[發明專利]一種用于TBM的刀盤結構

有效

• 申請號: 201410346549.6
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104110263B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 常家東;王海霞
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 苗強

技術領域

本發明屬于破巖技術領域，主要涉及的是用于TBM的刀盤結構。

背景技術

TBM是全斷面硬巖掘進機，可實現掘進、支護、出渣等工序并連續作業，具有掘進速度快，環保、綜合效益高等有點，可實現傳統鉆爆法難以實現的復雜地理地貌深埋長隧道的施工，在推力作用下，安裝在刀盤上的盤形滾刀緊壓巖面，隨著刀盤的旋轉，盤形滾刀繞刀盤中心軸公轉的同時繞自身軸線自轉，在刀盤強大的推力、扭矩作用下，滾刀在掌子面固定的同心圓切縫上滾動，滾刀在力和初速度的推進下壓入巖石表面，產生局部變形，在接觸部位應力集中產生破碎區，在力的持續作用下，裂紋擴大，應力集中區域范圍擴大，形成碎片脫落，因此，為了提高TBM破巖效率，就要增大碎裂區的深度和裂紋擴張長度，增加脫落開挖面巖石碎片的尺寸。現在普遍應用的刀盤是平面結構，開挖面積小，刀盤上盤形滾刀設置數量少，破巖效率較低，并且只能依靠盤形滾刀旋轉切削、破碎巖石，因此，盤形滾刀在此過程中所受扭矩較大，極易磨損，使用壽命短。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于TBM的刀盤結構，通過對破巖刀盤結構的改進以及滾刀布置方式的優化，提高破巖刀盤的開挖面積，增加滾刀的布置數量，以提高破巖效率和降低刀盤扭矩及推力。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種用于TBM的刀盤結構，包括刀盤本體和設置在刀盤本體上的滾刀，所述的刀盤本體一側安裝在TBM上，另一側為作業面，并向工作方向凸出形成工作凸面，在刀盤本體的工作凸面上分別設置安裝孔和土石排出孔，安裝孔成圓周分布，每圈安裝孔所在圓周的圓心位于刀盤本體中心軸線上，相鄰的兩圈安裝孔之間均勻設置土石排出孔，所述的滾刀通過刀軸設置在安裝孔內，并在安裝孔內沿所述圓周的切線方向轉動。

進一步的，所述的刀盤本體的作業面可以設置為球面。

進一步的，在刀盤本體作業面的中心設置一組中心滾刀組，所述的中心滾刀組由多個滾刀通過自身刀軸依次連接構成，并設置在中心安裝孔內。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

第一，本發明中刀盤本體的作業面采用凸面，與現有技術中的平面刀盤相比，同等直徑條件下，本發明的刀盤具有更大的巖石開挖面積，因此，可以設置數量更多的滾刀進行開挖，具有更高的破巖效率；

第二，在現有技術中，巖石開挖面為平面，由于本發明的刀盤本體為凸面，因此在對隧洞進行開掘時，隧洞的巖石開挖面向內凹形成凹面，經滾刀擠壓破壞的巖石形成的裂紋向四周擴散時，凹面上的碎片更容易脫落，尤其是凹面頂部的碎片不僅受到滾刀的擠壓，而且還受到自身重力的影響，很容易從巖體上脫落下來，因此，提高了TBM的開挖效率，降低了TBM的推力；

第三，由于本發明中刀盤本體的作業面為凸面，而在開挖之初，隧洞巖體大多為平面，刀盤本體上絕大多數滾刀無法接觸到巖體，因此，位于刀盤本體作業面中心位置的中心滾刀組可以首先與巖體表面接觸，并通過中心滾刀組的轉動進行巖體的開挖，以提高破巖效率；

第四，本發明中相鄰兩圈滾刀之間設置土石排出孔，在開挖過程中，被滾刀擊碎的土石可以直接落在地上，也可以經過土石排出孔向后方排出，以防止滾刀被土石所堵塞，減少滾刀的磨損程度，延長其使用壽命。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的側視示意圖。

圖中標記：1、刀盤本體，2、滾刀，3、土石排出孔，4、中心滾刀組。

具體實施方式

下面結合附圖，通過具體實施方式對本發明作進一步的說明。

如圖所示，一種用于TBM的刀盤結構，刀盤本體1的一側固定設置在TBM機體上，另一側的作業面為球面，在作業面的頂點位置設置中心安裝孔，并于中心安裝孔內設置中心滾刀組4，所述的中心滾刀組4由四個滾刀彼此通過刀軸依次連接而成，在刀盤本體1的作業面上，以刀盤本體1的中心軸線為圓心，半徑不同的多個圓周上分別均勻設置多個安裝孔，并于相鄰的兩圈安裝孔之間均勻設置用以土石排出的土石排出孔3，在安裝孔內分別設置用以破碎巖體的滾刀2。

在使用時，根據巖石的不同情況，選擇使用直徑合適的刀盤，硬度較大的巖石比硬度較小的巖石所需用的刀盤直徑大。

所述的刀盤本體1中心位置可以設置鉆頭，以替代所述的中心滾刀組4，在掘進過程之初由鉆頭與巖體開挖面接觸，并對巖體開挖面進行鉆孔形成預破壞。

使用時，由于刀盤本體1的作業面為球面，而巖體開挖面為平面，因此，在TBM工作初期，只有刀盤本體1的中心滾刀組4接觸到巖體開挖面，對巖體進行破碎，而隨著掘進的進行，巖體開挖面逐漸形成與刀盤本體1相配合的凹面，相較于平面刀盤，凹面的開挖面積更大，因此掘進效率更高，而且，在掘進過程中，被破碎的土石一部分掉落在地上，另一部分則通過刀盤本體1上的土石排出孔3排放到TBM機外部。