[實用新型]一種帶有超聲波振動器的TBM高效碎巖刀盤

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620069751.3
• 申請日: 2016-01-24
• 公開（公告）號: CN205315007U
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙大軍;王美艷;周宇;張書磊;尹崧宇;孫梓航;劉華南;孫雪嬌;戚波
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種帶有超聲波振動器的TBM高效碎巖刀盤。主要應用于隧道掘進、礦山開采、城市地下交通建設(shè)等領(lǐng)域。具體地說是一種帶有超聲波振動器的隧道巖石掘進機刀盤及其掘進方法。

背景技術(shù)

全斷面巖石掘進機(FullFaceRockTunnelBoringMachine)，簡稱TBM，是集機、電、光、液于一體的大型復雜地下施工用設(shè)備。其在隧道掘進過程中具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保和經(jīng)濟等優(yōu)點，在施工中不僅可以提高施工速度，縮短工期，還可以使生命得到尊重，環(huán)境得到有效保護，因此，在隧道掘進工程中具有很高的社會效益和經(jīng)濟效益。

但全斷面巖石掘進機在隧道掘進中，特別是遇到硬巖時，滾刀碎巖速度低，滾刀的磨損較快，嚴重影響隧道的掘進速度和施工成本。目前，TBM滾刀大部分采用進口產(chǎn)品，價格昂貴，而國產(chǎn)滾刀的耐磨性較差。據(jù)秦嶺隧道出口全斷面巖石掘進機施工工程實踐表明，在隧道掘進過程中，由于滾刀的更換、檢查和維修所用的時間占真?zhèn)€施工時間的1/3，費用占工程建設(shè)費用的1/3，其中因滾刀磨損占80％以上。

因此，提高滾刀碎巖速度，提高滾刀壽命，是TBM掘進機亟待解決的技術(shù)問題。

硬巖的固有頻率為20KHz-40KHz，在巖石受到共振時，內(nèi)部會快速產(chǎn)生損傷，巖石的強度會大幅度下降。在不同頻率、不同電壓的驅(qū)動下，壓電陶瓷超聲波振動器能產(chǎn)生振動頻率15Hz-10GHz，振動力0-2000KN的機械振動，可用于共振破碎巖石。在TBM掘進機刀盤上安裝超聲波振動器，通過超聲波振動降低巖石的強度，提高滾刀的碎巖速度，提高滾刀壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于一種帶有超聲波振動器的TBM高效碎巖刀盤，本實用新型在巖石掘進機工作過程中，通過超聲波振動，使巖石內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，降低巖石的強度，提高滾刀的碎巖效率；減少滾刀的磨損，降低施工成本。

本實用新型是由超聲波振動器、傳振桿、支撐結(jié)構(gòu)、刀軸和巖石掘進機盤形滾刀構(gòu)成，超聲波振動器通過傳振桿和支撐結(jié)構(gòu)固定在巖石掘進機盤形滾刀的刀軸上，超聲波振動器產(chǎn)生的超聲波通過傳振桿和支撐結(jié)構(gòu)將高頻振動傳給刀軸，刀軸帶動巖石掘進機盤形滾刀在切削巖石的同時高頻沖擊巖石，加速巖石裂紋的擴展，高效碎巖。

本實用新型的工作原理：

超聲波振動器產(chǎn)生的高頻振動，通過刀軸直接傳給巖石掘進機盤形滾刀。巖石掘進機盤形滾刀在超聲波振動與回轉(zhuǎn)切削巖石聯(lián)合作用下破碎巖石。超聲波振動先將巖石掘進機盤形滾刀下的巖石強度降低，再通過回轉(zhuǎn)切削巖石。

本實用新型的有益效果：

1、本實用新型將超聲波振動器與巖石掘進機盤形滾刀的刀軸直接相連。這樣超聲波振動器產(chǎn)生的高頻波直接通過巖石掘進機盤形滾刀高頻振動破碎巖石，滾刀的壓力、切削力和高頻振動力同時施加在待破碎的巖石上，碎巖效果好；

2、本實用新型的超聲波振動器的振動頻率高，能夠達到巖石的共振頻率，使巖石內(nèi)部快速產(chǎn)生裂紋，降低巖石強度，提高滾刀壽命，提高掘進速度。

3、本實用新型在同等碎巖的情況下，可以降低施加在盤形滾刀上的壓力，有效減少盤形滾刀的磨損。

4、本實用新型在施加給巖石掘進機盤形滾刀同樣大的壓力情況下，可以有效提高巖石鉆進速度，提高巖石掘進機盤形滾刀的工作周期，增加其使用價值，降低施工成本。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本實施例是由超聲波振動器1、傳振桿2、支撐結(jié)構(gòu)3、刀軸4和巖石掘進機盤形滾刀5構(gòu)成，超聲波振動器1通過傳振桿2和支撐結(jié)構(gòu)3固定在巖石掘進機盤形滾刀5的刀軸4上，超聲波振動器1產(chǎn)生的超聲波通過傳振桿2和支撐結(jié)構(gòu)3將高頻振動傳給刀軸4，刀軸4帶動巖石掘進機盤形滾刀5在切削巖石6的同時高頻沖擊巖石6，加速巖石6裂紋的擴展，高效碎巖。

本實施例的工作原理：

超聲波振動器1產(chǎn)生的高頻振動，通過刀軸4直接傳給巖石掘進機盤形滾刀5。巖石掘進機盤形滾刀5在超聲波振動與回轉(zhuǎn)切削巖石聯(lián)合作用下破碎巖石6。超聲波振動先將巖石掘進機盤形滾刀5下的巖石6強度降低，再通過回轉(zhuǎn)切削巖石6。