[發明專利]一種破巖試驗用新型盾構球齒滾刀

有效

• 申請號: 201911234779.2
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110924966B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 張旭輝;顏建強;潘家驥;夏毅敏;劉明;代禮奇
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;G01N3/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種破巖試驗用新型盾構球齒滾刀。所述的破巖試驗用新型盾構球齒滾刀由傳感器、聯接板、刀架、套筒、左刀圈、液壓鎖緊螺栓、球齒、擋環、間距隔環、刀圈鎖片、刀軸鎖緊螺釘、楔緊塊、刀軸、左軸承、左端蓋、滑鍵、右端蓋、右軸承、右刀圈、球齒底座、液壓油腔、膨脹薄膜組成。所述的破巖試驗用新型盾構球齒滾刀球齒直徑、球齒高度、球齒間距以及多刃球齒排可以連續調節，可以有效開展不同參數下的單刃以及多刃球齒滾刀破巖試驗，可為不同地層下球齒滾刀結構參數優化及其選型提供依據。

技術領域

本發明涉及盾構機球齒滾刀切割破巖試驗技術領域，具體涉及一種破巖試驗用的新型盾構球齒滾刀，該種球齒滾刀可以模擬不同球齒參數下的滾刀破巖試驗，進而對球齒滾刀結構進行優化，獲取不同地層下最優球齒滾刀結構參數，為盾構刀具配備提供理論依據。

背景技術

隨著我國地下空間的高速發展，盾構機憑借其施工效率高、施工成本低且對環境無污染等諸多優勢被廣泛應用于我國隧道開挖。盾構機主要依靠其刀盤上的刀具進行切割剝離巖土，進而實現盾構向前掘進。盾構機刀盤上一般布有兩類刀具：滾刀和刮刀。滾刀主要適用于巖石地層，而刮刀主要適用于土類地層。一般而言，對于巖土混合復雜地層，需要同時配備滾刀和刮刀。刀具的選配需要根據地質具體情況進行確定。由于我國幅員遼闊，地層復雜多變，為了滿足復雜多變地層的切削破巖要求，一種新型的球齒滾刀被逐漸應用于盾構。球齒滾刀是指在常規滾刀的基礎上，在常規滾刀刀圈外表面鑲一圈球齒，該類新型球齒滾刀破巖過程可以概括如下：

當球齒滾刀切深較小時，此時只有球齒參與切割巖石，刀圈未直接與巖石發生相互作用，由于球齒耐磨性更好，可以保護好刀圈基體材料，使得其使用壽命大于常規滾刀；當球齒滾刀切深較大時，球齒滾刀破巖過程中，球齒先嵌入巖體，給巖石造成預破碎，隨后滾刀刀圈切割巖石，該種破碎過程可以顯著降低刀圈破巖載荷并提高刀圈破巖效率，進而使得球齒滾刀整體切割性能優于常規滾刀。因此球齒滾刀相比常規滾刀具有多種優勢，合理配備使用球齒滾刀可以顯著改善盾構掘進效率和掘進可靠性。

新型球齒滾刀的關鍵結構參數主要涉及球齒直徑、球齒高度、球齒間距以及多刃球齒排距，選用合適的球齒關鍵參數是決定球齒滾刀破巖性能的關鍵。目前在選配球齒滾刀關鍵參數方面無明確結論，即何種地層選用何種關鍵參數的球齒滾刀尚無定論，因此確定不同地層下最優球齒滾刀關鍵結構參數顯得極為重要。采用球齒滾刀破巖試驗方法來確定球齒滾刀關鍵結構參數是最為直觀和可靠的手段，因此極有必要設計一種試驗用的盾構球齒滾刀，該種球齒球齒滾刀可以調整各項關鍵參數，并完成切割破巖試驗，為最優組合參數選取提供指導。

通過調研相關文獻可以發現，目前已有相關單位設計了相關球齒滾刀。南京林業大學和中鐵三局集團有限公司申請的專利(申請號：201410339520.5)，名稱為：雙刃球齒滾刀及其布置方法，設計了一種雙刃球齒滾刀并提出了該種球齒滾刀在盾構刀盤上的布置方法，該專利涉及的球齒滾刀參數確定，結構不可調，無法滿足球齒滾刀破巖試驗使用要求；中交隧道工程局有限公司申請的專利(申請號：201420362801.8)，名稱為：盾構用一體式雙刃球齒滾刀，設計了一種一體式雙刃球齒滾刀結構，該類球齒滾刀也是為工程實用所設計，無法應用于破巖試驗。

綜上所述，目前雖然也有部分球齒滾刀相關專利，但現有專利涉及的球齒滾刀主要偏向于盾構實際工程應用，無法用于球齒滾刀破巖試驗以實現不同關鍵結構參數優化。因此本發明針對于球齒滾刀關鍵結構參數設計的實際研究需求，設計了這種球齒直徑、球齒高度、球齒間距以及多刃球齒排距多參數可調的試驗用新型盾構球齒滾刀，為球齒滾刀結構參數優化提供研究基礎。

發明內容

本發明的目的在于提供一種破巖試驗用的新型盾構球齒滾刀，該新型盾構球齒滾刀可以實現不同球齒直徑、球齒高度、球齒間距以及多刃球齒排距等各關鍵參數的有效調節，便于開展不同參數下的球齒滾刀破巖試驗研究，通過獲取不同結構參數下的球齒滾刀破巖載荷以及破巖能耗等特性，選取不同地層下最優關鍵組合參數，為不同地層下球齒滾刀設計及其選型提供依據。