一种新型TBM滚刀刀圈.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113605909A(43)申请公布日2021.11.05(21)申请号202110874291.7(22)申请日2021.07.30(71)申请人西南交通大学地址610038四川省成都市二环路北一段111号申请人中铁工程服务有限公司(72)发明人张蒙祺莫继良周仲荣勾斌段文军章龙管牟松苏叶茂(74)专利代理机构成都智言知识产权代理有限公司51282代理人李勇(51)Int.Cl.E21D9/087(2006.01)E21D9/11(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图9页(54)发明名称一种新型TBM滚刀刀圈(57)摘要本发明公开了一种新型TBM滚刀刀圈，属于TBM滚刀领域，针对现有技术中常用盘形平头滚刀岩石的接触面积大，岩石过度破碎，破岩比能高的问题，包括刀圈基体，所述刀圈基体中心开设有刀毂安装孔，外缘加工有刃口；所述刃口两侧加工有主刃；所述刃口绕刀圈轴线均匀开设有泄压槽；所述泄压槽之间形成刃齿；所述刃齿两边形成副刃，其目的在于，减小滚刀刀圈与岩石的接触面积，降低刀盘的推力，改变密实核形状和应力分布，减少岩石的过渡破碎体积，降低滚刀破岩比能，提高破岩效率。CN113605909ACN113605909A权利要求书1/1页1.一种新型TBM滚刀，其特征在于，包括刀圈基体(1)，所述刀圈基体(1)中心开设有刀毂安装孔(2)，外缘加工有刃口(7)；所述刃口(7)两侧加工有主刃(3)；所述刃口(7)绕刀圈轴线均匀开设有泄压槽(4)；所述泄压槽(4)之间形成刃齿(5)；所述刃齿(5)两边形成副刃(6)。2.根据权利要求1所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述泄压槽(4)的截面包括矩形、梯形或者弧形。3.根据权利要求1所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述泄压槽(4)是按照与刀毂安装孔(2)同轴的螺旋线形式开设的螺旋槽，其均匀分布于刀圈基体(1)的外周面上，使刀圈与岩面接触面积更小。4.根据权利要求3所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述泄压槽(4)的槽数Z为10～18、螺旋角β为30～80°、宽度B<T×(cos((π/2)‑β))，其中T为滚刀刃宽、相邻沟槽夹角为20～36°。5.根据权利要求1所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述刀圈基体(1)采用40CrNiMo或者4Cr5MoSiV1制成。6.根据权利要求1所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述刃齿(5)的每个根部棱边经过圆角处理。7.根据权利要求6所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述刃齿(5)与岩石的接触面为均匀分布的菱形，其齿数Z′为10～18、锐角α′为10～60°、宽度B′为>(πD/Z′)×(sinα′)‑T×(cos((π/2)‑β))相邻沟槽夹角为20～36°，以保证滚刀与岩石始终连续接触。8.根据权利要求1和权利要求4所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述刀圈基体(1)和泄压槽(4)通过模锻加工成型。9.根据权利要求1所述的一种新型TBM滚刀，其特征在于，所述刀圈基体(1)和刃齿(5)通过热处理和WC涂层进行强化。2CN113605909A说明书1/5页一种新型TBM滚刀刀圈技术领域[0001]本发明属于TBM刀具技术领域，尤其涉及一种新型TBM滚刀刀圈。背景技术[0002]全断面隧道掘进机(TBM)，是一种隧道掘进的专用工程机械，具有安全开挖和衬砌，掘进速度快；推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动等优点，已广泛用于铁路、公路、市政、水电等隧道工程。据有关统计，刀具直接或间接带来的费用占到盾构法隧道总施工成本的1/3左右，因此探究刀具对盾构法施工相当重要。滚刀是TBM(TunnelBoringMachine，全断面隧道掘进机)上切削破碎岩石的主要刀具，通常呈螺旋线安装布置在刀盘上，在TBM掘进过程中，随刀盘公转，同时在岩石等的摩擦作用下绕自身轴线自转。滚刀在刀盘推力和扭矩共同作用下压紧岩石面，当接触压力超过岩石的强度时，岩石形成碎片崩落。而目前常用的滚刀盘形常截面平头滚刀(CCS)，与岩石的接触面积大，造成刀盘推力大，岩石过度破碎，破岩比能高，刀盘推进效率低，工程造价高。[0003]通过前期跟踪盾构掘进施工情况结合大量文献调研分析发现，现已有部分高校和企业对新型TBM滚刀刀圈的设计展开研究，并已取得了较可观的成果，但在TBM滚刀刀圈的研究工作上仍然存在一些局限性：[0004]1.盾构机掘进时，TBM刀盘上的滚刀随刀盘转动发生公转，同时绕滚刀轴自转，且在不考虑堵转即纯滑动(如滚刀弦磨)的情况下自转线速