阅读说明：本技术 一种竖井掘进机及其刀盘 (shaft boring machine and cutter head thereof ) 是由 刘飞香 程永亮 何其平 彭正阳 暨智勇 姚满 柯威 阳旭 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种刀盘,包括可旋转且可轴向进给的盘体、沿周向设置于所述盘体表面上的若干个滚刀、沿周向开设于所述盘体表面上的若干个容渣槽、设置于各所述容渣槽内并用于在旋转运动时将碾碎的渣土刮入其中的铲渣板、开设于所述盘体背面上的储渣槽、一端与各所述容渣槽连通并用于将其中的渣土运输至所述储渣槽中的若干个第一运输机构,以及一端与所述储渣槽连通并用于将其中的渣土运输至机身上的第二运输机构。本发明由于出渣作业与破碎掘进作业同步进行,并且无需架设导井,能够提高竖井掘进机的出渣效率,降低刀盘制造成本,提高生产和施工过程中的安全性。本发明还公开一种竖井掘进机,其有益效果如上所述。(The invention discloses cutterheads, which comprise a rotatable and axially-fed cutterhead body, a plurality of hobbing cutters arranged on the surface of the cutterhead body along the circumferential direction, a plurality of slag containing grooves arranged on the surface of the cutterhead body along the circumferential direction, a slag shoveling plate arranged in each slag containing groove and used for scraping crushed slag into the slag containing grooves during rotary motion, a slag storage groove arranged on the back surface of the cutterhead body, a plurality of transportation mechanisms of which ends are communicated with the slag containing grooves and used for transporting the slag in the slag containing grooves to a slag storage groove, and a second transportation mechanism of which ends are communicated with the slag storage groove and used for transporting the slag in the slag storage groove to a machine body.)

一种竖井掘进机及其刀盘

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种刀盘。本发明还涉及一种竖井掘进机。

背景技术

随着竖井掘进机因其安全、高效的特点在竖井建设工程中得到广泛应用，竖井刀盘是用于对竖井底面进行全断面开挖的关键设备。在竖井建设中由于其掘进方向与重力方向一致，渣土无法自动聚拢，导致刀盘清渣效果差，严重影响刀盘开挖效率。现有的方法是将刀盘轮廓设计成外凸形状，这样在掘进过程中可以在竖井掌子面形成洼地效应，有利于渣土流向刀盘中心区域空腔，然后通过排渣管道将渣土运输至地面。

现有技术中的竖井盾构机，一般通过泥浆输送管道将高压泥浆输送至刀盘前端面，利用椭圆形刀盘空腔内的搅拌装置将渣土和泥浆混合均匀，最后用排浆管道将渣土排出，解决了传统竖井施工排渣效率低的问题。现有技术中的一种竖井掘进机刀盘，刀盘由钻头中心轴和6个周向均匀布置的幅臂组成，整体呈锥形，幅臂锥面与中心轴夹角为35°；掘进过程中产生的渣土能够靠自重沿锥面往中间导井汇聚，并通过导井落到底部巷道，渣车运输出洞。

然而，大直径竖井采用泥浆输送型式出渣，就必须配套相应能力泥水处理装置，由于开挖直径大，开挖渣土方量相当大，泥水排渣方式很难满足施工要求；开挖舱需要泥浆方量大，进行换浆或者弃浆需要用泥浆量较多，同时地面装置需要进行相应配置，地面泥水站所需要空间较大，经济型很差。

同时，竖井刀盘为保证渣土向中心区域聚拢，则刀盘面板与水平面夹角大需于渣土安息角，通常要求达到40°以上；但是对于大直径竖井刀盘来说，大的倾角会造成刀盘轴向高度过高，竖井刀盘的制造成本、制造工艺、生产过程中的人员安全保证等方面的难度明显提升；此外，在施工现场也需建匹配刀盘始发要求的始发井和出渣用的导井，给现场施工增加了极大的困难。如果减小刀盘面板与水平面夹角，则会造成渣土聚拢效果不佳，出渣效率降低等问题，如取消导井，则掘进中产生的渣土又难以简单快速的排出井外。

