[发明专利]一种可实时变径扩挖的掘进机刀盘及其偏心开挖方法

说明书

本发明公开了一种可实时变径扩挖的掘进机刀盘及其偏心开挖方法，解决了现有技术中TBM刀盘不易变径、且不能进行偏心开挖的问题。本发明包括刀盘本体，刀盘本体的前面板上设有开挖刀具，还包括固定在盾体内的偏心架，所述偏心架上设有旋转件，旋转件上设有铣挖头，铣挖头通过连杆机构分别与刀盘本体、旋转件相连接。本发明在常规洞径基础上，仅对隧洞顶部区域进行一定范围扩挖，通过对偏心架偏心量的调节和不同尺寸铣挖头的更换，可以实现不同扩挖量的调整，该扩挖功能在TBM正常掘进过程中即可实现，方便、快捷，提高开挖效率。

技术领域

本发明涉及掘进机刀盘技术领域，特别是指一种可实时变径扩挖的掘进机刀盘及其偏心开挖方法。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机（TBM）广泛应用于铁路、水利等隧道工程。TBM通过刀盘旋转带动滚刀滚压岩石实现隧道开挖，其开挖断面主要为圆形断面。由于隧道施工环境极其恶劣，尤其是在断层、破碎带、软弱围岩大变形等不良地质，TBM面临卡机、侵限等风险，一般可通过TBM扩挖进行处理。但是常规TBM扩挖需要对刀盘刀具进行大量调整，同时需要进行刀盘抬升避免由于底部扩挖造成的主机“载头”问题，其扩挖功能实现难度较大，操作过程不方便。

目前增大刀盘开挖直径有两种方式，一是更换刀盘，或者更换分块刀盘的边块，这种措施操作起来非常困难，涉及刀盘运输、空间、吊装等一系列的问题，耗费时间长，费用高，需有条件才能实施；另一种就是刀盘本身具备扩挖能力，无需对刀盘进行大的改动，即可实现刀盘开挖直径的增大，如申请号为201910540619.4的一种模块化可变径扩挖的TBM刀盘，上述刀盘虽然能实现变径，但是其结构复杂，伸缩过程负载较大，且不能进行偏心开挖，且掘进效率低。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种可实时变径扩挖的掘进机刀盘及其偏心开挖方法，解决了现有技术中TBM刀盘不易变径、且不能进行偏心开挖的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种可实时变径扩挖的掘进机刀盘，包括刀盘本体，刀盘本体的前面板上设有开挖刀具，还包括固定在盾体内的偏心架，所述偏心架上设有旋转件，旋转件上设有铣挖头，铣挖头通过连杆机构分别与刀盘本体、旋转件相连接。

所述偏心架的中心轴线位于刀盘本体中心轴线的正上方，偏心架的偏心距离e＞0。

所述旋转件包括转动设置在偏心架上的滑动轴承，连杆机构均布在滑动轴承的外圆周上。

所述连杆机构包括前连接杆和后连接杆，所述后连接杆的上部设有液压马达，液压马达的输出轴上设有铣挖头，后连接杆的下部与滑动轴承铰接，前连接杆的一端与刀盘本体铰接、另一端与铣挖头铰接。

所述滑动轴承的外圈面上设有销轴座，后连接杆通过第三销轴与销轴座铰接；所述前连接杆一端通过第一销轴与刀盘本体铰接、另一端通过第二销轴与铣挖头铰接。

所述铣挖头位于刀盘本体后方，铣挖头通过连杆机构随刀盘本体转动的同时进行沿刀盘径向的伸缩运动。

所述开挖刀具为滚刀。

一种可实时变径扩挖的掘进机刀盘的偏心开挖方法，步骤如下：

S1：根据需要扩挖的最大距离，确定偏心架的偏心距离e；

S2：掘进机掘进过程中，刀盘本体在刀盘主驱动的作用下转动，开挖刀具和铣挖头同时破岩；

S3：在步骤S2中，刀盘本体上的开挖刀具对掌子面进行圆形隧道开挖；同时，液压马达带动铣挖头自转，铣挖头通过连杆机构随刀盘本体转动，对圆形隧道上部进行偏心扩挖。

在步骤S3中，刀盘本体旋转通过前连接杆带动铣挖头相应运动；后连接杆的一端随着铣挖头运动、另一端牵动滑动轴承绕偏心架转动；同时在铣挖头随着刀盘转动过程中，液压马达带动铣挖头进行自转，实现对周围岩石的开挖，位于最顶部的扩挖距离为2e，位于最底部的扩挖距离为0，实现对圆形隧道的偏心扩挖。