本實用新型涉及隧道施工機械領(lǐng)域，尤其涉及一種掘進(jìn)機用截割頭及掘進(jìn)機。

背景技術(shù)：

掘進(jìn)機被廣泛應(yīng)用于隧道施工領(lǐng)域，隧道的施工效率和截齒消耗主要依賴于掘進(jìn)機截割頭的性能，目前國內(nèi)截割頭在施工作業(yè)過程中存在截齒磨損大、截割效率低等缺點，尤其在截割頭前端截齒磨損大，需要經(jīng)常更換截齒，從而降低整機作業(yè)效率。

現(xiàn)有技術(shù)中有一種可更換頂部截割刃的新型截割頭，如圖1所示，該新型截割頭主要由截割頭體、截齒、齒座和可更換頂部截割刃組成，在截割頭體圓錐頂部配置了利于掘進(jìn)機頂進(jìn)的截割刃來代替原部位的截齒和齒座，且在截割頭體上配置專門用于截割刃的安裝孔，在保證使用牢固、穩(wěn)定的同時，可快速拆卸和更換。

該新型截割頭的頂部采用刀刃破巖，雖然刀刃較為鋒利，但刀刃在硬巖工況條件磨損很大，只適用于中硬巖層以上煤田地質(zhì)、煤礦等硬地質(zhì)的井下巷道、鐵路和隧道施工的掘進(jìn)；同時由于刀刃接觸面積大，增加截割頭鉆進(jìn)所需的推動力，因此會降低截割頭的作業(yè)效率；

如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中還有一種縱軸式掘進(jìn)機用截割頭，其截割頭體上的截齒呈等升角螺旋線排布，螺旋線頭數(shù)為兩條或三條，齒尖與齒尖的軸向分布角為20°～50°。

該截割頭的截齒排布采用等升角螺旋線方式，適用于煤巖、半煤巖等截割工況，但在硬巖作業(yè)條件下，截割頭前端仍然存在截齒磨損嚴(yán)重的問題，需要經(jīng)常更換截齒，從而降低作業(yè)效率。

需要說明的是，公開于本實用新型背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本實用新型的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提出一種掘進(jìn)機用截割頭及掘進(jìn)機，該掘進(jìn)機用截割頭能夠更好地適應(yīng)于硬巖作業(yè)工況，提升截割效率。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種掘進(jìn)機用截割頭，包括頭體、多個截齒和多個齒座，各所述截齒分別安裝在對應(yīng)的所述齒座上，各所述齒座均安裝在所述頭體上，所述頭體設(shè)有至少兩個作業(yè)區(qū)域，在其中一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各所述截齒在軸向上均勻排布；和/或，在另一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各所述截齒在徑向上均勻排布，以保證所述掘進(jìn)機用截割頭的受力均勻性。

進(jìn)一步地，所述頭體包括球體段、錐體段和圓柱段，所述錐體段位于所述球體段與所述圓柱段之間，所述球體段的大端平面與所述錐體段相接，以所述球體段的大端平面的圓心為起點作一射線，該射線與所述球體段的大端平面呈45°夾角，以該射線為母線繞所述頭體的中心軸線旋轉(zhuǎn)，得到一曲面，通過該曲面將所述頭體分為用于鉆進(jìn)破巖的鉆進(jìn)區(qū)和用于擴孔和掏槽的橫擺區(qū)。

進(jìn)一步地，在所述鉆進(jìn)區(qū)內(nèi)，在徑向方向上各相鄰兩個所述截齒的齒尖之間的半徑差相等。

進(jìn)一步地，在所述橫擺區(qū)內(nèi)，在軸向方向上各相鄰兩個所述截齒的齒尖之間的軸向距離差相等。

進(jìn)一步地，各所述截齒沿至少兩條螺旋線布置。

進(jìn)一步地，每條所述螺旋線上位于所述鉆進(jìn)區(qū)的各所述截齒的切削角隨截割半徑的減小而逐漸增大。

進(jìn)一步地，每條所述螺旋線上位于所述鉆進(jìn)區(qū)的各相鄰兩個所述截齒的切削角之間的角度差相等。

進(jìn)一步地，還包括至少兩個導(dǎo)料板，所述導(dǎo)料板沿螺旋線設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)料板所在的螺旋線與所述截齒所在的螺旋線鄰近布置，并且所述導(dǎo)料板位于所述截齒的遠(yuǎn)離所述掘進(jìn)機用截割頭的鉆進(jìn)端的一側(cè)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型還提供了一種掘進(jìn)機，包括上述的掘進(jìn)機用截割頭。

