一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构.pdf

一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，其作业面为向外凸出的球面结构，在作业面上围绕刀盘本体中心设置多个半径不等的滚刀组，每个滚刀组中包括多个盘形滚刀，并且相邻的盘形滚刀之间开设钻机作业孔，刀盘本体上TBM工作方向相反的一侧设置轨道以及沿轨道滑动的岩石钻机，岩石钻机的钻头可以从所述的钻机作业孔中伸出或缩进，所述相邻的滚刀组之间设置土石排出孔，以供开挖出来的土石从中排出，所述的刀盘本体中心采用同样的方式设置岩石钻机。本发明通过在刀盘本体上增设岩石钻机，实现钻机与滚刀的结合，提高破岩效率，降低刀盘本体以及盘形滚刀的扭矩，并且通过对刀盘本体结构的改进以及滚刀布置方式的优化，提高刀盘的开挖面积。

1.  一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，包括与TBM机身连接的刀盘本体（1）以及设置在刀盘本体（1）作业面上的盘形滚刀（2），其特征在于：所述的盘形滚刀（2）设有多个，并以刀盘本体（1）中心为圆心构成半径不等的圆形滚刀组，并且刀盘本体（1）上相邻滚刀组之间均匀设置土石排出孔（3），每个滚刀组中相邻盘形滚刀（2）之间设置钻机作业孔（4），在刀盘本体（1）上与TBM工作方向相反的一侧设置轨道（7）以及岩石钻机（6），岩石钻机（6）沿轨道（7）滑动，以使岩石钻机（6）的钻头（8）伸出或缩进钻机作业孔（4）。

2.  根据权利要求1所述的一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）的作业面为平面结构。

3.  根据权利要求1所述的一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）的作业面为球面结构。

4.  根据权利要求2或3所述的一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）作业面的中心设置中心滚刀组（5），所述的中心滚刀组（5）由多个盘形滚刀（2）通过刀轴依次连接并设置在中心安装孔内。

5.  根据权利要求2或3所述的一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，其特征在于：所述刀盘本体（1）作业面的中心设置钻机作业孔（4），刀盘本体（1）上与TBM工作方向相反的一侧设置轨道（7）以及沿轨道（7）滑动的岩石钻机（6），以使岩石钻机（6）的钻头（8）伸出或缩进钻机作业孔（4）。

