CN212985223U - 一种集成微波的刀盘以及掘进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成微波的刀盘以及掘进装置。刀盘包括可转动的盘体，所述盘体上设有2～5个切削组件，每个切削组件包括分布于同一盘体直径中心的两侧的两个第一切削单元，所述第一切削单元包括沿盘体直径方向间隔排列的多个第一刀具；所述第一刀具优选为单刃滚刀；相邻两个切削组件之间形成安装面，至少在两个以盘体中心对称分布的安装面上设有岩石软化机构的输出端。掘进装置具有上述的刀盘、岩石软化机构、出水机构以及供能机构。本实用新型的刀盘以及掘进装置的结构简单，通过设置特殊排列的刀具以及微波软化装置，显著提升了刀具的利用率以及掘进效率，尤其适合于作为在坚硬岩石路段进行隧道掘进施工的掘进装置的刀盘。

Description

一种集成微波的刀盘以及掘进装置

技术领域

本实用新型属于隧道掘进施工的技术领域，具体而言，涉及刀盘以及掘进装置。

背景技术

隧道施工方法通常有暗挖法和明挖法。其中，明挖法主要适合于人流及车流少、开挖深度低以及开挖土体少的隧道施工。对于明挖法不适用的路段，开发出了一种新型的施工方法，即采用掘进装置进行施工，具有所需人力少、施工速度快的优点。

掘进装置的主要功能部件为刀盘以及驱动刀盘转动的供能机构，其中，刀盘上设有离散分布的多个刀具，在刀盘转动和推进的过程中，刀具对掌子面的土体进行切削破碎，破碎后的碎石土体进入刀盘内部的土仓后通过对应的输送管路排出。

然而，由于传统掘进装置的刀盘布置不合理以及岩石坚硬等因素，导致刀具磨损严重且效率低，掘进极为困难，因此急需一种破岩效果好、使用寿命长的刀盘以及具有该刀盘的掘进装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供刀盘以及掘进装置，以解决现有技术中TBM存在的效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型首先提供了刀盘。该刀盘包括可转动的盘体，所述盘体上设有2～5个切削组件，每个切削组件包括分布于同一盘体直径中心的两侧的两个第一切削单元，所述第一切削单元包括沿盘体直径方向间隔排列的多个第一刀具；所述第一刀具优选为单刃滚刀；

相邻两个切削组件之间形成安装面，至少在两个以盘体中心对称分布的安装面上设有岩石软化机构的输出端。

首先，通过采用多个呈特殊排列方式的第一切削单元，一方面使盘体的受力更加均匀，有助于提升刀具使用效率，降低能耗，另一方面可以使每个第一切削单元承受接近等同的动力，可以对掘进面进行实施修正，有助于控制掘进过程的平稳性；每个第一切削单元具有多个沿盘体直径方向间隔排列的第一刀具，有助于快速地破碎岩石；其中，当每个第一刀具的破岩轨迹不同时，可以进一步提升破岩效率；当切削组件超过5组时，容易导致较多第一刀具的破岩轨迹重合，从而降低利用率；为了使每个第一刀具的破岩轨迹尽可能的不相同，因此每个第一切削单元的第一刀具数量可以相同，也可以不相同。

其次，通过设置岩石软化机构，可以通过软化岩石来降低岩石的抗拉强度以及抗压强度等物理力学性质，从而实现高效率破岩；由于第一切削单元具有优异的切削效果，因此在普通土体结构路段施工时，岩石软化结构可以开启，也可以关闭。

可见，本实用新型的刀盘的结构简单，通过设置特殊排列的第一切削单元以及岩石软化机构，显著提升了刀具的利用率以及掘进效率，尤其适合于作为在坚硬岩石路段进行隧道掘进施工的掘进装置的刀盘。

进一步地是，在刀盘中心处设有第二切削单元，所述第二切削单元包括沿盘体直径方向间隔排列的多个第二刀具；所述第二刀具优选为双刃滚刀。

由此，在中心处采用双刃滚刀，对岩石的作用力更强，破岩效果更好；将双刃滚刀设置于中心处，可以将岩石呈网状破碎成较大的石块，将单刃滚刀设于双刃滚刀的四周，可以将较大的石块进一步破碎成更小的颗粒，不易堵塞输送通道，有助于排出；可见，通过合理布置单刃滚刀和双刃滚刀的位置，显著提升了刀具使用率以及破岩效率。

