CN118407771B - 一种安全高效的掘进机换刀装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全高效的掘进机换刀装置及方法,属于地下施工技术领域。包括刀盘,刀盘与掘进机固定连接,还包括刀具结构、换刀结构和隔板,刀具结构包括刀具、刀座、刀筒和连接板,刀筒端部与连接板固定连接,刀筒远离连接板的一端与刀座固定连接,刀具固定安装在刀座远离刀筒的一侧,刀座上开设有若干个连接孔,刀具结构设置有两组,两组刀具结构相对设置且通过刀具结构中的连接板固定连接。本发明在刀盘上的刀具过度磨损时,通过调换刀具结构的方向,可以将新刀具结构安装于刀盘上,安全快速地更换刀具结构,有效降低了停机时长,避免出现因掘进机长时间停机导致安全事故的发生。

Description

一种安全高效的掘进机换刀装置及方法
技术领域
本发明涉及一种安全高效的掘进机换刀装置及方法,属于地下施工技术领域。
背景技术
建设长距离大直径隧道工程,随着掘进长度超过3000m,开挖直径大于10.00m,掘进机刀具磨损问题日益突出,停机换刀作业愈发频繁。例如,南京纬三路过江隧道(长度4135m,直径14.93m,换刀18次)、南京纬七路过江隧道(长度3790m,直径14.96m,换刀12次)、南京地铁十号线越江隧道(长度3360m,直径11.64m,换刀7次)。高水压强渗透地层中长时间停机换刀安全事故频繁,容易造成作业人员伤亡和项目工期延误。如何针对现有掘进机换刀工艺和流程的不足进行优化分析,提出一种相对更安全高效的掘进机换刀装置及方法已经成为目前亟待解决的关键难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于:提供一种安全高效的掘进机换刀装置及方法,它解决了现有技术中因换刀效率较低导致掘进机停机时长较高引发安全事故的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现:一种安全高效的掘进机换刀装置,包括刀盘,刀盘与掘进机固定连接,还包括刀具结构、换刀结构和隔板,刀具结构包括刀具、刀座、刀筒和连接板,刀筒端部与连接板固定连接,刀筒远离连接板的一端与刀座固定连接,刀具固定安装在刀座远离刀筒的一侧,刀座上开设有若干个连接孔,刀具结构设置有两组,两组刀具结构相对设置且通过刀具结构中的连接板固定连接,两个连接板通过连接螺栓固定连接,一组刀具结构位于靠近刀盘的一侧,另一组刀具结构位于远离刀盘的一侧,隔板固定安装在刀盘上,隔板与靠近刀盘的一个刀具结构内的刀筒套接,隔板通过连接件与刀座上的连接孔固定连接,换刀结构用于对刀具结构进行拆卸更换。
通过采用上述技术方案,两组刀具结构沿连接板对称分布,当刀盘上的刀具过度磨损时,通过拆卸刀具结构并调换刀具结构的方向,可以将新刀具结构安装于刀盘上,安全快速地更换刀具结构,有效降低了停机时长,避免出现因掘进机长时间停机导致安全事故的发生。
本发明进一步设置为:刀座上开设有刀具安装孔,刀具通过刀具安装孔与刀座可拆卸固定连接。
本发明进一步设置为:换刀结构包括连接结构和驱动结构,连接结构包括内套筒和套筒盖板,内套筒的一端固定设置有套筒帽檐,套筒帽檐上安装有若干个配合孔,配合孔通过与连接孔配合并插入螺栓紧固件内使套筒帽檐与远离刀盘一侧刀具结构内的刀座固定连接,套筒盖板固定设置在内套筒远离套筒帽檐的一端,驱动结构用于带动连接机构沿刀筒轴向运动。
