CN116044425B - 一种盾构刀盘用轴式三联滚刀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下工程应用中的盾构刀具技术领域，具体涉及一种盾构刀盘用轴式三联滚刀。本装置包括刀轴，所述刀轴上套设有多个轴向并列分布的刀毂，每个所述刀毂上均套设有刀圈；所述刀轴上还套设有多个并列分布的轴承，所述轴承与刀轴过盈配合、且位于刀轴与刀毂之间，所述刀毂通过轴承套设在刀轴上；相邻两个所述轴承之间还设置有隔圈，所述隔圈的中部开设有中心孔；所述刀轴上还设置有上端盖与下端盖，所述上端盖与下端盖分别位于刀毂的两侧。本发明通过紧凑滚刀内部空间结构，减少了刀筒数量，减低了刀盘结泥饼的概率，使出渣更顺畅，同时减小了常压盾构刀盘中心滚刀刀间距，可以有效形成贯穿裂纹，减少刀圈磨损，提高了破岩效率。

Description

一种盾构刀盘用轴式三联滚刀

技术领域

本发明涉及地下工程应用中的盾构刀具技术领域，具体涉及一种盾构刀盘用轴式三联滚刀。

背景技术

随着国家城市化建设工程和地下空间开发工程日趋增多，超大型泥水盾构在水文地质条件复杂的穿江越海隧道工程中被广泛使用。而长距离、高水压地层常压换刀是盾构穿江越海隧道施工的一大难点，随着常压换刀技术的不断研究与发展，常压大盾构也取得快速发展与应用。

滚刀作为盾构机施工过程中破岩的关键部件，是影响盾构隧道工程施工效率的重要因素之一。目前常压大盾构的中心滚刀多为双轴双刃布置，采用楔块加螺栓的连接形式，锁紧效果差，螺栓容易松动，受剪切力易断裂。其常压刀盘中心区域布置的刀筒在6把左右，中心区域开口较小，容易结泥饼；且中心滚刀刀间距大，破岩困难，增加刀圈消耗量。

公开号为CN208267853U的中国发明专利公开了一种一体式三刃盾构滚刀，该专利避免了滚刀刀圈在滚动破岩时发生刀圈脱落的问题，同时减少了滚刀刀圈的刀间距，提高了破岩效率。但该专利中未考虑到在滚刀滚动时，一把三刃滚刀的三个刀圈线速度不一致的问题。因为三个刀圈是连体的，线速度快的刀圈会拖着线速度慢的刀圈移动，岩石越硬，线速度低的刀圈越容易发生偏磨，同时还由于三刃滚刀中只存在一对圆锥滚子轴承，导致轴承负载过大，其使用寿命较低，从而降低刀具整体使用寿命。

发明内容

本发明为解决现有技术中的常压刀盘中心区域容易结泥饼、中心滚刀锁紧效果差和刀间距大的问题，提供一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，该发明的刀筒数量减少，刀盘中心区域开口率增大、刀盘结泥饼概率降低，减小了常压盾构刀盘中心滚刀刀间距。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，包括刀轴，所述刀轴上套设有多个轴向并列分布的刀毂，每个所述刀毂上均套设有刀圈；所述刀轴上还套设有多个并列分布的轴承，所述轴承与刀轴过盈配合、且位于刀轴与刀毂之间，所述刀毂通过轴承套设在刀轴上；相邻两个所述轴承之间还设置有隔圈，所述隔圈的中部开设有中心孔；所述刀轴上还设置有上端盖与下端盖，所述上端盖与下端盖分别位于刀毂的两侧，在对中心滚刀进行润滑时，可通过隔圈的中心孔来实现润滑油在滚刀内部与刀轴型腔之间进行流动。

进一步地，所述上端盖和下端盖与刀毂之间均设置有浮动密封，所述刀毂与轴承之间也设置有浮动密封，浮动密封能够实现滚刀内部的密封要求。

进一步地，所述刀轴的一端设置有轴肩，所述下端盖匹配贴合设置在轴肩上，上端盖与轴承的内圈贴合设置，所述刀轴上还设置有位于上端盖上的防松块，防松块能够防止上端盖发生松动。

进一步地，所述的刀圈与刀毂的数量均为3个，每个所述刀圈的右侧均设置有挡环，每个所述挡环均卡在刀毂中以限制刀圈轴向运动，挡环能够限制刀圈进行轴向移动。

进一步地，所述轴承的数量为4个、且均为单列圆锥滚子轴承，所述轴承的内圈与刀轴过盈配合、外圈过盈装配在刀毂的内部。

进一步地，所述刀轴的一端开设有刀轴型腔，所述刀轴型腔的内部设置有平衡阀，所述平衡阀与刀轴型腔之间设置有密封圈，所述刀轴内还设置有油路通道，所述油路通道一端与刀轴型腔相通、另一端与中心孔相通。

进一步地，所述刀轴型腔的端部还设置有堵头，所述堵头的中部开设有通孔；所述堵头的内端设置有过滤网，堵头的外端设置有孔用弹性挡圈。在高压水环境中，泥水可通过堵头上的通孔进入刀轴型腔使平衡阀进行移动，进而来实现滚刀内外的压力平衡。

