CN107740695B - 一种新型盾构滚刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型盾构滚刀，包括刀圈、刀体、左转动支撑组件和右转动支撑组件；所述左、右转动支撑组件的结构相同并分别位于刀体的两侧，左转动支撑组件包括轴承座、圆锥滚子轴承、浮动油封座和法兰盖板。两侧的圆锥滚子轴承面对面安装，且分别位于两侧的轴承座内，浮动油封座位于圆锥滚子内圈与轴承座之间；每个轴承座一侧与刀体之间均安装有防尘密封圈，每个轴承座另一侧与刀体之间均安装有反向金属浮动油封。本发明盾构滚刀采用刀轴刀体一体化设计，将两套轴承面对面安装，并采用了双重密封设计，使滚刀的强度更高、密封可靠性和稳定性更好。

Description

一种新型盾构滚刀

技术领域

本发明涉及一种盾构机用的刀具，具体涉及一种安装在盾构机刀盘上的新型盾构滚刀。

背景技术

盾构机作为一种先进、高效、环保的隧道掘进施工高端装备，以其自动化程度高、掘进效率高、施工安全、对周围岩层扰动小等优点成为城市地铁、公路、市政管廊、水利水电等工程隧道掘进施工的首选装备。而盾构刀具作为盾构机的“牙齿”，安装在刀盘面板上，按不同轨迹半径凸前布置，直接与岩土接触，是盾构机掘进施工的关键部件。

盾构滚刀是一种破岩刀具，主要通过刀圈对岩层的滚动碾压作用挤压破碎岩石，盾构滚刀性能的好坏直接决定了盾构机的破岩效率。现在市场上广泛应用的盾构滚刀的标准结构，如图3所示，是将两套圆锥滚子轴承背靠背安装在同一个刀体的内腔中，刀圈装配在刀体外圆上。工作时刀轴不动，刀圈随刀体以及轴承外圈一起绕刀轴转动，同时滚刀随刀盘绕刀盘中心公转，以达到破碎岩石的目的。然而现有结构的滚刀普遍存在以下缺陷：一、受轴承、刀圈装配尺寸的限制，使得刀体的壁厚也受到限制；刀体壁厚不够则其结构强度也不够，在承载较大或冲击载荷较大的工况环境里，易出现因刀体变形、崩碎、断裂而导致刀体损坏失效的问题。二、由于两套圆锥滚子轴承安装在同一个刀体内腔，仅靠两侧金属浮动密封来密封，密封的可靠性和稳定性较差，经常出现密封失效的问题；一旦密封失效，泥沙就会从刀体侧面进入刀体内腔，从而导致轴承卡死、损坏，滚刀被迫停止工作。三、目前滚刀两侧的动密封是采用传统的金属浮动油封，如图4所示，包括两个对称的金属环，两个金属环之间通过高平面度和粗糙度的密封面相贴，在其上部形成了一个动密封界面，金属环与密封型腔之间通过压缩的O型密封圈传递压力，以保证密封界面紧密贴合实现密封。但这种密封只能在内外压差小于0.3Mpa的工况环境下使用，在实际的施工过程中当隧道埋深较大时，如修建过海过江隧道，经常会出现内外压差大于0.3MPa的情况。因此，当外界与内部的压力差大于0.3MPa时，位于密封型腔内的O型密封圈会被外部施加的压力推向型腔开口方向，O型密封圈挤压变形滑落后导致密封失效，泥浆进入滚刀内部，从而造成滚刀损坏。四、现有结构的滚刀，在其圆锥滚子轴承的两侧虽然都装有端盖，但由于两套圆锥滚子轴承安装在同一个刀体内腔，一旦出现故障，只能将滚子轴承、刀轴、刀体、油封一一拆除，才能对故障处进行更换维修，因此维修比较繁琐，且成本高昂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种全新结构的盾构机用滚刀，该滚刀采用刀轴刀体一体化设计，将轴承面对面安装，并采用了双重密封设计，使滚刀的强度更高、密封可靠性和稳定性更好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型盾构滚刀，其特征在于，包括刀圈、刀体、左转动支撑组件和右转动支撑组件；所述刀体为整体式轮毂结构，即刀体与原刀轴整合为一体。所述左转动支撑组件和右转动支撑组件分别位于刀体的两侧，左转动支撑组件包括轴承座、圆锥滚子轴承、浮动油封座和法兰盖板，所述圆锥滚子轴承包括圆锥滚子外圈和圆锥滚子内圈，右转动支撑组件的结构与左转动支撑组件相同。两侧的圆锥滚子轴承面对面安装，且分别位于两侧的轴承座内，两侧的轴承座的外侧通过螺钉分别安装有法兰盖板，浮动油封座位于圆锥滚子内圈与轴承座之间。每个轴承座的台阶外沿与刀体配合处之间均安装有防尘密封圈，每个轴承座内孔与刀体轴头配合处之间均安装有反向金属浮动油封，反向金属浮动油封包括两个对称的金属环、两个密封型腔，每个密封型腔内均设有O型密封圈，其中一个金属环和密封型腔位于浮动油封座上，另外一个金属环和密封型腔位于轴承座上，两个金属环内侧的下部相贴，形成一个密封界面。

