專利名稱：一種多級分離漸進式盾構刀盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種盾構刀盤，具體涉及一種多級分離漸進式盾構刀盤。
背景技術：
盾構是一種專門用于開挖地下隧道的大型成套施工設備，它具有開挖快、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟、有利于環(huán)境保護和降低勞動強度的優(yōu)點，在隧道的開挖中得到越來越廣泛的應用。盾構在施工中會遇到各種不同地層，從淤泥、粘土、砂層到軟巖及硬巖等。在掘進過程中作為盾構機關鍵部件之一的刀盤受力復雜，工作環(huán)境惡劣。刀盤的結構關系到盾構工程的成敗、開挖效率、使用壽命及刀具費用，因而盾構刀盤設計是盾構的關鍵技術。隨著全國各大城市軌道交通建設以及城際鐵路、水利工程、過江隧道等項目的規(guī)模不斷加大，盾構機作為挖隧道的專用大型工程機械，其市場需求也成倍數(shù)增長。由于盾構機制造工藝復雜，技術附加值高，國內(nèi)盾構機市場被海瑞克、三菱重工以及維爾特等企業(yè)壟斷。近年來，國內(nèi)也有部分廠商開始研制盾構機，但盾構機的核心技術、關鍵零部件、控制系統(tǒng)并沒有掌握，生產(chǎn)出來的盾構機存在著工作效率低、使用壽命短以及性能不穩(wěn)定等缺點。 綜合分析國內(nèi)外現(xiàn)有的盾構機，其刀盤主要具有開挖、穩(wěn)定掌子面、攪拌碴土等三大功能。 刀盤的結構形式有面板式和輻條式兩種，具體應用時應根據(jù)施工條件和土質(zhì)條件等因素決定。泥水盾構采用面板式刀盤；對于土壓平衡盾構，輻條式刀盤對砂、土等單一軟土地層的適應性比面板式刀盤較強。傳統(tǒng)的面板式和輻條式刀盤都采用整體式結構，對于半徑較大的隧道，刀盤半徑大，刀盤工作環(huán)境差，盾構機工作效率和定位精度低；而且主軸需要較大功率，各部分承受載荷大，零部件工作壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多級分離漸進式盾構刀盤，采用多級分離刀盤依次獨立對隧道進行開挖，提高了工作效率和定位精度，改善了刀盤工作環(huán)境，降低了主軸功率， 減小了各部分承受的載荷，延長了零部件的工作壽命。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是包括兩級以上的可伸縮的階梯式刀盤，各級刀盤的端面即面盤均采用輻條式結構，各級刀盤安裝在各自的旋轉(zhuǎn)主軸上并通過各自的離合器與驅(qū)動軸相連，其中一級刀盤的前端安裝有帶有鉆頭刀具的鉆頭，各級刀盤端面的輻條上均安裝有刀盤滾刀和刮刀，各級刀盤的外沿上均安裝有滾刀和切刀，在各級刀盤內(nèi)腔的旋轉(zhuǎn)主軸上還分別安裝有與該級刀盤對應的中心攪拌裝置，各級刀盤內(nèi)腔還安裝有與各中心攪拌裝置相對應的螺旋出土裝置。所述的階梯式刀盤采用三級盾構刀盤，其中一級刀盤的端面即面盤采用六根輻條，并在此六根輻條上分別安裝有一級刀盤滾刀和一級刮刀，在一級刀盤的外沿上安裝有一級滾刀和一級切刀，一級刀盤經(jīng)軸承和密封裝置安裝在一級旋轉(zhuǎn)主軸上，并在一級旋轉(zhuǎn)主軸上還安裝有與一級刀盤固定連接的一級動力傳送裝置，一級旋轉(zhuǎn)主軸通過一級離合器與驅(qū)動軸相連，且在一級刀盤與一級動力傳送裝置之間的一級旋轉(zhuǎn)主軸上安裝有一級中心攪拌裝置，在一級刀盤的內(nèi)壁上還安裝有與中心攪拌裝置相對應的一級攪拌棒，在一級刀盤的內(nèi)腔還安裝有一級螺旋出土裝置，且在一級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有一級保護套筒。