一种竖向掘进机用硬岩刀盘的制作方法

1.本实用新型属于盾构机技术领域，尤其涉及一种竖向掘进机用硬岩刀盘。


背景技术：

2.目前，随着长大隧道发展，超大超深立井、通风井施工需求越来越多。面对超硬岩、大深度、大直径竖井施工等特殊作业环境，刀盘刀具的设计起到了至关重要的作用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种竖向掘进机用硬岩刀盘，通过该刀盘设计来使得刀盘强度，出渣效率，钻进效率等得以提高。
4.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种竖向掘进机用硬岩刀盘，所述刀盘的面板结构包括平面板结构和锥面板结构；所述锥面板结构位于平面板结构外沿，且锥面板结构相对于刀盘中心轴线倾斜，锥面板结构向后逐渐呈伞状展开；所述刀盘外延设有刀盘边块，相邻刀盘边块之间设有边块分界，在边块分界上设有溜渣槽；所述刀盘边块上设有人孔；所述刀盘上的刀具呈双螺旋线布置；刀板中央为中心滚刀，且中心滚刀呈“一”字形布置。
5.进一步的，所述锥面板结构与刀盘中心轴线的倾角为70
°
。
6.进一步的，所述刀盘边块的远、中、近三个间隔，沿中心线呈120
°
分布三个人孔。
7.进一步的，所述刀盘包括刀盘前面板、第二次面板及刀盘背板；所述刀盘前面板与第二层面板之间打孔，中间焊接圆钢；所述刀盘背面远、中、近三个间隔，沿中心线呈120
°
分布三个敞开式沟通孔。
8.进一步的，所述溜渣槽向刀盘中心轴方向延伸，溜渣槽呈45
°
张角，均匀布置在装有滚刀的主辐条两侧；所述溜渣槽在刀盘半径处向刀盘旋转方向偏折12~13
°
。
9.进一步的，所述刀盘上设有若干根主梁；刀盘上的滚刀以相邻两把刀为一组对称分布在刀盘的若干根主梁上；相邻两组刀具的相位角相差45
°
。
10.本实用新型的优点和有益效果在于：本实用新型一种竖向掘进机用硬岩刀盘，通过该刀盘设计来使得刀盘强度，出渣效率，钻进效率等得以提高。
附图说明
11.图1为刀盘正面的示意图。
12.图2为刀盘侧面的示意图。
13.图3为双螺旋线布刀示意图。
14.图4为刀间距示意图。
15.图5为刀间距布置统计图。
16.其中，刀盘边块1、边块分界2、人孔3、溜渣槽4。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
18.实施例：
19.如图1、图2所示，刀盘的面板结构分为平面板结构与锥面板结构,锥面板结构与刀盘体中心轴向倾角70度，向后逐渐呈现伞状展开，充分形成破岩自由面，效率高，工作稳定。同时，锥形刀盘有利于破碎后的渣土向刀盘中心汇聚，利于出渣。
20.在刀盘边块1与边块分界2处，设置有溜渣槽4。在刀盘边块1的远、中、近三个间隔，沿中心线呈120度均匀布置三个人孔3。于刀盘前面板与第二层面板间打孔，中间焊接圆钢，以便于人员可以在必要时进入前方工作面。在刀盘背板的远、中、近三个间隔，沿中心线呈120度均匀布置三个敞开式沟通孔，可以让刀具及人员由此进出。同样地，背板上开有探孔，同时可以借用其三个沟通孔，以方便探杆及注浆管等伸出，方便应急处理及稳定工作面。
21.刀盘中心平面板结构区域、锥面板结构区域、转角区域、圆环区域、外周锥形板区域均设计有溜渣槽4。溜渣槽尽可能向中心轴心方向延伸，提高进渣能力。溜渣槽4呈45度张角，均匀布置在装有滚刀的主辐条两侧。同时，在刀盘半径的中间处，溜渣槽4再次向旋转方向偏折12到13度，最大程度使工作面的渣石进入溜渣槽4；同时向下收敛的结构使得渣石在自重下沿溜渣槽4向中心腔体滑动。共设计有8个溜渣槽4，确保刀盘在正反转时均有四个溜渣槽4参与工作。
22.如图3所示，刀具采用“双螺旋线”布置，实现刀具均匀布置，刀盘受力均匀，无较大应力集中现象，刀盘疲劳寿命长。且掌子面的受力点比较均匀，同等岩石强度的条件下，振动相对较小。中心滚刀采用“一”字形布置，能够增大双模盾构中心区域的开口率，避免土压平衡模式下掘进时结泥饼。正滚刀以相邻两把刀为一组对称布置在刀盘的8根主梁上（相位角相差45
