CN217582127U - 一种盾构机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾构机，包括盾构机主体以及设置在盾构机主体推进侧的盾构机刀盘，所述盾构机刀盘包括固定刀盘和活动刀盘，固定刀盘上设置有滚刀以及供活动刀盘和破碎后的泥土穿过的槽孔，固定刀盘的背面与固定刀盘安装架连接，固定刀盘安装架的另一端设置有主动轴，主动轴的另一端与盾构机主体传动连接，活动刀盘包括活动刀架以及设置在活动刀架正面的切刀，活动刀架的背面与支撑杆连接，支撑杆又与轴套连接，轴套与主动轴键连接，盾构机主体内还设置有活动刀盘驱动组件，活动刀盘驱动组件用于实现活动刀盘沿槽孔的伸出与回缩。本申请的盾构机在掘进隧道时，能够根据土层结构的不同，来切换刀盘上的刀具，从而适应不同软硬程度的土层的挖掘。

Description

一种盾构机

技术领域

本申请涉及隧道工程技术领域，尤其涉及隧道挖掘机械，更具体的说涉及一种盾构机刀盘。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

盾构机刀具分为切刀和滚刀这两类，其中，滚刀的切削原理主要是刀具依靠挤压破岩，一般用于岩石隧道的掘进，而切刀的切削原理则主要是盾构机向前推进的同时，刀具随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力，不断将开挖面前方土体切削下来，因此，切刀一般适用于粒径小于400mm的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层。目前，在地质复杂的地区使用盾构机挖掘隧道时，通常使用复合刀盘，一个刀盘上同时存在切刀和滚刀这两种刀具，并且滚刀和切刀在刀盘上的位置是固定的，因此，在盾构时，两者会同时接触挖掘面，遇到柔软的软土层时，由于滚刀的影响，盾构机无法按照切刀的最大效率进行设置，而当遇到坚硬的岩石层时，切刀长时间接触岩石面容易过度磨损或崩刃断裂，需要经常对切刀进行更换，不仅影响工程进度，同时还降低了刀具的使用寿命。

现有技术中，公开号为CN215170005U，公开日为2021年12月14日的实用新型专利公开了一种盾构机适用性刀盘，该盾构机在掘进不同的土层时，能够采用相匹配的刀具，其具体的技术方案为：包括刀盘主体、若干刀架、刀具部分，其中刀盘主体为圆盘型，刀盘主体的中部开设有中心转动轴孔。刀架均匀环绕设置于刀盘主体上，刀架滑动配合于刀盘主体的滑槽内，且刀架的位置由调节机构进行调节控制。刀具部分设置于刀架上，刀具部分包括矩形刀具以及圆柱体滚动刀具、中间刀具，矩形刀具以及圆柱体滚动刀具独立设置于不同的刀架上，中间刀具设置于刀盘主体的中心位置。本实用新型实施例公开的盾构机适用性刀盘具有提高刀盘适应性，遇到不同土质时可快速调整刀具类型以应对，保障掘进速度的同时提高刀具的使用寿命。

上述现有技术虽然能够针对不同的土层，在掘进时替换不同的刀具，但是在切换刀具时，每一个切刀或滚刀只能单独进行伸出与回缩的操作，不能批量一次操作到位，比较浪费时间。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本申请提出了一种盾构机，该盾构机能够根据当前土层的结构来切换刀盘上的刀具，从而适应不同软硬程度的土层的挖掘，减少盾构机刀盘不必要的磨损，提高刀盘刀具的使用寿命，并且还能够节省操作时间。

为了实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：

一种盾构机，包括盾构机主体以及设置在盾构机主体推进侧的盾构机刀盘，所述盾构机刀盘包括固定刀盘以及活动刀盘，固定刀盘上设置有滚刀以及供活动刀盘和破碎后的泥土穿过的槽孔，滚刀位于固定刀盘的正面，固定刀盘的背面与与固定刀盘安装架连接，固定刀盘安装架的另一端设置有主动轴，主动轴的另一端与盾构机主体传动连接，所述活动刀盘包括活动刀架以及设置在活动刀架正面的切刀，活动刀架的背面与支撑杆连接，支撑杆的另一端与轴套连接，轴套与主动轴键连接，轴套能够相对于主动轴沿轴线方向运动，所述盾构机主体内还设置有活动刀盘驱动组件，活动刀盘驱动组件作用在轴套上，用于实现活动刀盘沿槽孔的伸出与回缩。

