锥形刀盘及掘进机的制作方法

1.本发明涉及工程隧道装备技术领域，特别地，涉及一种锥形刀盘及掘进机。


背景技术：

2.目前掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备，被广泛应用于水电、铁路、地铁隧道工程。悬臂掘进机具有摆动开挖功能，锥形刀盘的锥体上的滚刀的刀刃与掘进方向之间具有一夹角，该夹角过大则会影响刀刃的受力状态，造成刀刃崩裂，目前悬臂式掘进机可采用分为正向掘进(即沿锥形刀盘的轴向进行开挖)和侧向扩挖(即沿悬臂摆动的方向进行开挖)两种掘进方式，由于锥形刀盘的锥形角度固定，导致锥体上的滚刀无法在正向掘进的状态下和侧向扩挖的状态下均保持良好的受力状态，而造成刀刃崩裂。
3.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案以及所解决的技术问题进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种锥形刀盘及掘进机，以解决目前锥形刀盘上的滚刀无法在正向掘进的状态下和侧向扩挖的状态下均保持良好的受力状态，而造成刀刃崩裂的技术问题。
5.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本发明提供一种锥形刀盘，包括：至少一侧刀架，安装有至少一侧刀具；轴座，与掘进机相连接，所述侧刀架安装在所述轴座上；其中，所述掘进机能带动所述锥形刀盘分别沿至少两个方向掘进，所述侧刀具的刀刃与所述锥形刀盘的掘进方向之间具有一夹角，所述侧刀架能相对于所述轴座的轴线摆动而调节所述夹角的角度。
7.本发明的实施方式中，所述锥形刀盘具有第一掘进状态和第二掘进状态，所述锥形刀盘在所述第一掘进状态下沿其轴向掘进，所述锥形刀盘在所述第二掘进状态下朝其侧方掘进。
8.本发明的实施方式中，所述夹角的角度根据所述侧刀具的刀刃的受力规律设置一临界值，所述夹角的角度在所述第一掘进状态下和所述第二掘进状态下均不超过所述临界值。
9.本发明的实施方式中，所述侧刀架通过一伸缩件与所述轴座连接，所述伸缩件能伸长或收缩并带动所述侧刀架相对于所述轴座的轴线摆动。
10.本发明的实施方式中，所述轴座上设有一支撑件，所述侧刀架与所述支撑件铰接。
11.本发明的实施方式中，所述侧刀架上设有一滑槽，所述滑槽具有第一止端和第二止端；所述伸缩件具有一固定端和一伸缩端，所述固定端与所述轴座固定连接，所述伸缩端
在所述侧刀架摆动的状态下沿所述滑槽滑动；其中，所述伸缩端在所述锥形刀盘沿一方向掘进的状态下伸长并与所述第一止端相抵接，所述伸缩端在所述锥形刀盘沿另一方向掘进的状态下收缩并与所述第二止端相抵接。
12.本发明的实施方式中，所述侧刀架的数量为至少两个，至少两个所述侧刀架沿所述轴座的周向间隔排布。
13.本发明的实施方式中，所述轴座上还安装有中间刀架，所述中间刀架上安装有至少一中间刀具，至少两个所述侧刀架相对于所述中间刀架对称分布。
14.本发明的实施方式中，所述侧刀具和所述中间刀具均为滚刀，所述侧刀架和所述中间刀架上均间隔排布有多个所述滚刀。
15.本发明还提供一种掘进机，包括上述锥形刀盘。
16.本发明的特点及优点是：
17.本发明的锥形刀盘及掘进机，通过将侧刀架相对于轴座的轴线摆动，从而调节侧刀架上侧刀具的刀刃与掘进方向之间的夹角的角度，进而调节侧刀具的刀刃的受力状态，因此，掘进机带动锥形刀盘沿任一方向进行掘进时，均能将侧刀具的刀刃的受力状态调整为良好的受力状态，从而避免侧刀具的刀刃由于受力状态较差而出现崩裂的问题，进而避免频繁更换侧刀具，减少施工成本，并且侧刀具的刀刃在良好的受压状态下进行掘进，也能提高掘进的效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明的锥形刀盘沿一方向掘进时的结构示意图。
