[发明专利]一种自动力防偏磨盾构滚刀

说明书

本发明涉及一种自动力防偏磨盾构滚刀，包括刀轴、刀体和安装于刀体上的刀圈，还包括安装于刀轴中部的承力装置以及对称安装于承力装置两端的防偏磨装置；刀体安装于承力装置与防偏磨装置的外圈；承力装置包括滚轮和第一轴承，滚轮安装于刀轴上并能随刀轴同步转动，第一轴承安装于滚轮上、位于滚轮与刀体之间；防偏磨装置包括弹性件、棘爪和棘轮，弹性件一端与刀轴固定连接、另一端与棘爪固定连接，棘轮安装于刀体内并能随刀体同步转动，棘轮的内缘设置与棘爪适配的齿形凹槽。本发明在承力装置两端设置防偏磨装置，有效避免了滚刀发生偏磨现象，延长滚刀切削寿命，减少换刀次数，避免了由于滚刀偏磨而造成的刀圈损坏等事故，有效减少了工程成本。

技术领域

本发明涉及地下工程施工应用的盾构刀具技术领域，具体涉及一种自动力防偏磨盾构滚刀。

背景技术

进入21世纪以来，我国隧道工程急剧增多，盾构法以其机械化程度高、掘进速度快、适应能力强、安全高效等特点而成为隧道工程施工的主要方法。滚刀作为地层开挖的承担者，直接反映着机械--土/岩层的适配性，而滚刀能否正常进行切削作业直接影响着施工效率及成本。正常情况下，盾构机掘进过程中，滚刀在掌子面提供的摩擦力作用下沿刀轴进行自转，发生均匀磨损，滚刀圆周磨损程度大致相同，当磨损值较大时即需进行刀具更换维修。然而，在实际掘进过程中，盾构机在软硬不均或较软地层掘进过程中常常由于土体过软而无法为滚刀提供足够的自转摩擦动力，而土体进入刀箱也易卡死滚刀，从而使得滚刀在某一/几个方向磨损值远远大于其他方向，即发生滚刀偏磨。滚刀偏磨更换刀具时，刀圈与均磨时相比整体磨损体积较小，滚刀切削寿命大大缩短，同时滚刀偏磨时常常磨损值较大，往往伴随有刀圈掉落、刀体磨损等诸多现象，降低盾构机掘进效率，提高施工成本，影响施工进度。

现有技术中，常常通过在滚刀刀圈镶入高强度耐磨刀齿，掘进时通过刀齿增大滚刀与软土地层的摩擦力，从而确保滚刀进行自转，然而镶齿滚刀的镶齿材料一般为镍钴合金等高强合金，价格高昂，工艺复杂，同时在软硬不均地层掘进过程中，随着刀齿裸露程度的增大，极易发生掉齿现象，不利于盾构掘进，同时镶齿滚刀常常出现由于石块、孤石撞击而使得刀圈变形，无法进行自转，发生严重偏磨，影响滚刀正常切削工作。

鉴于现存的盾构机滚刀存在上述缺陷，难以确实防止滚刀发生偏磨从而保障滚刀正常完成切削工作。因此，有必要开发出具有较好防偏磨效果的自动力防偏磨盾构滚刀。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有盾构机滚刀容易发生偏磨的问题，提供一种实用性高、适用范围广、防偏磨性能好的自动力防偏磨盾构滚刀，它能够减少实际施工中滚刀偏磨现象，改善滚刀性能，延长滚刀切削寿命。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种自动力防偏磨盾构滚刀，包括刀轴、刀体和安装于所述刀体上的刀圈，还包括安装于所述刀轴中部的承力装置以及对称安装于所述承力装置两端的防偏磨装置；所述刀体安装于承力装置与防偏磨装置的外圈；所述承力装置包括滚轮和第一轴承，所述滚轮安装于所述刀轴上并能随刀轴同步转动，所述第一轴承安装于滚轮上、位于滚轮与刀体之间；所述防偏磨装置包括由内至外依次设置的弹性件、棘爪和棘轮，所述弹性件一端与刀轴固定连接、另一端与棘爪固定连接，棘轮固定安装于所述刀体内并能随刀体同步转动，棘轮的内缘设置与棘爪适配的齿形凹槽；当棘轮角速度大于刀轴角速度时，棘爪在棘轮作用下收缩，弹性件处于压缩状态；而当棘轮角速度小于刀轴角速度时，棘爪在弹性件作用下外伸，与棘轮的齿形凹槽咬合，带动棘轮进行旋转，以避免滚刀出现偏磨现象。

上述方案中，所述弹性件与棘爪沿所述刀轴的周向均匀设置多组。

上述方案中，所述刀轴包括位于刀体内部的支承段和外露的夹持端，所述支承段的横截面为正N边形，N＝4～8，正N边形支承段的每一个侧面都设置一组弹性件与棘爪；夹持端与外部动力机构相连。

上述方案中，所述支承段的横截面为正六边形。