CN115163101A - 一种盾构机刀盘常压换刀系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盾构机刀盘常压换刀系统，包括位于盾构机刀盘上的常压换刀装置和辅助常压换刀装置更换滚刀的辅助换刀工装，常压换刀装置主要由刀盘面板、刀筒、刀筒端盖和滚刀构成，辅助换刀工装主要由筒体、闸门座、两密封闸门、闸门动作油缸、换刀油缸、平衡阀、密封螺栓构成，使用时筒体固定在刀盘面板上并套设于刀筒外侧，换刀油缸用于推拉刀筒进行换刀操作，本发明中密封闸门结构设置在可拆卸使用的辅助换刀工装上，避免将密封闸门设置在刀盘上，改善了密封闸门长期使用环境，能够解决现有常压换刀装置刀盘外部尺寸大、滚刀布置困难、密封闸门可靠性差的技术问题。

Description

一种盾构机刀盘常压换刀系统

技术领域

本发明涉及隧道工程和盾构装备制造技术领域，更具体地说，它涉及一种盾构机刀盘常压换刀系统。

背景技术

泥水盾构施工过程中，刀盘通常在加压的泥水环境中切削地层进行掘进，当刀具磨损或者损坏、需要更换时，需要人员带压进仓作业，这种换刀方式费时费力，具有较高的安全风险。近年来泥水盾构普遍采用带有常压换刀装置的常压刀盘，人员可以在刀盘常压环境下进行换刀作业，大大提高了换刀作业的效率和安全性。目前常压刀盘普遍采用的常压换刀装置主要由带有密封闸门的刀座和可拆卸的刀筒组成，由于闸门开闭需要占据较大的空间而刀盘面板空间有限，导致常压刀盘刀具布置空间受限制大并且布置困难、刀具数量受限，因而不利于提升刀盘的切削能力；除此之外，密封闸门长时间在泥水环境中工作，多次重复开闭动作后易引起闸门自身和密封部件损坏，导致闸门开合动作困难、密封失效。

发明内容

本发明的目的在于提出一种盾构机刀盘常压换刀系统，能够解决现有常压换刀装置刀盘外部尺寸大、滚刀布置困难、密封闸门可靠性差的技术问题。

本发明提供了如下技术方案：一种盾构机刀盘常压换刀系统，包括位于盾构机刀盘上的常压换刀装置和辅助常压换刀装置更换滚刀的辅助换刀工装，常压换刀装置主要由刀盘面板、刀筒、刀筒端盖和滚刀构成，刀盘面板上设有供刀筒插装的安装孔，刀筒头部插入所述安装孔内部、尾部伸出刀盘面板外，滚刀安装在刀筒头部内部，刀筒端盖通过端盖螺栓固定在刀筒尾部一端、用于对刀筒尾部进行封堵，刀筒端盖朝向刀盘后部的一侧设有连接件，刀筒尾部外侧设有连接法兰，连接法兰通过刀筒螺栓与刀盘面板可拆固定；

辅助换刀工装主要由筒体、闸门座、两密封闸门、闸门动作油缸、换刀油缸、平衡阀、密封螺栓构成，筒体一端设有用于与刀盘面板可拆连接的筒体法兰，闸门座固定在筒体上，所述密封闸门设置在闸门座内部，闸门动作油缸设置在闸门座与密封闸门之间，用于驱动密封闸门相对闸门座移动、实现筒体内部的开闭，换刀油缸尾部用于与刀盘后部连接、头部用于伸入筒体内与刀筒端盖上连接件连接；所述刀筒头部和/或所述安装孔内部设有用于保持刀筒头部和安装孔滑动密封配合的头部密封圈，所述连接法兰外侧设有用于保持连接法兰与筒体滑动密封配合的法兰密封圈，平衡阀设置在筒体上相对闸门座背对刀盘面板的一侧，密封螺栓用于在换刀过程中替换刀筒螺栓。

