本發(fā)明涉及土層或巖石的鉆進設備領域，特別涉及一種掘進機截割頭和掘進機。

背景技術(shù)：

掘進機適用于隧道、煤巖巷道、地下工程的掘進與開采。掘進機截割頭作為掘進機的核心工作機構(gòu)，其截割功率占掘進機整機功率的70％～80％，其性能好壞直接決定了掘進機性能的優(yōu)劣，而截割頭的截齒的布置參數(shù)對截割頭的載荷波動、截割比能耗、整機穩(wěn)定性都起到關(guān)鍵作用，對掘進機的性能有著重大影響。

現(xiàn)有技術(shù)中，掘進機截割頭大部分采用等螺旋升角的排布方式，少數(shù)截割頭為了減少頂部截齒的磨損，采用等降螺旋升角排布方式。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中第一種掘進機截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。其中示出了公告號為CN201433764Y、實用新型名稱為“一種縱軸式掘進機用截割頭”的中國專利公開的一種掘進機截割頭。

如圖1所示，該掘進機截割頭100的截割頭體101分為圓錐段、球冠段和平面段三部分。截割頭體101上焊接有呈螺旋線狀排列的多個鎬型截齒103和齒座102。鎬型截齒103的齒尖以螺旋線的方式分布在截割頭體上。其中，鎬型截齒103的齒尖沿等螺旋升角錐面螺旋線104、等螺旋升角球面螺旋線105和平面螺旋線依次排列。在圓柱段和球冠段螺旋升角相等，平面段為平面螺旋線布置。同一條螺旋線上截齒成等圓周角分布，即螺旋線上相鄰截齒的齒尖與齒尖的周向分布角均相等，周向分布角為20°～50°。螺旋線為2條或3條。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中第二種掘進機截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。其中示出了公開號為CN103266890A、發(fā)明名稱為“掘進機截割頭及掘進機” 的中國專利申請公開的一種掘進機截割頭。

如圖2所示，該掘進機截割頭200包括截割頭體、齒座201、截齒202，截割頭體的外周壁包括圓柱段203、圓錐段204和圓弧段205。齒座201以螺旋線的形狀設置于截割頭體的外周壁，螺旋升角由底端到頂端逐漸減小。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以上現(xiàn)有技術(shù)存在如下不足之處：

圖1所示的掘進機截割頭頂部設計為平面形狀，在這一區(qū)域截齒排布密集，雖然在一定程度上減小了截齒受力，但是平面截齒排布形式，不利于截割頭的鉆進和巖屑的導出，在截割頭鉆進時，巖屑容易堵塞截齒之間的縫隙，增加截割頭的截割阻力，影響截割頭的截割效率，并且截齒和齒座的磨損較大。

圖2所示的掘進機截割頭中，其截割頭體設計為圓柱段、圓錐段和圓弧段，截齒以螺旋線的形式分布于截割頭體上，螺旋升角自下而上依次遞減，使得截割頭頂部截齒排列非常密集，同樣不利于導出被截下的巖屑，影響截割頭的截割效率，并且截齒和齒座的磨損較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種掘進機截割頭和掘進機，旨在利于截割巖屑的及時排除，使得截割頭排料的效果較好。

本發(fā)明第一方面提供一種掘進機截割頭，包括截割頭體、設置于所述截割頭體上的齒座和設置于所述齒座上的截齒，多個所述齒座以螺旋線的形狀沿所述截割頭體的外周壁依次排列，所述螺旋線的螺旋升角由所述截割頭體的底端向所述截割頭體的頂端增大。

進一步地，所述螺旋線包括從所述截割頭體的底端至頂端依次連接的N個螺旋線段，N為大于或等于2的自然數(shù)，其中，每個螺旋線段的螺旋升角不變，且每兩段相鄰的螺旋線段中位于上部的螺旋線段的螺旋升角大于位于下部的螺旋線段的螺旋升角。

