盾构机的刮刀结构的制作方法

本发明涉及盾构机配件，尤其涉及一种盾构机的刮刀结构。

背景技术：

近些年来，随着城市化进程的进一步加快，城市拥堵问题越来越严重，特别是一、二线城市地下交通的开发已经刻不容缓。盾构施工以安全、快速、高自动化、对施工线路周边干扰小等诸多优点越来越被广泛应用于地铁建设。最近几年兴起许多超大直径盾构机，在长距离的掘进中，经常会遇到复杂的地质结构，刮刀作为盾构机地下挖掘作业时的软土刀，现在国内使用的刮刀，如图1～3所示，其结构主要由合金钢锻件基体21与硬质合金22钎焊组成，合金与刀体的结合方式都是采用铜基或银基钎焊，刮刀切土主合金(即硬质合金22)都是块状线性合金，那么在施工过程中遇到局部较硬地层的切土时，地层中富含的卵石、漂石使得刮刀刀具受到较大冲击力的作用，极易造成刮刀崩齿、掉齿，从而导致刮刀报废，会伤及到刀桶甚至伤及刀盘，大大增加了施工的成本。因为使用寿命短而需要频繁换刀，加大了施工风险和工程成本。那么如何从刮刀的形式上做出改良，使这些刮刀能够更高效耐久使用，降低崩齿、掉齿情况，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提升刀具破岩效率并降低刀具崩齿情况，鉴于此，本发明提供了一种盾构机的刮刀结构。

为实现上述目的，本发明提供了一种盾构机的刮刀结构，其包括：

基体母材，所述基体母材的工作部位上开设有一定深度的焊接槽；以及

切土主合金，所述切土主合金由一排呈波浪形布置的齿状合金构成，每一齿状合金的两个相对焊接面均镶焊于所述焊接槽中。

在本发明的一些实施例中，所述基体母材的顶部相对两侧分别形成向所述切土主合金的正面倾斜向上的第一倾斜面和向所述切土主合金的背面倾斜向上的第二倾斜面。

在本发明的一些实施例中，所述焊接槽开设于所述第一倾斜面和所述第二倾斜面的顶部。

在本发明的一些实施例中，所述切土主合金的正面和所述基体母材的第一倾斜面的连接位置设有加强结构。

在本发明的一些实施例中，所述加强结构包括以下形式中的一种或多种的组合：加焊合金、堆砌耐磨焊和加焊耐磨钢板。

在本发明的一些实施例中，齿状合金的所述两个相对焊接面相互平行设置，且分别位于所述切土主合金的正面和背面。

在本发明的一些实施例中，所述两个相对焊接面的高度不同，且位于正面的焊接面高于位于背面的焊接面，两个焊接面的底部之间形成为所述齿状合金的底面，且所述底面垂直于两个焊接面。

在本发明的一些实施例中，所述齿状合金镶焊于所述焊接槽中的镶嵌深度等于位于背面的所述焊接面的高度。

在本发明的一些实施例中，所述焊接槽具有相互平行的两个相对内壁，且两个相对内壁一一对应地贴合于所焊接的所述齿状合金的两个相对焊接面。

在本发明的一些实施例中，所述齿状合金呈下宽上窄的形状，所述齿状合金的下部并排焊接于所述焊接槽中，所述齿状合金的上部露出于所述焊接槽并呈现出波浪形状。

本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：

1、刮刀的切土主合金形式由整块线形合金堆砌的形式优化为一排类似波浪状的齿形合金，以齿点代替整块合金面切土；

2、切土主合金镶嵌保护的形式，切土主合金的两个相对焊接面分别与基体母材的焊接槽的内壁焊接，使得切土主合金更加牢固；

3、刮刀的切土主合金镶嵌深度加深，刮刀正面采取加焊合金、堆砌耐磨焊及加焊耐磨钢板等方式加强和保护。

附图说明

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。

图1为目前盾构机的刮刀的构造图。

图2为图1所示刮刀的背面视图。

图3为图1所示刮刀的正面视图。

图4本发明实施例的盾构机的刮刀结构的构造图。

图5为图4实施例的刮刀结构的正面构造图。

图6为图4实施例的刮刀结构的顶部局部构造图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

现在国内使用的刮刀，如图1～3所示，其结构主要由合金钢锻件基体21与硬质合金22钎焊组成，合金与刀体的结合方式都是采用铜基或银基钎焊，刮刀切土主合金(即硬质合金22)都是块状线性合金，那么在施工过程中遇到局部较硬地层的切土时，地层中富含的卵石、漂石使得刮刀刀具受到较大冲击力的作用，极易造成刮刀崩齿、掉齿，从而导致刮刀报废，会伤及到刀桶甚至伤及刀盘，大大增加了施工的成本。