有益效果：使用本发明进行常压换刀的过程如下；

拆刀时，1）将法兰密封圈安装在连接法兰的外侧，驱动闸门动作油缸打开两密封闸门；2）将筒体安装在刀盘面板上待拆刀具所在位置；3）将换刀油缸头部、尾部分别与刀筒端盖上的连接件、刀盘后部连接，防止刀筒螺栓拆除后刀筒因高压自动脱出；4）依次拆除所有刀筒螺栓并使用密封螺栓替换刀筒螺栓；5）控制换刀油缸拉动刀筒进行第一次回缩，使滚刀前端越过密封闸门；6）控制闸门动作油缸关闭密封闸门，打开平衡阀，换刀油缸拉动刀筒进行第二次回缩，将刀筒从筒体内取出；

装刀时，1）将刀筒吊装至与筒体同轴的位置；2）将换刀油缸头部、尾部分别与刀筒端盖上的连接件、刀盘后部连接，打开平衡阀；3）换刀油缸推动刀筒第一次伸出，使刀筒运动至滚刀前端靠近密封闸门的位置处；4）关闭平衡阀，打开控制闸门动作油缸打开密封闸门；5）换刀油缸推动刀筒第二次伸出，推动刀筒至安装位置，依次拆除密封螺栓后装入刀筒螺栓、将刀筒固定在刀盘面板上；6）将辅助换刀工装从常压换刀装置上拆除；

综合以上过程可发现，本发明取消了传统常压换刀装置上的密封闸门结构，通过辅助换刀工装来实现刀筒和滚刀的拆装，1、减小常压换刀装置径向占用空间，刀具分布受限制较小，方便灵活布置刀具，在刀盘空间有限的情况下可实现更小的刀间距、利于布置更多的刀具，从而提高刀盘的切削能力；2、刀筒轴向长度减小，节省换刀空间并减小刀盘厚度，有利于减小刀盘整体结构体积；3、将密封闸门设置在辅助换刀工装上，常压换刀装置结构复杂程度降低，刀盘重量减小，减少主驱动系统能耗，达到节能目的；4、密封闸门数量减少至一套，节省设备原料与加工成本；5、辅助换刀工装换刀完成之后拆下，避免密封闸门长期浸泡在高压泥浆中，改善密封闸门所在环境，降低闸门故障率、延长闸门使用周期，提高闸门可靠性。

进一步的，头部密封圈设有两个，一个头部密封圈设置在刀筒头部上远离刀筒尾部的一侧，另一个头部密封圈设置在安装孔内靠近刀筒尾部的一端。

有益效果：两头部密封圈配合作用，增强安装孔与刀筒之间密封性。

进一步的，所述筒体法兰的端面上设有用于保持筒体法兰和刀盘面板密封配合的端面密封圈。

有益效果：设置端面密封圈可防止泥水从筒体和刀盘面板连接处溢出。

进一步的，所述刀盘面板朝向刀盘后部的一侧面于安装孔的外侧设有环形台阶，环形台阶包括相邻的第一环凸与第二环凸，第一环凸凸出于第二环凸并且第一环凸位于第二环凸的径向内侧，所述连接法兰通过刀筒螺栓与第一环凸连接，筒体法兰通过筒体螺栓与第二环凸连接。

有益效果：环形台阶处形成迷宫型密封结构，刀盘面板与筒体之间密封效果更好。

进一步的，连接件设有两个，连接件上设有连接槽，所述换刀油缸的头部设有用于两端卡入连接槽内部的连接板。

有益效果：连接板与连接槽钩挂配合，连接方便、快捷，提高换刀效率。

进一步的，所述法兰密封圈设有两个。

有益效果：双级密封，提高连接法兰与筒体之间密封性。

附图说明

图1是本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1中常压换刀装置的结构示意图；

图2是本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1中辅助换刀工装的结构示意图；

图3是本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1中密封螺栓的结构示意图；

图4是本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1中常压换刀装置的剖视图；

图5是本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1中常压换刀装置和辅助换刀工装的连接示意图；

图6是使用本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1进行拆刀的过程图；

图7是使用本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1进行装刀的过程图；

附图标记：1-刀盘面板；2-刀筒；21-连接法兰；3-刀筒端盖；4-滚刀；5-头部密封圈；6-法兰密封圈；7-连接件；8-连接槽；9-第一环凸；10-第二环凸；11-筒体；12-筒体法兰；13-闸门座；14-密封闸门；15-闸门动作油缸；16-平衡阀；17-换刀油缸；18-连接板；19-密封螺栓；20-端面密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明的一种盾构机刀盘常压换刀系统的具体实施例1：