因此，如何提高竖井掘进机的出渣效率，降低刀盘制造成本，提高生产和施工过程中的安全性成为本领域技术人员当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种刀盘，能够提高竖井掘进机的出渣效率，降低刀盘制造成本，提高生产和施工过程中的安全性。本发明的另一目的是提供一种竖井掘进机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种刀盘，包括可旋转且可轴向进给的盘体、沿周向设置于所述盘体表面上的若干个滚刀、沿周向开设于所述盘体表面上的若干个容渣槽、设置于各所述容渣槽内并用于在旋转运动时将碾碎的渣土刮入其中的铲渣板、开设于所述盘体背面上的储渣槽、一端与各所述容渣槽连通并用于将其中的渣土运输至所述储渣槽中的若干个第一运输机构，以及一端与所述储渣槽连通并用于将其中的渣土运输至机身上的第二运输机构。

优选地，各所述第一运输机构均设置于所述盘体的内腔中，且各所述容渣槽的侧壁上及所述储渣槽的侧壁上均开设有用于与各自对应的所述第一运输机构的端口连通的出渣孔。

优选地，所述第二运输机构设置于所述机身内，且其端部置于所述储渣槽中。

优选地，各所述第一运输机构及所述第二运输机构均为螺旋输送机，且所述第二运输机构的运输流量大于各所述第一运输机构的运输流量总和。

优选地，所述铲渣板呈楔形，且可拆卸地连接在所述容渣槽的侧壁上；所述铲渣板的斜坡面为迎渣面，且其末端与所述容渣槽内部连通。

优选地，所述斜坡面的首端上可拆卸地设置有用于提高渣土刮除效率的刮渣板。

优选地，所述盘体包括中心体、设置于所述中心体的周向侧壁上并拼接成环的若干块扇形块，以及设置于各块所述扇形块的周向侧壁上并沿径向延伸的若干根用于分别安装所述滚刀的第一辐臂及安装所述容渣槽的第二辐臂。

优选地，各根所述第一辐臂与各根所述第二辐臂之间通过环形支撑梁互相连接。

优选地，所述中心体呈柱状，且所述储渣槽开设于所述中心体的背面中心区域。

优选地，各块所述扇形块的内侧壁可拆卸地连接在所述中心体的周向侧壁上，且相邻两块所述扇形块的正对端面之间均可拆卸相连；各根所述第一辐臂与各根所述第二辐臂的端部均可拆卸地连接在各自对应的所述扇形块的外侧壁上。

优选地，所述盘体的表面形状呈W形，各块所述扇形块的表面均为倾角处于20～30°的斜面，各根所述第一辐臂与各根所述第二辐臂的表面为与所述扇形块的表面相连且倾角处于40～60°的斜面。

优选地，所述滚刀包括沿周向分布于所述中心体表面上的中心刀以及沿周向分布于各所述扇形块及各所述第一辐臂表面上的环向刀。

优选地，各根所述第一辐臂与各根所述第二辐臂的末端侧壁上均设置有用于轴向切削土层的保径刀。

优选地，所述盘体的表面上还设置有沿周向分布的若干个介质喷嘴，所述盘体的背面上还设置有一端与各所述介质喷嘴连通、另一端与所述机身上的介质源连通、用于使各所述介质喷嘴在土层表面喷洒介质以改良渣土性状的接头管件。

