本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种盾构机常压换刀刀盖、刀筒及换刀方法。
背景技术：
随着地铁建设规模的不断扩大，盾构施工以其安全、快速、高效的特点，被广泛应用于城市地铁、市政公用管线、输油地下管道、煤矿开采等各类地下工程建设中。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建隧道的支撑性管片，其采用盾构机这种大型装备进行隧道挖掘作业，盾构机可实现自动化作业，施工人员劳动强度低，且不影响地面交通与设施。
在盾构机挖掘隧道的同时，盾构机的刀具会不断受到磨损，如果刀具磨损过度且没有及时更换，则会破坏刀盘结构，造成盾构施工生产不能顺利进行，因此需要定时对盾构机的刀具进行检查、更换。
盾构机刀具的更换分为带压换刀方案和常压换刀方案，带压换刀方案需要向土仓内充气或采取其它措施对地层进行加固，以保证隧道内土体稳定，防止渣土、泥水等涌进土仓，带压换刀方案检查、更换刀具的实施难度大、时间长、费用高，很多盾构工程在穿越重要的建筑物及过海、过江时，大埋深、高水压等不良地质条件对刀具的检查和更换带来了很大的风险和难度，部分地段甚至不具备实施的条件，若工作压力过高，不再适宜采用带压换刀技术。常压换刀方案能够适应各种恶劣工况，且换刀时间短、换刀过程比较安全、不影响施工进度，因此，常压换刀方案是盾构机设计制造的发展方向。在设计盾构机时，通过将刀盘进行封闭式设计能够提供常压换刀环境，满足常压换刀方案的要求，进一步的，通过将刀具安装在刀筒中，再将刀筒安装在刀盘上，能够实现刀盘的封闭式设计，对于能够进行常压换刀的盾构机来说，刀筒相当于盾构刀具的载体，刀具预先安装在刀筒上，常压换刀时，通过更换刀筒来达到更换刀具的目的。
目前，对于现有的刀筒来说，盾构机在正常掘进过程中，泥水及渣土会通过刀具与刀筒之间的空隙进入刀筒内部使整个刀筒内部充满渣土，而刀筒内部安装了实时监测刀具旋转的传感器及电缆线和刀筒液压磨损检测管因盾构机刀盘支撑压力的需要，整个刀筒内部处于高水压环境，伴随着盾构掘进，渣土会不断的流入刀筒集渣，进而导致传感器的电缆线被挤压变形甚至发生断裂，且使得液压磨损检测管挤压碰触刀具而发生泄压，致使使刀具实时监测信号中断以及液压磨损检测报警，工作人员不能准确判断出刀具的运行状况，最终只能停止掘进、拆出刀筒，耽误施工。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种盾构机常压换刀刀盖、刀筒及换刀方法，解决现有技术中盾构机换刀作业繁琐耽误施工进度，以及盾构机工作时渣土容易涌入刀筒造成传感器的线路损坏的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面是：
提供一种盾构机常压换刀刀盖，包括弧形盖顶、左侧壁、右侧壁，以及由该弧形盖顶、左侧壁和右侧壁所限定的腔体，在该弧形盖顶的下表面设置有两道用于容纳刀具的弧形凹槽，并在该弧形凹槽的槽壁上开设有连通到外部用于连接冲洗水管的冲洗孔，该弧形盖顶上表面的四个角落处分别设置为平台部，各该平台部上均设置有连通到该刀盖下表面的第一螺纹孔，且在该左侧壁和右侧壁下方中部各设置有一用于穿过刀具轴的开口。
优选的，在该弧形盖顶的前端或后端设置有用于穿过刀具旋转检测管的管槽。
优选的，在该弧形盖顶的顶部固定设置有用于吊起该刀盖的吊环。
优选的，该第一螺纹孔均为M20螺纹孔，且该第一螺纹孔各配套设有一根规格为M20×140的第一螺栓。
优选的，该常压换刀刀盖的材质为复合钢板；该第一螺栓为高强度螺栓，其材质为45号钢。
本发明的第二方面是：
提供一种盾构机常压换刀刀筒，该刀筒包括权利要求1至4中任一项该的刀盖，还包括用于安装刀具的支架，以及用于置入刀具和支架的内筒，该支架安装在该内筒中，并使得刀具的下部位于该内筒的下筒口之外，该刀盖安装在该支架的顶部。
