[发明专利]激光全断面岩石掘进机刀盘设计方法

摘要

本发明属于全断面岩石掘进机掘进技术领域，提供了一种激光全断面岩石掘进机刀盘设计方法。本发明采用激光与高压水射流联合破岩，由于刀盘破方式已经不依赖于滚刀与岩石的滚压作用，因此将传统刀盘上的幅板去除，并将激光装置与高压水枪分别用不同轴驱动，在激光处理完岩后立即用高压水枪对岩石面进行喷射，随后再利用边缘刮刀对残余岩石进行处理，以此达到破岩的目的。由于刀盘大部分时间不与岩石面接触，因此与传统刀盘相比，其振动幅度能极大的降低，高压水流的存在能够有效的清除熔渣与岩渣并降低由于激光引起的高温，由于刀盘不具有幅板，因此夹带废渣的水流能够很方便的排出工作区。

主权项

1.一种掘进机刀盘结构的设计方法，其特征在于，将传统掘进机刀盘辐条上原有滚刀的位置用高压水枪(3‑4)作替换，改变了传统掘进机刀盘中心部位的结构，在传统掘进机刀盘的中心部位增设一个用于连接辐条的辐条盘(2)，并在辐条盘(2)的中心设有激光盘(1)；掘进机刀盘包括激光盘(1)、辐条盘(2)、辐条(3)和辐条盘座(4)；辐条盘(2)上安装有辐条(3)；辐条(3)的布置按照等角度布置，使掘进机刀盘径向的受力平衡，保证隧道挖掘过程中挖掘方向的稳定性；激光盘(1)安装于辐条盘(2)以及辐条盘座(4)的中心，辐条盘(2)与辐条盘座(4)用螺钉连接；激光盘(1)的厚度等于辐条盘(2)与辐条盘座(4)的厚度之和，即激光盘(1)位于辐条盘(2)的空心圆柱内，激光盘(1)与辐条盘座(4)由2个不同的驱动轴分别驱动，辐条盘座(4)的驱动轴为空心轴，其内部装有激光盘(1)的驱动轴，两驱动轴单独驱动，使高压水枪(3‑4)与激光发生器(1‑1)的工作时刻错开；激光盘(1)的正面安装有数个激光发生器(1‑1)，以激光盘(1)的中心为螺旋线中心，激光发生器(1‑1)在激光盘(1)上呈螺旋线分布，从螺旋线的中心向外侧，每两个激光发生器(1‑1)间的距离逐渐增大；激光发生器(1‑1)与激光盘(1)盘面呈一定的角度布置，使激光发生器(1‑1)所切割的岩石半径不受激光盘(1)半径的限制，随着岩石表面与掘进机刀盘距离的增大，激光发生器(1‑1)所切割的岩石半径也相应增大；其中每个激光发生器(1‑1)所切割的岩石半径r由公式(1)确定：其中：r为激光发生器(1‑1)所能切割的岩石半径，r0为激光发生器(1‑1)到激光盘(1)中心的距离，d为掘进机刀盘与待切割岩石表面间的距离，θ为激光发生器(1‑1)与激光盘(1)的夹角；在激光盘(1)的背面设置有激光盘传输孔(1‑4)，激光盘传输孔(1‑4)用于激光发生器(1‑1)与外界电源的连接通道；激光盘(1)的背面与其驱动轴的连接设有用于定位与联接的激光盘螺纹孔(1‑2)以及传递驱动力的激光盘传力槽(1‑3)；高压水枪(3‑4)内部设有储水箱(3‑5)，在辐条(3)的背部开有两水箱入水孔(3‑11)，在水箱正面开有水箱出水孔(3‑6)，其个数与高压水枪(3‑4)数量相同，高压水枪(3‑4)与水箱出水孔(3‑6)间用塑胶软管连接；辐条前板(3‑3)与辐条其他部分的连接利用前板螺钉(3‑8)连接；辐条盘座(4)整体为圆形凸台，其凸台中心的空心圆柱尺寸与辐条盘(2)中心的空心圆柱相同，用于安装激光盘(1)，辐条盘座(4)中的圆形凸台与辐条盘(2)进行连接，辐条盘座(4)底部与驱动轴联接，在辐条盘座(4)底部设置有围绕圆心等角度分布的辐条盘座固定孔(4‑1)，用于连接掘进机的动力装置，辐条盘座固定孔(4‑1)的数量依据实际工况确定；在辐条盘座(4)的盘底开有辐条盘座传力槽(4‑2)，用于与驱动轴相连，传递驱动力矩。