本发明还提供一种竖井掘进机，包括机身和设置于所述机身前端的刀盘，其中，所述刀盘具体为上述任一项所述的刀盘。

本发明所提供的刀盘，主要包括盘体、滚刀、容渣槽、铲渣板、储渣槽、第一运输机构和第二运输机构。其中，盘体为刀盘的主体结构，主要用于安装和承载其余零部件。滚刀设置在盘体的表面上，并且沿盘体的周向方向分布，同时设置有多个。同时在盘体的表面上还设置有若干个容渣槽，各个容渣槽可与滚刀相同，于盘体的表面周向分布。在各个容渣槽内均设置有铲渣板，当盘体进行旋转时，铲渣板同步旋转，并将经过滚刀碾碎的渣土刮入到容渣槽内，在容渣槽内可以暂存一定量的渣土。在盘体的背面上还开设有储渣槽，该储渣槽主要用于接收来自各个容渣槽内的暂存的渣土，可以储存一定量的渣土。第一运输机构的一端与容渣槽连通，另一端与储渣槽连通，主要用于将各个容渣槽内暂存的渣土运输到储渣槽内。第二运输机构的一端与储渣槽连通，主要用于将其中的渣土运输到机身上，再由专用的渣土运输设备进行后续运输。如此，本发明所提供的刀盘，在作业过程中，通过各个滚刀对土层进行破碎和掘进，同时利用铲渣板的刮渣作用将碾碎的渣土收集到各个容渣槽内，再由第一运输机构将各个容渣槽内的渣土运输到储渣槽内，最后再由第二运输机构将储渣槽内的渣土运输至机身上。期间，由于出渣作业与破碎掘进作业同步进行，因此能够大幅提高竖井掘进机的出渣效率，避免渣土在土层表面堆积；相比于现有技术，无需额外架设导井，降低了刀盘制造成本，提高了生产和施工过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种

具体实施方式

的刀盘纵截面半剖视图。

图2为本发明所提供的一种具体实施方式的刀盘背面结构示意图。

图3为图1中所示的A-A截面示意图。

其中，图1—图3中：

盘体—1，滚刀—2，容渣槽—3，铲渣板—4，储渣槽—5，第一运输机构—6，第二运输机构—7，保径刀—8，介质喷嘴—9，接头管件—10；

中心体—101，扇形块—102，第一辐臂—103，第二辐臂—104，环形支撑梁—105，中心刀—201，环向刀—202，斜坡面—401，刮渣板—402。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2和图3，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的刀盘纵截面半剖视图，图2为本发明所提供的一种具体实施方式的刀盘背面结构示意图，图3为图1中所示的A-A截面示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，刀盘主要包括盘体1、滚刀2、容渣槽3、铲渣板4、储渣槽5、第一运输机构6和第二运输机构7。

其中，盘体1为刀盘的主体结构，主要用于安装和承载其余零部件。滚刀2设置在盘体1的表面上，并且沿盘体1的周向方向分布，同时设置有多个，具体还可采用齿刀、贝壳刀、羊角刀等。同时在盘体1的表面上还设置有若干个容渣槽3，各个容渣槽3可与滚刀2相同，于盘体1的表面周向分布。

在各个容渣槽3内均设置有铲渣板4，当盘体1进行旋转时，铲渣板4同步旋转，并将经过滚刀2碾碎的渣土刮入到容渣槽3内，在容渣槽3内可以暂存一定量的渣土。在盘体1的背面上还开设有储渣槽5，该储渣槽5主要用于接收来自各个容渣槽3内的暂存的渣土，可以储存一定量的渣土。

第一运输机构6的一端与容渣槽3连通，另一端与储渣槽5连通，主要用于将各个容渣槽3内暂存的渣土运输到储渣槽5内。第二运输机构7的一端与储渣槽5连通，主要用于将其中的渣土运输到机身上，再由专用的渣土运输设备进行后续运输。

如此，本实施例所提供的刀盘，在作业过程中，通过各个滚刀2对土层进行破碎和掘进，同时利用铲渣板4的刮渣作用将碾碎的渣土收集到各个容渣槽3内，再由第一运输机构6将各个容渣槽3内的渣土运输到储渣槽5内，最后再由第二运输机构7将储渣槽5内的渣土运输至机身上。期间，由于出渣作业与破碎掘进作业同步进行，因此能够大幅提高竖井掘进机的出渣效率，避免渣土在土层表面堆积；相比于现有技术，无需额外架设导井，降低了刀盘制造成本，提高了生产和施工过程中的安全性。

