CN220815641U - 一种耐磨盾构刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种耐磨盾构刀具，属于盾构刀具技术领域；包括刀圈和轴承，所述刀圈套设于轴承外，所述刀圈侧面设有若干合金刀头，若干所述合金刀头呈环形阵列设置，所述刀圈顶面和底面分别设有若干固定槽，若干所述固定槽呈环形阵列设置，所述刀圈顶面和底面上的固定槽数量和布置方式相同，所述刀圈顶面和底面的若干固定槽中分别通过焊接形成有耐磨焊层，任一所述固定槽的走向均垂直于刀圈轴心设置，任一所述固定槽内设置有加强筋，任一所述加强筋与对应固定槽底部贴合设置，任一所述加强筋均垂直于刀圈轴心设置，任一所述固定槽的截面形状为矩形，任一所述加强筋的截面形状为矩形；其与耐磨焊层结合紧密度高的同时，兼顾结构强度。

Description

一种耐磨盾构刀具

技术领域

本实用新型属于盾构刀具技术领域，具体涉及一种耐磨盾构刀具。

背景技术

盾构刀具是一种装载于盾构机前部，用于在盾构机旋转前进的过程中与土层接触，共同完成掘进的设备，典型的盾构机刀具包括先行刀、主切刀、刮刀和滚刀等，其中滚刀多为环形或圆盘形，并围绕设置于轴心处的转轴旋转，并使侧面边缘与地层不断接触，完成掘进。

刮刀旋转挖掘的过程中，由于盘型刀圈的侧面边缘和上下表面同样会与地层接触，然而不断接触摩擦的过程中，地层会对刀圈造成侵蚀，长期侵蚀后，为提高刀圈的耐磨性，通常的技术方案，例如中国专利CN110421242A一种耐磨合金材料及盾构机耐磨刀圈等离子堆焊工艺中公开的技术方案，其通过在刀圈上使用等离子焊机将镍基碳化钨堆焊在刀圈上的侧面边缘以及上下表面边缘，形成耐磨性更好的耐磨焊层，并使耐磨焊层替代刀圈承受掘进过程中与地层的摩擦，提高了刀圈的耐磨性；然而上述方案中，由于刀圈轮廓方便切割，表面较为平整，且耐磨焊材质和刀圈材质不同，导致耐磨焊无法很好地与刀圈熔融连接，在替代刀圈承受摩擦的过程中，有概率在沿耐磨焊层表面以及沿刀圈上下表面的反作用力的作用下，发生相对滑动甚至整体脱落，而对此一般的改进为在刀圈侧面开设凹槽，增大耐磨焊和刀圈的接触面积，然而当凹槽处于某些形状时，会较为剧烈地改变刀圈截面形状，降低刀圈垂直于边缘的承压能力，为此，需要一种和耐磨焊层结合紧密度高的同时，兼顾结构强度的耐磨盾构刀具。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种耐磨盾构刀具，具有结合紧密度高的同时，兼顾结构强度的特点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种耐磨盾构刀具，包括刀圈和轴承，所述刀圈套设于轴承外，所述刀圈侧面设有若干合金刀头，若干所述合金刀头呈环形阵列设置，所述刀圈顶面和底面分别设有若干固定槽，若干所述固定槽呈环形阵列设置，所述刀圈顶面和底面上的固定槽数量和布置方式相同，所述刀圈顶面和底面的若干固定槽中分别通过焊接形成有耐磨焊层，任一所述固定槽的走向均垂直于刀圈轴心设置

作为本实用新型的一种优选技术方案，任一所述固定槽内设置有加强筋，任一所述加强筋与对应固定槽底部贴合设置，任一所述加强筋均垂直于刀圈轴心设置。

作为本实用新型的一种优选技术方案，任一所述固定槽的截面形状为矩形，任一所述加强筋的截面形状为矩形。

作为本实用新型的一种优选技术方案，任一所述加强筋的沿刀圈轴向的尺寸小于对应固定槽的深度。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述刀圈由42CrMo钢构成。

