[发明专利]高压水射流全断面岩石掘进机刀盘设计方法

摘要

本发明高压水射流全断面岩石掘进机刀盘设计方法属于全断面岩石掘进机掘进技术领域，涉及一种高压水射流全断面破岩掘进机刀盘设计方法。设计方法中,刀盘整体布局采用结构完全相同的两个同步旋转的十字形辐条布局形式的刀盘，第二刀盘相对第一刀盘逆时针旋转45°安装，每个刀盘由五个部件构成。设计方法改变了传统的TBM刀盘整体式的滚刀结构,采用两个十字形辐条布局，通过四辐条上水射流的冲击以及刀具的旋转挤压来进行岩石破碎，利用了水射流加工效率高、能耗低、易于实现的特点，利用高压水使岩石产生裂纹并扩展甚至破碎，减小了刀具破碎岩石的阻力，增长刀具的寿命。

主权项

1.一种高压水射流全断面岩石掘进机刀盘设计方法,其特征在于，刀盘设计方法中,刀盘整体布局采用结构完全相同的两个同步旋转的十字形辐条布局形式的刀盘：第一刀盘(1)和第二刀盘(2)；两个刀盘中心处于一条直线上，中心距为定值(a),且第二刀盘(2)相对第一刀盘(1)逆时针旋转45°安装；每个刀盘由五个部件构成：左幅条部件(Ⅰ)、上辐条部件(Ⅱ)、中心座部件(Ⅲ)、下辐条部件(Ⅳ)以及右幅条部件(Ⅴ)；五个部件的布局形式是：左幅条部件(Ⅰ)安装在中心座部件(Ⅲ)的左边，右幅条部件(Ⅴ)安装在中心座部件(Ⅲ)的右边，上辐条部件(Ⅱ)安装在中心座部件(Ⅲ)的上方，下辐条部件(Ⅳ)安装在中心座部件(Ⅲ)的下方，部件之间均采用焊接的方式固定；上、下、左、右四个幅条部件中的四个上、下、左、右壳体端部内分别安装一个伸缩头，每个伸缩头侧边布置有安装了边刀具的边刀座；通过液压驱动控制伸缩头的位置；四个上、下、左、右壳体内油缸(4)的安装方式一致，油缸(4)通过螺钉固定在壳体内部，带动伸缩头运动的活塞杆与伸缩头之间通过销轴(3)联接；上辐条部件(Ⅱ)与下辐条部件(Ⅳ)两个部件中分别布置n和n+1个高压水喷嘴，使高压出水口位置距离刀盘回转中心的距离不一致，以便在切割岩石时形成均匀的螺旋线，具体数目依据实际情况而定；所有高压水喷嘴下面连接高压软管，高压软管负责输送高压水，连接后面的高压水出水装置；左幅条部件(Ⅰ)与右幅条部件(Ⅴ)两个部件中分别布置了装有m个幅条刀具的刀座，具体数目依据实际情况而定；刀盘设计方法采用的刀盘具体结构如下：在左幅条部件Ⅰ中，装有左幅条刀具的第一、第二…、第m个刀座(Ⅰ1、Ⅰ2、……、Ⅰm)，分别焊接在第一、第二、……、第m个盖板(Ⅰa、Ⅰb、……)上，即一个盖板安装一个刀座；每一个盖板与左壳体(Ⅰg)采用螺钉联接；左壳体(Ⅰg)内装有左伸缩头(Ⅰ6)，安装有边刀具的左刀座(Ⅰ7)焊接在左伸缩头(Ⅰ6)左侧面上，左伸缩头(Ⅰ6)上面采用螺钉联接第一左盖板(Ⅰa)，左伸缩头(Ⅰ6)右侧与油缸(4)通过销轴(3)联接，油缸(4)通过螺钉联接固定在左壳体(Ⅰg)中，后盖板(Ⅰf)通过螺钉安装在左壳体(Ⅰg)上；在右幅条部件(Ⅴ)中，安装方式与左幅条完全相同，同样采用一个盖板安装一个刀具的方式布置刀具，但两个部件中，所有刀具距离刀盘回转中心的距离均不相同，以避免刀盘旋转后的重复切割；在上辐条部件(Ⅱ)中，装有上辐条刀具的上刀座(Ⅱ1)和第一、第二上盖板(Ⅱa、Ⅱb)，第一上盖板(Ⅱa)上加工有n个安装高压水喷嘴的凹槽，n个高压水上喷嘴(Ⅱc)置于凹槽中，并通过螺钉固定在第一上盖板(Ⅱa)上；上盖板(Ⅱa)与上壳体(Ⅱg)采用螺钉联接，上壳体(Ⅱg)内装有上伸缩头(Ⅱ3)，上伸缩头(Ⅱ3)上方焊接上刀座(Ⅱ2)，上盖板(Ⅱb)通过螺钉与上壳体(Ⅱg)连接固定，油缸(4)通过销轴(3)与上伸缩头(Ⅱ3)联接，油缸(4)通过螺钉联接固定在上壳体之中，上后盖板(Ⅱf)通过螺钉固定在上壳体(Ⅱg)上；在下辐条部件(Ⅳ)中，装有下辐条刀具的下刀座(Ⅳ1)和第一、第二下盖板(Ⅳa、Ⅳb)，第一下盖板(Ⅳa)上加工有n+1个安装高压水喷嘴的凹槽，n+1个高压水喷嘴(Ⅳc)置于盖板凹槽中，并通过螺钉将高压水喷嘴固定在第一下盖板(Ⅳa)上，第一下盖板(Ⅳa)与下壳体(Ⅳg)采用螺钉联接，下壳体(Ⅳg)内装有下伸缩头(Ⅳ2)，下边刀座(Ⅳ3)焊接在下伸缩头(Ⅳ2)上，下伸缩头(Ⅳ2)通过螺钉与下盖板(Ⅳb)固定；下伸缩头(Ⅳ2)通过销轴(3)与油缸(4)联接，油缸(4)通过螺钉固定在下壳体(Ⅳg)中，下后盖板(Ⅳf)通过螺钉与下壳体(Ⅳg)固定；中心座部件(Ⅲ)中，安装有中心座刀具的第一、第二、第三、第四、第五和第六刀座(Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4、Ⅲ5、Ⅲ6)分别焊接在中心座盖板(Ⅲa)上，中心座盖板(Ⅲa)上加工有2个安装高压喷嘴的凹槽，2个高压水喷嘴(Ⅲb)置于盖板凹槽中，并通过螺钉固定在中心座盖板(Ⅲa)上；中心座盖板(Ⅲa)与中心座主体(Ⅲc)采用螺钉联接，中心座主体下面开有两个安装法兰固定键的键槽。