在关于第一运输机构6的一种优选实施方式中，为避免占用掘进通道内的狭窄运动空间，本实施例中，第一运输机构6为隐藏式设计。具体的，各个第一运输机构6均设置在盘体1的内腔中，同时，在各个容渣槽3与各个储渣槽5的侧壁上均开设有出渣孔，该出渣孔用于与对应的第一运输机构6的端口连通。如此设置，各个容渣槽3与储渣槽5之间即通过若干个第一运输机构6导通，在作业过程中，容渣槽3内暂存的渣土将由第一运输机构6从盘体1的内部运输至储渣槽5内，运输通道直接、快捷，运输效率高，并且第一运输机构6的隐藏式设计也可避免占用刀盘表面或背面的安装空间。一般的，各个第一运输机构6可在盘体1内腔中倾斜布置，具体可与盘体1中心轴线呈65°夹角。

在关于第二运输机构7的一种优选实施方式中，该第二运输机构7大部分设置在机身内，仅有端部设置在储渣槽5内。如此设置，第二运输机构7在运行时，能够从端头处开始将储渣槽5内储存的渣土沿着其回转轴线一直运输到机身上，再在机身上由其余运输设备进行转运。一般的，第二运输机构7可相对于盘体1的中轴线偏心布置，整体可倾斜37°左右。当然，由于储渣槽5同时用于储存各个容渣槽3中的渣土，因此为保证出渣作业顺畅、高效，第二运输机构7对渣土的运输流量要大于各个第一运输机构6的运输流量总和，如此能够保证在长期运行作业下储渣槽5内无渣土堆积、滞留。

具体的，第一运输机构6与第二运输机构7可均为螺旋输送机，可通过自身的旋转运动结合螺纹结构对渣土实施螺旋回转运输。当然，第一运输机构6与第二运输机构7的具体结构并不仅限于上述螺旋输送机，其余比如刮板机、皮带机等运输机构也同样可以采用。

在关于铲渣板4的一种优选实施方式中，该铲渣板4的整体结构呈楔形，即具有尖端的三角锥形，并且为与土层表面紧贴，铲渣板4的截面形状可呈直角三角形，其中一条直角边用于压紧土层表面，而另一条直角边用于与盘体1表面上的容渣槽3的侧壁相连。同时，铲渣板4的斜坡面401为迎渣面，末端与容渣槽3内部连通。如此，当盘体1旋转时，铲渣板4同步旋转，在旋转过程中，铲渣板4的底边紧贴着土层表面运动，并将土层表面被碾碎的渣土刮到迎渣面上，随着旋转运动的进行，渣土顺着迎渣面被迅速送入到容渣槽3内。

进一步的，为提高铲渣板4的刮渣效率，本实施例还在斜坡面401的首端上安装了刮渣板402。具体的，该刮渣板402的表面硬度较高，并且板材较薄，可更容易地***到渣土中，对渣土形成输送效果。同时，考虑到铲渣板4的整体结构强度不如滚刀2，并且工作环境恶劣，需要不断与渣土碰撞、接触，因此容易损坏，为方便维修更换，本实施例中，各个铲渣板4均与容渣槽3可拆卸连接，同时各个刮渣板402均与斜坡面401的的首端可拆卸连接，比如通过螺栓等紧固件实现连接等。而为提高铲渣板4的使用寿命，铲渣板4可采用耐磨板材料。

在关于盘体1的一种优选实施方式中，该盘体1为复合分体式结构，主要包括中心体101、扇形块102、第一辐臂103和第二辐臂104。

其中，中心体101为盘体1的中心结构，而盘体1一般呈圆盘状，因此中心体101可位于盘体1的圆心位置。同时，该中心体101具体可呈圆柱状或多边形柱状，而储渣槽5具体可开设在中心体101的背面中心区域。当然，储渣槽5也可以偏心设置。

扇形块102同时设置有多块，比如3～6块等。各块扇形块102分别设置在中心体101的周向侧壁上，并且均匀分布，互相拼接成完整的环形。具体的，各块扇形块102的内侧壁与中心体101的周向外侧壁紧贴并相连，同时，相邻两块扇形块102的正对端面互相连接。为提高维修拆装的方便性，各块扇形块102的内侧壁与中心体101的周向外侧壁之间可拆卸连接，比如螺栓连接等，同时，相邻两块扇形块102的正对端面之间也为可拆卸连接，比如法兰连接等。

