CN114294005B - 刀具装置、掘进机械以及换刀方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种刀具装置、掘进机械以及换刀方法。刀具装置包括套筒、转套和刀具组件，套筒具有内腔，转套设置在套筒的内腔内且相对于套筒绕沿第一方向延伸的第一转轴可转动地设置，且转套包括沿第二方向贯通的通道；刀具组件包括刀座和设置在刀座内的刀具，刀具相对于刀座绕沿第三方向延伸的第二转轴可转动地设置，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，刀座的外壁与通道的内壁密封配合且刀座在通道内沿第二方向可移动地设置。本申请的刀具装置通过刀座外壁与通道的内壁的密封配合来保证密封性，与现有技术中的闸门密封相比，节省了闸门空间，进而可以实现更小刀距的布置，充分利用刀盘空间。

Description

刀具装置、掘进机械以及换刀方法

技术领域

本申请涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种刀具装置、掘进机械以及换刀方法。

背景技术

随着国内交通基础设施建设的飞速发展，盾构施工以其安全、快速以及高效的特点，在城市地铁、越江穿河隧道、输油地下管道等地下工程建设中的应用越来越多。在越江穿河工程中，由于隧道埋深较大，地层透水性较强，水压较高，一般会选用泥水盾构。由于江底、河底和海底多为冲洪积形成的砂卵石地层和软硬不均的互层，作为盾构机上承担掘进功能的刀具磨损会很快，在施工工程中需要经常检查、维修保养并对刀具进行更换。

现有的传统常压换刀的掘进机都是靠刀闸阀来阻挡掌子面的压力，实现常压换刀。但是阀门密封易受到涌入的泥浆腐蚀，密封受到破坏导致闸门关不严，进而导致更大量的泥浆涌入。因此如何实现常压换刀过程中的密封是亟待需要解决的问题。

在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本申请有关的背景技术，并不必然构成现有技术。

发明内容

本申请提供一种刀具装置、掘进机械以及换刀方法，以改善常压换刀过程中的密封问题。

本申请第一方面提供一种刀具装置，包括套筒、转套和刀具组件，套筒具有内腔，转套设置在套筒的内腔内且相对于套筒绕沿第一方向延伸的第一转轴可转动地设置，且转套包括沿第二方向贯通的通道；刀具组件包括刀座和设置在刀座内的刀具，刀具相对于刀座绕沿第三方向延伸的第二转轴可转动地设置，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，刀座的外壁与通道的内壁密封配合且刀座在通道内沿第二方向可移动地设置。

在一些实施例中，刀具组件具有工作位置和换刀位置，在工作位置，刀具的边缘超出套筒的第一端的端面；当需要换刀时，刀座在通道内朝套筒的第二端移动以到达换刀位置，在换刀位置，刀座在转套的带动下转动。

