用于固定切割工具的系统及包括该系统的隧道掘进机的制作方法

本发明涉及一种用于将切割工具固定在隧道掘进机的切割头上的系统。本发明还涉及一种包括切割头的隧道掘进机，所述切割头包括使用这种固定系统被固定在切割头中的切割工具。

背景技术：

隧道掘进机通常包括设有盘状切割器的切割头，所述盘状切割器是围绕轴线旋转的圆形切割工具并且使得可以用刻度板的形式钻碎岩石。隧道掘进机还可以包括称为"撕裂器"的刮削工具。切割头由此包括规则地分布在其表面上的多个盘状切割器。每个盘状切割器在最通常的情况下通过一组螺钉、楔形物和螺母被固定至切割头上的壳体。特别是由robbins公司制造的这种固定系统通常包括几个使得可以将盘状切割器锁定在适当的位置的可拆卸元件、用于楔形物的锁定螺钉以及可选的上紧螺母，所述可拆卸元件例如为楔形物。当更换磨损的盘状切割器时，这些元件必须被操作者一个接一个地分解。在一些系统中，楔形物并不被紧固至任何其它部件。这些处理过程涉及到将大量的可能丢失的独立部件组装和转移，而且上紧和松开操作还涉及高转矩。这些系统必须由至少一个具有特殊设备的操作者处理。由于这些操作在困难的状况下在隧道掘进机内部执行，因此某些物体掉落或丢失的风险使得更换盘状切割器的动作耗费时间并且相对不实用。

wo-a-2011/076616描述了一种盘状切割器固定系统，其包括紧固到盘状切割器的接合销钉，并且可在第一位置和第二位置之间相对于盘状切割器的支撑件旋转，在所述第一位置，接合销钉的边缘接合到盘状切割器被安装于其中的壳体的槽口中，并且在所述第二位置，盘状切割器可以从壳体上移除。为了将 用于盘状切割器的固定件锁定在壳体中，在接合销钉的第一位置，借助于被插入接合销钉的孔中的螺钉施加预加应力。

在分解盘状切割器期间，螺钉必须首先被松开，然后接合销钉必须被旋转以使得盘状切割器可以被移除。这种方法因此需要几个特殊的操作，特别是使接合销钉枢转，这使得该方法复杂。

技术实现要素：

更特别地，本发明的目的在于通过提出一种新的系统来解决这些缺陷，所述系统用于将切割工具固定在隧道掘进机的切割头上，其允许切割工具比在现有技术的系统中更简单和迅速地被更换。

为此，本发明涉及一种用于将切割工具固定在隧道掘进机的切割头上的系统，所述系统包括被紧固至所述切割头的壳体，所述切割工具被插入所述壳体中，所述切割工具包括两个凸缘，有效部件被安装在所述两个凸缘之间，所述固定系统还包括可伸缩的锁定元件，所述可伸缩的锁定元件以捕捉的方式(captively)连接至所述凸缘并且适于将所述凸缘锁定在所述壳体中，所述锁定元件能在第一位置和第二位置之间相对于所述凸缘运动，在所述第一位置，锁定元件接合到所述壳体中以便将切割工具锁定在壳体中，并且在所述第二位置，锁定元件脱离所述壳体并且允许切割工具从壳体上移除，其特征在于，所述系统包括移动装置，所述移动装置连接至所述切割工具以适于使锁定元件在其第一位置及其第二位置之间平移，并且这些移动装置适于在单次操作中被启动。

根据本发明，例如为盘状切割器或撕裂器的切割工具由于除了键以外的锁定元件而被固定在壳体中，所述锁定元件的运动不需要固定系统外部的装置。因此，用于切割工具的分解和重新组装操作迅速且容易，并且特别地可以由能够控制移动装置的机器人来执行。

根据本发明的有利的但是可选的方面，考虑到技术上允许的任意的组合方式，这种系统可以结合以下特征中的一个或多个：

-所述锁定元件是能够被插入所述壳体的槽口中的楔形物，并且所述楔形物包括平坦的后面，所述平坦的后面适于抵靠所述槽口的平行面，所述平行面与将切割工具从壳体上移除的运动相反地定向。