优选的，该支架包括左支架和右支架，该左支架和右支架均包括顶部支撑座、底部支撑座和用于连接该顶部支撑座和底部支撑座的连接板，在该顶部支撑座上开设有与该第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，以使得该刀盖固定在该支架上，该底部支撑座上设有多个第三螺纹孔，并在该内筒的底部设置有沿径向向内延伸的第一凸缘，在该第一凸缘上设有与该第三螺纹孔对应的多个第四螺纹孔，且设有与该第三螺纹孔和第四螺纹孔对应的第二螺栓，以使得该底部支撑座固定在该第一凸缘上。
优选的，在该右支架上设有向左延伸、用于安装刀具的安装轴，并在该左支架上设置有向右延伸的轴套，以使得该安装轴的左端固定在该轴套中。
优选的，该盾构机常压换刀刀筒还包括用于套设在该内筒上的外筒，该外筒的高度不大于该内筒，以使得刀具位于该外筒之外，该外筒包括上外筒和下外筒，该上外筒的下端设置有上法兰盘，该下外筒的上端设置有相对应的下法兰盘，在该上法兰盘的下表面和下法兰盘的上表面设置有相应的凹槽，该上法兰盘和下法兰盘之间通过第三螺栓和第一螺母连接，该上法兰盘和下法兰盘对接并在该凹槽处形成方孔，且设置用于插入该方孔中的挡板，以使得该上外筒内部与该下外筒内部相隔离；
在该上外筒的上端设置有沿径向向外延伸的第二凸缘，该内筒的上端设置有沿径向向外延伸的第三凸缘，该第二凸缘上沿周向开设有多个第一通孔，该第三凸缘上沿周向开设有多个与该第一通孔对应的第二通孔，并设置两端分别通过第二螺母连接在该第一通孔和第二通孔上、用于将该内筒固定在该上外筒内的对拉螺柱。
本发明的第三方面是：
提供一种盾构机常压换刀方法，具体包括以下步骤：
（1）拆卸内筒，逐渐松动拧在对拉螺柱上端的螺母，同时将内筒向外筒之外逐渐拉动，此过程中，对拉螺柱的两端一直连接在内筒和外筒上，直到内筒的底端移至下外筒的顶端之上时，将挡板插入上外筒和下外筒之间的方孔中，然后再拧掉对拉螺柱上端的螺母，将内筒从外筒中完全拉出；
（2）冲洗刀具，通过刀盖的冲洗孔上连接的冲洗水管输送高压水对刀盖下方的刀具进行冲刷清洗；
（3）开启刀盖，依次松动并拧开用于固定刀盖的第一螺栓，通过刀盖顶部的吊环将刀盖吊离；
（4）拆卸刀具，依次松动并拧开用于固定左支架和右支架的第二螺栓，将左支架和右支架从内筒的第一凸缘上拆下，然后将刀具从左支架和右支架之间的安装轴上拆掉；
（5）安装新刀具，将新刀具安装在左支架和右支架之间的安装轴上，再通过第二螺栓将左支架和右支架安装在内筒的第一凸缘上；
（6）安装刀盖，通过刀盖顶部的吊环将刀盖吊运到内筒中左支架和右支架上对应的位置，通过第一螺栓将刀盖拧在左支架和右支架上；
（7）安装内筒，将内筒的底部置入上外筒中，并将对拉螺柱的上端连接在上外筒上端的第三凸缘上，然后将上外筒和下外筒之间方孔中的挡板抽出，并将内筒完全推送到上外筒和下外筒中，最后拧紧对拉螺柱上端的第二螺母。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明提供的盾构机常压换刀刀盖，包括弧形盖顶、左侧壁、右侧壁，以及由弧形盖顶、左侧壁和右侧壁所限定的腔体，在弧形盖顶的下表面设置有两道用于容纳刀具的弧形凹槽，因此，可以通过该刀盖将刀具覆盖，封闭住刀筒与刀具之间的间隙，避免挖掘隧道时，渣土和泥水不断流入刀筒中集渣导致用于检测刀具磨损状况的传感器和线缆被挤压变形甚至断裂损坏。
2.由于刀盖对刀筒内的传感器和线缆起到保护作用，所以延长了传感器和线缆的使用寿命，避免由于传感器损坏而使得工作人员需要通过拆卸刀具检查其磨损情况，因此，刀盖的使用提高了盾构设备的工作效率，避免了不必要的拆刀检查。
3.在弧形凹槽的槽壁上开设有连通到外部用于连接冲洗水管的的冲洗孔，因此，可以通过刀盖上的冲洗孔连接冲洗水管直接对刀具进行精准冲洗，增强刀具的冲洗效果，避免现有的粗放型的刀具冲刷使得刀具冲刷不干净，且浪费隧道内宝贵水资源。
4.本发明提供的盾构机常压换刀刀筒，包括刀盖、用于安装刀具的支架，以及用于置入刀具和支架的内筒，通过设置刀筒，在盾构设备更换刀具时可直接更换刀筒，实现盾构设备常压换刀，且换刀过程中，通过刀盖上的冲洗孔连接冲洗水管直接对刀具进行精准冲洗，保持刀筒内部整洁干净，便于刀具更换。
