專利名稱：高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械設計領域，特別涉及到一種高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構。
背景技術：
巖石掘進機是隧道施工中的主要施工機械，由于其具有安全可靠、環境影響小、勞動強度低、效率高等優點，在城市軌道、水利、市政工程、礦山、公路、鐵路隧道等領域應用非常廣泛。由于巖石掘進機經常在復雜、惡劣的工作環境下施工，巖石硬度高，掘進斷面大，滾刀磨損嚴重，維護及更換費時費力，影響隧道工程的施工效率及成本。刀盤作為 巖石掘進機的重要組成部分，對掘進效率有著最直接的影響。現有的施工技術中，巖石破壞完全依靠滾刀的滾壓，滾刀磨損嚴重。對于沒有明顯節理或節理相對細小的硬巖部分，磨損更加嚴重，滾刀更換也更頻繁。滾刀多為高強度復合材料，制造加工成本高，且滾刀更換的過程需要停機，降低施工效率。刀盤結構復雜，留給維修人間的可操作空間狹小，頻繁更換滾刀提高了勞動強度。金國棟等人在專利號為CN2044284U的高水壓破巖裝置發明專利中，提出了一種破巖方法，即直接在巖孔內進行機械封壓，封壓件為一彈性膠質材料，然后由高壓泵向巖孔內注水加壓，使巖石在幾分鐘內破裂。這種破巖方式適用于礦山采掘或二次破碎及建筑材料采場的采切工藝上，適用于硬度較小、節理明顯的巖石，且封壓過程需要巖孔，不適合大斷面連續性破巖施工。
發明內容
本發明要解決的是針對現有巖石掘進機破巖過程中施工效率低及滾刀磨損嚴重，維護成本高的問題，采用高壓水射流與滾刀相結合的刀盤結構。巖石掘進機工作過程中，刀盤旋轉推進的同時，刀盤上布置的多個高壓水噴嘴向巖石噴射高壓水射流，迫使巖石節理擴展而易于破碎，降低滾刀破巖阻力，可明顯降低滾刀的磨損。高壓水獲取途徑簡單，壓力大，成本低廉。同時，由于高壓水噴嘴在刀盤上徑向范圍內均有布置，隨著刀盤的旋轉及重力作用，水流將覆蓋整個切削面，對刀盤工作面有降溫作用，避免滾刀工作溫度過高而降低其力學性能，對施工環境也起到了防塵降溫效用。本發明所采用的技術方案是:一種高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構，其特征是，不改變現有巖石掘進機刀盤主體結構形式和滾刀2及集料口 3在刀盤上的布局及安裝方式，在現有刀盤結構端面空白處安裝布置若干個高壓水噴嘴I。首先，以刀盤回轉中心為圓心，以各個滾刀2旋轉刀圈中心線到刀盤回轉中心的距離為半徑布置高壓水噴嘴I ;當刀盤結構端面滾刀2所處的圓弧上存在足夠的安裝位置時，高壓水噴嘴I與滾刀2以半徑相等的方式布置在刀盤上；當刀盤結構端面滾刀2所處的圓弧上不存在足夠的安裝位置時，高壓水噴嘴I與滾刀2以半徑相近的方式布置在刀盤上；同一滾刀2可與多個高壓水噴嘴I以半徑相等或半徑相近方式布置在刀盤上；滾刀2和與其對應的一個或多個高壓水噴嘴1，隨刀盤的旋轉以同軌跡線A或近軌跡線B運動。其次，要求高壓水噴嘴I在周向上先于滾刀2經過巖石斷面同一標記位置；且高壓水噴嘴I的布置高度均低于其對應的滾刀2 ;刀盤旋轉推進過程中，滾刀2壓入巖石面后，高壓水噴嘴I不與開挖面巖石接觸。采用該方法的掘進機刀盤結構由若干個高壓水噴嘴1，滾刀2，集料口 3和若干個水管4組成，每個高壓水噴嘴I通過螺紋安裝在掘進機刀盤端面的螺紋孔中，并與對應的水管4連接。本發明的有益效果是采用高壓水射流與滾刀相結合的巖石掘進機刀盤結構，利用高壓水迫使巖石節理擴展，易于破碎，降低滾刀的磨損，提高施工效率并降低施工成本。高壓水壓迫巖石后形成的水流將覆蓋整個開挖面，對滾刀及掘進機刀盤工作面有降溫作用，對施工環境有防塵降溫效用。
圖1為高壓水射流與滾刀相結合的巖石掘進機刀盤結構示意圖，其中:1-高壓水噴嘴，2-滾刀，3-集料口，A-同軌跡線，B-近軌跡線；圖2為高壓水噴嘴在刀盤上的布置局部示意簡圖，包括1-高壓水噴嘴，2-滾刀，6-水管；
具體實施例方式下面結合附圖和技術方案詳細說明本發明的具體實施方式
。現有巖石掘進機的刀盤上布置著滾刀和集料口等裝置，滾刀的布置形式因開挖面直徑和巖石力學特性的不同也各不相同。滾刀由軸、軸承、密封、旋轉刀圈和旋轉刀體構成，滾刀沒有直接動力，隨掘進機刀盤的旋轉推進，旋轉刀圈滾壓巖石，使巖石節理擴展，直至破碎或斷裂。現有巖石掘進機破巖完全依靠“硬碰硬”的方式 ，單純依靠滾刀壓剪破壞巖石。本發明一種高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構，包括高壓水噴嘴1，滾刀2，集料口 3，水管4。不改變現有巖石掘進機刀盤主體結構形式和滾刀2及集料口 3在刀盤上的布局及安裝方式的前提下，在刀盤結構端面空白處鉆攻高壓水噴嘴I的螺紋安裝孔，安裝布置若干個高壓水噴嘴1，以高壓水射流先迫使巖石節理擴展，再用滾刀2進一步壓剪巖石使之破碎或斷裂。