第一辐臂103和第二辐臂104均设置在各块扇形块102的周向侧壁上，并且均沿径向方向延伸一定长度至盘体1外缘。其中，第一辐臂103主要用于安装滚刀2，而第二辐臂104主要用于安装容渣槽3。考虑到滚刀2的渣土破碎效率与铲渣板4的吸渣效率不同，在同一块扇形块102上可同时安装2根第一辐臂103和1根第二辐臂104，同时，第二辐臂104可分布在两根第一辐臂103的中间，如此设置，1根第二辐臂104上的铲渣板4的吸渣流量可与2根第一辐臂103上的滚刀2的渣土破碎流量相当，避免渣土堆积在土层表面。

为提高渣土破碎效率和刮渣效率，本实施例中，各根第一辐臂103上可沿其长度方向设置多个滚刀2，同理，各根第二辐臂104上可也沿其长度方向设置多个容渣槽3。而中心体101的表面与各块扇形块102的表面上也可以同样处理，即沿着中心体101和各块扇形块102的表面周向方向设置多个或多层滚刀2。如此设置，刀盘表面上安装的滚刀2，按照安装位置的不同，可分为安装在中心体101表面上并沿其周向方向分布的若干个中心刀201，以及安装在各块所述扇形块102及各根所述第一辐臂103表面上并沿周向分布的若干个环向刀202，两种刀共同切削实现竖井全断面掘进。

为提高盘体1的整体结构稳定性，本实施例在各根第一辐臂103与各根第二辐臂104之间增设了环形支撑梁105，通过若干根环形支撑梁105的连接作用，将各根第一辐臂103与各根第二辐臂104互相连接形成整体。此处优选地，环形支撑梁105可沿径向方向设置多层，以进一步提高第一辐臂103与第二辐臂104之间的连接稳定性。

同时，为方便拆装维修，各根第一辐臂103与各根第二辐臂104均与各自对应的扇形块102的外侧壁可拆卸连接，比如可通过螺栓等紧固件连接。

另外，为方便在掘进过程中进行排渣，本实施例中，盘体1的表面并非平面，而是呈“W”型。具体的，位于圆心位置的中心体101的表面可为平面，而位于中心体101外圈的各块扇形块102的表面可为斜面，位于外缘的各根第一辐臂103与第二辐臂104的表面(或底面)也为斜面，并且与扇形块102的斜面相接。具体的，为避免大幅增加刀盘的轴向高度或长度，各块扇形块102的表面可与水平面呈20～30°夹角，比如25°等，而各根第一辐臂103与第二辐臂104可与水平面呈40～60°夹角，比如50°等。

此外，本实施例还在各根第一辐臂103与各根第二辐臂104的末端侧壁上均设置了保径刀8。具体的，该保径刀8主要用于轴向(或垂向)切削土层，从而形成圆形的掘进通道，实现刀盘开挖竖井保径作用。

不仅如此，本实施例还在盘体1的表面上设置了若干个沿周向分布的介质喷嘴9，同时还在盘体1的背面上设置了接头管件10。具体的，该接头管件10可插设在中心体101中，一端与机身上预留的介质源连通，另一端与各个介质喷嘴9连通，可将相关介质输送到各个介质喷嘴9中，并喷射到土层表面(掌子面)上。该介质源一般为高压气体、泡沫或膨胀剂等，当介质喷嘴9将其喷洒到土层表面上后，可以改良渣土性状，使得渣土软化，变得更容易破碎和刮除，并且能够降低渣土对刀盘表面和刀具的磨损，提高刀盘和刀具的使用寿命。

同时，接头管件10还可与电液气管路组件相连，可为第一运输机构6和第二运输机构7提供驱动所需电液回路通道。该电液气管路组件可安装在盘体1背面上，并贴合钢结构进行管线布置。另外，当介质喷嘴9中喷出高压气体时，还可将掌子面中心区域的渣土吹散到外圈位置，从而方便铲渣板4进行高效收集。

本实施例还提供一种竖井掘进机，主要包括机身和设置在机身前端的刀盘，其中，该刀盘的主要内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。