CN212508324U - 边缘滚刀刀圈及含其的边缘滚刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隧道掘进滚刀设备，特别涉及一种边缘滚刀刀圈及含其的边缘滚刀，刀圈与刀毂连接，并通过设置在刀毂上的挡圈限制刀圈左右位移，所述刀圈呈环形结构的刀圈本体，刀圈本体刃口中心线与竖直垂面呈夹角a设置，形成偏转刀圈结构，以使偏转刀圈刃口中心线与中心滚刀整刀中心线偏转a角度。本实用新型采用边缘滚刀刀圈形成替代中心滚刀的正弦切割边缘滚刀，使得刀圈呈正弦路线切割岩石，不易产生偏磨情况；滚刀可根据开挖直径联成螺纹滚刀组，更易破碎产生裂纹；刀圈结构无需对原有刀盘进行改造，即可正常掘进小转弯隧道，延长换刀周期，减少能源损耗，节约施工成本，具有较强的推广应用价值。

Description

边缘滚刀刀圈及含其的边缘滚刀

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进滚刀设备，特别涉及一种边缘滚刀刀圈及包含该边缘滚刀刀圈的用于适应隧道小转弯半径的边缘滚刀。

背景技术

随着各类引水、铁路、公路建设的需求，越来越多山体隧道工程开始建设。用硬岩掘进机（TBM）进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、速度快、安全系数高及一次成洞等特点。但常规硬岩掘进机（TBM）设计要求一般的转弯半径一般在500米以上，很多抽水蓄能发电项目设计的小的转弯隧道限制了TBM在该领域的使用。主要原因之一为滚刀作为掘进机的牙齿，在TBM掘进小转弯隧道过程中， TBM需要转动角度巨大，在小转弯过程中，远离转弯中心的转弯外侧滚刀的贯入度远大于转弯内侧的贯入度才能实现转弯，而贯入度与受力是正相关，也就是要求刀盘偏载才能实现转弯。常规设计的中心刀在掘进硬岩的过程中，由于中心滚刀转速低，但当隧道在小转弯过程中刀圈刃口受力不均，偏向一侧；容易将刀圈刃口磨成边缘滚刀与洞壁有较大的接触角，容易造成滚刀偏磨，导致滚刀失效，特别是部分小转弯半径隧道，滚刀极易异常磨损失效，刀圈消耗较大，导致工期延误，影响掘进效率，提高了隧道掘进成本。

发明内容

为此，本实用新型提供一种边缘滚刀刀圈及包含该边缘滚刀刀圈的用于适应隧道小转弯半径的边缘滚刀，结构简单，设计科学、合理，适应性强，有效提高隧道掘进施工效率，并降低施工成本。

按照本实用新型所提供的设计方案，一种边缘滚刀刀圈，包含呈环形结构的刀圈本体，刀圈本体中心线朝向刀盘中心一侧与竖直垂面呈夹角a，刀圈本体外侧与竖直垂面呈夹角b设置，且夹角a大于b，以形成偏刃刀圈结构。

作为本实用新型边缘滚刀刀圈，进一步地，刀圈本体两个外侧面分别通过洗消、车削形成相互平行且与竖直垂面呈夹角b的结构。

作为本实用新型边缘滚刀刀圈，进一步地，夹角a大小依据隧道转弯半径设定。

进一步地，本实用新型还提供一种适应隧道小转弯半径的边缘滚刀，包含刀圈、刀毂、轴承、轴承圈、挡圈和端盖，刀圈与刀毂连接，并通过设置在刀毂上的挡圈限制刀圈左右位移，所述刀圈采用上述的边缘滚刀刀圈，以使偏转刀圈刃口中心线与中心滚刀整刀中心线偏转a角度。

作为本实用新型边缘滚刀，进一步地，多个边缘滚刀并联安装在盾构机刀箱中，且每个边缘滚刀刀圈刃口偏斜方向一致，并使每个滚刀刀盘与待破岩面呈夹角a。

作为本实用新型边缘滚刀，进一步地，多个并联安装的边缘滚刀形成螺纹型滚刀组。

作为本实用新型边缘滚刀，进一步地，所述端盖包含上端盖和下端盖；上、下端盖之间设置有用于安装刀毂和轴承的环形腔体，刀毂和轴承依次固定于环形腔体内；上、下端盖之间通过连接螺栓连接紧固。

