一种可变径刀盘及全断面隧道掘进机的制作方法

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地说，涉及一种可变径刀盘及全断面隧道掘进机。

背景技术：

煤矿、水利工程等隧道施工领域中需要建设许多隧道，且不同工程领域对隧道的直径和长度都有着不同的要求，特别是在抽水蓄能电站引水隧道工程领域，一个项目工程就有着不同直径隧道的需求。目前采用tbm法或者盾构法开挖的隧道，基本上都是一种直径的刀盘匹配一种直径的隧道，刀盘上配备的超挖刀具也只能满足刀盘直径在小尺寸范围内的扩挖需求，往往一种刀盘开挖完一条隧道后由于找不到匹配的隧道工程会被搁置或进行不可逆改造后用于新项目工程。对于施工单位或者企业，无论是搁置旧刀盘，重新制作适合另一种直径需求的新刀盘还是对旧刀盘进行不可逆改造来适应新项目工程都是一种对现有资源的浪费，无疑会增加运营成本。

综上，如何有效地解决为满足不同直径需求对刀盘进行不可逆改造且成本高等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种可变径刀盘，该可变径刀盘的结构设计可以有效地解决为满足不同直径需求对刀盘进行不可逆改造且成本高的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述可变径刀盘的全断面隧道掘进机。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种可变径刀盘，包括位于中央的中间块、可拆卸连接于所述中间块侧边以拼成圆盘结构的多个边块、用于可拆卸的连接于所述中间块和所述边块之间的中间连接块和用于可拆卸的连接于相邻两所述边块之间的边缘连接块，且所述中间块、所述边块、所述中间连接块和所述边缘连接块拼接成圆盘结构，所述中间块、所述中间连接块和所述边块上分别沿径向对应设置有在不同拼接状态下均连通的刀箱孔，所述刀箱孔内沿径向滑动安装有滚刀组件，且所述滚刀组件能够锁止于所述刀箱孔内的不同位置。

优选地，上述可变径刀盘中，所述刀箱孔在所述中间块、所述中间连接块和所述边块上均沿径向对应分布，所述滚刀组件沿径向滑动安装于所述刀箱孔内。

优选地，上述可变径刀盘中，所述中间块为多边形，所述边块的数量与所述多边形的边数对应，且所述边块呈扇形并分别与所述多边形的各边一一对应，所述中间连接块为与所述多边形形状一致的环形。

优选地，上述可变径刀盘中，所述中间块为六边形，包括六个呈扇形的所述边块，所述中间连接块呈六边形环。

优选地，上述可变径刀盘中，所述边缘连接块的宽度小于边缘滚刀的滚刀刀座宽度，或者所述边缘连接块的宽度大于所述滚刀刀座宽度，且所述边缘连接块上设置有边缘滚刀。

优选地，上述可变径刀盘中，所述中间块的中心设置中心滚刀，围绕所述中心滚刀设置有正面滚刀，所述边块上设置有边缘滚刀。

优选地，上述可变径刀盘中，所述滚刀组件包括滑动刀座和刀座锁紧件，滚刀安装于所述滑动刀座上，所述滑动刀座沿所述刀箱孔滑动安装，且能够通过所述刀座锁紧件紧固于所述刀箱孔内。

优选地，上述可变径刀盘中，所述刀座锁紧件包括锁紧块和螺栓，所述螺栓的一端卡阻于所述锁紧块的顶端，另一端卡阻于所述中间块、所述中间连接块和所述边块中的一者底端，通过所述螺栓将所述滑动刀座压紧于所述中间块、所述中间连接块、所述边块中的一者及所述锁紧块之间以将所述滑动刀座固定。

优选地，上述可变径刀盘中，所述锁紧块的外侧壁与所述刀箱孔的侧壁相抵，内侧壁包括由上至下斜向外倾斜的倾斜壁，所述滑动刀座具有与所述倾斜壁配合的斜面。

本发明提供的可变径刀盘包括中间块、边块、中间连接块和边缘连接块。其中，中间块位于中央；边块具有多个，且多个边块分别与中间块侧边可拆卸连接以拼成圆盘结构；中间连接块用于可拆卸的连接于中间块和边块之间，边缘连接块用于可拆卸的连接于相邻两边块之间，且中间块、边块、中间连接块和边缘连接块拼接成圆盘结构；中间块、中间连接块和边块上分别对应设置有在不同拼接状态下均连通的刀箱孔，刀箱孔内滑动安装有滚刀组件，且滚刀组件能够锁止于刀箱孔内的不同位置。

