本發(fā)明涉及一種用于巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤裝置，其包括刀盤以及與刀盤相連接的刀盤冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)是利用回轉(zhuǎn)刀具開挖、同時(shí)破碎洞內(nèi)圍巖及掘進(jìn)以形成整個(gè)隧道斷面的隧道施工機(jī)械，主要用于水利水電、鐵路公路等山頂隧道。巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)開挖地層往往屬于巖石堅(jiān)硬的地層，因此，巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤滾刀容易過熱，磨損消耗大，同時(shí)粉塵量也很大。尤其是，安裝在刀盤的邊緣區(qū)域中的滾刀偏載受力，軌跡線長，因此此區(qū)域的破碎巖石最多，施工過程溫度最高，最容易產(chǎn)生異常的損壞。

特別是在開挖Ⅱ類或Ⅲ類地層時(shí)，開挖面的裂隙少，石英含量高。因此，巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤滾刀灌入巖壁比較困難。在這種情況下，邊緣滾刀最容易過熱損壞，刀圈磨損加劇，同時(shí)粉塵產(chǎn)生嚴(yán)重。滾刀過多的異常損耗和刀圈的大量消耗增加了施工成本，同時(shí)也增加了換刀時(shí)間，影響掘進(jìn)機(jī)的使用效率。

目前，巖石隧道掘進(jìn)機(jī)主要是在刀盤的前部配置了一定數(shù)量的噴水口，通過一定的壓力(例如8～10巴)將水從開有細(xì)孔的噴嘴中噴出，形成一道圓錐形水霧。通過刀盤的旋轉(zhuǎn)可將整個(gè)水霧擴(kuò)散至掌子面，從而達(dá)到降低刀盤及滾刀的溫度且抑制粉塵的作用。

然而，這種方式無法有效地帶走刀盤處的熱量，尤其是對邊緣區(qū)域的滾刀的降溫效果不佳，同時(shí)抑制粉塵的作用也不夠明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中通常需要在刀盤的邊緣區(qū)域增加直接沖刷的水路，才能保證刀盤的邊緣區(qū)域滾刀不至于過熱異常損壞。然而，增設(shè)這種直接沖刷的水路是相當(dāng)困難的。這不但是基于考慮成本的原因，更重要的是刀盤邊緣區(qū)域的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間有限。而且，如果要在刀盤的邊緣區(qū)域增加直接沖刷的水路，則很容易降低邊緣滾刀的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，導(dǎo)致整個(gè)刀盤的壽命縮短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種用于巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤裝置，其包括刀盤和與刀盤相連的刀盤冷卻系統(tǒng)。這種刀盤裝置的刀盤冷卻系統(tǒng)具有簡單的結(jié)構(gòu)，能夠很好地降低刀盤的溫度，同時(shí)抑制粉塵的產(chǎn)生。

本發(fā)明提供了一種用于巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤裝置，包括刀盤和與刀盤連接的刀盤冷卻系統(tǒng)，所述刀盤包括設(shè)置在刀盤正面上的噴嘴，所述刀盤冷卻系統(tǒng)包括：冷卻液供應(yīng)源；添加劑供應(yīng)源；混合單元，用于接受來自冷卻液供應(yīng)源的冷卻液和來自添加劑供應(yīng)源的添加劑，并輸出混合流體；設(shè)置在混合單元下游的膨脹發(fā)泡器，其接受所述混合流體和來自壓縮空氣源的壓縮空氣，從而產(chǎn)生并輸出泡沫流體，其中，所述泡沫流體經(jīng)所述噴嘴噴出。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述噴嘴僅設(shè)置在所述刀盤正面上。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述噴嘴以環(huán)形對稱的方式設(shè)置在所述刀盤的中心滾刀和邊緣滾刀之間的區(qū)域內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，還包括設(shè)置在刀盤背面的接渣斗處的噴嘴。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述噴嘴以朝向所述刀盤的徑向外側(cè)傾斜的方式設(shè)置。

在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置有兩圈所述噴嘴，其中外圈噴嘴以朝向徑向外側(cè)傾斜的方式設(shè)置，而內(nèi)圈噴嘴以朝向所述刀盤的徑向內(nèi)側(cè)傾斜的方式設(shè)置。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述混合單元和膨脹發(fā)泡器之間設(shè)置有流量計(jì)。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述混合單元和流量計(jì)之間設(shè)置有安全閥，用以保證所述刀盤冷卻系統(tǒng)的壓力。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述刀盤的中心區(qū)域安裝有回轉(zhuǎn)接頭，所述泡沫流體通過所述回轉(zhuǎn)接頭分配至各個(gè)噴嘴中。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述刀盤的背面上對應(yīng)于所述噴嘴的位置處安裝有能夠打開的蓋板。