本盾构机刀盘常压换刀系统包括位于盾构机刀盘上的常压换刀装置和用于辅助常压换刀装置更换滚刀的辅助换刀工装。常压换刀装置如图1和图4所示，包括刀盘面板1、刀筒2、刀筒端盖3以及滚刀4，刀盘面板1上设有安装孔，刀筒2插装在安装孔内部，刀筒2的头部插入安装孔内部，尾部位于刀盘面板1外、朝向刀盘后部的方向。滚刀4安装在刀筒2头部的内部，刀筒端盖3通过端盖螺栓可拆固定在刀筒2尾部一端，用于对刀筒2尾部进行封盖。刀盘面板1朝向刀盘后部的一侧面设有环形台阶，环形台阶主要由第一环凸9和相邻第一环凸9径向外侧设置的第二环凸10构成，第一环凸9凸出于第二环凸10。刀筒2尾部的外侧设有连接法兰21，通过连接法兰21和刀筒螺栓将刀筒2与第一环凸9可拆连接。

辅助换刀工装如图2、3、5所示，包括筒体11、闸门座13、两密封闸门14、闸门动作油缸15、平衡阀16、换刀油缸17、密封螺栓19，如图5所示，筒体11的一端设有筒体法兰12，使用时筒体11套设在刀筒2的外侧且筒体法兰12通过筒体螺栓可拆固定在第二环凸10上。闸门座13设置在筒体11上，密封闸门14设置在闸门座13内部，闸门动作油缸15连接闸门座13与密封闸门14、用于驱动两密封闸门14相向、相离运动，以实现闸门开合。换刀油缸17的尾部与刀盘后部连接，其头部设有连接板18，相应的，刀筒端盖3朝向刀盘后部的一侧设有两相对设置的连接件7，且连接件7上开设有供连接板18的两端卡入的连接槽8。在换刀油缸17推拉作用下，能够带动刀筒2、滚刀4一同沿筒体11内部滑动。刀筒2头部和安装孔之间设有两个保持刀筒2与安装孔滑动密封配合的头部密封圈5，一个头部密封圈5设置在刀筒2头部上远离刀筒尾部的一侧，另一个头部密封圈5设置在安装孔内靠近刀筒尾部的一端；连接法兰21上则设有两个保持刀筒2与筒体11保持滑动密封配合的法兰密封圈6；除此之外，为防止泥水从筒体11和刀盘面板1之间溢出，筒体法兰12的端面上设有用于保持筒体法兰12和刀盘面板1密封配合的端面密封圈20。为减小刀筒移动阻力，筒体11上位于闸门座背对刀盘面板的一侧设置平衡阀16，本辅助工装中密封螺栓19如图3所示，换刀过程中用于在刀筒螺栓松脱后对刀筒螺栓进行替换。

使用本发明的盾构机刀盘常压换刀系统换刀的过程分为拆刀和装刀两大步骤：

拆刀时流程如图6所示，1）将法兰密封圈安装在连接法兰的外侧，驱动闸门动作油缸打开两密封闸门；2）将筒体安装在刀盘面板上待拆刀具所在位置；3）将换刀油缸头部、尾部分别与刀筒端盖上的连接件、刀盘后部连接，防止刀筒螺栓拆除后刀筒因高压自动脱出；4）依次拆除所有刀筒螺栓并使用密封螺栓替换刀筒螺栓；5）控制换刀油缸拉动刀筒进行第一次回缩，使滚刀前端越过密封闸门；6）控制闸门动作油缸关闭密封闸门，打开平衡阀，换刀油缸拉动刀筒进行第二次回缩，将刀筒从筒体内取出；

