顶管机钻头和顶管机的制作方法

本发明涉及工程机械领域，具体的是一种在岩层顶管施工中使用的顶管机钻头，还是一种含有该钻头的顶管机。

背景技术：

岩层顶管机在钻进过程中，遇到微风化岩层刀头硬质合金损耗较大可能损坏刀头，平均每顶进90米左右需将顶管机械返厂更换一次刀头，每次更换刀头费用约51万元，同时，因单次顶进距离较短，施工中需要设置多个接收井，以确保顶管机顺利出洞，这样大大增加施工工期及施工成本。施工中经常出现因刀头磨损过大导致机头卡在洞内，只能通过大开挖或人工对向掘进吊出机头在，造成工期延误，增加施工措施费用。

即现在城市岩层顶管施工中，常用的岩层顶管机使用的刀头存在如下缺点：

1、刀头磨耗大，降低刀头削切能力，单次顶进距离短。

2、刀头磨耗大，易出现因削切力不足洞中卡钻，因机械尺寸较小，机头无维修仓，只能进行大开挖吊出机头进行维修。

3、单次顶进距离较短，需设置大量的接收井、工作井，增加施工成本及施工工期。

4、刀头磨耗大，累计顶进距离较短，返厂更换刀头频率高，增加施工成本及施工工期。

技术实现要素：

为了解决现有的顶管机钻头容易磨损的问题，本发明提供了一种顶管机钻头和顶管机，该顶管机钻头和顶管机重新设计了刀头(滚刀、切刀)及刀头上增加一定数量的硬质合金，增加刀头抗磨损能力，增加单次顶进距离，降低洞内卡钻风险，减少接收井数量，出洞后仅需要简单的维护加固，即可调入井内进行工作，无需返厂更换刀头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种顶管机钻头，包括圆环形的外壳体，外壳体内含有两块沿竖直方向设置的第一径向支撑加固板和两块沿水平方向设置的第二径向支撑加固板，两块第一径向支撑加固板之间固定有多个第一轴向滚刀，两块第二径向支撑加固板之间固定有第二轴向滚刀，第二轴向滚刀的中心线沿外壳体的径向设置，第一径向支撑加固板和第二径向支撑加固板之间固定有第一斜向支撑加固板，第一斜向支撑加固板与外壳体之间固定有一对第二斜向支撑加固板，一对第二斜向支撑加固板之间固定有第三轴向滚刀，第三轴向滚刀的中心线沿外壳体的径向设置。

第二轴向滚刀的中心线到外壳体的中心线的距离为外壳体内径的20％～50％，第三轴向滚刀的中心线到外壳体的中心线的距离为外壳体内径的30％～60％，第二轴向滚刀的中心线到外壳体的中心线的距离小于第三轴向滚刀的中心线到外壳体的中心线的距离。

一对第二斜向支撑加固板之间还固定有侧向滚刀和侧向滚刀固定板，侧向滚刀的位置与外壳体相对应，侧向滚刀固定板能够对侧向滚刀进行加固。

两块第二径向支撑加固板的外侧均固定有第一环向切刀，第一环向切刀的位置与外壳体相对应，第一环向切刀含有切削部和切刀主体，相邻的两个第一环向切刀的该切削部相背设置。

第一环向切刀呈四棱柱形，第一环向切刀的切削部的材质为硬质合金，第一环向切刀的切削部与第一环向切刀的切刀主体焊接，第一环向切刀与第二斜向支撑加固板螺栓连接、插销连接或焊接。

每一对第二斜向支撑加固板的外侧均固定有第二环向切刀，第二环向切刀的位置与外壳体相对应，第二环向切刀含有切削部和切刀主体，每一对第二斜向支撑加固板上两个第二环向切刀的该切削部均相背设置。

第二环向切刀呈弧形，第二环向切刀的切削部的材质为硬质合金，第二环向切刀的切削部与第二环向切刀的切刀主体焊接，第二环向切刀与第二径向支撑加固板螺栓连接、插销连接或焊接。

两块第二径向支撑加固板之间设有抗磨合金刀头，一对第二斜向支撑加固板之间定有轴向切刀，第一斜向支撑加固板与第一径向支撑加固板之间的夹角为45°，第二斜向支撑加固板与第一斜向支撑加固板垂直，一对第二斜向支撑加固板之间相互平行。

所述顶管机钻头仅含有一个第二轴向滚刀和一个第三轴向滚刀，两块第一径向支撑加固板的外侧各固定有一个的轴向切刀，与第一径向支撑加固板固定的轴向切刀均位于第一径向支撑加固板的上部，在所述顶管机钻头的左侧，两块第二径向支撑加固板的内侧和外侧均固定有一个的轴向切刀，在所述顶管机钻头的右侧，两块第二径向支撑加固板的外侧均固定有两个的轴向切刀。

