NO333974B1 - Cutter for shaft and tunnel drilling - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en kutter for sjakt og tunnelboring, hvilken kutter innbefatter en delt kutterring som fastholdes på en kutterkropp med en fastspenningsring med minst to spennbare segmenter i en forsenkning i kutterkroppen. The present invention relates to a cutter for shaft and tunnel drilling, which cutter includes a split cutter ring which is retained on a cutter body with a clamping ring with at least two tensionable segments in a recess in the cutter body.

Dagens kutteteknologi bruker det prinsipp som er brukt gjennom mange år hvor kutterringen er krympet på kutterkroppen. Konsekvensen er at hele kutteren må demonteres når slitedelen, dvs. kutterringen skal byttes ut. Tunnelboremaskinene er forbedret og forsterket med betydelig økt produktivitet, og kutterne er blitt større med økt vekt som stiller større krav til operatørenes fysikk. Det er et sterkt behov for å forbedre kutterteknologien. Det største potensialet for økt produktivitet og redusert fysisk belasting for operatørene ligger i å muliggjøre utskifting av kutterringen ved behov uten å demontere selve kutteren, og bygge kutteren så sterk at det kan slites ut mange kutterringer før kutteren må demonteres for vedlikehold. Today's cutting technology uses the principle that has been used for many years where the cutter ring is shrunk onto the cutter body. The consequence is that the entire cutter must be dismantled when the wear part, i.e. the cutter ring, is to be replaced. The tunnel boring machines have been improved and strengthened with significantly increased productivity, and the cutters have become larger with increased weight, which places greater demands on the operators' physics. There is a strong need to improve cutter technology. The greatest potential for increased productivity and reduced physical stress for the operators lies in enabling the replacement of the cutter ring when necessary without dismantling the cutter itself, and building the cutter so strong that many cutter rings can wear out before the cutter has to be dismantled for maintenance.

Noen løsninger med utskiftbare, delte kutterringer er kjent og har vært prøvd, men har ikke blitt godtatt av markedet. Some solutions with replaceable, split cutter rings are known and have been tried, but have not been accepted by the market.

En kjent måte for fastspenning av delte kutterringer er NO 314853 med en gjenget fastspenningsring. Systemet krever et fast punkt på borhodet for å feste et hjelpeverktøy, og det har vært meget vanskelig å få løsnet fastspenningsringen for utskifting av kutterringen. A known way of clamping split cutter rings is NO 314853 with a threaded clamping ring. The system requires a fixed point on the drill head to attach an auxiliary tool, and it has been very difficult to loosen the clamping ring for replacing the cutter ring.

En annen kjent måte er å bruke en delt fastspenningsring som beskrevet i de amerikanske patentene US 5,253,723 og US 3,982,595. Another known way is to use a split clamping ring as described in the US patents US 5,253,723 and US 3,982,595.

Fastspenningsringsegmentene er i disse utførelsene festet til kutterkroppen med et antall radielle bolter eller skruer. In these designs, the clamping ring segments are attached to the cutter body with a number of radial bolts or screws.

Hensikten med nærværende oppfinnelse er å tilveiebringe en kutter som muliggjør hurtig og enkel utskifting av delte kutteringer ved et pålitelig system for fastspenning og løstagning av segmentene i fastspenningsringen og kutterringen. The purpose of the present invention is to provide a cutter which enables quick and easy replacement of split cutters by a reliable system for clamping and releasing the segments in the clamping ring and the cutter ring.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen slik den er definert i det selvstendige krav 1. Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene 2-10. This is achieved according to the invention as defined in the independent claim 1. Further embodiments of the invention are stated in the non-independent claims 2-10.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen er det en spalte S mellom fastspenningsringens segmenter slik at de kan spennes sammen og ved løsgjøring skyves fra hverandre med samme festeelement ved hjelp av et mothold som begrenser returbevegelsen av festeelementet. Det gir betydelige krefter som skyver segmentene fra hverandre så de beveges radialt ut slik at friksjonskreftene oppheves. According to the present invention, there is a gap S between the segments of the clamping ring so that they can be clamped together and, when released, pushed apart with the same fastening element by means of a counter-hold which limits the return movement of the fastening element. This produces significant forces that push the segments apart so that they are moved radially out so that the frictional forces are cancelled.

