隧道掘进机盘形滚刀的制作方法

1.本实用新型涉及隧道掘进机领域的滚刀，特别是涉及一种隧道掘进机盘形滚刀。


背景技术：

2.隧道掘进机盘形滚刀安装在刀盘，滚刀刀圈在刀盘推力作用下，楔入岩石，然后随着刀盘转动，滚刀被动旋转，实现连续破岩，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴旋转，另一方面绕自身轴线自转；盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟槽，盘形滚刀完成一次破岩过程。
3.盘形滚刀是一种可更换刀圈的刀具，目前主要的盘形滚刀内部安装锥滚子轴承，浮动密封等主要支撑及密封零部件，使用前需要对刀具进行预紧，安装繁琐费时；对密封要求严格，润滑剂的泄露会造成滚刀失效等严重后果；同时，由于滚刀的刀体较大，用他切割岩石所需要的力相对也比较大。一般来说，由于盘形滚刀的径向尺寸比较大，对于某些位置受限、不能提供足够推力的切削装置，目前的设计无法满足要求。
4.轴承作为盘形滚刀的重要组件，价格高昂，使用寿命有限，另外滚刀载荷深受轴承载荷大小的影响，当岩石硬度较大，因为轴承载荷较小，隧道掘进机无法继续加大推力推进滚刀，滚刀只能在此基础上研磨刀圈。
5.滚刀的使用寿命直接影响到工程的施工进度、风险和工程施工成本，在隧道掘进机施工中滚刀的失效形式最主要的一点就是轴承损坏。众所周知，滚刀轴承是需要经常更换的，当轴承到达极限运转时间后，就算轴承没有损坏也要更换新轴承。不仅费时费力，还会增加成本。如何解决频繁更换轴承，增加掘进时间，提高掘进效率值得每个隧道掘进机配件生产厂家深入研究。
6.参见说明书附图1，常规盘形滚刀在内部装有锥滚子轴承，刀轴贯穿所述轴承，在刀轴两端加装封闭端盖，将轴承密封。其中盘形滚刀通过锥滚子轴承驱动刀圈旋转，当盘形滚刀工作时除了要承受刀圈周向的正压力之外，还受到刀圈切向的摩擦力、以及侧向方向上交变应力的作用，受力复杂。然而发明人在施工过程中发现如下问题：
7.1.轴承载荷能力的大小直接影响盘形滚刀的载荷能力，当岩石硬度较大，因为轴承能够承受的载荷较小，导致盾构机无法继续加大推力推进滚刀，滚刀只能在此基础上研磨刀圈，不仅无法有效破岩而且还造成刀圈磨损极易造成刀具的早期失效；
8.2.滚刀内部轴承所受荷载过重造成轴承损坏，导致盘形滚刀无法正常工作，影响破岩效果，拖延施工进度；
9.3.滚刀内部轴承的使用寿命有限，当轴承到达极限运转时间后，需要定期更换，费时费力，增加成本。
10.4.滚刀被动旋转时，刀圈与岩石接触面大，摩擦力大，阻力大，滚刀内部轴承的旋转不够流畅，掘进效率低，而且容易导致滚刀刀圈崩刃、磨损过快等情况发生，大大降低了滚刀的使用寿命。
11.5.滚刀内部轴承更换时，拆装流程繁琐，且轴承内圈需要用到专用台式压力机压
出，施工工艺要求较高，要同时确保密封性及转动流畅性，跟换难度大。


