一种盾构机用自冲击滚刀及使用其冲击破碎岩面的方法与流程

本发明属于盾构机滚刀技术领域，具体涉及一种盾构机用自冲击滚刀及使用其冲击破碎岩面的方法。

背景技术：

随着我国城市的不断发展，地铁在缓解城市交通压力方面发挥着重要的作用，目前在地铁施工中，盾构机的应用越来越广泛，滚刀是盾构机上用于掘进的刀具，用于对岩石进行破碎和切削。安装在刀盘上的盘形滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，当刀盘转动时，滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。如图1所示，滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在岩面上切出一系列的同心圆沟槽。当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状的裂纹，需要进一步加压后，岩石中的裂纹延伸并相互贯通，形成了岩石碎片而崩落，滚刀才算完成了一次破岩过程。仅仅依靠滚刀的碾压作用，岩石的破碎效率很低，这直接影响到了盾构机的掘进效率。因此，设法提高岩石的破碎效率是当前迫切需要的。

为了解决以上问题，申请号为201721332428.1的中国专利公开了“一种盾构机上的滚刀”，该方案中的滚刀的圆锥面上设有液压驱动的冲击钻，所以滚刀需要与外界高压油泵连通，如此便使装备变得更复杂，实施的难度增大。此外，由于是采用液压驱动，钻头的冲击力较小，而且，由于滚刀的作业环境有小石块等杂物，这些杂物极易造成液压系统泄露。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实施方便、实现了碾压加冲击的双重岩面破碎、大大提高了岩面的破碎效率、将有效提高盾构机的施工效率、加快施工进度、实用性强、使用效果好、便于推广使用的盾构机用自冲击滚刀。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盾构机用自冲击滚刀，包括刀盘和转动连接在刀盘上的滚刀主体，以及用于带动滚刀主体转动的滚刀刀圈和在滚刀主体的带动下撞击岩面使岩面破碎的冲击机构；所述滚刀刀圈和冲击机构均套装在滚刀主体上，所述滚刀刀圈与滚刀主体固定连接。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述滚刀主体呈中间粗两端细的曲轴状。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述刀盘的后侧通过内六角螺钉固定连接有后端盖，所述刀盘和后端盖之间卡合连接有两个用于支撑安装滚刀主体的轴承，所述滚刀主体的两端分别连接在两个轴承内；所述滚刀主体的中间部分两侧各套装有一个起密封作用的毡圈，所述毡圈的外围卡合连接在刀盘和后端盖上。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述滚刀主体的中间部分设置有键槽，所述滚刀刀圈通过连接在键槽中的键固定连接在滚刀主体的中间部分，所述滚刀主体上套装有位于滚刀刀圈一侧且用于对滚刀刀圈进行轴向定位的轴用弹性挡圈。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述滚刀主体的两端各设置有一个曲柄，两个曲柄对称设置在滚刀刀圈的两侧，所述冲击机构的数量为两个，两个冲击机构分别连接在两个曲柄上。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述冲击机构包括连杆、连杆后盖和冲击套筒，以及均设置在冲击套筒内的滑块、冲击球和冲击头，所述连杆和连杆后盖固定连接后套装在滚刀主体上，所述滑块转动连接在连杆上，所述冲击套筒固定连接在刀盘上，所述冲击头滑动连接在冲击套筒未与刀盘固定连接的一端内部，所述冲击球设置在滑块和冲击头之间。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述连杆和连杆后盖通过内六角螺钉固定连接后套装在滚刀主体上，所述滑块通过销钉转动连接在连杆上，所述冲击套筒与刀盘固定连接的一端设置有向外凸出的法兰盘，所述法兰盘上设置有安装孔，所述冲击套筒通过连接到安装孔中的内六角螺钉固定连接在刀盘上。

上述的一种盾构机用自冲击滚刀，所述冲击套筒的侧壁上均匀设置有两条滑槽，所述冲击头的外壁上设置有两个分别滑动连接到两条滑槽中且能够沿滑槽滑动的冲击头滑条；所述冲击头的主体部分的形状为圆柱形，所述冲击头朝向冲击套筒外端的一端端面向外凸出且半径减小呈圆台形。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实施方便、能够实现碾压加冲击的双重岩面破碎、大大提高了岩面的破碎效率的使用盾构机用自冲击滚刀冲击破碎岩面的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将盾构机用自冲击滚刀安装在盾构机上；

步骤二、盾构机作业时，带动刀盘旋转，刀盘旋转时，滚刀刀圈与岩面接触并在摩擦力的作用下产生转动，滚刀刀圈转动时，一方面，滚刀刀圈对岩面产生碾压作用，使岩面上产生沟槽和裂纹；另一方面，滚刀刀圈带动滚刀主体转动，滚刀主体转动时，带动冲击机构撞击岩面，冲击机构撞击岩面的冲击力峰值大，作用时间短，使岩面产生裂纹；岩面上在滚刀刀圈的碾压作用下产生的裂纹和冲击机构的撞击作用下产生的裂纹相互贯穿，促进裂纹生长，实现碾压加冲击的双重岩面破碎。