应用本发明提供的可变径刀盘，可将边块直接连接在中间块侧边拼成圆盘结构，并在刀箱孔内安装一定数量的滚刀组件，进行正常刀盘工作。当刀盘需要扩径时，将边块与中间块拆卸，并在二者之间增加中间连接块，边块外移后相邻两边块之间的间隙用边缘连接块填补，中间块、边块、中间连接块和边缘连接块共同拼接成直径增大的圆盘结构。具体扩径大小可以通过不同规格的中间连接块及边缘连接块实现。且由于中间块、中间连接块和边块上分别对应设置有在不同拼接状态下均连通的刀箱孔，故可根据需要适当移动滚刀组件的位置，或者根据需要增加或减少滚刀组件。上述扩径过程并不需要伤及刀盘本体结构，刀盘可重复利用，降低了生产成本。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种全断面隧道掘进机，该全断面隧道掘进机包括上述任一种可变径刀盘。由于上述的可变径刀盘具有上述技术效果，具有该可变径刀盘的全断面隧道掘进机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的可变径刀盘的正向结构示意图(未装配滚刀组件)；

图2为图1对应的装配有滚刀组件的正向结构示意图；

图3为图1对应的扩径后的刀盘正向视图结构示意图(边缘连接块不设边缘滚刀)；

图4为图1对应的扩径后的刀盘正向视图结构示意图(边缘连接块设有边缘滚刀)；

图5为滚刀组件的剖面示意图。

附图中标记如下：

刀盘1，中间块101，边块102，中心滚刀103，正面滚刀104，边缘滚刀105，铲刀106，滚刀组件107，中间连接块108，边缘连接块109，刀箱孔10101，滚刀10701、滑动刀座10702、滚刀锁紧件10703、刀座锁紧件10704。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种可变径刀盘及全断面隧道掘进机，以实现刀盘直径在不同直径之间的无损转换，提高刀盘的适用范围。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，图1为本发明一个具体实施例的可变径刀盘的正向结构示意图(未装配滚刀组件)；图2为图1对应的装配有滚刀组件的正向结构示意图；图3为图1对应的扩径后的刀盘正向视图结构示意图(边缘连接块不设边缘滚刀)；图4为图1对应的扩径后的刀盘正向视图结构示意图(边缘连接块设有边缘滚刀)；图5为滚刀组件的剖面示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的可变径刀盘包括中间块101、边块102、中间连接块108和边缘连接块109。

其中，中间块101位于中央。也就是将刀盘1划分为多各分块，中央的部分即为中间块101，中间块101的中心具体可以设置中心滚刀103，围绕中心滚刀103可以设置正面滚刀104，具体正面滚刀104的数量及分布位置可根据需要设置，此处不做具体限定。中心滚刀103及正面滚刀104的结构请参考常规刀盘1上的滚刀10701结构。中间块101的形状可根据需要设置，并与边块102及中间连接块108配合即可。中间块101的边缘设置刀箱孔10101。

边块102具有多个，且多个边块102分别位于中间块101的侧边并与中间块101可拆卸连接以拼成圆盘结构。边块102与中间块101可拆卸连接，具体可以采用高强度螺栓连接。边块102的数量和形状根据中间块101的形状相应设置，以能够拼成圆盘结构。边块102上具体可以设置边缘滚刀105和铲刀106，具体边缘滚刀105及铲刀106的数量和分布位置可根据需要设置，此处不做具体限定。边缘滚刀105和铲刀106的结构请参考常规刀盘1上的滚刀10701及铲刀106结构。边块102的内侧边设置有刀箱孔10101。

中间连接块108用于可拆卸的连接于中间块101和边块102之间。也就是在扩径时，将边块102和中间块101拆卸，并在二者之间连接中间连接块108。具体中间连接块108与中间块101之间可以采用高强度螺栓连接，中间连接块108与边块102之间也可以采用高强度螺栓连接。中间连接块108的宽度可根据扩径需求设置，形状可根据中间块101及边块102的形状相应设置。中间连接块108上也设置有刀箱孔10101。