进一步地，轴承座内部为密闭腔体，轴承座内加注有润滑油。

进一步地，所述刀圈过盈热装在刀体的外圆上，以保持足够的抱持力，防止刀圈与刀体发生相对转动。

进一步地，所述刀圈与刀体之间安装有挡圈，以确保刀圈不从刀体上攒动甚至脱落。

进一步地，所述圆锥滚子内圈通过带定位销锁紧环安装在刀体的轴头上，所述圆锥滚子外圈安装在轴承座内，圆锥滚子内圈与圆锥滚子外圈形成转动副。

进一步地，所述浮动油封座与刀体轴头之间设置有O型密封圈一，确保外界环境泥水不通过浮动油封座与刀体之间的间隙进入密封型腔内部。

进一步地，所述法兰盖板的台阶外圆上设置有O型密封圈二，确保外界环境泥水不通过法兰盖板与轴承座之间的间隙进入密封型腔内部。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、轮毂结构的整体式刀体，是将现有滚刀的刀轴和刀体整合为一体，从而增加了刀体的强度和刚性，在承载较大或撞击较大的工况环境里，减少出现刀体变形、崩碎、断裂等导致刀体损坏的情况。

2、将现有滚刀两套轴承共用一个刀体内腔，改为两套轴承分别占用两个独立的腔体，且两个腔体之间彼此不连通，分别进行润滑，提高了运转的稳定性和可靠性。

3、两套轴承分别位于各个独立的腔体内，日常保养或故障维修时，由于两个腔体之间彼此不连通，因此不需同时拆除所有部件，维修保养方便。工作过程中，即使其中一套轴承因故障导致损坏，另外一套轴承还能继续使用。

4、采用了双层密封结构，刀体的密封可靠性和稳定性更好。在轴承座与刀体之间安装了防尘密封圈，作为隔绝外界灰尘和渣土的第一道密封结构。第二道密封采用反向金属浮动油封，能进一步防止泥沙、泥浆进入刀体内腔，避免了因杂物进入而导致轴承卡死、损坏的现象，延长了滚刀的使用寿命。

5、本发明采用的反向金属浮动油封与现有滚刀采用的传统的金属浮动油封相比，其密封效果更好，其原因在于彻底改变了现有滚刀的结构，使得外部压力进入刀体内部的路径与进入传统滚刀内部的路径不同，通过压缩的O型密封圈传递压力，以保证两个金属环内侧的密封界面紧密贴合，从而实现密封。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的整体结构剖面