-对于每个凸缘，所述楔形物的移动装置包括安装在所述凸缘的螺纹孔中的螺钉、滑动安装在每个螺钉上的上紧部件、安装在每个螺钉上并且适于使所述上紧部件沿着螺钉的纵向轴线平移的环，所述楔形物以自由平移的方式安装在每个上紧部件上，并且所述螺钉的旋转导致所述上紧部件在第一向前位置和第二后方位置之间进行平移运动，在所述第一向前位置，所述楔形物接合到所述槽口中，并且在所述第二后方位置，所述楔形物脱离所述槽口。

-每个螺钉包括允许所述楔形物的移动装置启动的头部。

-每个上紧部件包括两个相对于所述壳体的中间平面倾斜的倾斜面，并且所述楔形物以沿着所述倾斜面自由地平移的方式被安装。

-在所述上紧部件的第一位置，所述环和所述凸缘之间存在空间以允许所述螺钉的额外的上紧。

-在所述楔形物的第二位置，所述楔形物的前面抵靠所述凸缘的后面。

-在所述楔形物的第二位置，当所述切割工具插入壳体时，所述槽口的与所述切割工具从壳体移除的运动相反地定向的所述面与所述凸缘的后面之间的距离大于楔形物的宽度。

-每个凸缘具有两个形成适于与中空部分协作的圆锥形轮廓的侧向倾斜面，在锁定元件的第一位置中，所述中空部分具有布置在壳体的内表面上的相应形状。

-所述切割工具是盘状切割器，所述盘状切割器的旋转部件形成所述切割工具的所述有效部件。

-所述切割工具是撕裂器，所述撕裂器包括刮削部件和安装在所述凸缘之间的底座，所述刮削部件相对于所述底座静止或倾斜并且形成所述切割工具的有效部件。

本发明还涉及一种包括切割头的隧道掘进机，所述切割头包括使用如上所 述的固定系统被固定在切割头中的切割工具。

附图说明

基于参照附图作为非限制性示例所提供的用于固定盘状切割器的一种系统以及根据其原理的一种隧道掘进机的以下描述，本发明将更好地被理解，并且本发明的其它优点将更清楚地展现，其中：

-图1是根据本发明的固定系统的侧视图；

-图2是图1的固定系统的后侧在第一配置中的透视图；

-图3和图4是图1的系统在第二和第三配置中的类似于图2的视图；

-图5是图1和图4的系统在图4的配置中的顶视图；

-图6是从另一个角度观察的从属于图1到图5的固定系统的壳体上移除的盘状切割器的透视图。

具体实施方式

图1示出了用于隧道掘进机(未示出)的切割头(也未示出)上的切割工具的固定系统100，该切割工具在该示例中由盘状切割器1形成。固定系统100包括固定地紧固到切割头的中空壳体3，并且盘状切割器1插入到所述中空壳体中。壳体3具有前面30，盘状切割器1从该前面伸出，且该前面被设计为在将被挖空的岩石壁的对面。壳体3包括后面32，操作者通过该后面32而具有通向固定系统100的通路，以便拆卸盘状切割器1，从而使得所述盘状切割器可以被新的盘状切割器替换。垂直于前面30和后面32的轴线限定了固定系统100的纵向方向x-x’。下文中，术语“前”和“后”被用于表示前面30和后面32。

盘状切割器1包括两个凸缘5和6，盘状切割器1的旋转部件安装在所述两个凸缘5和6之间，包括切割盘70。该旋转部件形成切割工具的有效部件，适于与岩层接触并挖空岩层。凸缘5和6被插入到中空部件340和360中，中空部件340和360分别布置在壳体3的上壁34和下壁36中。凸缘5和6各自 具有形成圆锥形轮廓的两个侧面51和61，其形状与中空部件340和360的表面互补。这种形状匹配便于盘状切割器1在壳体3中的插入和对齐。

固定系统100还包括两个螺钉8，两个螺钉8各自旋紧到凸缘5和6的螺纹孔中。盘状切割器的拆卸不需要将螺钉8完成从凸缘5和6上旋开，并且因此，固定系统的所有部件在这些拆卸操作和再组装操作期间保持紧固到彼此和盘状切割器1。

