一种高效破岩的可变径TBM刀盘结构的制作方法

本发明涉及隧道施工，具体而言，涉及一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构。

背景技术：

1、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，当需要开挖不同直径的隧道时，就需要重新制作并更换另一种直径的刀盘；另外虽然某些刀盘上也配备的超挖刀具，但是也只能满足刀盘直径在小尺寸范围内的扩挖需求，如果要满足大尺寸范围内的扩挖，那么需要对刀盘进行分割模块化处理，然后通过安装垫块实现刀盘的扩径，这样不仅操作复杂，而且刀盘整体稳定性差，尤其是遇到极硬岩石，刀盘很容易变形破损。

2、有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是目前隧道开挖刀盘的开挖直径固定不变，难以实现直径可调，而模块化的刀盘虽然可调直径，但是操作复杂，刀盘稳定性差，目的在于提供一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，能够快速的实现刀盘开挖直径的调整，同时保证了刀盘的整体稳定性，使一套刀盘可以面对不同隧道直径，极大地降低了隧道开挖的成本；另外通过对刀盘中刀具的合理布局，不仅能够使隧道开挖更加高效，同时进一步提高了刀盘刀具在开挖过程中的安全性和稳定性。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，包括刀盘，所述刀盘的前侧沿着圆周方向设置有多个调径结构，所述调径结构包括靠近刀盘边缘处设置的外圈调径刀具和外圈调径刀具内侧靠向刀盘中心所在方向设置的内圈调径刀具；

4、所述调径结构还包括在刀盘前侧壁面上开设有的连接外圈调径刀具和内圈调径刀具且一端贯穿刀盘边缘的圆弧形调径槽；

5、所述圆弧形调径槽的圆心朝向远离刀盘中心所在方向；

6、所述圆弧形调径槽内滑动安装有移动架，所述移动架的表面安装有移动滑块，所述外圈调径刀具和内圈调径刀具均通过移动滑块安装在圆弧形调径槽内；所述外圈调径刀具和内圈调径刀具之间安装有固定连接块，所述移动架与圆弧形调径槽的端面之间设置有液压驱动器，在液压驱动器的推动下，所述移动架能够带动外圈调径刀具和内圈调径刀具沿着圆弧形调径槽向刀盘边缘外部运动扩大刀盘开挖直径。

7、本发明通过将刀盘上位于外圈的刀具设计成能够活动的结构，从而实现刀盘开挖直径的扩大。具体的，当需要扩大刀盘的开挖直径时，启动液压驱动器从而使移动架带动外圈调径刀具和内圈调径刀具整体一起沿着圆弧形调径槽运动，使得外圈调径刀具伸出刀盘外部，从而实现刀盘开挖直径的扩大；其中移动架与圆弧形调径槽能够对外圈调径刀具和内圈调径刀具起到良好的支撑固定作用，而外圈调径刀具虽然移出了圆弧形调径槽，但是仍然能够通过移动架进行有效支撑，而圆弧形调径槽又能够对移动架进行稳定支撑，进而保证在刀盘直径可调控的同时，也可以保证刀盘的整体稳定性；同时本技术将调径槽设计成圆弧形，这样扩径后外圈调径刀具、内圈调径刀具和固定连接块之间、移动架和圆弧形调径槽以及刀具和移动架等之间的受力结构更加稳定，更能够保证外圈调径刀具和内圈调径刀具的稳定性。

8、另外，本技术将内圈调径刀具和外圈调径刀具作为一个整体的调径结构一起进行外移，不仅保证了外圈调径刀具伸出刀盘后的稳定性，同时内圈调径刀具一同运动后，能够与同一开挖半径的其他刀具位置形成交叉，同时也改变了内圈调径刀具的开挖半径和外圈调径刀具的开挖半径之间的差值，使得扩径后刀盘刀具的位置分布更加合理，以保证隧道外圈挖掘的有效性。

