一种掘进机刀具的制作方法

1.本实用新型涉及掘进机零部件技术领域，尤其涉及一种掘进机刀具。


背景技术：

2.vsm是下沉式竖井掘进机英文the vertical shaft sinking machine的简称，该工法是用于各类竖井挖掘的全新技术，适用于竖井场地受限、不利地质条件和高水位地区。它通过专门机械开挖基坑，并在开挖同时可以下沉预制或现浇管片，以实现快速、大深度的竖井开挖，这种施工场地需求小、周期紧凑、工艺安全可靠的技术，在今后的竖井建设应用领域具有很好的前景。
3.中国发明专利cn112459784a便公开了一种下沉式竖井掘进机，其包括主机、管线系统及主机回收系统，主机中包括一个铣挖头，铣挖头上安装有多个刀具，通过铣挖头的转动将岩石啃碎，完成挖掘。相比于传统的掘进机，其挖掘速度快、施工占地少、安全性高，成井精度高。
4.但是vsm功法对铣挖头上的刀具的强度要求更高，使用现有的刀具时，刀具很容易发生断裂或磨损。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种掘进机刀具，用以解决现有的掘进机刀具容易发生断裂磨损的问题。
6.本实用新型提供一种掘进机刀具，包括：
7.刀具母体；
8.硬质合金齿，硬质合金齿为回转体，包括依次同轴连接的安装段和至少两个切割段，其中安装段连接于刀具母体，每个切割段的外径沿远离安装段的方向逐渐减小，相邻的两个切割段连接处的直径一致，且沿远离安装段的方向多个切割段的母线与其轴线的夹角依次增大；
9.耐磨层，耐磨层覆盖刀具母体。
10.可选的，切割段的数量为三个，三个切割段的母线与轴线的夹角分别为30度、40度及50度。
11.可选的，安装段沿硬质合金齿的轴线的方向插设于刀具母体，且为过盈配合。
12.可选的，耐磨层的主要成分包括碳化钨，通过堆焊的方式连接于刀具母体。
13.可选的，刀具母体的材料为牙轮钢。
14.可选的，刀具母体沿硬质合金齿的轴线方向依次分为刀柄和刀头，刀柄为阶梯轴，刀柄的轴线和硬质合金齿的轴线重合，耐磨层设置于刀头上。
15.可选的，刀头为圆台形状，刀头的轴线和硬质合金齿的轴线重合，刀头的大端固定连接于刀柄，刀头的小端连接硬质合金齿。
16.可选的，刀头的侧面形成有摩擦槽。
17.可选的，摩擦槽的数量为多个，多个摩擦槽等距地环绕刀头的表面，耐磨层覆盖刀头朝向硬质合金齿的一端的周面，摩擦槽位于耐磨层与刀头的大端之间。
18.可选的，硬质合金齿中背离安装段的一端形成有圆角。
19.本实用新型提供一种掘进机刀具，将其通过刀具母体安装至铣挖头上，便可对竖井进行开挖。其中硬质合金齿为挖掘时直接与岩石土壤接触的部分，位于最外侧的一个切割段因其母线与轴线的夹角最大，使边缘最为锋利，有利于切入岩石，达到较好的破岩效果。而其余切割段的母线与轴线的夹角沿朝向安装段的方向逐渐减小，其能够承受的剪切应力逐渐增大，使硬质合金齿具备较高的强度，不易断裂。此外，刀具母体外部还覆盖有耐磨层，防止刀具母体在挖掘时发生磨损。相比于现有的刀具，本实用新型通过硬质合金齿的形状降低了切割岩石的困难程度，同时又提高了其自身的强度，此外还通过耐磨层提高了掘进机刀具的耐磨性，使之不易磨损，不易断裂，具备更好的性能，使之更适用于先进的vsm工法。
附图说明
20.图1为本实用新型提供的掘进机刀具一实施例的主视图；
21.图2为图1省略去耐磨层的俯视图；
