CN216518005U - 一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈，解决了现有镶齿刀圈性能差且造价高的技术问题。本实用新型包括包括刀圈基体及设置在刀圈基体上的刀齿，刀齿为高速钢刀齿，刀圈基体上设置有合金孔，刀齿的底部设置在合金孔内，刀齿与合金孔之间通过熔化焊接结构相连，刀齿伸出合金孔的长度小于刀齿的底部的半径。采用上述技术方案的成本低，在滚刀破岩过程中，高速钢刀齿先与岩石接触，高速钢刀齿硬度在HRC65以上，可以有效的降低自身的磨损，保护刀圈基体不被磨损；高速钢刀齿冲击韧性良好，可以减少使用过程中刀齿的崩裂失效；同时，高速钢刀齿与刀圈基体为冶金结合，在保证冲击韧性良好的前提下有效避免刀齿脱落，对刀圈基体形成长久有效的保护。

Description

一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进用滚刀的技术领域，特别是指一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈。

背景技术

盾构机依靠安装在刀盘上的滚刀进行破岩，施工过程中，滚刀的刀圈与岩石或者砂土接触并产生强烈的相互作用，刀圈不断损耗，当损耗到失效临界条件时，必须对刀圈进行更换，频繁更换刀圈，降低了施工效率；为了降低换刀频率，若使用昂贵的刀圈，则会增加施工成本。目前，为了保证施工效率，在一些施工地质环境中大量使用镶齿刀圈，即在刀圈上设置刀齿。

现有镶齿滚刀的刀齿材质为硬质合金或PCD聚晶金刚石复合片，存在如下问题：①刀齿韧性差，在盾构施工的复杂工况中，容易崩裂失效；②刀齿与刀圈基体的结合强度低，在使用过程中刀齿容易脱落；③刀齿制作成本高，而刀圈又是一种易耗件，极大增加了施工成本。

如授权公告日为2011.01.26、授权公告号为CN101633110B的中国发明专利所公开的一种刀圈制造工艺，通过刀圈毛坯成型，刀圈加工成孔，硬质合金齿加工，硬质合金镶嵌于刀圈基体内，获得一种镶嵌硬质合金齿刀圈。该技术方案存在如下不足：①硬质合金刀齿与刀圈基体是通过镶嵌方式组合，无其他加强连接的结构，在刀圈旋转工作的过程中硬质合金刀齿容易脱落；②硬质合金齿虽然硬度高，但韧性较差，容易出现崩裂的现象；③硬质合金齿制造成本高，而刀圈又是一种易耗件，用量大，会造成生产成本的大幅增加。

如公开日为2019.04.05、公开号为CN109576450A的中国发明专利申请所公开的一种刀轮刀圈的热熔镶齿及处理方法，包括刀圈本体和合金齿，刀圈本体和合金齿均由C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni按比例熔炼获得，两者成分一致，经过锻造、机加工和热处理后，通过银钎料钎焊的方式实现刀齿和刀圈基体的连接；合金齿包括上体和下体，上体形状为正四棱锥。该技术方案存在以下不足：①刀齿与刀圈基体是通过银钎料进行连接，银钎料十分昂贵，增加成本，钎焊过程复杂，制造效率低，并且钎焊的连接强度低；②刀齿形状复杂，加工成本高；③合金齿制造成本高且韧性低、易崩裂。

如授权公告日为2012.10.03、授权公告号为CN202467853U的中国实用新型专利所公开的一种新型镶齿滚刀刀圈，基体为环形，刃口上按圆周等分设置合金孔，在合金孔内焊接PCD刀粒。该技术方案存在以下不足：①PCD聚晶金刚石硬度虽然高，但是韧性特别差，易崩裂；②PCD刀粒制造成本高。

