一种带有莱洛三角形副刀盘的矩形盾构机的制作方法

本发明涉及一种矩形盾构机，具体涉及一种带有莱洛三角形副刀盘的矩形盾构机。

背景技术：

近年来为缓解城市交通堵塞的问题，我国大力发展了地铁建设项目，并且随着地铁项目的不断发展，其逐步成了衡量现代城市建设的重要标志。但随着城市化进程的不断推进，土地资源紧张的问题越来越严重，进而使得地铁修建空间不断被压缩，这样在施工中就岀现了大深度、多重交叉等困难情况将不断涌现，上述种种复杂条件使得地铁隧道盾构施工要求越来越高，同样也能推动盾构技术的进一步发展与进步。

而在煤炭开采领域，煤炭作为我国的基础能源，在能源消费中的比重虽有所下降，但在未来数十年内仍将处于能源消费的主导地位，而我国煤炭工业的基础比较薄弱，煤炭开采主要以井工为主，露天煤矿的开采量占煤炭总量不足10%，亟需提高井工煤矿资源的开采效率。但目前，井工煤炭采用掘进机、采煤机、刮板输送机等多种机械组合开采的形式，矿用巷道布置的设备多而杂，工作效率低，自动化程度尤需提高。

盾构机具有自身安全、环保无污染以及施工速度快等优点，集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，盾构的推进、采煤、测量导向纠偏、渣煤填埋等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低，可按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高，甚至能够实现煤炭资源的采、选、冶、充、电、气的原位、实时和一体化开发，实现“地上无煤、井下无人”的绿色环保开采目标。

矩形盾构机相比传统圆形盾构机能够有效提升盾构机断面空间利用率，解决矿用巷道布置的设备多而杂的问题，进而有效提高工作效率，同时矩形盾构机能够提升与外界的接触面积，增加支承机构的布置数目，当工作时岩层难以破碎时，能够提供足够多的支承力。

现有已提出的矩形盾构机刀盘分布结构难以切割出理想的矩形形状，外形整体为椭圆状，而且切割出的类矩形长宽比较小，对边角位置的切割效率较低，外形整体的形状不规则还会对外部支承机构的布置造成一定的影响。例如，检索发现：中国专利cn203905954u公开的一种超大矩形断面盾构顶管机,该矩形断面面积虽然较大，但采用六个刀盘进行截割，截割面形状很不理想，刀盘与总矩形断面遗漏面积和刀盘重叠面积均较大，导致效率较低。中国专利cn204804853u公开的滚筒式矩形盾构机，该矩形盾构机虽截割面形状比较理想，但该刀盘结构传动复杂导致效率较低，存在截割力较小，掘进速度慢，对地质条件要求高等缺点。因此设计一个能够截割出较为理想、长宽比较大的矩形盾构机，对提高断面空间利用率和工作效率具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种带有莱洛三角形副刀盘的矩形盾构机，所切割出的矩形形状长宽比较大，能够进一步提升盾构机断面空间利用率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带有莱洛三角形副刀盘的矩形盾构机，包括盾构壳体、支撑盘、主刀盘、四个副刀盘和驱动装置；

盾构壳体内部中空，盾构壳体前端设置支撑盘，支撑盘的中心位置设有主刀盘，主刀盘的后端中心位置设有主刀盘轴，主刀盘轴穿过支撑盘与驱动装置连接，驱动装置设置在盾构壳体内部；

四个副刀盘分别位于主刀盘的左上、左下、右上、右下四个位置，副刀盘的后端设有转子，转子中心位置开设有孔，孔中设有副刀盘轴，副刀盘轴为两段阶梯偏心轴，副刀盘轴的前段部分直径大于后段部分，副刀盘轴前段部分与转子上开设的孔过盈配合，孔的后端开设有内齿轮，支撑盘开设类矩形孔，转子由支撑盘的前端面嵌入到类矩形孔中，支撑盘的后端面连接固定齿盘，固定齿盘中心位置开设供副刀盘轴的后段部分穿过的前凸孔，前凸孔的前凸部分外侧设有外齿轮，外齿轮与内齿轮啮合，主刀盘轴、副刀盘轴位于盾构壳体内部的部分均设有齿轮传动装置，主刀盘轴和副刀盘轴通过齿轮传动装置连接；副刀盘与转子截面均为莱洛三角形；主刀盘与支撑盘的距离大于副刀盘与支撑盘的距离，支撑盘上设置有进料口。

