一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀制造技术

本发明专利技术公开一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀，包括刀圈、刀体、挡圈、轴承、刚性心轴、轴承端盖和密封圈，刀圈通过挡圈固定在刀体上，刀体内接轴承，轴承端盖和密封圈将轴承密封固定在刚性心轴，一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀，使用一种新型破岩滚刀刀圈的结构；刀体与轴承、轴承端盖装配于轴之上，刀体与轴承端盖之间用一个密封圈将其内部油液密封，刀体外圈有一台阶，用于定位刀圈；本发明专利技术能够控制密实核形状，改变应力分布以形成侧向裂纹，有利于侧向裂纹的产生和扩展，降低了破岩能耗，有效增强了破岩的能力，提高了破岩效率。

A kind of TBM disc hob with groove on the outer circle of cutter ring

The invention discloses a TBM disc-shaped hob with a groove on the outer circumference of the cutter ring, which comprises a cutter ring, a cutter body, a retaining ring, a bearing, a rigid mandrel, a bearing end cover and a sealing ring. The cutter ring is fixed on the cutter body through a retaining ring, the cutter body is internally connected with a bearing, the bearing end cover and the sealing ring seal the bearing on the rigid mandrel, a TBM disc-shaped hob with a groove on the outer circumference of the cutter ring, and a new rock breaking hob is used The structure of the cutter ring; the cutter body and the bearing and the bearing end cover are assembled on the shaft, the inner oil is sealed by a sealing ring between the cutter body and the bearing end cover, and the outer ring of the cutter body has a step for positioning the cutter ring; the invention can control the shape of the dense core, change the stress distribution to form the lateral crack, facilitate the generation and expansion of the lateral crack, reduce the rock breaking energy consumption, and effectively enhance It improves the ability of rock breaking and the efficiency of rock breaking.