如授权公告日为2016.04.06、授权公告号为CN205135638U的中国实用新型专利所公开的一种高耐磨性盾构机滚刀，刀圈表面均匀开设有若干垂直于刀圈外表面的凹槽，凹槽内嵌入固定有耐磨片，耐磨片为聚晶金刚石或聚晶金刚石复合片。该技术方案存在以下不足：①聚晶金刚石硬度虽然高，但是韧性特别差；②聚晶金刚石复合片由位于下部的硬质合金衬底层和位于上部的聚晶金刚石层构成，硬质合金和聚晶金刚石的韧性均较低；③聚晶金刚石或聚晶金刚石复合片制造成本高。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈，解决了现有镶齿刀圈性能差且造价高的技术问题。

本申请的技术方案是这样实现的：一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈，包括刀圈基体及设置在刀圈基体上的刀齿，所述刀齿为高速钢刀齿，所述刀圈基体上设置有合金孔，刀齿的底部设置在合金孔内，刀齿与合金孔之间通过熔化焊接结构相连，刀齿伸出合金孔的长度小于刀齿的底部的半径。采用上述技术方案的成本低，在滚刀破岩过程中，高速钢刀齿先与岩石接触，高速钢刀齿硬度在HRC以上，可以有效的降低自身的磨损，保护刀圈基体不被磨损；高速钢刀齿冲击韧性良好，可以减少使用过程中刀齿的崩裂失效；同时，高速钢刀齿与刀圈基体为冶金结合，在保证冲击韧性良好的前提下有效避免刀齿脱落，对刀圈基体形成长久有效的保护。

进一步地，所述熔化焊接结构包括周向部分和径向部分，周向部分设置在刀齿的外周壁与合金孔的内周壁之间，所述径向部分设置在刀齿的底壁与合金孔的底壁之间。通过周向部分和径向部分的熔化焊接结构，形成刀齿与刀圈基体在各个方向上的连接，充分保证刀齿与合金孔连接的可靠性。

进一步地，所述刀齿的顶部为球形或锥形或楔形，对于不同地质条件可以选用不同的形状。

进一步地，所述刀齿的底部为圆柱形，圆柱形不仅加工效率高、成本低，而且在于合金孔装配时十分便捷，也便于熔化焊接结构的实施，另外，还能使各向受力均匀。

进一步地，所述刀齿的底部直径为10-30mm，由于刀齿伸出合金孔的长度小于刀齿的底部的半径，则刀齿伸出合金孔的部分小于5mm，同时保证连接的可靠性及破岩的高效性。所述合金孔的深度为5-40mm，合金孔的深度与刀齿的底部直径是相互匹配的，当底部直径较小时深度较小，当底部直径较大时深度较大。

进一步地，所述合金孔设置有若干个且均匀分布在刀圈基体的外周面上，使相邻刀齿的间距一致，使各个位置受力工况一致，降低碎石对刀圈基体造成的损伤。

进一步地，相邻刀齿之间及刀圈基体的两侧均熔覆有镍基耐磨层，镍基耐磨层一方面可以减少掉落的碎石对刀圈基体造成的损伤，另一方面在长距离掘进后，在高速钢刀齿严重磨损情况下，继续对刀圈基体进行保护。

进一步地，所述镍基耐磨层的厚度大于或等于2mm。

本实用新型的有益效果包括：

（1）本实用新型中刀齿与刀圈基体为冶金结合，结合强度更高，抗冲击能力强。

（2）本实用新型中采用高速钢刀齿，不仅韧性好，而且在冶金结合的高强度性能下，使用过程中不会脱落，同时可以减少刀齿崩裂、脆断现象的发生。

（3）本实用新型中采用的高速钢刀齿成本低，硬质合金刀齿的成本是高速钢刀齿的5倍以上，PCD刀粒的成本是高速钢刀齿的10倍以上。

（4）刀圈基体表面熔覆有镍基耐磨层，可以进一步提高刀圈性能，一方面可以减少掉落的碎石对刀圈基体造成的损伤，另一方面在长距离掘进后，在高速钢刀齿严重磨损情况下，继续对刀圈基体进行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新的主视图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的侧视图；