20.图2为本发明的锥形刀盘沿另一方向掘进时的结构示意图。
21.图3为本发明的锥形刀盘在第一掘进状态下的示意图。
22.图4为本发明的锥形刀盘在第二掘进状态下的示意图。
23.图中：
24.1、轴座；11、安装端；12、连接端；2、侧刀架；21、侧刀梁；22、侧刀座；3、侧刀具；31、刀刃；4、滑槽；41、第一止端；42、第二止端；6、支撑件；7、伸缩件；71、伸缩端；72、固定端；8、销轴；9、中间刀架；10、中间刀具。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施方式一
27.如图1和图2所示，本发明提供一种锥形刀盘，包括：至少一侧刀架2，安装有至少一
侧刀具3；轴座1，与掘进机相连接，侧刀架2安装在轴座1上；其中，掘进机能带动锥形刀盘分别沿至少两个方向掘进，侧刀具3的刀刃31与锥形刀盘的掘进方向j之间具有一夹角θ，侧刀架2能相对于轴座1的轴线z摆动而调节夹角θ的角度。
28.本发明的锥形刀盘，通过将侧刀架2相对于轴座1的轴线z摆动，从而调节侧刀架2上侧刀具3的刀刃31与掘进方向j之间的夹角θ的角度，进而调节侧刀具3的刀刃31的受力状态，因此，掘进机带动锥形刀盘沿任一方向进行掘进时，均能将侧刀具3的刀刃31的受力状态调整为良好的受力状态，从而避免侧刀具3的刀刃31由于受力状态较差而出现崩裂的问题，进而避免频繁更换侧刀具3，减少施工成本，提高施工效率，并且侧刀具3的刀刃31在良好的受压状态下进行掘进，也能提高掘进的效率。
29.具体的，轴座1具有连接端12和安装端11。该连接端12与掘进机相连接，轴座1在掘进机的带动下沿掘进方向j移动的同时还会绕其自身的轴线转动，并带动侧刀架2同步转动，从而实现掘进。侧刀架2安装在轴座1的安装端11上，并位于该安装端11的周围，使得侧刀架2构成锥形刀盘的锥形工作面的一部分。侧刀具3的刀刃31与掘进方向j之间的夹角θ，即该刀刃31的朝向a与掘进方向j的夹角。本发明中所述的掘进方向j包括但不限于直线运动时的方向和曲线运动时的切线方向。侧刀架2相对于轴座1的轴线z摆动，使侧刀架2朝内收缩或朝外扩张，即改变了锥形刀盘的锥度，从而使夹角θ的角度也发生了改变。该夹角θ的角度越小则侧刀具3的刀刃31的受力状态越好，掘进效率越高。
30.如图3和图4所示，本发明的实施方式中，锥形刀盘具有第一掘进状态和第二掘进状态，锥形刀盘在第一掘进状态下沿其轴向j1掘进，锥形刀盘在第二掘进状态下朝其侧方(即方向j2)掘进。施工时，通过锥形刀盘在第一掘进状态下开挖，使开挖面达到一定深度，再通过锥形刀盘在第二掘进状态下开挖，从而将该开挖面扩大至所需面积，如此循环反复工作，直至施工完成。
31.具体的，锥形刀盘在第一掘进状态下的掘进方向j1，即锥形刀盘的轴向，也即开挖面的深度方向。掘进机具有一悬臂，锥形刀盘通过轴座1与该悬臂连接，通过该悬臂带动锥形刀盘相对于开挖面的深度方向进行摆动，即锥形刀盘在一圆弧方向s上进行往复运动，使锥形刀盘朝其侧方掘进，可知，侧刀架2在第二掘进状态下，既可以与轴座1随悬臂摆动进行掘进，还可以相对于轴座1摆动而调节夹角θ2的角度。锥形刀盘在第二掘进状态下为曲线运动，因此，锥形刀盘在第二掘进状态下的掘进方向j2，即悬臂摆动的切线方向，也即开挖面的宽度方向。
32.夹角θ的角度根据侧刀具3的刀刃31的受力规律设置一临界值，夹角θ的角度在第一掘进状态下和第二掘进状态下均不超过临界值。其中，侧刀具3的刀刃31的崩裂与侧刀具3的刀刃31的受力规律密切相关，而侧刀具3的刀刃31的受力规律除了与掘进方向j有关，还与侧刀具3的刀刃31的结构、材料、切割速度等因素相关，因此，通过根据侧刀具3的刀刃31的受力规律设置一临界值，进而根据该临界值调节夹角θ的角度，有效地避免侧刀具3的刀刃31发生崩裂。本实施例中，第一掘进状态下的夹角θ1以及第二掘进状态下的夹角θ2角度均不超过30度。侧刀具3的刀刃31在第一掘进状态下和第二掘进状态下均保持良好的受力状态。具体的，侧刀架2在第一掘进状态下相对于轴座1的轴线z尽可能地向外扩张(锥形刀盘整体的径向尺寸增大)，即侧刀架2朝其外侧(即靠近开挖面而远离轴线z的一侧)摆动，使锥形刀盘的锥度增大，并使侧刀具3的刀刃31与掘进方向j1之间的夹角θ1的角度尽可能地减
