一种活塞机构及具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀制造技术

本发明专利技术公开了一种活塞机构及具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀，包括活塞筒、活塞、弹性件，所述活塞筒呈中空的管状结构，其内部设有密封隔板，并通过密封隔板将活塞筒内部上下分为活动腔和有压腔；所述活塞穿过密封隔板并活动设置在活塞筒内，所述活塞突出有压腔的端部设有限位块，自然状态下该限位块封住有压腔的开口，所述活塞位于活动腔的部位设有活塞探头；所述弹性件设于活塞下方并与限位块相抵，通过弹性件的作用使活塞探头在自然状态下始终突出活动腔的开口。本发明专利技术能够使水射流从设置的球齿周围射出，并通过纯机械结构控制水射流的启闭，可靠性高，能够降低球齿滚刀磨损，提高破岩效率。高破岩效率。高破岩效率。

【技术实现步骤摘要】
一种活塞机构及具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀


[0001]本专利技术涉及球齿滚刀破岩
，尤其涉及一种活塞机构及具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀。

技术介绍

[0002]硬岩隧道掘进机(TBM)是岩石地层隧道掘进的主要装备，其主要是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩。球齿滚刀是TBM刀盘上常用刀具，是在常截面滚刀的基础上在刀刃表面布置了一圈球齿，掘进过程中首先由球齿挤压岩土进行预切割，然后再由后续刀刃切割岩石，相比传统常截面滚刀切割破岩具有改善破岩效率的较大优势。
[0003]随着TBM在水利工程、地铁工程、交通工程等工程建设领域的使用要求越来越高，对TBM的性能也提出了更高的要求。现有TBM通过使用球齿滚刀来切割破岩时，由于球齿易受冲击，容易产生球齿磨损甚至球齿崩落等问题，降低其破岩寿命，进而增加换刀频次和停机时间，延长了施工周期和加剧了施工成本。究其原因，主要是球齿滚刀切割破岩载荷过大，因此采用有效手段降低球齿滚刀破岩载荷，可以提升其破岩效率的同时改进破岩寿命。现有TBM刀盘设计为提高滚刀破岩效率，对传统刀盘进行了改进，在刀盘上添加辅助破岩装置，如水射流辅助装置。水射流破岩因具有清洁环保、低能高效、易于实现等特点，多见于现有TBM改善设计。但由于水射流辅助破岩装置安装在刀盘上，水射流的冲击点与滚刀之间距离过大，联合破岩效果不理想，且是通过外部电路通过阀门控制水射流的启闭，刀盘所处工作环境非常恶劣，对阀门的可靠度要求非常高，这些因素都约束了水射流提升滚刀破岩性能的能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种活塞机构及具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀，能够使水射流从设置的球齿周围射出，并通过纯机械结构控制水射流的启闭，可靠性高，能够降低球齿滚刀磨损，提高破岩效率。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]第一方面本申请提供了一种活塞机构，包括活塞筒、活塞、弹性件，所述活塞筒呈中空的管状结构，其内部设有密封隔板，并通过密封隔板将活塞筒内部上下分为活动腔和有压腔；所述活塞穿过密封隔板并活动设置在活塞筒内，所述活塞突出有压腔的端部设有限位块，自然状态下该限位块封住有压腔的开口，所述活塞位于活动腔的部位设有活塞探头；所述弹性件设于活塞下方并与限位块相抵，通过弹性件的作用使活塞探头在自然状态下始终突出活动腔的开口。
[0007]优选的，所述活塞探头突出活动腔部位呈半球状，其置于活动腔内部的部位与活动腔间隙配合。
[0008]优选的，所述限位块下方设有用于固定弹性件位置的上托盘。
[0009]优选的，所述限位块直径大于有压腔开口处的直径。
[0010]优选的，所述活塞、活塞探头及限位块一体成型。
[0011]第二方面本申请提供了一种具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀，包括刀圈、刀轴、球齿、以及所述的活塞机构，所述刀轴装配在刀圈内部，并在刀轴与刀圈连接处设有下储水腔；所述刀轴内部设有高压注水孔，该高压注水孔与刀轴上设置的刀轴水射流通道连通，并通过刀轴水射流通道将高压注水孔处灌注的水注入到下储水腔中；所述球齿均匀分布在所述刀圈外围设置的刀刃上，该球齿通过刀圈内部设置的水射流输入通道与下储水腔连通，所述活塞机构设于所述球齿内部，所述活塞机构上设有与水射流输入通道连通的活塞连接通道，所述球齿外表面设有装置孔和水射流输出通道出口。
[0012]优选的，所述水射流输出通道出口设有至少四个，并以装置孔为轴心圆周分布。
[0013]优选的，所述活塞机构外侧与球齿以及刀圈之间形成水射流输出通道，所述刀圈内部位于水射流输出通道下方位置设有上储水腔，所述上储水腔通过刀圈内部设置的连通腔与水射流输入通道连通。
[0014]优选的，所述上储水腔内部正对活塞机构下方的位置设有下托盘。
[0015]优选的，所述上储水腔直径大于水射流输入通道的直径。
[0016]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0017](1)通过高压水射流对岩石进行预破坏，由于水射流喷口安装在刀圈上，形成的孔洞与滚刀轨迹有效叠加，可提高滚刀贯入速度，对比传统滚刀破岩，滚刀所受垂直力降低了30％。
[0018](2)高压水射流具有冲击劈裂和溅射作用，在冲击岩面时会使岩面形成微裂缝，能改变岩体内部物理结构，提高滚刀沿径向破岩效率，同时能减少刀具磨损，延长换刀周期和刀具使用寿命。
[0019](3)滚刀的磨损减小，延长滚刀的换刀周期，节省了TBM的运行维护费和工程投资。
附图说明
