[发明专利]用于隧道钻机的夹持环切刀组件

说明书

切刀组件(100)包括：盘式子组件(110)，该盘式子组件(110)通过轴承组件(104A，104B)而可旋转地安装在轴(102)上；以及端部保持器(106A，106B)。盘式子组件包括：第一轮毂部件(120)，该第一轮毂部件(120)有容纳轴承组件的管形部分(123)以及外部凸缘部分(121)；第二轮毂部件(130)，该第二轮毂部件(130)与管形部分滑动接合；以及环形切刀环(140)，该环形切刀环(140)优选由工具钢形成，并可选地形成为多个段(140A、1401B)。第一和第二轮毂部件限定了槽道，该槽道接收和夹持地接合切刀环的矩形内部基部部分。夹持力由多个螺栓提供，这些螺栓连接第一和第二轮毂部件，第一轮毂部件的凸缘部分保持与第二轮毂部件分开间隙(S)。在一个实施例中，切刀环包括碳化物芯。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.62/249022的优先权，该美国临时专利申请No.62/249022的申请日为2015年10月30日，该文献的内容被本文参引。

背景技术

隧道钻机(“TBM”)是用于建造穿过土壤和岩石地层的隧道的隧道挖掘装置。现代的TBM产生光滑的圆形隧道墙，通常有最小的附加扰动。使得TBM高效可靠的突破是由JamesS.Robbins开发的可旋转的切刀组件的发明，它设置成安装在旋转切刀头上。先前的TBM使用在旋转头部上刚性安装的尖钉，这些尖钉定位成与地接合并且钻孔。不过，刚性安装的尖钉经常断裂，从而导致频繁的昂贵的TBM停机。Robbins发现，通过用可旋转的切刀组件来代替刚性尖钉，TBM的可靠性大大提高。从那以后，成功的现代TBM有可旋转的切刀组件。

现代的TBM使用旋转切刀头，该旋转切刀头有安装于其上的可旋转的盘式切刀组件。切刀头通过较大推力而压靠在目标表面上，例如使用多个液压缸或其它机械促动器，以使得切刀组件与该表面接合。当切刀头旋转时，可旋转的切刀组件将使材料破裂、压碎和/或松动，该材料再在TBM前进时由TBM送出，以便钻探隧道。

图1是用于隧道钻机(TBM，未示出)的现有技术切刀组件80的剖视图。例如，见Friant等人的美国专利No.5904211，该文献整个被本文参引。切刀组件80包括轴81，该轴81设置成固定地附接在TBM旋转切刀头上。环形切刀环82(有时称作切刀盘)通过在轮毂83和切刀环82之间的过盈配合而附接在轮毂83上，并通过保持器环84来定位，以便形成环组件85。环组件85通过一对轴承组件而可旋转地安装在轴81上，在该实施例中，该轴承组件包括内部轴承座圈87、外部轴承座圈88和多个锥形滚柱轴承89。端部保持器90、91布置在轴承组件的两侧。在操作过程中，环组件85可绕轴81旋转，且端部保持器90、91固定在轴81上。

旋转密封件组92设置在每个端部保持器90、91和环组件85之间的交界面处。旋转密封件组92是机械面密封件，也称为双锥体密封件。为了保护在最不利条件下工作的设备，开发了机械面密封件，该机械面密封件包括一对环形金属密封环93和一对弹性复曲面部件94(例如O形环)。外部金属密封环93通过复曲面部件94而与相关的端部保持器90或91接合并固定，且相关的内部金属密封环93通过复曲面部件94而与环组件85接合并旋转。两个相关金属密封环93相抵，以便形成在它们之间的运动密封交界面。通常，在端部保持器90、91之间的可用内部容积由润滑剂来填充，例如油或油脂。旋转密封件组92提供了密封件，以便防止污物侵入，污物侵入可能损坏或破坏轴承组件。

Narvestad的美国专利No.7017683公开了一种TBM切刀组件结构的可选方案。Narvestad公开了一种安装在管形切刀本体上的分开的切刀环，该切刀本体有在一侧上的倾斜表面，该倾斜表面接收切刀环的相应倾斜基部。具有倾斜内表面的夹持环与切刀环相对地通过螺纹紧固在管形切刀本体上，以便将切刀环的较宽基部捕获在燕尾形结构中。Narvestad公开的切刀环结构包括相对较大的厚重的基部，因此切刀环保持相对较高的成本。

还需要改进用于隧道钻机的切刀组件。

发明内容