进一步地是，所述安装面上还设有第三切削单元，所述第三切削单元包括沿盘体直径方向间隔排列的多个第三刀具；所述第三刀具优选为第一刮刀，所述第一刮刀的刃口朝向掌子面。

由此，采用第一刮刀可以进一步缩小破岩颗粒尺寸。

进一步地是，所述第三切削单元设于所述岩石软化机构的外侧。

由此，有助于使第一切削单元、第二切削单元和第二切削单元的作用位置都受到岩石软化机构的充分地软化作用。

进一步地是，所述安装面上还设有第四切削单元，所述第四切削单元包括沿盘体边缘间隔排列的多个第四刀具；所述第四刀具优选为第二刮刀，所述第二刮刀的刃口朝向隧道洞壁。

由此，采用第二刮刀不仅可以进一步缩小破岩颗粒尺寸，而且可以有助于获得平整的隧洞，便于后续施工。

进一步地是，所述岩石软化机构为微波加热机构。

由此，通过微波对岩石进行加热软化，一方面加热效率高，能快速提高岩石温度，使岩石内部的矿物发生反应，另一方面由于岩石内部的矿物的吸波能力不同产生温度梯度，使得岩体内部产生裂缝的生长发育；最终，降低了岩石的抗拉强度以及抗压强度等物理力学性质，使岩石快速软化，从而显著提高了硬岩隧道掘进效率，减少装备以及刀具的磨损程度，缩短工期并减少了工程投资。

进一步地是，所述安装面上还设有出水单元，所述出水单元包括靠近所述第一切削单元设置的出水孔。

由此，通过喷水，可以有效减小施工巷道内的粉尘污染，降低岩石和刀具表面温度，保证破岩后形成的渣土的流动性。

进一步地是，所述切削组件为三组，在四个安装面上设有岩石软化机构的输出端。

由此，具有足够数量的第一刀具，破岩效率高；同时，有助于使各个第一刀具的破岩轨迹不相同，第一刀具的利用率高；设置的四个岩石软化机构与三个切削组件配合，可以达到最优的综合使用效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型其次提供了掘进装置。该掘进装置具有上述的刀盘、岩石软化机构、出水机构以及供能机构。

本实用新型的掘进装置除了具备上述刀盘所带来的刀具利用率高以及破岩效果高的有点之外，一方面通过设置岩石软化机构，可以进一步降低刀具的磨损，提升破岩效率，另一方面通过设置出水机构可以减小施工巷道内的粉尘污染，降低岩石和刀具表面温度，保证破岩后形成的渣土的流动性。可见，本实用新型的掘进装置结构简单，能耗低，使用寿命长，施工速度快，尤其适合于在坚硬岩石路段进行隧道掘进施工。

进一步地是，所述岩石软化机构为微波加热机构，微波加热机构包括变压器和微波转化器，所述微波转化器的输出端设于盘体上。

由此，岩石软化机构的结构简单，能耗低，对现有掘进装置进行简单地改造即可使用，实用性强。

进一步地是，所述出水机构包括蓄水器、水泵、水管以及出水单元，所述出水单元设于盘体上。

由此，出水机构的结构简单，能耗低，对现有掘进装置进行简单地改造即可使用，实用性强。

综上可知，与现有技术相比，本实用新型的刀盘以及应用该刀盘的掘进装置具有明显更高破岩效率以及寿命，即使在坚硬岩石路段也能高效地掘进施工，可以显著缩短工期，节约成本。

显然，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例1的掘进装置的结构示意图.

图2为实用新型本实施例1的刀盘的结构示意图。

图3为实用新型本实施例2的刀盘的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

100：刀盘；

110：盘体；

200：土仓；

300：输送管道；

410：变压器；

420：微波转化器；

510：蓄水器；

520：水泵；

530：水管；

540：出水孔；

550：阀门；

560：流量计；

600：供能机构；

710：第一切削单元；

711：单刃滚刀；

720：第二切削单元；

721：双刃滚刀；

730：第三切削单元；

731：第一刮刀；

740：第四切削单元；

741：第二刮刀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

实施例1

图1为本实施例的掘进装置的结构示意图，图2为本实施例的刀盘的结构示意图。

如图1所示，所述掘进装置包括刀盘100、岩石软化机构、出水机构以及供能机构600；其中

刀盘100在供能机构600的作用下推进和转动，经刀盘100破碎后的土渣从刀盘100上的进料口进入土仓200，然后从输送管道300输送至掘进装置后方排出。

如图2所示，刀盘100包括可转动的盘体110，在所述盘体110上设有两个切削组件，每个切削组件包括分布于同一盘体110直径中心的两侧的两个第一切削单元710，所述第一切削单元710包括沿盘体110直径方向间隔排列的多个第一刀具；所述第一刀具为单刃滚刀711；相邻两个切削组件之间形成安装面，在两个以盘体110中心对称分布的安装面上设有岩石软化机构的输出端。