上述的方法，所述冲击机构包括连杆、连杆后盖和冲击套筒，以及均设置在冲击套筒内的滑块、冲击球和冲击头，所述连杆和连杆后盖固定连接后套装在滚刀主体上，所述滑块转动连接在连杆上，所述冲击套筒固定连接在刀盘上，所述冲击头滑动连接在冲击套筒未与刀盘固定连接的一端内部，所述冲击球设置在滑块和冲击头之间；步骤二中所述冲击机构撞击岩面的具体过程为：滚刀主体转动时，带动连杆运动，连杆推动滑块在冲击套筒内做往复直线运动，滑块运动时，撞击到冲击球，冲击球进而撞击到冲击头，冲击头撞击岩面。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的盾构机用自冲击滚刀，结构简单，设计新颖合理，巧妙地利用了滚刀的自转，将滚刀主体设置为曲轴状，并通过连杆连接滑块，利用滑块撞击冲击球，再撞击冲击头；滚刀每转一圈，冲击头就会撞击岩面一次；而且，岩面上在滚刀刀圈的碾压作用下产生的裂纹和冲击机构的撞击作用下产生的裂纹相互贯穿，促进裂纹生长，实现碾压加冲击的双重岩面破碎，大大提高了岩面的破碎效率。

2、本发明的盾构机用自冲击滚刀，冲击机构是将滚刀的自转作为动力，不需要外加动力，实施方便，避免了外加动力造成的结构复杂、实施难度大、容易产生额外泄露、污染环境等问题，且实现了较好的能量利用。

3、本发明的的盾构机用自冲击滚刀，冲击机构中的滑块的前方设有冲击球，在滑块的撞击下，冲击球会撞击到冲击头，冲击性较强，冲击力峰值大，作用时间短，能够更好地实现岩面的破碎。

4、本发明的盾构机用自冲击滚刀，尽可能多地应用了轴承、轴用弹性挡圈等标准件，非标准件的结构工艺性好，加工制造方便，适于大批量生产。

5、使用本发明的盾构机用自冲击滚刀冲击破碎岩面的方法，方法步骤简单，实施方便，能够实现碾压加冲击的双重岩面破碎，大大提高了岩面的破碎效率。

6、本发明的推广使用，将有效提高盾构机的施工效率，加快施工进度，本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明的设计新颖合理，实施方便，实现了碾压加冲击的双重岩面破碎，大大提高了岩面的破碎效率，将有效提高盾构机的施工效率，加快施工进度，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为盾构机滚刀的工作原理示意图；

图2为本发明盾构机用自冲击滚刀的立体图；

图3为本发明盾构机用自冲击滚刀的主视图；

图4为图3的a-a剖视图；

图5为图3的b-b剖视图；

图6为本发明盾构机用自冲击滚刀的俯视图；

图7为本发明盾构机用自冲击滚刀的后视图；

图8为本发明滚刀主体的立体图；

图9为本发明滚刀主体的主视图；

图10为本发明冲击套筒的立体图；

图11为本发明冲击套筒的主视图；

图12为图11的c-c剖视图；

图13为本发明冲击头的立体图。

附图标记说明：

1-刀盘；2-滚刀刀圈；3—冲击机构；

3-1—冲击套筒；3-11—安装孔；3-12—滑槽；

3-13—法兰盘；3-2—滑块；3-3—冲击球；

3-4—第三内六角螺钉；3-5—冲击头；3-51—冲击头滑条；

3-6—连杆后盖；3-7—连杆；3-8—销钉；

3-9—第二内六角螺钉；4—滚刀主体；4-1—键槽；

4-2—曲柄；5—轴用弹性挡圈；6—后端盖；

7—轴承；8—毡圈；9—键；

10—第一内六角螺钉。

具体实施方式

如图2～图7所示，本发明的盾构机用自冲击滚刀，包括刀盘1和转动连接在刀盘1上的滚刀主体4，以及用于带动滚刀主体4转动的滚刀刀圈2和在滚刀主体4的带动下撞击岩面使岩面破碎的冲击机构3；所述滚刀刀圈2和冲击机构3均套装在滚刀主体4上，所述滚刀刀圈2与滚刀主体4固定连接。

本实施例中，如图8和图9所示，所述滚刀主体4呈中间粗两端细的曲轴状。

本实施例中，如图6所示，所述刀盘1的后侧通过第一内六角螺钉10固定连接有后端盖6，如图4所示，所述刀盘1和后端盖6之间卡合连接有两个用于支撑安装滚刀主体4的轴承7，所述滚刀主体4的两端分别连接在两个轴承7内；所述滚刀主体4的中间部分两侧各套装有一个起密封作用的毡圈8，所述毡圈8的外围卡合连接在刀盘1和后端盖6上。