[0020]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0021]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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]附图中：
[0023]图1为本专利技术所述活塞机构结构示意图；
[0024]图2为本专利技术所述具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀侧面剖视结构示意图；
[0025]图3为本专利技术所述具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀正面局部剖视结构示意图；；
[0026]图4为球齿滚刀自然状态下图3中A处局部放大图；
[0027]图5为球齿滚刀工作状态下图3中A处局部放大图；；
[0028]图6为本专利技术所述球齿上视图。
[0029]附图标号：1
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活塞筒；2
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活塞；3
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弹性件；4
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密封隔板；5
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活动腔；6
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有压腔；7
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限位块；8
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活塞探头；9
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上托盘；10
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刀圈；11
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刀轴；12
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球齿；13
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下储水腔；14
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高压注水孔；15
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刀轴水射流通道；16
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水射流输入通道；17
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水射流输出通道；18
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上储水腔；19
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连通腔；20
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下托盘；21
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活塞连接通道；22
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装置孔；23
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水射流输出通道出口。
具体实施方式
[0030]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞机构，其特征在于，包括：活塞筒，所述活塞筒呈中空的管状结构，其内部设有密封隔板，并通过密封隔板将活塞筒内部上下分为活动腔和有压腔；活塞，所述活塞穿过密封隔板并活动设置在活塞筒内，所述活塞突出有压腔的端部设有限位块，自然状态下该限位块封住有压腔的开口，所述活塞位于活动腔的部位设有活塞探头；弹性件，所述弹性件设于活塞下方并与限位块相抵，通过弹性件的作用使活塞探头在自然状态下始终突出活动腔的开口。2.根据权利要求1所述的活塞机构，其特征在于：所述活塞探头突出活动腔部位呈半球状，其置于活动腔内部的部位与活动腔间隙配合。3.根据权利要求1所述的活塞机构，其特征在于：所述限位块下方设有用于固定弹性件位置的上托盘。4.根据权利要求1所述的活塞机构，其特征在于：所述限位块直径大于有压腔开口处的直径。5.根据权利要求1所述的活塞机构，其特征在于：所述活塞、活塞探头及限位块一体成型。6.一种具有水射流辅助破岩功能的球齿滚刀，其特征在于：包括刀圈、刀轴、球齿、以及权利要求1
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5任一所述的活塞机构，所述刀轴装配在刀圈内部，并在刀轴与刀圈连接处设有下储...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟科，胡定邦，张旭辉，吴俊杰，刘继福，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：