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全断面岩石掘进机刀盘简介

盾构网 shield.stec.net(2008-10-31) 新闻来源：《重工与起重技术》

摘 要：介绍了刀盘的结构形式、运动特性、力学特性及滚刀在刀盘上的布置原则等，对以后独立开发设计刀盘装置有一定的参考意义。 关键词：掘进机；刀盘；中方五分式 1 概述

刀盘是用于安装刀具的基座，为钢结构焊接件，是岩石掘进机的重要部件之一。其前端是加强的双层壁，通过溜槽与后隔板相连，刀盘后隔板用螺栓与刀盘轴承连接。刀盘上装有盘形滚刀用于挤压破碎岩石，前端装有径向带齿的石碴铲斗也能用于软岩开挖。刀座是刀盘的一部分，由于刀盘上的刀座呈凹形，且盘形刀刀圈凸出刀盘，所以能有效地防止破碎围岩时出现大块岩石阻塞刀盘的现象。刀盘具有足够的强度和刚度，设置于各自的刀槽内，不发生侧向位移，以减小刀盘振动和刀具磨耗，也有利于延长主轴承的使用寿命；否则，个别刀具会因受到超载的推力而过早地损坏，这样增加了刀具的费用。为便利运输，刀盘在现场用螺栓把合后焊接而成。文中针对我公司与Robbins公司合作为辽宁省引水工程提供的岩石掘进机刀盘结构进行介绍。 2 刀盘结构及参数 2.1 刀盘结构

岩石掘进机刀盘按结构可分为中心对分式、偏心对分式、中方五分式及中六角七分式四种形式，（见图1）。

图1 刀盘的结构形式

辽宁省大伙房引水工程为敞开式岩石掘进机，其刀盘结构为中方B 分式，刀盘的各个部分为焊接体，即在现场将焊接体焊接成完整圆形，刀盘焊接体间通过紧固件相互把合。刀盘中间焊接体为四方形体（见图2），边部焊接体为圆弧形体。在掘进过程中，为防止因强大的推力作用使刀盘弯曲变形，设计时采用多块厚板曲形材料制作刀盘，以确保刀盘结构的刚性。

图2 刀盘

刀盘安装在连接体上（见图3），通过三列三轮圆柱滚子轴承和大、小齿轮连接提供给刀盘扭矩和推力。刀盘为平面结构，在其上面设有51把用于安装19 英寸滚刀的刀座，滚刀是靠楔块和两个螺拴固定，结构简单，安装方便可靠。为了延长滚刀座的使用寿命，滚刀座的局部表面是经过特殊硬化处理的。在掘进过程中，平面结构的刀盘比球面结构的刀盘更有效减少平面摩擦，连续和有效地开挖岩石以更顺利通过不良地质岩层。为了保证掌子面的稳定，平面刀盘也适用于开挖地质条件差的膨胀性粘土、砂砾层、块状围岩及不稳定层等；刀盘的外露面积要相应地减到最小，以降低对岩石的扰动，使刀盘所受的阻力减小。

图3滚刀和刀座安装

刀盘周边设有低边铲斗，其作用是在刀盘旋转时将切削出的岩碴从洞底铲入，当铲斗随刀盘旋转到上部再经溜槽卸入输送机排卸岩碴。为了保护刀盘本体，在刀盘面板上焊有多块耐磨衬板，以延长刀盘的使用寿命。 2.2刀盘参数

辽宁省大伙房引水工程敞开式岩石掘进机刀盘的相关参数如下： 刀盘直径 φ8000mm 驱动方式 电动变频调速 驱动功率 10*315kW=3150 kW 驱动转速 980r/min

调速范围 0~980~1472.19r/min 变频范围 15~75Hz 安装形式 B5(空心双轴伸) 总传动速比 232.9411765 速比第一级（行星齿轮传动） 20 速比第二级（齿轮传动） 2011.64705882 刀盘转速

恒扭矩时转速范围 0~4.2071r/min(50Hz) 恒功率时转速范围 4.2071~6.32r/min(73.21Hz) 刀盘扭矩

恒扭矩时扭矩 4.2071r/min(50Hz) 6805kNm 恒功率时扭矩 6.32r/min(73.21Hz) 6805~4533kNm 刀盘推力

刀盘允许使用最大推力 13750kN 最大推力（P=289bar) 1900kN 刀盘上滚刀数量 51把 滚刀直径 φ483（19in） 单刀最大承载能力 300kN 3 滚刀在刀盘上的布置及定位 3.1 滚刀在刀盘上的布置

滚刀在刀盘上是按一定的力学和几何学规律布置的，为使刀盘受力均匀以减少掘进机的振动和噪音，滚刀在刀盘上的布置需满足以下基本原则：

（1）岩石掘进机在掘进过程中刀盘所受力必须满足空间力系平衡条件，即所有各力在三个坐标轴上的投影其代数之和分别为零，如果∑Fx、∑Fy、∑Mx及∑My出现不等于0的情况，必须重新调整刀具的布置。一般将∑Fx、∑Fy 控制在比∑Fz小两个数量级，使其合力尽量通过刀盘的回转中心，产生最小倾翻力矩。并且要求刀盘上每把滚刀在破岩时所受的载荷尽量相等；每把滚刀的破岩量也尽量相等，保证刀盘受力均匀且刀盘的变形量在允许范围内，即1mm之内。 （2）掘进时压碎的碴石可通过滚刀之间的间隙落到刀盘前面的仰拱上。

（3）根据掘进机开挖直径Dc以及由岩石特性决定的刀间距S，可以确定滚刀数量n=Dc/2S。在刀盘平面上以刀盘中心为原点和极坐标点，分别建立二维平面坐标系和极坐标系，用极坐标值来确定滚刀在刀盘上的位置，每把刀的位置对应一组坐标值（ρ，θ）, 其中ρ=n S，然后，用平面坐标值来校核滚刀的准确性，见（图4）。由于刀盘中央空间有限，中心刀采用多刃连体式或一体双刃式。

图4 刀具在刀盘上的位置

（4）滚刀在刀盘上的布置要尽量保证刀盘刚性、强度平衡，对刀盘的负载在力学上平衡，所以滚