進一步地，N＝3。

進一步地，所述截割頭體包括從所述截割頭體的底端至頂端依次設置的圓柱段、圓錐段和球冠段，所述N個螺旋線段包括由位于所述圓柱段上的多個齒座所形成的圓柱段螺旋線段、由位于所述圓錐段上的多個齒座所形成的圓錐段螺旋線段和由位于所述球冠段上的多個齒座所形成的球冠段螺旋線段。

進一步地，所述螺旋線的螺旋升角由所述截割頭體的底端向所述截割頭體的頂端逐漸增大。

進一步地，所述截割頭還包括導料筒，所述導料筒固定連接于所述截割頭體的下方。

進一步地，所述截割頭還包括導料板，所述導料板以螺旋線的形狀沿所述截割頭體的外周壁連續(xù)設置。

進一步地，所述截割頭還包括內(nèi)花鍵，所述截割頭體包括與所述內(nèi)花鍵配合的花鍵孔。

進一步地，所述截割頭體包括流道，所述截割頭還包括與所述流道連通的多個噴水嘴。

進一步地，所述齒座包括安裝孔，所述截齒包括安裝段和分別設置于所述安裝段兩端的軸肩和卡槽，所述安裝段與所述安裝孔間隙配合，所述軸肩與所述安裝孔的一個軸端面配合，所述截割頭還包括彈性卡圈，所述彈性卡圈安裝于所述卡槽內(nèi)且與所述安裝孔的另一個軸端面配合。

進一步地，所述螺旋升角的范圍為13°～25°。

進一步地，位于同一條螺旋線上的相鄰兩個截齒的圓周差角的范圍為22°～48°。

本發(fā)明第二方面提供一種掘進機，包括截割頭，所述掘進機截割頭為本發(fā)明第一方面中任一項所述的掘進機截割頭。

基于本發(fā)明提供的掘進機截割頭和掘進機，多個齒座形成的螺旋線的螺旋升角由截割頭體的底端向截割頭體的頂端增大。由于多個齒座排列形成的螺旋線的螺旋升角增大，位于截割頭體頂部的截齒適量地增加了軸向間距，改善了截割頭頂部截齒的密集程度，有利于截割 巖屑的及時排除，使得截割頭排料的效果較好。進一步地，由于排料順暢，可以改善截割頭的截割效率，減小截齒和齒座的磨損。

通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中第一種掘進機截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中第二種掘進機截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的掘進機截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應用或使用的任何限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。同時，應當明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關(guān)系繪制的。對于相關(guān)領域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術(shù)、方法和設備應當被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。應注意到：相似的標號和字母在 下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應當理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。

圖3為本發(fā)明實施例的掘進機截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3和圖4所示，本發(fā)明實施例的掘進機截割頭包括截割頭體1、設置于截割頭體1上的齒座6和設置于齒座6上的截齒7。多個齒座6以螺旋線的形狀沿截割頭體1的外周壁依次排列。螺旋線的螺旋升角由截割頭體1的底端向截割頭體1的頂端增大。

由于多個齒座6排列形成的螺旋線的螺旋升角增大，位于截割頭體頂部的截齒適量地增加了軸向間距，改善了截割頭頂部截齒的密集程度，有利于截割巖屑的及時排除，使得截割頭排料的效果較好。進一步地，由于排料順暢，可以改善截割頭的截割效率，減小截齒和齒座的磨損。

另外，由于截割頭體1頂部以外的截齒分布相對密集，有利于截割頭在橫擺工況下作業(yè)。

齒座6和截齒7可按多條螺旋線布置。多條螺旋線的初始角度不同，各螺旋線的形狀相同。多條螺旋線的起點平分所在的截割頭體1的圓周。如圖3和圖4所示，本實施例中，齒座6和截齒7按3條螺旋線布置，每條截線上布置一個截齒7。

螺旋線包括從截割頭體1的底端至頂端依次連接的N個螺旋線 段，N為大于或等于2的自然數(shù)。其中，每個螺旋線段的螺旋升角不變，且每兩段相鄰的螺旋線段中位于上部的螺旋線段的螺旋升角大于位于下部的螺旋線段的螺旋升角。

