CN116122837A - 一种主动回退式刀盘及掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明属于掘进设备技术领域，具体公开了一种主动回退式刀盘及掘进机。该主动回退式刀盘包括刀盘基体，刀盘基体安装有可前后伸缩的顶推体，顶推体配置有用于驱动其伸缩的驱动装置，顶推体用于撑紧掌子面并为刀盘基体回退提供推力，顶推体的伸缩行程最前端超出或平齐于用于与刀盘基体适配的新刀具的最前端。该掘进机包括上述主动回退式刀盘。本发明在需要换刀时，顶推体伸出撑紧隧道掌子面，为刀盘回退提供推力，不依赖于后部盾体与洞壁的摩擦力，回退过程更稳定。

Description

一种主动回退式刀盘及掘进机

技术领域

本发明属于掘进设备技术领域，特别是涉及一种主动回退式刀盘及掘进机。

背景技术

全断面隧道掘进机具有效率高、稳定性好、安全性好等优点，现已广泛应用于地下隧道施工领域。掘进机前端设有刀盘，刀盘安装有不同类型的刀具，在掘进时，刀具与掌子面互相摩擦、挤压，实现破岩。在破岩过程中，刀具不可避免地存在磨损问题，最终失效。为了保证破岩效率，需要对磨损严重的刀具进行更换。

新更换的刀具尺寸大于已磨损的刀具，因此，需要将刀盘整体回退一定的距离，保证新刀具的安装有足够的安全空间。现有技术中，一般采用主动铰接式主机，即在前盾和中盾之间或中盾与尾盾之间增加铰接油缸，需要换刀时，铰接油缸向后拉动铰接前部盾体和刀盘整体回退。由于前盾连接有刀盘，且内部设有较多零部件，前盾与隧道洞壁的摩擦力较大。为了克服前盾与隧道洞壁的摩擦力，申请人的授权公告号为CN206346744U的实用新型专利提供了一种刀盘后退辅助装置，该装置包括设于铰接油缸后部盾体的辅助撑靴，使用时撑靴沿后部盾体径向伸出，撑紧洞壁，增大摩擦力。但是，在实际使用过程中发现，该结构在向后回拉前盾时，易出现卡死或打滑现象，使用效果不佳。为了保证后部有足够大的摩擦力，需要圆周布置多个辅助撑靴，增高了成本，另外，主机结构紧凑，难以布置较多的辅助撑靴。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动回退式刀盘，以解决现有技术中实现刀盘回退效果差的技术问题。本发明的目的还在于提供一种具有上述主动回退式刀盘的掘进机。

为实现上述目的，本发明所提供的主动回退式刀盘的技术方案是：

一种主动回退式刀盘，包括刀盘基体，所述刀盘基体设有用于安装刀具的安装位，所述刀盘基体安装有可前后伸缩的顶推体，所述顶推体配置有用于驱动其伸缩的驱动装置，所述顶推体用于撑紧掌子面并为刀盘基体回退提供推力，所述顶推体的伸缩行程最前端超出或平齐于用于与刀盘基体适配的新刀具的最前端。

有益效果是：本发明改进了现有技术中的刀盘。在刀盘基体安装设置顶推体，在需要换刀时，顶推体伸出撑紧前方掌子面，为刀盘回退直接提供推力。与现有技术中主动铰接油缸向后回拉刀盘的方案不同，本发明不依赖于后部盾体和洞壁的摩擦力，将顶推体接触掌子面获得的反作用推力直接作用于刀盘，在掌子面的支撑作用下推动刀盘主动回退，效率更高，在回退过程中不容易出现卡死或打滑

