CN212479237U - 刀盘及具有刀盘的盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种刀盘及具有刀盘的盾构机。刀盘，包括：刀盘架，刀盘架上设有切削面；滚刀组件和刮刀组件，滚刀组件和刮刀组件均可拆卸地设置在切削面上，以用于对岩土进行切削。本实用新型的刀盘解决了现有技术中的盾构机刀盘无法适应软硬复合地层的挖掘的问题。

Description

刀盘及具有刀盘的盾构机

技术领域

本实用新型涉及盾构技术领域，具体而言，涉及一种刀盘及具有刀盘的盾构机。

背景技术

在城市地下隧道的建设中，盾构法施工以其适应性强、施工快速安全以及对周围环境影响小等优点，已经成为城市地下隧道施工的首选方法。尤其针对地质条件差、水土压力大、地层复杂多变等情况下，盾构法施工更具有明显的技术经济优势。

然而，由于盾构掘进所穿越的地层条件复杂，会遇到软硬不同的岩层，如全断面硬岩地层、全断面软土地层、上软下硬或上硬中软下硬复合地层等，刀盘的选型和刀具的系统配置对施工效率影响严重。目前的刀盘有适合硬岩的刀盘和适合软土层的刀盘，但对于这种软硬不同的岩层没有一种合适的刀盘对其进行挖掘，施工人员为了保证安全往往采用滚刀刀盘以保证对硬岩地层的切削，但这种刀盘成本高，且容易被软土堵塞，影响盾构机整体的使用寿命，并且造成掘进效率低下。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种刀盘及具有刀盘的盾构机，以解决现有技术中的盾构机刀盘无法适应软硬复合地层的挖掘的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种刀盘，包括：刀盘架，刀盘架上设有切削面；滚刀组件和刮刀组件，滚刀组件和刮刀组件均可拆卸地设置在切削面上，以用于对岩土进行切削。

进一步地，切削面为圆形，切削面包括第二切削区，滚刀组件设置在第二切削区内，其中，第二切削区到切削面中心的距离大于切削面半径的一半。

进一步地，滚刀组件包括多个滚刀，多个滚刀间隔地设置在切削面上。

进一步地，刀盘架上设有安装孔，刀盘还包括：安装筒组件，滚刀组件和/或刮刀组件分别与安装筒组件连接，以通过安装筒组件插设在安装孔内。

进一步地，切削面包括：多个第一安装面板，多个第一安装面板环绕刀盘架间隔地设置；多个第二安装面板，多个第二安装面板环绕刀盘架间隔地设置；其中，第二安装面板设置在两个相邻的第一安装面板之间，第二安装面板沿刀盘架周向方向的宽度小于第一安装面板沿述刀盘架周向方向的宽度。

进一步地，切削面上设有多个开口槽，多个开口槽环绕刀盘架间隔地设置，其中，多个开口槽中的至少两个开口槽之间相互连通。

进一步地，切削面的刀盘开口率为26％至31％。

进一步地，切削面包括：第一切削区，第一切削区位于切削面的中心位置，其中，第一切削区的刀盘开口率为25％至35％；第二切削区，第二切削区位于远离切削面的中心位置的一侧，其中，第二切削区的刀盘开口率为25％至35％；第三切削区，第三切削区位于第一切削区和第二切削区之间，其中，第三切削区的刀盘开口率为20％至30％。

进一步地，刀盘还包括：先行刀组件，先行刀组件设置在第二切削区内，以用于对岩土进行切削，其中，先行刀组件包括多个先行刀，多个先行刀间隔地设置在第二切削区内。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种盾构机，包括刀盘，刀盘为上述的刀盘。

应用本实用新型的技术方案的刀盘主要应用在盾构机上，刀盘架设置在盾构机掘进的一端，切削面朝向外侧设置，其中，滚刀组件和刮刀组件均可拆卸地设置在刀盘架的切削面上，这样能够根据不同的岩土以安装不同的刀具对岩土进行切削掘进，滚刀组件适用于土质较硬的岩层，而刮刀组件适用于土质较软的岩层，滚刀组件和刮刀组件可互换安装，通过上述设置解决了现有技术中的盾构机刀盘无法适应软硬复合地层的挖掘的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的刀盘的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、刀盘架；11、切削面；111、第一安装面板；112、第二安装面板；113、开口槽；114、第一切削区；115、第二切削区；116、第三切削区；20、滚刀组件；30、刮刀组件；40、先行刀组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型提供了一种刀盘，请参考图1，包括：刀盘架10，刀盘架10上设有切削面11；滚刀组件20和刮刀组件30，滚刀组件20和刮刀组件30均可拆卸地设置在切削面11上，以用于对岩土进行切削。

