[发明专利]直线式安装的刀具壳体

说明书

一种用于隧道掘进机的刀具组件，其包括第一和第二壳体支座，每个壳体支座均具有板部分、抵接凸缘和多个间隔开的座。刀圈组件可安装在壳体中并且包括两个或更多个桥接支撑件，该桥接支撑件包括轴安装部分和与相应的壳体支座凸缘抵接的两个端部部分。刀圈的旋转轴线位于壳体支座之间并与之平行。单独的楔形构件可附接到壳体支座并且构造成将桥接支撑件的端部部分夹在相关联的凸缘上。在一些实施例中，可移除的座构件设置在壳体支座的座与楔形构件之间。壳体支座和可移除座构造成允许将刀圈组件直线式插入壳体支座。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月18日提交的美国临时专利申请No.62/508,030的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

隧道掘进机(“TBM”)是一种隧道挖掘设备，用于在各种土壤和岩石地层中形成隧道。传统的TBM以最小的附带干扰产生光滑圆形隧道墙。如Lindbergh等人的美国专利No.8,172,334中所讨论的那样(该专利的全部内容通过引用结合到本文中)，常规的TBM通常包括支撑多个刀具组件的全平面可旋转驱动的刀头。通常，刀头可具有20、50、100或更多个可旋转地安装到刀头的刀具组件。

James S.Robbins开发的旋转刀头的发明是使TBM高效且可靠的突破。最初，罗宾斯(Robbins)的TBM使用刚性钉以圆周运动旋转，但是这些钉经常会折断。他发现通过用更持久的可旋转刀具组件代替这些磨削钉，可以大大减少这一问题。从那时起，现代TBM便包括了可旋转的刀具组件。

在操作中，刀头被推靠在要钻孔的表面上，使得刀具组件中的至少一些被强制接合该表面。在某些TBM中，多个相对的液压缸组与隧道壁接合以锚固TBM，而分离的推进缸将刀头压抵在岩石或地面上。刀头围绕纵向轴线旋转，使得当刀具组件被强制压抵在表面上时，它们会沿着表面滚动，以使表面上的材料断裂、松动、磨碎、移动和/或破坏。

如Lindbergh等人所述，可旋转的刀具组件安装在TBM刀头的壳体中，使得刀圈从刀头的面向前延伸以与土岩壁接合。在TBM的操作过程中，通常使用液压致动器将刀头以很大的力压抵在岩石表面上，同时使刀头绕其轴线旋转。刀具组件的刀圈的端部与隧道面接合并产生局部应力，该局部应力会导致壁面破裂和破碎。收集并清除破裂和疏松的材料，以逐渐形成隧道。

在隧道掘进操作中，刀头和刀具组件承受很大的力。一旦开始挖掘隧道，就很难修理或更换刀具组件，原因在于刀具组件很难就地接近，并且刀具组件很重，通常重达数百磅。隧道一般处于相当大的深度因而具有较高的环境压力。因此，至关重要的是，即使在与隧道掘进相关的极端条件下，在刀头中安装刀具组件也必须非常安全可靠。

图1在此示出了用于隧道掘进机的常规刀圈组件10的壳体的分解图。刀圈组件10包括设置在毂12上的刀圈15，该毂12可旋转地安装在轴13上以绕轴线14旋转。轴承组件(未示出)通常安装在轴13上以提供毂12和刀圈15围绕轴13旋转。

图1所示的刀具壳体组件包括间隔开的壳体支座20L、20R。刀圈15的旋转轴线14大体垂直于壳体支座20L、20R。轴13的相反两端固定在壳体支座20L、20R的L形通道21中，该L形通道21的尺寸适于接收刀具组件轴13。通常，通过将轴13的相反两端定位在壳体支座20L、20R的后部处以与L形通道21的长支腿21A接合来安装刀具组件10。刀具组件10沿着L形通道21的长支腿21A滑动，然后横向移动到由L形通道21的短支腿21B形成的凹槽中。刀具壳体利用一对楔形锁组件22A将刀具组件10固定到壳体支座20L、20R，所述楔形锁组件22A接合轴13的相应端部。

楔形锁组件22A每个都包括楔形件22、夹持块24和设置在楔形件22和夹持块24之间的可选的管状套筒28。楔形件22被定位成抵接轴13的端部上的倾斜面，并且夹持块24接合相关的壳体支座20L、20R上的抵接表面25。螺栓23延伸穿过楔形件22、套筒28和夹持块24并由两个螺母26和一垫圈27固定。当通过将螺母26拧紧至设计规格而将螺栓23张紧时，楔形件22将刀具组件10锁定就位。