作为进一步地改进，所述驱动装置为顶推油缸，所述顶推油缸的活塞杆形成所述顶推体。

有益效果是：液压油缸可以提供稳定的推力，同时其结构简单，成本较低。

作为进一步地改进，所述顶推油缸成对设置在刀盘基体两侧，在同一截面，两侧顶推油缸的圆心与刀盘基体圆心共线。

有益效果是：可以向刀盘回退提供稳定且平衡的推力，避免刀盘向一侧倾覆偏转。同时，与布置单数个顶推油缸相比，这样设计便于定位装配。

作为进一步地改进，两侧顶推油缸的圆心到刀盘基体圆心的距离相等。

有益效果是：两侧顶推油缸可以输出相同大小的推力，便于控制。

作为进一步地改进，所述刀盘基体设有用于安装所述顶推油缸的安装槽，所述安装槽的深度小于刀盘基体的轴向厚度。

有益效果是：槽底作为刀盘推力的受力点，与通槽配合连接法兰的方案相比，易于实现，成本更低，稳定性好。

作为进一步地改进，所述安装槽内还设有顶推套筒，所述顶推油缸设于所述顶推套筒内。

有益效果是：可将顶推油缸安装在顶推套筒内后整体与刀盘基体连接，提高了装配与拆卸效率。

作为进一步地改进，所述顶推套筒的前沿到刀盘基体前端的距离不大于用于与刀盘基体适配的刀具前端到刀盘基体的距离。

有益效果是：避免了在掘进过程中套筒出现磨损。

作为进一步地改进，所述顶推套筒的前沿与刀盘基体前端面平齐。

有益效果是：便于定位装配。

作为进一步地改进，所述顶推油缸的前端还设有顶推撑靴。

有益效果是：提高了顶推油缸在撑紧掌子面时的稳定性。

为实现上述目的，本发明所提供的掘进机的技术方案是：

掘进机，包括主动回退式刀盘，主动回退式刀盘，包括刀盘基体，所述刀盘基体设有用于安装刀具的安装位，所述刀盘基体安装有可前后伸缩的顶推体，所述顶推体配置有用于驱动其伸缩的驱动装置，所述顶推体用于撑紧掌子面并为刀盘基体回退提供推力，所述顶推体的伸缩行程最前端超出或平齐于用于与刀盘基体适配的新刀具的最前端。

有益效果是：本发明改进了现有技术中的刀盘。在刀盘基体安装设置顶推体，在需要换刀时，顶推体伸出撑紧前方掌子面，为刀盘回退直接提供推力。与现有技术中主动铰接油缸向后回拉刀盘的方案不同，本发明不依赖于后部盾体和洞壁的摩擦力，将顶推体接触掌子面获得的反作用推力直接作用于刀盘，在掌子面的支撑作用下推动刀盘主动回退，效率更高，在回退过程中不容易出现卡死或打滑。

作为进一步地改进，所述驱动装置为顶推油缸，所述顶推油缸的活塞杆形成所述顶推体。

有益效果是：液压油缸可以提供稳定的推力，同时其结构简单，成本较低。

作为进一步地改进，所述顶推油缸成对设置在刀盘基体两侧，在同一截面，两侧顶推油缸的圆心与刀盘基体圆心共线。

有益效果是：可以向刀盘回退提供稳定且平衡的推力，避免刀盘向一侧倾覆偏转。同时，与布置单数个顶推油缸相比，这样设计便于定位装配。

作为进一步地改进，两侧顶推油缸的圆心到刀盘基体圆心的距离相等。

有益效果是：两侧顶推油缸可以输出相同大小的推力，便于控制。

作为进一步地改进，所述刀盘基体设有用于安装所述顶推油缸的安装槽，所述安装槽的深度小于刀盘基体的轴向厚度。

有益效果是：槽底作为刀盘推力的受力点，与通槽配合连接法兰的方案相比，易于实现，成本更低，稳定性好。

作为进一步地改进，所述安装槽内还设有顶推套筒，所述顶推油缸设于所述顶推套筒内。

有益效果是：可将顶推油缸安装在顶推套筒内后整体与刀盘基体连接，提高了装配与拆卸效率。

作为进一步地改进，所述顶推套筒的前沿到刀盘基体前端的距离不大于用于与刀盘基体适配的刀具前端到刀盘基体的距离。

有益效果是：避免了在掘进过程中套筒出现磨损。

作为进一步地改进，所述顶推套筒的前沿与刀盘基体前端面平齐。

有益效果是：便于定位装配。

作为进一步地改进，所述顶推油缸的前端还设有顶推撑靴。

有益效果是：提高了顶推油缸在撑紧掌子面时的稳定性。

附图说明

图1为本发明中掘进机实施例1的结构示意图；

图2为本发明中掘进机实施例1的侧视图；

图3为图1中顶推油缸组件的剖视图；

图4为图1中顶推油缸组件在收回和伸出状态下的示意图；

图5为图1中中盾和辅助撑靴的剖视图。

附图标记说明：

1、刀盘基体；2、顶推油缸组件；3、前盾；4、主驱动；5、铰接油缸；6、中盾；7、辅助撑靴；8、尾盾；9、刀具；21、顶推套筒；22、顶推撑靴；23、顶推油缸；24、密封圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的掘进机的具体实施例1：