在一些实施例中，在换刀位置，第一转轴到刀具的边缘的距离小于第一转轴到套筒的内壁的距离。

在一些实施例中，刀座的外壁包括与通道的内壁密封配合的配合面，通道的内壁包括第一柱面，配合面包括第二柱面，第一柱面和第二柱面贴合设置并密封配合。

在一些实施例中，配合面上设置有密封槽，刀具组件还包括设置在密封槽内的第一密封结构。

在一些实施例中，套筒包括套筒本体以及设置在套筒本体第一端的第一法兰，第一法兰的内壁与通道的内壁平齐。

在一些实施例中，转套的端面与第一法兰之间具有间隙，刀具装置还包括设置在转套和第一法兰之间第二密封结构，第二密封结构密封间隙以使得转套与套筒之间形成密封腔。

在一些实施例中，第二密封结构包括密封环本体和从密封环本体朝径向内侧凸出的环形凸条，密封环本体的轴线沿第一方向延伸，环形凸条设置在间隙内。

在一些实施例中，转套的外壁包括球面，密封环本体的靠近转套的一侧与球面形状适配。

在一些实施例中，套筒本体上设置有用于向密封腔注入油脂的注油孔。

在一些实施例中，刀具装置还包括连接在刀座第二端的挡板，挡板带动刀具组件沿第二方向移动。

在一些实施例中，套筒包括套筒本体以及设置在套筒本体第二端的第二法兰，挡板可拆卸地连接在第二法兰上。

在一些实施例中，第二法兰具有气孔和泄油孔，泄油孔的高度小于气孔的高度。

在一些实施例中，刀具装置还包括机械密封件，机械密封件被配置为当刀具组件处于换刀位置时连接在套筒的第二端。

在一些实施例中，刀座的外壁包括与通道的内壁密封配合的配合面以及连接在配合面第二端的球面。

本申请第二方面提供一种掘进机械，包括刀盘和上述刀具装置，刀具装置设置在刀盘上。

本申请第三方面提供一种基于上述刀具装置的换刀方法，包括如下步骤：

控制刀座在通道内朝套筒的第二端移动而使得刀具组件从工作位置进入换刀位置；以及

控制转套转动以带动刀座转动。

在一些实施例中，换刀方法还包括在控制刀具组件移动前，向转套与套筒之间的密封腔注入油脂。

在一些实施例中，在控制刀座在通道内朝套筒的第二端移动而使得刀具组件从工作位置进入换刀位置之后，并在控制转套转动之前，换刀方法还包括在套筒的第二端安装机械密封件。

在一些实施例中，在转套带动刀具组件转动以使得刀具转动至朝向第二端的位置时，将机械密封件与套筒形成的密封腔的油脂排出，拆卸机械密封件并进行换刀。

基于本申请提供的各方面，刀具装置包括套筒、转套和刀具组件，套筒具有内腔，转套设置在套筒的内腔内且相对于套筒绕沿第一方向延伸的第一转轴可转动地设置，且转套包括沿第二方向贯通的通道；刀具组件包括刀座和设置在刀座内的刀具，刀具相对于刀座绕沿第三方向延伸的第二转轴可转动地设置，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，刀座的外壁与通道的内壁密封配合且刀座在通道内沿第二方向可移动地设置。本申请的刀具装置通过刀座外壁与通道的内壁的密封配合来保证密封性，与现有技术中的闸门密封相比，节省了闸门空间，进而可以实现更小刀距的布置，充分利用刀盘空间。而且本申请实施例的刀具装置通过旋转式的转套带动刀座转动即可实现常压换刀，操作步骤简单，提高了换刀效率。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例的刀具装置的立体结构示意图。

图2为图1所示刀具装置的另一个角度的立体结构示意图。

图3为图1所示刀具装置的侧视结构示意图。

图4为图1所示刀具装置的主视结构示意图。

图5为图4中A-A方向的剖视结构示意图。

图6为本申请实施例的刀座的立体结构示意图。

图7为本申请实施例的刀座的另一个角度的立体结构示意图。

图8为本申请实施例的套筒本体的立体结构示意图。

图9为本申请实施例的第一法兰的立体结构示意图。

图10为本申请实施例的第二法兰的立体结构示意图。

图11为本申请实施例的第二法兰的另一个角度的立体结构示意图。

图12为本申请实施例的转套的立体结构示意图。

图13为本申请实施例的第二密封结构的立体结构示意图。

图14为本申请实施例的刀具组件处于工作位置时的结构示意图。

图15为本申请实施例的刀具组件从工作位置移动到换刀位置时的结构示意图。

图16为本申请实施例的刀具组件处于换刀位置时的结构示意图。

图17为本申请实施例的刀具组件处于换刀位置并且刀座在转套的带动下转动后的结构示意图。

图18为本申请实施例的换刀方法的步骤原理图。

在附图中：

1、刀具组件；11、刀座；111、刀槽；112、配合面；113、密封槽；12、刀具；121、刀具轴；114、球面；115、安装平面；13、第一密封结构；

2、套筒；21、套筒本体；211、转轴孔；212、注油孔；22、第一法兰；23、第二法兰；231、气孔；232、泄油孔；

3、转套；31、转套轴；

4、挡板；

5、第二密封结构；

6、机械密封件；

7、第三密封结构

Z、第一方向；X、第二方向；Y、第三方向。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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申请的范围。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，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。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，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

