一种具有冲击功能的全断面岩石掘进机刀盘的制作方法

本发明属于全断面岩石掘进机掘进技术领域，尤其涉及一种具有冲击功能的全断面岩石掘进机刀盘。

背景技术：

近年来，在高速铁路、城市地铁、矿山开采等大型工程建设中，全断面岩石掘进机凭借其环保、自动化程度高、地质适应性强等诸多优点而得到广泛地使用。这种掘进方法相对于初始的人工钻爆法而言，在机械化程度方面、劳动生产率方面、安全性方面都有很大程度上的提升。而在掘进过程中，刀盘是全断面岩石掘进机最主要的部件之一，它肩负着掘进开挖、支撑掌子面的功能，是所有破岩刀具的安装载体。刀盘所受的载荷是典型的随机载荷，承受大扭矩、大推力和随机突变的冲击载荷，在随机载荷作用下，刀盘的振动表现为受迫弹性体的随机扭转振动和横向振动。所以刀盘的工作条件极其恶劣，受力情况十分复杂，刀盘的合理设计对提高掘进速率、刀盘寿命、刀具寿命和刀盘大轴承寿命，降低挖掘成本等具有重要作用。由于开挖环境恶劣，有时候遇到前方特硬岩层导致刀盘掘不动甚至卡死现象屡见不鲜，从而影响了刀盘的掘进效率及掘进可靠性，因此如何解决掘进过程中刀盘掘不动甚至卡死的问题是目前亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有冲击功能的全断面岩石掘进机刀盘，该刀盘将带有冲击功能的液压冲击组件与传统滚刀相结合，在破岩过程中充分利用冲击功能，能够有效解决刀盘掘不动、卡死等问题，提高了刀盘的地质适应性能力。

为解决上述技术问题，本发明所提供的一种具有冲击功能的全断面岩石掘进机刀盘，在传统的刀盘上还设有若干能够对岩石施加冲击载荷的液压冲击组件；所述液压冲击组件在刀盘上对称布置。

所述液压冲击组件位于过刀盘中心的若干个主梁上，并且与这些若干个主梁上的传统滚刀交替排布。

所述液压冲击组件包括滚刀、滚刀刀架、支撑座、冲击液压油缸以及冲击导向块，刀盘上开设有滚刀刀架安装孔，安装有滚刀的滚刀刀架设置在安装孔内，并可沿安装孔中心轴线移动；所述刀盘的背面与安装孔位置对应处固定安装有支撑座；所述支撑座内安装有冲击液压油缸；所述滚刀刀架底端固定安装有冲击导向块；所述支撑座上与冲击导向块位置对应处设有导向孔；所述冲击导向块滑动配合在所述导向孔内；当高压油进入冲击液压油缸的无杆腔时，液压油缸中的活塞杆撞击冲击导向块，从而使滚刀对岩石产生冲击作用，当高压油进入冲击液压油缸的有杆腔时，此时活塞杆向上运动，滚刀退回复位。

如遇到局部硬岩层导致刀盘掘不动或卡死情况，首先保持原有刀盘推力不变，扭矩设定为脱困扭矩，然后启动冲击油缸，根据硬岩层的硬度或刀盘卡死状况适当设定冲击载荷、冲击次数以及冲击频率等参数，通过设定的参数传到控制系统从而控制冲击液压油缸，从而使得带冲击功能的滚刀对硬岩层进行冲击破岩，当冲击次数达到预设定时，控制系统会同时缓慢转动刀盘，并且适当增加刀盘推力，最终实现刀盘脱困。

本发明的优点在于：在传统刀盘上通过增加能够对岩石施加冲击载荷的液压冲击组件，打破了传统的破岩模式；通过带冲击功能的滚刀与传统滚刀相结合的破岩模式，使得破岩效率大大提高，面对工程上的刀盘掘不动以及刀盘易卡死等工程问题又多了一条解决途径；与现有的刀盘相比，液压冲击组件安装时无需改变现有刀盘的整体结构，而且实现起来方便，加工简单，整个结构紧凑，安装方便；液压冲击组件布置在刀盘的若干个主梁上，并且与这若干个主梁上的传统滚刀交替排布，这样不仅有利于整个刀盘的受力均衡，还能促进渣土的排出。