本实施例所提供的掘进机如图1-图5所示，包括圆形的刀盘基体1，刀盘基体1上安装有用于破岩的刀具9，具体地，刀具9包括滚刀、刮刀、超挖刀等，刀盘基体1后方设有盾体，具体地，盾体包括前盾3、中盾6、尾盾8，前盾3内部设有主驱动4，刀盘基体1通过刀盘法兰与主驱动4传动连接，并在主驱动4的驱动作用下转动。前盾3与中盾6之间还设有主动铰接系统，铰接系统包括铰接油缸5，中盾6周向布置有辅助撑靴7，辅助撑靴7可伸出撑紧隧道洞壁。此外，本实施例中的掘进机还包括推进油缸、出渣系统、后配套系统等现有技术，此处不再赘述。

刀盘基体1上安装有可前后伸缩的顶推体，顶推体配置有用于驱动其伸缩运动的驱动装置。顶推体向前伸缩可撑紧掌子面，为刀盘基体1组件向后回退提供推力。具体地，刀盘基体1设有深度轴向延伸的安装槽，安装槽开口向前，安装槽深度小于刀盘基体1轴向厚度，具体地，安装槽为圆形盲孔。在安装槽内安装有顶推油缸组件2，如图3所示，顶推油缸组件2包括顶推套筒21、顶推撑靴22、顶推油缸23，顶推套筒21后端焊接在安装槽底部，顶推油缸23安装在顶推套筒21内，顶推油缸23后端通过螺栓法兰固定在顶推套筒21底部，前端可向前伸缩，顶推撑靴22与顶推油缸23前端连接，可用于撑紧掌子面。在顶推撑靴22和顶推套筒21之间还设有密封圈24。在使用时，顶推撑靴22用于撑紧隧道掌子面，为刀盘基体1主动回退提供推力。主驱动4内部设有中心回转接头，主驱动4后方设有向顶推油缸23提供动力的液压泵，通过中心回转接头实现液压管路的连接布置。

为了保证顶推套筒21在掘进时不会与掌子面接触磨损，其前沿延伸距离应不超过刀具9最前端，即顶推套筒21前沿到刀盘基体1前端面的距离不大于刀具9前端到刀盘基体1前端面的距离。如图4所示，本实施例中，顶推套筒21与刀盘基体1前端面平齐，顶推撑靴22前端与顶推套筒21前沿平齐。设需要更换的旧刀具9到刀盘基体1前端面的距离为L₁，顶推油缸23的伸缩行程为L₂，新刀具9比旧刀具9沿掘进机前后方向的尺寸大L₃，因此，为了保证新刀具能够正常安装放入，顶推油缸组件2的伸缩行程最前端应超出新刀具9在安装到位后的最前端，或与新刀具9在安装到位后的最前端平齐。

考虑到加工与装配的便利，顶推油缸组件2成对设于刀盘基体1两侧。为了提高刀盘基体1的回退稳定性，避免倾覆卡死，在某一截面中，两侧顶推油缸组件2的圆心与刀盘基体1的圆心共线，这里提到的两侧为过两个顶推油缸组件2连线的过刀盘基体1的圆心的法线两侧。如图2所示，本实施例共设有两对，且两侧顶推油缸组件2沿两个顶推油缸组件2连线的过刀盘基体1的圆心的法线对称。

本实施例的工作原理：当刀具磨损严重需要更换时，顶推油缸23伸出，顶推撑靴22撑紧前方掌子面，直接为刀盘基体1回退提供向后的推力，此时辅助撑靴7和铰接油缸5同步工作，辅助刀盘基体1向后回退，在刀盘基体1回退行程满足换新刀具需要的空间后，各油缸停止工作，此时可以进行刀具的更换。