参考图1至图5，在一些实施例中，刀具装置包括套筒2、转套3和刀具组件1。其中，套筒2具有内腔。转套3设置在套筒2的内腔且相对于套筒2绕沿第一方向Z延伸的第一转轴可转动地设置。且转套3包括沿第二方向X贯通的通道。刀具组件1包括刀座11和设置在刀座11内的刀具12。刀具12相对于刀座11绕沿第三方向Y延伸的第二转轴可转动地设置。第一方向Z、第二方向X和第三方向Y相互垂直。刀座11的外壁与通道的内壁密封配合且刀座11在通道内沿第二方向X可移动地设置。

当刀具装置的刀具需要更换时，可先控制刀座11相对于转套3在通道内沿第二方向X向远离掌子面的方向移动以到达换刀位置，然后在换刀位置处，控制转套3相对于套筒2绕第一转轴(转套轴31)转动，进而带动在转套3内的刀座11一起转动，这样就可使得刀具12从面向掌子面的位置转动到背对掌子面的位置，进而实现换刀。而且刀座11的外壁与通道的内壁密封配合，以保证刀座11在通道内移动过程中的密封性。可见，本申请实施例的刀具装置通过刀座11外壁与通道的内壁的密封配合来保证密封性，与现有技术中的闸门密封相比，节省了闸门空间，进而可以实现更小刀距的布置，充分利用刀盘空间。而且本申请实施例的刀具装置通过旋转式的转套3带动刀座11转动即可实现常压换刀，操作步骤简单，提高了换刀效率。另外，本申请实施例的刀具装置在换刀时，先控制刀座11向远离掌子面的方向移动，然后才会控制转套3转动，进而避免了转动过程中刀具12与掌子面之间的干涉问题。

参考图1和图5，在本申请实施例的描述中，第一方向Z指的是转套3相对于套筒2转动时所绕第一转轴延伸的方向，具体地，是转套轴31所延伸的方向，第二方向X指的是刀座11相对于转套3的移动方向，第三方向Y指的是刀具12相对于刀座11转动时所绕第二转轴延伸的方向，具体地，是刀具轴121所延伸的方向。第一方向Z、第二方向X以及第三方向Y相互垂直。具体地在下文的描述中，将第二方向X上的靠近掌子面的方向称为前，将第二方向X上的远离掌子面的方向称为后。

参考图14至图17，在一些实施例中，刀具组件1具有工作位置和换刀位置。参考图14，在工作位置，刀具12的边缘超出套筒2的第一端的端面。参考图15和图16，当需要换刀时，刀座11在通道内朝套筒2的第二端移动以到达换刀位置。参考图17，在换刀位置，刀座11在转套3的带动下转动。

具体地，如图14所示，在工作位置，刀座11的第一端的端面与套筒2的第一端的端面平齐，这样使得刀具12的边缘超出套筒2的第一端的端面，进而使得刀具12能够嵌入到掌子面F内以实现对掌子面的切削。在需要换刀时，如图15所示，刀座11在转套3的通道内向套筒2的第二端移动使得刀具12回缩到套筒2内，然后控制转套3绕第一转轴转动进而带动刀具12转动至图17示出的位置，面向人舱，进而实现换刀。可见转套3在绕第一转轴转动时，转套3需要带着刀具组件1一起转动，此时转套3以及刀具组件1整体在套筒2的内腔内转动，为了避免刀具组件1的刀具12与套筒2的内壁发生干涉，在一些实施例中，在换刀位置，第一转轴到刀具12的边缘的距离小于第一转轴到套筒2的内壁的距离。

也就是说，本实施例的刀具组件1在转套3的通道内沿第二方向X向后移动，一方面是为了避免刀具12在转动过程中与掌子面发生干涉，另一方面刀具组件1后退到换刀位置时，需要使得转套轴31到刀具12的边缘的距离小于转套轴31到套筒2的内壁的距离，进而避免刀具12在转动过程中与套筒2的内壁发生干涉。进一步地，将刀具组件1先后退再转动，这样可使得套筒2的内腔设计得较小，进而使得整个刀具装置的结构更加紧凑，体积减小。