本实用新型中的刀盘主要应用在盾构机上，刀盘架设置在盾构机掘进的一端，切削面朝向外侧设置，其中，滚刀组件和刮刀组件均可拆卸地设置在刀盘架的切削面上，这样能够根据不同的岩土以安装不同的刀具对岩土进行切削掘进，滚刀组件适用于土质较硬的岩层，而刮刀组件适用于土质较软的岩层，滚刀组件和刮刀组件可互换安装，通过上述设置解决了现有技术中的盾构机刀盘无法适应软硬复合地层的挖掘的问题。

切削面11为圆形，切削面11包括第二切削区115，滚刀组件20设置在第二切削区115 内，其中，第二切削区115到切削面11中心的距离大于切削面11半径的一半。滚刀组件20 包括多个滚刀，多个滚刀间隔地设置在切削面11上。

本实施例中的刀盘架切削面为圆形，为了适应软硬复合的岩土，滚刀组件的各个滚刀间隔地设置在远离切削面中心的切削面上，即在切削面的外围，刮刀组件中的各个刮刀均布在切削面上，优选地，滚刀的位置距离切削面中心的位置的距离大于切削面半径的一半。

刀盘架10上设有安装孔，刀盘还包括：安装筒组件，滚刀组件20和/或刮刀组件30分别与安装筒组件连接，以通过安装筒组件插设在安装孔内。

本实施例中，为了便于滚刀组件和刮刀组件的互换安装，安装筒组件包括多个安装筒，各个滚刀和刮刀分别通过安装筒卡接在刀盘架的安装孔内，当需要更换刀时，只需要将对应的安装筒拆卸即可，更加方便。

切削面11包括：多个第一安装面板111，多个第一安装面板111环绕刀盘架10间隔地设置；多个第二安装面板112，多个第二安装面板112环绕刀盘架10间隔地设置；其中，第二安装面板112设置在两个相邻的第一安装面板111之间，第二安装面板112沿刀盘架10周向方向的宽度小于第一安装面板111沿述刀盘架10周向方向的宽度。

本实施例中的切削面11为了保证开口率和保证刀盘架的强度，设置在第一安装面板和第二安装面板，多个第一安装面板和多个第二安装面板之间相互交叉的设置在刀盘架上以组成切削面，其中，第一安装面板宽度较宽，第二安装面板较细，能够在保证开口率的情况下支撑起整个刀盘架的强度。

切削面11上设有多个开口槽113，多个开口槽113环绕刀盘架10间隔地设置，其中，多个开口槽113中的至少两个开口槽113之间相互连通。

本实施例中的切削面上设有多个开口槽，其中相邻的第一安装面板和第二安装面板之间设有开口槽，且至少有两个开口槽是相互连通的，以保证土壤及时排出。

切削面11的刀盘开口率为26％至31％。

切削面11包括：第一切削区114，第一切削区114位于切削面11的中心位置，其中，第一切削区114的刀盘开口率为25％至35％；第二切削区115，第二切削区115位于远离切削面 11的中心位置的一侧，其中，第二切削区115的刀盘开口率为25％至35％；第三切削区116，第三切削区116位于第一切削区114和第二切削区115之间，其中，第三切削区116的刀盘开口率为20％至30％。

优选地，整个刀盘的开口率为28.5％，第一切削区114的刀盘开口率为30％，第二切削区 115的刀盘开口率为30％，第三切削区116的刀盘开口率为25％。

刀盘还包括：先行刀组件40，先行刀组件40设置在第二切削区115内，以用于对岩土进行切削，其中，先行刀组件40包括多个先行刀，多个先行刀间隔地设置在第二切削区115内。

本实施例中的刀盘还设有先行刀组件，先行刀组件包括多个先行刀，先行刀位于切削面的第二切削区内，先行刀相比滚刀组件和刮刀组件在切削岩土时更加靠前，即，在切削时，先行刀先与岩土接触并切割，然后再是滚刀组件切割，最后是刮刀组件切割。