22.图3为本实用新型提供的掘进机刀具中硬质合金齿的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
24.结合图1～3所示，本实用新型提供一种掘进机刀具的一实施例，该掘进机刀具包括刀具母体1、硬质合金齿2和耐磨层3。其中刀具母体1用于将本掘进机刀具连接于掘进机的铣挖头上，其沿一条基准轴延伸，刀具母体1在该基准轴上且背离铣挖头的一端安装有硬质合金齿2。硬质合金齿2沿该基准轴依次分为安装段21和至少两个切割段22，安装段21固定连接于刀具母体1，多个切割段22位于安装段21背离刀具母体1的一侧。多个切割段22的横截面均为圆形，切割段22的轴线和基准轴重合，每个切割段22的直径均沿背离安装段21的方向逐渐减小，相邻的两个切割段22连接处的直径一致，且多个切割段22的母线与轴线的夹角沿背离安装段21的方向依次增大。硬质合金齿2即为和岩石土壤直接接触的部分，多个切割段22连接处形成的边角即为用于切碎岩石的刀刃。而耐磨层3则以基准轴为轴线环绕地覆盖刀具母体1。
25.本实用新型提供的掘进机刀具，将其通过刀具母体1安装至铣挖头上，铣挖头旋转时便可对竖井进行开挖。其中硬质合金齿2为挖掘时直接与岩石土壤接触的部分，位于最外侧的一个切割段22因其母线与轴线的夹角最大，使边缘最为锋利，有利于切入岩石，达到较好的破岩效果。而其余切割段22的母线与轴线的夹角沿朝向安装段21的方向逐渐减小，其能够承受的剪切应力逐渐增大，使硬质合金齿2具备较高的强度，不易断裂。此外，刀具母体1外部还覆盖有耐磨层3，防止刀具母体1在挖掘时发生磨损。相比于现有的刀具，本实用新型通过硬质合金齿2的形状降低了切割岩石的困难程度，同时又提高了其自身的强度，此外
还通过耐磨层3提高了掘进机刀具的耐磨性，使之不易磨损，不易断裂，具备更好的性能，使之更适用于先进的vsm工法。
26.请再参阅图3，作为优选的实施例，本实施例中切割段22的数量为三个，三个切割段22的母线与轴线的夹角沿背离安装段21的方向依次为30度、40度及50度。可以理解的是，上述描述仅为一个使硬质合金齿2的强度、耐磨性、成本、制造难易程度等综合性能达到最好的一个优选的实施方式，实际实施例，可以处于对具体的需求、挖掘现场的地质条件以及成本工期等因素的考量灵活地设计，例如切割段22的数量可以为两个或五个，切割段22的母线与轴线的夹角可以为20度、45度、70度等。
27.作为优选的实施例，本实施例中的硬质合金齿2中背离安装段21的一端形成有圆角。即距离安装段21最远的一个切割段22，其侧面向背离安装段21的方向汇聚至一处，形成带有圆角的锥形。此种设计进一步地提高了硬质合金齿2切入岩石的轻松程度以及抗断裂的强度。
28.本实用新型还提供一优选的实施例，该掘进机刀具中的安装段21沿基准轴的方向插设于刀具母体1，且为过盈配合。在传统的掘进机刀具中，用于切割的合金齿通常采用钎焊的方式和刀具母体1连接。此种方法虽然效率高，加工简单，对齿孔加工精度要求低，但是针对用于vsm工法的刀具来说，钎焊时vsm刀具需要加热到900℃以上，此时会造成vsm刀具的刀具母体1所受热应力大，头部硬度低，不耐磨等缺陷。所以本实用新型实施例采用过盈配合将安装段21与刀具母体1连接，例如采用冷压过盈固齿的技术安装硬质合金齿2，则可以避免vsm刀具加热使之性能下降及内应力增加的问题。