在一些实施例中，参考图6和图7，刀座11的外壁包括与通道的内壁密封配合的配合面112。通道的内壁包括第一柱面，配合面包括第二柱面，第一柱面和第二柱面贴合设置并密封配合。刀座11在转套3的通道内可移动地设置，而且刀座11的外壁和通道的内壁需要保持密封配合，上述实施例通过采用柱面之间的密封配合既能实现刀座11相对于通道的移动，又能实现两者之间的密封连接。而且柱面之间的密封配合使得刀座11还可以相对于通道实现沿自身轴线的相对转动，以便于对刀具12相对于套筒2的周向位置进行调节。

当然在其他实施例中，刀座11的外壁和通道的内壁也可以采用其他结构形式的密封配合，例如棱柱面，同样可实现两者之间的相对移动以及密封连接。

具体地，如图6和图7所示，配合面112上设置有密封槽113。如图5所示，刀具组件1还包括设置在密封槽113内的第一密封结构13。第一密封结构13例如可以是由橡胶制成的密封环，该密封环可以在运动过程中发生形变，进而起到密封的作用。

在一些实施例中，参考图6和图7，刀座11的外壁包括与通道的内壁密封配合的配合面112以及连接在配合面112第二端的球面114。球面114的后端为安装平面115，安装平面115上设置有多个螺栓孔。将配合面的后端设置为球面，可避免刀座11转动时的干涉问题。

在一些实施例中，如图5所示，套筒2包括套筒本体21以及设置在套筒本体21第一端的第一法兰22。第一法兰22的内壁与通道的内壁平齐。第一法兰22的内壁与转套3的通道的内壁平齐，也就是说第一法兰22的内径与转套3的通道的内径是相等的。当刀具组件1处于工作位置时，刀座11的外壁的前段部分位于第一法兰22内，刀座11的后段部分位于转套3的通道内。当需要换刀时，如图15所示，刀座11向后移动以使得刀座11设置在转套3内，进而减小转套3与刀具组件1整体的体积。第一法兰22的设置为刀具12的后退提供了空间。

当刀座11相对于转套3沿第二方向X向后退至转套3内部时，泥浆沙子等物质可能会通过转套3与套筒2之间的间隙进入到刀具装置内，为了解决以上问题，参考图5，在一些实施例中，转套3的端面与第一法兰22之间具有间隙。刀具装置还包括设置在转套3和第一法兰22之间第二密封结构5。第二密封结构5密封间隙以使得转套3与套筒2之间形成密封腔。

具体地，如图12所示，转套3的外壁包括球面，转套3的内壁包括第一柱面。且转套3的中心轴线沿第二方向X延伸。如图13所示，第二密封结构5的轴线也沿第二方向X延伸，这样可使得转套3的整个周向端面与套筒2之间的间隙均被第二密封结构5得到密封，进而防止泥浆等进入。

在其他附图未示出的实施例中，转套3的外壁也可以是其他曲面，只要使得转套3能够在套筒2内实现转动的形状即可，并不限制于球面。

参考图13，在一些实施例中，第二密封结构5包括密封环本体和从密封环本体朝径向内侧凸出的环形凸条。密封环本体的轴线沿第二方向X延伸，环形凸条设置在间隙内。

在一些实施例中，如图12所示，转套3的外壁包括球面，密封环本体的靠近转套3的一侧与球面形状适配。具体地，密封环本体的靠近转套3的一侧也为球面，这样使得密封环本体与转套3的外壁贴合，密封性能更好。

参考图8，在一些实施例中，套筒本体21上设置有用于向密封腔注入油脂的注油孔212。具体地，如图8所示，套筒本体21的周向上均匀布置有多个注油孔212，在刀座11向后退之前，通过油脂泵从注油孔212处向密封腔内注入油脂，进而保证刀座11移动过程中转套3与套筒2之间的密封性，防止泥浆等进入到内部。而且通过多个注油孔212同时注油，可提高注油的效率。