本发明进一步设置为:驱动结构包括油缸结构和限位结构,油缸结构包括一级油缸、二级油缸、三级油缸、法兰盘和连接孔,法兰盘通过连接紧固件与套筒盖板连接,法兰盘远离套筒盖板的一侧与一级油缸固定连接,一级油缸、二级油缸和三级油缸依次沿远离法兰盘的一侧动力连接并形成油缸组,连接孔设置在三级油缸远离法兰盘的一侧,限位结构用于保持油缸结构的位置固定。
本发明进一步设置为:限位结构包括限位筒体、固定孔和限位孔,固定孔和限位孔分别设置在限位筒体的相对两侧,限位筒体套设在油缸组外侧,限位孔与连接孔通过螺栓紧固件固定连接,限位筒体能够与套筒盖板抵接。
本发明进一步设置为:限位筒体上固定安装有吊装孔,吊装孔设置有两组且位于限位筒体的相对侧面。
本发明进一步设置为:限位筒体的相对外侧面开设有条形镂空,条形镂空的延伸方向沿限位筒体的延伸方向相同。
一种安全高效的掘进机换刀装置的使用方法,使用方法包括:
S1:将两个相对设置的刀具结构的一端插入隔板内,使一侧刀具结构与刀盘连接;
S2:需要更换刀具结构时,将两个相对设置的刀具结构通过换刀结构与刀盘分离;
S3:将另一侧的刀具结构朝向刀盘并将刀具与隔板固定连接。
通过采用上述技术方案,在依次完成刀盘各个位置刀具结构的更换后可以快速恢复掘进,已磨损的刀具结构利用掘进机停机拼装管片的间歇时间可以进行拆卸和更换,以备后续对刀具结构进行二次更换,从而提高掘进机掘进效率和缩短项目建设工期。
本发明的有益效果是:
1、本发明提供掘进机换刀装置及方法,两组刀具结构沿连接板对称分布,当刀盘上的刀具过度磨损时,通过拆卸刀具结构并调换刀具结构的方向,可以将新刀具结构安装于刀盘上,安全快速地更换刀具结构,有效降低了停机时长,避免出现因掘进机长时间停机导致安全事故的发生。
2、本发明在依次完成刀盘各个位置刀具结构的更换后可以快速恢复掘进,已磨损的刀具结构利用掘进机停机拼装管片的间歇时间可以进行拆卸和更换,以备后续对刀具结构进行二次更换,从而提高掘进机掘进效率和缩短项目建设工期。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中内套筒的结构示意图;
图3为图2中A方向所在面的结构示意图;
图4为本发明中油缸结构和限位结构连接处的结构示意图;
图5为本发明中油缸结构和限位结构连接处的结构爆炸图。
图中:2、刀具;3、刀座;4、刀筒;5、连接板;6、连接螺栓;7、隔板;8、配合孔;11、内套筒;12、套筒帽檐;13、套筒盖板;14、连接紧固件;16、一级油缸;17、二级油缸;18、三级油缸;19、法兰盘;20、连接孔;22、限位筒体;23、条形镂空;24、固定孔;25、吊装孔;26、限位孔。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合图1-5所示,进一步阐述本发明。
如图1所示,一种安全高效的掘进机换刀装置,包括刀盘,刀盘与掘进机固定连接,还包括刀具结构、换刀结构和隔板7,刀具结构包括刀具2、刀座3、刀筒4和连接板5,刀筒4端部与连接板5固定连接,刀筒4远离连接板5的一端与刀座3固定连接,刀具2固定安装在刀座3远离刀筒4的一侧,刀座3上开设有若干个连接孔,刀具结构设置有两组,两组刀具结构相对设置且通过刀具结构中的连接板5固定连接,两个连接板5通过连接螺栓6固定连接,一组刀具结构位于靠近刀盘的一侧,另一组刀具结构位于远离刀盘的一侧,隔板7固定安装在刀盘上,隔板7与靠近刀盘的一个刀具结构内的刀筒4套接,隔板7通过连接件与刀座3上的连接孔固定连接,换刀结构用于对刀具结构进行拆卸更换。刀座3上开设有刀具安装孔,刀具2通过刀具安装孔与刀座3可拆卸固定连接。
