CN102392656B - 加强型平头齿刀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加强型平头齿刀，包括刀柄、刀体，所述刀体的头部设有安装槽，所述安装槽内固定切削齿，所述安装槽的槽口边沿堆焊耐磨覆层；所述刀体的背角面上设置多个耐磨桩，所述耐磨桩的顶部为球面形状，其球面半径是5～7mm；所述刀体的背角面的周边设置耐磨凸边，所述刀体的正角面上堆焊耐磨凸台，所述刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起，所述多条耐磨凸起的高度是4～6mm。本发明具有更高的耐磨性能和更长的使用寿命，保护盾构机的刀盘不受磨损，提高了施工进度和节约了施工成本。

Description

加强型平头齿刀

技术领域

本发明涉及一种加强型平头齿刀，包括刀柄、刀体，刀体的头部固定切削齿，刀体的背角面上设置多个耐磨桩，刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起。 

背景技术

盾构隧道掘进机，简称盾构机。是一种隧道掘进的专用工程机械，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。盾构机刀具作为掘进的主要切削工具，也是盾构机关键和重要的部件。盾构机上装配的刀具分为两类，即先行刀（如滚刀、贝壳刀等）和切削刀（如平头齿刀、边缘刮刀等）。

现有的平头齿刀包括刀柄、刀体，刀体上安装硬质合金体。平头齿刀在进行土体切削时，在遇到岩石层或砂砾层等密度较高的土体时，刀体上的硬质合金体磨损较为严重。中国专利200710195270.2公开了一种地铁盾构用刀具，对原有地铁用盾构刀具进行改良，具体改良内容包括三项：1）在原有盾构刀具结构的基础上改良刀具有钢铁种类，选用35CrMnSi作为刀体制造材料；2）在新制刀具周边刀口处安置硬质合金安装孔，用钎焊技术在孔周围加焊硬质合金层作为硬质合金和刀体的连接，形成“球齿”钎焊装配，用来提高孔洞的硬度和耐磨性；3）应用堆焊技术，在周边刀口处堆焊一种高性能堆焊材料，增强盾构刀具周边的抗冲击和耐磨损能力。该发明可以明显提高盾构用刀具的使用性能，减少维修次数。但是，当盾构机需要连续穿越长达540米石英含量高且流动性好的砂层时，很容易造成刀体背角面及两侧的磨损而导致刀具报废，甚至造成盾构刀盘的磨损；由于随时可能出现喷涌，不允许常压下更换刀具，施工难度极大，急需要具有更高耐磨性能和更长使用寿命的平头齿刀。所以，本发明提出一种加强型平头齿刀以解决上述施工问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种加强型平头齿刀，包括刀柄、刀体，刀体的头部固定切削齿，刀体的背角面上设置多个耐磨桩，刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起。本发明具有更高的耐磨性能和更长的使用寿命，可以保护盾构机的刀盘不受磨损。 

本发明的目的是由下述技术方案实现的：一种加强型平头齿刀，包括刀柄、刀体，所述刀体的头部设有安装槽，所述安装槽内固定切削齿，所述安装槽的槽口边沿堆焊耐磨覆层；所述刀体的背角面上设置多个耐磨桩，所述耐磨桩的顶部为球面形状，其球面半径为5～7mm；所述刀体的背角面的周边设置耐磨凸边，所述刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起，所述多条耐磨凸起的高度为4～6mm。 

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的刀体的背角面上设置多个耐磨桩，在盾构机的掘进过程中，耐磨桩与砂层直接接触，减缓了砂层对刀体的磨损，延长了平头齿刀的使用寿命。

2、本发明的刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起，使安装在盾构机刀盘上相邻的两把平头齿刀沿运动轨迹上有部分重叠，减缓了砂层对刀体两侧的磨损，延长了平头齿刀的使用寿命。

3、本发明的刀体的背角面的周边设置耐磨凸边，耐磨凸边的高度高于耐磨桩的高度，使耐磨凸边对其内侧的耐磨桩起到一定的保护作用。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1、本发明的结构示意图；