另外，以往刮刀的切土主合金都是后靠式焊接形式，切土主合金与基体21呈l型焊接，限制了刮刀的切土方向(切土主合金仅背面有抵靠，正面无抵靠，在背向受力时会引起切土主合金移动，因而限制了这样的刮刀只能正向受力)。

因此，针对现有的盾构用刮刀刀具主要存在以下一些问题：

1、刮刀刀具在切削土体的过程中碰到卵石、漂石等坚硬物时，刮刀上的主合金易产生掉齿及崩齿情况，刮刀一旦掉齿、崩齿，后续磨损极快，严重影响使用寿命，在复合地层中一般使用不到30环就必须更换，并且磨损量一般在50～60mm，甚至更多，刮刀母材和刮刀刀桶经常性受伤，造成换刀时间及次数的增加，影响推进效率；而且换刀作业风险也比较大。

2、以往常规的刮刀形式都是一整块主合金参与切土，类似于线形接触土体，整个刀盘布置多把刮刀后会存在阻力过大的问题，造成扭矩过大的情况。

针对以上问题，本发明主要从以下几个方面进行总结考虑：一是如何减少刮刀刀具的崩齿、掉齿情况，使刮刀的使用寿命增加，减少换刀次数；二是如何减小刀具切土时的阻力，使得刀盘扭矩变小。

由此，本发明对刮刀结构进行了改良，提供了一种改良后的盾构机的刮刀结构，力求提升刀具破岩效率并降低刀具崩齿情况。

本发明的改良后的盾构机的刮刀结构主要由基体母材和切土主合金两部分构成。其中，基体母材的工作部位上开设有一定深度的焊接槽，特点在于，切土主合金由一排呈波浪形布置的齿状合金构成，且每一齿状合金的两个相对焊接面均镶焊于所述焊接槽中。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地说明。

结合图4～6所示，本发明的改良后的盾构机的刮刀结构主要由基体母材11和切土主合金两部分构成。其中，基体母材11的工作部位上开设有一定深度的焊接槽110，特点在于，切土主合金由一排呈波浪形布置的齿状合金12构成，且每一齿状合金12的两个相对焊接面均镶焊于基体母材11的焊接槽110中。切土主合金的齿状合金12呈下宽上窄的形状，齿状合金12的下部并排焊接于基体母材11的焊接槽110中，齿状合金12的上部露出于焊接槽110并呈现出波浪形状。本发明将刀具切土主合金的形式由整块线形合金堆砌的形式优化为一排类似波浪状的齿形合金，以齿点代替整块合金面切土，呈波浪形布置的齿状合金22更容易破岩，以齿点代替整块合金面切土，减小刀具本身所受阻力，不易崩齿，刀盘扭矩得到明显减小。

具体地，基体母材11可采用合金钢锻制基体，在基体母材11的工作部位，即刮刀顶部的刃口位置，设置具有一定深度的焊接槽110，该焊接槽110的呈u字型，具有深入基体母材11中的底部和四周侧壁，尤其具有相互平行的一对内壁，并且，该相互平行的一对内壁中的其中之一面向切刀的正面，其中另一面向切刀的背面。基体母材11顶部开设的该焊接槽110可为一个，呈条状，沿刮刀顶部的刃口方向布置，将切土主合金的全部齿状合金22镶焊在一个焊接槽110中；也可以开设多个并排的焊接槽，多个焊接槽沿刮刀顶部的刃口方向一字排开，每个焊接槽中可选择性地镶焊一个或多个齿状合金22。另外，焊接槽110的相互平行的那一对内壁可以与水平方向相垂直，也可以与水平方向呈一定角度；焊接槽110的底部可以与水平方向相平行，也可以与水平方向呈一定角度；焊接槽110的底部与相互平行的那一对内壁可以相互垂直，也可以呈一定角度。本发明的设计重点在于，令基体母材11上的焊接槽110位于偏基体母材顶部中部的位置，而不是位于基体母材的正面或背面两侧部，这样，能够将切土主合金的齿状合金22，尤其是齿状合金的面刀面(正面)和背刀面(背面)，镶嵌在焊接槽110的内壁之中，齿状合金22无论是正面受力，还是背面受力，都不容易脱离焊接槽110，防止掉齿，也使得刮刀有条件两面使用，提高刮刀的适用范围。