9、具体的，所述调径结构可以根据隧道挖掘需要设置3组或者4组或者更多组。

10、在某一具体实施方式中，所述刀盘的背面上相邻两个外圈调径刀具的连线中点处设置有转动柱，所述转动柱与两个外圈调径刀具所安装的移动滑块之间均连有支撑杆，所述支撑杆的端部能够绕转动柱转动，两个外圈调径刀具所安装的移动滑块之间还连有稳定杆，所述稳定杆的中点与转动柱之间还连有加强杆；所述支撑杆、稳定杆和加强杆均具有伸缩结构，能够伸长或者缩短。

11、本发明通过在两个调径结构的外圈调径刀具所在移动滑块之间设置上述结构，从而对伸出至刀盘外的移动滑块起到良好的支撑作用，提高整体调径结构在扩径后使用的稳定性。具体的，在调径结构进行同步扩径时，外圈调径刀具朝向刀盘外部运动，稳定杆以及支撑杆的一端随着外圈调径刀具同步运动，支撑杆的另一端绕着转动柱转动，两个支撑杆逐渐形成运动形成一定夹角，与稳定杆形成三角结构，同时加强杆也在不断的伸长，当到达扩径距离后，通过固定组件将支撑杆、稳定杆、加强杆的可转动或者可伸缩结构进行固定，从而对伸出的外圈调径刀具起到良好的固定作用，提高移动架、移动滑块对外圈调径刀具的稳定支撑能力。

12、在某一具体实施方式中，所述调径结构包括两个外圈调径刀具和一个内圈调径刀具，所述内圈调径刀具位于两个外圈调径刀具连线的中线上，所述圆弧形调径槽依次连接外圈调径刀具、内圈调径刀具和外圈调径刀具且一端封闭一端贯穿刀盘边缘。

13、本发明通过将两个外圈调径刀具和一个内圈调径刀具作为一个整体的调径结构，一方面，加长了整个弧形调径结构的长度，使得扩径后弧形调径结构与调径槽之间的接触长度加长，而弧形长度的增加也代表了弧形调径结构整个弧度的增加，从而加强了弧形调径结构与调径槽之间受力的稳定性；另一方面，在扩径后，一个外圈调径刀具伸出刀盘，另一个外圈调径刀具向刀盘中心位置移动，减小了其开挖半径，内圈调径刀具则向远离刀具向刀盘中心位置移动，从而进一步提高两个外圈调径刀具和一个内圈调径刀具的位置交叉度，以覆盖更多的开挖半径。

14、在某一具体实施方式中，所述外圈调径刀具和内圈调径刀具与移动滑块之间可转动连接，所述外圈调径刀具和内圈调径刀具能够沿着移动滑块表面转动，所述外圈调径刀具和内圈调径刀具与移动滑块之间以及移动架与圆弧形调径槽内壁之间均可通过螺栓固定连接。本发明的外圈调径刀具和内圈调径刀具在经过扩径位置移动后，能够沿着移动滑块表面转动，以调整刀具的切割方向与所在圆切线方向平行，调整完成后可以通过高强螺栓等组件将外圈调径刀具、内圈调径刀具、移动架等进行固定。

15、在某一具体实施方式中，圆弧形调径槽的端部切线与外圈调径刀具所在圆的切线相互垂直，以保证外圈调径刀具推出时沿着与切线垂直的方向推出，从而实现外圈调径刀具推出较短长度即可得到理想的扩径距离。

16、在某一具体实施方式中，所述外圈调径刀具所在半径和所述内圈调径刀具所在半径之差为刀盘半径的1/8～1/6。本发明通过对内圈调径刀具和外圈调径刀具的分布间距进行限定，能够进一步保证扩径后外层刀具的稳定性以及破岩能力和均匀性。

17、在某一具体实施方式中，所述刀盘的中心位置处安装有中心刀具，中心刀具外部周围还安装有固定刀具。

18、在某一具体实施方式中，所述中心刀具呈长方形，中心刀具的两端分别只设置有一个与中心刀具长度方向同径的第一固定刀具。

19、在某一具体实施方式中，与中心刀具长度方向非同径的刀盘半径上沿着圆周方向间隔设置一个第二固定刀具和两个第二固定刀具，即以刀盘中心为圆心，其四周的半径路线上，一条半径路线上设置有两个第二固定刀具，相邻一条半径路线上设置有一个第二固定刀具，以此沿着圆周方向依次分布。

