一种盾构机伸缩式中心切削刀装置的制作方法

本发明属于盾构机刀盘装置，尤其涉及一种盾构机伸缩式中心切削刀装置。

背景技术：

盾构机（或称为盾构掘进机）按其工作原理主要分为泥水平衡式盾构机和土压平衡式盾构机。根据工程特点和地层情况，盾构机刀盘需优化结构、确保刀具种类及数量配置，保证与工程地质条件相匹配。刀盘刀具配置主要包括刮刀、中心刀、先行刀、保护刀、切削刀、滚刀等型式。其中，切削刀的工作原理是：盾构机向前推进的同时，随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力，不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层。复合地质情况下，盾构机刀盘刀具应按地质条件进行配置，确保盾构机能够适应软土和硬岩复杂工况模式下顺利施工。

盾构机掘进距离长、切口压力高，在地层条件复杂的情况下掘进施工，刀具一旦出现磨损破坏情况，一般通过换刀方式进行解决，换刀施工时为了保证掌子面的稳定，一般在刀盘后部工作舱内进行更换。而刀盘中心结构与回转接头连接，中心刀具作业空间受限，通常不便实施换刀操作，但若不能及时替代磨损的中心切削刀具，可能导致刀盘结构磨损，严重时盾构机无法正常施工。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种盾构机伸缩式中心切削刀装置的技术方案，实现盾构机中心切削刀具的备份运行，提高盾构机运行的可靠性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种盾构机伸缩式中心切削刀装置，包括旋转的盾构机刀盘；所述盾构机刀盘设有多件中心切削刀具，所述中心切削刀具设有刀头，所述中心切削刀具沿垂直于所述盾构机刀盘的方向伸缩。

更进一步，为了保证盾构机施工的可靠性，每种所述刀头具有相同切削轨迹的所述中心切削刀具不少于两件。

更进一步，所述中心切削刀具包括第一中心切削刀具、第二中心切削刀具、第三中心切削刀具、第四中心切削刀具，所述第一中心切削刀具和第二中心切削刀具沿第一切削轨迹转动，所述第三中心切削刀具和第四中心切削刀具沿第二切削轨迹转动，所述第一切削轨迹和第二切削轨迹在圆周方向交错分布。

更进一步，为了实现中心切削刀具的伸缩，所述中心切削刀具是条形的中心切削刀具，所述条形的中心切削刀具沿长度方向设置多只所述刀头，每件条形的所述中心切削刀具由两台驱动装置驱动，两台所述驱动装置分别通过驱动臂在所述条形中心切削刀具的两端驱动所述中心切削刀具移动。

更进一步，为了保证中心切削刀具能够均匀平稳地伸缩，所述驱动装置是液压驱动装置，所述驱动装置设有控制所述驱动臂运动速度的流量调节阀。

本发明的有益效果是：采用沿垂直于盾构机刀盘的方向可伸缩的中心切削刀具，为中心切削刀具设置备份；当掘进施工时中心切削刀具出现损坏时，启用备用切削刀具，确保开挖面的中心切削刀具按轨迹线正常施工；同时，在盾构机穿越软、硬地层复杂断面时，能够实现对中心切削刀具的保护。采用设有多只刀头的条形中心切削刀具，可使相同切削轨迹的刀具同时伸缩，优化了伸缩操作和控制；采用双驱动装置从两端驱动条形的中心切削刀具，使中心切削刀具能够有力地伸出到切削位置。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

附图说明

图1是本发明盾构机刀盘的刀具分布示意图；

图2是本发明盾构机刀盘的剖面示意图，是图1的a-a剖面图；

图3是本发明中心切削刀具在盾构机刀盘上的分布示意图图；

图4是本发明中心切削刀具在刀盘上的安装结构图，是从盾构机刀盘前侧观察的图形；

图5是本发明中心切削刀具在刀盘上的安装结构图，是从盾构机刀盘后侧观察的图形；

图6是本发明中心切削刀具在刀盘上的安装结构剖视图，中心切削刀具在缩回位置；

图7是本发明中心切削刀具在刀盘上的安装结构剖视图，中心切削刀具在伸出位置；

图8是本发明液压驱动系统的示意图。

具体实施方式

如图1至图8，一种盾构机伸缩式中心切削刀装置，包括旋转的盾构机刀盘10；所述盾构机刀盘设有多件中心切削刀具（如2a，2b，2c，2d），所述中心切削刀具设有刀头21，所述中心切削刀具沿垂直于所述盾构机刀盘的方向伸缩。