在刀盘100中心处设有第二切削单元720，所述第二切削单元720包括沿盘体110直径方向间隔排列的多个第二刀具；所述第二刀具为双刃滚刀721。

所述安装面上还设有第三切削单元730，所述第三切削单元730包括沿盘体110直径方向间隔排列的多个第三刀具；所述第三刀具为第一刮刀731，所述第一刮刀731的刃口朝向掌子面；所述第三切削单元730设于所述岩石软化机构的外侧。

所述安装面上还设有第四切削单元740，所述第四切削单元740包括沿盘体110边缘间隔排列的多个第四刀具；所述第四刀具优选为第二刮刀741，所述第二刮刀741的刃口朝向隧道洞壁。

所述双刃滚刀721和单刃滚刀711的高度高于第一刮刀731和第二刮刀741的高度，由此保证第一刮刀731和第二刮刀741在硬岩掘进过程中不会损坏严重，延长第一刮刀731和第二刮刀741的使用寿命。

所述岩石软化机构为微波加热机构，微波加热机构包括与供能机构600连接的变压器410和微波转化器420，所述微波转化器420的输出端设于盘体110上；所述的微波转化器420优选采用将直流电或50Hz交流电转化为微波的器件，例如半导体器件和电真空器件，其中，电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之为电子管；能产生大功率微波能量的电真空器件有磁控管、多腔速调管、微波三、四极管、行波管等。

所述出水机构包括蓄水器510、水泵520、水管530以及出水单元，所述出水单元包括靠近所述第一切削单元710设置的出水孔540，所述水泵520与供能机构600连接；在水管530上设有阀门550和流量计560，用于对出水孔540的出水量进行控制。

实施例2

图3为本实施例的刀盘的结构示意图。

与实施例1相比，本实施例的刀盘以及掘进装置具有的区别是：如图2所示，在所述盘体110上设有三个切削组件，在四个两两以盘体110中心对称分布的安装面上设有岩石软化机构的输出端。

Claims (14)

1.刀盘，包括可转动的盘体(110)，其特征在于：

所述盘体(110)上设有2～5个切削组件，每个切削组件包括分布于同一盘体(110)直径中心的两侧的两个第一切削单元(710)，所述第一切削单元(710)包括沿盘体(110)直径方向间隔排列的多个第一刀具；

相邻两个切削组件之间形成安装面，至少在两个以盘体(110)中心对称分布的安装面上设有岩石软化机构的输出端。

2.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：在刀盘(100)中心处设有第二切削单元(720)，所述第二切削单元(720)包括沿盘体(110)直径方向间隔排列的多个第二刀具。

3.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：所述安装面上还设有第三切削单元(730)，所述第三切削单元(730)包括沿盘体(110)直径方向间隔排列的多个第三刀具。

4.如权利要求3所述的刀盘，其特征在于：所述第三切削单元(730)设于所述岩石软化机构的外侧。

5.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：所述安装面上还设有第四切削单元(740)，所述第四切削单元(740)包括沿盘体(110)边缘间隔排列的多个第四刀具。

6.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：所述岩石软化机构为微波加热机构。

7.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：所述安装面上还设有出水单元，所述出水单元包括靠近所述第一切削单元(710)设置的出水孔(540)。

8.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：所述切削组件为三组，在四个安装面上设有岩石软化机构的输出端。

9.如权利要求1所述的刀盘，其特征在于：所述第一刀具为单刃滚刀(711)。

10.如权利要求2所述的刀盘，其特征在于：所述第二刀具为双刃滚刀(721)。

11.如权利要求3所述的刀盘，其特征在于：所述第三刀具为第一刮刀(731)，所述第一刮刀(731)的刃口朝向掌子面。

12.如权利要求5所述的刀盘，其特征在于：所述第四刀具为第二刮刀(741)，所述第二刮刀(741)的刃口朝向隧道洞壁。

13.掘进装置，其特征在于：

具有权利要求1-12之一所述的刀盘(100)；

掘进装置还具有岩石软化机构、出水机构以及供能机构(600)。

14.如权利要求13所述的掘进装置，其特征在于：

所述岩石软化机构为微波加热机构，微波加热机构包括变压器(410)和微波转化器(420)，所述微波转化器(420)的输出端设于盘体(110)上；

所述出水机构包括蓄水器(510)、水泵(520)、水管(530)以及出水单元，所述出水单元设于盘体(110)上。

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