以刀盤回轉中心為圓心，以各個滾刀2旋轉刀圈中心線到刀盤回轉中心的距離為半徑布置高壓水噴嘴I。當刀盤結構端面滾刀2所處的圓弧上存在足夠的安裝位置時，高壓水噴嘴I與滾刀2以半徑相等的方式布置在刀盤上，二者旋轉運動處于同軌跡線A ;當刀盤結構端面滾刀2所處的圓弧上不存在安裝位置時，如中心處或邊緣處的滾刀2，高壓水噴嘴I與滾刀2以半徑相近的方式布置在刀盤上，且以其旋轉形成的近軌跡線B之間的徑向距離最小為準。刀盤結構端面空白處足夠大時，同一滾刀2可與多個高壓水噴嘴I以半徑相等或半徑相近方式布置在刀盤上；滾刀2和與其對應的一個或多個高壓水噴嘴I隨刀盤的旋轉以同軌跡線A或近軌跡線B運動時，高壓水噴嘴I在周向上先于滾刀2經過巖石斷面同一標記位置。巖石掘進機驅動系統在保證掘進機旋轉并推進的同時，為高壓水生成裝置提供動力。水被過濾并經高壓水增壓裝置增壓后，壓力可達400MPa或更高。高壓水被輸送到與各個高壓水噴嘴I相連接的水管4中，從高壓水噴嘴I噴射而出。隨著刀盤的旋轉，開挖面巖石在高壓水射流的作用下節理擴展甚至破碎。與高壓水噴嘴I以同軌跡線A或近軌跡線B運動的滾刀2沒有直接動力，在接觸到巖石面時隨刀盤以同心圓方式轉動，以旋轉刀圈滾壓巖石，迫使巖石節理進一步擴展。隨著刀盤旋轉及推力增加，每個滾刀2下的巖石均破碎或斷裂，并相互碰撞，脫離開挖面。高壓水噴嘴I的布置高度均低于其對應的滾刀2，刀盤旋轉推進過程中，滾刀2壓入巖石面后，高壓水噴嘴I不與開挖面巖石接觸。集料口 3隨刀盤旋轉，鏟起開挖面底部破碎或斷裂的渣石。渣石因重力作用從集料口 3中瀉出，被收集并運送到刀盤后側，經傳送帶運送到指定位置。本發明采用高壓水射流與滾刀相結合的巖石掘進機刀盤結構，利用高壓水迫使巖石節理擴展，易于破碎，降低滾刀的磨損，提高施工效率并降低施工成本。高壓水壓迫巖石后形成的水流將覆蓋整個開挖面，對滾刀及掘進機刀盤工作面有降溫作用，對施工環境有防塵降溫效用 。
權利要求
1.一種高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法，其特征是，不改變現有巖石掘進機刀盤主體結構形式和滾刀(2)及集料口(3)在刀盤上的布局及安裝方式，在現有刀盤結構端面空白處安裝布置若干個高壓水噴嘴(I)； 首先，以刀盤回轉中心為圓心，以各個滾刀(2)旋轉刀圈中心線到刀盤回轉中心的距離為半徑布置高壓水噴嘴(I);當刀盤結構端面滾刀(2)所處的圓弧上存在足夠的安裝位置時，高壓水噴嘴(I)與滾刀(2)以半徑相等的方式布置在刀盤上；當刀盤結構端面滾刀(2)所處的圓弧上不存在足夠的安裝位置時，高壓水噴嘴(I)與滾刀(2)以半徑相近的方式布置在刀盤上；同一滾刀(2)可與多個高壓水噴嘴(I)以半徑相等或半徑相近方式布置在刀盤上；滾刀(2)和與其對應的一個或多個高壓水噴嘴(1)，隨刀盤的旋轉以同軌跡線A或近軌跡線B運動； 其次，要求高壓水噴嘴(I)在周向上先于滾刀(2)經過巖石斷面同一標記位置；且高壓水噴嘴(I)的布置高度均低于其對應的滾刀(2);刀盤旋轉推進過程中，滾刀(2)壓入巖石面后，高壓水噴嘴(I)不與開挖面巖石接觸。
2.如權利要求(I)所述的一種高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法，其特征是，采用該方法的掘進機刀盤結構由若干個高壓水噴嘴(I)、滾刀(2)、集料口(3)和若干個水管(4)組成；每個高壓水噴嘴(I)通過螺紋安裝在掘進機刀盤端面的螺紋孔中，并與對應的水管(4) 連接。
全文摘要
本發明高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構屬于機械設計領域，特別涉及一種高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法和結構。本發明掘進機刀盤中的布置方法在不改變現有巖石掘進機刀盤主體結構形式和滾刀及集料口在刀盤上的布局及安裝方式，在現有刀盤結構端面空白處安裝布置若干個高壓水噴嘴。掘進機刀盤結構由若干個高壓水噴嘴、滾刀、集料口和若干個水管組成。本發明采用高壓水射流與滾刀相結合的巖石掘進機刀盤結構，利用高壓水迫使巖石節理擴展，易于破碎，降低滾刀的磨損，提高施工效率并降低施工成本。高壓水壓迫巖石后形成的水流將覆蓋整個開挖面，對滾刀及掘進機刀盤工作面有降溫作用，對施工環境有防塵降溫效用。
文檔編號E21C35/23GK103244119SQ20131018888
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月18日 優先權日2013年5月18日
發明者張春光, 魏靜, 屈福政 申請人:大連理工大學