土压平衡盾构机全地层刀盘的制作方法

本发明涉及一种土压盾构设备，尤其涉及一种土压平衡盾构机掘进刀盘。

背景技术：

盾构机刀盘是土压平衡盾构机掘进动作的执行单元，一般情况下，盾构掘进施工过程中，盾构机只能向前推进无法后退，不具备维修、更换刀盘的条件，因此刀盘的使用寿命尤为关键，对于较长的隧道施工，难度和风险很大，若刀盘失效后果十分严重；刀盘能够多掘进一百米将十分难得，因此刀盘的使用寿命延长带来的效益不言而喻，对刀盘结构的合理设计将影响刀盘的寿命进而直接影响盾构机的掘进效率。

盾构机刀盘一般是针对某一种地质环境专门设计的，大致可分为软土刀盘（辐条式），复合刀盘（辐条+面板式），软土刀盘一般只能用于土质软的地质环境，复合刀盘可应用较硬的地质环境；软土刀盘应用范围过窄，结构强度低；复合刀盘在实际应用中磨损较大，寿命不长，在盾构掘进时刀盘失效或部分失效后，刀盘恢复十分困难，并且在刀具磨损后刀盘极易失效，因此刀盘的耐磨设计和结构强度很重要，同时在掘进过程中对刀具和刀盘的状态进行监测也是必要的。

技术实现要素：

为了克服现有技术中盾构机刀盘的上述缺点，解决刀盘使用寿命问题，适应较长隧道工程、复杂地层的掘进需要，优化刀盘的结构强度，提高刀盘的耐磨损

能力，本发明提供了一种土压平衡盾构机全地层刀盘，包括刀盘法兰、支腿结构、刀盘中心、刀盘外围、刀盘外圈、刀盘辐条、刀盘面板、开口区域，刀盘法兰设置在刀盘背面，刀盘法兰连接动力结构，刀盘法兰通过支腿结构支撑刀盘并传递扭矩，刀盘辐条形成刀盘的骨架并用于安装刀具，刀盘辐条共八条，四条主辐条、四条副辐条，主辐条、副辐条上装配不同的刀具，刀盘面板被刀盘辐条分隔，其上焊接有刀座用于安装刀具，刀盘外圈上设置有滚刀用于形成刀盘的挖掘直径，用于在刀盘存在磨损时控制刀盘的挖掘直径不减小，开口区域设置在刀盘面板上，开口区域上设置有刮刀，用于使刀盘挖掘下来的渣土从刀盘正面流动到刀盘的背面进行收集，刀盘的主体结构采用高强度钢板，在刀盘的正面铺附焊接耐磨复合钢板，复合钢板的两面材质不同，耐磨的一面是碳化铬钢板，硬度在hrc60以上，另一面焊接性能良好以保证铺附焊接的质量，并在无法铺附耐磨复合钢板的位置堆焊耐磨焊层；在刀盘的正面表面沿刀盘直径方向交叉铺设两条直径为20mm的钢管，钢管内部填充液压油并连接到液压油路上，通过液压油路的压力变化来判断刀盘是否磨损；

优选地，耐磨复合钢板的两面采用焊接的方式连接；

优选地，碳化铬钢板表面通过中间层冶金结合有耐磨层，耐磨层材料按质量百分比计包含：45%的碳化铬，10%的钴，11%的碳化钛，4%的镍，2%的硅，0.6%的锰，其余为铁；

优选地，耐磨焊层材料按质量百分比计包含：1%的碳，0.6%的锰，1.5%的硅，13%的铬，1%的钼，0.8%的硼，0.9%的铜，1%的镍，其余为铁；

优选地，刀盘的直径为6280mm、6440mm、6480mm、6680mm或6880mm；

优选地，开口区域控制在28%到40%之间，开口区域过大对土层的扰动大，沉降不容易控制，过小则影响渣土的流动性，影响掘进效率；

优选地，刀盘可安装40把以上的切削刀具，切削刀具为撕裂刀、滚刀。

优选地，切削刀具采用背装式更换的安装形式，撕裂刀、滚刀可以更换；

优选地，刮刀为全轨迹连续布置；

优选地，切削刀具上设有填充液压油的油路通道。

本发明的土压平衡盾构机全地层刀盘，改变传统刀盘的结构形式和刀具布置形式，刀盘的主体结构采用高强度钢板，材质为q690，在刀盘的正面铺附焊接耐磨复合钢板，复合钢板的两面材质不同，耐磨的一面是碳化铬钢板，硬度在hrc60以上，另一面基材为q345b，焊接性能良好以保证铺附焊接的质量，并在无法铺附耐磨复合钢板的位置堆焊耐磨焊层；通过在碳化铬钢板的表面结合耐磨层，并合理选择耐磨层材料，使耐磨层具备良好的耐磨性能，同时，由于与碳化铬钢板结合的另一面具备良好的焊接性能，使耐磨复合钢板可很好地结合于刀盘的正面，不容易脱落并具有较长的使用寿命，通过合理的选择耐磨焊层的材料，使无法铺附耐磨复合钢板的位置也具备较好的耐磨性能，从结构上和材料两方面提高刀盘的使用寿命，对刀盘起到很好的保护，因而避免刀盘的磨损失效，提高掘进的效率。

