掘进机和掘进机用复合刀盘

513 编辑：中冶有色技术网来源：黄河勘测规划设计研究院有限公司

2023-12-12 15:16:30

权利要求书： 1.一种掘进机用复合刀盘，包括刀盘，其特征在于，所述刀盘包括用于致裂岩石的高压喷水装置和之后用于促进岩石脆性裂纹的萌生和扩展的高频冲击振动装置以及最后用于破碎所述岩石的滚刀，

所述滚刀布置在所述刀盘上，所述高压喷水装置在周向上先于所述滚刀与所述高频冲击振动装置经过岩石断面上的同一位置，

所述高频冲击振动装置在周向上先于所述滚刀经过岩石断面上的同一位置。

2.根据权利要求1所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，所述滚刀为多个，所述高压喷水装置为多个，所述高频冲击振动装置为多个，任意一个或者多个所述滚刀配合有至少一个所述高频冲击振动装置和至少一个所述高压喷水装置。

3.根据权利要求2所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，其中一部分所述滚刀沿所述刀盘的至少一条半径，

或者，

至少一条直径呈一条直线设置，该部分滚刀中每个所述滚刀配合有一个所述高频冲击振动装置和一个所述高压喷水装置。

4.根据权利要求2所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，其中一部分所述滚刀在所述刀盘的边缘上呈环形设置，

该部分滚刀不配合有所述高频冲击振动装置和所述高压喷水装置。

5.根据权利要求1所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，所述高频冲击振动装置包括冲击杆、滚轮心轴、电磁激振器和冲击滚轮，所述刀盘上开设有冲击杆孔，所述冲击杆可滑动的设置在所述冲击杆孔中，所述冲击滚轮通过所述滚轮心轴转动的设置在所述冲击杆的一端，所述冲击杆的另一端穿过所述冲击杆孔与所述电磁激振器的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，所述冲击滚轮的顶部高度与和自身配合的所述滚刀的刀刃的包络面的高度相等。

7.根据权利要求1所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，所述高压喷水装置包括喷嘴，所述喷嘴通过螺纹安装在所述刀盘上的螺纹孔中，并与水管连通。

8.根据权利要求1所述的掘进机用复合刀盘，其特征在于，所述高压喷水装置的布置高度低于和自身配合的所述滚刀的高度，在所述刀盘的掘进过程中，所述滚刀压入岩石断面后，和自身配合的所述高压喷水装置不与所述岩石断面接触。

9.一种掘进机，包括刀盘，其特征在于，所述刀盘为如上述权利要求1?8任意一项所述的掘进机用复合刀盘。

10.根据权利要求9所述的掘进机，其特征在于，包括高压水泵站，所述高压喷水装置与所述高压水泵站连通。

说明书：一种掘进机和掘进机用复合刀盘技术领域[0001] 本实用新型涉及破岩刀盘技术领域，尤其涉及一种掘进机和掘进机用复合刀盘。背景技术[0002] 近年来，在高速铁路、矿山开采、城市地铁等大型工程建设中，岩石掘进机凭借其安全环保、自动化程度低、效率高、地质适应性强等诸多优点而得到广泛应用。而在掘进过

程中，刀盘是岩石掘进机最主要的部件之一，它肩负着掘进开挖、支撑掌子面的功能，是所

有破岩刀具的安装载体。

[0003] 然而在极硬岩条件下，传统岩石掘进机由于受本身能力的限制，往往不能顺利破碎岩石，滚刀贯入度极低，从而导致滚刀磨损消耗严重、掘进效率低。

[0004] 因此，如何提供一种掘进机用复合刀盘，以避免掘进过程中滚刀磨损严重以及破碎极硬岩效率低，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

[0005] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种掘进机用复合刀盘，以避免掘进过程中滚刀磨损严重以及破碎极硬岩效率低。本实用新型的另一目的在于提供一种采用上述掘

进机用复合刀盘的掘进机。

[0006] 为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：[0007] 一种掘进机用复合刀盘，包括刀盘，所述刀盘包括用于致裂岩石的高压喷水装置和之后用于促进所述岩石脆性裂纹的萌生和扩展的高频冲击振动装置以及最后用于破碎

所述岩石的滚刀，

[0008] 所述滚刀布置在所述刀盘上，[0009] 所述高压喷水装置在周向上先于所述滚刀与所述高频冲击振动装置经过岩石断面上的同一位置，

[0010] 所述高频冲击振动装置在周向上先于所述滚刀经过岩石断面上的同一位置。[0011] 优选的，上述滚刀为多个，所述高压喷水装置为多个，所述高频冲击振动装置为多个，

[0012] 任意一个或者多个所述滚刀配合有至少一个所述高频冲击振动装置和至少一个所述高压喷水装置。

[0013] 优选的，其中一部分所述滚刀沿所述刀盘的至少一条半径，[0014] 或者，[0015] 至少一条直径呈一条直线设置，[0016] 该部分滚刀中每个所述滚刀配合有一个所述高频冲击振动装置和一个所述高压喷水装置。