附圖說明

以下將結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在附圖中：

圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤裝置的結(jié)構(gòu)框圖，該刀盤裝置包括刀盤和刀盤冷卻系統(tǒng)；

圖2顯示了圖1所示的刀盤，尤其顯示了泡沫的包裹作用；

圖3是圖2中的區(qū)域I的放大視圖；

圖4是圖2中的區(qū)域II的放大視圖。

圖5顯示了安裝在刀盤背面接渣斗處的的噴嘴。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。需要說明的是，下文中的方用語如“上游”、“下游”等是相對于流體的流動(dòng)方向來描述的，并不起任何限制性作用。

圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤裝置100的結(jié)構(gòu)框圖。該刀盤裝置10包括刀盤40，以及與刀盤40相連的刀盤冷卻系統(tǒng)60。

刀盤40包括刀盤主體2，以及安裝在刀盤主體2上的若干把滾刀。具體地，刀盤40包括安裝在刀盤主體2的中心區(qū)域內(nèi)的中心滾刀，以及安裝在刀盤主體2的邊緣區(qū)域處的邊緣滾刀1。圖1和2中尤其標(biāo)示出了邊緣滾刀1。刀盤主體2和安裝在其上的滾刀均是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，因此其具體的結(jié)構(gòu)在此略去，不作詳細(xì)的介紹。

如圖1所示，刀盤冷卻系統(tǒng)60包括冷卻液供應(yīng)源62。冷卻液供應(yīng)源62提供冷卻液，通常為高壓水，其經(jīng)閥13(例如氣動(dòng)球閥)而進(jìn)入刀盤冷卻系統(tǒng)60的輸送管路70。

根據(jù)本發(fā)明，為了進(jìn)一步降低刀盤的溫度，刀盤冷卻系統(tǒng)60還包括添加劑罐12，其中容納有適當(dāng)?shù)奶砑觿Ｌ砑觿┛砂龎m成分。來自于添加劑罐12的添加劑可在添加劑泵11的作用下加入到輸送管路70中。添加劑泵11的另一個(gè)作用是可以調(diào)節(jié)添加劑的供應(yīng)量，從而改變添加劑與冷卻液的供給比。由此，可以根據(jù)不同的地層和掘進(jìn)速度來選擇添加劑的供應(yīng)量，以實(shí)現(xiàn)最佳的冷卻、除塵效果。

在輸送管路70中的處于冷卻液供應(yīng)源62和添加劑罐12的下游位置處設(shè)有混合罐10，其接受來自于冷卻液供應(yīng)源62的冷卻液和來自添加劑罐12的添加劑，并且在其中進(jìn)行混合。所得的混合流體從混合罐10輸出并向下游流動(dòng)。

在輸送管路70中的處于混合罐10的下游位置處設(shè)有膨脹發(fā)泡器5，其用于接受來自混合罐10的混合流體。同時(shí)，膨脹發(fā)泡器5還與壓縮空氣源61連通，用于接受壓縮空氣。這樣，冷卻液、添加劑和壓縮空氣在膨脹發(fā)泡器5處共同反應(yīng)，產(chǎn)生了泡沫流體。該泡沫流體流入到設(shè)置在刀盤40內(nèi)的回轉(zhuǎn)接頭19。

為防止泡沫流體的回流，在膨脹發(fā)泡器5和回轉(zhuǎn)接頭19可設(shè)置單向閥5。為控制泡沫流體的流量，以及保證系統(tǒng)壓力，在混合罐10和膨脹發(fā)泡器5之間設(shè)置有球閥6、流量計(jì)7，以及增壓泵8和安全閥9。這些部件均是本領(lǐng)域所熟知的，在此不作詳細(xì)的介紹。

圖3具體顯示了回轉(zhuǎn)接頭19?；剞D(zhuǎn)接頭19安裝在刀盤40的中心區(qū)域，若干分支管路17從回轉(zhuǎn)接頭19中分出來，與設(shè)置在刀盤40的正面上的若干噴嘴組件連通。通?？稍O(shè)有四個(gè)或八個(gè)分支管路1，相應(yīng)地在刀盤40的正面上設(shè)置四個(gè)或八個(gè)噴嘴組件。這些噴嘴組件通常為周向?qū)ΨQ地設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明，噴嘴組件僅設(shè)置在刀盤40的正面，優(yōu)選地處于中心滾刀和邊緣滾刀之間的區(qū)域內(nèi)。

