[發(fā)明專利]一種振動沖擊輔助破碎巖石的TBM刀盤及其布置方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810629151.1
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108825260B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設計）人: 耿麒;汪學斌;謝立揚;郭萬金;劉曉輝
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發(fā)明公開了一種振動沖擊輔助破碎巖石的TBM刀盤，包括刀盤面板，刀盤面板上設有滾刀，滾刀包括正滾刀、中心刀和邊滾刀，刀盤面板的空白區(qū)域上設有若干個振動沖擊模塊，每一個振動沖擊模塊均包括沖擊桿、電磁激振器、滾輪心軸、沖擊滾輪，沖擊桿的一端穿出刀盤面板上開設的沖擊桿孔與電磁激振器的輸出端連接，沖擊桿的另一端通過滾輪心軸與沖擊滾輪連接，沖擊滾輪能夠繞滾輪心軸轉動。解決了現(xiàn)有技術中TBM破碎硬巖時效率低以及滾刀磨損嚴重的問題。本發(fā)明能夠提供高頻振動沖擊載荷輔助滾刀滾壓破巖，能夠提高滾刀破巖效率，降低滾刀磨損。

技術領域

本發(fā)明涉及機械設計技術領域，尤其涉及一種振動沖擊輔助破碎巖石的TBM刀盤及其布置方法。

背景技術

全斷面巖石隧道掘進機(Tunnel Boring Machine，簡稱TBM)是開掘長距巖石隧道的首選裝備，由于其具有安全可靠、環(huán)境影響小、勞動強度低、掘進速度快等優(yōu)點，廣泛應用在山體隧道、引水工程和高速鐵路等領域。TBM的作業(yè)對象通常為中硬巖石，刀盤刀具的破巖效率是影響TBM掘進性能的關鍵因素。

刀盤是TBM的關鍵部件，具有破巖掘進、穩(wěn)固掌子面、排出巖碴的功能。現(xiàn)有TBM的破巖機理為：刀刃擠壓巖石，迫使側向裂紋貫通，使刀間巖石以片狀巖碴的形式破碎。然而在硬巖條件下，該破巖方式往往不足以順利破碎巖石，從而造成破巖掘進效率低、滾刀磨損消耗嚴重的問題。由于滾刀價格昂貴、更換較為復雜，而且必須停機更換，因此嚴重的滾刀磨損消耗所造成的頻繁停機換刀，勢必會提高掘進成本，延緩施工進度。

張春光等人在專利號為CN103244119A，專利名稱為“高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構”中，提出了一種使用高壓水射流輔助破碎巖石的新式刀盤，即在現(xiàn)有刀盤的空白處布置若干高壓水噴嘴。這種結構的實現(xiàn)需要在刀盤后端配套大型高壓水泵站，提高了TBM刀盤的復雜程度和制造難度。

夏毅敏等人在專利號為CN103969141A，專利名稱為“一種硬巖滾刀破巖特性測試裝置”中，提出了一種多功能全尺度滾刀破巖試驗臺，該試驗臺可用于開展?jié)L刀滾壓沖擊復合破巖試驗，其實現(xiàn)過程為在刀座及其配套的三向力傳感器上方連接一個沖擊液壓缸，沖擊液壓缸產(chǎn)生的沖擊力通過滾刀刃直接作用在巖石上。由于實際TBM刀盤上的滾刀承受著巨大的載荷，因此滾刀必須剛性牢固地安裝在TBM刀盤上，因此上述專利的這種柔性安裝、并在刀箱上施加振動的方式，不宜實際應用在TBM上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種振動沖擊輔助破碎巖石的TBM刀盤及其布置方法，解決了現(xiàn)有技術中TBM破碎硬巖時效率低以及滾刀磨損嚴重的問題。本發(fā)明能夠提供高頻振動沖擊載荷輔助滾刀滾壓破巖，能夠提高滾刀破巖效率，降低滾刀磨損。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明提供了一種振動沖擊輔助破碎巖石的TBM刀盤，包括刀盤面板，刀盤面板上設有滾刀，滾刀包括正滾刀、中心刀和邊滾刀，刀盤面板的空白區(qū)域上設有若干個振動沖擊模塊，每一個振動沖擊模塊均包括沖擊桿、電磁激振器、滾輪心軸、沖擊滾輪，沖擊桿的一端穿出刀盤面板上開設的沖擊桿孔與電磁激振器的輸出端連接，沖擊桿的另一端通過滾輪心軸與沖擊滾輪連接，沖擊滾輪能夠繞滾輪心軸轉動。

更進一步地，本發(fā)明的特點還在于：

電磁激振器緊貼刀盤面板的后側設置，電磁激振器與刀盤面板之間設有第一減振塊。

沖擊桿孔的前部設有導環(huán)，導環(huán)包括滑環(huán)和套設在滑環(huán)外的第二減振塊，滑環(huán)固定設置在沖擊桿和沖擊桿孔的間隙處，滑環(huán)與沖擊桿孔同軸設置，沖擊桿能夠穿過滑環(huán)，第二減振塊與刀盤面板的前側固定連接。

沖擊滾輪的頂部高度與滾刀刃的包絡面高度一致。

振動沖擊模塊設置在相鄰滾刀的切痕之間所對應的刀盤空白區(qū)域上。

沖擊滾輪的寬度小于相鄰滾刀切痕間距的一半。