[0017] 优选的，其中一部分所述滚刀在所述刀盘的边缘上呈环形设置，[0018] 该部分滚刀不配合有所述高频冲击振动装置和所述高压喷水装置。[0019] 优选的，上述高频冲击振动装置包括冲击杆、滚轮心轴、电磁激振器和冲击滚轮，[0020] 所述刀盘上开设有冲击杆孔，所述冲击杆可滑动的设置在所述冲击杆孔中，[0021] 所述冲击滚轮通过所述滚轮心轴转动的设置在所述冲击杆的一端，[0022] 所述冲击杆的另一端穿过所述冲击杆孔与所述电磁激振器的输出端连接。[0023] 优选的，上述冲击滚轮的顶部高度与和自身配合的所述滚刀的刀刃的包络面的高度相等。

[0024] 优选的，上述高压喷水装置包括喷嘴，所述喷嘴通过螺纹安装在所述刀盘上的螺纹孔中，并与水管连通。

[0025] 优选的，上述高压喷水装置的布置高度低于和自身配合的所述滚刀的高度，[0026] 在所述刀盘的掘进过程中，所述滚刀压入岩石面后，和自身配合的所述高压喷水装置不与所述岩石面接触。

[0027] 本实用新型还提供一种掘进机，包括刀盘，所述刀盘为如上述任意一项所述的掘进机用复合刀盘。

[0028] 优选的，上述的掘进机包括高压水泵站，所述高压喷水装置与所述高压水泵站连通。

[0029] 本实用新型提供的掘进机用复合刀盘，包括刀盘，所述刀盘包括用于致裂岩石的高压喷水装置和之后用于促进所述岩石脆性裂纹的萌生和扩展的高频冲击振动装置以及

最后用于破碎所述岩石的滚刀，

[0030] 所述滚刀布置在所述刀盘上，[0031] 所述高压喷水装置在周向上先于所述滚刀与所述高频冲击振动装置经过岩石断面上的同一位置，

[0032] 所述高频冲击振动装置在周向上先于所述滚刀经过岩石断面上的同一位置。[0033] 本实用新型提供的掘进机用复合刀盘，为高压喷水装置进行高压水射流、高频冲击振动装置进行振动冲击、滚刀破岩相结合的岩石掘进机刀盘结构，利用高压水致裂岩石，

再利用高频冲击载荷促进岩石脆性裂纹的萌生和扩展，易于破碎，最后滚刀破岩，从而降低

了滚刀的磨损和施工成本，提高了滚刀破岩效率，避免了掘进过程中滚刀磨损严重以及破

碎极硬岩效率低。再者，高压水冲击岩石后形成的水流将覆盖整个开挖面，能够对滚刀进行

降温。

附图说明[0034] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本

实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还

可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1为本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘的结构示意图；[0036] 图2为本实用新型实施例提供的高频冲击振动装置的结构示意图；[0037] 图3为本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘的侧视结构示意图。[0038] 上图1?3中：[0039] 刀盘1、滚刀2、高压喷水装置3、冲击滚轮4、水管5、滚轮心轴6、冲击杆7、冲击杆孔8、电磁激振器9、高频冲击振动装置10、高压水喷嘴11。

具体实施方式[0040] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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

述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

[0041] 请参考图1至图3，图1为本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的高频冲击振动装置的结构示意图；图3为本实用新型实

施例提供的掘进机用复合刀盘的侧视结构示意图。

[0042] 本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘，包括刀盘1，刀盘1包括用于致裂岩石的高压喷水装置3和之后用于促进岩石脆性裂纹的萌生和扩展的高频冲击振动装置10以

及最后用于破碎岩石的滚刀2，

[0043] 滚刀2布置在刀盘1上，[0044] 高压喷水装置3在周向上先于滚刀2与高频冲击振动装置10经过岩石断面上的同一位置，

[0045] 高频冲击振动装置10在周向上先于滚刀2经过岩石断面上的同一位置。[0046] 本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘，为高压喷水装置3进行高压水射流、高频冲击振动装置10进行振动冲击、滚刀2破岩相结合的岩石掘进机刀盘结构，利用高压水

致裂岩石，再利用高频冲击载荷促进岩石脆性裂纹的萌生和扩展，易于破碎，最后滚刀2破

岩，从而降低了滚刀2的磨损和施工成本，提高了滚刀2破岩效率，避免了掘进过程中滚刀2

磨损严重以及破碎极硬岩效率低。再者，高压水冲击岩石后形成的水流将覆盖整个开挖面，

能够对滚刀2进行降温。

[0047] 为了进一步优化上述方案，滚刀2为多个，高压喷水装置3为多个，高频冲击振动装置10为多个，

[0048] 任意一个或者多个滚刀2配合有至少一个高频冲击振动装置10和至少一个高压喷水装置3。

[0049] 具体的，其中一部分滚刀2沿刀盘1的至少一条半径，[0050] 或者，[0051] 至少一条直径呈一条直线设置，[0052] 该部分滚刀中每个滚刀2配合有一个高频冲击振动装置10和一个高压喷水装置3，如图1所示。