图2、本发明中刀体背角面的示意图；

图3、本发明中耐磨桩的安装示意图；

图4、本发明中耐磨凸台的示意图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3（图2是图1的俯视图，图3是局部剖视图），本发明的加强型平头齿刀，包括刀柄1、刀体2，所述刀体的头部设有安装槽，所述安装槽内固定切削齿3，所述安装槽的槽口边沿堆焊耐磨覆层4；堆焊耐磨覆层可以保证切削齿的焊接牢固并且减少砂层对切削齿的磨损，防止掉齿的现象发生；所述刀体的背角面7上设置多个耐磨桩5，耐磨桩采用YG13C牌号的硬质合金加工而成，其硬度大于88.5HRA。在本实施例中，在刀体的背角面上设置七根耐磨桩；所述耐磨桩的顶部为球面形状，其球面半径为5～7mm；所述刀体的背角面的周边设置耐磨凸边6，所述刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起8，所述多条耐磨凸起的厚度为4～6mm。所述多条耐磨凸起由耐磨合金材料纵横交错堆焊在钢结构的刀体上形成网格形状，由于耐磨合金焊条堆焊在钢结构的刀体上容易变形且有微弱裂纹，所以没必要满焊，且浪费材料；以网格形状代替平面，经济有效。

在本实施例中，所述刀体选用40Cr钢，机械加工后淬火加高温回火，使刀体的硬度达到HRC30～40，以保证刀体具有足够的刚性和良好的焊接性能。采用锻造后机械加工处理，金属组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。因此，与铸件相比，刀体经过锻造加工后能显著改善其组织结构和力学性能。所述安装槽为两侧贯通的矩形凹槽，所述切削齿嵌入所述安装槽内，增加了切削齿与砂层的接触面积，使平头齿刀的切削能力加以提高。所述切削齿采用硬质合金加工而成。经过研究地质勘测报告，针对地层石英含量高，且连续作业距离长的特点，本实施例中的切削齿选用硬度相对较高、抗耐磨性能相对较好的702牌号的硬质合金进行加工。所述切削齿与刀体通过焊接方式固定在一起，硬质合金切削齿与刀体采用中、高频CO₂气体保护焊接，焊料采用国产铜基料系列及进口的铜银复合焊片，焊接后严格检查并保温以消除焊接应力，确保刀具的质量。

参见图2、图3，在本实施例中，所述刀体的背角面上设置七个耐磨桩安装孔9，所述耐磨桩安装孔分两排设置，其中第一排设置四个耐磨桩安装孔，第二排设置三个耐磨桩安装孔，所述两排耐磨桩安装孔错位设置。所述耐磨桩5是总长度25mm、直径10mm的圆柱体；本实施例中，耐磨桩的顶部也可以为圆形平面，耐磨桩的圆形平面与柱面之间也可以设置成倒角。七根耐磨桩分别植入所述耐磨桩安装孔内固定安装，固定的方式可以是焊接，也可以是铆接。所述耐磨桩露出刀体的背角面以上的部分，即耐磨桩的高度是3～4mm。所述刀体的背角面的周边设置耐磨凸边6，所述耐磨凸边的宽度是4～6mm，耐磨凸边的高度是4～6mm。所述耐磨凸边高于耐磨桩1～2mm，防止耐磨桩外露而崩掉或脱落，使耐磨凸边对其内侧的耐磨桩在盾构施工的初期起到一定的保护作用。耐磨凸边由耐磨合金堆焊在钢结构的刀体上形成。

在本实施例中，所述刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起，所述多条耐磨凸起由耐磨合金材料的焊条堆焊而成。要求选用的耐磨合金材料的硬度大于60HRC，本实施例中，所述耐磨合金材料是铸造碳化钨。所述多条耐磨凸起的高度为4～6mm，多条耐磨凸起的高度可以在4～6mm的范围内进行选择，最优选的高度是6mm。所述多条耐磨凸起也可以由硬质合金材料堆焊而成。