20、在某一具体实施方式中，所述一个第二固定刀具所在刀盘上的半径在相邻一侧所述两个第二固定刀具所处的半径之间。

21、在某一具体实施方式中，一个第二固定刀具与两个第二固定刀具中较远的第二固定刀具之间的连线中点和刀盘圆心连线所在半径上设置有第三固定刀具，所述第三固定刀具所在的半径大于内圈调径刀具，且小于外圈调径刀具所在半径。这里指出的只是存在这样的第三固定刀具，并不代表每个所述一个第二固定刀具和较远的第二固定刀具之间均必须设置第三固定刀具，第三固定刀具的具体数量根据实际隧道开挖需求进行设计。

22、本发明通过对刀盘中间区域的固定刀具的位置分布结构进行设计，不仅能够大大的提高刀盘开挖的均匀性，其次，刀具在整个圆周方向以及沿着刀盘的直径方向进行了特殊的刀具分布，能够保证刀盘开挖过程中刀具受力的均匀性，从而避免出现局部刀盘及刀具变形的情况。

23、本发明中仅描述了部分刀具的分布结构，并不代表刀盘上仅有以上刀具，因此是否还设置有其他根据主要根据实际情况进行设计。

24、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

25、1、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，能够快速的实现刀盘开挖直径的调整，同时保证了刀盘的整体稳定性，使一套刀盘可以面对不同隧道直径，极大地降低了隧道开挖的成本；另外通过对刀盘中刀具的合理布局，不仅能够使隧道开挖更加高效，同时进一步提高了刀盘刀具在开挖过程中的安全性和稳定性；

26、2、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，当需要扩大刀盘的开挖直径时，启动液压驱动器从而使移动架带动外圈调径刀具和内圈调径刀具整体一起沿着圆弧形调径槽运动，使得外圈调径刀具伸出刀盘外部，从而实现刀盘开挖直径的扩大；

27、3、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，移动架与圆弧形调径槽能够对外圈调径刀具和内圈调径刀具起到良好的支撑固定作用，而外圈调径刀具虽然移出了圆弧形调径槽，但是仍然能够通过移动架进行有效支撑，而圆弧形调径槽又能够对移动架进行稳定支撑，进而保证在刀盘直径可调控的同时，也可以保证刀盘的整体稳定性；

28、4、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，调径槽设计成圆弧形，扩径后外圈调径刀具、内圈调径刀具和固定连接块之间、移动架和圆弧形调径槽以及刀具和移动架等之间的受力结构更加稳定，更能够保证外圈调径刀具和内圈调径刀具的稳定性；

29、5、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，将内圈调径刀具和外圈调径刀具作为整体调径结构进行外移，不仅保证了外圈调径刀具伸出刀盘后的稳定性，同时能够与同一开挖半径的其他刀具位置形成交叉，也改变了内圈调径刀具的开挖半径和外圈调径刀具的开挖半径之间的差值，使得扩径后刀盘刀具的位置分布更加合理，以保证隧道外圈挖掘的有效性；

30、6、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，圆弧形调径槽的端部切线与外圈调径刀具所在圆的切线相互垂直，以保证外圈调径刀具推出时沿着与切线垂直的方向推出，从而实现外圈调径刀具推出较短长度即可得到理想的扩径距离；

31、7、本发明实施例提供的一种高效破岩的可变径tbm刀盘结构，通过对刀盘中间区域的固定刀具的位置分布结构进行设计，不仅能够大大的提高刀盘开挖的均匀性，其次，刀具在整个圆周方向以及沿着刀盘的直径方向进行了特殊的刀具分布，能够保证刀盘开挖过程中刀具受力的均匀性，从而避免出现局部刀盘及刀具变形的情况。