CN216381398U - 一种冲击复合破岩刀盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于隧道掘进机技术领域；具体说是涉及一种冲击复合破岩刀盘，主要是为了提供一种深层破岩掘进使用的破岩复合刀具，在挤压破岩的同时满足剪切拉伸破岩的要求，通过预先开挖中心导洞的方式，加速破岩进度，极大的降低破岩的施工能耗，提高隧道开挖的施工效率；该冲击复合破岩刀盘，包括复合式刀头，该复合式刀头主要由在刀头前部设置的滚刀系统和刀头后部设置的切刀系统组成，其中滚刀系统用于岩石中心导洞的开挖挤压破碎过程，切刀系统用于岩石中心导洞的剪切扩挖施工过程；该新型结构设计的破岩复合刀具，不但满足挤压破岩的同时满足剪切拉伸破岩的要求，同时可进行偏心震荡切割，增加破岩功效，降低施工能耗。

Description

一种冲击复合破岩刀盘

技术领域

本实用新型属于隧道掘进机技术领域；具体说是涉及一种冲击复合破岩刀盘。

背景技术

传统的全断面隧道掘进机在开挖过程中主要是通过刀盘上的滚刀垂直挤压掌子面进行掘进，破岩原理是滚刀借助刀盘强大的推力破坏岩石的单轴抗压强度而贯入岩石，迫使岩石形成裂隙，裂隙与裂隙贯通后形成破碎块而脱落。然而这种结构设置的刀盘不仅功耗大，而且随着岩石单轴抗压强度的增大功耗不断大增，破岩越来越困难。随着我国隧道及地下工程建设的高速发展，尤其是川藏线工程的启动，掘进机向深部岩体掘进，面临的岩石强度逐渐增加，岩石抗压强度普遍超过100MPa，使得滚刀刀具进行破岩不但磨损严重，而且崩刃频繁，极大的影响了正常的施工工期，提高了工程建设成本。

CN208619111U提出了一种掘进机硬岩截割装置及掘进机，包括刀盘截割组件，其前端固定连接所述刀盘截割组件的悬臂段，铰接掘进机主机的伸缩段，连接在所述悬臂段与所述伸缩段之间的悬臂段伸缩段连接部，用于调节安装在悬臂段上的刀盘截割组件切入角度并将伸缩段的截割动力传递给所述悬臂段。通过控制刀片切割岩石的角度，破坏岩石的抗拉强度来实现破岩的目的。盘形刀盘截割组件发挥效用的前提是掌子面实时提供台层状的临空面，每一进尺掘进完成后，无论是直立的还是弧形的掌子面几乎都是内壁光滑，需要利用刀盘截割组件斜切挤压破岩，对刀具磨损较为严重。

CN110529139B提出了一种硬岩刀盘和包括该刀盘的悬臂掘进机，该硬岩刀盘包括锥形的刀盘主结构，刀盘主结构包括头部、辐条和法兰，头部与辐条连接，辐条与法兰连接，头部和辐条上设有可拆卸的刀具，该悬臂掘进机包括上述硬岩刀盘。刀盘结构受力更加均匀，抵抗变形和破坏的能力较强，能承受大推力、高转速等掘进工况；刀盘采用整板加工或钢板焊接而成，整体强度刚度更好；刀具采用端盖坐落于刀座安装面的形式，能够提升破岩效率；刀盘中心滚刀能够在刀盘摆动切削时进行缩回，有效避免中心滚刀出现偏磨、崩刃等异常损坏问题；滚刀和齿刀刀具的互换安装，既能开挖软土，也能扩挖硬岩；刀盘上下左右摆动，可以开挖圆形和异形断面。锥形刀盘不管是正向推进还是斜向推进，都是利用滚刀的挤压破岩机理，无法有效利用岩石的抗拉和抗剪性能。

因此提供一种深层破岩掘进使用的复合破岩刀盘就显得的非常的必要。

发明内容

本实用新型的发明目的：

主要是为了提供一种深层破岩掘进使用的复合破岩刀盘，在挤压破岩的同时满足剪切拉伸破岩的要求，通过预先开挖中心导洞的方式，加速破岩进度，极大的降低破岩的施工能耗，提高隧道开挖的施工效率，降低施工企业的施工成本，提高企业的经济效益。