作为本实用新型的一种优选技术方案，

本实用新型的有益效果为：

(1)通过设置若干个相互不相交的固定槽，并将每个固定槽设置为垂直于径向布置的长条形，降低了固定槽对刀圈轴向厚度的影响，在保证固定槽可发挥提高耐磨焊层与刀圈结合紧密度的同时，兼顾了刀圈自身的结构强度；

(2)通过在每个固定槽中设置加强筋，使得刀圈在固定槽处的轴向厚度进一步提升，同时在刀圈受到外力时，加强筋可部分承受外力，分散外力的集中作用，通过将固定槽和加强筋的截面积设置为矩形，进一步地提高与耐磨焊层的结合紧密度，进一步保证了在设置固定槽提高耐磨焊层的结合紧密度的同时，兼顾刀圈结构强度。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型刀圈部分的结构示意图；

图3为本实用新型刀圈除耐磨焊和合金刀头以外部分的结构示意图；

图4为图3中A处放大图；

图5为本实用新型刀圈部分的剖面结构示意图；

主要元件符号说明：

图中：1、刀圈；11、固定槽；12、加强筋；2、耐磨焊层；3、轴承；4、合金刀头。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-5，一种耐磨盾构刀具，包括刀圈1和轴承3，所述刀圈1套设于轴承3外，环状刀圈1侧边设置有若干合金刀头4，若干合金刀头4呈环形阵列设置，本实施例中，刀圈1为环状盘型，环状刀圈1中心的开口套设于轴承3外，轴承3设置于盾构机对应位置上，环状刀圈1侧面设有若干安装孔，若干安装孔与若干合金刀头4一一对应设置，每个合金刀头4都以过盈配合的方式***安装孔中，完成合金刀头4的安装，合金刀头4由高硬度合金构成，掘进时，盾构机驱使轴承3旋转刀圈1，刀圈1边缘的合金刀头4不断沿旋转方向与地层碰撞，同时，高硬度合金刀头4处于刀圈1侧面突出位置处，最先与地层发生接触，受到的磨损最多，此时合金刀头4完成替代刀圈1承受磨损的功能，提高了刀圈1的耐磨性，同时刀圈1和轴承3的配合下完成掘进工作；

上述过程中，虽然有合金刀头4位于侧面并突出于侧面，最先于地层接触，替代刀圈1承受摩擦，但随着掘进的深入，且地层结构会随着受力变化，使得地层伸入环状盘型刀圈1的顶面和底面的位置，使得顶面和底面也会与地层发生接触摩擦，此部分刀圈1在长期接触后同样会受到侵蚀作用，为进一步提高耐磨性，刀圈1顶面和底面都通过焊接，使焊料形成耐磨焊层2，耐磨焊层2覆盖于环状刀圈1的顶面和底面，同时在焊接过程中焊机高温的作用下，耐磨焊层2靠近刀圈1的一端与刀圈1表面同时融化并连接在一起，当刀圈1的顶面和底面与地层发生摩擦时，耐磨焊层2替代刀圈1与地层发生摩擦，同时耐磨焊层2和刀圈1的焊接连接处使得耐磨焊层2扒附于刀圈1表面，持续为刀圈1承受摩擦，提高了刀圈1的耐用性。

上述结构中，为方便切割，刀圈1表面较为平整，刀圈1表面无法提供额外的结构方便耐磨焊层2在刀圈1表面的固定，同时由于耐磨焊材质和刀圈1材质不同，两种材质的熔点不同，导致在通过热量熔化并混合的焊接过程中，耐磨焊无法很好地与刀圈1熔融连接，在替代刀圈1承受摩擦的过程中，有概率在沿耐磨焊层2表面以及沿刀圈1上下表面的反作用力的作用下，发生相对滑动甚至整体脱落；

为解决上述需要对耐磨焊层2进行固定的问题，现有技术采用了在刀圈1的顶面和底面对称开设环形槽的方案，环形槽绕轴心设置，在此方案中，虽然能增大耐磨焊和刀圈1的接触面积，由于固定槽11本质上为环形凹槽，凹槽将刀圈1分隔为靠近轴心的内圈和远离轴心的外圈，同时在对称挖除两个环形槽后，刀圈1在环形槽区域的剩余部分成为外环和内环的连接结构，此时外圈和内圈之间连接结构的轴向厚度较薄，刀圈1在此处的结构强度较低，在刀圈1受到径向的向心压力，以及受到轴向的垂直于刀圈1上下表面的压力以后，使得刀圈1发生结构损坏的概率较高，结构强度不足；