5.刀筒的外筒包括上外筒和下外筒，在换刀的过程中，上外筒和下外筒固定在刀盘上，可以在上外筒和下外筒之间插入挡板，防止渣土和泥水涌入盾构设备的土仓。
6.本发明提供的盾构机常压换刀方法通过刀筒实现盾构设备在常压下进行换刀，换刀过程中保持了刀具的清洁，且刀盘封闭，渣土和泥水不会由刀盘涌入盾构设备的土仓内，保证换刀过程中工作人员处于安全的工作环境。
附图说明
图1为本发明实施例1盾构机常压换刀刀盖的立体图；
图2为本发明实施例1盾构机常压换刀刀盖另一视角的立体图；
图3为本发明实施例2安装有刀具的盾构机常压换刀刀筒的分解图；
图4为本发明实施例2中内筒的立体图；
图5为本发明实施例2中上外筒和下外筒的装配示意图；
图6为本发明实施例3盾构机常压换刀方法的流程图。
附图中各标号示意为：
111-弧形盖顶、112-左侧壁、113-右侧壁、114-腔体、115-弧形凹槽、116-冲洗孔、117-平台部、118-第一螺纹孔、119-开口、1120-管槽、1121-吊环、1122-第一螺栓、21-刀盖、218-第一螺纹孔、22-刀具、231-左支架、232-右支架、233-顶部支撑座、234-底部支撑座、235-连接板、236-第二螺纹孔、237-第三螺纹孔、238-安装轴、239-轴套、24-内筒、241-第一凸缘、242-第四螺纹孔、243-第二螺栓、244-第三凸缘、245-第二通孔、251-上外筒、252-下外筒、253-上法兰盘、254-下法兰盘、255-凹槽、256-第三螺栓、257-第一螺母、258-第二凸缘、259-第一通孔、2510-方孔、26-挡板、271-第二螺母、272-对拉螺柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
请参阅图1和图2。
本发明实施例盾构机常压换刀刀盖包括弧形盖顶111、左侧壁112、右侧壁113，以及由弧形盖顶111、左侧壁112和右侧壁113所限定的腔体114，在弧形盖顶111的下表面设置有两道用于容纳刀具的弧形凹槽115，并在弧形凹槽115的槽壁上开设有连通到外部用于连接冲洗水管的冲洗孔116，弧形盖顶111上表面的四个角落处分别设置为平台部117，各平台部117上均设置有连通到刀盖下表面的第一螺纹孔118，且在左侧壁112和右侧壁113下方中部各设置有一用于穿过刀具轴的开口119，通过该刀盖将刀具覆盖，封闭住刀筒与刀具之间的间隙，避免挖掘隧道时，渣土和泥水不断流入刀筒中集渣导致用于检测刀具磨损状况的传感器和线缆被挤压变形甚至断裂损坏。
在弧形盖顶111的前端设置有用于穿过刀具旋转检测管的管槽1120，在刀具旁边设置有检测其磨损情况及转动情况的传感器，并通过穿入旋转检测管中的线缆将检测信号传递到外界，预留的管槽能够避免刀具旋转检测管与其它管路发生干涉，保证刀盖中的线路排列有序。弧形盖顶111的顶部固定设置有用于吊起刀盖的吊环1121，便于通过起重设备将重量较大的刀盖吊起转移位置。
进一步的，为了满足刀盖抗高压的性能，刀盖的材质以及用于安装刀盖的部件的规格和材质均需要具有较大强度，本实施例中，第一螺纹孔118均为M20螺纹孔，且第一螺纹孔118各配套设有一根规格为M20×140的第一螺栓1122，常压换刀刀盖的材质为复合钢板，第一螺栓1122为高强度螺栓，其材质为45号钢。
实施例2
请一并参阅图3至图5。
本发明实施例盾构机常压换刀刀筒包括刀盖21、用于安装刀具22的支架，以及用于置入刀具22和支架的内筒24，支架安装在内筒24中，并使得刀具22的下部位于内筒24的下筒口之外，这样，当刀筒安装在盾构机的刀盘上时，能够保证刀具22与掌子面接触，刀盖21安装在支架的顶部，对刀具旁的传感器和线缆形成保护。通过设置刀筒，在盾构设备更换刀具时可直接更换刀筒来实现盾构设备常压换刀，且换刀过程中，通过刀盖上的冲洗孔连接冲洗水管直接对刀具进行精准冲洗，保持刀筒内部整洁干净，便于刀具的更换。