另外，本申请中增加了刀盘和刀具的磨损检测手段用于检测刀盘和刀具的使用状况，从而在刀具损坏时能够及时地进行更换以防止对刀盘的损坏。在刀盘的正面表面沿刀盘直径方向交叉铺设两条直径为20mm的钢管，钢管内部填充液压油并连接到液压油路上，通过液压油路的压力变化来判断刀盘是否磨损，可直观的观察刀盘的磨损情况并采取必要的措施。

附图说明

图1为本发明的土压平衡盾构机全地层刀盘示意图；

图2为本发明的土压平衡盾构机全地层刀盘右视图；

图中所示：1、刀盘法兰，2、支腿结构，3、刀盘中心，4、刀盘外围，5、刀盘外圈，6、刀盘辐条，7、刀盘面板，8、开口区域，9、刮刀座，10、切削刀座，11、耐磨复合钢板。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1、2所示，本发明提供了一种土压平衡盾构机全地层刀盘，包括刀盘法兰1、支腿结构2、刀盘中心3、刀盘外围4、刀盘外圈5、刀盘辐条6、刀盘面板7、开口区域8，刀盘法兰1设置在刀盘背面，刀盘法兰1连接动力结构，刀盘法兰1通过支腿结构2支撑刀盘并传递扭矩，刀盘辐条6形成刀盘的骨架并用于安装刀具，刀盘辐条6共八条，四条主辐条、四条副辐条，主辐条、副辐条上装配不同的刀具，刀盘面板7被刀盘辐条6分隔，其上焊接有刀座用于安装刀具，刀座包含刮刀座9、切削刀座10，刀盘外圈5上设置有滚刀用于形成刀盘的挖掘直径，用于在刀盘存在磨损时控制刀盘的挖掘直径不减小，开口区域8设置在刀盘面板上，开口区域8上设置有刮刀，用于使刀盘挖掘下来的渣土从刀盘正面流动到刀盘的背面进行收集，刀盘的主体结构采用高强度钢板，其特征在于：在刀盘的正面铺附焊接耐磨复合钢板11，复合钢板11的两面材质不同，耐磨的一面是碳化铬钢板，硬度在hrc60以上，另一面焊接性能良好以保证铺附焊接的质量，并在无法铺附耐磨复合钢板的位置堆焊耐磨焊层；在刀盘的正面表面沿刀盘直径方向交叉铺设两条直径为20mm的钢管，钢管内部填充液压油并连接到液压油路上，通过液压油路的压力变化来判断刀盘是否磨损。

优选地，耐磨复合钢板的两面采用焊接的方式连接；

优选地，碳化铬钢板表面通过中间层冶金结合有耐磨层，耐磨层材料按质量百分比计包含：45%的碳化铬，10%的钴，11%的碳化钛，4%的镍，2%的硅，0.6%的锰，其余为铁；

优选地，耐磨焊层材料按质量百分比计包含：1%的碳，0.6%的锰，1.5%的硅，13%的铬，1%的钼，0.8%的硼，0.9%的铜，1%的镍，其余为铁；

优选地，刀盘的直径为6280mm、6440mm、6480mm、6680mm或6880mm；

优选地，开口区域8控制在28%到40%之间，开口区域过大对土层的扰动大，沉降不容易控制，过小则影响渣土的流动性，影响掘进效率；

优选地，刀盘可安装40把以上的切削刀具，切削刀具为撕裂刀、滚刀；

优选地，切削刀具采用背装式更换的安装形式，撕裂刀、滚刀可以更换；

优选地，刮刀为全轨迹连续布置；

优选地，切削刀具上设有填充液压油的油路通道。

本发明的土压平衡盾构机全地层刀盘，采用主辐条、副辐条与面板结合的结构，具有很好的强度，在在刀盘的正面铺附焊接耐磨复合钢板，复合钢板的两面采用的材料不同，并焊接在一起，一面具备良好的耐磨性能，另一面具备较好的焊接性能，因而能够使耐磨复合钢板很好地结合于刀盘，以更好地保护刀盘不被磨损失效，切削刀具采用背装式更换的方式，能够很容易的更换刀具，刮刀全轨迹满布，可以很好地通过开口区域将渣土收集；在在刀盘的正面表面沿刀盘直径方向交叉铺设两条直径为20mm的钢管，通过检测钢管内液压油的压力变化即可判断刀盘是否发生磨损，能够及时地采取措施防止刀盘失效，对刀盘起到很好的保护，因而避免刀盘的磨损失效，提高掘进的效率；同时使刀盘适应地质状况的能力得到很大提升，可用于软土和较硬的复杂地层，涵盖了盾构施工的全地层情况。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，不能解释为以此限定本发明的范围，凡在本发明的权利要求书要求保护的范围内所做出的等同的变形和改变的实施方式均在本发明所要求保护的范围内。