如图2-5所示,换刀结构包括连接结构和驱动结构,连接结构包括内套筒11和套筒盖板13,内套筒11的一端固定设置有套筒帽檐12,套筒帽檐12上安装有若干个配合孔8,配合孔8通过与连接孔配合并插入螺栓紧固件内使套筒帽檐12与远离刀盘一侧刀具结构内的刀座3固定连接,套筒盖板13固定设置在内套筒11远离套筒帽檐12的一端,驱动结构用于带动连接机构沿刀筒4轴向运动。
如图2-5所示,驱动结构包括油缸结构和限位结构,油缸结构包括一级油缸16、二级油缸17、三级油缸18、法兰盘19和连接孔20,法兰盘19通过连接紧固件14与套筒盖板13连接,法兰盘19远离套筒盖板13的一侧与一级油缸16固定连接,一级油缸16、二级油缸17和三级油缸18依次沿远离法兰盘19的一侧动力连接并形成油缸组,连接孔20设置在三级油缸18远离法兰盘19的一侧,限位结构用于保持油缸结构的位置固定。限位结构包括限位筒体22、固定孔24和限位孔26,固定孔24和限位孔26分别设置在限位筒体22的相对两侧,限位筒体22套设在油缸组外侧,限位孔26与连接孔20通过螺栓紧固件固定连接,限位筒体22能够与套筒盖板13抵接。限位筒体22上固定安装有吊装孔25,吊装孔25设置有两组且位于限位筒体22的相对侧面。限位筒体22可通过外置悬吊设备与吊装孔25连接后进行吊起。限位筒体22的相对外侧面开设有条形镂空23,条形镂空23的延伸方向沿限位筒体22的延伸方向相同,条形镂空23用于降低限位筒体22的自重。
常规掘进机在使用过程中,头部的刀具部分会因为磨损而需要进行更换,常规换刀方式是,将掘进机设备停机,而后人工进入掘进机头部的刀盘设备舱,通过设备舱内的简易吊机以及专用拆卸工具将刀具结构从刀盘上拆卸,由于设备舱内空间狭小且刀具结构重量较大,人力无法进行搬运,因此需要使用简易吊机将刀具结构从设备舱内运出,而后将新的刀具结构运输至设备舱内,再使用简易吊机将新的刀具结构吊装至安装位置进行安装。
整个更换和安装过程需要大量的时间以及人力支撑,而掘进机在地下掘进作业时停机会对掘进施工安全会造成巨大威胁,因此通过将刀具结构设计为相对设置的两组,使两把刀具沿连接板对称分布,当一组刀具结构中的刀具过度磨损时,通过工具将刀具结构从刀盘上拆卸下来,而后使用简易吊装设备将刀具结构吊起并调换刀具结构的方向,而后将新的刀具结构安装在刀盘上并进行固定,这样能够减少刀具结构从设备舱内运出,并将新的刀具结构运输至设备舱内的步骤,从而使整个刀具结构的更换效率更高,达到了安全快速更换刀具结构的目的,并且在依次完成刀盘各个位置刀具更换后可以快速恢复掘进,有效降低了掘进机的停机时长,避免出现因掘进机长时间停机导致安全事故的发生。
更换后的刀具结构位于设备舱内,由于两个刀具结构通过连接板5进行连接,因此利用掘进机停机进行拼装管片作业的间歇时间可以通过拆卸连接板5,将磨损的刀具结构进行拆卸,而后更换新的刀具结构,并将新的刀具结构的连接板5与已安装的刀具结构中的连接板5使用连接螺栓6进行固定。这样能够在后续对刀具结构进行二次更换时,通过上述过程直接对刀具结构调换方向并进行安装,因此进一步减少了更换刀具结构的所需流程,从而进一步提高掘进机掘进效率和缩短项目建设工期。