°
，相邻两组刀具沿刀盘轴线旋转45
°
)，可使刀盘均匀，以及使相邻盘形滚刀对刀盘产生的倾覆力矩尽可能相互抵消。
23.如图4所示，根据滚刀的破岩机理，在相同岩石强度的情况下，当刀间距较大时，掘进的贯入度相对较小，为了获得较好的掘进速度，需要提高刀盘的转速，转速越高，刀盘振动的频率越大；同时滚刀需要压入较大深度，才能将岩石破除，岩块较大，破岩的振动较大。当刀间距较小时，需要将岩石破碎得更加粉碎从掌子面剥离，同等工况下增加推力增加功耗。同等推力下，掘进的贯入度相对较小，为了获得较好的掘进速度，需要提高刀盘的推力及转速，转速越高刀盘播动的频率越大。推力越大，刀盘的疲劳寿命减少。
24.施工过程中，岩石的单轴抗压强度为180mpa左右，以设计要求的岩石单轴抗压强度，75mm左右的刀间距符合刀间距与岩石强度关系，能够较好地破岩。边滚刀处于刀盘外缘，速度很高，磨损严重，较小的边缘刀间距可以减小边滚刀的磨损，避免边滚刀磨损过量导致刀盘卡死。
25.刀具按小刀间距布置设计，共布置80个滚刀刀刃正滚刀刀间距由中心101.5mm，减小到转角前一把刀间距72mm，最终减小到最外两把边滚刀刀间距为19.3mm，平均滚刀刀间距约为75mm。
26.如图5所示，分析刀盘刀间距示意图及统计表，刀间距变化是相对平缓均匀呈现由
中心向径向开挖直径方向递减趋势；最外周一个破岩轨迹布刀3把，次外周一个破岩轨迹布刀3把，满足外周转动破岩时，相同角速度下线速度比例增大，磨损加大的考虑。
27.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种竖向掘进机用硬岩刀盘，其特征在于：所述刀盘的面板结构包括平面板结构和锥面板结构；所述锥面板结构位于平面板结构外沿，且锥面板结构相对于刀盘中心轴线倾斜，锥面板结构向后逐渐呈伞状展开；所述刀盘外延设有刀盘边块，相邻刀盘边块之间设有边块分界，在边块分界上设有溜渣槽；所述刀盘边块上设有人孔；所述刀盘上的刀具呈双螺旋线布置；刀板中央为中心滚刀，且中心滚刀呈“一”字形布置。2.根据权利要求1所述的一种竖向掘进机用硬岩刀盘，其特征在于：所述锥面板结构与刀盘中心轴线的倾角为70
°
。3.根据权利要求1所述的一种竖向掘进机用硬岩刀盘，其特征在于：所述刀盘边块的远、中、近三个间隔，沿中心线呈120
°
分布三个人孔。4.根据权利要求1所述的一种竖向掘进机用硬岩刀盘，其特征在于：所述刀盘包括刀盘前面板、第二次面板及刀盘背板；所述刀盘前面板与第二层面板之间打孔，中间焊接圆钢；所述刀盘背面远、中、近三个间隔，沿中心线呈120
°
分布三个敞开式沟通孔。5.根据权利要求1所述的一种竖向掘进机用硬岩刀盘，其特征在于：所述溜渣槽向刀盘中心轴方向延伸，溜渣槽呈45
°
张角，均匀布置在装有滚刀的主辐条两侧；所述溜渣槽在刀盘半径处向刀盘旋转方向偏折12~13
°
。6.根据权利要求1所述的一种竖向掘进机用硬岩刀盘，其特征在于：所述刀盘上设有若干根主梁；刀盘上的滚刀以相邻两把刀为一组对称分布在刀盘的若干根主梁上；相邻两组刀具的相位角相差45
°
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技术总结
本实用新型公开了一种竖向掘进机用硬岩刀盘，所述刀盘的面板结构包括平面板结构和锥面板结构；所述锥面板结构位于平面板结构外沿，且锥面板结构相对于刀盘中心轴线倾斜，锥面板结构向后逐渐呈伞状展开；所述刀盘外延设有刀盘边块，相邻刀盘边块之间设有边块分界，在边块分界上设有溜渣槽；所述刀盘边块上设有人孔；所述刀盘上的刀具呈双螺旋线布置；刀板中央为中心滚刀，且中心滚刀呈“一”字形布置。本实用新型一种竖向掘进机用硬岩刀盘，通过该刀盘设计来使得刀盘强度，出渣效率，钻进效率等得以提高。等得以提高。等得以提高。


技术研发人员：王涛 万坤 金琪 季彤彤
受保护的技术使用者：中交天和机械设备制造有限公司
技术研发日：2022.08.25
技术公布日：2022/12/9