[發明專利]高壓水射流全斷面巖石掘進機刀盤設計方法

有效

• 申請號: 201610167478.2
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105736006B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 霍軍周;朱冬;孫偉;王偉政
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明高壓水射流全斷面巖石掘進機刀盤設計方法屬于全斷面巖石掘進機掘進技術領域，涉及一種高壓水射流全斷面破巖掘進機刀盤設計方法。設計方法中,刀盤整體布局采用結構完全相同的兩個同步旋轉的十字形輻條布局形式的刀盤，第二刀盤相對第一刀盤逆時針旋轉45°安裝，每個刀盤由五個部件構成。設計方法改變了傳統的TBM刀盤整體式的滾刀結構,采用兩個十字形輻條布局，通過四輻條上水射流的沖擊以及刀具的旋轉擠壓來進行巖石破碎，利用了水射流加工效率高、能耗低、易于實現的特點，利用高壓水使巖石產生裂紋并擴展甚至破碎，減小了刀具破碎巖石的阻力，增長刀具的壽命。

技術領域

本發明屬于全斷面巖石掘進機掘進技術領域，涉及一種高壓水射流全斷面破巖掘進機刀盤設計方法。

背景技術

近年來，全斷面巖石掘進機廣泛用于我國的水利工程，鐵路交通，地鐵工程，油氣管道及國防等隧道建設中。但這些工程大多采用傳統的掘進方法，即通過旋轉的盤型刀盤和刀片表面的壓力來切斷巖石。雖然相較于初始的鉆爆法，TBM掘進裝置克服了其機械化程度低、勞動生產率低、設備利用率低以及安全性低的缺點。但由于作業環境惡劣，巖石硬度較高，滾刀磨損嚴重，往往在掘進過程中需要不停的維護與更換，從而影響了刀盤的壽命和掘進效率。

水射流是一種能量相對集中的流體運動現象，在激光束、電子書、等離子體和水射流等眾多新型切割技術中，水射流的能耗是最低的，并且可以有效的起到除塵作用，從降低能耗以及提高破巖效率的角度出發，水射流技術開始被應用于破碎巖石。中國專利號：CN103244119A，專利名稱為“高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法與結構”，發明人張春光、魏靜等發明了一種在傳統TBM刀盤主體結構形式基礎上布置若干高壓水噴嘴的方法，通過巖石在高壓水的沖擊下節理擴展或者破碎的特點，提高破巖效率，但因為并未改變刀盤原有的整體盤形結構，刀盤結構龐大，制造成本較高。中國專利號：CN2044284U，專利名稱為：“高水壓破巖裝置”，金國棟等人發明了一種破巖方式，即直接在巖孔內進行機械封壓，封壓件為一彈性膠質材料，然后由高壓泵向巖孔內注水加壓，使巖石在幾分鐘內破碎，巖石破碎無碎巖或巖塵飛揚，適用于礦山采掘或二次破碎及建筑材料采場的采切工藝上。但由于破巖過程中需要巖孔，因此不適合大斷面連續性破巖作業。

發明內容

本發明的目的是針對現在傳統的滾壓破碎巖石，滾刀磨損嚴重的情況，發明一種高壓水射流全斷面巖石掘進機刀盤設計方法,方法中改變了傳統的TBM刀盤整體式的滾刀結構,刀盤采用兩個十字形輻條布局，打破了傳統的整體式刀盤布局。通過四輻條上水射流的沖擊以及刀具的旋轉擠壓來進行巖石破碎，充分的利用了水射流加工效率高、能耗低、易于實現的特點，利用高壓水使巖石產生裂紋并擴展甚至破碎，減小了刀具破碎巖石的阻力。由于刀具與巖石直接接觸之前，水射流的沖擊使巖石破碎并沿節理擴張，因而采用該破巖方法，能夠有效的提高破巖的效率，增長刀具的壽命，并且在掘進過程中，因為高壓水射流的存在，可一定程度上起到除塵、降溫的作用。

本發明采用的技術方案是一種高壓水射流全斷面巖石掘進機刀盤設計方法,其特征在于，設計方法中,刀盤整體布局采用結構完全相同的兩個同步旋轉的十字形輻條布局形式的刀盤：第一刀盤1和第二刀盤2；兩個刀盤中心處于一條直線上，中心距為定值a,且第二刀盤2相對第一刀盤1逆時針旋轉45°安裝；

每個刀盤由五個部件構成：左幅條部件Ⅰ、上輻條部件Ⅱ、中心座部件Ⅲ、下輻條部件Ⅳ以及右幅條部件Ⅴ；五個部件的布局形式是：左幅條部件Ⅰ安裝在中心座部件Ⅲ的左邊，右幅條部件Ⅴ安裝在中心座部件Ⅲ的右邊，上輻條部件Ⅱ安裝在中心座部件Ⅲ的上方，下輻條部件Ⅳ安裝在中心座部件Ⅲ的下方，部件之間均采用焊接的方式固定；

上、下、左、右四個幅條部件中的上、下、左、右四個殼體端部內分別安裝一個伸縮頭，每個伸縮頭側邊布置有安裝了邊刀具的邊刀座；通過液壓驅動控制伸縮頭的位置；上、下、左、右四個殼體內油缸4的安裝方式一致，油缸4通過螺釘固定在殼體內部，帶動伸縮頭運動的活塞桿與伸縮頭之間通過銷軸3聯接；