边缘连接块109用于可拆卸的连接于相邻两边块102之间。具体边缘连接块109可以与中间连接块108采用一体式结构，则在中间连接块108可拆卸的连接于中间块101和边块102之间时，边缘连接块109相应的通过中间连接块108可拆卸的连接于相邻两边块102之间。或者，边缘连接块109与中间连接块108也可以采用分体式结构，则便于扩径时各部件的组装。二者为分体结构时，则边缘连接块109可以直接与相邻两边块102可拆卸的固定连接。具体可拆卸固定连接方式可以采用高强度螺栓连接。边缘连接块109的形状根据边块102及中间块101的形状相应设置。未扩径时，边块102直接连接于中间块101的侧边拼接成圆盘结构。扩径时，则中间块101、边块102、中间连接块108和边缘连接块109拼接成圆盘结构。

由于中间块101、中间连接块108和边块102上分别对应设置有在不同拼接状态下均连通的刀箱孔10101。需要说明的是，此处的不同拼接状态，指中间块101与边块102直接连接拼接成圆盘结构的状态，及中间块101、边块102、中间连接块108和边缘连接块109拼接成圆盘结构的状态。中间块101与边块102直接连接拼接成圆盘结构的状态下，中间块101与边块102上的刀箱孔10101对应连通；中间块101、边块102、中间连接块108和边缘连接块109拼接成圆盘结构的状态下，中间块101、边块102、中间连接块108上的刀箱孔10101均连通。则可以根据需要在刀箱孔10101内安装一定数量的滚刀组件107，且滚刀组件107能够在连通的刀箱孔10101内滑动。为了保证各部件上的刀箱孔10101在不同拼接状态下均连通，刀箱孔10101分布在中间块101、中间连接块108、边块102的位置方向与刀盘1扩径时各边块102的移动方向是一致的，以保证滚刀组件107可以在刀箱孔10101内自由滑动。

滚刀组件107滑动安装于刀箱孔10101内，且滚刀组件107能够锁止于刀箱孔10101内的不同位置。具体滑动安装方式及锁止方式可参考现有技术中的常规结构，此处不做具体限定。根据需要，滚刀组件107可拆卸的安装于刀箱孔10101内，则在扩径时，可根据需要增加或减少安装于刀箱孔10101内的滚刀组件107。

应用本发明提供的可变径刀盘，可将边块102直接连接在中间块101侧边拼成圆盘结构，并在刀箱孔10101内安装一定数量的滚刀组件107，进行正常刀盘1工作。当刀盘1需要扩径时，将边块102与中间块101拆卸，并在二者之间增加中间连接块108，边块102外移后相邻两边块102之间的间隙用边缘连接块109填补，中间块101、边块102、中间连接块108和边缘连接块109共同拼接成直径增大的圆盘结构。具体扩径大小可以通过不同规格的中间连接块108及边缘连接块109实现。且由于中间块101、中间连接块108和边块102上分别对应设置有在不同拼接状态下均连通的刀箱孔10101，故可根据需要适当移动滚刀组件107的位置，或者根据需要增加或减少滚刀组件107。实现了刀盘1的无极变径。且上述扩径过程并不需要伤及刀盘1本体结构，刀盘1可重复利用，降低了生产成本。

具体的，刀箱孔10101在中间块101、中间连接块108和边块102上均沿径向对应分布，滚刀组件107沿径向滑动安装于刀箱孔10101内。也就是中间块101、中间连接块108和边块102上的刀箱孔10101沿位于同一角度上的径向分布，则在扩径时，边块102沿径向外移后刀箱孔10101仍是整体连通的，从而保证了滚刀组件107在刀箱孔10101内的移动。

在一个实施例中，中间块101为多边形，边块102的数量与多边形的边数对应，且边块102呈扇形并分别与多边形的各边一一对应，中间连接块108为与多边形形状一致的环形。中间块101采用多边形，形状较为规整，便于与边块102配合。中间连接块108则为对应形状的环形。如中间块101为六边形，优选为正六边形，边块102相应设置六个，分别呈扇形，每个边块102与中间块101的一个边对应。中间连接块108为六边形环，具体可以为六边形焊接箱体结构，从而能够套在中间块101外，并与中间块101连接，外侧则与边块102连接。

在中间块101呈六边形的情况下，中间块101各侧边中间位置均设有刀箱孔10101，用来装配滚刀组件107；边块102呈扇形箱体结构，且各边块102侧边中间位置均设有刀箱孔10101，用来装配滚刀组件107；中间连接块108的六个边中间位置也设置有刀箱孔10101。