支架包括左支架231和右支架232，左支架231和右支架232均包括顶部支撑座233、底部支撑座234和用于连接顶部支撑座233和底部支撑座234的连接板235，在顶部支撑座233上开设有与第一螺纹孔218相对应的第二螺纹孔236，以使得刀盖21固定在支架上，底部支撑座234上设有多个第三螺纹孔237，并在内筒24的底部设置有沿径向向内延伸的第一凸缘241（见图4），在第一凸缘241上设有与第三螺纹孔237对应的多个第四螺纹孔242，且设有与第三螺纹孔237和第四螺纹孔242对应的第二螺栓243，以使得底部支撑座234固定在第一凸缘241上。
通过设置的左支架231和右支架232，能够保证刀具22更加稳定的安装在刀筒内，支架能够承载刀具22在切割岩石或泥土时受到的巨大阻力。在右支架232上设有向左延伸、用于安装刀具22的安装轴238，并在左支架231上设置有向右延伸的轴套239，以使得安装轴238的左端固定在轴套239中，安装轴238上具有轴肩，使得刀具22被限定在轴肩和轴套239右端面之间。
进一步的，本实施例盾构机常压换刀刀筒还包括用于套设在内筒24上的外筒，外筒的高度不大于内筒24，以使得刀具22位于外筒之外，外筒包括上外筒251和下外筒252，上外筒251的下端设置有上法兰盘253，下外筒252的上端设置有相对应的下法兰盘254，在上法兰盘253的下表面和下法兰盘254的上表面设置有相应的凹槽255，上法兰盘253和下法兰盘254之间通过第三螺栓256和第一螺母257连接，每一个第三螺栓256对应一个第一螺母257，上法兰盘253和下法兰盘254对接并在凹槽255处形成方孔2510（见图5），且设置用于插入方孔2510中的挡板26，以使得上外筒251内部与下外筒252内部相隔离；
在上外筒251的上端设置有沿径向向外延伸的第二凸缘258，内筒24的上端设置有沿径向向外延伸的第三凸缘244，第二凸缘258上沿周向开设有多个第一通孔259，第三凸缘244上沿周向开设有多个与第一通孔259对应的第二通孔245，并设置两端分别通过第二螺母271连接在第一通孔259和第二通孔245上、用于将内筒24固定在上外筒251内的对拉螺柱272。
在换刀的过程中，通过逐渐拧掉对拉螺柱272顶端的第二螺母271，可以在上外筒251和下外筒252之间插入挡板26，防止渣土和泥水涌入盾构设备的土仓。
实施例3
请参阅图6。
本发明实施例盾构机常压换刀方法具体包括以下步骤：
S10：拆卸内筒，逐渐松动拧在对拉螺柱上端的螺母，同时将内筒向外筒之外逐渐拉动，此过程中，保持对拉螺柱的两端一直连接在内筒和外筒上，直到内筒的底端移至下外筒的顶端之上时，将挡板插入上外筒和下外筒之间的方孔中，然后再拧掉对拉螺柱上端的螺母，将内筒从外筒中完全拉出；
S20：冲洗刀具，通过刀盖的冲洗孔上连接的冲洗水管输送高压水对刀盖下方的刀具进行冲刷清洗；
S30：开启刀盖，依次松动并拧开用于固定刀盖的第一螺栓，通过刀盖顶部的吊环将刀盖吊离；
S40：拆卸刀具，依次松动并拧开用于固定左支架和右支架的第二螺栓，将左支架和右支架从内筒的第一凸缘上拆下，然后将刀具从左支架和右支架之间的安装轴上拆掉；
S50：安装新刀具，将新刀具安装在左支架和右支架之间的安装轴上，再通过第二螺栓将左支架和右支架安装在内筒的第一凸缘上；
S60：安装刀盖，通过刀盖顶部的吊环将刀盖吊运到内筒中左支架和右支架上对应的位置，通过第一螺栓将刀盖拧在左支架和右支架上；
S70：安装内筒，将内筒的底部置入上外筒中，并将对拉螺柱的上端连接在上外筒上端的第三凸缘上，然后将上外筒和下外筒之间方孔中的挡板抽出，并将内筒完全推送到上外筒和下外筒中，最后拧紧对拉螺柱上端的第二螺母。
在本发明提供的换刀刀筒的基础上，本发明提出了上述换刀方法，该换刀方法能够实现盾构设备在常压下进行换刀，换刀过程中保持了刀具的清洁，且刀盘封闭，渣土和泥水不会由刀盘涌入盾构设备的土仓内，保证换刀过程中工作人员处于安全的工作环境。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。