外循环式适应性调整结构、刀盘及滚刀适应性调整方法与流程

本发明属于地下工程的盾构刀具技术领域，具体涉及一种外循环式适应性调整结构、刀盘及滚刀适应性调整方法。

背景技术：

随着地下空间开发的兴起，越来越多的地下工程开始建设。相比传统的矿山法，用盾构法的机械进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响等特点。目前盾构机和tbm破岩基本采用滚刀挤压方式破岩，由于滚刀与岩石直接接触，因此岩土的性质会很大程度上影响到滚刀的寿命。例如在高海拔低温地带岩土温度低，滚刀会发生冷脆现象而容易提前失效；或者随着转速提高，滚刀产生热量较大也容易导致滚刀内部密封提前失效，使滚刀报废，穿江过海隧道项目对高水压滚刀的要求也迫在眉睫，滚刀内外压力不平衡导致刀具启动扭矩突变，容易发生偏磨等情况。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种外循环式适应性调整结构、刀盘及滚刀适应性调整方法，其提高了对高压、高低温等极端条件下的工况的适应能力；相比根据地层进行滚刀材料改变，更加经济，实用性更高；同时滚刀使用寿命增长，不易提前失效。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种外循环式适应性调整结构，用于滚刀的压力和温度的适应性调整，包括：设置在所述滚刀上并与滚刀内腔连通的第一油道和第二油道；以及泵送单元，其实现油液在所述第一油道、滚刀内腔和第二油道的循环流动。

根据本发明外循环式适应性调整结构，优选地，所述泵送单元包括：油箱；油泵，其通过第一外接油路连接设置在所述油箱与第一油道之间；以及设置在第二油道与油箱之间的第二外接油路。

根据本发明外循环式适应性调整结构，优选地，所述第二外接油路上设置有压力控制阀。

根据本发明外循环式适应性调整结构，优选地，所述泵送单元还包括温控单元；所述温控单元设置在所述油箱内或第一外接油路上，所述温控单元用于调节进入所述滚刀内腔内的油液温度。

根据本发明外循环式适应性调整结构，优选地，所述第一外接油路和所述第二外接油路上均设置有回转接头。

根据本发明外循环式适应性调整结构，优选地，还包括控制系统，所述控制系统包括：温度传感器，用于检测滚刀的温度；压力传感器，用于检测滚刀承载的地层作用力；以及控制器，所述控制器接收所述温度传感器和所述压力传感器的检测信号，并控制所述泵送单元动作。

根据本发明外循环式适应性调整结构，优选地，所述第一油道和所述第二油道分别开设在所述滚刀的刀轴两端，所述滚刀的轴承端盖上设置分别于第一油道和第二油道对应的第一油孔和第二油孔，油液经第一油道、第一油孔进入滚刀内腔，并由第二油孔、第二油道流出滚刀内腔。

一种刀盘，包括：刀盘本体；布设在所述刀盘本体上的滚刀；以及如上述的外循环式适应性调整结构。

根据本发明刀盘，优选地，所述滚刀均串联设置，并与所述泵送单元连接；或所述滚刀均并联设置，并与所述泵送单元连接；或至少一部分所述滚刀串联设置，串联的所述滚刀与另一部分滚刀并联，并与所述泵送单元连接。

一种滚刀适应性调整方法，利用上述的外循环式适应性调整结构，包括以下步骤：

根据施工地质环境，初步调整掘进设备上滚刀的内部压力和温度，实现预调；

启动掘进设备，通过检测地层或/和滚刀的实时温度、以及滚刀承载的地层压力，并调节泵送单元的动作，调控进入滚刀内腔中的油液温度和油液压力。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请采用外接油路方式对滚刀进行润滑，其润滑油处于流动状态，能够保障油液的润滑效果，同时便于油液的更换检测，使得整个润滑系统得到新的实施方式的优化；此外通过对供油的温度或压力不同来适应各种不同地层和环境，避免滚刀提前失效，提高滚刀的使用寿命。

本申请通过压力传感器和温度传感器反馈控制油路，具有反应灵活，实时监控调整的作用，同时还能够对异常情况进行及时的反馈。

本申请在极端条件下无需更换刀体材料，实现滚刀对极端条件的适应，使得滚刀的适应性更强，在施工成本上能够得到更为合理的控制，且本申请在现有的设备基础上进行设置，不会对部件结构进行改变，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为本发明实施例的外循环式适应性调整结构的结构图，其示出了油路的循环结构和滚刀的结构。

图中序号：

100为滚刀、101为刀轴、1011为第一油道、1012为第二油道、102为轴承端盖、1021为第一油孔、1022为第二油孔；

201为油箱、202为油泵、203为第一外接油路、204为第二外接油路、205为回转接头、206为压力控制阀；

301为温度传感器、302为压力传感器、303为控制器。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。

