外滚刀50向内侧延伸至外滚筒30的端面外，如图3和图4所示，上述向外侧延伸至外滚筒30的端面外的外滚刀50为第一外滚刀51，向内侧延伸至外滚筒30的端面外的外滚刀50为第二外滚刀52，第一外滚刀51对超出该刀盘的支撑座及掘进机的区域的岩体进行切削，第二外滚刀52对相邻滚筒20之间的掌子面区域实现全断面开挖。

在一实施方式中，两个外滚筒30之间设有至少一个滚筒20。外滚筒30上的第二外滚刀52可以对滚筒20间的掌子面区域实现全断面开挖。

进一步地，两个外滚筒30之间的滚筒20中的至少一个设有外滚刀50，外滚刀50延伸至滚筒20的端面外，如图3所示，两个外滚筒30之间的滚筒20中上的外滚刀50可以对滚筒20间的掌子面区域实现全断面开挖。

两个外滚筒30之间的滚筒20的数量可以为1个或多个，例如可以为2个、3个或4个。两个外滚筒30之间的滚筒20，可以全部设有外滚刀50，也可以只有部分滚筒20设有外滚刀50；相邻的两个滚筒20中，至少一个滚筒20设有指向另一个滚筒20的外滚刀50时，即可对滚筒20间的掌子面区域实现全断面开挖。

该刀盘包括多个滚筒20，例如：滚筒20的数量可以为2个、3个、4个或5个等。在一实施方式中，如图3和图4所示，该刀盘包括3个滚筒20，三个滚筒20沿轴线呈鼓形布置，两侧的外滚筒30上第一外滚刀51开挖范围超出刀盘支撑座及掘进机，实现全断面破岩。滚筒20及滚筒20上的滚刀40组成轮状滚筒20刀盘。

在一实施方式中，至少两个相邻的滚筒20分别设有相靠近的外滚刀50，并且，相靠近的外滚刀50在圆周方向上相错开，相靠近的外滚刀50是指：两个相邻的滚筒20中，一个滚筒20上的该相靠近的外滚刀50指向另一个滚筒20。两个相邻的滚筒20间的掌子面区域，可由该相靠近的外滚刀50进行切削开挖。进一步地，两个相邻的滚筒20中，一个滚筒20上的至少一个外滚刀50的轨迹，与另一个滚筒20上的至少一个外滚刀50的轨迹相重叠，两个相邻的滚筒20上的相靠近的外滚刀50的轨迹重叠，有利于全断面开挖。相靠近的外滚刀50在圆周方向上相错开，并且各个滚筒20同步转动，可以避免相邻的滚筒20上的外滚刀50发生干涉。

如图3所示，中间位置的滚筒20的外滚刀50与外滚筒30的第二外滚刀52的轨迹重叠，并且，在圆周方向，中间位置的滚筒20的外滚刀50与外滚筒30的第二外滚刀52相错开，各个滚筒20同步转动，避免外滚刀50发生干涉，实现了全断面破岩。

滚刀40的滚刀面为垂直于滚刀40的中心轴线的一平面，滚刀面为滚刀40的外轮廓面。在一实施方式中，外滚刀50的滚刀面相对于滚筒20的圆周面倾斜设置，也就是外滚刀50的滚刀面与滚筒的轴线21不相垂直，即外滚刀50的滚刀面相对于滚筒的轴线21是倾斜的，进一步地，如图3和图4所示，外滚刀50的滚刀面沿从滚筒20的径向向外的方向，往外侧倾斜，使得外滚刀50随着滚筒20旋转时，有利于外滚刀50对岩体进行切削，实现全断面破岩。

进一步地，同一个滚筒20上至少两个外滚刀50呈V型布置，如图3和图4所示，同一个滚筒20上，至少两个外滚刀50在圆周方向上相重叠，两个外滚刀50分别向该滚筒20的两侧倾斜延伸，呈V型布置，有利于外滚刀50对岩体进行切削。