所述的二級刀盤的端面即面盤采用四根輻條，并在此四根輻條上分別安裝有二級刀盤滾刀和二級刀盤刮刀，在二級刀盤的外沿上安裝有二級滾刀和二級切刀，二級刀盤的面盤上還固定有四個切削面板，在各切削面板上安裝有切削面板刮刀和切削面板滾刀，二級刀盤經(jīng)軸承和密封裝置安裝在二級旋轉(zhuǎn)主軸上，并在二級旋轉(zhuǎn)主軸上還安裝有與二級刀盤固定連接的二級動力傳送裝置，二級旋轉(zhuǎn)主軸通過二級離合器與驅(qū)動軸相連，且在二級刀盤與二級動力傳送裝置之間的二級旋轉(zhuǎn)主軸上安裝有二級中心攪拌裝置，在二級刀盤的內(nèi)壁上還安裝有與二級中心攪拌裝置相對應的二級攪拌棒，在二級刀盤的內(nèi)腔還安裝有二級螺旋出土裝置，且在二級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有二級保護套筒。所述的三級刀盤的端面即面盤采用六根輻條，并在此六根輻條上分別安裝有三級刀盤滾刀和三級刮刀，在三級刀盤的外沿上安裝有三級滾刀和三級切刀，三級刀盤經(jīng)軸承和密封裝置安裝在三級旋轉(zhuǎn)主軸上，并在三級旋轉(zhuǎn)主軸上還安裝有與三級刀盤固定連接的三級動力傳送裝置，三級旋轉(zhuǎn)主軸通過三級離合器與驅(qū)動軸相連，且在三級刀盤與三級動力傳送裝置之間的三級旋轉(zhuǎn)主軸上安裝有三級中心攪拌裝置，在三級刀盤的內(nèi)壁上還安裝有與中心攪拌裝置相對應的三級攪拌棒，在三級刀盤的內(nèi)腔還安裝有三級螺旋出土裝置， 且在三級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有三級保護套筒。所述的二級刀盤、三級刀盤的輻條上還裝置有二級碎屑導向裝置和三級碎屑導向
直ο本發(fā)明各級刀盤旋轉(zhuǎn)主軸分別靠離合器與動力輸入軸相連，以實現(xiàn)不同刀盤向前掘進時，動力的單獨輸入，并且各級刀盤與旋轉(zhuǎn)主軸之間的動力傳送裝置可以保證主軸平穩(wěn)的帶動刀盤旋轉(zhuǎn)。各級刀盤采用輻條式結構，刀盤上布有刮刀、切刀和滾刀對土體進行切肖IJ，切削下來的土體直接進入土倉，沒有壓力損失，并且在輻條后設有攪拌葉片，刀盤上也固聯(lián)的有攪拌棒，可對土、砂塊進一步破碎，使土、砂流動順暢，土壓平衡容易控制。各級螺旋出土裝置可及時將切削的土、砂塊排出，刀盤旋轉(zhuǎn)主軸外部的保護套筒有效防止土、砂塊對主軸造成傷害。碎屑導向裝置可將切削過程中落下的土、砂塊導入到刀盤后方。軸承端部的密封裝置可有效防止碎屑進入配合內(nèi)部。盾構刀盤靠后方的液壓裝置驅(qū)動向前掘進， 主體部分靠推進千斤頂向前推進。采用多級分離漸進式結構刀盤，結構簡單，容易實現(xiàn)，且能達到很好的定位精度。每級刀盤的切削量小，適用于各種復雜地質(zhì)隧道的一次掘進成形。


圖1是本發(fā)明實施的結構示意圖；圖2是圖1的側視圖；圖3是本發(fā)明的工作原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。