由于多個齒座6排列形成的螺旋線的螺旋升角分段相等且依次增大，N段螺旋線段依次連接并形成連續(xù)的螺旋線，這樣的排列方式在適量地增加截割頭頂部截齒的軸向間距，使截割頭排料效果好，可以減小截齒和齒座的磨損的同時，使每段螺旋線段上分布的齒座6及齒座6上的截齒7受力相對均勻，利于減小截齒和齒座的磨損，利于截割頭穩(wěn)定工作。

本實施例中具體地，螺旋線包括從截割頭體1的底端至頂端依次連接的三個螺旋線段，即N＝3。

如圖3所示，截割頭體1包括從截割頭體1的底端至頂端依次設置的圓柱段11、圓錐段12和球冠段13。其中，圓柱段11和圓錐段12適用于截割頭的橫擺工況，而球冠段13適用于截割頭的鉆進工況。

前述三個螺旋線段包括由位于圓柱段11上的多個齒座6所形成的圓柱段螺旋線段、由位于圓錐段12上的多個齒座6所形成的圓錐段螺旋線段和由位于球冠段13上的多個齒座6所形成的球冠段螺旋線段。其中圓柱段螺旋線段的螺旋升角不變，圓錐段螺旋線段的螺旋升角不變，球冠段螺旋線段的螺旋升角不變。圓錐段螺旋線段的螺旋升角大于圓柱段螺旋線段的螺旋升角，球冠段螺旋線段的螺旋升角大于圓錐段螺旋線段的螺旋升角。

本實施例的截割頭相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，在圓柱段11和圓錐段12的可以布置的截齒較多，有利于截割頭在橫擺工況下作業(yè)。

如圖3所示，截割頭還包括導料筒3，導料筒3連接于截割頭體1的底部。本實施例中，導料筒3為與截割頭體1同心設置的圓柱形筒，導料筒3的外徑與截割頭體1的圓柱段11的外徑相同。

截割頭體1和導料筒3分體設置再固定連接的設置方式，利于根據(jù)截割頭的不同部分的受力情況和功能為各部分選擇的最適合的加工工藝，使截割頭體具有良好的機械性能，同時利于降低成本。例如， 截割頭體1可以采用鑄造加工方式，滿足焊接和沖擊性能的同時降低制造成本。

如圖3和圖4所示，本實施例中，截割頭還包括導料板4，導料板4以螺旋線的形狀沿截割頭體1的外周壁連續(xù)設置。導料板4亦分成與齒座6排布的螺旋線數(shù)量相同條數(shù)的螺旋線分別布置于相應螺旋線的齒座6的下方。本實施例中導料板4按三條螺旋線布置。每條螺旋線上的導料板4可以分段滾壓成型，再焊接到截割頭體1上，形成連續(xù)光順的整體葉片。

優(yōu)選地，如圖3所示，導料板4的底端延伸至導料筒3的底面。另外優(yōu)選地，導料板4所形成的螺旋線與對應的多個齒座形成的螺旋線的螺旋升角相同。這些設置均有利于巖屑的排出。

本實施例中由齒座形成的螺旋線的螺旋升角由截割頭體1的底端向截割頭體1的頂端增大的設置，適量地增加了截割頭頂部截齒的軸向間距，不但利于排料，還有利于導料板4的裝配焊接。導料板4的設置也有利于巖屑的排出和增大截割頭的導料量，排料效果好，從而可以進一步改善截割頭的截割效率，減小截齒和齒座的磨損。

如圖4所示，本實施例的截割頭還包括內(nèi)花鍵2，截割頭體1包括與內(nèi)花鍵2配合的花鍵孔。內(nèi)花鍵2為傳動件。

截割頭體1、內(nèi)花鍵2和導料筒3采用分體式設計，具有加工容易、精度高、成本低等優(yōu)點。例如，內(nèi)花鍵2優(yōu)選地采用鍛造的加工方式，提高其綜合力學性能。組裝時將內(nèi)花鍵2與截割頭體1、導料筒3對中后焊接在截割頭體1上。