进一步地，通过注油孔212向密封腔内注入油脂的动作是从刀座11向后退之前开始注入一直持续到刀座11在转套3的带动下转动结束后才停止的，也就是说油脂的注入是要在换刀过程中持续进行的，以此保证更好的密封性能。

在一些实施例中，参考图5，刀具装置还包括连接在刀座11第二端的挡板4。挡板4带动刀座11沿第二方向X移动。在刀座11的后端设置固定连接的挡板4，这样只要拉动挡板4即可实现对刀座11的移动，操作简单方便。

当然在其他实施例中，也可以通过驱动设备与刀座11直接连接来实现刀座11的移动。

参考图5，在一些实施例中，套筒2包括套筒本体21以及设置在套筒本体21第二端的第二法兰23。挡板4可拆卸地连接在第二法兰23上。在刀具组件1处于工作位置时，挡板4连接在第二法兰23上，可防止泥浆等侵入到后侧的作用。在需要换刀时，首先需要拆除挡板4与第二法兰23之间的连接件，然后再拉动挡板4从而带动刀座11向后移动至指定位置。

如上文所提到的，油脂的注入是要在换刀过程中持续进行的。但是结合图12所示出的，转套3的外壁是部分球面，那么转套3相对于套筒2的转动过程中，当转套3旋转至90°时，此时刀具装置内部是贯通的，且内腔充满油脂，如果不加机械密封的话，泥浆和油脂就会涌入刀座后方的人舱内。因此，在转套3转动之前，需要在套筒2的第二端安装机械密封件6。如图16所示，在一些实施例中，刀具装置还包括机械密封件6。机械密封件6被配置为当刀具组件1处于换刀位置时连接在套筒2的第二端。

当刀座11在转套3的带动下转动到位后，还需要将机械密封件6拆除才能对刀具12进行更换，而此时刀具装置内部充满油脂，因此还需要在拆除机械密封件6之前，将刀具装置内部的油脂排出。参考图10和图11，在一些实施例中，第二法兰23具有气孔231和泄油孔232。泄油孔232的高度小于气孔231的高度。具体地，可通过气泵由气孔231处通入高压气体，将刀具装置内部的油脂从泄油孔232处排出。然后拆除机械密封件6，并拆除旧刀具，换上新刀具。

本申请实施例还提供一种掘进机械，包括刀盘和上述刀具装置，刀具装置设置在刀盘上。具体地，掘进机械包括盾构机。

本申请实施例还提供一种基于上述刀具装置的换刀方法。参考图18，换刀方法包括如下步骤：

S701，控制刀座11在通道内朝套筒2的第二端移动而使得刀具组件1从工作位置进入换刀位置。以及

S702，控制转套3转动以带动刀座11转动。

本申请实施例的换刀方法通过先控制刀座11在通道内向后移动而使得刀具组件1从工作位置进入到换刀位置，然后再控制转套3转动而带动刀座11转动，进而实现换刀。该换刀方法操作步骤简单，提高了换刀效率。

在一些实施例中，换刀方法还包括在控制刀具组件1移动前，向转套3套筒2之间的密封腔持续注入油脂。通过向密封腔内注入油脂的动作以防止刀座11在后退过程中携带的泥浆进入到密封环中而导致密封被破坏，因此向密封腔持续注入油脂可提高本申请实施例换刀过程的密封可靠性。

在一些实施例中，在控制刀座11在通道内朝套筒2的第二端移动而使得刀具组件1从工作位置进入换刀位置之后，并在控制转套3转动之前，换刀方法还包括在套筒2的第二端安装机械密封件6。在刀座11转动过程中会出现刀具装置贯通的问题，如果不加机械密封的话，泥浆和油脂就会涌入刀座后方的人舱内，因此在控制转套3转动之前，在套筒2的第二端安装机械密封件6，可防止油脂和泥浆涌入人舱内而对工作人员造成危害。