作为本实用新型边缘滚刀，进一步地，轴承圈包含轴承内圈和轴承外圈，轴承外圈固定于刀毂和轴承之间，轴承内圈固定于轴承和下端盖之间。

作为本实用新型边缘滚刀，进一步地，上、下端盖之间还设置有O型密封圈；轴承外圈、轮毂和端盖之间还设置有密封，轮毂和轴承外圈之间设置有O型圈，轴承内圈之间设置有隔圈；油塞设置于上端盖上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单，设计新颖、合理，针对小转弯半径隧道，通过改进刀圈结构，盾构机在施工过程中滚刀刀圈形成正弦切割路线，以使在转弯过程中保证刀圈刃口受力方向与刃口方向一致，滚刀不易产生偏磨情况；多个滚刀可并联形成螺纹型滚刀组，相互作用下呈螺纹模式切割岩石；滚刀安装结构可以不变动，无需对原有刀盘进行改造，即可实现本实用新型中偏转刀圈的组装固定，大大的降低掘进小转弯隧道成本，减少换刀次数，提高施工效率，具有较强的推广应用价值。

附图说明：

图1为实施例中滚刀刀圈示意图；

图2为实施例中边缘滚刀示意图；

图3为实施例中边缘滚刀剖面示意图；

图4为实施例中边缘滚刀破碎岩石路线示意图；

图5为实施例中螺旋滚刀组刀圈工作状态示意图。

图中标号，标号1代表连接螺栓，标号2代表O型密封圈，标号3代表上端盖，标号4代表油塞，标号5代表密封，标号6代表刀毂，标号7代表挡圈，标号8代表偏转刀圈，标号9代表O型圈，标号10代表轴承外圈，标号11代表隔圈，标号12代表轴承内圈，标号13代表下端盖，标号14代表待破岩面，标号15代表刀箱。

具体实施方式：

下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。

现有刀圈在小转弯半径隧道中受力不均容易偏磨失效，使用寿命较短，无法满足实际使用需求；采用常规方式加工新刀圈，需要使用高精度数控车床，成本较高，且加工周期长；滚刀结构变动会导致盾构机/TBM刀盘改变，对于已有盾构机/TBM需要进行更改，增加了成本和工期。为此，本实用新型实施例，参见图1~5所示，提供一种适应隧道小转弯半径的边缘滚刀，包含：刀圈8、刀毂6、轴承、轴承圈、挡圈7和端盖，刀圈8与刀毂6连接，并通过设置在刀毂6上的挡圈7限制刀圈8左右位移；其中，刀圈8的滚刀刀圈，参见图1所示，包含呈环形结构的刀圈本体，刀圈本体中心线朝向刀盘中心一侧与竖直垂面呈夹角a，刀圈本体外侧与竖直垂面呈夹角b设置，且夹角a大于b，形成偏转刀圈结构，以使偏转刀圈刃口中心线与中心滚刀整刀中心线偏转a角度。

针对小转弯半径隧道，本实用新型实施例中，通过改进刀圈结构，以使在转弯过程中保证刀圈刃口受力方向与刃口方向一致，滚刀不易产生偏磨情况；滚刀在破岩时呈“正弦”路线切割岩石如图4所示，滚刀刀圈在破岩时增大了辐射范围；随着转弯的进行，刀圈不会按照原“正弦”轨迹运动，避免能量损失。滚刀安装结构可以不变动，无需对原有刀盘进行改造，即可实现本实用新型中偏转刀圈的组装固定，适应性强，能够节约成本，提高效率。

进一步地，环形结构的刀圈本体两个侧端面分别通过洗消、车削形成相互平行且与竖直垂面呈夹角a的结构。进一步地，夹角a大小依据隧道转弯半径设定。转弯半径越小，角度越大；转弯半径越大，角度越小。刀圈刃口偏转后，偏转位置受力更大，基体也更厚，能够抵消一部分受力，保证刀圈受力接近左右一致，防止刀圈发生一侧受力过大而导致刀圈偏磨导致滚刀失效。

作为本实用新型实施例中的中心滚刀，进一步地，多个边缘滚刀并联安装在盾构机刀箱中，且每个中心滚刀刀圈刃口偏斜方向一致，并使每个滚刀刀盘与待破岩面呈夹角a。滚刀可根据开挖直径联成螺纹滚刀组，螺纹滚刀组更易破碎产生裂纹。