本实用新型还提供了一种盾构机，包括刀盘，刀盘为上述的刀盘。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请为解决上现有技术中的盾构机刀盘无法适应软硬复合地层的挖掘的问题，最大限度的减少换刀次数、延长刀盘寿命、提高掘进效率、降低施工风险等，现研发一种常压复合刀盘，刀盘主体采用复合型刀盘，结构为辐条、辐板式结构，具体由6个辐条和辐板组成，辐条为上述的第二安装面板，辐板为上述的第一安装面板，结构分为3大区域：中心刀区域、先行刀区域和滚齿刀区域，中心刀区域为第一切削区114，先行刀区域为第三切削区116，滚齿刀区域为第二切削区115，其中中心刀区域和先行刀区域设有专门的流渣槽。刀盘总体开口率约为28.5％，中刀区域的开口率约为30％，先行刀区域的开口率约为25％，滚齿刀区域的开口率约为30％。其中，刀盘辐条上只在两侧沿径向均匀布设螺栓式刮刀；辐板布设刀具较多，辐板两侧布设有螺栓式刮刀和常压可更换式刮刀，并在中心刀区域辐板上安设常压可更换中心刀，在先行刀区域辐板上安设固定先行刀和常压可更换先行刀，在滚齿刀区域辐板上安设常压可更换滚齿刀。其中，可更换双刃滚刀：15把(边缘3.5米范围)；可更换先行刀： 10把；可更换刮刀：43把；可更换中心刀：10把；固定先行刀：8把；固定刮刀：123把；边缘刮刀：12套(78把)。

采用辐条、辐板复合式刀盘，既可以避免辐板式刀盘开口率太小的问题，又可以弥补辐条式刀盘支撑力度的不足，中心刀区域设置的流渣槽可以大大降低刀盘中心区域由于开口率较小而发生结泥饼的风险，同时滚齿刀区域的开口率较大能够保证盾构的排渣速率。常压可更换刀具均安设在辐条上，一方面可以提高掘进效率，一方面将辐板内空间最大化利用。其中常压可更换刮刀安装在辐板侧面的可更换刀筒上，斜向伸出；常压可更换先行刀安设在刀盘中心位置的辐板上；滚刀和齿刀安设在辐板中心位置，均采用常压可更换设计，并能实现滚齿互换，通过调整滚齿刀的数量，使盾构刀盘能够适应上软下硬复合地层和全断面粉细砂地层等。这种刀盘类型可以兼并辐条式刀盘和辐板式刀盘的优势，中心的流渣槽又可以解决中心开口区域结泥饼的难题；刀具系统配置可以使盾构适应各种复杂的地层条件，通过进行滚刀和齿刀的互换，可以应对不同软硬岩，这对提高施工效率和刀具的使用寿命具有重要作用。

本申请提供了一种常压下软土刀与硬岩刀复合布设更换的常压刀盘，刀盘包括：辐条、辐板、中心刀、先行刀、刮刀、滚刀(齿刀)和流渣槽。其中，辐条为上述的第二安装面板，辐板为上述的第一安装面板，流渣槽为开口槽。