參見圖1，圖2，本發(fā)明包括三級可伸縮的階梯式刀盤，其中一級刀盤47的前端安裝有帶有鉆頭刀具45的鉆頭46，一級刀盤47的端面即面盤采用六根輻條14，并在此六根輻條14上分別安裝有一級刀盤滾刀2和一級刮刀3，在一級刀盤47的外沿上安裝有一級滾刀10和一級切刀49，一級刀盤47經(jīng)軸承和密封裝置安裝在一級旋轉(zhuǎn)主軸44上，并在一級旋轉(zhuǎn)主軸44上還安裝有與一級刀盤固定連接的一級動力傳送裝置42，一級旋轉(zhuǎn)主軸44通過一離合器19與驅(qū)動軸相連，且在一級刀盤47與一級動力傳送裝置42之間的一級旋轉(zhuǎn)主軸44上安裝有一級中心攪拌裝置43，在一級刀盤47的內(nèi)壁上還安裝有與中心攪拌裝置43 相對應的一級攪拌棒18，在一級刀盤47的內(nèi)腔還安裝有一級螺旋出土裝置41，且在一級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有一級保護套筒48。二級刀盤11的端面即面盤采用四根輻條5，并在此四根輻條5上分別安裝有二級刀盤滾刀13和二級刀盤刮刀12，在二級刀盤11的外沿上安裝有二級滾刀17和二級切刀 22，二級刀盤11的面盤上還固定有四個切削面板9，在各切削面板9上安裝有切削面板刮刀 15和切削面板滾刀16，二級刀盤11經(jīng)軸承和密封裝置40安裝在二級旋轉(zhuǎn)主軸20上，并在二級旋轉(zhuǎn)主軸20上還安裝有與二級刀盤固定連接的二級動力傳送裝置37，二級旋轉(zhuǎn)主軸 20通過二級離合器M與驅(qū)動軸相連，且在二級刀盤11與二級動力傳送裝置37之間的二級旋轉(zhuǎn)主軸20上安裝有二級中心攪拌裝置38，在二級刀盤11的內(nèi)壁上還安裝有與二級中心攪拌裝置38相對應的二級攪拌棒23，在二級刀盤11的內(nèi)腔還安裝有二級螺旋出土裝置 36，且在二級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有二級保護套筒39。三級刀盤8的端面即面盤采用六根輻條1，并在此六根輻條1上分別安裝有三級刀盤滾刀7和三級刮刀6，在三級刀盤8的外沿上安裝有三級滾刀4和三級切刀28，三級刀盤 8經(jīng)軸承沈和密封裝置35安裝在三級旋轉(zhuǎn)主軸25上，并在三級旋轉(zhuǎn)主軸25上還安裝有與三級刀盤固定連接的三級動力傳送裝置30，三級旋轉(zhuǎn)主軸25通過三級離合器31與驅(qū)動軸相連，且在三級刀盤8與三級動力傳送裝置30之間的三級旋轉(zhuǎn)主軸25上安裝有三級中心攪拌裝置33，在三級刀盤8的內(nèi)壁上還安裝有與中心攪拌裝置33相對應的三級攪拌棒四， 在三級刀盤8的內(nèi)腔還安裝有三級螺旋出土裝置32，且在三級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有三級保護套筒34。在二級刀盤11、三級刀盤8的輻條上還裝置有二級碎屑導向裝置21和三級碎屑導向裝置27。參見圖3，本發(fā)明的三個離合器可以分別將動力輸入軸與各級刀盤旋轉(zhuǎn)主軸連接起來，即各級刀盤共用一個動力輸入軸，當一級中心刀盤向前掘進時，一級離合器閉合，動力輸入軸與一級旋轉(zhuǎn)主軸連接，動力傳入到一級刀盤，當掘進到一定距離時，離合器分離， 下一級刀盤的離合器再連接，動力輸入軸帶動下一級刀盤轉(zhuǎn)動。為了防止切下來的土、砂塊對旋轉(zhuǎn)主軸造成損壞，主軸外部設有保護套筒，其隨著刀盤的掘進向前運動。本發(fā)明的核心是采用多級分離漸進式盾構刀盤，該刀盤可以實現(xiàn)隧道的漸進開挖，提高了工作效率和定位精度，改善了刀盤工作環(huán)境，降低了主軸功率，減小了各部分承受的載荷，延長了零部件的工作壽命。工作時，中心盾構刀盤一級轉(zhuǎn)動軸離合器閉合，動力主軸帶動一級刀盤轉(zhuǎn)動對巖體進行切削，同時由后方液壓裝置推動中心刀盤以速度V1向前掘進。