[0053] 具体的，其中一部分滚刀2在刀盘1的边缘上呈环形设置，[0054] 该部分滚刀不配合有高频冲击振动装置10和高压喷水装置3，如图1所示。[0055] 为了进一步优化上述方案，高频冲击振动装置10包括冲击杆7、滚轮心轴6、电磁激振器9和冲击滚轮4，如图2所示，

[0056] 刀盘1上开设有冲击杆孔8，冲击杆7可滑动的设置在冲击杆孔8中，[0057] 冲击滚轮4通过滚轮心轴6转动的设置在冲击杆7的一端，[0058] 冲击杆7的另一端穿过冲击杆孔8与电磁激振器9的输出端连接。[0059] 其中，冲击滚轮4因摩擦力而发生自转，既可以使冲击滚轮4总是对掌子面产生冲击，滚动摩擦形式又可以减小滚轮的磨损。

[0060] 具体的，冲击滚轮4的顶部高度与和自身配合的滚刀2的刀刃的包络面的高度相等，配合使用效果更佳。

[0061] 具体的，高压喷水装置3包括喷嘴，即高压水喷嘴11，喷嘴通过螺纹安装在刀盘1上的螺纹孔中，并与水管5连通。其中，高压喷水装置3的布置高度低于和自身配合的滚刀2的

高度，在刀盘1的掘进过程中，滚刀2压入岩石面后，和自身配合的高压喷水装置3不与岩石

面接触，具体为高压水喷嘴11不与岩石面接触。

[0062] 本实用新型实施例还提供一种掘进机，包括刀盘，刀盘为如上述任意一项实施例所述的掘进机用复合刀盘。

[0063] 具体的，上述的掘进机包括高压水泵站，高压喷水装置3与高压水泵站连通。[0064] 本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘，是一种针对极硬岩工况用的水刀、振动冲击和滚刀复合刀盘。不改变现有刀盘的主体结构和滚刀在刀盘上的布局及安装方

式，在刀盘的空白区域上设有若干个能对岩石施加高频冲击载荷的高频冲击振动装置10以

及若干个高压水喷嘴11。

[0065] 其中，高频冲击振动装置10包括冲击杆7、滚轮心轴6、电磁激振器9和冲击滚轮4，刀盘1上开设有冲击杆孔8，冲击杆7的一端通过滚轮心轴6与冲击滚轮4连接，另一端穿出冲

击杆孔8与电磁激振器9的输出端连接，冲击滚轮4能绕滚轮心轴6转动，电磁激振器9紧贴在

刀盘1后侧设置，由电磁激振器9对冲击杆7产生振动冲击，再传递至冲击滚轮4。高压水喷嘴

11通过螺纹连接安装在刀盘1的螺纹孔中，并与相应水管5连接。

[0066] 本实用新型实施例提供的掘进机用复合刀盘，采用高压水射流以及高频冲击振动装置10与滚刀2相结合的岩石掘进机刀盘结构，利用高压水致裂岩石，再利用高频冲击载荷

促进岩石脆性裂纹的萌生和扩展，易于破碎，降低了滚刀2的磨损和施工成本，提高了滚刀2

破岩效率。

[0067] 其中，可以是，以刀盘1回转中心为圆心，以各个滚刀2到刀盘1回转中心的距离为半径布置高频冲击振动装置10和高压水喷嘴11，如图1所示，三者旋转运动处于同轨迹线

上。高压水喷嘴11在周向上先于滚刀2与冲击滚轮4经过岩石断面同一位置，冲击滚轮4又先

于滚刀2经过岩石断面同一位置。依次实现高压水致裂岩石，再利用高频冲击载荷促进岩石

脆性裂纹的萌生和扩展，易于破碎，最后滚刀2破岩。

[0068] 岩石掘进机中设有高压水泵站，该高压水泵站为高压水的生成提供动力。水被过滤并被高压水增压装置增压后，压力可达400MPa或更高。高压水流经与各高压水喷嘴11相

连接的水管5，从高压水喷嘴11中喷射而出。

[0069] 岩石掘进机驱动系统使刀盘1向岩石方向推进，伴随刀盘1的旋转推进，岩石在高压水射流的作用下破裂。与高压水喷嘴11在同一轨迹线上的冲击滚轮4在冲击杆7的作用

下，不断冲击掌子面，促进岩石脆性裂纹的萌生和扩展。另外，冲击滚轮4因摩擦力而发生自

转，既可以使冲击滚轮4总是对掌子面产生冲击，滚动摩擦形式又可以减小滚轮的磨损。最

后，与高压水喷嘴11以及冲击滚轮4同一轨迹线上的滚刀2滚压岩石，使岩石裂纹进一步扩

展。随着刀盘1不断推进以及旋转，每个滚刀2下的岩石均破碎断裂，脱离开挖面。

[0070] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定

义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因

此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理

和新颖特点相一致的最宽的范围。