一种地质自适应可伸缩式盾构TBM滚刀装置的制作方法

本发明涉及盾构tbm装备中滚刀装卡设备领域，特别是一种地质自适应可伸缩式盾构tbm滚刀装置。

背景技术：

盾构/tbm已经广泛引用于山区隧道和城市地铁的施工中，在掘进过程中由于地层条件复杂，滚刀受力不均，极易发生由于滚刀受力不均导致的偏磨、崩刃，甚至发生刀盘断裂等情况。在以往工程中，由于地质情况复杂同一断面中软硬不均，使同一把滚刀在滚动过程中受力不均，刀盘上布置的刀具由于地层情况不用，受力均不相同，在此种情况下掘进时往往会发生滚刀崩刃的情况，和滚刀偏磨的情况，传统解决滚刀问题问题往往每掘进一定环数即进行滚刀检测，滚刀检修造成了较多的工期浪费，严重影响了盾构施工掘进效率。滚刀更换后由于相邻刀位的磨损不一致导致刀高差不同，在推进时造成滚刀受力严重不均，滚刀崩刃时有发生。因此本发明设计的地质自适应可伸缩式tbm滚刀装置，能够在刀盘转动过程中，根据地质情况不同自动调节滚刀的贯入度，保证滚刀所有滚刀都能够受力均匀。

在已公开的专利文献中，申请号201820499670.6名为一种盾构机的滚刀安装结构的专利，包括座体，座体限定有前端和后端敞开的容纳空间，座体的相对的两个侧板开设有通连容纳空间的条形安装槽，滚刀部分伸入容纳空间中，且滚刀轴向两侧的刀轴伸入条形安装槽，并可沿条形安装槽前后移动，条形安装槽的后壁安装有弹性件，弹性件的前端直接或者通过中间件与刀轴弹性相抵。该实用新型使滚刀能在复合地层中，自动调节伸出长度以适应不同硬度的地层段。然而，缺点在于只能自行根据压力回弹，而无法试试反馈与调整，综上所述，现阶段的技术存在滚刀偏磨和崩刃的难题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中滚刀偏磨和崩刃的难题。

本发明的具体方案是：

设计一种地质自适应可伸缩式盾构tbm滚刀装置，安装在盾构机刀盘上,包括滚刀的刀轴安装在刀座内，滚刀的顶部凸出于刀座上表面；所述刀座为设有容纳腔的长方体结构，所述容纳腔的尺寸大于处于其内部的滚刀的尺寸；在所述容纳腔内安装浮动刀轴固定机构，所述浮动刀头固定机构包括至少两组、每组两个伸缩油缸抬举的滚刀卡槽，且滚刀的重心与所述浮动刀头固定机构的中心处于同一竖直连线上，所述滚刀卡槽包括螺栓固定的下部卡板和上部卡板，所述螺栓位置与所述伸缩油缸位置平行，所述下部卡板和上部卡板间对应设置半圆孔以安装刀轴，所述伸缩油缸上设有压力传感器和距离传感器，所述压力传感器和距离传感器连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接油泵以控制伸缩油缸中活塞杆的位移，所述控制器安装在所述刀座外侧边缘，所述刀轴上设有机械臂卡装缺口，所述容纳腔底部设有出刀口。

所述刀轴与刀圈间安装有轴承。所述刀座包括对称的两部分底座，所述底座的横截面为l型，相对安装以形成容纳腔，所述底座间设有距离调节机构。所述压力传感器和位移传感器安装在伸缩式油缸的油缸内壁。

所述出刀口为椭圆形，长轴大于刀圈外径，短轴大于滚刀宽度。

或者，出刀口替换为方形，长边大于刀圈外径，短边大于滚刀宽度，棱边处设有圆角

滚刀装置与盾构刀盘间设有限位槽，所述限位槽与所述伸缩油缸平行。所述伸缩油缸的底部、远离滚刀的一侧，设有三角形加强肋板。

每隔滚刀装置所在的支路包括与压缩油缸对应的压力传感器和位移传感器，在盾构机刀盘控制干路上连接多个支路已均布安装个滚刀装置，所述干路连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接各个伸缩油缸。

本发明的有益效果在于：

本发明能够通过调节伸缩油缸改变滚刀的受力，使所有滚刀受力均匀；在受力不均时能够调整滚刀位置避免滚刀承受较大荷载或者不受荷载。本发明能够根据滚刀前、后两个伸缩油缸的压力变化得出滚刀所受弯矩变化，防止偏磨；

