CN104110263A - 一种用于tbm的刀盘结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于TBM的刀盘结构，刀盘本体的一侧固定设置在TBM机体上，另一侧的作业面为球面，在作业面的顶点位置设置中心安装孔，并于中心安装孔内设置中心滚刀组，在刀盘本体的作业面上，以刀盘本体的中心轴线为圆心，半径不同的多个圆周上分别均匀设置多个安装孔，并于相邻的两圈安装孔之间均匀设置用以土石排出的土石排出孔，在安装孔内分别设置用以破碎岩体的滚刀。本发明通过对刀盘结构的改进以及滚刀布置方式的优化，提高破岩刀盘的开挖面积，增加滚刀的布置数量，以提高破岩效率和降低刀盘扭矩及推力。
Description
技术领域
本发明属于破岩技术领域，主要涉及的是用于TBM的刀盘结构。
背景技术
TBM是全断面硬岩掘进机，可实现掘进、支护、出渣等工序并连续作业，具有掘进速度快，环保、综合效益高等有点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧道的施工，在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定的同心圆切缝上滚动，滚刀在力和初速度的推进下压入岩石表面，产生局部变形，在接触部位应力集中产生破碎区，在力的持续作用下，裂纹扩大，应力集中区域范围扩大，形成碎片脱落，因此，为了提高TBM破岩效率，就要增大碎裂区的深度和裂纹扩张长度，增加脱落开挖面岩石碎片的尺寸。现在普遍应用的刀盘是平面结构，开挖面积小，刀盘上盘形滚刀设置数量少，破岩效率较低，并且只能依靠盘形滚刀旋转切削、破碎岩石，因此，盘形滚刀在此过程中所受扭矩较大，极易磨损，使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于TBM的刀盘结构，通过对破岩刀盘结构的改进以及滚刀布置方式的优化，提高破岩刀盘的开挖面积，增加滚刀的布置数量，以提高破岩效率和降低刀盘扭矩及推力。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种用于TBM的刀盘结构，包括刀盘本体和设置在刀盘本体上的滚刀，所述的刀盘本体一侧安装在TBM上，另一侧为作业面，并向工作方向凸出形成工作凸面，在刀盘本体的工作凸面上分别设置安装孔和土石排出孔，安装孔成圆周分布，每圈安装孔所在圆周的圆心位于刀盘本体中心轴线上，相邻的两圈安装孔之间均匀设置土石排出孔，所述的滚刀通过刀轴设置在安装孔内，并在安装孔内沿所述圆周的切线方向转动。
进一步的，所述的刀盘本体的作业面可以设置为球面。
进一步的，在刀盘本体作业面的中心设置一组中心滚刀组，所述的中心滚刀组由多个滚刀通过自身刀轴依次连接构成，并设置在中心安装孔内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明中刀盘本体的作业面采用凸面，与现有技术中的平面刀盘相比，同等直径条件下，本发明的刀盘具有更大的岩石开挖面积，因此，可以设置数量更多的滚刀进行开挖，具有更高的破岩效率；
第二，在现有技术中，岩石开挖面为平面，由于本发明的刀盘本体为凸面，因此在对隧洞进行开掘时，隧洞的岩石开挖面向内凹形成凹面，经滚刀挤压破坏的岩石形成的裂纹向四周扩散时，凹面上的碎片更容易脱落，尤其是凹面顶部的碎片不仅受到滚刀的挤压，而且还受到自身重力的影响，很容易从岩体上脱落下来，因此，提高了TBM的开挖效率，降低了TBM的推力；
第三，由于本发明中刀盘本体的作业面为凸面，而在开挖之初，隧洞岩体大多为平面，刀盘本体上绝大多数滚刀无法接触到岩体，因此，位于刀盘本体作业面中心位置的中心滚刀组可以首先与岩体表面接触，并通过中心滚刀组的转动进行岩体的开挖，以提高破岩效率；
第四，本发明中相邻两圈滚刀之间设置土石排出孔，在开挖过程中，被滚刀击碎的土石可以直接落在地上，也可以经过土石排出孔向后方排出，以防止滚刀被土石所堵塞，减少滚刀的磨损程度，延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视示意图。
图中标记：1、刀盘本体，2、滚刀，3、土石排出孔，4、中心滚刀组。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图所示，一种用于TBM的刀盘结构，刀盘本体1的一侧固定设置在TBM机体上，另一侧的作业面为球面，在作业面的顶点位置设置中心安装孔，并于中心安装孔内设置中心滚刀组4，所述的中心滚刀组4由四个滚刀彼此通过刀轴依次连接而成，在刀盘本体1的作业面上，以刀盘本体1的中心轴线为圆心，半径不同的多个圆周上分别均匀设置多个安装孔，并于相邻的两圈安装孔之间均匀设置用以土石排出的土石排出孔3，在安装孔内分别设置用以破碎岩体的滚刀2。
在使用时，根据岩石的不同情况，选择使用直径合适的刀盘，硬度较大的岩石比硬度较小的岩石所需用的刀盘直径大。
所述的刀盘本体1中心位置可以设置钻头，以替代所述的中心滚刀组4，在掘进过程之初由钻头与岩体开挖面接触，并对岩体开挖面进行钻孔形成预破坏。
使用时，由于刀盘本体1的作业面为球面，而岩体开挖面为平面，因此，在TBM工作初期，只有刀盘本体1的中心滚刀组4接触到岩体开挖面，对岩体进行破碎，而随着掘进的进行，岩体开挖面逐渐形成与刀盘本体1相配合的凹面，相较于平面刀盘，凹面的开挖面积更大，因此掘进效率更高，而且，在掘进过程中，被破碎的土石一部分掉落在地上，另一部分则通过刀盘本体1上的土石排出孔3排放到TBM机外部。
Claims (4)
1.一种用于TBM的刀盘结构，包括刀盘本体（1）和设置在刀盘本体（1）上用于破碎岩石的多个滚刀（2），其特征在于：所述刀盘本体（1）的作业面向工作方向凸起形成具有弧度的凸面，在刀盘本体（1）上设置用以安装滚刀（2）的安装孔以及土石排出孔（3），多个安装孔分别设置在以刀盘本体（1）中心为圆心的不同半径的圆周上，土石排出孔（3）均匀设置在相邻的两圈安装孔之间，所述的滚刀（2）通过刀轴设置在安装孔内。
2.根据权利要求1所述的一种用于TBM的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）的作业面为球面。
3.根据权利要求1所述的一种用于TBM的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）作业面的中心设置中心滚刀组（4），所述的中心滚刀组（4）由多个滚刀（2）通过刀轴依次连接并设置在中心安装孔内。
4.根据权利要求1所述的一种用于TBM的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）作业面的中心设置钻头。
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