29.作为优选的实施例，本实施例中的耐磨层3的主要成分包括碳化钨，其通过通过堆焊的方式连接于刀具母体1。相比于常用作耐磨材料的高铬材质，碳化钨具有熔点高、硬度大、化学稳定性和热稳定性均比较好等优点，可以有效地防止刀具母体1或耐磨层3本身磨损后硬质合金齿2脱落的问题。
30.作为优选的实施例，本实施例中的刀具母体1的材料为牙轮钢。这样是刀具母体1经过热处理后，其表面具有较高的硬度，耐磨性好，且其内部具有很好的韧性以及抗冲击性，提高本掘进机刀具的使用寿命。
31.请再参阅图1及图2，作为优选的实施例，本实施例中的刀具母体1沿基准轴依次分为刀柄11和刀头12。刀柄11为阶梯轴，刀柄11的轴线和基准轴重合，耐磨层3设置于刀头12上。因在竖井挖掘时，多个掘进机刀具不仅会具有跟随铣挖头一同旋转的公转，每个掘进机刀具自身还会围绕基准轴进行一个自转。而刀柄11的阶梯轴形状可以方便实现掘进机刀具与铣挖头之间可转动地连接。
32.作为优选的实施例，本实施例中的刀头12为圆台形状，刀头12的轴线和基准轴重合，刀头12的大端固定连接于刀柄11，刀头12的小端连接硬质合金齿2。这样掘进机刀具在切割岩石时，刀具母体1，特别是刀头12的部分，可以均匀地承受岩石带来的阻力，防止所有应力均集中在刀头12的一角使之产生过热、磨损、金属强度失效等问题。
33.请再参阅图1及图2，本实用新型还提供一优选的实施例，该实用新型中的刀头12的侧面形成有摩擦槽13。本实施例中摩擦槽13呈一个三角形的轮廓，三角形的一个尖端朝向硬质合金齿2，三角形的一边朝向刀柄11，三角形的边可以具有一定的弧度。摩擦槽13用于增加刀具母体1与岩石之间的摩擦力，防止产生偏磨等不良现象。
34.作为优选的实施例，本实施例中的摩擦槽13的数量为六个，六个摩擦槽13等距地环绕刀头12的表面，需要说明的是，本实施例中摩擦槽13的数量仅作为举例说明使用，实际应用时可以根据刀具母体1的具体尺寸灵活地调整，例如三个、四个、七个甚至更多。此外，本实施例中的耐磨层3部分覆盖刀头12，摩擦槽13位于耐磨层3与刀头12的大端之间。即耐磨层3环绕地覆盖住刀具母体1朝向硬质合金齿2的一端，而另一端裸露的表面上具有摩擦槽13。这样可以达到即提高摩擦力，又增加掘进机刀具耐磨性的同时，使需要的材料达到最少。当然，实际使用时也可以将耐磨层3完全地包围住刀头12的侧面，而此时耐磨层3的表面应跟随摩擦槽13的形状一同高低起伏，以体现摩擦槽13的功能。
35.本实用新型提供一种掘进机刀具，将其通过刀具母体1安装至铣挖头上，便可对竖井进行开挖。其中硬质合金齿2为挖掘时直接与岩石土壤接触的部分，位于最外侧的一个切割段22因其母线与轴线的夹角最大，使边缘最为锋利，有利于切入岩石，达到较好的破岩效果。而其余切割段22的母线与轴线的夹角沿朝向安装段21的方向逐渐减小，其能够承受的剪切应力逐渐增大，使硬质合金齿2具备较高的强度，不易断裂。此外，刀具母体1外部还覆盖有耐磨层3，防止刀具母体1在挖掘时发生磨损。相比于现有的刀具，本实用新型通过硬质合金齿2的形状降低了切割岩石的困难程度，同时又提高了其自身的强度，此外还通过耐磨层3提高了掘进机刀具的耐磨性，使之不易磨损，不易断裂，具备更好的性能，使之更适用于先进的vsm工法。
36.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
37.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。