[實用新型]具有超聲波振動作用的盾構(gòu)滾刀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821861291.3
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN208966344U
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙大軍;韓君鵬;王美艷;石欣;李政陽;吳金發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所 22206
• 代理人: 李曉莉

具有超聲波振動作用的盾構(gòu)滾刀，屬于隧道盾構(gòu)施工領(lǐng)域，滾刀包括導(dǎo)電系統(tǒng)、超聲波振動器及刀具系統(tǒng)，導(dǎo)電系統(tǒng)包括電導(dǎo)線接頭、電刷、導(dǎo)電環(huán)及導(dǎo)電通道；超聲波振動器包括壓電陶瓷組件、碟簧及絕緣板；刀具系統(tǒng)包括刀圈、刀體及刀軸，滾刀工作時，通過電刷與導(dǎo)電環(huán)將電源接入超聲波振動器，超聲波振動器產(chǎn)生接近巖石固有頻率的超聲波振動作用傳遞給刀圈施加在巖石上，滾刀下方的巖石同時承受滾刀的滾動力和超聲波振動力的作用。本實用新型將超聲波振動器與傳統(tǒng)盾構(gòu)滾刀刀圈復(fù)合使?jié)L刀刀圈內(nèi)部能夠自發(fā)向外產(chǎn)生指向巖石受力面的超聲波振動，實現(xiàn)連續(xù)的超聲波振動力與滾動力復(fù)合作用切割破碎巖石，提高滾刀碎巖效率，延長滾刀的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種具有超聲波振動作用的盾構(gòu)滾刀，其主要應(yīng)用于隧道盾構(gòu)施工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進程不斷加快，地下空間的開發(fā)利用不斷成為各個地區(qū)的發(fā)展重點。隧道掘進機因其施工速度快、成洞質(zhì)量高、作業(yè)連續(xù)性好等優(yōu)點逐漸成為長隧道施工優(yōu)先選用的設(shè)備。其掘進原理是通過油缸將刀盤上的滾刀壓在巖石表面，當(dāng)施加的壓力大于巖石的抗壓強度時，滾刀壓入巖石，巖石將會產(chǎn)生裂紋，當(dāng)相鄰兩滾刀產(chǎn)生的裂紋貫通時，其間的巖石脫落，達到破碎巖體的效果。硬巖地層巖石具有較高的強度，此時破壞其所需要的壓力降急劇增大，而當(dāng)?shù)貙又惺⒑枯^高時，巖石的研磨性較強，刀具在強擠壓、高研磨的條件下工作，其損壞失效的速度將大幅度加快，因此在硬巖條件下隧道掘進的進尺速度較慢、刀具磨損較快，大大增加了施工成本。目前，硬巖地層隧道掘進施工中存在進尺速度慢、滾刀壽命短、施工成本高的問題，而廣泛采用的利用滾刀在推力與扭矩的作用下滾切巖石方法的破巖效率還有較大的提升空間。

超聲波振動能夠?qū)r石產(chǎn)生沖擊載荷，促使巖石中的裂隙擴展，有助于形成破碎穴，可以降低巖石的強度。對巖石施加接近其固有頻率的超聲波振動，能夠使巖石產(chǎn)生共振，其內(nèi)部疲勞損傷累積，從而弱化巖石，達到使其易于破碎的目的。超聲波振動碎巖具有消耗能量少、所需軸向壓力低等優(yōu)點，已被嘗試用于太空鉆探領(lǐng)域。

在巖層掘進方面目前已有專利文獻，如：公布號“CN107780946A”公開了一種基于超聲波共振的掘進機截割頭，針對煤巖地層切割需求，在掘進機切割頭后方滾筒處加入超聲波振動器，掘進時需分超聲波振動弱化巖石和切割破碎巖石兩個階段交替操作，且無法精準(zhǔn)地將超聲波振動施加到每個切削刀具上；公布號“CN104612684A”公開了一種超聲沖擊截齒，在鎬形截齒后端安裝超聲波發(fā)射模塊利用微振動增強破碎效率，其截齒在使用過程中超聲波振動方向始終與巖石受力面存在一定夾角，無法高效利用超聲波振動作用，且目標(biāo)地層相對較軟。公開號“CN105422114A”公開了一種帶有超聲波振動器的TBM高效碎巖刀盤，在掘進機滾刀的刀軸后方固定超聲波振動器形成高頻聲波振動與回轉(zhuǎn)聯(lián)合碎巖掘進。目前，針對高強度脆性巖石地層，能夠連續(xù)工作的自發(fā)式超聲波振動切割破碎硬巖刀具尚未見報道。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種具有超聲波振動作用的盾構(gòu)滾刀，具體該滾刀其刀圈內(nèi)部能夠自發(fā)向外產(chǎn)生指向巖石受力面的超聲波振動并且實現(xiàn)連續(xù)工作，用于解決在硬巖條件下隧道掘進的進尺速度較慢、刀具磨損較快、施工成本高的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案：具有超聲波振動作用的盾構(gòu)滾刀，其特征是，包括：導(dǎo)電系統(tǒng)、超聲波振動器及刀具系統(tǒng)，

所述的導(dǎo)電系統(tǒng)包括電導(dǎo)線接頭、電刷、導(dǎo)電環(huán)、絕緣片、軸向?qū)щ娡ǖ兰皥A周導(dǎo)電通道，所述電導(dǎo)線接頭的一端通過電線與外部電源連接，電導(dǎo)線接頭的另一端通過電刷與導(dǎo)電環(huán)連接；所述導(dǎo)電環(huán)設(shè)置于刀體上，在導(dǎo)電環(huán)上均勻布置有絕緣片；所述絕緣片用于將導(dǎo)電環(huán)分為若干個獨立的工作區(qū)域，并在每個工作區(qū)域?qū)?yīng)的導(dǎo)電環(huán)中部各設(shè)置有一個軸向?qū)щ娡ǖ?；所述圓周導(dǎo)電通道與軸向?qū)щ娡ǖ肋B接，圓周導(dǎo)電通道設(shè)置在相鄰兩超聲波振動器之間，通過圓周導(dǎo)電通道將相鄰兩超聲波振動器接入同一電路；滾刀工作時，將電刷指向巖石，保證距離巖石受力面最近的兩個超聲波振動器處于通電工作狀態(tài)；