一种顶管机，该顶管机的一端上述的顶管机钻头。

本发明的有益效果是：

1、解决了单次顶进长度短，返厂更换刀头的问题，顶管机出洞后只需专业人士现场进行简单的维护，即可下井工作，节约成本，节省工期。

2、由于增加一定数量的刀头及刀头上增加一定数量的硬质合金，削切力增加，抗磨耗能力增强，降低顶管机因刀头磨损过大而卡在洞内的风险。

3、增加单次顶进长度，减少接收井数量，可有效节约工期，降低成本。

4、刀头双向布置，单向磨损后，反向旋转即可继续顶进。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述顶管机钻头的结构示意图。

图2是滚刀的结构示意图。

图3是第一环向切刀的第一种连接示意图。

图4是第一环向切刀的第二种连接示意图。

图5是第一环向切刀的第三种连接示意图。

图6是图1中沿a-a方向的剖视图。

1、第一轴向滚刀；2、侧向滚刀；3、侧向滚刀固定板；4、第一环向切刀；5、轴向切刀；6、第二环向切刀；7、抗磨合金刀头；8、第二轴向滚刀；9、第三轴向滚刀；

10、外壳体；11、第一径向支撑加固板；12、第二径向支撑加固板；13、第一斜向支撑加固板；14、第二斜向支撑加固板；

21、切削部；22、切刀主体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种顶管机钻头，包括圆环形的外壳体10，外壳体10内含有两块沿竖直方向设置的第一径向支撑加固板11和两块沿水平方向设置的第二径向支撑加固板12，两块第一径向支撑加固板11之间固定有多个第一轴向滚刀1，两块第二径向支撑加固板12之间固定有第二轴向滚刀8，第二轴向滚刀8的中心线沿外壳体10的径向设置，第一径向支撑加固板11和第二径向支撑加固板12之间固定有第一斜向支撑加固板13，第一斜向支撑加固板13与外壳体10之间固定有一对第二斜向支撑加固板14，一对第二斜向支撑加固板14之间固定有第三轴向滚刀9，第三轴向滚刀9的中心线沿外壳体10的径向设置，如图1所示。

该顶管机钻头能够外壳体10的中心线为轴旋转，第一径向支撑加固板11在随外壳体10转动的过程中可以不沿竖直方向设置，之所以描述为第一径向支撑加固板11沿竖直方向设置是为了与图1相对应同时便于理解和描述方便。同理，第二径向支撑加固板12在随外壳体10转动的过程中可以不沿水平方向设置，之所以描述为第二径向支撑加固板12沿竖水平方向设置是为了与图1相对应同时便于理解和描述方便。

在本实施例中，第一径向支撑加固板11、第二径向支撑加固板12、第一斜向支撑加固板13和第二斜向支撑加固板14均为条形钢板，多个第一轴向滚刀1沿竖直方向均匀排列。第二轴向滚刀8的中心线到外壳体10的中心线的距离为外壳体10内径的20％～50％，第三轴向滚刀9的中心线到外壳体10的中心线的距离为外壳体10内径的30％～60％，并且第二轴向滚刀8的中心线到外壳体10的中心线的距离小于第三轴向滚刀9的中心线到外壳体10的中心线的距离，如图1所示。

在本实施例中，两块沿竖直方向设置的第一径向支撑加固板11和两块沿水平方向设置的第二径向支撑加固板12将外壳体10内分为了四个相同的扇形区域，每个扇形区域内均含有一块第一斜向支撑加固板13和一对第二斜向支撑加固板14(即两块第二斜向支撑加固板14)。四块第一斜向支撑加固板13沿外壳体10的周向均匀分布，四对第二斜向支撑加固板14也沿外壳体10的周向均匀分布。

设置第二轴向滚刀8和第三轴向滚刀9，可有效提高增加整体的抗磨损能力，以及降低洞内卡钻的风险。滚刀包括第一轴向滚刀1、第二轴向滚刀8、第三轴向滚刀9和侧向滚刀2，所有滚刀的构造均相同。滚刀的刀体采用优质钢材加工成型，沿着外边线(刀圈)焊接硬质合金，确保滚刀抗磨能力及削切力，确保在岩层顶管施工中机头顺利出洞，滚刀通过刀轴与刀盘焊接，形成整体。

在本实施例中，所述顶管机钻头含有至少一个第二轴向滚刀8和至少一个第三轴向滚刀9，优选，所述顶管机钻头仅含有一个第二轴向滚刀8和一个第三轴向滚刀9，如图1所示。一对第二斜向支撑加固板14之间还固定有侧向滚刀2和侧向滚刀固定板3，侧向滚刀2的位置与外壳体10相对应，侧向滚刀固定板3能够对侧向滚刀2进行加固。

如图2所示，侧向滚刀2在施工中承受巨大反力，为确保机头刀头稳定性，采用侧向滚刀固定板3对侧向滚刀进行加固，侧向滚刀固定板3为优质钢板(50mm厚)，为了保证钢板使用寿命，在钢板与掌子面接触的边线上焊接硬质合金，增加滚刀抗磨能力，提高使用周期，降低施工成本。