另外，本實施例的截割頭體1包括流道，截割頭還包括與流道連通的多個噴水嘴5。如圖3和圖4所示，噴水嘴5安裝在齒座6上。本實施例中，球冠段上有多個截齒7一一對應設置有噴水嘴5，各噴水嘴5的噴口朝向?qū)慕佚X7。例如，可以在第一條螺旋線的第8至第12個截齒、第二條螺旋線的第9至第12個截齒和第三條螺旋線的第9至第11個截齒中每個截齒7對應設置一個噴嘴5。

高壓水流流經(jīng)流道至噴水嘴5噴出，可以降低截齒7截割時的溫 度，減小截齒7磨損，而且可以減少截割頭在截割過程中產(chǎn)生的粉塵，改善工作環(huán)境。

齒座6焊接在截割頭體1上。齒座6包括安裝孔，截齒7包括安裝段和分別設置于安裝段兩端的軸肩和卡槽，安裝段與安裝孔間隙配合，軸肩與安裝孔的一個軸端面配合，截割頭還包括彈性卡圈8，彈性卡圈8安裝于卡槽內(nèi)且與安裝孔的另一個軸端面配合。組裝截齒7時，將截齒7的安裝段插入齒座6的安裝孔內(nèi)，使截齒7的軸肩與齒座6的安裝孔的相應軸端面貼合，再將彈性卡圈8卡在截齒7的卡槽內(nèi)，彈性卡圈與安裝孔的另一個軸端面配合，從而將截齒7固定在齒座6內(nèi)。截齒7與齒座6采用間隙量較小的間隙配合，可以保證截齒7在截割過程中平穩(wěn)且自轉(zhuǎn)性能良好。

優(yōu)選地，本實施例的截割頭的螺旋升角的范圍為13°～25°。

另外優(yōu)選地，位于同一條螺旋線上的相鄰兩個截齒的圓周差角a的范圍為22°～48°。

以上螺旋升角的范圍和圓周差角的范圍是經(jīng)過反復計算和篩選得出的最適合于本發(fā)明的取值范圍，在該范圍內(nèi)，可以使截齒排布更加合理，從而在排屑性能、截割效率與減少截齒和齒座的磨損方面獲得較優(yōu)的綜合性能。

截線間距t由截割厚度和被截割對象的崩裂性等性質(zhì)決定。

螺旋升角、圓周差角a和截線間距t的具體數(shù)值的選擇可以根據(jù)土層或巖石的性質(zhì)等鉆進條件確定。

以上實施例不應限制本發(fā)明。例如，在一個未示出的實施例中，也可以使齒座所形成的螺旋線的螺旋升角由截割頭體1的底端向截割頭體1的頂端逐漸增大。

根據(jù)以上描述可知，本發(fā)明以上實施例具有如下優(yōu)點：

1、由于本截割頭采用從截割頭體底部至頂部增加螺旋升角的截齒排布方式，因此適量地增加了截割頭頂部截齒的軸向間距，有效改善截割頭頂部截齒密集程度，有利于截割巖屑的及時排除，截割頭排料效果好，進一步地還有利于導料板的裝配焊接，導料板的裝配利于 增大截割頭單位時間導料量，提高截割頭的排料效果。由于導料效果好，可以提高截割效率，減少截齒和齒座的磨損。

2、截割頭體采用圓柱段、圓錐段和球冠段的組合體，截齒形成的螺旋線的螺旋升角從截割頭體底部至頂部亦按圓柱段螺旋線段、圓錐段螺旋線段和球冠段螺旋線段分段增加，綜合考慮了截割頭的鉆進和橫擺工況，保證截齒在截割過程中受力均勻、截割效率高、截齒磨損小、延長了掘進機截割頭的使用壽命。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術(shù)人員應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中。