进一步地，所述上端盖与下端盖上均设置有油塞，其中所述上端盖上设置有2个油塞，下端盖上设置有1个油塞。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

本发明改变了中心滚刀在刀盘上的安装形式，使其锁紧效果更好。通过紧凑滚刀内部空间结构，减少了常压刀盘中心区域刀筒数量，进而刀盘中心区域开口率增大，减低了刀盘结泥饼的概率，使出渣更顺畅。

本发明减小了常压盾构刀盘中心滚刀刀间距，可以在掌子面有效形成贯穿裂纹，减少刀圈磨损，提高破岩效率；

本发明三联滚刀三个刀圈是独立运转的，可以满足滚刀破岩时三个刀圈转速不同的需求，在遇较硬岩石时，滚刀破岩时不存在如上述三刃滚刀描述的缺点与不足。同时本发明的三联滚刀中配置了4个单列滚子轴承，在滚刀破岩时，单个轴承的负载降低了一半，提高了轴承的使用寿命。最后，三刃滚刀中只要有一个刀圈磨损到位或异常失效，整把滚刀即报废，而本发明三联滚刀，有刀圈磨损到位或异常失效，只需更换相应刀圈即可继续使用，大大提高了滚刀的使用寿命，降低了滚刀的使用成本。

附图说明

图1是本发明一种盾构刀盘用轴式三联滚刀的结构示意图之一；

图2是本发明一种盾构刀盘用轴式三联滚刀的结构示意图之二；

图3是图1中A处的放大图；

图4是图1中B处的放大图。

附图中标号为：1为刀轴，2为下端盖，3为浮动密封，4为刀毂，5为刀圈，6为挡环，7为轴承，8为上端盖，9为隔圈，903为中心孔，10为平衡阀，11为密封圈，12为油路通道，13为堵头，14为孔用弹性挡圈，15为油塞，16为防松块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“横向”“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～图4所示，一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，包括刀轴1，刀轴1的端部底部与右侧设置为平面、左侧设置为斜端面，通过此结构，可采用单楔块的安装形式，预紧力更强，防松效果更好。所述刀轴1上套设有多个轴向并列分布的刀毂4，相邻两个刀毂4的内侧错合设置，每个所述刀毂4上均套设有刀圈5，刀毂4与刀圈5过盈配合；所述刀轴1上还套设有多个并列分布的轴承7，所述轴承7与刀轴1过盈配合、且位于刀轴1与刀毂4之间，所述刀毂4通过轴承7套设在刀轴1上；相邻两个所述轴承7之间还设置有隔圈9，隔圈9能够防止相邻两个轴承7之间来回移动，同时可调整轴承7的游隙，进而调整轴承7的扭矩，当用于盾构常压刀盘时，靠近刀轴型腔的所述隔圈9的中部开设有中心孔903，在对中心滚刀进行润滑时，可通过隔圈9的中心孔来实现润滑油在滚刀内部与刀轴型腔之间进行流动；所述刀轴1上还设置有上端盖2与下端盖8，所述上端盖2与下端盖8分别位于刀毂4的两侧。

所述上端盖8和下端盖2与刀毂4之间均设置有浮动密封3，所述刀毂4与轴承7之间也设置有浮动密封3，浮动密封3能够实现滚刀内部的密封要求。

所述刀轴1的一端设置有轴肩，便于安装下端盖2，所述下端盖2匹配贴合设置在轴肩上，上端盖2与轴承7的内圈贴合设置，所述刀轴1上还设置有位于上端盖8上的防松块16，防松块16均与刀轴1和上端盖8焊接固定，防松块16能够防止上端盖发生松动。

所述的刀圈5与刀毂4的数量均为3个，每个所述刀圈5的右侧均设置有挡环，每个所述挡环6均卡在刀毂4中以限制刀圈5轴向运动，防止刀圈5轴向移动，出现刀圈5掉落的现象。

所述轴承7的数量为4个、且均为单列圆锥滚子轴承，4个轴承7以中间刀圈5的中部为轴线对称设置，轴承保证滚刀能够受力均匀，同时对刀轴1起到一定的保护作用，所述轴承7的内圈与刀轴1过盈配合、外圈过盈装配在刀毂4的内部。

所述刀轴1的一端开设有刀轴型腔，所述刀轴型腔的内部设置有平衡阀10，平衡阀10可在刀轴型腔内进行移动，在高压水环境下，可使滚刀内部与外部压力平衡，所述平衡阀10与刀轴型腔之间设置有密封圈11，所述刀轴1内还设置有油路通道12，所述油路通道12一端与刀轴型腔相通、另一端与中心孔903相通。