本发明一种外循环式适应性调整结构，用于滚刀100的压力和温度的适应性调整，包括设置在滚刀100上并与滚刀100内腔连通的第一油道1011和第二油道1012、以及泵送单元，泵送单元实现油液在第一油道1011、滚刀内腔和第二油道1012的循环流动，即通过油液的循环、泵送单元的转速的调整，能够实现对滚刀的温度和内部压力的调整，从而适应于不同的地质条件。

本实施例中的泵送单元包括油箱201和油泵202，油泵通过第一外接油路203连接设置在油箱与第一油道之间；在第二油道与油箱之间设置有第二外接油路204，第二外接油路204上设置有压力控制阀206，通过压力控制阀206的设置，能够更大范围的进行内部压力的调整，从而适应于极端高压工况。

为了进一步的适用于极端高温或低温工况，本实施例的泵送单元还包括温控单元；温控单元设置在油箱内或第一外接油路203上，温控单元用于调节进入滚刀100内腔内的油液温度，具体的温控单元可以进行油液的升温或者降温，多数情况下会需要对滚刀进行降温，当在极端高温情况下时，需要制冷设备对油液进行制冷，从而进一步的滚刀100降温；当在极端寒冷的地区作业时，往往会因为滚刀冷脆现象，导致提前失效，因此需要通过加热设备进行油液的升温，从而对滚刀进行升温。

由于在设置过程中，可能会导致刀盘转动，而泵送单元相对保持不动，因此需要在第一外接油路203和第二外接油路204上均设置有回转接头205，从而实现相对运动并连通。

为了提高对滚刀的实时监控调节，而不依赖与对地质环境的勘探、施工经验的限制，并避免滚刀发生异常情况，还设置有控制系统，控制系统包括温度传感器301、压力传感器302和控制器303，温度传感器301用于检测地层的温度，同时也可以对滚刀的工作温度进行实时检测，实现综合监控；压力传感器302用于检测滚刀承载的地层作用力；控制器接收温度传感器301和压力传感器302的检测信号，并控制泵送单元动作。通过上述结构的设置，能够实时的监控滚刀100的工作情况，避免发生异常，便于及时的维护和维修，保障整个掘进工作的顺利进行。

工作过程中，当压力传感器302检测到外部压力增大时，由控制器根据接收到的信号，控制油泵动作，提高转速或者同时调整压力控制阀，进行出油压力的控制，实现对滚刀内腔的压力的调节；当温度传感器301检测到地层温度异常时、或者滚刀整体发生工作温度过高或者过低时，通过调节温控单元进行油液温度的调整，进一步的实现滚刀的温度调节，但检测到某一滚刀的温度异常升高时，则可能存在损坏的风险，局部部件发生失效，需要进行及时的检修更换。

对于滚刀的具体结构的说明，本实施例中的第一油道1011和第二油道1012分别开设在滚刀的刀轴101两端，滚刀100的轴承端盖102上设置分别于第一油道1011和第二油道1012对应的第一油孔1021和第二油孔1022，此时油液经第一油道1011、第一油孔1021进入滚刀100内腔，并由第二油孔1022、第二油道1012流出滚刀100内腔，形成滚刀100的内循环通道，上述结构的改变并不会对滚刀的外部形状进行改变，在实施过程中便于推广应用，稳定性能够得到保障。

本申请还公开了一种刀盘，包括刀盘本体、布设在刀盘本体上的滚刀100和如上述实施例的外循环式适应性调整结构。由于刀盘的不同位置的滚刀的工作状态不同，滚刀所承载的压力、滚刀在工作过程中的实时温度均有差别，因此通过对刀盘上的滚刀进行划分，当其所承载的压力和工作温度相适应时，可以进行并联设置，从而保障一致性，简化布置结构，也可以均单独并列设置。以下为具体的几种形式：一是滚刀均串联设置，并与泵送单元连接；二是滚刀均并联设置，并与泵送单元连接；三是至少一部分滚刀串联设置，串联的滚刀与另一部分滚刀并联，并与泵送单元连接。

本申请还公开了一种滚刀适应性调整方法，利用上述的外循环式适应性调整结构，包括以下步骤：

根据施工地质环境，初步调整掘进设备上滚刀的内部压力和温度，实现预调；

启动掘进设备，通过检测地层或/和滚刀的实时温度、以及滚刀承载的地层压力，并调节泵送单元的动作，调控进入滚刀内腔中的油液温度和油液压力。

其中，预调工序主要是针对极端恶劣条件下对滚刀的适应性进行的温度和压力预调，待掘进过程中滚刀的承载压力和温度发生变化时，再重新调整油液的温度和压力。

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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。