[发明专利]一种振动冲击辅助破碎岩石的TBM刀盘及其布置方法

说明书

本发明公开了一种振动冲击辅助破碎岩石的TBM刀盘，包括刀盘面板，刀盘面板上设有滚刀，滚刀包括正滚刀、中心刀和边滚刀，刀盘面板的空白区域上设有若干个振动冲击模块，每一个振动冲击模块均包括冲击杆、电磁激振器、滚轮心轴、冲击滚轮，冲击杆的一端穿出刀盘面板上开设的冲击杆孔与电磁激振器的输出端连接，冲击杆的另一端通过滚轮心轴与冲击滚轮连接，冲击滚轮能够绕滚轮心轴转动。解决了现有技术中TBM破碎硬岩时效率低以及滚刀磨损严重的问题。本发明能够提供高频振动冲击载荷辅助滚刀滚压破岩，能够提高滚刀破岩效率，降低滚刀磨损。

技术领域

本发明涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种振动冲击辅助破碎岩石的TBM刀盘及其布置方法。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)是开掘长距岩石隧道的首选装备，由于其具有安全可靠、环境影响小、劳动强度低、掘进速度快等优点，广泛应用在山体隧道、引水工程和高速铁路等领域。TBM的作业对象通常为中硬岩石，刀盘刀具的破岩效率是影响TBM掘进性能的关键因素。

刀盘是TBM的关键部件，具有破岩掘进、稳固掌子面、排出岩碴的功能。现有TBM的破岩机理为：刀刃挤压岩石，迫使侧向裂纹贯通，使刀间岩石以片状岩碴的形式破碎。然而在硬岩条件下，该破岩方式往往不足以顺利破碎岩石，从而造成破岩掘进效率低、滚刀磨损消耗严重的问题。由于滚刀价格昂贵、更换较为复杂，而且必须停机更换，因此严重的滚刀磨损消耗所造成的频繁停机换刀，势必会提高掘进成本，延缓施工进度。

张春光等人在专利号为CN103244119A，专利名称为“高压水射流在掘进机刀盘中的布置方法和结构”中，提出了一种使用高压水射流辅助破碎岩石的新式刀盘，即在现有刀盘的空白处布置若干高压水喷嘴。这种结构的实现需要在刀盘后端配套大型高压水泵站，提高了TBM刀盘的复杂程度和制造难度。

夏毅敏等人在专利号为CN103969141A，专利名称为“一种硬岩滚刀破岩特性测试装置”中，提出了一种多功能全尺度滚刀破岩试验台，该试验台可用于开展滚刀滚压冲击复合破岩试验，其实现过程为在刀座及其配套的三向力传感器上方连接一个冲击液压缸，冲击液压缸产生的冲击力通过滚刀刃直接作用在岩石上。由于实际TBM刀盘上的滚刀承受着巨大的载荷，因此滚刀必须刚性牢固地安装在TBM刀盘上，因此上述专利的这种柔性安装、并在刀箱上施加振动的方式，不宜实际应用在TBM上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振动冲击辅助破碎岩石的TBM刀盘及其布置方法，解决了现有技术中TBM破碎硬岩时效率低以及滚刀磨损严重的问题。本发明能够提供高频振动冲击载荷辅助滚刀滚压破岩，能够提高滚刀破岩效率，降低滚刀磨损。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种振动冲击辅助破碎岩石的TBM刀盘，包括刀盘面板，刀盘面板上设有滚刀，滚刀包括正滚刀、中心刀和边滚刀，刀盘面板的空白区域上设有若干个振动冲击模块，每一个振动冲击模块均包括冲击杆、电磁激振器、滚轮心轴、冲击滚轮，冲击杆的一端穿出刀盘面板上开设的冲击杆孔与电磁激振器的输出端连接，冲击杆的另一端通过滚轮心轴与冲击滚轮连接，冲击滚轮能够绕滚轮心轴转动。

更进一步地，本发明的特点还在于：

电磁激振器紧贴刀盘面板的后侧设置，电磁激振器与刀盘面板之间设有第一减振块。

冲击杆孔的前部设有导环，导环包括滑环和套设在滑环外的第二减振块，滑环固定设置在冲击杆和冲击杆孔的间隙处，滑环与冲击杆孔同轴设置，冲击杆能够穿过滑环，第二减振块与刀盘面板的前侧固定连接。

冲击滚轮的顶部高度与滚刀刃的包络面高度一致。

振动冲击模块设置在相邻滚刀的切痕之间所对应的刀盘空白区域上。

冲击滚轮的宽度小于相邻滚刀切痕间距的一半。