在一些实施例中，在转套3带动刀具组件1转动以使得刀具12转动至朝向第二端的位置时，将机械密封件6与套筒2形成的密封腔的油脂排出，拆卸机械密封件6并进行换刀。

下面根据图1至图17对本申请一个具体实施例的刀具装置的结构以及基于该刀具装置的换刀方法进行详细说明。

如图1至图5所示，本实施例的刀具装置包括刀具组件1、套筒2、转套3和挡板4。

其中，刀具组件1包括刀座11和刀具12。刀具12可以是滚刀。如图6和图7所示，刀座11包括用于安装刀具12的刀槽111。刀具12可转动地安装在刀槽111内。刀座11还包括配合面112、设置在配合面112上的至少两个密封槽113、设置在配合面112后端的球面114以及设置在球面末端的安装平面115。刀座11的轴线沿第二方向X延伸。配合面112为柱面，且配合面112上设置有在轴向上间隔设置的至少两个密封槽113。每个密封槽113在配合面112的周向上延伸。球面114设置在配合面112的后端。安装平面115上设置有沿周向均匀分布的多个螺栓孔，用于与挡板4通过螺栓连接。在上文提到刀座11的外壁设置为与转套3的通道配合的圆柱面，可方便刀座11绕其自身的轴线转动。这样在安装平面115上设置沿周向均布的多个螺栓孔，以使得不管刀座11相对于转套3转动到什么角度，挡板4均能够通过安装平面115上的螺栓孔实现与刀座11的连接。

如图5所示，套筒2包括套筒本体21和分别设置在套筒本体21前后两端的第一法兰22和第二法兰23。第一法兰22和第二法兰23通过螺栓连接在套筒本体21上，且第一法兰22的内径和第二法兰23的内径均大于套筒本体21的内径，进而使得套筒2的内腔形成阶梯面。

当然在其他实施例中，套筒2也可以一体成型。

如图8所示，套筒本体21为圆柱状筒形结构，也就是说套筒本体21的内腔为柱形内腔。套筒本体21上设置有相对于其轴线对称设置的两个转轴孔211。转轴孔211用于使转套3的转套轴31穿过进而使得转套3能够相对于套筒2转动。套筒本体21上还设置有沿周向间隔设置的多个注油孔212。而且多个注油孔212的轴向位置相同，均位于转轴孔211的前侧且靠近套筒本体21的前端面的位置。

如图9所示，第一法兰22通过其凸缘盘上的多个螺栓孔固定连接在套筒本体21的前端。结合图5，第一法兰22的内径小于套筒本体21的内径，以使得第一法兰22和套筒本体21共同围合形成转套3转动的内腔。

如图10和图11所示，第二法兰23通过其凸缘盘上的多个螺栓孔固定连接在套筒本体21的后端。为了避免刀座11在向后移动到换刀位置时，第二法兰23与刀座11形成干涉，参考图5，在第二法兰23内壁的靠近套筒本体21的一端设置倒角。第二法兰23上还包括对称设置的气孔231和泄油孔232，用于对密封腔的油脂进行泄油。再次参照图5，第二法兰23的内径要大于第一法兰21的内径，这样使得第二法兰23的开口面积较小，可减少泥浆的流通面积。挡板4通过螺栓连接在第二法兰23上。

如图12所示并结合图5，转套3的外壁为球面。转套3的内壁为柱面。且转套3具有在第二方向X上贯通的通道，因此转套3的外壁的球面不是完整球面，相当于完整球面的两端被切掉后形成的部分球面。转套3的上下两端均固定设置有转套轴31。转套轴31穿设在套筒本体21的转轴孔211内，进而使得转套3能够绕转套轴31转动。

如图5所示，第一法兰22的内壁与转套3的内壁平齐。刀座11的部分配合面与第一法兰22的内壁密封配合，刀座11的另一部分配合面与转套3的内壁密封配合，进而保证刀座11在移动全过程的密封性。

为了进一步提高本实施例的刀具装置在换刀过程中密封性，如图5所示，转套3与套筒2之间还设置有第二密封结构5和第三密封结构7。其中第二密封结构5设置在转套3与第一法兰22之间，第三密封结构设置在转套3与第二法兰23之间。第二密封结构5的结构如图13所示，第二密封结构5为密封环。由图5可见，第二密封结构5使得转套3和第二法兰23之间的间隙密封设置，进而使得转套3的外壁与套筒2之间的腔体形成密封腔。