本实施例与现有技术中仅靠铰接油缸向后回拉前盾和刀盘整体的方法不同，不依赖于铰接油缸后部盾体与隧道洞壁的摩擦力，利用顶推油缸23顶推掌子面的反作用力，实现刀盘整体的主动回退，提高了油缸的效率，降低了刀盘回退时卡死或盾体打滑的可能性，保证了良好的回退效果。此外，本实施例不占用盾体内部过多的空间，仅需要布置在刀盘基体无刀具的位置，便于布置，成本较低。

本发明所提供的掘进机的具体实施例2，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，顶推体及其驱动装置均为顶推油缸23。在本实施例中，刀盘设有用于安装顶推体及其驱动装置的安装箱，顶推体为伸缩杆，驱动装置为液压马达，伸缩杆和液压马达之间设有锥齿轮传动机构。

本发明所提供的掘进机的具体实施例3，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，顶推油缸组件2成对设于刀盘基体1两侧。在本实施例中，顶推油缸组件设有3个，且3个顶推油缸组件的圆心形成一种等边三角形结构，同样可以实现刀盘基体的稳定回退。

本发明所提供的掘进机的具体实施例4，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，两侧顶推油缸组件2对称，此时两个顶推油缸23的推力相等，便于控制。在本实施例中，两侧顶推油缸组件2不对称，可控制顶推油缸23输出不同大小的推力。

本发明所提供的掘进机的具体实施例5，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，安装槽由圆形盲孔形成。在本实施例中，安装槽为方形，顶推套筒为外方内圆结构。

本发明所提供的掘进机的具体实施例6，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，安装槽由圆形盲孔形成。在本实施例中，安装槽为圆形通孔，刀盘基体背面设有连接法兰，顶推套筒与连接法兰连接。

本发明所提供的掘进机的具体实施例7，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，顶推油缸组件2包括顶推撑靴22。在本实施例中，不包括顶推撑靴，在使用时，顶推油缸直接与隧道掌子面接触。

本发明所提供的掘进机的具体实施例8，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，掘进机包括铰接油缸5和辅助撑靴7。在本实施例中，掘进机不铰接油缸和辅助撑靴，仅靠顶推油缸组件实现刀盘回退。

本发明所提供的掘进机的具体实施例9，其与实施例1的区别主要在于：本实施例中，刀盘基体可滑动地安装在前盾上，需要回退换刀时，在顶推油缸的作用下，刀盘前后运动，前盾固定不动。

本发明中的主动回退式刀盘的具体实施例：

主动回退式刀盘与上述掘进机的实施例1至7的任一实施例中记载的刀盘基体和顶推油缸组件结构相同，此处不再具体说明。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动回退式刀盘，包括刀盘基体，所述刀盘基体设有用于安装刀具的安装位，其特征在于，所述刀盘基体安装有可前后伸缩的顶推体，所述顶推体配置有用于驱动其伸缩的驱动装置，所述顶推体用于撑紧掌子面并为刀盘基体回退提供推力，所述顶推体的伸缩行程最前端超出或平齐于用于与刀盘基体适配的新刀具的最前端。

2.根据权利要求1所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述驱动装置为顶推油缸，所述顶推油缸的活塞杆形成所述顶推体。

3.根据权利要求2所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述顶推油缸成对设置在刀盘基体两侧，在同一截面，两侧顶推油缸的圆心与刀盘基体圆心共线。

4.根据权利要求3所述的主动回退式刀盘，其特征在于，两侧顶推油缸的圆心到刀盘基体圆心的距离相等。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述刀盘基体设有用于安装所述顶推油缸的安装槽，所述安装槽的深度小于刀盘基体的轴向厚度。

6.根据权利要求5中任意一项所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述安装槽内还设有顶推套筒，所述顶推油缸设于所述顶推套筒内。

7.根据权利要求6所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述顶推套筒的前沿到刀盘基体前端的距离不大于用于与刀盘基体适配的刀具前端到刀盘基体的距离。

8.根据权利要求7所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述顶推套筒的前沿与刀盘基体前端面平齐。

9.根据权利要求2-4中任一项所述的主动回退式刀盘，其特征在于，所述顶推油缸的前端还设有顶推撑靴。

10.掘进机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的主动回退式刀盘。

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