技术实现要素：

12.为了能够解决上述背景技术问题中的至少一项，本实用新型提供了隧道掘进机盘形滚刀。该盘形滚刀通过在刀体内部装配圆柱滚子与外套形成无内圈滚子轴承，并与推力轴承组合，代替圆锥滚子轴承，刀轴、刀体直接充当圆柱滚子的滚动体，增大滚刀的承载、抵消刀轴的轴向力，使滚刀寿命不在受轴承运转时间的限制，延长盘形滚刀使用寿命；圆柱滚子在刀轴矩形环槽腔室内运动顺畅，当刀圈磨损到位后，仅替换刀圈后该滚刀就可继续使用。解决隧道掘进机盘形滚刀的技术问题。
13.本实用新型解决技术问题所采用的方案是：
14.隧道掘进机盘形滚刀包括刀体、镶嵌在所述刀体上的刀圈、固定所述刀圈的挡圈、装配于所述刀体内的刀轴、锁紧所述刀轴的锁紧端盖、紧固所述刀体的端盖、以及所述端盖容纳的浮动密封；所述刀体内壁设置外套孔，所述外套孔内装配有外套，所述刀轴上设有矩形环槽，所述矩形环槽容纳有滚柱；所述外套与所述矩形环槽对应形成环形通道，所述外套与所述矩形环槽之间构成闭合腔，所述滚柱与所述外套、所述矩形环槽共同接触，所述滚柱、所述外套构成无内圈滚子轴承，安装在所述刀轴和所述刀体之间；所述刀轴上设有轴台，在所述轴台上装配有推力轴承。
15.为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，本发明提供的刀体中，所述刀体内壁两端设置有阶梯孔安装所述端盖，在所述刀体内壁中部设有过渡孔，所述过渡孔两侧设置所述外套孔安装所述外套。
16.进一步的，所述刀轴为对称的阶梯轴，在其中部设置有轴肩，所述轴肩两侧设置所述轴台，所述轴台上设有矩形环槽，所述刀轴两端通过所述端盖及锁紧端盖连接固定；在所述轴台上安装所述推力轴承，所述轴肩的侧面对所述推力轴承轴向限位。
17.积极效果，由于本实用新型采用在刀轴上设置矩形环槽安装滚柱，外套、滚柱与刀轴形成无内圈的滚动轴承结构，代替圆锥滚子轴承，增大刀轴直径和承载面的宽度，提高了盘形滚刀的承载能力；同时，在刀轴上设置推力轴承，有效分解盘形滚刀工作时所受到的轴向力；滚动轴承与推力轴承的组合，提高承受荷载的极限，延长盘形滚刀的使用寿命。适宜作为隧道掘进机盘形滚刀使用。
附图说明
18.图1为现有盘形滚刀主视剖面图；
19.图2为本实用新型主视剖面图。
20.图中，1.刀体，11.外套孔，12.过渡孔；
21.2.刀圈；
22.3.挡圈；
23.4.刀轴，41.轴肩，42.轴台，43.矩形环槽；
24.5.端盖；
25.6.锁紧端盖；
26.7.浮动密封；
27.8.滚柱，8.0.圆锥滚子轴承；
28.9.外套，91.密封槽；
29.10.推力轴承。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
31.据图所示，隧道掘进机盘形滚刀包括刀体1、镶嵌在所述刀体1上的刀圈2、固定所述刀圈2的挡圈3、装配于所述刀体1内的刀轴4、锁紧所述刀轴4的锁紧端盖6、紧固所述刀体1的端盖5、以及所述端盖5容纳的浮动密封7；所述刀体1内壁设置外套孔11，所述外套孔11内装配有外套9，所述刀轴4上设有矩形环槽43，所述矩形环槽43容纳有滚柱8，所述外套9与所述矩形环槽43对应形成环形通道，所述外套9与所述矩形环槽43之间构成闭合腔，所述滚柱8与所述外套9、所述矩形环槽43共同接触，所述滚柱8、所述外套9构成无内圈滚子轴承，安装在所述刀轴4和所述刀体1之间；所述刀轴4上设有轴台42，在所述轴台42上装配有推力轴承10。
