新型复合滚刀及其装配方法

技术领域

本发明涉及地层掘进工具技术领域，特别是一种新型复合滚刀。

背景技术

滚刀和刮刀是顶管破岩掘进的关键部件，广泛应用于城市乡村引水、排污、管线以及修建涵洞等工程。

滚刀破岩机理：刀盘在顶管机强大的推力作用下，滚刀压入岩层，滚刀绕刀盘中心轴公转，同时滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩层上连续滚压，刀盘施加给刀圈推力和滚动力转矩，推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体，通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎，在岩石上形成同心圆，当推力超过岩石的强度时，滚刀下的岩石直接挤压破碎，滚刀贯入岩石，掌子面被滚刀挤压碎裂而形成隧道同心圆沟槽，随着沟槽深度增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落形成进尺。由于滚刀要跟随公转，又要自转，因而我们在滚刀内安装圆锥滚子轴承。圆锥轴承的锥角能有效承载径向和轴向的复合载荷，为了达到承载目的，我们需要采取负游隙安装，目标负游隙取决与具体的载荷，通常游隙设定范围是负0.05毫米到负0.30毫米之间，轴承旋转扭矩与很多因素有关，通常的行业经验在30N.M到80N.M之间，由此可以看出，滚刀正常使用必须要设定大于30N.M的启动扭矩，当滚刀在软岩和泥岩中掘进时，光滑的刀刃没有足够的磨擦力形成反着用力推动滚刀自转，滚刀就会偏磨失效。因此滚刀一般用于中硬和硬地层掘进。

刮刀破岩机理：相对于滚刀破岩机理，刮刀破岩机理简单很多，刮刀固定在刀盘上随刀盘中心轴公转，在刀盘推力作用下，刀盘旋转带动刀具切入地层，在掌子面形成环形犁沟将岩层或泥岩刮削下来形成进尺。由于刮刀以刮削为主，顶管机强大的扭矩都要由所有刮刀来承受，受限于狭小的空间限制不可能布置大量刮刀，因而刮刀主要安装于软岩刀盘，用于在软岩和泥岩中掘进。

从滚刀和刮刀的工作原理出发，我们一般为软岩顶管施工配置刮刀刮削岩层，硬岩配置滚刀碾压破碎岩体。但是顶管施工一个标段短则100米，长则好几百米，由于顶管施工工艺的特殊性，刀盘只能前进不能后退，当地质情况出现忽变时根本无法调整刀具布置，那么刮刀刀盘遇到硬地层时刀盘就会卡死，进退两难导致工程事故，当配置滚刀刀盘，遭遇到极软地层时滚刀会出现偏磨，同样是工程事故，不但耽误工期，而且经济损失巨大。

发明内容

本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种新型复合滚刀。

具体技术方案如下；

一种新型复合滚刀，包括刀圈，其特征在于：所述刀圈的刀刃部分两侧是滚压刀刃，中间为刮刀刀刃。

一种新型复合滚刀，包括刀圈，其特征在于：所述刀圈的刀刃部分中间是滚压刀刃，两侧为刮刀刀刃。

一种复合滚刀的装配方法，其特征在于：包括以下步骤：

1、清洗所有工件；

2、将下压盖放在感应加热器横梁加热到80℃；

3、刀轴大头端向下立放，戴好防护手套，两手平端下压盖平稳放到刀轴下端，等待下压盖冷却到室温；

4、在下压盖密封槽安装下端面密封系统；

5、将圆锥滚子轴承内套放在感应加热器横梁加热到100℃；戴好防护手套，两手平端平稳放到刀轴下端，冷却到室温；

6、将O型密封圈套入刀轴下端紧贴圆锥滚子轴承；

7、隔环套入刀轴；

8、将两套圆锥滚子轴承外套，压入整体刀圈；

9、在整体刀圈密封腔内安装上端金属端面密封系统下端面密封系统；

10、将整体刀圈套入刀轴；

11、圆锥滚子轴承内套放在感应加热器横梁加热到100℃；戴好防护手套，两手平端平稳放到刀轴上端，室温冷却；

12、将O型密封圈套入刀轴的密封槽内；

13、安装上金属端面密封系统；

14、将上压盖顺刀轴螺纹反时针转动，快到位时测试刀圈启动扭矩，扭矩到位停止。

15、安装固定环，将其与上压盖点焊在一起；

16、注油，封堵注油孔，复合滚刀装配完毕。

与现有技术相比，本发明的有为益效果是：本发明复合滚刀，屏蔽了刮刀和滚刀的缺点，结合了刮刀和滚刀的优点，取得了1加1大于2的效果，在软地层、硬地层、破碎岩层和卵石地层都能顺利高效掘进。当刀盘在软地层掘进时，刮刀压入地层在刀盘公转下反扭矩推动滚刀旋转有效防止滚刀偏磨。当刀盘在硬地层掘进时，滚刀碾压破碎岩体的同时刮刀辅助剥削岩石加速进尺。当刀盘在破碎岩层和卵石地层掘进时，地层松散软硬不均匀，滚刀和刮刀受冲击载荷非常容易发生破裂，复合滚刀由于工作面大，克服了局部受力的情况，很大程度缓解了冲击载荷，防止刀具破裂。