螺钉8沿着平行于轴线x-x’的纵向轴线安装。

固定系统100还包括上紧部件11。上紧部件11平行于轴线x-x’平移滑动地安装在每个螺钉8上。上紧部件11具有相对于螺钉8的轴线对称的整体上三角形的形状。环13被旋紧在每个螺钉8上。螺钉8和环13沿着轴线x-x’平移地被紧固。螺钉8的头部80从每个上紧部件11的后侧可接近，从而形成能够被执行盘状切割器1的拆卸的操作者或机器人启动的指令部(command)。

上紧部件11在环13与头部80之间保持被螺钉8捕捉，从而使得在旋紧螺钉8期间，上紧部件11通过头部80而向前平移。在旋开螺钉8期间，上紧部件11通过环13而朝后平移。

在每个上紧部件11上，安装有两个楔形物15和16。楔形物15和16安装到上紧部件11上，滑动连接到相对于螺钉8的纵向轴线倾斜的倾斜面110和111上，楔形物15和16沿着倾斜面110和111自由地平移。楔形物15和16具有整体成平行六面体的形状。楔形物15和16与倾斜面110和111之间的滑动连接通过倾斜面110和111的轨道113与设置在楔形物15和16上的狭槽之间的滑动而实现，狭槽的形状与轨道113的形状互补。

当盘状切割器1移除时，盘状切割器1与螺钉8、上紧部件11、环13以及楔形物15和16形成一体件。这些部件中的任何一个都不必分离，这简化了盘状切割器1的移除并避免了丢失部件的风险。

中空部件340和360包括侧槽口370，侧槽口370相对于壳体3的穿过轴线x-x’且垂直于壁34和36以及面30和32的中间平面pm对称。槽口370具有与楔形物15和16的形状互补的平行六面体形状，并且楔形物15和16能够 被插入到槽口370中。在图1和图2中示出的固定系统100的第一锁定配置中，其中盘状切割器1的旋转部件从隧道掘进机的切割头伸出以破坏岩石，上紧部件11处于第一前部位置，在该第一前部位置，楔形物15和16接合到槽口370中以便将盘状切割器1锁定到壳体3中。在该配置中，楔形物15和16的朝向固定系统100的后部定向的平坦的后面150和160与槽口370的朝向固定系统100的前部定向的平行面372接触，所述平行面372与壳体3的后面32相反。因此，面372阻碍从壳体3移除盘状切割器1的移除运动。因此，由于面150和160以及面372的配合，上紧部件11不能朝向壳体3的后部被移除，并且因此盘状切割器1被锁定在壳体3中。因此，楔形物15和16在壳体3中形成用于凸缘5和6的可伸缩的锁定元件。

楔形物15和16的平坦的面150和160相对于中间平面pm形成介于30度和60度之间的角度。

盘状切割器1的拆卸动作如下所述地进行。操作有通过头部80从凸缘5和6旋开螺钉8构成，以便开始上紧部件11的朝向固定系统100的后部的平移移动，如箭头f1所示。在上紧部件11向后平移期间，直线形的面150和160承靠在面372上，以及楔形物15和16相对于倾斜面110和111的平移自由度使得楔形物15和16在轨道113上平移，如箭头f2所示。螺钉8、环13和上紧部件11由此形成使得楔形物15和16在它们接合到槽口370中的位置与它们从槽口370脱离的位置之间移动的装置。该移动装置被紧固到盘状切割器1，并且拆卸操作或再组装操作不需要除了键以外的装置来实现楔形物15和16的移动。

螺钉8的头部80形成用于楔形物15和16的移动装置的指令部，可以在使用单个工具实现的单次操作中启动该指令部，即通过使用单一类型的移动(在此为旋转移动)启动该指令部。这允许操作者或有利的机器人通过向螺钉8施加旋转而容易地见盘状切割器1锁定到壳体3中，螺钉的旋转导致楔形物15和16的平移。因此，由于仅需要单次操作来拆卸或再组装盘状切割器1，固定系统100易于使用。