进一步地，所述活动刀盘驱动组件包括设置在盾构机主体内的两组伺服液压缸，两组伺服液压缸位于轴套的两侧，伺服液压缸的活塞杆端部作用在轴套上。

进一步地，所述轴套上设置有平键，主动轴上设置有与平键相匹配的键槽。

进一步地，所述主动轴上沿轴线方向设置有螺纹孔。

进一步地，所述槽孔的宽度大于活动刀架的宽度，槽孔的长度大于活动刀架的长度。

进一步地，所述滚刀以及切刀均采用耐磨耐磨高强度的合金钢材料制成。

本申请的有益效果：

（1）本申请的盾构机在掘进隧道时，能够根据土层结构的不同，来切换刀盘上的刀具，从而适应不同软硬程度的土层的挖掘，减少盾构机刀盘不必要的磨损，提高刀盘刀具的，并且刀具在切换时，是一次操作到位的，能够节省操作时间。

（2）本申请中，活动刀盘通过轴套与主动轴键连接，不仅能够保证活动刀盘来回伸缩位移的方向，同时还能够保证盾构机工作时，活动刀盘跟随固定刀盘一起同步转动。

（3）本申请的活动刀盘能够完全脱离盾构机刀盘结构，因此在运输等环节，可以将盾构机刀盘拆分为几部分进行吊装运输。

附图说明

本申请的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本申请盾构机内部结构示意图；

图2为本申请盾构机刀盘结构示意图；

图3为本申请轴套与主动轴连接示意图。

附图中：

1、盾构机主体；2、盾构机刀盘；3、主动轴；4、支撑杆；5、轴套；6、活动刀盘驱动组件；7、平键；8、键槽；9、螺纹孔；21、固定刀盘；22、活动刀盘；61、伺服液压缸；211、滚刀；212、槽孔；221、活动刀架；222、切刀。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将通过几个具体的实施例来进一步说明实现本申请发明目的的技术方案，需要说明的是，本申请要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1

目前，在地质复杂的地区使用盾构机挖掘隧道时，通常使用复合型的刀盘，即一个刀盘上同时存在切刀和滚刀这两种刀具，并且滚刀和切刀在刀盘上的位置是固定的，因此，在盾构时两者会同时接触到挖掘面，遇到柔软的软土层时，由于滚刀的影响，盾构机无法按照切刀的最大效率进行设置，而当遇到坚硬的岩石层时，切刀长时间接触岩石面容易过度磨损或崩刃断裂，需要经常对切刀进行更换，不仅影响工程进度，同时还降低了刀具的使用寿命。

现有技术提出了一些能够切换刀具工具模式的刀盘结构，但或多或少仍然存在一些问题，例如效率等问题。

基于此，本实施例提出了一种能够根据土层结构的不同，来切换刀盘上的刀具，从而适应不同软硬程度的土层的挖掘的盾构机，减少了盾构机刀盘不必要的磨损，并且刀具在切换时，是一次操作到位的，能够节省操作时间。盾构机的结构具体如下。

参照说明附图1和图2，一种包括盾构机主体1以及设置在盾构机主体1推进侧的盾构机刀盘2，所述盾构机刀盘2由两部分结构组成，一个是固定刀盘21结构，一个是活动刀盘22结构，活动刀盘22有多个，所述固定刀盘21上设置有滚刀211以及供活动刀盘22和破碎后的泥土穿过的槽孔212，槽孔212的数量与活动刀盘22的数量相匹配，所述滚刀211位于固定刀盘21的正面，固定刀盘21的背面与与固定刀盘安装架连接，固定刀盘安装架的另一端设置有主动轴3，主动轴3的另一端则与盾构机主体1传动连接，主动轴3带动固定刀盘21转动；进一步地，所述活动刀盘22包括活动刀架221以及设置在活动刀架221正面的切刀222，活动刀架221的背面与支撑杆4连接，支撑杆4的另一端与轴套5固定连接，轴套5与主动轴3键连接，轴套5能够相对于主动轴3沿轴线方向运动，所述盾构机主体1内还设置有活动刀盘驱动组件6，活动刀盘驱动组件6作用在轴套5上，用于实现活动刀盘22沿槽孔212的伸出与回缩。

在本实施例中，需要说明的是，所述固定刀盘的正面、活动刀架的正面均是指代盾构机朝向接触挖掘面的那一面；进一步地，所述固定刀盘的背面、活动刀架的背面均是指代盾构机背离接触挖掘面的那一面。

盾构机在工作时，若当前的土层结构为坚硬的岩石层时，活动刀盘驱动组件驱动轴套沿主动轴轴线方向向着盾构机本体内部运动，进而带动与轴套连接的活动刀盘朝着盾构机本体内部缩回，使得活动刀盘上的切刀位于滚刀的后方，主动轴带动固定刀盘转动，并同时带动活动刀盘转动，但是由于滚刀位于最前方，因此，滚刀最先与岩石层接触，滚刀对岩石层进行破碎，大量破碎后的土石通过固定刀盘上的槽孔进入盾构机本体内部，并被运输至隧道外。