附图说明

图1为本发明的一种结构；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明的另一种结构

图4为图3的侧视图。

具体实施方式

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1-4所示，本发明复合滚刀，刀圈的刀刃部分有两种形状，一种为两侧是滚压刀刃，中间为刮刀刀刃，一种为中间是滚压刀刃，两侧为刮刀刀刃。可根据地探数据合理选配。新型复合滚刀屏蔽了刮刀和滚刀的缺点，结合了刮刀和滚刀的优点，取得了1加1大于2的效果，在软地层、硬地层、破碎岩层和卵石地层都能顺利高效掘进。当刀盘在软地层掘进时，刮刀压入地层在刀盘公转下反扭矩推动滚刀旋转有效防止滚刀偏磨。当刀盘在硬地层掘进时，滚刀碾压破碎岩体的同时刮刀辅助剥削岩石加速进尺。当刀盘破碎岩层和卵石地层掘进时，地层松散软硬不均匀，滚刀和刮刀受冲击载荷非常容易发生破裂，复合滚刀由于工作面大，克服了局部受力的情况，很大程度缓解了冲击载荷，防止刀具破裂。

优选地，所述复合滚刀具有刮刀和滚刀的优点，又屏蔽了刮刀和滚刀的缺点，地层适应能力强，极软地层、极硬地层、破碎岩层和卵石地层都可顺利掘进。

优选地，所述复合滚刀具有刮刀和滚刀的优点，又屏蔽了刮刀和滚刀的缺点，在硬地层中进尺快、推进平稳。

优选地，所述复合滚刀具有刮刀和滚刀的优点，又屏蔽了刮刀和滚刀的缺点，可以做成整体刀圈，节约了滚刀宝贵的空间，滚刀可采用大直径圆锥滚子轴承提高承载能力和寿命，利于复合滚刀大推力长距离连续掘进。

优选地，所述复合滚刀融合了刮刀和滚刀的优点，有机结合在一起，同样直径的刀盘可以多布置刀具提高刀具履盖率，在完整性好的硬地层进尺更快。

优选地，所述复合滚刀融合了刮刀和滚刀的优点，有机结合在一起，同样直径的刀盘也可以在满足刀具履盖率的情况下，增加刀盘开口率，在极软地层中快速掘进有效防止刀盘泥包。

优选地，所述复合滚刀，由于在现有整体滚刀上增加刮刀功能，使用原材料重量并不增加，只是增加部分铣齿工时，因而刀圈成本并不提高，有利于市场推广使用。

一只完整的复合滚刀，由刀轴1、刀圈2、上端盖3、下端盖4、圆锥滚子轴承5、固定环6、隔环7、上端面密封系统8、下端面密封系统9、O型密封圈10、O型密封圈11构成。

装配过程描述：

1、清洗所有工件；

2、将下压盖4放在感应加热器横梁加热到80℃；

3、刀轴2大头端向下立放，戴好防护手套，两手平端下压盖4平稳放到刀轴下端，等待下压盖冷却到室温；

4、在下压盖4密封槽安装下端面密封系统9；

5、将圆锥滚子轴承5内套放在感应加热器横梁加热到100℃；戴好防护手套，两手平端平稳放到刀轴2下端，冷却到室温；

6、将O型密封圈11套入刀轴下端紧贴圆锥滚子轴承5；

7、隔环7套入刀轴；

8、将两套圆锥滚子轴承5外套，压入整体刀圈2；

9、在整体刀圈2密封腔内安装上端金属端面密封系统8下端面密封系统9；

10、将整体刀圈2套入刀轴1；

11、圆锥滚子轴承5内套放在感应加热器横梁加热到100℃；戴好防护手套，两手平端平稳放到刀轴上端，室温冷却；

12、将O型密封圈10套入刀轴2的密封槽内；

13、安装上金属端面密封系统8；

14、将上压盖3顺刀轴2螺纹反时针转动，快到位时测试刀圈启动扭矩，扭矩到位停止。

15、安装固定环6，将其与上压盖3点焊在一起；

16、注油，封堵注油孔，复合滚刀装配完毕。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。