Oppfinnelsen tar også i bruk gunstige flankevinkler i forsenkningen i kutterringen og tetning i spalten i kutterringen for å sikre riktig posisjonering. The invention also uses favorable flank angles in the recess in the cutter ring and sealing in the gap in the cutter ring to ensure correct positioning.

Derved er det tilveiebrakt en kutter for sjakt- og tunnelboring som innbefatter en delt kutterring fastholdt av en delt fastspenningsring i en forsenkning i kutterkroppen. Fastspenningsringen er delt i minst to segmenter hver, med to segmentender. Mellom motstående segmentender er det en spalte. I sammenspent tilstand er enten alle par av motstående segmentender forbundet med festeelementer, eller så er minst ett par av motstående segmentender forbundet med en hengselinnretning. Segmentene sammenspennes i segmentenes omkretsretning. Thereby, a cutter for shaft and tunnel drilling is provided which includes a split cutter ring retained by a split clamping ring in a recess in the cutter body. The clamping ring is divided into at least two segments each, with two segment ends. Between opposite segment ends there is a gap. In the clamped state, either all pairs of opposite segment ends are connected with fastening elements, or at least one pair of opposite segment ends is connected with a hinge device. The segments are clamped together in the circumferential direction of the segments.

Oppfinnelsen er i sin enkleste form utformet med en todelt fastspenningsring, men kan også ha flere segmenter hvis ønskelig. In its simplest form, the invention is designed with a two-part clamping ring, but can also have several segments if desired.

Det er også mulig å anordne flere enn én delt kutterring på kutteren og kutterringen kan være delt i mer enn to segmenter hvis det er formålstjenlig. It is also possible to arrange more than one split cutter ring on the cutter and the cutter ring can be divided into more than two segments if it is expedient.

Neddreiningen i kutterkroppen hvor segmentene av kutterringen og fastspenningsringen er montert har fortrinnsvis større dybde for klemringen enn for kutterringen. The turn down in the cutter body where the segments of the cutter ring and clamping ring are mounted preferably has a greater depth for the clamping ring than for the cutter ring.

I en av utførelsesformene av oppfinnelsen kan festeelementet beveges i en første retning til anlegg mot en skulder i det ene fastspenningsringsegmentet for sammenspenning med det andre segmentet ved en gjengeboring. Festeelementet kan også beveges i motsatt retning'for anlegg mot et mothold i det første segmentet slik at segmentene skyves fra hverandre. Motholdet kan ha form av motholdselementer anordnet på hver sin side av en senterakse for festeelementet. In one of the embodiments of the invention, the fastening element can be moved in a first direction to abut against a shoulder in one clamping ring segment for clamping with the other segment by means of a threaded hole. The fastening element can also be moved in the opposite direction to abut against a counter-hold in the first segment so that the segments are pushed apart. The abutment can take the form of abutment elements arranged on either side of a central axis for the fastening element.

Forbindelseselementene kan omfatte en hengselinnretning og/eller festeelementer. I en utførelsesform av oppfinnelsen kan alle par av motstående klemringsegmentender sammenspennes ved hjelp av festeelementer. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan minst ett par av motstående klemringsegmentender sammenholdes ved hjelp av en hengselinnretning mens de øvrige er forbundet ved hjelp av festeelementer. The connecting elements may comprise a hinge device and/or fastening elements. In one embodiment of the invention, all pairs of opposite clamping ring segment ends can be clamped together by means of fastening elements. In another embodiment of the invention, at least one pair of opposite clamping ring segment ends can be held together by means of a hinge device, while the others are connected by means of fastening elements.