附图说明

图1为本发明的整体布局示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的剖视图；

图4为本发明中冲击液压油缸端盖的剖视图；

图5为本发明中滚刀刀架右视图；

其中：1-刀盘；11-滚刀刀架安装孔；2-传统滚刀；3-液压冲击组件；31-滚刀刀架；32-滚刀；33-冲击导向块；34-冲击液压油缸；341-活塞杆；342-端盖；35-支撑座；36-高刚度弹簧；37-楔形块。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1和2所示，本发明所提供的全断面岩石掘进机刀盘，在传统的刀盘1上除安装有若干传统滚刀2外，还设有若干能够对岩石施加冲击载荷的液压冲击组件3，这些液压冲击组件3在刀盘上对称布置，本实施例中，根据有限元仿真模型、刀具载荷以及刀间距等相关参数进行优化布局，液压冲击组件3布置在刀盘的若干个主梁上，并且与这若干个主梁上的传统滚刀2交替排布，这样不仅有利于整个刀盘的受力均衡，还能促进渣土的排出。在刀盘的若干个主梁上，滚刀与滚刀之间相隔的距离称为安装间隙，液压冲击组件与传统滚刀安装间隙参考如下公式：

其中d为间隙，D为刀盘直径，n1为传统滚刀个数，n2为液压冲击组件个数。

如图3-图5所示，所述液压冲击组件3包括滚刀32、滚刀刀架31、支撑座35、冲击液压油缸34以及冲击导向块33，刀盘上开设有滚刀刀架安装孔11，安装有滚刀32的滚刀刀架31设置在安装孔11内，并可沿安装孔11中心轴线移动；本实施例中滚刀32与滚刀刀架31采用楔形块37和螺纹组合固定；所述刀盘1的背面与安装孔11位置对应处固定安装有支撑座35；所述滚刀刀架31底端固定安装有冲击导向块33；所述支撑座35内安装有冲击液压油缸34，当高压油进入冲击液压油缸34的无杆腔时，冲击液压油缸34中的活塞杆341撞击冲击导向块33，从而使滚刀32对岩石产生冲击作用，当高压油进入冲击液压油缸34的有杆腔时，此时活塞杆341向上运动，滚刀由于岩石的压力退回复位，为避免相互碰撞冲击产生噪音及火花，所述冲击导向块33为设计成圆形的橡胶块。

如图3所示，在所述支撑座35上设有若干供螺栓穿装的通孔，所述滚刀刀架31上对应设有螺纹沉孔，所述支撑座35与滚刀刀架31通过穿装在所述通孔和螺纹沉孔上的螺栓实现连接，在所述支撑座35与所述滚刀刀架31之间套装有在所述螺栓上的高刚度弹簧37，所述高刚度弹簧36一端与螺纹沉孔台阶面连接，另一端与支撑座35顶面相接；在支撑座35外围还设有挡板，防止岩渣掉入支撑座35内。

如图3所示，所述冲击液压油缸34呈法兰式，在法兰端部开有多个内孔，方便与支撑座35的底板内壁螺栓固定连接，便于组装；冲击液压油缸34下端有个端盖342，所述端盖342上设有一中心通孔，在所述中心通孔的内壁上设有多圈环形的密封槽；活塞杆341的一端从所述端盖342中伸出，并正对所述冲击导向块33，并与端盖上的密封槽密封，冲击液压油缸34与端盖342采用螺栓固定连接；端盖342采用多层密封设计，可以防止液压缸的液压油泄漏；

当刀盘1向岩石方向推进，冲击液压油缸34的液压油路关闭时，带冲击功能的滚刀刀架31与支撑座35之间的高刚度弹簧36压缩一定长度，使得带冲击功能的滚刀32与传统滚刀2的高度差为零，这时候破岩效果没有区别；当高压油进入冲击液压油缸34的无杆腔时，此时活塞杆341迅速向下运动，活塞杆341撞击冲击导向块33，由于滚刀刀架31与支撑座35之间的高刚度弹簧36已经压缩了一段长度存储了部分势能，从而冲击导向块33的突然向下运动会使得高刚度弹簧36的部分能量释放并让滚刀32迅速向下运动，形成一个冲击过程，这样滚刀32对岩石的作用就从单纯的静压载荷再叠加一个冲击载荷；当高压油进入冲击液压油缸34的有杆腔时，此时活塞杆341向上运动，滚刀由于岩石的压力又会使得滚刀刀架31与支撑座35之间的高刚度弹簧36压缩一定长度，又回到了之前没冲击的现状，整个冲击过程结束；在施工过程中，如遇到局部硬岩层导致刀盘掘不动或卡死情况，通过控制系统控制冲击液压油缸34，从而使得带冲击功能的滚刀32对硬岩层进行冲击破岩，同时缓慢转动刀盘1，最终解决刀盘掘不动以及刀盘卡死等工程问题。