本实用新型的技术方案为：

提供了一种冲击复合破岩刀盘，包括复合式刀头，该复合式刀头主要由在刀头前部设置的滚刀系统和刀头后部设置的切刀系统组成，其中滚刀系统用于岩石中心导洞的开挖挤压破碎过程，切刀系统用于岩石中心导洞的剪切扩挖施工过程。

所述的复合式刀头为一体化刀头结构，复合式刀头的后端部设置为梯形结构的刀具安装座，在刀具安装座上设置有环向结构的安装槽，切刀系统安装设置在安装槽内。

所述的刀具安装座为等腰梯形结构。

所述的安装槽在刀具安装座上呈阶梯型布置，后端设置的安装槽高度大于前端设置的安装槽高度，安装槽在刀具安装座上至少设置为2层，在每一层安装槽内均设置有环形切刀，多层设置的环形切刀组成切刀系统。

在每一层安装槽内设置的环形切刀由多个环形切刀段组成，环形切刀段通过螺栓连接或焊接与刀具安装座固定连接。

所述的环形切刀段在每一层安装槽内设置为圆形结构或类圆形结构或偏心圆结构，用于切刀系统的偏心冲击施工。

所述的环形切刀的刀刃上按圆周等分均布设置有聚晶金刚石凸起。

在复合式刀头上连接设置有驱动电机，用于给复合式刀头提供动力驱动，在复合式刀头上还设置有连接芯轴，连接芯轴与掘进设备相连接。

所述的滚刀系统包括中心滚刀和边滚刀。

所述的中心滚刀和边滚刀的刀刃上设置有聚晶金刚石凸起。

本实用新型的有益效果是：

（1）该新型结构设计的复合刀具，充分利用滚刀的挤压破岩性能和环形切刀剪切破岩性能，中心滚刀预先开挖中心导洞，利用环形切刀侧向剪切岩石，破岩能耗低、开挖速度快。

（2）环形切刀通过多层布置，扩大中心导洞，同时创造更多的临空面。

（3）环形切刀采用分块分段布置，不但方便拆卸更换刀具，而且可组合拼装成不同圆滑形状，进行偏心震荡切割，增加对侧向岩石冲击力，破岩更快速。

附图说明

图1为本实用新型的复合破岩刀盘的结构示意图；

图2为本实用新型的复合破岩刀盘的侧视结构示意图一；

图3为本实用新型的复合破岩刀盘的侧视结构示意图二；

图4为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图一；

图5为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图二；

图6为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图三；

图7为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图四；

图8为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图五；

图9为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图六；

图10为本实用新型的复合破岩刀盘的施工工艺示意图七。

图中；1为复合式刀头；2为滚刀系统；3为切刀系统；4为刀具安装座；5为安装槽；6为环形切刀段；7为聚晶金刚石凸起；8为驱动电机；9为连接芯轴；10为中心滚刀；11为边滚刀；12为岩层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做出详细的描述。

如图1～10所示，提供了一种冲击复合破岩刀盘，包括复合式刀头1，该复合式刀头主要由在刀头前部设置的滚刀系统2和刀头后部设置的切刀系统3组成，其中滚刀系统用于岩石中心导洞的开挖挤压破碎过程，切刀系统用于岩石中心导洞的剪切扩挖施工过程。

所述的复合式刀头为一体化刀头结构，复合式刀头的后端部设置为梯形结构的刀具安装座4，在刀具安装座上设置有环向结构的安装槽5，切刀系统安装设置在安装槽内。采用一体化结构设置的刀头结构，保证了复合刀具在使用过程中的紧凑装配性能，在刀头结构的前端设置滚刀系统，在后端设置梯形结构的刀具安装座，在安装座上设置环形安装槽，安装槽内设置环形切刀，环形切刀组成切刀系统，在挤压破岩的同时可紧跟完成剪切扩挖破岩工艺过程，不但增加了施工工艺的衔接性，而且极大的降低了刀具的制造加工成本，增加了刀具在狭小环境下的使用性能。

所述的刀具安装座为等腰梯形结构，等腰梯形结构设计的刀具安装座便于切刀系统的加工装配，同时为了提高环形切刀系统的剪切扩挖范围，避免开挖过程中盲区的出现，也可设置为非等腰梯形结构的刀具安装座结构，提高该复合刀具的适用性能。