如图14所示，当刀具组件1处于工作位置时，刀具12的边缘超出套筒2的前端面以嵌入在掌子面F内。在判断刀具12磨损严重并需要换刀时，先通过套筒本体21上的注油孔212向转套3与套筒2之间的密封腔注入油脂，以防止刀座11在后退过程中携带的泥浆进入到密封腔内而导致密封环被破坏。然后拆除挡板4与第二法兰23之间的连接螺栓，如图15所示，拉出挡板4从而带动刀座11和刀具12同时后退到换刀位置。此时刀座11完全退回到转套3以内进而可随着转套3一起转动。由于转套3的外壁不是完整球面，因此在转套3的转动过程中，转套3与套筒2之间不能实现全过程的密封，例如当转套3转动了90°时，刀具装置呈现贯通的状态，那么泥浆和密封腔内的油脂都会侵入到人舱内，为了解决该问题，如图16所示，在控制转套3转动之前，先从刀座11的后端将挡板4拆下，然后将机械密封件6安装在第二法兰23的后端以保证刀具装置内部的密封。然后如图17所示，通过控制转套轴31转动带动转套3、刀座11以及刀具12共同转动，以工作位置处为零度，转动180°，进而使得刀具12面向后端。在完成刀座11的转动后，机械密封件6与刀具组件1以及第二法兰23形成的腔内充满油脂。此时停止注油的同时打开第二法兰23上的气孔231和泄油孔232，通过气泵由气孔231向内部注入高压气体，将内部的油脂从泄油孔232处排出。拆除机械密封件6并对刀具12进行更换。在对刀具12进行更换后，继续将机械密封件6安装在第二法兰23的后端，然后通过泄油孔232向内部注入油脂，然后控制转套3带动刀座11转动到工作位置后再停止注油。

在此还需要说明的是，以上各实施例中刀座11相对于转套3的移动以及转套3相对于套筒2的转动均可以通过驱动设备自动驱动来实现。更进一步地，通过设置传感器对刀座11的位置进行检测，控制器根据刀座11的位置自动控制驱动设备驱动刀座11相对于转套3移动，并自动控制另一驱动设备驱动转套3的转动，进而实现刀具装置的自动化控制。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本申请技术方案的精神，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。

Claims (20)

1.一种刀具装置，其特征在于，包括：

套筒(2)，具有内腔；

转套(3)，设置在所述套筒(2)的内腔内且相对于所述套筒(2)绕沿第一方向(Z)延伸的第一转轴可转动地设置，且所述转套(3)包括沿第二方向(X)贯通的通道；和

刀具组件(1)，包括刀座(11)和设置在所述刀座(11)内的刀具(12)，所述刀具(12)相对于所述刀座(11)绕沿第三方向(Y)延伸的第二转轴可转动地设置，所述第一方向(Z)、所述第二方向(X)和所述第三方向(Y)相互垂直，所述刀座(11)的外壁与所述通道的内壁密封配合且所述刀座(11)在所述通道内沿所述第二方向(X)可移动地设置，所述刀具组件(1)具有工作位置和换刀位置，当需要换刀时，所述刀座(11)在所述通道内沿第二方向(X)向远离掌子面的方向移动以使得刀具组件(1)从工作位置进入换刀位置，在所述换刀位置，所述刀座(11)在所述转套(3)的带动下转动。

2.根据权利要求1所述的刀具装置，其特征在于，在工作位置，所述刀具(12)的边缘超出所述套筒(2)的第一端的端面；当需要换刀时，所述刀座(11)在所述通道内朝所述套筒(2)的第二端移动以到达换刀位置。