图3是现有滚刀整体结构剖面图

图4是图3B处的局部放大图

图5是图2A处的局部放大图

图中：1、刀圈，2、挡圈，3、刀体，4、轴承座，5、法兰盖板，6、带定位销锁紧环，7、圆锥滚子内圈，8、圆锥滚子外圈，9、O型密封圈二，10、螺钉，11、O型密封圈一，12、浮动油封座，13、反向金属浮动油封，13.1、金属环，13.2、密封型腔，13.3、O型密封圈，13.4、密封界面，13.5、型腔开口，14、防尘密封圈，15、端盖，16、圆锥滚子轴承，17、刀轴，18、轴承内圈，19、轴承外圈，20、普通浮动油封，20.1、金属环，20.2、密封型腔，20.3、O型密封圈，20.4、密封界面，20.5、型腔开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，以下记载的仅为本发明的优选实施例，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依据本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

一种新型盾构滚刀，如图1、图2所示，包括刀圈1、刀体3、左转动支撑组件和右转动支撑组件。所述刀体3为整体式轮毂结构，该结构是将现有滚刀的刀体3和刀轴17的独立设计，如图3所示，改为刀体、刀轴一体式设计，即将原刀体与刀轴整合为一体式刀体3，从而增加了刀体3的强度和刚性，在承载较大或撞击较大的工况环境里，减少出现刀体3变形、崩碎、断裂等导致刀体3损坏的情况。

所述刀圈1过盈热装在刀体3的外圆上，以保持足够的抱持力，防止刀圈1与刀体3发生相对转动。所述刀圈1与刀体3之间安装有挡圈2，以确保刀圈1不从刀体3上攒动甚至脱落。

所述左转动支撑组件和右转动支撑组件分别位于刀体3的两侧，右转动支撑组件的结构与左转动支撑组件相同。将现有滚刀两套圆锥滚子轴承16共用一个刀体3内腔，如图3所示，改为两套滚子轴承分别占用两个独立的腔体，如图1和图2所示，且两个腔体之间彼此不连通，分别进行润滑，提高了滚刀运转的稳定性和可靠性。

左转动支撑组件包括轴承座4、圆锥滚子轴承、浮动油封座12和法兰盖板5。所述圆锥滚子轴承包括圆锥滚子外圈8和圆锥滚子内圈7，圆锥滚子内圈7通过带定位销锁紧环6安装在刀体3的轴头上，圆锥滚子外圈8安装在轴承座4内，圆锥滚子内圈7与圆锥滚子外圈8形成转动副。所述轴承座4内部为密闭腔体，轴承座4内加注有润滑油。

两侧的圆锥滚子轴承面对面安装，且分别位于两侧的轴承座4内，两侧的轴承座4的外侧通过螺钉10分别安装有法兰盖板5，浮动油封座12位于圆锥滚子内圈7与轴承座4之间。

每个轴承座4的台阶外沿与刀体3配合处之间均安装有防尘密封圈14，作为隔绝外界灰尘和渣土的第一道密封结构。

每个轴承座4内孔与刀体3轴头配合处之间均安装有反向金属浮动油封13，反向金属浮动油封13包括两个对称的金属环13.1、两个密封型腔13.2，每个密封型腔13.2内均设有O型密封圈13.3，其中一个金属环13.1和密封型腔13.2位于浮动油封座12上，另外一个金属环13.1和密封型腔13.2位于轴承座4上，两个金属环13.1内侧的下部相贴，形成一个密封界面13.4。反向金属浮动油封13作为第二道密封结构，能进一步防止泥沙、泥浆进入刀体3内腔，避免了因杂物进入而导致轴承卡死、损坏的现象，延长了滚刀的使用寿命。

所述浮动油封座12与刀体3轴头之间设置有O型密封圈一11，确保外界环境泥水不通过浮动油封座12与刀体3之间的间隙进入密封型腔13.2内部。

所述法兰盖板5的台阶外圆上设置有O型密封圈二9，确保外界环境泥水不通过法兰盖板5与轴承座4之间的间隙进入密封型腔13.2内部。

本发明彻底改变了现有滚刀的结构，具体表现在：

一、现有滚刀的刀圈1与刀体3为一体，如图3所示，工作时刀轴17不动，刀圈1随刀体3以及轴承外圈19一起绕刀轴17转动。本发明是将原刀体和刀轴整合为一体式轮毂结构，如图1和图2所示，刀圈1随整体式刀体3一起转动，刚性更好，更耐冲击。