當掘進到一定的距離時，一級離合器分離，二級離合器閉合，二級刀盤開始以速度V2 向前掘進，最后三級刀盤以速度V3向前掘進，實現(xiàn)多級刀盤漸進開挖。多級分離漸進式結構的盾構刀盤共用同一個動力主軸，分別設有中心攪拌裝置和螺旋輸送排屑裝置，將各級刀盤切削下的料塊粉碎并輸送至盾構機中心的排屑導軌中。本發(fā)明各級刀盤旋轉(zhuǎn)主軸分別靠離合器與動力輸入軸相連，以實現(xiàn)不同刀盤向前掘進時，動力的單獨輸入，并且各級刀盤與旋轉(zhuǎn)主軸之間的動力傳送裝置可以保證主軸平穩(wěn)的帶動刀盤旋轉(zhuǎn)。各級刀盤采用輻條式結構，刀盤上布有刮刀、切刀和滾刀對土體進行切削，切削下來的土體直接進入土倉，沒有壓力損失，并且在輻條后方設有攪拌葉片，刀盤上也固聯(lián)的有攪拌棒，可對土、砂塊進一步破碎，使土、砂流動順暢，土壓平衡容易控制。各級螺旋出土裝置可及時將切削的土、砂塊排出，刀盤旋轉(zhuǎn)主軸外部的保護套筒有效防止土、砂塊對主軸造成傷害。碎屑導向裝置可將切削過程中落下的土、砂塊導入到刀盤后方。軸承端部的密封裝置可有效防止碎屑進入配合內(nèi)部。盾構刀盤靠后方的液壓裝置驅(qū)動向前掘進， 主體部分靠推進千斤頂向前推進。因為采用土壓平衡，切下的土、砂塊會進入刀盤后方，由攪拌器混合后經(jīng)螺旋出土裝置排出，在此過程中，土、砂塊會對各級旋轉(zhuǎn)主軸造成傷害，所以在各級旋轉(zhuǎn)主軸外部設有保護套筒，其隨著各級刀盤的向前掘進而向前運動，避免了土、砂塊對主軸的損傷。本發(fā)明采用多級分離漸進式挖掘刀盤，它能提高工作效率和定位精度，且能保證工程質(zhì)量；采用漸進式掘進，有效改善了各級刀盤的工作環(huán)境，降低了主軸的功率，減小盾構機各部分所承受的載荷，降低故障發(fā)生的幾率，適用于各種復雜地質(zhì)隧道的一次掘進成形。
權利要求
1.一種多級分離漸進式盾構刀盤，其特征在于包括兩級以上的可伸縮的階梯式刀盤，各級刀盤的端面即面盤均采用輻條式結構，各級刀盤安裝在各自的旋轉(zhuǎn)主軸上并通過各自的離合器與驅(qū)動軸相連，其中一級刀盤G7)的前端安裝有帶有鉆頭刀具0 的鉆頭 (46)，各級刀盤端面的輻條上均安裝有刀盤滾刀和刮刀，各級刀盤的外沿上均安裝有滾刀和切刀，在各級刀盤內(nèi)腔的旋轉(zhuǎn)主軸上還分別安裝有與該級刀盤對應的中心攪拌裝置，各級刀盤內(nèi)腔還安裝有與各中心攪拌裝置相對應的螺旋出土裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的多級分離漸進式盾構刀盤，其特征在于所述的階梯式刀盤采用三級盾構刀盤，其中一級刀盤G7)的端面即面盤采用六根輻條(14)，并在此六根輻條 (14)上分別安裝有一級刀盤滾刀(2)和一級刮刀(3)，在一級刀盤07)的外沿上安裝有一級滾刀(10)和一級切刀(49)，一級刀盤07)經(jīng)軸承和密封裝置安裝在一級旋轉(zhuǎn)主軸04) 上，并在一級旋轉(zhuǎn)主軸G4)上還安裝有與一級刀盤固定連接的一級動力傳送裝置(42)，一級旋轉(zhuǎn)主軸G4)通過一級離合器(19)與驅(qū)動軸相連，且在一級刀盤G7)與一級動力傳送裝置0 之間的一級旋轉(zhuǎn)主軸G4)上安裝有一級中心攪拌裝置(43)，在一級刀盤07)的內(nèi)壁上還安裝有與中心攪拌裝置相對應的一級攪拌棒(18)，在一級刀盤07)的內(nèi)腔還安裝有一級螺旋出土裝置(41)，且在一級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有一級保護套筒08)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多級分離漸進式盾構刀盤，其特征在于所述的二級刀盤(11)的端面即面盤采用四根輻條(5)，并在此四根輻條( 