在滚刀磨损严重时，可通过缩回油缸进行滚刀更换，时滚刀更换流程更快捷；

可以保证滚刀受力均匀。在滚刀破岩过程中通过滚刀前、后油缸可以实时监测滚刀的受力和弯矩变化，通过伸缩油缸可以调节滚刀空间位置，防止滚刀发生偏磨和崩刃；

在破岩过程中通过油缸的位移变化判断滚刀的磨损情况，在磨损严重时可通过调节油缸缩回进行滚刀更换。在传统模式下滚刀更换之后会有不同程度的刀高差，刀高差的存在是造成滚刀发生磨损和崩刃的重要前提，本发明在滚刀更换之后通过伸缩油缸调节滚刀伸出距离，避免了刀高差。

附图说明

图1为一种地质自适应可伸缩式盾构tbm滚刀装置的主视图；

图2为一种地质自适应可伸缩式盾构tbm滚刀装置的俯视图；

图3为一种地质自适应可伸缩式盾构tbm滚刀装置的轴侧图；

图中各部件名称：1、铰接点；2、后伸缩油缸；3、前伸缩油缸；4、滚刀卡槽；5、刀座；6、油缸控制装置；7、滚刀；8、螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种地质自适应可伸缩式盾构tbm滚刀装置，参见图1至图3，安装在盾构机刀盘上，包括滚刀7的刀轴安装在刀座5内，滚刀7的顶部凸出于刀座5上表面；刀座5为设有容纳腔的长方体结构，容纳腔的尺寸大于处于其内部的滚刀7的尺寸；在容纳腔内安装浮动刀轴固定机构，浮动刀头固定机构包括至少两组、每组两个伸缩油缸抬举的滚刀卡槽4，且滚刀7的重心与浮动刀头固定机构的中心处于同一竖直连线上，滚刀卡槽4包括螺栓8固定的下部卡板和上部卡板，螺栓8位置与伸缩油缸位置平行，下部卡板和上部卡板间对应设置半圆孔以安装刀轴，伸缩油缸上设有压力传感器和距离传感器，压力传感器和距离传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接油泵以控制伸缩油缸中活塞杆的位移，控制器安装在刀座5外侧边缘，刀轴上设有机械臂卡装缺口，容纳腔底部设有出刀口。

刀轴与刀圈间安装有轴承。工作过程中，滚刀7安装在浮动刀头固定机构内，浮动刀头固定机构安装在刀座5内，刀座5安装在盾构刀盘上，滚刀7刀头凸出于刀座5和盾构刀盘，随着刀盘的转动实现掘进，当需要换刀时，刀座5自刀盘后方退出进行更换，或者刀座5不动，滚刀7在机械手的帮助下，自刀盘后方取出。

压力传感器和位移传感器安装在伸缩式油缸的油缸内壁。出刀口为椭圆形，长轴大于刀圈外径，短轴大于滚刀7宽度。工作过程中，感知滚刀7所受的压力和磨损带来的位置偏移，之后通过调节伸缩油缸来实现再平衡或提示是否进行更换。

进一步的，本实施例中设计了在滚刀7的四角均布安装压缩油缸，不止调节位置，还可以间接平衡滚刀7所受的扭矩，维护刀头平衡，延长刀头的使用寿命。

滚刀装置与盾构刀盘间设有限位槽，限位槽与伸缩油缸平行。伸缩油缸的底部、远离滚刀7的一侧，设有三角形加强肋板。提升液压油缸的刚度，同时三角形加强肋板的安装点不影响滚刀7）的拆卸。

每隔滚刀装置所在的支路包括与压缩油缸对应的压力传感器和位移传感器，在盾构机刀盘控制干路上连接多个支路已均布安装个滚刀装置，干路连接控制器的输入端，控制器的输出端连接各个伸缩油缸。

在掘进过程中通过前、后伸缩油缸的压力变化能够调节滚刀7的弯矩变化，防止滚刀7偏磨。在掘进过程中根据位移和压力变化情况，可以实时了解滚刀7掘进情况，防止滚刀7偏磨和崩刃。

在滚刀7磨损严重时可通过伸缩油缸位移传感装置进行判断，在磨损严重时可通过缩回油缸进行滚刀7更换，使滚刀7更换更便捷、迅速、可靠。在滚刀7更换之后可以调节伸缩油缸，保持滚刀7刀高差一致，避免滚刀7受力不均造成滚刀7崩刃。铰接在滚刀7更换时能够迅速调整滚刀7位置，使换刀操作更便捷可靠。滚刀卡槽4设置为可快速更换装置，通过两边的螺栓8进行加固，确保滚刀7掘进过程中的稳定。

实施例2

本实施例原理同实施例1，具体不同之处在于,出刀口替换为方形，长边大于刀圈外径，短边大于滚刀7宽度，棱边处设有圆角。

实施例3

本实施例原理同实施例1，具体不同之处在于,刀座5包括对称的两部分底座，底座的横截面为l型，相对安装以形成容纳腔，底座间设有距离调节机构。本实施例中刀座5做成分体状，可以在工作过程中适应多种不同厚度的滚刀7，也就是不同型号的盾构刀盘，使用范围广。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。