其工作原理是：采用辐条、辐板式复合刀盘，辐条的存在大大提高了刀盘的开口率，提高了渣土的排出效率；辐板可以提供有效的支护压力，并且辐板可以为安设和更换常压可更换刀具提供内部空间；尤其刀盘中心部位采用重型撕裂破岩机理，增加了刀间距，设置了中心流渣槽，增大了刀盘的总开口率，中心流渣槽能够有效解决刀盘中心开口区域的刀盘结泥饼问题。刀具配置上，根据地层条件和刀具破岩机理进行系统地配置。中心刀区域，中心刀用于开挖面中心断面的开挖，起到挤裂和疏松部分土体的作用；先行刀区域，先行刀主要用于刮刀之前先行切削土体，将土体切割分块，为刮刀创造良好的切削条件。滚齿刀区域，双刃滚刀和双刃齿刀可在常压条件下互换，两者因为破岩机理的不同，针对的地层硬度也不同。滚刀是利用刀盘推力和扭矩的作用，使刀刃部分的合金刀片对岩石的挤压力超过岩石本身的抗压强度，将岩石压碎，因此，在开挖地层为硬岩时，多采用滚刀刀具。而在软土层中，由于滚刀和软土之间的摩擦力不足，导致滚刀在挖掘时无法自由滚动，使滚刀的一侧过度磨损，磨损平面增大，失去有效的破岩功能，这时就需要将滚刀更换为齿刀。齿刀是直接对岩体进行剪切破坏从而起到破岩的效果。在软土层中，齿刀和刮刀锋利的刀刃能够高效地切削土体，但在硬岩或耐磨性岩石中，刮刀和齿刀与土体之间的摩擦极大，刀具很快就发生磨损甚至破坏，这时就需要将齿刀更换为滚刀。另外，刮刀作为主要的切削刀，遍布刀盘各个区域，起到切削土体和保护刀盘的作用，上述中心刀、先行刀、刮刀、硬岩滚刀或齿刀均为全轨迹布设，且均可在刀盘臂腔内实现常压更换，尤其滚刀与齿刀可根据掘切削的土质软硬情况实现常压互换作业。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

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实用新型的范围。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授权说明书的一部分。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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

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(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刀盘，其特征在于，包括：

刀盘架(10)，所述刀盘架(10)上设有切削面(11)；

滚刀组件(20)和刮刀组件(30)，所述滚刀组件(20)和所述刮刀组件(30)均可拆卸地设置在所述切削面(11)上，以用于对岩土进行切削。

2.根据权利要求1所述的刀盘，其特征在于，所述切削面(11)为圆形，所述切削面(11)包括第二切削区(115)，所述滚刀组件(20)设置在第二切削区(115)内，其中，所述第二切削区(115)到所述切削面(11)中心的距离大于所述切削面(11)半径的一半。

3.根据权利要求2所述的刀盘，其特征在于，所述滚刀组件(20)包括多个滚刀，多个所述滚刀间隔地设置在所述切削面(11)上。

4.根据权利要求1所述的刀盘，其特征在于，所述刀盘架(10)上设有安装孔，所述刀盘还包括：

安装筒组件，所述滚刀组件(20)和/或所述刮刀组件(30)分别与所述安装筒组件连接，以通过所述安装筒组件插设在所述安装孔内。

5.根据权利要求1所述的刀盘，其特征在于，所述切削面(11)包括：

多个第一安装面板(111)，多个所述第一安装面板(111)环绕所述刀盘架(10)间隔地设置；

多个第二安装面板(112)，多个所述第二安装面板(112)环绕所述刀盘架(10)间隔地设置；其中，所述第二安装面板(112)设置在两个相邻的所述第一安装面板(111)之间，所述第二安装面板(112)沿所述刀盘架(10)周向方向的宽度小于所述第一安装面板(111)沿述刀盘架(10)周向方向的宽度。

6.根据权利要求1所述的刀盘，其特征在于，所述切削面(11)上设有多个开口槽(113)，多个所述开口槽(113)环绕所述刀盘架(10)间隔地设置，其中，多个所述开口槽(113)中的至少两个所述开口槽(113)之间相互连通。

7.根据权利要求6所述的刀盘，其特征在于，所述切削面(11)的刀盘开口率为26％至31％。

8.根据权利要求6所述的刀盘，其特征在于，所述切削面(11)包括：

第一切削区(114)，所述第一切削区(114)位于所述切削面(11)的中心位置，其中，所述第一切削区(114)的刀盘开口率为25％至35％；

第二切削区(115)，所述第二切削区(115)位于远离所述切削面(11)的中心位置的一侧，其中，所述第二切削区(115)的刀盘开口率为25％至35％；

第三切削区(116)，所述第三切削区(116)位于所述第一切削区(114)和所述第二切削区(115)之间，其中，所述第三切削区(116)的刀盘开口率为20％至30％。

9.根据权利要求8所述的刀盘，其特征在于，所述刀盘还包括：

先行刀组件(40)，所述先行刀组件(40)设置在所述第二切削区(115)内，以用于对岩土进行切削，其中，所述先行刀组件(40)包括多个先行刀，多个所述先行刀间隔地设置在所述第二切削区(115)内。

10.一种盾构机，包括刀盘，其特征在于，所述刀盘为权利要求1至9中任一项所述的刀盘。

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