在本实施例中，两块第二径向支撑加固板12的外侧均固定有一个第一环向切刀4，第一环向切刀4的位置与外壳体10相对应，第一环向切刀4含有切削部21和切刀主体22，相邻的两个第一环向切刀4的该切削部21相背设置，即如图1所示，左侧的两个第一环向切刀4的该切削部21的朝向相反，右侧的两个第一环向切刀4的该切削部21的朝向方向。两个第一环向切刀4的该切削部21相背设置的优点在于，即使出现单向旋转钻进过程中刀头磨损过大而卡钻后，可通过反转继续顶进，降低施工中机械卡洞风险。

优选第一环向切刀4呈四棱柱形，第一环向切刀4的切削部的材质为硬质合金，第一环向切刀4的切削部21与第一环向切刀4的切刀主体22焊接，第一环向切刀4与第二斜向支撑加固板14螺栓连接、插销连接或焊接，图3至图5所示。进一步优选通过第一环向切刀4通过焊接与机头刀盘形成整体，可确保成型后洞环向直径满足设计及规范要求。

在本实施例中，每一对第二斜向支撑加固板14的外侧均固定有第二环向切刀6，第二环向切刀6的位置与外壳体10相对应，第二环向切刀6含有切削部21和切刀主体22，每一对第二斜向支撑加固板14上两个第二环向切刀6的该切削部21均相背设置。即如图1所示，每一对第二斜向支撑加固板14上两个第二环向切刀6的切削部21的朝向相反。每一对第二斜向支撑加固板14上两个第二环向切刀6的该切削部21均相背设置的优点在于，即使出现单向旋转钻进过程中刀头磨损过大而卡钻后，可通过反转继续顶进，降低施工中机械卡洞风险。

优选第二环向切刀6呈弧形，如图6所示，第二环向切刀6的切削部的材质为硬质合金，第二环向切刀6的切削部与第二环向切刀6的切刀主体焊接，第二环向切刀6与第二径向支撑加固板12螺栓连接、插销连接或焊接。增加第二环向切刀6，可以减少侧向滚刀数量，保证施工进度、质量、安全的前提下，可有效减低施工成本。

在本实施例中，两块第二径向支撑加固板12之间设有抗磨合金刀头7，一对第二斜向支撑加固板14之间定有轴向切刀5，第一斜向支撑加固板13与第一径向支撑加固板11之间的夹角为45°，第二斜向支撑加固板14与第一斜向支撑加固板13垂直，一对第二斜向支撑加固板14之间相互平行。

抗磨合金刀头7的刀体采用优质钢材加工成型，沿着外边线(刀圈)焊接硬质合金，可以确保滚刀抗磨能力及削切力，确保在岩层顶管施工中机头顺利出洞，抗磨合金刀头7通过与刀盘焊接，形成整体。

切刀包括第一环向切刀4、轴向切刀5、第二环向切刀6，切刀均含有切削部21和切刀主体22，即切刀均采用硬质合金多块合金拼接而成，可以方便出洞后快速更换刀头，尤其是刀头合金仅有部分磨损较大需要进行更换时，机头出洞后，仅需要对损坏的合金块进行更换，可大大节省合金焊接时间及降低施工成本。

在本实施例中，所述顶管机钻头仅含有一个第二轴向滚刀8和一个第三轴向滚刀9，两块第一径向支撑加固板11的外侧各固定有一个的轴向切刀5，与第一径向支撑加固板11固定的轴向切刀5均位于第一径向支撑加固板11的上部，如图1所示，在所述顶管机钻头的左侧，两块第二径向支撑加固板12的内侧和外侧均固定有一个的轴向切刀5，在所述顶管机钻头的右侧，两块第二径向支撑加固板12的外侧均固定有两个的轴向切刀5。

具体的，在所述顶管机钻头的左侧，两块第二径向支撑加固板12的内侧的轴向切刀5左右交错设置，两块第二径向支撑加固板12的外侧的轴向切刀5上下对称设置，两块第二径向支撑加固板12的内侧的轴向切刀5到外壳体10的中心线的距离小于两块第二径向支撑加固板12的外侧的轴向切刀5到外壳体10的中心线的距离。在所述顶管机钻头的右侧，两块第二径向支撑加固板12的外侧的四个轴向切刀5两两上下对称设置，第二轴向滚刀8位于该四个轴向切刀5之间，如图1所示。另外，本申请中未详细介绍的连接方法均可以采用现有的连接方式。

下面介绍一种顶管机，该顶管机的一端含有上述的顶管机钻头。

该顶管机通过对本设计通过刀头的设计及刀头上增加一定数量的硬质合金，增加刀头整体的抗磨损能力，大大减少顶进过程中刀头磨损，有效保证了顶管机顺利出洞，降低卡钻风险；刀头合金采用双向布置(相背设置)，即使出现单向刀头磨损过大而卡钻后，可通过反转继续顶进，降低施工中机械卡洞风险；刀头抗磨损能力增强，增加机械单次顶进距离减少接收井施工数量，提顶进工作效率；增加单次顶进距离，降低刀头磨损率，减少返厂更换刀头，这种装置经实践证明每次出洞后只需现场进行简单的维护即可，无需返厂更换刀头，不仅节约施工成本及工期，而且提高了岩层中钻进速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。