本发明改变切土主合金原来的镶嵌方式，不仅加深切土主合金镶嵌深度，更重要的是主合金与基体母材结合的焊接面为两个相互平行的焊接面。本发明技术大幅增加了焊接表面积，有效提高了焊接强度，而且提高了合金的结合强度，防止刮刀主合金正面焊缝在受到外力时因撕裂而脱落，从而保证刮刀使用寿命。

进一步地，如图4所示，基体母材11的顶部相对两侧分别形成向切土主合金的正面倾斜向上的第一倾斜面111和向切土主合金的背面倾斜向上的第二倾斜面112，且该第一倾斜面111的向上延伸轨迹和第二倾斜面112的向上延伸轨迹与顶部相交汇(实际第一倾斜面和第二倾斜面并未延伸至顶部，只是为了说明两个倾斜面的倾斜方向的关系)。焊接槽110开设于第一倾斜面111和第二倾斜面112的顶部之间。

较佳地，在切土主合金的正面和基体母材11的第一倾斜面111的连接位置设有加强结构13，该加强结构13包括以下形式中的一种或多种的组合：加焊合金、堆砌耐磨焊和加焊耐磨钢板，加强刮刀正面保护。其中，所谓在切土主合金的正面和基体母材的第一倾斜面的连接位置中的连接位置，并不是特指加强结构必须同时连接到切土主合金的正面和基体母材，而是应当理解为在靠近两者相交接位置的一定范围内设置加强结构，因为此处是刮刀正面受力的主要受力点，也是薄弱点，需要特别加强。

切土主合金的齿状合金12的两个相对焊接面121相互平行设置，且分别位于切土主合金的正面和背面。如图4所示，两个相对焊接面121的高度不同，且位于切土主合金正面的焊接面高于位于切土主合金背面的焊接面，两个焊接面121的底部之间形成为所述齿状合金12的底面122，且该底面122垂直于两侧的两个焊接面121。

优选地，齿状合金12镶焊于焊接槽110中的镶嵌深度等于位于切土主合金背面的焊接面121的高度，而且，该镶嵌深度较传统主合金于基体上的钎焊深度加深约3公分或更多，但应保证齿状合金12的顶部刀刃露出焊接槽的顶部，以保证切土主合金的切土功能。

对应地，基体母材的焊接槽具有相互平行的两个相对内壁，且令两个相对内壁一一对应地贴合于所焊接的齿状合金的两个相对焊接面，即增大焊接面积，提高齿状合金与焊接槽的的焊接牢固性。在本实施例的附图中，并没有采取上述令焊接面相贴合的方案，但是可以看出，齿状合金12的两侧的焊接面仍然牢牢地抵靠在焊接槽110的竖直设置的前后内壁上，在连接处焊接牢固，限制了齿状合金12的前后移动，减少掉齿威胁。

本发明改进刮刀的切土主合金的形式，呈波浪形布置的齿状合金更容易破岩，以齿点代替整块合金面切土，减小刀具本身所受阻力，不易崩齿，刀盘扭矩得到明显减小。

刀刃形状不同，破碎开挖面所形成的破碎面形状也不同。平刮刀在开挖面上只能形成一个裸露的自由面，而三齿刀可形成多个自由面。裸露自由面越多，破碎岩石所需要的单位体积破碎功越小；故当盾构刀盘按照一定的钻速和推进速度掘进开挖面时，三齿刀所产生的扭矩和消耗的功率比平刮刀小。

改变了以往切土主合金的后靠式焊接形式，把切土主合金镶嵌在基体母材中间，切土主合金与基体母材结合的焊接面为两个相互平行(类似u型)的焊接面，相较传统的主合金与基面的l型连接更加牢固，本发明刮刀主合金镶嵌深度加深，刮刀正面采取加焊合金、堆砌耐磨焊及加焊耐磨钢板等方式加强和保护，包围更加密实，刀具更不容易掉齿。

本发明采用上述技术方案，增加了刮刀刀具的使用寿命，减少了换刀次数，可以有效降低换刀风险，保证了盾构的推进，实例证明：在同一地质、相同轨迹下，原刮刀推进不到30环就必须进行换刀作业，使用改进后的刮刀刀具后可以使用50环至70环，且几乎无崩齿、掉齿的现象。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。