图3示出了上紧部件11和楔形物15和16的平移移动期间的固定系统100。楔形物15和16的平移移动导致直线形面150和160相对于面372滑动，从而使得楔形物15和16部分从槽口370脱离。

因此，楔形物15和16经历相对于凸缘5和6以及壳体3的直线形平移。该直线形平移通过图3和图5中的箭头f4示出。

上紧部件11的向后平移移动持续直到上紧部件11的后方位置，如图4至图6中所示。在该配置中，楔形物15和16沿着箭头f2持续其平移移动，直到它们完全从槽口370脱离。如图4中所示，楔形物15和16在此相对于中间平面pm处于闭合位置，从而使得直线形面150和160不再与面372配合。因此，能够通过在盘状切割器的整个部件上施加沿着箭头f3的向后的牵引力而从壳体3移除盘状切割器1，这是因为面372不再沿着轴线x-x’阻碍面150和160。

在上紧部件11的第二位置中，楔形物15和16抵靠凸缘5和6的后面53和63，这使得能够限制楔形物15和16朝向中间平面pm的平移和上紧部件11相对于凸缘5和6的向后平移。为此，楔形物15和16包括与直线形面150和160相反且平行的并且能够承靠在面53和63上的前平面151和161，如图4至图6中所示。当从壳体3移除盘状切割器1时，通过在轨道113上朝后滑动实现的楔形物15和16与上紧部件11的分离被形成在上紧部件11上的止动件115阻止，止动件115在图5和图6中示出。

上紧部件11、楔形物15和16以及环13以捕捉方式组装在螺钉8上，以及当螺钉8保持接合在凸缘5和6中时楔形物15和16从槽口370脱离的事实，确保了固定系统100的部件不会相对于凸缘5和6丢失。因此，保证了固定系统100的可靠性，同时降低了移除盘状切割器1期间丢失元件的风险。

螺钉8的上紧可能导致楔形物15和16在槽口370中在面150和160与面372之间卡住。在盘状切割器1的解锁操作期间，螺钉8的旋开使得能够通过引起凸缘5和6在向前方向上的少量移动而消除该卡住，这使得在面150和160与面372之间产生间隙。因此，在这些表面之间可发生相对滑动，并且通常可使楔形物15和16从槽口370脱离。

当必须在壳体3中组装新的盘状切割器1时，新的盘状切割器被插入到壳体中，直到每个凸缘5和6的侧面51和61接合壳体3的中空部分340和360，如图5中所示。在该配置中，面53与面372之间的沿着垂直于这些面的方向获得的距离大于楔形物15和16的宽度l，楔形物15和16的宽度l分别被认为是面150与151之间的距离以及面160与161之间的距离。这使得当螺钉8扮演者与移除过程相反的方向拧紧到凸缘5和6中时，楔形物15和16能够恰当地重新接合到槽口370中。

在上紧部件11的第一位置中，环13与凸缘5和6之间存在有沿着轴线x-x’延伸的空间e。该空间e允许在楔形物15和16或槽口370磨损或磨光的情况下对螺钉8进行额外的上紧。该空间使得能够在固定系统100的整个寿命期间持续有效地上紧槽口370的楔形物15和16。

根据一个未示出的实施例，楔形物15和16的锁定可通过启动凸缘5和6的共享指令部而实现，启动凸缘5和6的共享指令部允许每个凸缘5和6的螺钉8的同时旋紧和旋开。

根据另一未示出的实施例，系统100包括仅在凸缘5和6中的一个上的楔形物15和16、螺钉8、螺母13、上紧部件11。

根据本发明的再一未示出的实施例，由楔形物15和16形成的用于锁定元件的移动装置的启动可通过旋紧或旋开螺钉8之外的操作来实现，例如通过启动杠杆或能够以单次操作使上紧部件11平移的任何其他系统。

根据本发明的又一未示出的实施例，盘状切割器可被另一种类型的切割工具替代，例如被称为撕裂器的刮削工具。该撕裂器包括安装在底座上的刮削部件，底座进而安装在凸缘5和6之间，刮削部件形成撕裂器的有效部件。刮削部件可相对于底座倾斜或静止。

上述的实施例和代替方案的技术特征可以结合已形成本发明的新的实施例。