所述刀轴型腔的端部还设置有堵头13，堵头13呈“凸”字形结构，刀轴型腔的端部还设置有凹槽，凹槽的宽度大于刀轴型腔的直径，堵头13安装在凹槽内，堵头13用于阻挡平衡阀10从刀轴型腔中移出，所述堵头13的中部开设有通孔；所述堵头13的内端设置有过滤网，堵头13将过滤网压在凹槽内，过滤网能够防止泥沙进入刀轴型腔，防止泥沙堵塞刀轴型腔，导致平衡阀10的移动空间变小，堵头13的外端设置有孔用弹性挡圈14，凹槽内还设置有卡槽，孔用弹性挡圈卡在卡槽内，即卡在刀轴1上，孔用弹性挡圈14可以保证堵头13在刀轴型腔中的稳定性，可防止堵头13从凹槽内掉出。

所述上端盖8与下端盖2上均设置有油塞15，上端盖8与下端盖2上均开设有注油孔，油塞15位于注油孔内，其中上端盖8上开设有两个注油孔，下端盖2上开设有1个注油孔，可通过注油孔向滚刀内部注入润滑油，其中所述上端盖8上设置有2个油塞15，下端盖2上设置有1个油塞15，上端盖8与下端盖2对应轴承7的一侧均开设有槽体，即上端盖8与轴承7之间设有腔体，下端盖2与轴承7之间设有腔体，所述相邻两个轴承4之间也设有腔体，滚刀破岩时，腔体与刀轴型腔中均通过注油孔注有润滑油。

本装置在使用时，将4个轴承7装配在刀轴1上，然后将刀毂4过盈装配在轴承7上，将刀圈5装配在刀毂4上，并在刀毂4的右侧安装在挡环6，挡环6卡在刀毂4上并焊接固定以限制刀圈5的轴向运动，将上端盖8与下端盖2套设在刀轴1上，并分别位于轴承7的两侧。

本装置在使用之前，可通过上端盖8与下端盖2上开设的注油孔向滚刀内部注入润滑油，润滑油可通过轴承7中存在的缝隙流进相邻两个轴承之间的腔体中，同时润滑油可通过隔圈9的中心孔903流入油路管道12中，进而流入刀轴型腔内。因本装置适应于盾构穿江越海隧道施工，在高压水环境下，泥水通过堵头13进入刀轴型腔中，使平衡阀10向左移动，进而实现滚刀内外的压力平衡，此过程中，过滤网可对进入刀轴型腔内的泥水进行过滤，在平衡阀10向左移动时，平衡阀1挤压刀轴型腔内的润滑油向滚刀内部流动，润滑油在油路管道12的作用下，通过中心孔903流入滚刀内部，使润滑油实现对滚刀内部的润滑。

以上所述之实施例，只是发明的较佳实施例而已，并非限制本发明实施范围，故凡依本发明专利范围所述技术方案所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，包括刀轴（1），其特征在于，所述刀轴（1）上套设有多个轴向并列分布的刀毂（4），每个所述刀毂（4）上均套设有刀圈（5）；所述刀轴（1）上还套设有多个并列分布的轴承（7），所述轴承（7）与刀轴（1）过盈配合、且位于刀轴（1）与刀毂（4）之间，所述刀毂（4）通过轴承（7）套设在刀轴（1）上；相邻两个所述轴承（7）之间还设置有隔圈（9），所述隔圈（9）的中部开设有中心孔（903）；所述刀轴（1）上还设置有上端盖（8）与下端盖（2），所述上端盖（8）与下端盖（2）分别位于刀毂（4）的两侧；

所述上端盖（8）和下端盖（2）与刀毂（4）之间均设置有浮动密封（3），所述刀毂（4）与轴承（7）之间也设置有浮动密封（3）；

所述的刀圈（5）与刀毂（4）的数量均为3个，每个所述刀圈（5）的右侧均设置有挡环（6），每个所述挡环（6）均卡在刀毂（4）中以限制刀圈（5）轴向运动；

所述轴承（7）的数量为4个、且均为单列圆锥滚子轴承，所述轴承（7）的内圈与刀轴（1）过盈配合、外圈过盈装配在刀毂（4）的内部。

2.根据权利要求1所述的一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，其特征在于，所述刀轴（1）的一端设置有轴肩，所述下端盖（2）匹配贴合设置在轴肩上，上端盖（8）与轴承（7）的内圈贴合设置，所述刀轴（1）上还设置有位于上端盖（8）上的防松块（16）。

3.根据权利要求1所述的一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，其特征在于，所述刀轴（1）的一端开设有刀轴型腔，所述刀轴型腔的内部设置有平衡阀（10），所述平衡阀（10）与刀轴型腔之间设置有密封圈（11），所述刀轴（1）内还设置有油路通道（12），所述油路通道（12）一端与刀轴型腔相通、另一端与中心孔（903）相通。

4.根据权利要求3所述的一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，其特征在于，所述刀轴型腔的端部还设置有堵头（13），所述堵头（13）的中部开设有通孔；所述堵头（13）的内端设置有过滤网，堵头（13）的外端设置有孔用弹性挡圈（14）。

5.根据权利要求1所述的一种盾构刀盘用轴式三联滚刀，其特征在于，所述上端盖（8）与下端盖（2）上均设置有油塞（15），其中所述上端盖（8）上设置有2个油塞（15），下端盖（2）上设置有1个油塞（15）。