Et festeelement kan omfatte et spesielt skrueelement, en bolt eller en tilsvarende festeanordning, montert i det ene klemringsegmentet for samvirke med en gjengeboring med et gjengeavsnitt i det andre segmentet for sammenspenning av de to segmentene. Festeelementet er anordnet med kanter eller ringflater, eventuelt et hode med innvendig sekskant for samvirke med motholdet. A fastening element may comprise a special screw element, a bolt or a similar fastening device, mounted in one clamping ring segment for cooperation with a threaded bore with a threaded section in the other segment for clamping the two segments together. The fastening element is arranged with edges or annular surfaces, possibly a head with an internal hexagon for cooperation with the counter.

I neddreiningen i kutterkroppen danner sideveggen som ligger an mot kutterringen, en vinkel a med en normal til kutterens senterlinje, sideveggen som ligger an mot fastspenningsringen danner en vinkel c med en normal til kutterens omdreiningsakse, og kontaktflaten mellom kutterringen og fastspenningsringen danner en vinkel b med en normal til kutterens omdreiningsakse. I en utførelsesform av oppfinnelsen er kutterringens sidevinkel a mot kutterkroppen fortrinnsvis betydelig større enn sidevinkelen c mot fastspenningsringen, og sidevinkelen b er fortrinnsvis lik vinkel c og større enn friksjons vinkelen for berøringsflatene. During the downward rotation in the cutter body, the side wall adjacent to the cutter ring forms an angle a with a normal to the center line of the cutter, the side wall adjacent to the clamping ring forms an angle c with a normal to the axis of rotation of the cutter, and the contact surface between the cutter ring and the clamping ring forms an angle b with a normal to the cutter's axis of rotation. In one embodiment of the invention, the side angle a of the cutter ring against the cutter body is preferably significantly greater than the side angle c against the clamping ring, and the side angle b is preferably equal to angle c and greater than the friction angle for the contact surfaces.

Kutterkroppen har utvendig ett eller flere hull, slik at kutteren kan roteres manuelt ved å sette en stang i hullet. The cutter body has one or more holes on the outside, so that the cutter can be rotated manually by inserting a rod into the hole.

Oppfinnelsen og vesentlige trekk og fordeler ved den vil gå frem av patentkravene og av den nedenfor gitte beskrivelse av ikke-begrensende utførelseseksempler. The invention and its essential features and advantages will be apparent from the patent claims and from the description of non-limiting examples given below.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene hvor The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings where

Figur 1 viser dagens kjente kutterteknologi. Figure 1 shows today's known cutter technology.

Figur 2 viser en kutterutførelse i følge oppfinnelsen. Figure 2 shows a cutter design according to the invention.

Figur 3a-c viser to utførelser av fastspenningsringen med festeelementer og mothold for disse ifølge oppfinnelsen. Figure 3a-c shows two versions of the clamping ring with fastening elements and counter-holds for these according to the invention.

Figur 4 viser bruk av oppfinnelsen for en kutter med to kutterringer. Figure 4 shows use of the invention for a cutter with two cutter rings.

Figur 1 viser dagens konvensjonelle kutterteknologi med en kutterring A krympet på kutterkroppen B. Endene av en sikringsring C er sveiset sammen etter at den er montert i sporet D. Figure 1 shows today's conventional cutter technology with a cutter ring A crimped onto the cutter body B. The ends of a retaining ring C are welded together after it is fitted in the groove D.

Fordi kutterringen A er krympet på kutterkroppen B er det nødvendig å demontere hele kutteren når kutterringen skal skiftes ut. Den veier over 100 kg. Borhodet må dreies slik at det kan anvendes løfteutstyr for kutteren som skal skiftes ut. To mann bruker normalt 45 min, på selve kutterbyttet. Kutteren transporteres til verksted for kutterringbytte og kontroll som krever 1-2 lønnstimer, og så transporteres kutteren tilbake til tunnelboremaskinen. Alt dette kan spares hvis kutterringen kan skiftes ut mens kutteren sitter på borhodet. Because the cutter ring A is crimped on the cutter body B, it is necessary to dismantle the entire cutter when the cutter ring is to be replaced. It weighs over 100 kg. The drill head must be turned so that lifting equipment can be used for the cutter to be replaced. Two men normally spend 45 minutes on the cutter change itself. The cutter is transported to the workshop for cutter ring replacement and inspection, which requires 1-2 wage hours, and then the cutter is transported back to the tunnel boring machine. All this can be saved if the cutter ring can be replaced while the cutter is on the drill head.