进一步的，所述的副刀盘的轴线、转子的轴线、副刀盘轴前端偏心轴的轴线重合。

进一步的，所述的主刀盘与四个副刀盘的轴线互相平行。

进一步的，所述的主刀盘上设有切刀、超挖刀和中心刀，切刀由内而外分为若干层，相邻层上的切刀交叉间隔设置，超挖刀设置在主刀盘的边缘，中心刀设置在主刀盘的圆心位置。

进一步的，所述的超挖刀有四个，四个超挖刀彼此均匀间隔设置在主刀盘的边缘。

进一步的，所述副刀盘表面设有截割头和截割齿，截割头位于副刀盘的中心位置，截割头外形轮廓为球锥形，截割齿按螺旋线方式分布在截割头上，副刀盘前端面设有截割齿。

进一步的，所述主刀盘轴、副刀盘轴与支撑盘之间采用磁性液体密封。

进一步的，所述转子与支撑盘之间设置迷宫密封。

进一步的，所述主刀盘上开设挖槽，挖槽上设有挖槽齿。

与现有技术相比本发明在主刀盘的周围设置四个副刀盘，副刀盘及转子均为莱洛三角形结构，所截割出的矩形截割面不仅矩形形状较为理想，截割遗漏面积较小，在合理分配主刀盘和四个副刀盘的相对尺寸和空间位置的前提下，切割出的矩形截割面长宽比较大，能够进一步提升盾构机断面空间利用率，有效提升工作效率。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明剖视图；

图3为本发明中支承盘的结构示意图；

图4为本发明中副刀盘的结构示意图；

图5为图4中剖面a-a示意图；

图中：1、截割齿，2、截割头，3、切刀，4、挖槽，5、副刀盘，6、挖槽齿，7、超挖刀，8、中心刀，9、主刀盘，10、主刀盘轴，11、支撑盘，12、固定齿盘，12-1、外齿轮，13、副刀盘轴，14、进料口，15、进料装置，16、驱动装置，17、转子，17-1、内齿轮、18、螺栓，19、迷宫密封，20、类矩形孔，21、副刀盘截割轮廓面，22、齿轮传动装置，23、盾构壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

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。

如图1和图2所示，本发明包括盾构壳体23、支撑盘11、主刀盘9、四个副刀盘5和驱动装置16；盾构壳体23内部中空，盾构壳体23前端设置支撑盘11，支撑盘11的中心位置设有主刀盘9，主刀盘9的后端中心位置设有主刀盘轴10，主刀盘轴10穿过支撑盘11与驱动装置16连接，驱动装置16设置在盾构壳体23内部；

四个副刀盘5分别位于主刀盘9的左上、左下、右上、右下四个位置，如图4和图5所示，副刀盘5的后端设有转子17，转子17中心位置开设有孔，孔中设有副刀盘轴13，副刀盘轴13为两段阶梯偏心轴，副刀盘轴13的前段部分直径大于后段部分，副刀盘轴13前段部分与转子17上开设的孔过盈配合，孔的后端开设有内齿轮17-1，如图3所示，支撑盘11开设类矩形孔20，转子17由支撑盘11的前端面嵌入到类矩形孔20中，支撑盘11的后端面连接固定齿盘12，固定齿盘12中心位置开设供副刀盘轴13的后段部分穿过的前凸孔，前凸孔的前凸部分外侧设有外齿轮12-1，外齿轮12-1与内齿轮17-1啮合，主刀盘轴10、副刀盘轴13位于盾构壳体23内部的部分均设有齿轮传动装置22，主刀盘轴10和副刀盘轴13通过齿轮传动装置22连接；主刀盘9与四个副刀盘5的轴线互相平行，以便主刀盘9旋转动力经齿轮传动装置22可稳定传输至副刀盘5；副刀盘5与转子17截面均为莱洛三角形；主刀盘9与支撑盘11的距离大于副刀盘5与支撑盘11的距离，支撑盘11上设置有进料口14。

