适合复杂硬岩地质的隧道掘进机刀盘的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适合复杂硬岩地质的隧道掘进机刀盘，主要用于。
【背景技术】
[0002]全断面岩石隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)是隧道专用施工机械，广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。刀盘是TBM的关键部件，具有开挖、稳定掌子面、搅拌碴土等功能。刀盘设计对提高TBM破岩能力和掘进效率，降低挖掘成本具有重要的作用，是影响TBM掘进性能的决定性因素。刀盘设计技术是掘进机设计的关键技术，因此，提高自主创新设计与制造能力，具有重要的战略意义。TBM刀盘设计主要内容包括刀具选择、刀盘主参数设计、刀具布置、刀盘盘体结构设计，以及其他构件的设计与布置等。其中刀具布置是关键，关系到刀具和刀盘大轴承寿命、TBM掘进效率、振动等。刀盘系统需针对具体工程的地质条件和施工要求进行适应性设计，因而破岩过程机理、施工性能预测、刀具受力分析，以及刀具类型、刀盘布局、切削参数与围岩特性之间的相互关系的研究至关重要。
[0003]目前刀盘刀具布置时中心滚刀的刀间距比正面滚刀的刀间距大，普遍大1mm以上。当刀间距较大时，刀具作用在岩层上形成的径向裂纹难以贯通，需要加大贯入深度，遇到复杂硬岩地质掘进效率大为降低，这种情况下，中心滚刀的掘进效率决定了整个刀盘的掘进速度。刀盘掘进效率降低刀具磨损加快，增加换刀成本，造成频繁停机，一定程度上影响了施工进度。
[0004]另外，现有全断面硬岩隧道掘进机在施工时，遇到曲线推进、转弯、纠偏时需要用到扩挖刀具，也称超挖刀具。现有扩挖刀具结构复杂，在刀盘结构设计时就要留有安装位置，刀盘焊接时较为困难(结构复杂)，一般使用液压缸驱动，要配有一套独立的液压管路系统及电子检测线路系统(传感器)，故障率高，维修制造成本大。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对复杂硬岩地质条件，为了提高TBM刀盘的掘进效率、减少换刀频率、节省施工成本，提供一种适合复杂硬岩地质的隧道掘进机刀盘。
[0006]本实用新型的技术方案是:一种适合复杂硬岩地质的隧道掘进机刀盘，包括人孔、保径刀、边刀、刮刀、铲刀、正滚刀、中心滚刀以及喷水嘴，在刀盘的中央设有数组中心滚刀，在中心滚刀的外围设有数组正滚刀，在正滚刀的外围设有沿刀盘外周均布的数组保径刀、边刀、刮刀和铲刀；在中心滚刀的外围还设有人孔，在刀盘上的各处设有数个喷水嘴，其特征在于，所述的中心滚刀采用小间距刀具;所述的保径刀采用大小刀互换的刀箱结构。
[0007 ]所述的中心滚刀包括滚刀刀箱、滚刀刀具、滚刀轴承、滚刀固定装置和轴承支块，滚刀刀具的两端分别通过滚刀轴承连接在轴承支块上，轴承支块用滚刀固定装置固定在滚刀刀箱两侧的安装凹槽内；所述的中心滚刀为双联结构或四联结构，双联结构的中心滚刀在一个滚刀刀箱内安装两组同轴的滚刀刀具；四联结构的中心滚刀在一个滚刀刀箱内安装四组同轴的滚刀刀具;该滚刀刀具的刀号比所述的正滚刀的刀号小1-2个刀号，使得每一组滚刀刀具之间的间距和直径均小于普通滚刀刀具，为所述的小间距刀具。
[0008]所述的边刀包括刀座、边刀刀具、C型块、长螺钉、短螺钉、楔形块和垫片堵板，C型块通过短螺钉固定在刀座的安装凹槽内的一侧，边刀刀具的刀轴的两端设在C型块的凹口内，并用楔形块压在刀轴的一侧，在楔形块的下面设有垫片堵板，并用长螺钉将楔形块和垫片堵板相互夹紧;在扩挖时增加C型块的凹口下部的厚度，使得所述刀轴的位置上移。