Figur 2 viser en kutter utformet i henhold til oppfinnelsen. Kutteren har en aksel 1, rullelagre 2 og 3, endelokk 4 og 5, glideringstetninger 6 og 7, en kutterkropp 8 med en neddreining 17, hvori er montert en delt fastspenningsring med segmentene 18a, 18b og en delt kutterring med segmentene 10a, 10b. Kutterkroppen 8 har et antall hull 11 for en stang 12 som kan brukes til å dreie kutteren manuelt. Figure 2 shows a cutter designed according to the invention. The cutter has a shaft 1, roller bearings 2 and 3, end caps 4 and 5, sliding seals 6 and 7, a cutter body 8 with a downturn 17, in which is mounted a split clamping ring with segments 18a, 18b and a split cutter ring with segments 10a, 10b. The cutter body 8 has a number of holes 11 for a rod 12 which can be used to turn the cutter manually.

Kutterringens sidevinkel a mot kutterkroppen 8 bør fortrinnsvis være større enn dens sidevinkel b mot fastspenningsringen. The cutter ring's side angle a to the cutter body 8 should preferably be greater than its side angle b to the clamping ring.

Figurene 3a-b viser to utførelser av fastspenningsringen 18 som fortrinnsvis består av bare to segmenter 18a, 18b. I Fig 3a er segmentene 18a, 18b forbundet ved en hengselinnretning 19 i den ene enden og trekkes sammen til en ring ved hjelp av et festeelement som kan være en spesielt utformet skrue 20. Figures 3a-b show two versions of the clamping ring 18 which preferably consists of only two segments 18a, 18b. In Fig 3a, the segments 18a, 18b are connected by a hinge device 19 at one end and are pulled together to form a ring by means of a fastening element which can be a specially designed screw 20.

Skruene er ved stavene 22 permanent, men bevegelig innfestet i det ene segmentet 18a. Ved tilspenning av skruen trekkes de i tverrsnitt koniske utformede segmentene 18a, 18b, med sidevinklene b og c, ned i den spalten som dannes mellom kutterkroppen 8 og kutterringsegmentene 10a, 10b med motliggende tilsvarende sidevinkler c og b (se figur 2). Disse sidevinklene bør være større enn friksjonsvinkelen for overflatene for å kunne løsnes uten problemer. Hengselinnretningen 19 kan også utformes på annen måte enn vist, for eksempel som et delt, sammenhakbart hengsel, kjedeledd eller lignende. I enden på det motstående segmentet 18b er det et gjengeparti 23 beregnet for å samvirke med gjengepartiet G på festeelementet 20. Når festeelementet 20 tilspennes, vil fastspenningsringsegmentene 18a, 18b presse kutterringsegmentene 10a, 10b med såvel radialt som aksialt rettede krefter mot kutterkroppen 8 (se figur 2). Når festeelementet 20 dreies i motsatt retning, vil festeelementets hode eller kanten 24 presses mot motholdet 22 og segmentene 18a, 18b vil skyves radielt ut fra hverandre slik at friksjonskreftene elimineres. Figur 3b viser en utførelse hvor begge ender av fastspenningsringens segmenter 18a, 18b sammenspennes ved hjelp av festeelementer 20, her spesialskruer. Sammenspenningen og løstagningen skjer på samme måte som beskrevet foran i forbindelse med den hengslede fastspenningsringen, idet forskjellen bare er at de to segmentene 18a, 18b sammenfestes ved begge parene av motstående segmentender ved hjelp av festeelementene 20. At the rods 22, the screws are permanently but movably fixed in the one segment 18a. When tightening the screw, the segments 18a, 18b, which are conical in cross-section, with side angles b and c, are pulled down into the gap formed between the cutter body 8 and the cutter ring segments 10a, 10b with opposite corresponding side angles c and b (see figure 2). These side angles should be greater than the friction angle of the surfaces to be able to detach without problems. The hinge device 19 can also be designed in a different way than shown, for example as a split, interlocking hinge, chain link or the like. At the end of the opposite segment 18b, there is a thread part 23 designed to cooperate with the thread part G on the fastening element 20. When the fastening element 20 is tightened, the clamping ring segments 18a, 18b will press the cutter ring segments 10a, 10b with both radially and axially directed forces against the cutter body 8 (see figure 2). When the fastening element 20 is turned in the opposite direction, the head or edge 24 of the fastening element will be pressed against the abutment 22 and the segments 18a, 18b will be pushed radially apart so that the frictional forces are eliminated. Figure 3b shows an embodiment where both ends of the clamping ring segments 18a, 18b are clamped together by means of fastening elements 20, here special screws. The tightening and loosening takes place in the same way as described above in connection with the hinged clamping ring, the only difference being that the two segments 18a, 18b are fastened together at both pairs of opposite segment ends by means of the fastening elements 20.