所述的安装槽在刀具安装座上呈阶梯型布置，后端设置的安装槽高度大于前端设置的安装槽高度，安装槽在刀具安装座上至少设置为2层，在每一层安装槽内均设置有环形切刀，多层设置的环形切刀组成切刀系统；采用多层间隔布置的环形结构结构，满足剪切破岩需要，形成台层状环形切刀系统。

在每一层安装槽内设置的环形切刀由多个环形切刀段6组成，环形切刀段通过螺栓连接或焊接与刀具安装座固定连接；便捷组装拆卸，便于后期更换刀具。

所述的环形切刀段在每一层安装槽内设置为圆形结构或类圆形结构或偏心圆结构，用于切刀系统的偏心冲击施工；设置为类圆形、偏心圆结构或三角形结构的环形切刀结构，由于冲击施工过程中刀具安装中心与刀具结构的中心不重合，在破岩的过程中，可产生旋转震荡冲击，提高侧向剪切破岩冲击力。

所述的环形切刀的刀刃上按圆周等分均布设置有聚晶金刚石凸起7；聚晶金刚石凸起可提高刀具的破岩性能，进一步提高刀具的使用寿命。

在复合式刀头上连接设置有驱动电机8，用于给复合式刀头提供动力驱动，在复合式刀头上还设置有连接芯轴9，连接芯轴与掘进设备相连接；连接芯轴可与TBM隧道掘进机或悬臂掘进机等大型隧道开挖设备相连，满足复合刀具的安装使用要求。

所述的滚刀系统包括中心滚刀10和边滚刀11。

所述的中心滚刀和边滚刀的刀刃上设置有聚晶金刚石凸起7。

该复合破岩刀盘使用过程中充分利用滚刀的挤压破岩性能和环形切刀剪切破岩性能，滚刀系统预先开挖中心导洞，切刀系统在滚刀系统破岩的同时正面扩大中心导洞，增加洞内临空面，侧向剪切岩层12，完成围岩开挖，整体破岩能耗低、开挖速度快；施工中滚刀系统进一步推进和转动，切刀系统接触岩石，挤压致使裂纹扩展，岩屑从洞内临空面剥落，直至中心导洞扩挖完成。刀盘沿着中心导洞周边剪切开挖，环形切刀斜向切削岩壁，直至一进尺开挖完成，同时利用刀盘完成整个断面的清理和修饰工作。

Claims (10)

1.一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：包括复合式刀头，该复合式刀头主要由在刀头前部设置的滚刀系统和刀头后部设置的切刀系统组成，其中滚刀系统用于岩石中心导洞的开挖挤压破碎过程，切刀系统用于岩石中心导洞的剪切扩挖施工过程。

2.根据权利要求1所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的复合式刀头为一体化刀头结构，复合式刀头的后端部设置为梯形结构的刀具安装座，在刀具安装座上设置有环向结构的安装槽，切刀系统安装设置在安装槽内。

3.根据权利要求2所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的刀具安装座为等腰梯形结构。

4.根据权利要求2或3所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的安装槽在刀具安装座上呈阶梯型布置，后端设置的安装槽高度大于前端设置的安装槽高度，安装槽在刀具安装座上至少设置为2层，在每一层安装槽内均设置有环形切刀，多层设置的环形切刀组成切刀系统。

5.根据权利要求4所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：在每一层安装槽内设置的环形切刀由多个环形切刀段组成，环形切刀段通过螺栓连接或焊接与刀具安装座固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的环形切刀段在每一层安装槽内设置为圆形结构或类圆形结构或偏心圆结构，用于切刀系统的偏心冲击施工。

7.根据权利要求4所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的环形切刀的刀刃上按圆周等分均布设置有聚晶金刚石凸起。

8.根据权利要求1所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：在复合式刀头上连接设置有驱动电机，用于给复合式刀头提供动力驱动，在复合式刀头上还设置有连接芯轴，连接芯轴与掘进设备相连接。

9.根据权利要求1所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的滚刀系统包括中心滚刀和边滚刀。

10.根据权利要求9所述的一种冲击复合破岩刀盘，其特征在于：所述的中心滚刀和边滚刀的刀刃上设置有聚晶金刚石凸起。

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