为提高结构强度，本方案中，刀圈1顶面和底面分别设有若干固定槽11，若干个固定槽11相互独立，本实施例中，刀圈1每个面都设有8个固定槽11，8个固定槽11呈环形阵列设置，同时，刀圈1顶面和底面的耐磨焊层2形成于对应面的固定槽11中，并从若干个固定槽11中分别延伸，直至覆盖刀圈1的顶面或者底面，此时两个面上的耐磨焊层2靠近刀圈1的一端均有一部分位于固定槽11内，同时在焊接的高温作用下，耐磨焊层2和固定槽11内壁部分融化并相互连接，当耐磨焊层2有发生相对滑动甚至脱落的趋势时，固定槽11为耐磨焊层2提供额外的连接面积，同时当靠近某一固定槽11的耐磨焊层2连带固定槽11中的耐磨焊层2有相对滑动的趋势时，固定槽11侧壁对耐磨焊层2进行支撑，降低了耐磨焊层2滑动脱落的概率，提高了耐磨焊层2的结合紧密度；

同时，每个固定槽11相互独立，每个固定槽11的形状均为长条形，长条形固定槽11的延伸方向均沿刀圈1的径向，此时刀圈1设置有固定槽11部分的轴向厚度较厚，使得刀圈1在设置了固定槽11后依然保有一定结构强度，同时，8个固定槽11以及相邻固定槽11之间的刀圈1其余部分形成有凹凸交替的结构，此部分凹凸交替的结构在刀圈1受到轴向的力时，凹凸交替的结构可为刀圈1提供额外的结构强度，进一步兼顾了刀圈1的结构强度，通过设置若干个相互不相交的固定槽11，并将每个固定槽11设置为垂直于径向布置的长条形，降低了固定槽11对刀圈1轴向厚度的影响，在保证固定槽11可发挥提高耐磨焊层2与刀圈1结合紧密度的同时，兼顾了刀圈1自身的结构强度。

虽然通过将固定槽11设置为若干个径向布置的条形，但固定槽11依然会对轴向厚度有削弱作用，为进一步加强结构强度，每个固定槽11内设置有加强筋12，每个加强筋12均为条形，每个条形加强筋12均沿刀圈1轴向布设，每个加强筋12均与对应固定槽11的底部一体连接，加强筋12的设置使得刀圈1在固定槽11处的轴向厚度进一步提升，同时在刀圈1受到外力时，加强筋12可部分承受外力，分散外力的集中作用，进一步保证了在设置固定槽11提高耐磨焊层2的结合紧密度的同时，兼顾刀圈1结构强度。

由于刀圈1和耐磨焊层2的材料不同，熔点不同导致两者无法很好地融化并融合，结合紧密度不足，为提高结合紧密度，每一个固定槽11的截面形状为矩形，每一个加强筋12的截面形状同样为矩形，此时每个固定槽11和刀圈1表面之间至少形成有两个直角棱，同时加强筋12的其中一面与固定槽11底部一体连接，使得加强筋12至少有两条直角棱朝向刀圈1顶面或底面设置，此时刀圈1在每个固定槽11的位置处，至少有四个直角棱朝向顶面或底面，由于焊接过程中，类似直角棱这类尖端共容易集中焊机的热量，热量集中部分的刀圈1结构融化程度更高；通过将固定槽11和加强筋12的截面积设置为矩形，进一步地提高与耐磨焊层2的结合紧密度。

当加强筋12的轴向尺寸大于固定槽11的深度时，加强筋12的顶面会突出于刀圈1表面，有概率使得加强筋12的上部直角棱无法用于对耐磨焊层2的固定，为避免此类情况的发生，每一个加强筋12的沿刀圈1轴向的尺寸小于对应固定槽11的深度，此时加强筋12上部直角棱在轴向上比刀圈1顶面更低，可更好地用于提高耐磨焊层2的结合紧密度。