【技术实现步骤摘要】
一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀
本专利技术涉及隧道掘进施工机械
，具体而言，涉及一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀。
技术介绍
盾构机(TBM)全名为盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专业工程机械，具有先进、环保、高效等特点，因此广泛运用于城市地铁、铁路、水利水电等工程隧道掘进施工作业中。在掘进过程中，其关键作用的是TBM盘形滚刀。它安装在刀盘面板上，沿刀盘径向以不同的轨迹半径布置。盘形滚刀刀圈是盘形滚刀的关键零件和易损耗零件，作业过程中直接与岩石发生接触，依靠刀盘旋转和推进时产生的挤压力，盘形滚刀刀圈侵入岩石并使其破碎。已有研究表明，拉应力在破岩过程中起主导作用；而目前已有的滚刀在岩石中主要产生的是压应力，产生的拉应力比较少，因而破硬岩效率较低。所以有必要通过对刀圈结构进行设计，增大岩石内的拉应力，才能提高破岩效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀，其能够根据TBM滚刀破岩机理和工况特性，在滚刀刀圈外圆周上开沟槽，改变在滚刀作用下岩石内部密实核和应力场的分布，增加侧向拉应力，有利于多把滚刀之间侧向裂纹的贯通及岩片剥落，以取代现有产生拉应力不足的刀圈结构。该设计结构尤其针对在高硬岩石掘进的情况，可以提高破岩和掘进效率。该设计结构简单，对刀具成本影响较小。本专利技术的实施例是这样实现的：一种新型破岩滚刀刀圈的结构，其包括：刀圈、刀体、挡圈、轴承、刚性心轴、轴承端盖和密封圈；刀圈的外圆周为非平整面，刀圈的外圆周面向内开设有凹陷式几何结构以提高滚刀破岩效率，凹陷式几何结构包括凹陷、沟槽或孔，刀体的外侧呈台阶状且刀圈的内圆周面卡在台阶处，挡圈将刀圈卡在刀体外侧固定，刀体内接轴承，轴承端盖和密封圈将轴承密封固定在刚性心轴。在本专利技术较佳的实施例中，上述刀圈外圆周面为规则表面，规则表面是圆柱面或圆弧面。在本专利技术较佳的实施例中，上述刀圈外圆周的沟槽或孔的数量为至少1个。在本专利技术较佳的实施例中，上述刚性心轴设置有用于定位的轴肩，轴肩为刚性心轴的侧面凸起设置形成，轴承端盖与刚性心轴过盈配合，轴肩将轴承端盖的一端卡住固定。在本专利技术较佳的实施例中，上述轴承端盖与刀体之间具有腔体空间，轴承置于腔体空间内。在本专利技术较佳的实施例中，上述轴承为圆锥滚子轴承，轴承包括轴承外圈、轴承内圈和圆锥滚子，轴承内圈置于轴承端盖的外侧，轴承外圈固定在刀体内侧，圆锥滚子置于轴承内圈和轴承外圈之间。在本专利技术较佳的实施例中，上述刀体内侧设置有放置轴承外圈的槽，轴承外圈卡入槽内，刀体外侧设置有用于卡入挡圈的卡槽。在本专利技术较佳的实施例中，上述刀圈与刀体过盈配合，刀圈的一侧通过台阶定位，刀圈的另一侧通过挡圈卡住。一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀，使用上述的新型破岩滚刀刀圈的结构。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过合理的刀刃设计，控制密实核形状，通过刀圈的非平整面的结构，改变应力分布而更容易形成侧向裂纹，同时减小密实核体积以降低破岩能耗，通过刀圈产生两个距离很近的接触区域，这两个区域内的接触压力互相影响，不但形成同一个中间部分存在凹陷的密实核，并且增大了密实核两侧的拉应力，使得侧向裂纹更容易扩展；本专利技术能够控制密实核形状，改变应力分布，有利于侧向裂纹的产生和扩展，降低了破岩能耗，有效增强了破岩的能力，提高了破岩效率。在TBM破岩过程中，滚刀在其正下方的岩体中形成密实核。一方面，密实核对岩石内应力分布具有显著影响，进而作用于裂纹的萌生和扩展；另一方面，密实核的形成所消耗的能量占滚刀破岩总耗能的比重较高。因此，本专利技术所达到的目标是：通过合理的刀刃设计，控制密实核形状，改变应力分布而更容易形成侧向裂纹，同时减小密实核体积以降低破岩能耗。通过分析得知，中心开槽的刀圈破岩时由于刀圈中间开槽的部分不存在接触，则不存在接触压力，则该部分正下方的应力值较小，产生的密实核在该部分存在凹陷形状，减小了密实核体积，降低了能耗。同时，中心开槽的刀圈又不同于双刃滚刀：后者两个刀刃产生的接触区域距离较远，不能互相影响，则各自形成密实核，对破岩效率没有提高；而对于前者，同一个刀刃产生两个距离很近的接触区域，这两个区域内的接触压力互相影响，不但形成同一个中间部分存在凹陷的密实核，并且增大了密实核两侧的拉应力，使得侧向裂纹更容易扩展。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。图1为本专利技术新型刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀的结构图；图2为本专利技术图1中的A处放大图；图3为本专利技术第一实施例的刀圈立体图；图4为本专利技术第一实施例的刀圈剖面图；图5为本专利技术第二实施例的刀圈剖面图；图6为本专利技术第三实施例的刀圈剖面图；图7为本专利技术第四实施例的刀圈剖面图；图8为本专利技术第五实施例的刀圈剖面图；图9为本专利技术第六实施例的刀圈剖面图；图10为传统的刀圈施工图；图11为本专利技术的刀圈施工图；图标：1-沟槽，2-刀圈，3-挡圈，4-刀体，5-轴承端盖，6-密封圈，7-圆锥滚子轴承，71-轴承外圈，72-轴承内圈，73-圆锥滚子，8-刚性心轴，A-刀圈的外缘处。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。第一实施例请参照图1，本实施例提供一种刀圈外圆周开槽的TBM盘形滚刀，其使用新型破岩滚刀刀圈的结构，该结构包括：刀圈2、刀体4、挡圈3、轴承7、刚性心轴8、轴承端盖5和密封圈6，其中，刀体4、挡圈3、轴承7、刚性心轴8、轴承端盖5和密封圈6为标准件；刀圈2通过挡圈3固定在刀体4上，刀体4内接轴承7，轴承端盖5和密封圈6将轴承7密封固定在刚性心轴8；刀体4与轴承7、轴承端盖5装配于轴之上，刀体4与轴承端盖5之间用一个密封圈6将其内部油液密封，刀体4外侧设有一台阶，用于定位刀圈2，因此，刀体4外侧另一边设有卡槽，用于放置挡圈3将刀圈2两侧都固定，刀圈2外圆周面可以是圆柱面、圆弧面或其它符合要求的规则表面，其结构采用在滚刀刀圈2外圆周上开沟槽1的方式提高滚刀破岩效率，刀圈2外圆周加工有沟槽1，沟槽1可以是任何符合加工要求和技术要求的形状，并且刀圈2外圆周上的沟槽1至少为一个，尤其适用于硬岩地层，实现高速掘进，沟槽1作用是使破岩时的裂纹集中向两侧扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型破岩滚刀刀圈的结构，其特征在于，包括：刀圈、刀体、挡圈、轴承、刚性心轴、轴承端盖和密封圈；所述刀圈的外圆周为非平整面，所述刀圈的外圆周面向内开设有凹陷式几何结构以提高滚刀破岩效率，所述凹陷式几何结构包括凹陷、沟槽或孔，所述刀体的外侧呈台阶状且刀圈的内圆周面卡在台阶处，所述挡圈将刀圈卡在刀体外侧固定，所述刀体内接轴承，所述轴承端盖和密封圈将轴承密封固定在刚性心轴。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型破岩滚刀刀圈的结构，其特征在于，包括：刀圈、刀体、挡圈、轴承、刚性心轴、轴承端盖和密封圈；所述刀圈的外圆周为非平整面，所述刀圈的外圆周面向内开设有凹陷式几何结构以提高滚刀破岩效率，所述凹陷式几何结构包括凹陷、沟槽或孔，所述刀体的外侧呈台阶状且刀圈的内圆周面卡在台阶处，所述挡圈将刀圈卡在刀体外侧固定，所述刀体内接轴承，所述轴承端盖和密封圈将轴承密封固定在刚性心轴。


2.根据权利要求1所述的一种新型破岩滚刀刀圈的结构，其特征在于，所述刀圈外圆周面为规则表面，所述规则表面是圆柱面或圆弧面。


3.根据权利要求2所述的一种新型破岩滚刀刀圈的结构，其特征在于，所述刀圈外圆周的凹陷、沟槽或孔的数量为至少1个。


4.根据权利要求3所述的一种新型破岩滚刀刀圈的结构，其特征在于，所述刚性心轴设置有用于定位的轴肩，所述轴肩为刚性心轴的侧面凸起设置形成，所述轴承端盖与刚性心轴过盈配合，所述轴肩将轴承端盖的一端卡住固定。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蒙祺，雷宇，周仲荣，李建斌，郑靖，王战江，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51