对于边缘连接块109，具体的，其可呈以下两种情况：边缘连接块109的宽度小于边缘滚刀105的滚刀10701刀座宽度，或者边缘连接块109的宽度大于滚刀10701刀座宽度，且边缘连接块109上设置有边缘滚刀105。也就是一种情况是，边缘连接块109的宽度小于滚刀10701刀座的宽度时，边缘连接块109仅仅是箱体焊接件，连接相邻两边块102；另一种情况是边缘连接块109宽度大于滚刀10701刀座的宽度时，会在边缘连接块109上布置一把边缘滚刀105，有助于扩径后的刀盘1更好的实现边缘区域的隧道开挖。

在上述各实施例的基础上，滚刀组件107包括滑动刀座10702和刀座锁紧件10704，滚刀10701安装于滑动刀座10702上，滑动刀座10702沿刀箱孔10101滑动安装，且能够通过刀座锁紧件10704紧固于安装孔内。滚刀10701具体可以通过刀座锁紧件10704安装于滑动刀座10702上，刀座锁紧件10704的具体结构可参考滚刀10701的常规安装结构，此处不再赘述。刀盘1扩径时，将刀座锁紧件10704解锁，可根据需要将滑动刀座10702在刀箱孔10101内移动，当其移动至合适位置时，再将刀座锁紧件10704锁紧，从而将滑动刀座10702的位置固定。采用滑动刀座10702与刀座锁紧件10704的配合实现滚刀组件107的滑动安装和锁止，结构简单可靠。

具体的，刀座锁紧件10704包括锁紧块和螺栓，螺栓的一端卡阻于锁紧块的顶端，另一端卡阻于中间块101、中间连接块108和边块102中的一者底端，通过螺栓将滑动刀座10702压紧于中间块101、中间连接块108、边块102中的一者及锁紧块之间以将滑动刀座10702固定。需要说明的是，此处的卡阻于中间块101、中间连接块108和边块102中的一者底端，指滑动刀座10702锁止于中间块101上的刀箱孔10101内时，相应的螺栓卡阻于中间块101的底端；滑动刀座10702锁止于边块102上的刀箱孔10101内时，相应的螺栓卡阻于边块102的底端；滑动刀座10702锁止于中间连接块108上的刀箱孔10101内时，相应的螺栓卡阻于中间连接块108的底端。通过螺栓作用于锁紧块，进而将滑动刀座10702压紧，从而实现滑动刀座10702的固定。上述结构简单，锁紧及解锁只需拧紧或松开螺栓即可，操作简单，且可以实现在刀箱孔10101范围内的位置联系可调。根据需要，刀座锁紧件10704也可以采用卡扣等结构。

进一步地，锁紧块的外侧壁与刀箱孔10101的侧壁相抵，内侧壁包括由上至下斜向外倾斜的倾斜壁，滑动刀座10702具有与倾斜壁配合的斜面。通过斜面与倾斜壁的配合，即可传递下压作用力，且能够对滑动刀座10702的移动提供导向作用，使其更平稳的沿刀箱孔10101滑动。

基于上述实施例中提供的可变径刀盘，本发明还提供了一种全断面隧道掘进机，该全断面隧道掘进机包括上述实施例中任意一种可变径刀盘。由于该全断面隧道掘进机采用了上述实施例中的可变径刀盘，所以该全断面隧道掘进机的有益效果请参考上述实施例。

综上，本申请通过预先在中间块101、连接块、边块102上预留好刀箱孔10101，当刀盘1直径增加时，可根据实际情况在预留的刀箱孔10101内直接组装对应数量的滚刀组件107；当刀盘1直径再一次改变时，可根据新的刀具布置要求，适当移动、增加或者减少滚刀组件107来实现。本申请只需要改变连接块的厚度和改变滚刀组件107的数量、位置就可以实现tbm刀盘1的多种开挖直径使用要求，不需要对原有刀盘1体做出任何改变，变径过程简单、快速、经济。可应用部煤矿、水利工程等隧道施工领域，特别是抽水蓄能电站引水隧道工程中，该可无极变径的tbm刀盘1，能够适应一定范围内不同直径隧道的建设，可实现刀盘1直径在不同直径之间的无损转换，提高刀盘1的适用范围。本申请刀盘1在扩径时，可根据扩径量的大小来调节刀盘1上预留的滚刀组件107调整刀具轨迹分布来满足不同直径的刀盘1对刀具布置的需求。

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相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。