一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘的制作方法

本发明属于隧道施工机械的技术领域，具体涉及一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘。

背景技术：

近年来，从安全性、节能、劳动环境的改善等观点出发，在隧道开挖领域，机械化程度快速发展。在山岭、地铁隧道施工中，从安全性、快速施工的必要性和经济性考虑，硬岩掘进机的应用受到了关注。虽然现在硬岩掘进机的施工业绩主要集中在引水隧道领域，也多为圆形刀盘盾构，但是在公路、铁路隧道和市政、地铁隧道的开挖中，硬岩掘进机同样需求巨大，随着硬岩掘进机的应用范围的逐步拓宽，各种各样的隧道开挖面也对新型盾构提出了异形断面要求，而适应新型截面的异形盾构刀盘设计又是其重中之重。

偏心多轴机构刀盘以其扭矩较小、切削刀具的磨损量一致等优势在软土地层中已有所应用，而此机构在异形硬岩盾构机刀盘应用上也是极具诱惑的，但针对硬岩地层，滚刀不是像切削刀那样的切削型刀具，而是通过使刀具自身旋转的同时冲击压碎和剪切碾碎在硬岩上的压碎型刀具，因此在硬岩盾构机上采用偏心多轴开挖机构时，也存在着诸多问题，如所有滚刀刀具的旋转半径都是相同的，而且都较小，所以滚刀的随动性成为问题；此外，受滚刀刀座尺寸的影响，在刀盘上可配置刀具的数量也受到限制。导致只靠平行连杆运动无法开挖出规定刀间距的轨迹，并会出现开挖盲区。对此，一种能够适应于异形断面硬岩掘进的新型滚刀刀盘亟需被设计。

技术实现要素：

本发明提出一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘，解决了现有技术中偏心多轴滚刀刀盘在硬岩地层应用的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘，包括刀盘体、刀具、驱动系统，刀盘体通过驱动系统驱动，所述刀盘体为辐条式矩形刀盘体；刀具又包括正滚刀，其中正滚刀安装于正滚刀刀座之上，正滚刀刀座与刀座转轴通过螺栓紧固连接为一体，刀座转轴通过轴承连接于刀盘体，正滚刀刀座中心与刀座转轴中心偏心。

所述正滚刀刀座在刀具滚转方向两端配有刮刀；所述刀盘体四周分布有边滚刀，边滚刀与前进方向成45°夹角向外斜伸。

所述驱动系统包括偏心驱动轴和主驱动，刀盘体通过轴承由至少3个偏心驱动轴驱动。

所述正滚刀刀座、刀盘体、偏心驱动轴在轴向方向均设置有止推轴承；所述每个偏心驱动轴配合有一个驱动电机。

所述刀盘体和主驱动在水平方向和垂直方向上设置有驱动偏移机构。

所述驱动偏移机构包括水平导轨、水平油缸、竖直导轨、竖直油缸，其中竖直导轨布置于水平导轨内，水平导轨固定于盾体之上，驱动箱体通过竖直油缸的推拉可在竖直导轨内上下移动，驱动箱体和竖直导轨一起通过水平油缸的推拉可在水平导轨内左右移动。

本发明与现有技术相比所具有的有效益处和实质性技术进步有：

本发明提供了一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘，该新型刀盘体由多个偏心驱动轴驱动而做平行连杆运动，使得所有刀具的运动轨迹趋于一致，实现刀具的磨损量不受安装位置的影响；该新型刀盘的正滚刀具偏心设置，具有随刀盘平动而自动旋转的特点，此外，刀盘体和主驱动整体可在水平方向和垂直方向上实现整体滑移，解决了滚刀等压碎型刀具偏心多轴运动开挖时存在开挖盲区问题，实现了偏心多轴开挖机构在隧道硬岩掘进机上的应用。

同时，该辐条式矩形刀盘体为小刀盘形式，亦可通过多刀盘组合模式开挖，使其能够适应不同大小的异形开挖面。综上述，该偏心滚刀平动刀盘具有小扭矩、施工安全、适应性强、成本低廉的优点，为现代隧道施工建设提供了技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。

图1为本发明刀盘主视结构示意图。

图2为本发明刀盘左视结构示意图。

图3为本发明刀盘右视结构示意图。

图4为本发明实施例2左视图。

图5为本实施例2主视图。

其中：1-边滚刀；2-刀盘体；3-正滚刀刀座；4-正滚刀；5-刮刀；6-止推轴承；7-刀座转轴；8-偏心驱动轴；9-驱动箱体；10-盾体；11-竖直油缸；12-水平导轨；13-竖直导轨；14-主驱动；15-水平油缸。

具体实施方式

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付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。

实施例1

如图1~3所示，本发明提供了一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘，包括刀盘体2、刀具、驱动系统，刀盘体2通过驱动系统驱动，所述刀盘体2为辐条式矩形刀盘体；刀具包括正滚刀4，其中正滚刀4安装于正滚刀刀座3之上，正滚刀刀座3与刀座转轴7通过螺栓紧固连接为一体，刀座转轴7通过轴承连接于刀盘体2，正滚刀刀座3中心与刀座转轴7中心偏心。

所述正滚刀刀座3在刀具滚转方向两端配有刮刀5；所述刀盘体2四周分布有边滚刀1，边滚刀1与前进方向成45°夹角向外斜伸。

所述驱动系统包括偏心驱动轴8和主驱动14，刀盘体2通过轴承由至少3个偏心驱动轴8驱动。

所述正滚刀刀座3、刀盘体2、偏心驱动轴8在轴向方向均设置有止推轴承6；所述每个偏心驱动轴8配合有一个驱动电机。

所述刀盘体2和主驱动14在水平方向和垂直方向上设置有驱动偏移机构。

所述驱动偏移机构包括水平导轨12、水平油缸15、竖直导轨13、竖直油缸11，其中竖直导轨13布置于水平导轨12内，水平导轨12固定于盾体10之上，驱动箱体9通过竖直油缸11的推拉可在竖直导轨13内上下移动，驱动箱体9和竖直导轨13一起通过水平油缸15的推拉可在水平导轨12内左右移动。

本实施例工作过程：工作时，驱动电机通过变速箱带动偏心驱动轴8同步旋转，偏心驱动轴8再带动刀盘体2做平行连杆运动，所有刀具在刀盘体2的带动下以偏心驱动轴8偏心量为半径做回转运动。其中，正滚刀4、刮刀5随正滚刀刀座3可绕刀座转轴7自由旋转，进而实现刀盘体2运动时正滚刀4随转破岩，刮刀5随即将碎岩刮除，同时边滚刀1对岩石进行剪切碾碎，保证开挖尺寸。

与此同时，主驱动14安装于驱动箱体9内，驱动箱体9布置于竖直导轨13内，竖直导轨13布置于水平导轨12内，水平导轨12固定于盾体10之上。驱动箱体9通过竖直油缸11的推拉可在竖直导轨13内上下移动，驱动箱体9和竖直导轨13一起通过水平油缸15的推拉可在水平导轨12内左右移动，进而实现刀盘四个方向的扩挖。

实施例2

如图4、5所示，为本新型刀盘在矩形顶管上的应用，将四组该新型刀盘布置于盾体前端左上、左下、右上、右下位置，并以偏移机构可偏移最大距离作为刀盘间距，同时保证四组刀盘处于同一竖直平面内。每组新型刀盘通过四组偏心驱动轴驱动，在主顶油缸的顶推下新型刀盘工作实现对异形断面硬岩隧道的掘进。

其它结构同实施例1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。