一种安全高效的掘进机换刀装置的使用方法,使用方法包括:
S1:将两个相对设置的刀具结构的一端插入隔板7内,使一侧刀具结构通过隔板7与刀盘连接;
S2:当需要更换刀具结构时,先将隔板7与刀具结构的连接件拆除,而后将内套筒11设置套筒帽檐12的一端与远离刀盘一侧刀具结构内的刀座3连接,使螺纹紧固件插入配合孔8内完成两者连接,此时远离刀盘一侧的刀具2位于内套筒11内部;
S3:将上述油缸结构中的法兰盘19与套筒盖板13使用连接紧固件14连接,而后向油缸结构外侧套设限位筒体22,此时限位筒体22端部与套筒盖板13之间存在间隔,使连接孔20与限位孔26对齐,两者可使用螺栓紧固件固定,并与刀盘外部与掘进机相固定的结构固定连接;
S4:启动油缸组,使油缸组通过内套筒11拉动远离刀盘一侧的刀具结构运动,此时刀具结构通过连接板5将另一侧刀具结构拉出,当限位筒体22端部与套筒盖板13抵接时,油缸组停止,此时刀具被拉出拆卸;
S5:将两个相对设置的刀具结构翻转,使原本远离刀盘一侧的刀具结构朝向刀盘,而后通过S4的反向步骤推动刀具结构进行安装,刀具结构安装到位后使用连接件将刀具结构与隔板7固定;
S6:在掘进机进行拼装管片作业时,将已磨损的刀具结构中的连接板5与已更换的刀具结构中的连接板5进行拆卸分离,并将已磨损的刀具结构更换;
S7:将新的刀具结构中的连接板5与已更换的刀具结构中的连接板5使用连接螺栓6进行固定,完成易磨损刀具结构的拆卸更换;
S8:拆卸后的已磨损的刀具结构运输至掘进机外部,而后对已磨损的刀具结构中的刀具进行拆卸并更换,而后即可重复使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应当了解,本发明不受上述实施例的限制,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种安全高效的掘进机换刀装置,包括刀盘,所述刀盘与掘进机固定连接,其特征在于:还包括刀具结构、换刀结构和隔板(7),所述刀具结构包括刀具(2)、刀座(3)、刀筒(4)和连接板(5),所述刀筒(4)端部与所述连接板(5)固定连接,所述刀筒(4)远离所述连接板(5)的一端与所述刀座(3)固定连接,所述刀具(2)固定安装在所述刀座(3)远离所述刀筒(4)的一侧,所述刀座(3)上开设有若干个连接孔,刀具结构设置有两组,两组刀具结构相对设置且通过两组刀具结构中的所述连接板(5)固定连接,两个所述连接板(5)通过连接螺栓(6)固定连接,一组刀具结构位于靠近刀盘的一侧,另一组刀具结构位于远离刀盘的一侧,所述隔板(7)固定安装在刀盘上,所述隔板(7)与靠近刀盘的一个刀具结构内的所述刀筒(4)套接,所述隔板(7)通过连接件与所述刀座(3)上的连接孔固定连接,换刀结构用于对刀具结构进行拆卸更换;
所述刀座(3)上开设有刀具安装孔,所述刀具(2)通过刀具安装孔与所述刀座(3)可拆卸固定连接;
所述换刀结构包括连接结构和驱动结构,所述连接结构包括内套筒(11)和套筒盖板(13),所述内套筒(11)的一端固定设置有套筒帽檐(12),所述套筒帽檐(12)上安装有若干个配合孔(8),所述配合孔(8)通过与连接孔配合并插入螺栓紧固件使所述套筒帽檐(12)与远离刀盘一侧的刀具结构内的所述刀座(3)固定连接,所述套筒盖板(13)固定设置在所述内套筒(11)远离所述套筒帽檐(12)的一端,驱动结构用于带动所述连接结构沿所述刀筒(4)轴向运动;