二、现有滚刀两套轴承16共用一个刀体内腔，本发明两套轴承分别占用两个独立的腔体，且两个腔体之间彼此不连通。

本发明对滚刀结构进行上述改变，使得外部压力进入刀体内部的路径与进入传统滚刀内部的路径不同。普通金属浮动油封20在外部压力增大时O型密封圈的位置变化如图4所示，图中箭头符号标示的走向为外部压力进入刀体内部的路径。外部压力从刀体3侧面与轴承座4之间进入，位于密封型腔20.2内的O型密封圈20.3会被压力推向型腔开口方向20.5，O型密封圈20.3挤压变形滑落后导致密封失效，泥浆进入滚刀内部，从而造成滚刀损坏。而本发明采用的反向金属浮动油封13在外部压力增大时O型密封圈的位置变化如图5所示，图中箭头符号标示的走向为外部压力进入刀体内部的路径。外部压力从刀体3上部与轴承座4之间进入，分别向两个密封型腔开口13.5方向施压，两个O型密封圈13.3都会被压力推向密封型腔13.2另一端，以保证两个金属环13.1内侧下部的密封界面13.4紧密贴合，从而实现密封。

通过上述滚刀结构的改变，本发明采用反向金属浮动油封13与现有滚刀采用的普通金属浮动油封20相比，其密封效果更好。

此外，现有普通金属浮动油封20的密封界面20.4在其两个金属环20.1内侧的上部，本发明反向金属浮动油封13的密封界面13.4在其两个金属环13.1内侧的下部。将密封界面13.4设置于金属环13.1内侧的下部，更利于密封面受力稳定。密封界面13.4上部形成的小角度斜面更容易引导润滑油通过毛吸作用进入密封面，以达到最佳的润滑效果。

Claims (7)

1.一种新型盾构滚刀，其特征在于，包括刀圈、刀体、左转动支撑组件和右转动支撑组件；所述刀体为整体式轮毂结构，即刀体与原刀轴整合为一体；

所述左转动支撑组件和右转动支撑组件分别位于刀体的两侧，左转动支撑组件的结构与右转动支撑组件相同；左转动支撑组件包括轴承座、圆锥滚子轴承、浮动油封座和法兰盖板，所述圆锥滚子轴承包括圆锥滚子外圈和圆锥滚子内圈；两侧的圆锥滚子轴承面对面安装，且分别位于两侧的轴承座内，两侧的轴承座的外侧通过螺钉分别安装有法兰盖板，浮动油封座位于圆锥滚子内圈与轴承座之间；每个轴承座的台阶外沿与刀体配合处之间均安装有防尘密封圈，每个轴承座内孔与刀体轴头配合处之间均安装有反向金属浮动油封；反向金属浮动油封包括两个对称的金属环、两个密封型腔，每个密封型腔内均设有O型密封圈，其中一个金属环和密封型腔位于浮动油封座上，另外一个金属环和密封型腔位于轴承座上，两个金属环内侧的下部相贴，形成一个密封界面。

2.如权利要求1所述的新型盾构滚刀，其特征在于，所述的轴承座内部为密闭腔体，轴承座内加注有润滑油。

3.如权利要求1或2所述的新型盾构滚刀，其特征在于，所述的刀圈过盈热装在刀体的外圆上。

4.如权利要求3所述的新型盾构滚刀，其特征在于，所述刀圈与刀体之间安装有挡圈。

5.如权利要求4所述的新型盾构滚刀，其特征在于，所述圆锥滚子内圈通过带定位销锁紧环安装在刀体的轴头上，所述圆锥滚子外圈安装在轴承座内，圆锥滚子内圈与圆锥滚子外圈形成转动副。

6.如权利要求5所述的新型盾构滚刀，其特征在于，所述浮动油封座与刀体轴头之间设置有O型密封圈一。

7.如权利要求6所述的新型盾构滚刀，其特征在于，所述法兰盖板的台阶外圆上设置有O型密封圈二。