Fig. 3c viser tre utførelser av spennelementer. Fig. 3c shows three versions of tension elements.

Det kan, som vist på figur 4, monteres to kutterringer med segmentene 10a, 10b på en kutterkropp. Man benytter her den samme utførelsen av fastspenningsringen 18 som beskrevet foran. De to kutterringene er i denne utførelsesformen anordnet mot hver sin sidekant av neddreiningen 17, mens fastspenningsringen med segmentene 18a, 18b i midten holder begge kutterringene på plass i neddreiningen. As shown in Figure 4, two cutter rings with segments 10a, 10b can be mounted on a cutter body. The same design of the clamping ring 18 as described above is used here. In this embodiment, the two cutter rings are arranged against each side edge of the turn-down 17, while the clamping ring with segments 18a, 18b in the middle holds both cutter rings in place in the turn-down.

De utførelsesformene av oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor er utformet med en todelt fastspenningsring 18. Som beskrevet i innledningen, er det selvfølgelig ingenting i veien for å utforme fastspenningsringen 18 med flere enn 2 segmenter. The embodiments of the invention described above are designed with a two-part clamping ring 18. As described in the introduction, there is of course nothing in the way of designing the clamping ring 18 with more than 2 segments.

Med utforming etter den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en ny og lettbetjent kutter med delt, utskiftbar kutterring som gir økt produktivitet og betydelig arbeidsbesparelse. Som det vil fremgå av den foran gitte beskrivelse er kutteren utformet med komponenter og detaljer som både enkeltvis og sammen bidrar til et utmerket resultat. With a design according to the present invention, a new and easy-to-operate cutter with a split, replaceable cutter ring has been provided, which provides increased productivity and significant labor savings. As will be clear from the above description, the cutter is designed with components and details that both individually and together contribute to an excellent result.

Claims (10)

