一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘及其操作方法，包括：转盘结构，转盘结构由内向外依次为第一级转盘、第二级转盘和第三级转盘；第二级转盘可转动地套装在第一级转盘的周壁上，第三级转盘可转动地套装在第二级转盘的外周壁上；第一级转盘、第二级转盘和第三级转盘上均固定设置有若干径向导轨，径向导轨设置有锁止机构；径向导轨可移动的安装有滚刀座，滚刀座上固定安装有滚刀。本发明专利技术能够解决现有TBM地质适应性差的技术问题。

An adjustable cutter head and its operation method of hob layout for full face rock tunnel boring machine

【技术实现步骤摘要】
一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘及其操作方法
本专利技术属于掘进机刀盘结构设计
，特别涉及一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘及其操作方法。
技术介绍
全断面岩石隧道掘进机(TBM)是开挖岩石隧道的核心装备，其对隧道地层十分敏感，地质适应性较差。针对不同地质条件下隧道断面的开挖，须使用不同结构的掘进机刀盘并搭配相应的辅助设备，以保证掘进工作的顺利开展，但这种通过更换掘进机刀盘或者更换整机解决问题的方法，工作量大，会耽误施工进度，这也反映出了掘进机开挖隧道适应性差的弊端。刀盘安装在掘进机的最前端，作为滚刀的安装载体，承受着刀具破岩传递下来的全部载荷，刀盘的破岩性能主要取决于刀盘主参数(如刀盘直径、刀盘厚度、刀盘面结构)和刀具的布局模式。围绕着上述两点，学者们通过理论研究、实验探究和实际工程验证，建立了刀盘参数和刀盘结构强度的经验计算公式，确立了螺旋线布局和随机布局等多种滚刀布局模式。其次，刀盘作为大型的钢结构件，其结构强度与刚度乃至加工制造的难度也是重点关注的要素，在计算机技术发展的当下，通过有限元分析等手段进行刀盘结构的静力学分析，得到了边缘刀框有较大的应力集中、牛腿与面板的交界处为危险截面等有效结论。最后，掘进机破岩掘进时，刀盘会产生振动，刀盘的动力特性会直接影响掘进性能。综上，目前虽然围绕刀盘结构改良的研究取得很大进展，但TBM施工适应性差的缺点依然没有克服。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘及其操作方法，以解决上述存在的现有TBM地质适应性差的技术问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘，包括：转盘结构，所述转盘结构由内向外依次为第一级转盘、第二级转盘和第三级转盘；所述第二级转盘可转动地套装在所述第一级转盘的周壁上，所述第三级转盘可转动地套装在所述第二级转盘的外周壁上；所述第一级转盘、所述第二级转盘和所述第三级转盘上均固定设置有若干径向导轨，所述径向导轨设置有锁止机构；所述径向导轨可移动的安装有滚刀座，所述滚刀座上固定安装有滚刀。本专利技术的进一步改进在于，所述第一级转盘、所述第二级转盘和所述第三级转盘上均固定设置有若干径向导轨具体为，第一级转盘、第二级转盘和第三级转盘上均固定设置有若干辐条结构，所述辐条结构上设置有径向导轨。本专利技术的进一步改进在于，所述第二级转盘相邻辐条结构之间的开放区域设有若干弧形的加强筋；所述若干弧形的加强筋位于以转盘结构中心为圆心的同径圆弧上。本专利技术的进一步改进在于，所述第一级转盘的周壁上设置有第一周向导轨，所述第二级转盘可转动地安装在所述第一周向导轨上；所述第二级转盘的外周壁上设置有第二周向导轨，所述第三级转盘可转动地安装在所述第二周向导轨上；第一周向导轨和第二周向导轨均设置有锁止装置。本专利技术的进一步改进在于，第一周向导轨和第二周向导轨内均设置有调心滚子轴承。本专利技术的进一步改进在于，所述第一级转盘、所述第二级转盘和所述第三级转盘上，在靠近第一周向导轨或第二周向导轨的区域固定安装有若干切刀；所述第一级转盘和所述第三级转盘还固定安装有若干极径固定的滚刀。本专利技术的进一步改进在于，还包括：液压系统，用于实现所述第二级转盘和所述第三级转盘的转动，以及滚刀座的移动。本专利技术的进一步改进在于，转盘结构中，刀盘正面板和刀盘背面板之间设有若干支撑筋，支撑筋在圆形刀盘面径向均匀分布；所述第二级转盘与所述第三级转盘之间的的支撑筋通过螺栓连接。本专利技术的进一步改进在于，转盘结构的刀具布局模式为星形布局、螺旋布局模式或随机布局模式。本专利技术的一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘的操作方法，包括：通过增加或减少安装在径向导轨中的刀座及滚刀，实现调整总体滚刀数目；通过调整总体滚刀数目，再调整滚刀座在径向导轨中的安装位置，实现调节刀间距和安装极径；通过使第一级转盘、第二级转盘和第三级转盘转过一定的角度，实现调节滚刀的安装极角。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的刀盘，考虑到滚刀极角的可调性，将刀盘体(转盘结构)由内到外依次分为3级转盘，3级转盘能够相对转动，可实现滚刀极角的调节；考虑到滚刀极径的可调性，各级转盘上设置有径向导轨，滚刀通过滚刀座可移动的安装在径向导轨上，可实现滚刀极径的调节；通过增减滚刀座数目，可以实现刀间距的调节；通过综合调节滚刀极角和极径，可以实现不同滚刀布局模式的调节。本专利技术提供的滚刀布局可调型全断面岩石隧道掘进机刀盘，可实现包括滚刀数目、刀间距、滚刀极径、滚刀极角、滚刀布局模式的刀具布局参数的调整，能够应对不同地质条件的掘进，达到了地质状况与和刀盘配合上的的动态平衡；本专利技术利用刀盘结构设计的优良性能，能够减少刀具的磨损，提高TBM的工作效率及其施工的灵活性，可有效解决地质适应性差的问题本专利技术中，在各转盘内安装辐条，并在辐条上加装径向导轨和锁止机构，滚刀座安装在径向导轨上，通过液压机构实现滚刀座在径向导轨上的位置调整，可实现滚刀极径的调节并保证刀盘结构具备足够的强度、刚度。本专利技术中，分别在第一、第二级转盘间和第二、第三级转盘间布置周向导轨和锁止机构，各级转盘的相对周向回转是部分刀具相对另一部分刀具的极角变换的根本原因。本专利技术中，在第一周向导轨和第二周向导轨内部均设置有调心滚子轴承，即可承受来自刀盘的径向推力，也可避免导轨处发生变形而卡死。本专利技术中，二级转盘相邻辐条之间的开放区域设有弧形加强筋，可进一步保证刀盘结构具备足够的强度、刚度。本专利技术中，在各级转盘靠近周向导轨的区域安装切刀，可解决周向导轨附近区域无法布置滚刀以致于削弱破岩效果的问题。本专利技术中，安装若干极径可调型滚刀的同时，第一、第三转盘上安装适量固定刀具，能够减少开挖岩体时刀盘结构动态不稳定性因素。本专利技术中，刀盘正面板和刀盘背面板之间设有若干支撑筋，支撑筋在圆形刀盘面径向均匀分布，第二级转盘与第三级转盘之间的的支撑筋由大螺栓连接，支撑筋的安装不影响转盘周向回转，可进一步保证刀盘结构具备足够的强度、刚度。本专利技术的操作方法，可实现包括滚刀数目、刀间距、滚刀极径、滚刀极角、滚刀布局模式的刀具布局参数的调整，能够应对不同地质条件的掘进，达到了地质状况与和刀盘配合上的的动态平衡；本专利技术利用刀盘结构设计的优良性能，能够减少刀具的磨损，提高TBM的工作效率及其施工的灵活性，可有效解决地质适应性差的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的一种滚刀布局可调型全断面岩石隧道掘进机刀盘的正板面布局示意图；图2是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘，其特征在于，包括：/n转盘结构(3)，所述转盘结构(3)由内向外依次为第一级转盘(3-1)、第二级转盘(3-2)和第三级转盘(3-3)；所述第二级转盘(3-2)可转动地套装在所述第一级转盘(3-1)的周壁上，所述第三级转盘(3-3)可转动地套装在所述第二级转盘(3-2)的外周壁上；/n所述第一级转盘(3-1)、所述第二级转盘(3-2)和所述第三级转盘(3-3)上均固定设置有若干径向导轨(6-1)，所述径向导轨(6-1)设置有锁止机构(6-2)；所述径向导轨(6-1)可移动的安装有滚刀座，所述滚刀座上固定安装有滚刀。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘，其特征在于，包括：
转盘结构(3)，所述转盘结构(3)由内向外依次为第一级转盘(3-1)、第二级转盘(3-2)和第三级转盘(3-3)；所述第二级转盘(3-2)可转动地套装在所述第一级转盘(3-1)的周壁上，所述第三级转盘(3-3)可转动地套装在所述第二级转盘(3-2)的外周壁上；
所述第一级转盘(3-1)、所述第二级转盘(3-2)和所述第三级转盘(3-3)上均固定设置有若干径向导轨(6-1)，所述径向导轨(6-1)设置有锁止机构(6-2)；所述径向导轨(6-1)可移动的安装有滚刀座，所述滚刀座上固定安装有滚刀。