装刀流程如图7所示，1）将刀筒吊装至与筒体同轴的位置；2）将换刀油缸头部、尾部分别与刀筒端盖上的连接件、刀盘后部连接，打开平衡阀；3）换刀油缸推动刀筒第一次伸出，使刀筒运动至滚刀前端靠近密封闸门的位置处；4）关闭平衡阀，打开控制闸门动作油缸打开密封闸门；5）换刀油缸推动刀筒第二次伸出，推动刀筒至安装位置，依次拆除密封螺栓后装入刀筒螺栓、将刀筒固定在刀盘面板上；6）将辅助换刀工装从常压换刀装置上拆除；

综合以上过程，本发明通过可灵活从刀盘拆卸下来的辅助换刀工装与刀盘上的常压换刀装置配合使用、实现刀筒与滚刀的拆装，将密封闸门结构设置在辅助换刀工装的筒体上，1、大大减少密封闸门数量，不用像传统刀盘一样滚刀处逐个设置密封闸门，有效降低设备成本；2、减小常压换刀装置径向体积，刀具分布受限制较小，便于布置更多刀具、增加刀盘上刀具数量，从而提高刀盘的切削能力；3、降低常压换刀装置结构复杂度，减轻刀盘重量、从而达到减少主驱动能耗、节能减排的目的；4、减少刀筒轴向长度，减小刀盘厚度，有利于减小刀盘整体结构体积；5、避免将密封闸门长期浸泡在高压泥浆导致的密封失效、开合困难问题，提高闸门可靠性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种盾构机刀盘常压换刀系统，其特征是，包括位于盾构机刀盘上的常压换刀装置和辅助常压换刀装置更换滚刀的辅助换刀工装，常压换刀装置主要由刀盘面板、刀筒、刀筒端盖和滚刀构成，刀盘面板上设有供刀筒插装的安装孔，刀筒头部插入所述安装孔内部、尾部伸出刀盘面板外，滚刀安装在刀筒头部内部，刀筒端盖通过端盖螺栓固定在刀筒尾部一端、用于对刀筒尾部进行封堵，刀筒端盖朝向刀盘后部的一侧设有连接件，刀筒尾部外侧设有连接法兰，连接法兰通过刀筒螺栓与刀盘面板可拆固定；

辅助换刀工装主要由筒体、闸门座、两密封闸门、闸门动作油缸、换刀油缸、平衡阀、密封螺栓构成，筒体一端设有用于与刀盘面板可拆连接的筒体法兰，闸门座固定在筒体上，所述密封闸门设置在闸门座内部，闸门动作油缸设置在闸门座与密封闸门之间，用于驱动密封闸门相对闸门座移动、实现筒体内部的开闭，换刀油缸尾部用于与刀盘后部连接、头部用于伸入筒体内与刀筒端盖上连接件连接；所述刀筒头部和/或所述安装孔内部设有用于保持刀筒头部和安装孔滑动密封配合的头部密封圈，所述连接法兰外侧设有用于保持连接法兰与筒体滑动密封配合的法兰密封圈，平衡阀设置在筒体上相对闸门座背对刀盘面板的一侧，密封螺栓用于在换刀过程中替换刀筒螺栓。

2.如权利要求1所述的一种盾构机刀盘常压换刀系统，其特征是，头部密封圈设有两个，一个头部密封圈设置在刀筒头部上远离刀筒尾部的一侧，另一个头部密封圈设置在安装孔内靠近刀筒尾部的一端。

3.如权利要求1或2所述的一种盾构机刀盘常压换刀系统，其特征是，所述筒体法兰的端面上设有用于保持筒体法兰和刀盘面板密封配合的端面密封圈。

4.如权利要求3所述的一种盾构机刀盘常压换刀系统，其特征是，所述刀盘面板朝向刀盘后部的一侧面于安装孔的外侧设有环形台阶，环形台阶包括相邻的第一环凸与第二环凸，第一环凸凸出于第二环凸并且第一环凸位于第二环凸的径向内侧，所述连接法兰通过刀筒螺栓与第一环凸连接，筒体法兰通过筒体螺栓与第二环凸连接。

5.如权利要求1或2或4所述的一种盾构机刀盘常压换刀系统，其特征是，连接件设有两个，连接件上设有连接槽，所述换刀油缸的头部设有用于两端卡入连接槽内部的连接板。

6.如权利要求1或2或4所述的一种盾构机刀盘常压换刀系统，其特征是，所述法兰密封圈设有两个。

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