3.根据权利要求2所述的刀具装置，其特征在于，在所述换刀位置，所述第一转轴到所述刀具(12)的边缘的距离小于所述第一转轴到所述套筒(2)的内壁的距离。

4.根据权利要求1所述的刀具装置，其特征在于，所述刀座(11)的外壁包括与所述通道的内壁密封配合的配合面(112)，所述通道的内壁包括第一柱面，所述配合面包括第二柱面，所述第一柱面和所述第二柱面贴合设置并密封配合。

5.根据权利要求4所述的刀具装置，其特征在于，所述配合面(112)上设置有密封槽(113)，所述刀具组件(1)还包括设置在所述密封槽(113)内的第一密封结构(13)。

6.根据权利要求1所述的刀具装置，其特征在于，所述套筒(2)包括套筒本体(21)以及设置在所述套筒本体(21)第一端的第一法兰(22)，所述第一法兰(22)的内壁与所述通道的内壁平齐。

7.根据权利要求6所述的刀具装置，其特征在于，所述转套(3)的端面与所述第一法兰(22)之间具有间隙，所述刀具装置还包括设置在所述转套(3)和所述第一法兰(22)之间第二密封结构(5)，所述第二密封结构(5)密封所述间隙以使得所述转套(3)与所述套筒(2)之间形成密封腔。

8.根据权利要求7所述的刀具装置，其特征在于，所述第二密封结构(5)包括密封环本体和从所述密封环本体朝径向内侧凸出的环形凸条，所述密封环本体的轴线沿所述第一方向(X)延伸，所述环形凸条设置在所述间隙内。

9.根据权利要求8所述的刀具装置，其特征在于，所述转套(3)的外壁包括球面，所述密封环本体的靠近所述转套(3)的一侧与所述球面形状适配。

10.根据权利要求7所述的刀具装置，其特征在于，所述套筒本体(21)上设置有用于向所述密封腔注入油脂的注油孔(212)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的刀具装置，其特征在于，所述刀具装置还包括连接在所述刀座(11)第二端的挡板(4)，所述挡板(4)带动所述刀具组件(1)沿所述第二方向(X)移动。

12.根据权利要求11所述的刀具装置，其特征在于，所述套筒(2)包括套筒本体(21)以及设置在所述套筒本体(21)第二端的第二法兰(23)，所述挡板(4)可拆卸地连接在所述第二法兰(23)上。

13.根据权利要求12所述的刀具装置，其特征在于，所述第二法兰(23)具有气孔(231)和泄油孔(232)，所述泄油孔(232)的高度小于所述气孔(231)的高度。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的刀具装置，其特征在于，所述刀具装置还包括机械密封件(6)，所述机械密封件(6)被配置为当所述刀具组件(1)处于换刀位置时连接在所述套筒(2)的第二端。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的刀具装置，其特征在于，所述刀座(11)的外壁包括与所述通道的内壁密封配合的配合面(112)以及连接在所述配合面(112)第二端的球面(114)。

16.一种掘进机械，其特征在于，包括刀盘和如权利要求1至15中任一项所述的刀具装置，所述刀具装置设置在所述刀盘上。

17.一种基于权利要求1至15中任一项所述的刀具装置的换刀方法，其特征在于，包括如下步骤：

控制刀座(11)在通道内朝套筒(2)的第二端移动而使得所述刀具组件(1)从工作位置进入换刀位置；以及

控制转套(3)转动以带动所述刀座(11)转动。

18.根据权利要求17所述的换刀方法，其特征在于，所述换刀方法还包括在控制所述刀具组件(1)移动前，向所述转套(3)与所述套筒(2)之间的密封腔注入油脂。

19.根据权利要求18所述的换刀方法，其特征在于，在控制刀座(11)在通道内朝套筒(2)的第二端移动而使得所述刀具组件(1)从工作位置进入换刀位置之后，并在控制所述转套(3)转动之前，所述换刀方法还包括在所述套筒(2)的第二端安装机械密封件(6)。

20.根据权利要求19所述的换刀方法，其特征在于，在所述转套(3)带动所述刀具组件(1)转动以使得所述刀具(12)转动至朝向第二端的位置时，将所述机械密封件(6)与所述套筒(2)形成的密封腔的油脂排出，拆卸所述机械密封件(6)并进行换刀。