2.根据权利要求1所述的一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘，其特征在于，所述第一级转盘(3-1)、所述第二级转盘(3-2)和所述第三级转盘(3-3)上均固定设置有若干径向导轨(6-1)具体为，
第一级转盘(3-1)、第二级转盘(3-2)和第三级转盘(3-3)上均固定设置有若干辐条结构(6)，所述辐条结构(6)上设置有径向导轨(6-1)。


3.根据权利要求2所述的一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘，其特征在于，所述第二级转盘(3-2)相邻辐条结构(6)之间的开放区域设有若干弧形的加强筋(8)；所述若干弧形的加强筋(8)位于以转盘结构(3)中心为圆心的同径圆弧上。


4.根据权利要求1所述的一种用于全断面岩石隧道掘进机的滚刀布局可调型刀盘，其特征在于，所述第一级转盘(3-1)的周壁上设置有第一周向导轨(5)，所述第二级转盘(3-2)可转动地安装在所述第一周向导轨(5)上；所述第二级转盘(3-2)的外周壁上设置有第二周向导轨，所述第三级转盘(3-3)可转动地安装在所述第二周向导轨上；第一周向导轨(5)和第二周向导轨均设置有锁止装置。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿麒，刘晓辉，叶敏，汪学斌，张泽宇，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61