[0009]保径刀的所述的大小刀互换的刀箱结构与边刀的相同，该保径刀刀箱在刀轴方向与正常刀的刀箱相同；在刀体径向方向的尺寸增加了一个刀号的距离，刀轴的位置与原刀箱相同。
[0010]本实用新型的优点是:刀盘中心刀刀具可实现小刀间距，提高了中心刀的破岩效率，与现有刀盘中心刀相比，无需改变现有刀盘结构，实现起来方便，减少换刀频率，降低了施工人员劳动强度，加快了施工进度，节约施工成本;保径刀刀箱增大设计，在不增加刀盘制作成本前提下可快速实现小扩挖量施工要求;而且能够准确地控制扩挖量，对扩挖量的适应性广泛，扩挖量可以由小到大随意变换，对周边地层扰动小的前提下，顺利实现曲线推进、转弯、纠偏等目的要求。
【附图说明】
[0011]图1是现有刀盘的前端结构布置示意图；
[0012]图2是本实用新型的前端结构布置示意图；
[0013]图3是图2中P处的放大图；
[0014]图4是本实用新型双联结构的中心滚刀的正面结构示意图；
[0015]图5是图4的立体结构示意图；
[0016]图6是本实用新型四联结构的中心滚刀的立体结构示意图；
[0017]图7是本实用新型图4和图6的A-A剖视图；
[0018]图8是本实用新型TBM刀盘刀具布置及扩挖原理示意图；
[0019]图9是本实用新型TBM刀盘边刀扩挖垫刀原理图；
[0020]图10是本实用新型TBM刀盘边刀扩挖前结构示意图；
[0021 ]图11是本实用新型TBM刀盘边刀扩挖后结构示意图；
[0022]图12是本实用新型TBM刀盘正滚刀、边滚刀位置结构图；
[0023]图13是本实用新型TBM刀盘保径刀刀箱结构示意图；
[0024]图14是图13的B-B剖视图。
[0025]附图标记说明:1、人孔，2、保径刀，3、边刀，4、刮刀，5、铲刀，
[0026]6、正滚刀，7、中心滚刀，70、滚刀刀箱，71、滚刀刀圈，72、滚刀刀毂，73、滚刀固定螺栓，74、滚刀轴承，75、滚刀轴，76、斜压块，77、正压块，78、轴承支块，10、(边刀)刀轴，11、楔形块、12、垫片堵板，19、刀盘刀具回转中心，20、滚刀刀刃剖视面，21、刀盘正面耐磨板剖视面，22、刀盘基准线，23、扩挖理论线，24、原始滚刀轮廓线，25、扩挖前C型块，26、(边刀)刀箱，27、扩挖后(边刀)C型块，28、(边刀)C型块原有高度+径向偏移量，29、(边刀)C型块固定螺栓，30、(边刀)刀轴固定螺钉;31、(保径刀)楔形块，32、(保径刀)刀轴固定螺钉，33、(保径刀)刀轴，34、(保径刀)C型块，35、(保径刀)刀箱，36、(保径刀)C型块固定螺栓。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，TBM刀盘中心滚刀和正滚刀形同直径结构布置，配有中心滚刀7、正滚刀6、边刀3、保径刀2、铲刀5、人孔I以及和喷水嘴等。
[0028]如图2所示，本实用新型新型刀盘的中刀盘中心滚刀刀箱70(包含双刃滚刀和四刃滚刀)进行重新设计改进为小一个到两个刀号，具体小几个等级视具体地质情况而定;保径刀刀箱9可以大一个刀号设计。如原有刀盘设计中心滚刀7的直径和其他刀具保持一致，则中心滚刀7由于承载力、中心刀双联四联结构的限制，轴承间距无法缩小，进而刀间距据无法所缩小。本实用新型提供了一种设计思路，使中心滚刀7的刀号减小(轴承尺寸也相应减小)刀号减小I个时轴承可以不减小，但刀号减小2个时轴承尺寸要相应减小，进而减小刀间距，提高中心滚刀7的破岩石效率;本实用新型提供了另一种设计思路是保径刀刀箱9加大设计，可以实现同一刀箱可以装两种刀号的滚刀，正常掘进时使用正常滚刀，如需要小范围扩挖时换用大一号滚刀。
[0029]如图2所示，中心滚刀(包含双联和四联滚刀)刀箱70缩小后在刀盘上的布置及保径刀刀箱9加