如图1所示，主刀盘9上设有切刀3、超挖刀7和中心刀8，切刀3由内而外分为若干层，相邻层上的切刀3交叉间隔设置，超挖刀7设置在主刀盘9的边缘，中心刀8设置在主刀盘9的圆心位置，经切刀3、超挖刀7、中心刀8切割后能够达到破碎截割主刀盘9工作面的目的；进一步的，超挖刀7有四个，四个超挖刀7彼此均匀间隔设置在主刀盘9的边缘，超挖刀7能够径向伸出和缩回，切割边缘物料，调节主刀盘9工作面直径，增加一定灵活性。

如图1所示，副刀盘5表面设有截割头2和截割齿1，截割头2位于副刀盘5的中心位置，截割头2外形轮廓为球锥形，截割齿1按螺旋线方式分布在截割头2上，螺旋线头数一般为2~3条，副刀盘5前端面设有截割齿1，通过球锥形截割头2与截割齿1的旋转以达到破碎截割副刀盘工作面的目的。

主刀盘9上开设挖槽4，挖槽4上设有挖槽齿6，经主刀盘9上刀具破碎后掉落至底部物料，经带有挖槽齿6的挖槽4送入盾构机内部，以便运送传输。

本发明具体工作过程如下：

掘进过程：主刀盘9由驱动装置16提供旋转动力，主刀盘9先于副刀盘5接触工作面，主刀盘9上具有切刀3、超挖刀7、中心刀8等刀具对物料进行破碎处理，物料掉落后由挖槽4运送至盾构机内部，挖槽齿6的设置能够最大限度的将破碎物料收集到挖槽4中；副刀盘5表面设有截割头2和截割齿1，截割头2位于副刀盘5的中心位置，截割头2外形轮廓为球锥形，截割齿1按螺旋线方式分布在截割头2上，中心截割头2先于副刀盘5前端面接触工作面，物料掉落后由进料口14进入盾构机内部，进入盾构机内部后由进料装置15将物料推送至后续运输装置上。

副刀盘工作过程：四个副刀盘5分别位于主刀盘9的左上、左下、右上、右下四个位置，主刀盘9旋转动力经齿轮传动装置22传输至副刀盘轴13，副刀盘5的后端设有转子17，转子17中心位置开设有孔，孔中设有副刀盘轴13，副刀盘轴13前段部分与转子17上开设的孔过盈配合，孔的后端开设有内齿轮17-1，因此副刀盘轴13的旋转动力可传输至转子17，进而可传输至与转子17焊接连接的副刀盘5上。支撑盘11开设类矩形孔20，支撑盘11的后端面连接固定齿盘12，固定齿盘12中心位置开设供副刀盘轴13的后段部分穿过的前凸孔，前凸孔的前凸部分外侧设有外齿轮12-1，外齿轮12-1与内齿轮17-1啮合。

如图3和图5所示，副刀盘5与转子17均采用莱洛三角形结构，根据莱洛三角形特性，当转子17在类矩形孔20内绕固定齿盘12的外齿轮12-1旋转时，转子17能够与类矩形孔20边界紧密接触，由于副刀盘5与转子17的轴线重合，形状相似，此时副刀盘5的截割轮廓面21为类矩形。相比传统圆形刀盘所截割的圆形截割面，使用本发明截割出来的类矩形轮廓面具有较大的长宽比以及更为理想的矩形形状。当副刀盘5与主刀盘9配合截割时，所截割的总矩形截割面同样具有较大的长宽比和更为理想的矩形截割面，截割遗漏面积较小，能够进一步提升盾构机断面空间利用率，有效提升工作效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。