图中：

1为刀圈基体，101为合金孔；

2为刀齿，201为底部，202为顶部；

3为周向部分，4为径向部分，5为镍基耐磨层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈，如图1-图3所示，包括刀圈基体1及设置在刀圈基体1上的刀齿2。具体地，所述刀齿2为高速钢刀齿，在滚刀破岩过程中，高速钢刀齿先与岩石接触，高速钢刀齿硬度在HRC65以上，可以有效的降低自身的磨损，保护刀圈基体1不被磨损。所述刀圈基体1上设置有合金孔101，刀齿2的底部201设置在合金孔101内，所述刀齿2与合金孔101之间通过熔化焊接结构相连。高速钢刀齿2冲击韧性良好，可以减少使用过程中刀齿的崩裂失效；同时，高速钢刀齿2与刀圈基体1为冶金结合，在保证冲击韧性良好的前提下有效避免刀齿脱落，对刀圈基体1形成长久有效的保护。

所述合金孔101设置有若干个且均匀分布在刀圈基体1的外周面上，使相邻刀齿的间距一致，使各个位置受力工况一致，进一步降低碎石对刀圈基体1造成的损伤。

所述刀齿2伸出合金孔101的长度小于刀齿2的底部201的半径。具体地，所述刀齿2的顶部202为球形或锥形或楔形，对于不同地质条件可以选用不同的形状。所述刀齿2的底部201为圆柱形，圆柱形不仅加工效率高、成本低，而且在于合金孔101装配时十分便捷，也便于熔化焊接结构的实施，另外，还能使各向受力均匀。

所述刀齿2的底部201直径为10-30mm，由于刀齿2伸出合金孔101的长度小于刀齿2的底部201的半径，则刀齿2伸出合金孔101的部分小于5mm，同时保证连接的可靠性及破岩的高效性。所述合金孔101的深度为5-40mm，合金孔101的深度与刀齿的底部201直径是相互匹配的，当底部201直径较小时深度较小，当底部201直径较大时深度较大。

进一步地，相邻刀齿2之间及刀圈基体1的两侧均熔覆有镍基耐磨层5，镍基耐磨层3一方面可以减少掉落的碎石对刀圈基体1造成的损伤，另一方面在长距离掘进后，在高速钢刀齿严重磨损情况下，继续对刀圈基体1进行保护。具体地，所述镍基耐磨层的厚度大于或等于2mm。

本实用新型未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (8)

1.一种镶嵌刀齿的滚刀刀圈，包括刀圈基体（1）及设置在刀圈基体（1）上的刀齿（2），其特征在于：所述刀齿（2）为高速钢刀齿，所述刀圈基体（1）上设置有合金孔（101），刀齿（2）的底部（201）设置在合金孔（101）内，刀齿（2）与合金孔（101）之间通过熔化焊接结构相连，刀齿（2）伸出合金孔（101）的长度小于刀齿（2）的底部（201）的半径。

2.根据权利要求1所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：所述熔化焊接结构包括周向部分（3）和径向部分（4），周向部分（3）设置在刀齿（2）的外周壁与合金孔（101）的内周壁之间，所述径向部分（4）设置在刀齿（2）的底壁与合金孔（101）的底壁之间。

3.根据权利要求2所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：所述刀齿（2）的顶部（202）为球形或锥形或楔形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：所述刀齿（2）的底部（201）为圆柱形。

5.根据权利要求4所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：所述刀齿（2）的底部（201）直径为10-30mm，所述合金孔（101）的深度为5-40mm。

6.根据权利要求1-3、5任一项所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：所述

合金孔（101）设置有若干个且均匀分布在刀圈基体（1）的外周面上。

7.根据权利要求6所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：相邻刀齿（2）之间及刀圈基体（1）的两侧均熔覆有镍基耐磨层（5）。

8.根据权利要求7所述的镶嵌刀齿的滚刀刀圈，其特征在于：所述镍基耐磨层（5）的厚度大于或等于2mm。

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