一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构
技术领域
本发明属于破岩技术领域，主要涉及的是用于TBM的钻滚结合的刀盘结构。
背景技术
TBM是全断面硬岩掘进机，可实现掘进、支护、出渣等工序并连续作业，具有掘进速度快，环保、综合效益高等有点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧道的施工，在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定的同心圆切缝上滚动，滚刀在力和初速度的推进下压入岩石表面，产生局部变形，在接触部位应力集中产生破碎区，在力的持续作用下，裂纹扩大，应力集中区域范围扩大，形成碎片脱落，因此，为了提高TBM破岩效率，就要增大碎裂区的深度和裂纹扩张长度，增加脱落开挖面岩石碎片的尺寸。现在普遍应用的刀盘是平面结构，开挖面积小，刀盘上盘形滚刀设置数量少，破岩效率较低，并且只能依靠刀盘和盘形滚刀旋转切削、破碎岩石，因此，盘形滚刀在此过程中所受扭矩较大，极易磨损，使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于TBM的刀盘结构，通过在刀盘本体上增设可伸缩的钻头，实现钻头与滚刀的结合，提高破岩效率，降低刀盘本体以及盘形滚刀的扭矩，并且通过对刀盘本体结构的改进以及滚刀布置方式的优化，提高刀盘的开挖面积。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，包括与TBM机主体连接的刀盘本体、设置在刀盘本体上的多个盘形滚刀以及对岩体进行预破碎的岩石钻机，其中，所述的盘形滚刀设置在刀盘本体的作业面上，并以刀盘中心为圆心形成多圈不同半径的滚刀组，相邻两个滚刀组之间均匀分布土石排出孔，任一滚刀组中，相邻的两个盘形滚刀之间设置至少一个钻机作业孔，在刀盘本体上与TBM工作方向相反的一侧设置岩石钻机以及轨道，岩石钻机可以在轨道上滑动，岩石钻机向外滑动时，其钻头能伸出钻机作业孔对岩体进行钻孔破碎，此时刀盘本体不转动，当岩石钻机向内滑动时，其钻头缩进钻机作业孔内，刀盘本体开始转动，岩石钻机的滑动由设置在TBM上的控制机构进行控制。
进一步的，所述的刀盘本体作业面的中心位置设置中心安装孔，多个盘形滚刀通过转轴依次连接，并设置在中心安装孔内。
进一步的，为了增大TBM的开挖面积，可以将所述刀盘本体的作业面设置为凸面或者球面，并在其上按照上述设置方式设置盘形滚刀、土石排出孔以及岩石钻机等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明中通过在刀盘本体上增设岩石钻机，可以在刀盘本体转动以及盘形滚刀切削岩体之前，对岩体进行钻孔，预破坏岩体表层结构，以降低盘形滚刀作业的阻力以及刀盘本体的扭矩，有利于TBM推力的减小和掘进效率的提高；
第二，本发明中的岩石钻机可以在轨道上滑动，当岩石钻机的钻头缩进钻机作业孔内时，不会影响刀盘本体的转动，因此岩石钻机与刀盘本体的转动互不干扰，并且通过岩石钻机钻头对岩体的预处理，方便了刀盘本体以及盘形滚刀的进一步作业；
第三，本发明中刀盘本体的作业面可以采用凸面或球面，与现有技术中的平面刀盘相比，在同等直径条件下，本发明具有更大的岩石开挖面积，因此，可以设置数量更多的盘形滚刀进行开挖，具有更高的破岩效率；
第四，在现有技术中，岩石开挖面为平面，由于本发明的刀盘本体为凸面或球面，因此在对隧洞进行开掘时，隧洞的岩石开挖面向内凹形成凹面，经盘形滚刀挤压破坏的岩石形成的裂纹向四周扩散时，凹面上的碎片更容易脱落，尤其是凹面顶部的碎片不仅受到盘形滚刀的挤压，而且还受到自身重力的影响，很容易从岩体上脱落下来，因此，提高了TBM的开挖效率，降低了TBM的推力；
第五，本发明中相邻的滚刀组之间设置土石排出孔，在开挖过程中，被盘形滚刀击碎的土石可以直接落在地上，也可以经过土石排出孔向后方排出，以防止盘形滚刀被土石所堵塞，减少盘形滚刀的磨损程度，延长其使用寿命，同时又能降低刀盘本体的转动阻力，减少机械故障。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明在实施例1中的侧视图。
图3是本发明在实施例2中的侧视图。
附图标记：1、刀盘本体，2、盘形滚刀，3、土石排出孔，4、钻机作业孔，5、中心滚刀组，6、岩石钻机，7、轨道，8、钻头。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：如图所示，一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，刀盘本体1设置在TBM的前端，其作业面为平面结构，在作业面上围绕刀盘本体1中心设置多个半径不等的滚刀组，每个滚刀组中包括多个盘形滚刀2，并且相邻的盘形滚刀2之间开设钻机作业孔4，刀盘本体1的背侧，即TBM工作方向相反的一侧，设置轨道7以及沿轨道7滑动的岩石钻机6，岩石钻机6的钻头8可以从所述的钻机作业孔4中伸出或缩进，所述相邻的滚刀组之间设置土石排出孔3，以将开挖出来的土石从中排出，所述的刀盘本体1中心采用同样的方式设置岩石钻机6。
在使用时，先由TBM控制岩石钻机6沿轨道7向外滑动，将钻头8伸出钻机作业孔4，并启动岩石钻机6对要开挖的岩体进行预处理作业，岩体经钻头8作用后，出现裂纹或破碎、脱落，然后TBM关闭岩石钻机6并使岩石钻机6向反方向沿轨道7滑动，以使钻头8缩进钻机作业孔4内，同时启动刀盘本体1开始转动，刀盘本体1以及盘形滚刀2对经过预处理已经出现裂纹的岩体进一步挤压、切削，实现对岩体开挖掘进的目的。
实施例2：如图所示，一种用于TBM的钻滚结合的刀盘结构，刀盘本体1设置在TBM的前端，其作业面为向外凸出的球面结构，在作业面的顶点位置设置中心滚刀组5，所述的中心滚刀组5由四个盘形滚刀2彼此通过刀轴依次连接而成，在刀盘本体1的作业面上，以刀盘本体1的中心为圆心，半径不同的圆周上分别均匀设置多个盘形滚刀2，具有相同半径圆周上的盘形滚刀2构成一个滚刀组，相邻滚刀组之间均匀设置土石排出孔3，每一滚刀组内，相邻的两个盘形滚刀2之间设置钻机作业孔4，刀盘本体1的背侧，即TBM工作方向相反的一侧，设置轨道7以及沿轨道7滑动的岩石钻机6，岩石钻机6的钻头8可以从所述的钻机作业孔4中伸出或缩进。
使用时，在TBM工作初期，所述的岩石钻机6的钻头8位于钻机作业孔4内，由于刀盘本体1的作业面为球面，而岩体断面为平面，因此，只有刀盘本体1的中心滚刀组5接触到岩体断面，由TBM启动刀盘本体1进行转动，刀盘本体1的中心滚刀组5对岩体进行破碎，然后刀盘本体1在TBM的控制下停止转动，并由TBM控制岩石钻机6沿轨道7向前滑动，使得岩石钻机6的钻头8伸出钻机作业孔4，对岩体进行钻孔预处理，岩体在钻头8的作用下逐渐出现裂纹、破碎和脱落，然后TBM关闭岩石钻机6并使岩石钻机6向反方向沿轨道7滑动，使得钻头8缩进钻机作业孔4内，同时启动刀盘本体1开始转动，刀盘本体1以及盘形滚刀2对经过预处理已经出现裂纹的岩体进一步挤压、切削，实现对岩体开挖掘进的目的。