参见图4（图4是图1的左侧视图），本发明的刀体的背角面上设置多个耐磨桩，在盾构机的掘进过程中，耐磨桩与砂层直接接触，减缓了砂层对刀体的磨损，延长了平头齿刀的使用寿命；刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起，使盾构机的刀盘上相邻的两把平头齿刀沿运动轨迹上有部分重叠，减缓了砂层直接对刀体两侧的磨损，延长了平头齿刀的使用寿命。为了加强刀体正角面11的保护，在刀体的正角面上堆焊耐磨凸台10，所述耐磨凸台的高度是4～6mm。本实施例中，耐磨凸台由耐磨合金焊条纵横交错堆焊在钢结构的刀体上形成网格形状，由于耐磨合金焊条堆焊在钢结构的刀体上容易变形且有微弱裂纹，所以没必要满焊，且浪费材料；以网格形状代替平面，更加经济有效。

本发明的加强型平头齿刀可以安装在海瑞克公司的EPB盾构机上，该盾构机的刀盘上共配置中心双刃滚刀4把、正面及边缘单刃滚刀31把、加强型平头齿刀64把、边缘刮刀8把、超挖刀1把。所配置的64把平头齿刀分别装在刀盘的四个副臂上，相同轨迹线上布置两正两***四把平头齿刀参与切削。加强型平头齿刀的布置及安装属于现有技术，此处不详细描述。应用本发明的盾构施工隧道，在水平方向上砂层分布较广泛，垂直方向上分布极不均匀，稍密状～中密状，且石英含量高。隧道大部分顶拱或全段面通过砂层，连续长达540米，为目前国内盾构施工通过砂层最长的区段，且从机场高速的下方穿越，期间更换刀具危险性大，由于随时可能出现喷涌，不允许常压下更换刀具，施工难度极大。由于相邻两把平头齿刀为背向设置，在进行土体切削时，砂层对后角面的耐磨性能要求很高。

实践证明，装配本发明的加强型平头齿刀的盾构机在未更换刀具的情况下，成功的通过了长达540m的连续砂层，并持续作业610m，其中加强型平头齿刀磨损均在4-7mm之间，属正常磨损范围。平头齿刀作为盾构机刀盘的最后一道保障，降低了刀盘在砂层中损坏的风险。

同时在广佛地铁10标中，右线成功的掘进了1100m，刀体完整，磨损均在3-8mm之间，属正常磨损范围，且过程中未更换1把齿刀。在广佛10标地层中，普通齿刀的寿命是600-800m，而加强型平头齿刀的寿命大于1100m，相当于节约1整盘齿刀及螺栓。其价格是1700元/把，虽比普通齿刀单把贵200元，但广佛双线齿刀总体费用节约较大，仅直接费用节约人民币约172800元（不计间接费用：人工费、电力、工期等）。 

Claims (3)

1.一种加强型平头齿刀，包括刀柄、刀体，其特征在于：所述刀体的头部设有安装槽，所述安装槽内固定切削齿，所述安装槽的槽口边沿堆焊耐磨覆层；所述刀体的背角面上设置多个耐磨桩，所述耐磨桩的顶部为球面形状，其球面半径为5～7mm；所述刀体的背角面的周边设置耐磨凸边，所述耐磨凸边高于所述耐磨桩1～2mm；所述刀体的两侧面上设置多条耐磨凸起，所述多条耐磨凸起由耐磨合金材料纵横交错堆焊在所述刀体上形成网格形状，所述多条耐磨凸起的高度为4～6mm。

2.根据权利要求1所述的加强型平头齿刀，其特征在于：所述多条耐磨凸起由耐磨合金材料堆焊而成。

3.根据权利要求1或2所述的加强型平头齿刀，其特征在于：所述刀体的正角面上堆焊耐磨凸台，所述耐磨凸台的高度为4～6mm。

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