所述驱动结构包括油缸结构和限位结构,所述油缸结构包括一级油缸(16)、二级油缸(17)、三级油缸(18)、法兰盘(19)和装配孔(20),所述法兰盘(19)通过连接紧固件(14)与所述套筒盖板(13)连接,所述法兰盘(19)远离所述套筒盖板(13)的一侧与所述一级油缸(16)固定连接,所述一级油缸(16)、所述二级油缸(17)和所述三级油缸(18)依次沿远离所述法兰盘(19)的一侧动力连接并形成油缸组,所述装配孔(20)设置在所述三级油缸(18)远离所述法兰盘(19)的一侧,限位结构用于保持油缸结构的位置固定;
所述限位结构包括限位筒体(22)、固定孔(24)和限位孔(26),所述固定孔(24)和所述限位孔(26)分别设置在所述限位筒体(22)的相对两侧,所述限位筒体(22)套设在油缸组外侧,所述限位孔(26)与所述装配孔(20)通过螺栓紧固件固定连接,所述限位筒体(22)能够与所述套筒盖板(13)抵接。
2.根据权利要求1所述的一种安全高效的掘进机换刀装置,其特征在于:所述限位筒体(22)上固定安装有吊装孔(25),所述吊装孔(25)设置有两组且位于限位筒体(22)的相对侧面。
3.根据权利要求1所述的一种安全高效的掘进机换刀装置,其特征在于:所述限位筒体(22)的相对外侧面开设有条形镂空(23),所述条形镂空(23)的延伸方向与限位筒体(22)的延伸方向相同。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种安全高效的掘进机换刀装置的使用方法,其特征在于:所述使用方法包括:
S1:将两个相对设置的刀具结构的一端插入隔板(7)内,使所述两个相对设置的刀具结构中的一侧的刀具结构通过隔板(7)与刀盘连接;
S2:当需要更换刀具结构时,先将隔板(7)与刀具结构的连接件拆除,而后将内套筒(11)设置套筒帽檐(12)的一端与所述两个相对设置的刀具结构中的远离刀盘一侧的刀具结构内的刀座(3)连接,使螺栓紧固件插入配合孔(8)内完成两者连接,此时远离刀盘一侧的刀具(2)位于内套筒(11)内部;
S3:将上述油缸结构中的法兰盘(19)与套筒盖板(13)使用连接紧固件(14)连接,而后向油缸结构外侧套设限位筒体(22),此时限位筒体(22)端部与套筒盖板(13)之间存在间隔,使装配孔(20)与限位孔(26)对齐,两者使用螺栓紧固件固定,并与刀盘外部与掘进机相固定的结构固定连接;
S4:启动油缸组,使油缸组通过内套筒(11)拉动远离刀盘一侧的刀具结构运动,此时远离刀盘一侧的刀具结构通过连接板(5)将另一侧刀具结构拉出,当限位筒体(22)端部与套筒盖板(13)抵接时,油缸组停止,此时刀具被拉出拆卸;
S5:将所述两个相对设置的刀具结构翻转,使原本远离刀盘一侧的刀具结构朝向刀盘,而后通过步骤S4的反向步骤推动刀具结构进行安装,刀具结构安装到位后使用连接件将刀具结构与隔板(7)固定;
S6:在掘进机进行拼装管片作业时,将已磨损的刀具结构中的连接板(5)与已更换的刀具结构中的连接板(5)进行拆卸分离,并将已磨损的刀具结构更换;
S7:将新的刀具结构中的连接板(5)与已更换的刀具结构中的连接板(5)使用连接螺栓(6)进行固定,完成刀具结构的拆卸更换;
S8:拆卸后的已磨损的刀具结构运输至掘进机外部,而后对已磨损的刀具结构中的刀具进行拆卸并更换,而后即可重复使用。
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