本实施例中，如图4、图8和图9所示，所述滚刀主体4的中间部分设置有键槽4-1，所述滚刀刀圈2通过连接在键槽4-1中的键9固定连接在滚刀主体4的中间部分，所述滚刀主体4上套装有位于滚刀刀圈2一侧且用于对滚刀刀圈2进行轴向定位的轴用弹性挡圈5。

具体实施时，所述键槽4-1的数量为两个，两个键槽4-1均匀设置在滚刀主体4的中间部分外圆周上；相应所述键9的数量为两个，两个键9均匀设置在滚刀刀圈2的内侧。

本实施例中，如图8和图9所示，所述滚刀主体4的两端各设置有一个曲柄4-2，两个曲柄4-2对称设置在滚刀刀圈2的两侧，如图3和图4所示，所述冲击机构3的数量为两个，两个冲击机构3分别连接在两个曲柄4-2上。

本实施例中，如图4和图5所示，所述冲击机构3包括连杆3-7、连杆后盖3-6和冲击套筒3-1，以及均设置在冲击套筒3-1内的滑块3-2、冲击球3-3和冲击头3-5，所述连杆3-7和连杆后盖3-6固定连接后套装在滚刀主体4上，所述滑块3-2转动连接在连杆3-7上，所述冲击套筒3-1固定连接在刀盘1上，所述冲击头3-5滑动连接在冲击套筒3-1未与刀盘1固定连接的一端内部，所述冲击球3-3设置在滑块3-2和冲击头3-5之间。

本实施例中，如图5所示，所述连杆3-7和连杆后盖3-6通过第二内六角螺钉3-9固定连接后套装在滚刀主体4上，如图4所示，所述滑块3-2通过销钉3-8转动连接在连杆3-7上，如图10、图11和图12所示，所述冲击套筒3-1与刀盘1固定连接的一端设置有向外凸出的法兰盘3-13，所述法兰盘3-13上设置有安装孔3-11，所述冲击套筒3-1通过连接到安装孔3-11中的第三内六角螺钉3-4固定连接在刀盘1上。

本实施例中，如图10、图11和图12所示，所述冲击套筒3-1的侧壁上均匀设置有两条滑槽3-12，所述冲击头3-5的外壁上设置有两个分别滑动连接到两条滑槽3-12中且能够沿滑槽3-12滑动的冲击头滑条3-51；如图13所示，所述冲击头3-5的主体部分的形状为圆柱形，所述冲击头3-5朝向冲击套筒3-1外端的一端端面向外凸出且半径减小呈圆台形。

使用本发明的盾构机用自冲击滚刀冲击破碎岩面的方法，包括以下步骤：

步骤一、将盾构机用自冲击滚刀安装在盾构机上；

步骤二、盾构机作业时，带动刀盘1旋转，刀盘1旋转时，滚刀刀圈2与岩面接触并在摩擦力的作用下产生转动，滚刀刀圈2转动时，一方面，滚刀刀圈2对岩面产生碾压作用，使岩面上产生沟槽和裂纹；另一方面，滚刀刀圈2带动滚刀主体4转动，滚刀主体4转动时，带动冲击机构3撞击岩面，冲击机构3撞击岩面的冲击力峰值大，作用时间短，使岩面产生裂纹；岩面上在滚刀刀圈2的碾压作用下产生的裂纹和冲击机构3的撞击作用下产生的裂纹相互贯穿，促进裂纹生长，实现碾压加冲击的双重岩面破碎。

本实施例中，如图4和图5所示，所述冲击机构3包括连杆3-7、连杆后盖3-6和冲击套筒3-1，以及均设置在冲击套筒3-1内的滑块3-2、冲击球3-3和冲击头3-5，所述连杆3-7和连杆后盖3-6固定连接后套装在滚刀主体4上，所述滑块3-2转动连接在连杆3-7上，所述冲击套筒3-1固定连接在刀盘1上，所述冲击头3-5滑动连接在冲击套筒3-1未与刀盘1固定连接的一端内部，所述冲击球3-3设置在滑块3-2和冲击头3-5之间；步骤二中所述冲击机构3撞击岩面的具体过程为：滚刀主体4转动时，带动连杆3-7运动，连杆3-7推动滑块3-2在冲击套筒3-1内做往复直线运动，滑块3-2运动时，撞击到冲击球3-3，冲击球3-3进而撞击到冲击头3-5，冲击头3-5撞击岩面。

具体实施时，滚刀主体4每转一圈，冲击头3-5就会撞击岩面一次。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。