各个滚筒的轴线21呈一定角度布置，在一实施方式中，各个滚筒的轴线21位于同一平面，有利于各个滚筒20上的滚刀40一起切削岩体，进行全断面开挖。在一实施例中，该刀盘包括3个滚筒20，分别为两个外滚筒30和位于两个外滚筒30之间的中间滚筒31，中间滚筒的轴线21与外滚筒的轴线21之间的夹角记为β。优选地，β＝5°。

在一实施方式中，滚刀40通过滚刀底座41安装在滚筒20的刀盘外周上，在掘进过程中，滚刀40随着滚筒20转动，并可在滚刀底座41上自转。

如图4所示，各个滚筒20上设有多个滚刀面沿从滚筒20的径向向外的方向往外侧倾斜的滚刀40，各个滚筒20上分别设有多组呈V型布置的滚刀40；各个滚筒20上，从滚筒20中心向滚筒20两侧，滚刀40均匀布置，实现滚刀40轨迹全覆盖，每个滚筒20在其掌子面前可实现全断面开挖。每个滚筒20上的滚刀40可以是一样的，各个滚筒20对滚刀40的的位置分别进行布置，各个滚筒20的滚刀40相互交错布置。

在一实施方式中，滚筒20上设有刮板60。如图1和图2所示，刮板60沿轴线布置，均匀布置在滚刀40之间，刮板60高度低于滚刀40；多个刮板60周向分布。刮板60可将滚刀40切削的渣土刮入刀盘组件后侧，通过渣土传输装置输送至土仓外，刮板60还具备保护滚刀40过度磨损的作用。

滚筒20内部设置有驱动装置，可驱动滚筒20绕自身轴线转动。每个滚筒20的滚刀40相互交错布置，各个驱动装置驱动滚筒20同步转动，避免刀盘转动时外滚刀50发生干涉，可以实现相邻滚筒20的外滚刀50轨迹重叠的同时又互不干涉。

在一实施方式中，如图1和图2所示，各个滚筒20均安装于固定轴71。具体地，每个滚筒20通过大圆锥滚子轴承安装于固定轴71，从而承受切削力并通过固定轴71将切削力传递到支臂72及支臂底座73。

方案二

本发明提供了一种掘进机，包括上述的矩形断面开挖刀盘。矩形断面开挖刀盘安装于掘进机的支臂72上，掘进机带动矩形断面开挖刀盘向前进给，对岩体进行切削。该掘进机具有上述矩形断面开挖刀盘的功能和效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矩形断面开挖刀盘，其特征在于，包括多个轴向布置的滚筒，各个所述滚筒的外周均设有滚刀；多个所述滚筒包括两个位于外侧的外滚筒；

所述外滚筒的轴线沿从所述刀盘的中心指向外侧的方向朝后倾斜；

所述外滚筒的所述滚刀包括外滚刀，至少一个所述外滚刀向外侧延伸至所述外滚筒的端面外。

2.根据权利要求1所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，所述外滚筒的所述滚刀包括多个所述外滚刀，至少一个所述外滚刀向内侧延伸至所述外滚筒的端面外。

3.根据权利要求1所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，两个所述外滚筒之间设有至少一个所述滚筒，并且，两个所述外滚筒之间的所述滚筒中的至少一个设有外滚刀，所述外滚刀延伸至所述滚筒的端面外。

4.根据权利要求3所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，至少两个相邻的所述滚筒分别设有相靠近的所述外滚刀，并且，相靠近的所述外滚刀在圆周方向上相错开。

5.根据权利要求4所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，两个相邻的所述滚筒中，一个所述滚筒上的至少一个所述外滚刀的轨迹，与另一个所述滚筒上的至少一个所述外滚刀的轨迹相重叠。

6.根据权利要求2或者3所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，所述外滚刀的滚刀面沿从所述滚筒的径向向外的方向，往外侧倾斜。

7.根据权利要求6所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，同一个所述滚筒上的至少两个所述外滚刀呈V型布置。

8.根据权利要求1所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，各个所述滚筒的轴线位于同一平面。

9.根据权利要求1所述的矩形断面开挖刀盘，其特征在于，所述滚筒上设有刮板。

10.一种掘进机，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的矩形断面开挖刀盘。

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