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CN108468551A - 一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的tbm刀盘 - Google Patents

一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的tbm刀盘 Download PDF

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CN108468551A
CN108468551A CN201810468160.7A CN201810468160A CN108468551A CN 108468551 A CN108468551 A CN 108468551A CN 201810468160 A CN201810468160 A CN 201810468160A CN 108468551 A CN108468551 A CN 108468551A
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齐志冲
李坤
宁向可
贺飞
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China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
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China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads
    • E21D9/115—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads with cutting tools mounted pivotably or slidable on the head
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，解决了现有技术中刀盘在高硬度、高耐磨岩石条件下易磨损的问题。本发明包括刀盘主体，刀盘主体上设有中心刀组、边滚刀组和先行刀组，中心刀组位于刀盘主体的中心处，边滚刀组和先行刀组沿径向方向交叉设置在刀盘主体上，刀盘主体上设有激光发射孔和液氮喷射孔，激光发射孔和液氮喷射孔位于先行刀组的一侧且与先行刀组相对应，激光发射孔中设有激光发射头，激光发射头与激光发射装置相连接，液氮喷射孔中设有液氮喷头，液氮喷头与液氮喷射装置相连接。本发明采用新的破岩理论，整个过程降低了岩石对刀具的磨损，延长刀盘使用寿命，提高了工作效率，具有较高的推广价值。