每种所述刀头具有相同切削轨迹的所述中心切削刀具不少于两件（如图3中的2a与2b，或2c与2d）。

所述中心切削刀具包括第一中心切削刀具2a、第二中心切削刀具2b、第三中心切削刀具2c、第四中心切削刀具2d，所述第一中心切削刀具和第二中心切削刀具沿第一切削轨迹r1转动，所述第三中心切削刀具和第四中心切削刀具沿第二切削轨迹r2转动，所述第一切削轨迹和第二切削轨迹在圆周方向交错分布。

所述中心切削刀具是条形的中心切削刀具，所述条形的中心切削刀具沿长度方向设置多只所述刀头，每件条形的所述中心切削刀具由两台驱动装置30驱动，两台所述驱动装置分别通过驱动臂（3a，3b）在所述条形中心切削刀具的两端驱动所述中心切削刀具移动。

实施例一：

如图1至图8，一种盾构机伸缩式中心切削刀装置，包括旋转的盾构机刀盘10，盾构机刀盘的直径为15m。

盾构机刀盘设有多件切削刀具，其中包括四件中心切削刀具，第一中心切削刀具2a、第二中心切削刀具2b、第三中心切削刀具2c、第四中心切削刀具2d。四件中心切削刀具的结构相同，如图3所示，中心切削刀具是条形的中心切削刀具，每件条形的中心切削刀具沿长度方向设置三只所述刀头21，其每只刀头的宽度k1=200mm，刀头之间的间距k2=190mm。中心切削刀具安装在刀箱11中，沿垂直于盾构机刀盘的方向伸缩移动，刀头伸出盾构机刀盘的端面。

刀头在随盾构机刀盘旋转时形成圆周的切削轨迹。四件中心切削刀具沿盾构机刀盘的径向分为两种安装位置，每两件中心切削刀具的安装位置相同，即每种刀头具有相同切削轨迹的所述中心切削刀具为两件。第一中心切削刀具2a和第二中心切削刀具2b沿第一切削轨迹r1转动，第三中心切削刀具2c和第四中心切削刀具2d沿第二切削轨迹r2转动，第一切削轨迹和第二切削轨迹在圆周方向交错分布，形成完整的切削圆周。第一中心切削刀具和第二中心切削刀具的刀头的切削半径范围为r1=775mm～r2=1735mm；第三中心切削刀具和第四中心切削刀具的刀头的切削半径范围为r3=560mm～r4=1540mm。四件中心切削刀具组合后，在半径为560mm～1735mm的圆周内进行切削。

每件中心切削刀具都能够沿垂直于盾构机刀盘的方向（即盾构机的前进方向）伸缩。在盾构机施工时，每两件安装位置相同的中心切削刀具中有一件为切削工作状态，另一件为备用状态。切削工作状态的中心切削刀具伸出，备用状态的中心切削刀具缩回。中心切削刀具的伸缩行程为80mm。

中心切削刀具由驱动装置驱动实现伸缩操作，由于中心切削刀具在伸出过程中，三只刀头会受到不同的的阻力，因此单一作用点的推力不能保证三只刀头以均衡的位移伸出，严重时还可能造成中心切削刀具的倾斜卡死。因此，每件中心切削刀具由两台驱动装置30驱动，两台所述驱动装置分别通过驱动臂（3a，3b）在条形中心切削刀具的两端驱动中心切削刀具移动。驱动臂通过销轴31与中心切削刀具铰接。

如图8所示，本实施例的驱动装置是液压驱动装置，液压驱动装置包括液压缸52，每件中心切削刀具有两只液压缸52，液压缸安装在刀箱上。一只液压缸驱动驱动臂3a，另一只液压缸驱动驱动臂3b。共有八只液压缸用于驱动四件中心切削刀具。

本实施例的液压系统包括液压泵53，流量调节阀51，流量计54，换向阀55。由于中心切削刀具的伸缩操作需要在盾构机刀盘转动状态中完成，液压缸的输入输出管路通过旋转接头56连接换向阀。驱动装置中的流量调节阀51控制驱动臂运动速度。

本实施例通过盾构机刀盘上中心切削刀具的配置，合理设置多只中心切削刀具的运行轨迹，在中心切削刀具的同一切削轨迹，布设多把切削刀具。当掘进施工时中心切削刀具出现损坏时，启用备用切削刀具，确保开挖面切削刀具按轨迹线正常施工。同时，在盾构机穿越软、硬地层复杂断面时，能够实现对刀盘切削刀具的保护，启动硬岩工况下的刀盘滚刀施工，利用滚刀进行挤压破岩。