基于上述技術(shù)方案，本實用新型通過將頭體劃分為至少兩個不同的作業(yè)區(qū)域，在其中一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各截齒在軸向上均勻排布；和/ 或，在其中另一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各截齒在徑向上均勻排布。這樣，在掘進(jìn)過程中可以保證掘進(jìn)機用截割頭的受力比較均勻，磨損也比較均勻，有利于保護(hù)截割頭，提高截割頭的使用壽命，降低截割頭的更換頻率，提高作業(yè)效率，這種截割頭能夠更好地應(yīng)用于硬巖作業(yè)工況，適用范圍更廣。

附圖說明

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

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種可更換頂部截割刃的新型截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種縱軸式掘進(jìn)機用截割頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型掘進(jìn)機用截割頭一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型掘進(jìn)機用截割頭一個實施例中截割區(qū)域的劃分示意圖。

圖5為本實用新型掘進(jìn)機用截割頭一個實施例中鉆進(jìn)區(qū)的截齒排布示意圖。

圖6為本實用新型掘進(jìn)機用截割頭一個實施例中截齒切削角的示意圖。

圖中：1、頭體；2、截齒；3、齒座；4、導(dǎo)料板；A、鉆進(jìn)區(qū)；B、橫擺區(qū)。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“橫向”、“縱向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型保護(hù)范圍的限制。

如圖3所示，為本實用新型掘進(jìn)機用截割頭一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，掘進(jìn)機用截割頭包括頭體1、多個截齒2和多個齒座3，各截齒2分別安裝在對應(yīng)的齒座3上，各齒座3均安裝在頭體1上，頭體1設(shè)有至少兩個作業(yè)區(qū)域，在其中一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各截齒2在軸向上均勻排布；和/或，在另一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各截齒2 在徑向上均勻排布，以保證掘進(jìn)機用截割頭的受力均勻性。

在上述實施例中，通過將頭體1劃分為至少兩個不同的作業(yè)區(qū)域，在其中一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各截齒2在軸向上均勻排布；和/或，在其中另一個作業(yè)區(qū)域內(nèi)，各截齒2在徑向上均勻排布。這樣，在掘進(jìn)過程中可以保證掘進(jìn)機用截割頭的受力比較均勻，磨損也比較均勻，有利于保護(hù)截割頭，提高截割頭的使用壽命，降低截割頭的更換頻率，提高作業(yè)效率，這種截割頭能夠更好地應(yīng)用于硬巖作業(yè)工況，適用范圍更廣。

作為頭體1的一種具體結(jié)構(gòu)，如圖4所示，頭體1包括球體段、錐體段和圓柱段，錐體段位于球體段與圓柱段之間，球體段的大端平面與錐體段相接，優(yōu)選地，球體段的大端與錐體段的一端相切，錐體段的另一端與圓柱段相接。

以球體段的大端平面的圓心為起點作一射線，該射線與球體段的大端平面呈45°夾角，以該射線為母線繞所述頭體1的中心軸線旋轉(zhuǎn)，得到一曲面，以該曲面作為分界面，將頭體1分為鉆進(jìn)區(qū)和橫擺區(qū)兩個作業(yè)區(qū)域，鉆進(jìn)區(qū)包括大部分的球體段，橫擺區(qū)包括另一部分的球體段、錐體段和圓柱段。鉆進(jìn)區(qū)用于鉆進(jìn)破巖，橫擺區(qū)用于擴孔和掏槽。

關(guān)于多個截齒2的分布形式，可以有多種。比如，各個截齒2可以沿至少兩條螺旋線布置。如圖3所示，多個截齒2分別沿兩條螺旋線布置在頭體1上。每條螺旋線上截齒2的個數(shù)可以相同，也可以不同。