本实用新型实施例中的边缘滚刀可作为正弦切割滚刀，安装于常规中心刀箱中，无需对现有刀盘安装部件进行改进。如图4和5所示，使用时，多把正弦切割滚刀并联使用，位于盾构机刀盘中心，滚刀刀刃偏斜方向一致，形成螺纹滚刀组，正弦切割滚刀刀圈相互协助形成螺纹破岩。

作为本实用新型实施例中的边缘滚刀，进一步地，所述端盖包含上端盖3和下端盖13；上、下端盖之间设置有用于安装刀毂6和轴承的环形腔体，刀毂6和轴承依次固定于环形腔体内；上、下端盖之间通过连接螺栓1连接紧固。进一步地，上、下端盖之间还设置有O型密封圈2。进一步地，轴承圈包含轴承内圈12和轴承外圈10，轴承外圈10固定于刀毂6和轴承之间，轴承内圈12固定于轴承和下端盖13之间。进一步地，轴承外圈10、轮毂和端盖之间还设置有密封5，轮毂和轴承外圈10之间设置有O型圈9，轴承内圈12之间设置有隔圈11；油塞4设置于上端盖3上。通过上述结构，保证各部件之间的安装定位，实现滚刀密封性能良好和可拆卸套装。

盾构机刀箱中安装有至少一个滚刀，且滚刀的刀圈采用上述的边缘滚刀刀圈的结构；施工过程中，滚刀压在岩石表面，移动滚刀，刀圈在岩石上形成正弦切割路线，如图4和5所示，滚刀刀圈在破岩时增大辐射范围；随着转弯的进行，刀圈不会按照原“正弦”轨迹运动，避免能量损失，提高施工质量和效率。

本实用新型实施例中，通过控制刀圈刃口偏转角度使转弯过程中刀圈刃口受力方向与刃口方向一致，能够防止滚刀受力不均偏磨；通过工装结构进行加工，使得普通车床即可加工该新型刀圈，节省了加工成本和时间；可不改变滚刀原有安装结构，无需对原有刀盘进行改造，能够适应已出厂和老式盾构/TBM，适应性强，能根据不同转弯半径进行针对性组装固定。

本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本实用新型的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本实用新型理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本实用新型提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种边缘滚刀刀圈，包含呈环形结构的刀圈本体，其特征在于，刀圈本体中心线朝向刀盘中心一侧与竖直垂面呈夹角a，刀圈本体外侧与竖直垂面呈夹角b设置，且夹角a大于b，以形成偏刃刀圈结构。

2.根据权利要求1所述的边缘滚刀刀圈，其特征在于，刀圈本体两个外侧面分别通过洗消、车削形成相互平行且与竖直垂面呈夹角b的结构。

3.根据权利要求1或2所述的边缘滚刀刀圈，其特征在于，夹角a大小依据隧道转弯半径设定。

4.一种边缘滚刀，包含刀圈、刀毂、轴承、轴承圈、挡圈和端盖，其特征在于，刀圈与刀毂连接，并通过设置在刀毂上的挡圈限制刀圈左右位移，所述刀圈采用权利要求1~3任一项所述的边缘滚刀刀圈，以使偏转刀圈刃口中心线与中心滚刀整刀中心线偏转a角度。

5.根据权利要求4所述的边缘滚刀，其特征在于，多个边缘滚刀并联安装在盾构机刀箱中，且每个边缘滚刀刀圈刃口偏斜方向一致，并使每个滚刀刀盘与待破岩面呈夹角a。

6.根据权利要求5所述的边缘滚刀，其特征在于，多个并联安装的边缘滚刀形成螺纹型滚刀组。

7.根据权利要求4所述的边缘滚刀，其特征在于，所述端盖包含上端盖和下端盖；上、下端盖之间设置有用于安装刀毂和轴承的环形腔体，刀毂和轴承依次固定于环形腔体内；上、下端盖之间通过连接螺栓连接紧固。

8.根据权利要求7所述的边缘滚刀，其特征在于，轴承圈包含轴承内圈和轴承外圈，轴承外圈固定于刀毂和轴承之间，轴承内圈固定于轴承和下端盖之间。

9.根据权利要求8所述的边缘滚刀，其特征在于，上、下端盖之间还设置有O型密封圈；轴承外圈、轮毂和端盖之间还设置有密封，轮毂和轴承外圈之间设置有O型圈，轴承内圈之间设置有隔圈；油塞设置于上端盖上。

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