圖4詳細(xì)顯示了一個(gè)噴嘴組件，其包括用于安裝在刀盤正面上的套筒體14、安裝在套筒體14上的噴嘴安裝座16，以及安裝在噴嘴安裝座16中的噴嘴15。在刀盤的背面上與噴嘴組件相對應(yīng)的位置處設(shè)有蓋板18。蓋板18例如通過螺釘固定在刀盤的背面上，因而可方便地打開。這樣，可以容易地拆卸和清洗噴嘴15。

通過這種結(jié)構(gòu)，來自刀盤冷卻系統(tǒng)60的泡沫流體就可以經(jīng)噴嘴15從刀盤正面噴出。所形成的泡沫將注入到掌子面上，從而將整個(gè)刀盤和安裝在其上的滾刀包裹起來。這在圖2中有特別清楚的顯示。包裹在刀盤上的泡沫通過蒸發(fā)帶走熱量，從而降低了刀盤的滾刀溫度。

由于泡沫填充的固有性質(zhì)，所形成的泡沫能夠自動(dòng)地包裹在邊緣滾刀的附近，從而顯著地降低了邊緣滾刀的溫度。因此，根據(jù)本發(fā)明，不需要針對邊緣滾刀設(shè)置特殊的噴嘴，就可以顯著地降低邊緣滾刀的溫度。因此，刀盤的結(jié)構(gòu)得以簡化，邊緣滾刀的強(qiáng)度也能夠保證。

同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的刀盤，能夠向掌子面不間斷地注入泡沫，包裹了整個(gè)刀盤，因而能夠包裹和吸收滾刀破巖所產(chǎn)生的粉塵。因此，除了降低邊緣滾刀的溫度之外，根據(jù)本發(fā)明的刀盤還能夠有效地抑制粉塵。

通過施工現(xiàn)場的實(shí)際測試，相比于傳統(tǒng)的其中僅供應(yīng)高壓水的刀盤裝置而言，根據(jù)本發(fā)明的刀盤裝置可以將滾刀的消耗成本降低15-20％。

另外，通過適當(dāng)?shù)剡x擇添加劑的成分，例如含有抗磨損成分的添加劑，還可以方便地實(shí)現(xiàn)降低滾刀磨損的效果。這樣在降溫和除塵的同時(shí)，還能夠提高滾刀的抗磨損性。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)泡沫向邊緣滾刀擴(kuò)散的效果，噴嘴可以設(shè)置成朝向刀盤的徑向外側(cè)傾斜。這樣，所產(chǎn)生的泡沫能夠更容易地朝向邊緣滾刀擴(kuò)散，從而有效地包裹邊緣滾刀，實(shí)現(xiàn)降溫和除塵的效果。

在另一個(gè)具體實(shí)施例中，在中心滾刀和邊緣滾刀之間的區(qū)域內(nèi)設(shè)置了兩圈噴嘴，其中，內(nèi)圈噴嘴設(shè)置成朝向刀盤的徑向內(nèi)側(cè)傾斜，而外圈噴嘴設(shè)置成朝向刀盤的徑向外側(cè)傾斜。根據(jù)這種設(shè)置，一方面可以使外圈噴嘴噴出的泡沫能夠更容易地朝向邊緣滾刀擴(kuò)散，另一方面也可以使內(nèi)圈噴嘴和外圈噴嘴所產(chǎn)生的泡沫相互之間產(chǎn)生湍流，使得泡沫的包裹效果更佳。試驗(yàn)表明，相比于噴嘴平行于刀盤中心線設(shè)置的結(jié)構(gòu)，這一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可以額外地將滾刀的消耗成本降低5％左右。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，除了在刀盤正面上安裝噴嘴以外，還在刀盤背面的接渣斗處安裝了徑向噴嘴。如圖5所示，在刀盤背面31的接渣斗33上安裝有徑向噴嘴35。另外，這種背部的徑向噴嘴一方面是直接可以噴到邊緣滾刀上，另一方面也可以噴到刀盤背面31和刀盤大法蘭32之間的空腔中。令人驚奇的是，正是因?yàn)檫@個(gè)空腔充滿泡沫，才能起到非常好的抑制灰塵往外擴(kuò)散的作用。因此，安裝在刀盤背面的接渣斗處的徑向噴嘴可以有效地實(shí)現(xiàn)冷卻、除塵等作用。

雖然在上文中已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。