[发明专利]快速换刀的隧道掘进机

说明书

本发明提供了一种快速换刀的隧道掘进机，包括：刀盘、护盾、推进系统、支撑架、主驱动装置和伸缩油缸；所述护盾为筒状结构，所述护盾的掘进端设置有护盾隔板，所述支撑架沿竖直方向设置在所述护盾内，所述推进系统平行于所述护盾的轴向设置在所述护盾隔板与所述支撑架间，所述护盾隔板中心开设有通孔，所述主驱动装置转动的穿设在所述护盾隔板的通孔内，所述主驱动装置的掘进端固定设置有所述刀盘，所述刀盘上设置有掘进用刀具，所述伸缩油缸的一端固定连接所述主驱动装置，所述伸缩油缸的另一端固定设置在所述支撑架上。本发明设计合理，操作便捷，能够有效提高TBM换刀效率，降低换刀成本，降低换刀操作人员劳动强度，提高工作环境安全程度。

技术领域

本发明涉及隧道掘进机技术领域，特别涉及一种快速换刀的隧道掘进机。

背景技术

隧道掘进机依靠全断面刀盘开挖岩层，刀盘上布置有大量正滚刀、边滚刀、刮刀等不同类型刀具，其中正滚刀和边滚刀是主要破岩刀具。滚刀破岩往往需要很大的破岩载荷，单把刀具的重量也特别大，例如应用广泛的17’滚刀最大设计载荷一般达到可达到20吨，单把滚刀重量达到甚至超过200kg。掘进机开挖隧道过程中，尤其是开挖坚硬岩层时，刀具磨损消耗快，往往需要频繁的换刀，目前岩石掘进机常规换刀过程如图12所示，作业人员需将沉重的刀具从主机外侧通过主驱动中心区域吊运到刀盘内侧下部，刀盘内的换刀人员需在非常狭窄的空间内进行刀具更换，刀具运输路径复杂(如呈“几”字形运输路径)、运输距离长，这直接导致了掘进机换刀作业劳动强度大、换刀时间长、作业安全风险大，换刀作业是导致掘进机长时间停机和施工停止的主要原因。因此，如何提高换刀效率和安全性是掘进机领域面临的突出问题，也是本领域持续追求的目标。

目前提高换刀效率的方法主要有常压换刀技术和机械手换刀技术。常压换刀主要用于大直径泥水盾构机(一般直径12m以上)，原理是将刀盘设计成具有容能够纳换刀作业人员和刀具的空心结构，并安装常压刀具和刀座，主要解决盾构机高水压条件下安全换刀问题。如国内专利“一种常压换刀刀盘”，专利号CN106555594B，公开了一种将常压刀具安装于具有箱体式结构的辐条上的常压刀盘方案，可实现高水压环境下人员常压换刀作业，但该方案无法应用于TBM刀盘和小直径掘进机。机械手换刀技术是采用专门的机械手将刀具运输至刀盘内并完成安装，换刀过程无需人员参与，如国内专利“一种泥水平衡盾构机辅助换刀装置及其使用方法”，专利号CN201610164582.6，但这些换刀系统仍往往尺寸巨大、结构复杂和成本很高，目前仍无实际可用技术。

发明内容

本发明提供了一种快速换刀的隧道掘进机，其目的是为了提升护盾式TBM换刀效率，降低换刀成本。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种快速换刀的隧道掘进机，包括：刀盘、护盾、推进系统、支撑架、主驱动装置和伸缩油缸；所述护盾为筒状结构，所述护盾的掘进端设置有护盾隔板，所述支撑架沿竖直方向设置在所述护盾内，所述推进系统平行于所述护盾的轴向设置在所述护盾隔板与所述支撑架间，所述护盾隔板中心开设有通孔，所述主驱动装置转动的穿设在所述护盾隔板的通孔内，所述主驱动装置的掘进端固定设置有所述刀盘，所述刀盘上设置有掘进用刀具，所述伸缩油缸的一端固定连接所述主驱动装置，所述伸缩油缸的另一端固定设置在所述支撑架上；所述刀盘以刀盘中心为圆心依次设置有主驱动区域、圆形滚刀座安装区域和边缘滚刀区域，所述主驱动区域为刀盘的中心区域，所述圆形滚刀安装区域环设在所述主驱动区域外，所述边缘滚刀区域环设在所述圆形滚刀区域外，所述主驱动区域和边缘滚刀区域上设置有多个矩形滚刀刀座，所述矩形滚刀刀座焊接固定在刀盘本体上用于安装滚刀；所述圆形滚刀座安装区域开设有多个圆形滚刀座安装通道，所述圆形滚刀座安装通道用于安装圆形滚刀座，所述圆形滚刀座内设置有滚刀。

其中，所述主驱动区域的直径为S1，所述圆形滚刀座安装区域的边界直径为S2，所述边缘滚刀区域的直径为S3。