上分別安裝有二級刀盤滾刀 (13)和二級刀盤刮刀(12)，在二級刀盤(11)的外沿上安裝有二級滾刀(17)和二級切刀 (22)，二級刀盤(11)的面盤上還固定有四個切削面板(9)，在各切削面板(9)上安裝有切削面板刮刀(15)和切削面板滾刀(16)，二級刀盤(11)經(jīng)軸承和密封裝置00)安裝在二級旋轉(zhuǎn)主軸00)上，并在二級旋轉(zhuǎn)主軸00)上還安裝有與二級刀盤固定連接的二級動力傳送裝置(37)，二級旋轉(zhuǎn)主軸00)通過二級離合器04)與驅(qū)動軸相連，且在二級刀盤(11)與二級動力傳送裝置(37)之間的二級旋轉(zhuǎn)主軸00)上安裝有二級中心攪拌裝置(38)，在二級刀盤(11)的內(nèi)壁上還安裝有與二級中心攪拌裝置(38)相對應的二級攪拌棒(23)，在二級刀盤(11)的內(nèi)腔還安裝有二級螺旋出土裝置(36)，且在二級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有二級保護套筒(39)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的多級分離漸進式盾構刀盤，其特征在于所述的三級刀盤(8)的端面即面盤采用六根輻條(1)，并在此六根輻條(1)上分別安裝有三級刀盤滾刀 (7)和三級刮刀(6)，在三級刀盤(8)的外沿上安裝有三級滾刀(4)和三級切刀( )，三級刀盤(8)經(jīng)軸承06)和密封裝置安裝在三級旋轉(zhuǎn)主軸0 上，并在三級旋轉(zhuǎn)主軸05)上還安裝有與三級刀盤固定連接的三級動力傳送裝置(30)，三級旋轉(zhuǎn)主軸0 通過三級離合器(31)與驅(qū)動軸相連，且在三級刀盤(8)與三級動力傳送裝置(30)之間的三級旋轉(zhuǎn)主軸0 上安裝有三級中心攪拌裝置(33)，在三級刀盤(8)的內(nèi)壁上還安裝有與中心攪拌裝置(3 相對應的三級攪拌棒( )，在三級刀盤(8)的內(nèi)腔還安裝有三級螺旋出土裝置 (32)，且在三級旋轉(zhuǎn)主軸外還設置有三級保護套筒(34)。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的多級分離漸進式盾構刀盤，其特征在于所述的二級刀盤(11)、三級刀盤(8)的輻條上還裝置有二級碎屑導向裝置和三級碎屑導向裝置 、2 、。
全文摘要
一種多級分離漸進式盾構刀盤，它由可伸縮的多級盾構刀盤組成。工作時，中心盾構刀盤一級轉(zhuǎn)動軸離合器閉合，動力主軸帶動一級刀盤轉(zhuǎn)動對巖體進行切削，同時由后方液壓裝置推動中心刀盤向前掘進。當掘進到一定的距離時，一級離合器分離，待部分構件重新組裝后，二級離合器閉合，二級刀盤開始向前掘進，如此往復，實現(xiàn)多級刀盤漸進開挖。多級分離漸進式結構的盾構掘進機各級刀盤共用同一個動力主軸，分別設有中心攪拌裝置和螺旋輸送排屑裝置，將各級刀盤切削下的料塊粉碎并輸送至盾構機中心的排屑導軌中。
文檔編號E21D9/08GK102536254SQ20111043517
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2011年12月16日
發(fā)明者盧秉恒, 王永信, 羅衛(wèi)紅, 譚超, 魏正英 申請人:西安交通大學, 西安瑞特快速制造工程研究有限公司