32.在较佳的实施例中，刀圈2通过挡圈3固定在刀体1上，刀体1能够通过滚柱8及推力轴承10相对刀轴4旋转，滚柱8与外套9构成无内圈滚子并与推力轴承10组合共同构成组合轴承，代替圆锥滚子轴承8.0，不受现有技术中选择圆锥滚子轴承的限制，无轴承内圈，增大了刀轴4的直径和外套9的宽度，提高盘形滚刀所能承受的荷载极限，且使其不受轴承载荷极限的影响；采用推力轴承能够有效分解盘形滚刀工作时所受到的轴向力，从而滚柱8能够更流畅的在矩形环槽腔内旋转。进而使刀圈旋转流畅，破岩效率提高。盘形滚刀使用寿命有效延长，仅需更换刀圈2便可持续使用，安装方便快捷。
33.为了保证本实用新型结构的稳定性，所述刀体1内壁两端设置有阶梯孔安装所述端盖5，在所述刀体1内壁中部设有过渡孔12，所述过渡孔12两侧设置所述外套孔11安装所述外套9。
34.在较佳的实施例中，刀体1内由过渡孔12间隔设置的外套孔11，取消了现有技术中的圆锥滚子轴承挡圈，这样的结构便于加工外轴套12并满足其同轴度的要求。
35.为了进一步保证本实用新型结构的稳定性，所述刀轴4为对称的阶梯轴，在其中部设置有轴肩41，所述轴肩41两侧设置所述轴台42，所述轴台42上设有矩形环槽43，所述刀轴4两端通过所述端盖5及锁紧端盖6连接固定；在所述轴台42上安装所述推力轴承10，所述轴肩41的侧面对所述推力轴承10轴向限位。
36.其中，所述刀轴4两端设有所述端盖5及锁紧端盖6装配，安装时无方向性，简单方便，拆卸快捷；并通过单面的浮动密封7进行密封，进一步降低了成本。
37.在较佳的实施例中，刀轴4为阶梯轴，轴肩41与过渡孔12间隙配合；因此，刀轴4的
直径增大，提高了刀轴4的强度，为刀体1提供了稳定的支撑。
38.为了优化本实用新型的结构，所述外套9为轴套，其内壁设有环腔容纳所述滚柱8，在所述外套的外表面设置有密封槽91安装密封圈；使刀体1内腔密闭隔绝外部环境，进而避免滚柱8、推力轴承受到外部侵入杂质的损伤，延长组合轴承的使用寿命。
39.为了更加优化本实用新型的结构，所述滚柱8阵列在矩形环槽43内均匀排列，在较佳的实施例中，所述滚柱8三列为一组。
40.为了更加优化本实用新型的结构，所述推力轴承10为推力圆柱滚子轴承、推力圆锥滚子轴承或推力滚针轴承。
41.作为常规的技术选择，所述推力轴承10相对装配在所述轴肩41两侧，紧圈抵靠在所述轴肩41两侧，分解盘形滚刀工作时所受到的轴向力。
42.优选的，所述刀圈2可根据施工需要装配单刃或多刃刀圈。
43.本实用新型的工作原理：
44.在刀轴上设置矩形环槽镶嵌滚柱，取消圆锥滚子轴承的内圈，形成无内圈的滚子轴承结构，增大滚柱以及刀轴的直径，提高盘形滚刀的承载能力。
45.刀轴上设有推力轴承抵消刀轴的轴向力，刀圈流畅旋转，提高盘形滚刀的稳定性。
46.本实用新型的特点：
47.1.由于在刀轴上设置矩形环槽安装滚柱，取消轴承内圈；因此，外套、滚柱与刀轴形成无内圈的滚动轴承结构，代替圆锥滚子轴承，增大刀轴直径和承载面的宽度，提高了盘形滚刀的承载能力。
48.2.由于在刀轴上设置推力轴承，推力轴承具有抵消刀轴的轴向力作用；所以，有效分解盘形滚刀工作时所受到的轴向力，滚动轴承与推力轴承的组合，提高承受荷载的极限，延长盘形滚刀的使用寿命。
49.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。