进一步地，若当前的土层结构为柔软的软土层时，活动刀盘驱动组件驱动轴套沿主动轴轴线方向向着接触挖掘面运动，进而带动与轴套连接的活动刀盘向着接触挖掘面移动，使得活动刀盘上的切刀位于滚刀的前方，主动轴带动固定刀盘转动，并同时带动活动刀盘转动，此时切刀位于最前方，因此，切刀最先与软土层接触，切刀对软土层进行破碎，同样的，破碎后的泥土通过固定刀盘上的槽孔进入盾构机本体内部，并被运输至隧道外。

进一步地，本实施例中的盾构机还有一个工作状态，即当活动刀盘运动至与固定刀盘平行的位置时，滚刀与切刀位于同一平面内，此时的刀盘即相当于传统的复合式刀盘。

在本实施例中，根据当前土层结构的不同，活动刀盘上的切刀有三个位置可以选择，由于每种工作模式下切刀的位置不同，因此，本申请的盾构机刀盘能够适应不同软硬程度的土层的挖掘的盾构机，减少了刀盘刀具不必要的磨损，并且刀盘上的刀具在切换工作模式时，所有刀具都是一次操作到位的，能够节省大量的操作时间。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例对盾构机做出了进一步地的限定，具体如下。

参照说明书附图1，所述活动刀盘驱动组件6包括设置在盾构机主体1内的两个伺服液压缸61，并且两个伺服液压缸61分别位于轴套5的两侧，伺服液压缸61的活塞杆端部作用在轴套5上。当活动刀盘需要向前推进时，位于后方的伺服液压缸作用在轴套上；当活动刀盘需要向盾构机本体内部收回时，位于前方的伺服液压缸作用在轴套上。

参照说明书附图3，所述轴套5上设置有平键7，主动轴3上沿轴线方向设置有与平键7相匹配的键槽8。在平键和键槽的相互作用下，轴套能够沿着主动轴的轴线方向来回移动，但是轴套与主动轴两者之间没有相对转动，当主动轴转动后，轴套跟随主动轴一起转动。

参照说明书附图1，所述主动轴3上沿轴线方向设置有螺纹孔9，所述螺纹孔9内设置有锁定螺栓。为了保证盾构机在向前掘进时，活动刀盘不会在土石的压力下向内回缩，因此当活动刀盘被推送到位后，就会在轴套后方的螺纹孔内放置锁定螺栓，用于卡住轴套。

参照说明书附图2，所述槽孔212的宽度大于活动刀架221的宽度，槽孔212的长度大于活动刀架221的长度。

进一步地，所述滚刀211以及切刀222均采用耐磨耐磨高强度的合金钢材料制成。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的阻碍。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的阻碍，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种盾构机，包括盾构机主体（1）以及设置在盾构机主体（1）推进侧的盾构机刀盘（2），其特征在于，所述盾构机刀盘（2）包括固定刀盘（21）以及活动刀盘（22），固定刀盘（21）上设置有滚刀（211）以及供活动刀盘（22）和破碎后的泥土穿过的槽孔（212），滚刀（211）位于固定刀盘（21）的正面，固定刀盘（21）的背面与固定刀盘安装架连接，固定刀盘安装架的另一端设置有主动轴（3），主动轴（3）的另一端与盾构机主体（1）传动连接，所述活动刀盘（22）包括活动刀架（221）以及设置在活动刀架（221）正面的切刀（222），活动刀架（221）的背面与支撑杆（4）连接，支撑杆（4）的另一端与轴套（5）连接，轴套（5）与主动轴（3）键连接，轴套（5）能够相对于主动轴（3）沿轴线方向运动，所述盾构机主体（1）内还设置有活动刀盘驱动组件（6），活动刀盘驱动组件（6）作用在轴套（5）上，用于实现活动刀盘（22）沿槽孔（212）的伸出与回缩。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机，其特征在于，所述活动刀盘驱动组件（6）包括设置在盾构机主体（1）内的两组伺服液压缸（61），两组伺服液压缸（61）位于轴套（5）的两侧，伺服液压缸（61）的活塞杆端部作用在轴套（5）上。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机，其特征在于，所述轴套（5）上设置有平键（7），主动轴（3）上设置有与平键（7）相匹配的键槽（8）。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机，其特征在于，所述主动轴（3）上沿轴线方向设置有螺纹孔（9）。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机，其特征在于，所述槽孔（212）的宽度大于活动刀架（221）的宽度，槽孔（212）的长度大于活动刀架（221）的长度。

6.根据权利要求1所述的一种盾构机，其特征在于，所述滚刀（211）以及切刀（222）均采用耐磨耐磨高强度的合金钢材料制成。

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