1. Kutter for sjakt- og. 'tunnel-boring, hvilken kutter innbefatter en kutterkropp(8) med en forsenkning(17) og minst en delt kutterring(10a,10b)som fastholdes i forsenkningen(17) med en fastspenningsring(18)som består av minst to segmenter(18a,18b) karakterisert vedat segmentenes(18a,18b) ender, i sammenspent tilstand, er parvis sammenspent i segmentenes(18a,18b) omkretsretning med festemidler(19,20), anordnet i enden av segmentene.1. Cutter for shaft and. 'tunnel drilling, which cutter includes a cutter body (8) with a recess (17) and at least one split cutter ring (10a, 10b) which is held in the recess (17) by a clamping ring (18) consisting of at least two segments (18a) ,18b) characterized in that the ends of the segments (18a, 18b), in the clamped state, are clamped in pairs in the segments (18a, 18b) circumferential direction with fasteners (19,20), arranged at the end of the segments. 2. kutter ifølge krav 1, karakterisert vedat alle segmentenes (18a,18b) ender er parvis sammenspent med festeelementer(20) anordnet innebygget i enden av segmentene.2. cutter according to claim 1, characterized in that all the ends of the segments (18a, 18b) are clamped together in pairs with fastening elements (20) arranged built into the end of the segments. 3. Kutter ifølge krav 1-2, karakterisert vedat det alltid er en spalte (S) mellom motstående ender av fastspenningsringens segmenter(18a,18b)3. Cutter according to claims 1-2, characterized in that there is always a gap (S) between opposite ends of the clamping ring segments (18a, 18b) 4. Kutter ifølge krav 1, karakterisert vedat festemidlene(19,20)omf atter minsten hengselsinnretning(19)for sammenbinding av den ene enden av segmentene (18a,18b).4. Cutter according to claim 1, characterized in that the fastening means (19,20) comprise at least a hinge device (19) for connecting one end of the segments (18a,18b). 5. Kutter ifølge kravene 1-4, karakterisert vedat festeelementet(20) kan beveges i en første retning til anlegg av festeelementets skulder eller hode(24) mot fastspenningsringsegmentet(18a) for sammenspenning med det andre segmentet (18b)og at festelementet(20) kan beveges i motsatt retning for anlegg av skulder eller hode (24) mot et mothold(22)slik at segmentene(18a,18b) skyves fra hverandre.5. Cutter according to claims 1-4, characterized in that the fastening element (20) can be moved in a first direction to contact the fastening element's shoulder or head (24) against the clamping ring segment (18a) for clamping with the second segment (18b) and that the fastening element (20) can be moved in the opposite direction to contact shoulder or head (24) against a counter-hold (22) so that the segments (18a, 18b) are pushed apart. 6. Kutter ifølge krav 2, karakterisert vedat motholdet(22)har form av motholdselementer anordnet på hver sin side av en senterakse for festeelementet (20).6. Cutter according to claim 2, characterized in that the abutment (22) has the form of abutment elements arranged on each side of a central axis for the fastening element (20). 7. Kutter ifølge kravene 1-5, karakterisert vedat festemidlet omfatter et festeelement(20) i form av en skrue som er montert innebygget i det ene segmentet(18a) for samvirke med et gjengeavsnitt G i det andre segmentet(18b) for sammenspenning av de to segmentene (18a,18b), og at festeelementet er anordnet med kanter eller ringflater(24), eventuelt et hode(24) for samvirke med motholdet(22) i det første segmentet(18a).7. Cutter according to claims 1-5, characterized in that the fastening means comprises a fastening element (20) in the form of a screw which is mounted built-in in one segment (18a) for cooperation with a threaded section G in the other segment (18b) for clamping the two segments (18a, 18b), and that the fastening element is arranged with edges or ring surfaces (24), possibly a head (24) for cooperation with the counter (22) in the first segment (18a). 8. Kutter ifølge et av kravene 1-7, karakterisert vedat kutterringssegmentenes(10a,10b)sidevinkel a mot kutterkroppen fortrinnsvis er større enn sidevinkelen b mot fastspenningsringsegmentene(18a, 18b)og at sidevinkelen b er større enn friksjonsvinkelen for berøringsflatene.8. Cutter according to one of claims 1-7, characterized in that the side angle a of the cutter ring segments (10a, 10b) towards the cutter body is preferably greater than the side angle b towards the clamping ring segments (18a, 18b) and that the side angle b is greater than the friction angle for the contact surfaces. 9 . Kutter ifølge et av kravene 1-8, karakterisert vedat kutterkroppen(8) er utformet med ett eller flere hull(ll)hvori kan innsttes en stang(12) slik at kutterkroppen( 8) kan roteres manuelt.9 . Cutter according to one of claims 1-8, characterized in that the cutter body (8) is designed with one or more holes (ll) in which a rod (12) can be inserted so that the cutter body (8) can be rotated manually. 10. Kutter ifølge et av kravene 1-7, karakterisert vedat kutterkroppen(8) har to kutterringer med segmenter(18a,18b) som begge fastholdes på kutterkroppen ved en delt klemring(18a,18b) mellom kutterringene.10. Cutter according to one of claims 1-7, characterized in that the cutter body (8) has two cutter rings with segments (18a, 18b) which are both retained on the cutter body by a split clamping ring (18a, 18b) between the cutter rings.