小。侧刀架2在第二掘进状态下相对于轴座1的轴线z尽可能地向内收缩(锥形刀盘整体的径向尺寸减小)，即侧刀架2朝其内侧(即远离开挖面而靠近轴线z的一侧)摆动，使锥形刀盘的锥度减小，并使侧刀具3的刀刃31与曲线运动的切线方向j2之间的夹角θ2的角度尽可能地减小。本发明中，临界值不具体限制，若侧刀具3的刀刃31在夹角θ为其他角度，如31度、32度、33度等大于30度的角度，侧刀具3的刀刃31仍能保持良好的受力状态，也可将该临界值设定为大于30度的角度；若侧刀具3的刀刃31在夹角θ在30度时无法保持良好的受力状态，也可将该临界值设定为小于30度的角度。
33.如图1和图2所示，本发明的实施方式中，侧刀架2通过一伸缩件7与轴座1连接，伸缩件7能伸长或收缩并带动侧刀架2相对于轴座1的轴线z摆动。通过伸缩件7驱动侧刀架2摆动，从而调节侧刀具3的刀刃31与掘进方向j之间的夹角的角度。具体的，伸缩件7大体呈杆状结构。伸缩件7为伸缩油缸。可选的，伸缩件为电动伸缩杆。
34.如图1和图2所示，轴座1上设有一支撑件6，侧刀架2通过一销轴8与支撑件6铰接。当锥形刀盘需要切换掘进方向j时，通过伸缩件7伸长或收缩，使侧刀架2绕销轴8转动，从而调节夹角θ的角度。通过支撑件6对侧刀架2进行支撑，使侧刀架2的结构更稳定。可选的，侧刀架通过其他连接件与支撑件铰接，使其侧刀架能绕一轴线转动即可。
35.具体的，支撑件6大体呈板状结构。支撑件6和伸缩件7之间的相对位置不具体限制，只需在侧刀架2的轴向(即锥形刀盘的母线方向上)上错开即可。为了伸缩件7能更好地驱动侧刀架2绕销轴8转动，并且侧刀架2与轴座1之间具有安装伸缩件7的空间，将伸缩件7设置在靠近侧刀架2的后端(即锥形刀盘上径向尺寸较大的一端)的位置。本实施例中，销轴8沿轴座1的切线方向设置。可选的，销轴沿轴座的径向设置。可选的，侧刀架通过销轴直接铰接在轴座上。本发明中销轴8的设置方式包括但不限于上述方式，能够实现侧刀架2相对于轴座1的轴线z摆动即可。
36.如图1和图2所示，本发明的实施方式中，侧刀架2上设有一滑槽4，滑槽4具有第一止端41和第二止端42；伸缩件7具有一固定端72和一伸缩端71，固定端72与轴座1固定连接，伸缩端71在侧刀架2摆动的状态下(也即绕销轴8转动的状态下)沿滑槽4滑动；其中，伸缩端71在锥形刀盘沿一方向掘进的状态下伸长并与第一止端41相抵接，伸缩端71在锥形刀盘沿另一方向掘进的状态下收缩并与第二止端42相抵接。通过将伸缩件7的固定端72与轴座1固定连接，并在侧刀架2上设置滑槽4，使侧刀架2的结构更稳定，即侧刀架2在伸缩件7未伸缩的状态下不会出现晃动，并且能利用滑槽4的第一止端41和第二止端42分别对两种掘进状态下的侧刀架2进行定位和限位，无需设置其他定位件和限位件，结构简单，易于控制。
37.具体的，侧刀架2包括两个侧刀梁21和至少一侧刀座22，该侧刀座22的两端与两个侧刀梁21相连接，侧刀具3安装在该侧刀座22上。侧刀梁21上设有用于穿设销轴8的销轴孔以及用于与伸缩件7相连接的滑槽4。滑槽4为一腰型通槽。伸缩件7的伸缩端71设有一圆柱轴，该圆柱轴与该腰型通槽的两端的半圆弧面相配合。该腰型通槽的两端的半圆弧面分别构成第一止端41和第二止端42。滑槽4的长度以及布设位置不具体限制，根据侧刀架2切换状态时所需摆动角度进行设计，并确保滑槽4的长度方向与伸缩件7的伸缩方向之间具有夹角，以使伸缩件7能向侧刀架2施加拉力和推力。本实施例中，为了伸缩件7能更好地向侧刀架2施加推力和拉力，侧刀架2摆动到位的状态下，滑槽4的长度方向与伸缩件7的伸缩方向之间的夹角接近90度，因此，在伸缩件7的推力作用下，伸缩件7与第一止端41相抵接，同时
