[发明专利]一种破岩刀具、盾构机刀盘及盾构机

说明书

本发明提供了一种破岩刀具，包括刀体和前刀面，及布置在刀体上的拆缷式水射流切削装置，水射流切削装置的出口与前刀面之间设有导转面。本发明提供的盾构机刀盘包括上述所述的破岩刀具。本发明提供的盾构机包括上述所述的盾构机刀盘。本发明能够通过高压水射流和机械刀具共同作用切削破岩提高破岩效率，并且能够降低刀具温度和减少空气中的粉尘含量。

技术领域

本发明属于岩土钻掘施工技术领域，具体涉及一种破岩刀具、盾构机刀盘及盾构机。

背景技术

在岩土钻掘施工中，最常用的是机械切削刀具，由一个或多个刀齿组成。每个刀齿由前刀面和后刀面相交形成刀刃，在轴向压力作用下刀刃切入待切削岩土，在推力作用下破碎前方岩土实现钻掘。上述方式完全依靠机械作用进行破岩，切削效率难以提高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种包含水射流切削装置的破岩刀具，能够通过高压水射流和机械刀具共同作用切削破岩提高破岩效率，并且能够降低刀具温度和减少空气中的粉尘含量。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种破岩刀具，包括刀体和前刀面，及布置在刀体上的拆缷式水射流切削装置，水射流切削装置的出口与前刀面之间设有导转面。

刀具在垂直于岩体表面的作用力下切入岩体，前刀面在平行于岩体表面作用力下推挤岩体，产生的裂纹使部分岩石脱离岩体，实现切削。水射流切削装置形成的高压水射流进入前刀面与岩体接触的位置后，利用射流的压力可以促进裂纹的产生和扩展，从而提高切削效率，并且高压水射流可以降低刀具温度和减少粉尘含量。为了确保水射流切削装置形成的高压水射流进入前刀面与岩体接触的位置，本发明采用高压水射流先喷射到刀体上，再利用导转面使水射流紧贴前刀面流动，并最终进入前刀面与岩体接触的位置。同时，采用拆缷式的水射流切削装置，可以确保刀具的安装和更换便捷。

作为上述技术方案的进一步改进：

水射流切削装置的喷射方向与前刀面呈夹角布置。

高压水射流的喷射方向与前刀面呈夹角布置，能够减小高压水射流的阻力，从而减少高压水射流的沿程压力损失，从而提高破岩效率。

夹角为15～45度。

夹角控制在这个范围内主要是减少高压水射流喷射到刀体后的反溅，减少无用能耗，也可以降低水射流对刀体的冲击磨损。

水射流切削装置包括喷嘴及与喷嘴连接的接头，刀体包括用于布置喷嘴的安装孔，接头与刀体螺纹连接。

通过螺纹连接的可拆缷方式布置水射流切削装置，可以达到安装和更换便捷的效果。

喷嘴的直径为2～10mm。

喷嘴的直径保持在这个范围能够确保水射流切削装置的工作所需要的压力和流量。

导转面为圆弧面。

这种圆弧导转面能够确高压水射流在经过导转面偏转流入前刀面时，确保高压水射流流向变化过程中能量消耗少。

圆弧面的半径为所述喷嘴的直径的10～20倍。

圆弧导转面的半径控制在这个范围内，主要是为了高压水射流从喷出之后在与导转面接触的有限长度内使射流偏转消耗的能量更小。

导转面和前刀面上包括耐冲刷磨损材料层，导转面和前刀面的表面粗糙度≤Ra0.8。

这个耐冲刷磨损材料层可以提高破岩刀具的使用寿命和可靠性，确保表面粗糙度表面粗糙度≤Ra0.8的范围可以保证尽量减少高压水射流在导转面和前刀面上的沿程压力损失，以进一步避免降低切削效率。

根据本发明第二方面的盾构机刀盘，包括上文所述的破岩刀具。