Description

一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘。
背景技术
目前长距离岩石隧道开挖主要应用岩石隧道掘进机（简称TBM），受刀盘结构、空间、刀具承受载荷的限制，在极硬岩、高耐磨条件下掘进时，TBM刀盘表现出很多的不适应性，如刀具无法贯入岩石，刀具磨损速度加快等，导致施工困难，施工工期延长，施工成本升高。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，解决了现有技术中刀盘在高硬度、高耐磨岩石条件下易磨损、施工困难、工作效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，包括刀盘主体，刀盘主体上设有中心刀组、边滚刀组和先行刀组，中心刀组位于刀盘主体的中心处，边滚刀组和先行刀组沿径向方向交叉设置在刀盘主体上，刀盘主体上设有激光发射孔和液氮喷射孔，激光发射孔和液氮喷射孔位于先行刀组的一侧且与先行刀组相对应，激光发射孔中设有激光发射头，激光发射头与激光发射装置相连接，液氮喷射孔中设有液氮喷头，液氮喷头与液氮喷射装置相连接。
所述刀盘主体上设有四组边滚刀组和四组先行刀组，四组边滚刀组和四组先行刀组以刀盘主体的中心为圆心沿径向交叉设置。
所述每组边滚刀组包括若干个滚刀，每组先行刀组包括若干个先行刀，激光发射孔和液氮喷射孔位于先行刀的同一侧，且与先行刀一一对应。
所述四组先行刀组相对应的先行刀位于同一同心圆上，先行刀与相对应的激光发射孔和液氮喷射孔位于同于直线上，激光发射孔位于先行刀和液氮喷射孔之间。
所述四组边滚刀组相对应的滚刀位于同一圆上，相对应的激光发射孔位于同一圆上，滚刀所在的圆与激光发射孔所在的圆属于同心圆，滚刀所在的圆位于相邻激光发射孔所在圆的中间。
本发明采用大功率激光对岩石加热，岩石温度瞬间升高，再采用液氮喷射在高温岩石表面，使岩石温度骤降，形成较大的热梯度，导致岩石产生裂纹甚至崩落，岩体内部裂纹增多，岩石完整性指数下降。再采用滚刀对未崩落的岩石挤压二次破碎，最终岩石剥落。本发明采用新的破岩理论，整个过程大大降低了岩石对刀具的磨损，延长刀盘使用寿命，提高了工作效率，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为本发明整体结构示意图。
图2为本发明滚刀与激光发射孔布置示意图。
具体实施方式
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付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。
如图1-2所示，实施例1，一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，包括刀盘主体1，刀盘主体为圆盘型，刀盘主体1上设有中心刀组2、边滚刀组3和先行刀组4，中心刀组和先行刀组用于一级破碎，边滚刀组用于二级破碎，中心刀组2位于刀盘主体1的中心处，主要对中心岩石的切削，边滚刀组3和先行刀组4沿径向方向交叉设置在刀盘主体1上，边滚刀组3和先行刀组4以刀盘主体1的中心为圆心呈发散状设置，其交替设置，便于边滚刀组对岩石的切削。刀盘主体1上设有激光发射孔5和液氮喷射孔6，激光发射孔5和液氮喷射孔6位于先行刀组4的一侧且与先行刀组4相对应，激光发射孔5中设有激光发射头7，激光发射头7与激光发射装置相连接，液氮喷射孔6中设有液氮喷头8，液氮喷头8与液氮喷射装置相连接。工作时，当岩石石英含量较高时，采用大功率激光通过激光发射头对岩石加热，（经激光照射后，岩石内部温度升高到600度以上，内部石英成分被破坏，产生裂纹），岩石温度瞬间升高，再利用液氮通过液氮喷头喷射在高温岩石表面，使岩石温度骤降，如此形成较大的热梯度，导致岩石产生裂纹甚至崩落，岩体内部裂纹增多，岩石完整性指数下降。然后再采用滚刀对未崩落的岩石挤压二次破碎，最终使岩石剥落，达到快速切削的目的，刀盘上先行刀、激光、液氮、滚刀的先后工作次序，从而决定了刀盘的特有结构。
实施例2，一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，所述刀盘主体1上设有四组边滚刀组3和四组先行刀组4，边滚刀组和先行刀组的组数可根据需要进行设计，四组边滚刀组3和四组先行刀组4以刀盘主体1的中心为圆心沿径向交叉设置，一组边滚刀组位于两组先行刀组之间，呈发散状设置。所述每组边滚刀组3包括若干个滚刀，每组先行刀组4包括若干个先行刀，激光发射孔5和液氮喷射孔6位于先行刀的同一侧，且与先行刀一一对应，行刀起到清除激光发射孔前方渣石、保护激光发射装置的作用。所述四组先行刀组4相对应的先行刀位于同一同心圆上，即相应位置的先行刀分别位于不同直径的同心圆上，先行刀与相对应的激光发射孔5和液氮喷射孔6位于同于直线上，即激光发射孔和液氮喷射孔与相对应的先行刀处于同一轨迹上，激光发射孔5位于先行刀和液氮喷射孔6之间。
进一步，所述四组边滚刀组3相对应的滚刀位于同一圆上，即不同位置的相应的滚刀处于不同直径的同心圆上，相对应的激光发射孔5位于同一圆上，滚刀所在的圆与激光发射孔5所在的圆属于同心圆，滚刀所在的圆位于相邻激光发射孔5所在圆的中间，即展开来看，滚刀的刀刃位于上下相邻两激光发射孔的中间直线上，起到快速、全面的破岩效果。
其他结构与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，其特征在于：包括刀盘主体（1），刀盘主体（1）上设有中心刀组（2）、边滚刀组（3）和先行刀组（4），中心刀组（2）位于刀盘主体（1）的中心处，边滚刀组（3）和先行刀组（4）沿径向方向交叉设置在刀盘主体（1）上，刀盘主体（1）上设有激光发射孔（5）和液氮喷射孔（6），激光发射孔（5）和液氮喷射孔（6）位于先行刀组（4）的一侧且与先行刀组（4）相对应，激光发射孔（5）中设有激光发射头（7），激光发射头（7）与激光发射装置相连接，液氮喷射孔（6）中设有液氮喷头（8），液氮喷头（8）与液氮喷射装置相连接。
2.根据权利要求1所述的用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，其特征在于：所述刀盘主体（1）上设有四组边滚刀组（3）和四组先行刀组（4），四组边滚刀组（3）和四组先行刀组（4）以刀盘主体（1）的中心为圆心沿径向交叉设置。
3.根据权利要求2所述的用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，其特征在于：所述每组边滚刀组（3）包括若干个滚刀，每组先行刀组（4）包括若干个先行刀，激光发射孔（5）和液氮喷射孔（6）位于先行刀的同一侧，且与先行刀一一对应。
4.根据权利要求3所述的用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，其特征在于：所述四组先行刀组（4）相对应的先行刀位于同一同心圆上，先行刀与相对应的激光发射孔（5）和液氮喷射孔（6）位于同于直线上，激光发射孔（5）位于先行刀和液氮喷射孔（6）之间。
5.根据权利要求2或3所述的用于高硬度、高耐磨岩石条件下的TBM刀盘，其特征在于：所述四组边滚刀组（3）相对应的滚刀位于同一圆上，相对应的激光发射孔（5）位于同一圆上，滚刀所在的圆与激光发射孔（5）所在的圆属于同心圆，滚刀所在的圆位于相邻激光发射孔（5）所在圆的中间。
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