侧刀架2也能在伸缩件7的拉力作用下进行摆动，以及在伸缩件7的拉力作用下，伸缩件7与第二止端42相抵接，同时侧刀架2也能在伸缩件7的推力作用下进行摆动。
38.结合图3所示，当锥形刀盘需转换为第一掘进状态时，伸缩件7伸长并推动侧刀架2绕销轴8转动，使锥形刀盘的锥度变大，而侧刀具3的刀刃31与轴座1的轴向(即掘进方向j1)之间的夹角θ1变小，直至伸缩件7的伸缩端71沿滑槽4滑动至与第一止端41相抵接，侧刀架2停止转动且夹角θ1的角度调节到位。结合图4所示，当锥形刀盘需转换为第二掘进状态时，伸缩件7收缩并拉动侧刀架2绕销轴8转动，使锥形刀盘的锥度变小，而侧刀具3的刀刃31与悬臂摆动时的切线方向(即掘进方向j2)之间的夹角θ2变小，直至伸缩件7的伸缩端71沿滑槽4滑动至与第二止端42相抵接，侧刀架2停止转动且夹角θ2的角度调节到位。可选的，伸缩件的固定端铰接于轴座上，伸缩件的伸缩端与侧刀架铰接。可选的，侧刀架可通过其他连杆结构安装在轴座上。
39.如图1和图2所示，本发明的实施方式中，侧刀架2的数量为至少两个，至少两个侧刀架2沿轴座1的周向间隔排布。轴座1在掘进机的驱动下带动至少两个侧刀架2上的侧刀具3进行掘进。具体的，每个侧刀架2的结构相同，均通过至少一伸缩件7和至少一支撑件6安装在轴座1上，每个侧刀架2均通过销轴8与支撑件6铰接。侧刀架2的数量不具体限制，根据锥形刀盘的尺寸设计即可。
40.如图1和图2所示，轴座1上还安装有中间刀架9，中间刀架9上安装有至少一中间刀具10，至少两个侧刀架2相对于中间刀架9对称分布。结合图3所示，第一掘进状态下，通过中间刀架9上的中间刀具10与侧刀架2上的侧刀具3共同开挖，从而提高掘进效率。结合图4所示，第二掘进状态下则仅有侧刀架2上侧刀具3进行开挖。
41.具体的，中间刀架9包括两个中间刀梁和至少一中间刀座，两个中间刀梁与中间刀座的两端相连接，中间刀具10安装在中间刀座上。中间刀梁焊接固定于轴座1上中间刀架9构成锥形刀盘的锥顶工作面。中间刀架9固定设置于轴座1上，且中间刀具10的刀刃的朝向与轴座1的轴线z基本平行，由此可知，第一掘进状态下，中间刀具10的刀刃与掘进方向j1之间的夹角非常小，使中间刀具10保持良好的受力状态，而第二掘进状态下，中间刀具10的刀刃不参与掘进工作，因此，中间刀架9可固定设置而无需调整中间刀具10的刀刃与掘进方向j2之间的夹角。
42.如图1和图2所示，侧刀具3和中间刀具10均为滚刀，侧刀架2和中间刀架9上均间隔排布有多个滚刀。通过滚刀不断地滚动进行破岩。可选的，侧刀架2和中间刀架9上还可安装截齿类的刀具或其他类型的刀具。具体的，侧刀具3和中间刀具10的数量以及布设间距不具体限制，根据地质条件布置即可。由于多个侧刀具3和多个中间刀具10的刀刃轨迹的间距直接决定了掘进的效率，因此，每个侧刀架2与对应的伸缩件7、支撑件6、销轴8以及轴座1之间的相对位置一致，确保锥形刀盘在切换掘进状态时，各个侧刀架2的摆动角度相同，从而确保不同侧刀架2上侧刀具3的刀刃轨迹的间距始终一致。
43.实施方式二
44.本发明还提供一种掘进机，包括锥形刀盘。该锥形刀盘的结构、工作原理以及有益效果与实施方式一中的锥形刀盘相同，在此不再赘述。本实施方式中的掘进机的结构、工作原理以及有益效果在实施方式一中的掘进机相同，在此不再赘述。
45.以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容
可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。