由于随着掘进的伸入，地层同样会与两个合金刀头4之间的刀圈1表面发生接触，使得合金刀头4无法对此部分发挥提升耐磨性的作用，可选地，相邻两合金刀头4之间设置有耐磨焊层2，同时此部分耐磨焊层2向刀圈1顶面和底面延伸，与刀圈1顶面和底面的耐磨焊层2分别一体连接，此时耐磨焊层2可同时替代两合金刀头4之间的刀圈1表面部分承担与地层的摩擦，同时，固定槽11可同时加强各处相互一体连接的各处耐磨焊层2与刀圈1的结合紧密度。

优选地，刀圈1由42CrMo钢构成，CrMo钢具有高强度，高耐热性的优点，可在掘进过程中受到地层较大反作用力挤压作用时，作为主结构的刀圈1可更好地承受上述反作用力，同时，在耐磨焊层2与地层高强度摩擦产生热量时，高耐热性的刀圈1可更好地承受上述摩擦产生的热量，提高刀具的结构强度。

优选地，耐磨焊层2由高硬度耐磨陶瓷粉通过焊接形成，相较于其余材料，高硬度耐磨陶瓷粉的硬度更高，抗腐蚀性更好，可在条件复杂的地层中掘进时，更好地提高刀具的耐磨性，同时更好地抵抗地层中可能包含的复杂化学环境的侵蚀。

本实用新型的工作原理及使用流程：

掘进时，盾构机驱使轴承3旋转刀圈1，刀圈1边缘的合金刀头4不断沿旋转方向与地层碰撞，同时，高硬度合金刀头4处于刀圈1侧面突出位置处，最先与地层发生接触，受到的磨损最多，此时合金刀头4完成替代刀圈1承受磨损的功能，提高了刀圈1的耐磨性，同时刀圈1和轴承3的配合下完成掘进工作；

当刀圈1的顶面和底面与地层发生摩擦时，耐磨焊层2替代刀圈1与地层发生摩擦，当靠近某一固定槽11的耐磨焊层2连带固定槽11中的耐磨焊层2有相对滑动的趋势时，固定槽11侧壁对耐磨焊层2进行支撑，降低了耐磨焊层2滑动脱落的概率，同时，矩形固定槽11和加强筋12提供了直角棱，使得热量得以在直角棱处集中，焊接连接的紧密度更高，提高了耐磨焊层2的结合紧密度；

同时通过将每个固定槽11的形状设置为径向布设的长条形，并在每个固定槽11中设置径向布设的长条形加强筋12，使刀圈1在设置有固定槽11部分的轴向厚度较厚，使得刀圈1在设置了固定槽11后依然保有一定结构强度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种耐磨盾构刀具，其特征在于：包括刀圈和轴承，所述刀圈套设于轴承外，所述刀圈侧面设有若干合金刀头，若干所述合金刀头呈环形阵列设置，所述刀圈顶面和底面分别设有若干固定槽，若干所述固定槽呈环形阵列设置，所述刀圈顶面和底面上的固定槽数量和布置方式相同，所述刀圈顶面和底面的若干固定槽中分别通过焊接形成有耐磨焊层，任一所述固定槽的走向均垂直于刀圈轴心设置。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨盾构刀具，其特征在于：任一所述固定槽内设置有加强筋，任一所述加强筋与对应固定槽底部贴合设置，任一所述加强筋均垂直于刀圈轴心设置。

3.根据权利要求2所述的一种耐磨盾构刀具，其特征在于：任一所述固定槽的截面形状为矩形，任一所述加强筋的截面形状为矩形。

4.根据权利要求2所述的一种耐磨盾构刀具，其特征在于：任一所述加强筋的沿刀圈轴向的尺寸小于对应固定槽的深度。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨盾构刀具，其特征在于：所述刀圈由42CrMo钢构成。

6.根据权利要求1所述的一种耐磨盾构刀具，其特征在于：所述耐磨焊层由耐磨陶瓷粉通过焊接形成。