在本實用新型掘進(jìn)機用截割頭的一個優(yōu)選實施例中，在鉆進(jìn)區(qū)內(nèi)，在徑向方向上各相鄰兩個截齒2的齒尖之間的半徑差相等。

如圖5所示，在徑向上相鄰的兩個截齒2的齒尖之間的半徑差均為ΔR，這樣可以使截割頭在鉆進(jìn)過程中在徑向上的受力比較均勻。

需要強調(diào)的是，這里的“相鄰兩個截齒”指的是在徑向上半徑相鄰的兩個截齒2，并不是位于同一螺旋線上的兩個相鄰的截齒2。

在本實用新型掘進(jìn)機用截割頭的另一個優(yōu)選實施例中，在橫擺區(qū)內(nèi)，在軸向方向上各相鄰兩個截齒2的齒尖之間的軸向距離差相等。

如圖3所示，在軸向上相鄰的兩個截齒2的齒尖之間的軸向距離差均為Δt，這樣可以使截割頭在橫擺過程中在軸向上的受力比較均勻。

需要強調(diào)的是，這里的“相鄰兩個截齒”指的是在軸向上的軸向距離相鄰的兩個截齒2，并不是位于同一螺旋線上的兩個相鄰的截齒2。

進(jìn)一步地，每條螺旋線上位于鉆進(jìn)區(qū)的各截齒2的切削角隨截割半徑的減小而逐漸增大。

如圖6所示，切削角指的是截齒2齒尖的軌跡切線與截齒2中心軸線之間的夾角。具體來說，如圖5所示，截齒2沿頭體1的中心點旋轉(zhuǎn)，其軌跡為以該中心點為圓心的圓，與截齒2齒尖和該中心點之間的連線相垂直的線即為截齒2齒尖的軌跡切線，該軌跡切線與截齒 2的中心軸線之間的夾角即為切削角。

在鉆進(jìn)區(qū)適當(dāng)增加截齒2的切削角度，有利于提升截齒2的破巖能力，減小截割阻力，顯著地提高截割頭的鉆進(jìn)效率，降低截齒磨損，提高截割頭作業(yè)性能。

優(yōu)選地，每條螺旋線上位于鉆進(jìn)區(qū)的各相鄰兩個截齒2的切削角之間的角度差相等。切削角均勻增大，可以使截割頭受力均勻。

另外，掘進(jìn)機用截割頭還可以包括至少兩個導(dǎo)料板4，導(dǎo)料板4 沿螺旋線設(shè)置。

進(jìn)一步地，導(dǎo)料板4所在的螺旋線與截齒2所在的螺旋線鄰近布置，并且導(dǎo)料板4位于截齒2的遠(yuǎn)離掘進(jìn)機用截割頭的鉆進(jìn)端的一側(cè)。如圖3所示，導(dǎo)料板4位于截齒2的下方，以在鉆進(jìn)過程中將廢料及時導(dǎo)出，避免對截齒2產(chǎn)生磨損，保護(hù)截齒2。

基于上述各個實施例中的掘進(jìn)機用截割頭，本實用新型還提出一種掘進(jìn)機，包括上述的掘進(jìn)機用截割頭。上述各個實施例中的掘進(jìn)機用截割頭所具備的積極效果同樣適用于掘進(jìn)機，這里不再贅述。

下面結(jié)合附圖3～6對本實用新型掘進(jìn)機用截割頭及掘進(jìn)機的一個實施例的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明：

如圖3所示，該掘進(jìn)機用截割頭包括頭體1、截齒2、齒座3和導(dǎo)料板4，截齒2安裝在齒座3內(nèi)，齒座3和導(dǎo)料板4以螺旋線的形式焊接在頭體1上。

如圖4所示，截割頭按照作業(yè)功能劃分為鉆進(jìn)區(qū)和橫擺區(qū)，與截割頭大端平面呈45°的直線作為分界線，上部分為鉆進(jìn)區(qū)，下部分為橫擺區(qū)，鉆進(jìn)區(qū)截齒主要負(fù)責(zé)截割頭鉆進(jìn)破巖，橫擺區(qū)截齒主要負(fù)責(zé)擴孔和掏槽。

如圖5所示，在鉆進(jìn)區(qū)內(nèi)，截齒2的排布著重考慮在截割半徑上的均勻性，即保證相鄰兩個截齒2的齒尖之間的半徑差△R相等，截割半徑設(shè)計滿足公式R_i+1＝R_i-ΔR，保證截齒在鉆進(jìn)過程中受力和磨損的均勻性。

如圖3所示，在橫擺區(qū)內(nèi)，截齒2的排布著重考慮在軸向距離上的均勻性，即保證相鄰兩個截齒2的齒尖之間的軸向距離差△t相等，軸向距離設(shè)計滿足公式T_i+1＝T_i+Δt，從而保證截齒在橫擺過程中受力和磨損的均勻性，使得截割頭更加符合硬巖施工作業(yè)工況的需求，從而保證截齒磨損的均勻性，提交截齒的使用壽命，提高作業(yè)效率。

如圖5所示，該截割頭包括兩條螺旋線，每條螺旋線在鉆進(jìn)區(qū)有4個截齒2，分別為a、b、c和d，隨著截割半徑的依次減小，截齒的切削角(如圖6所示)逐漸增大，相鄰兩個截齒2之間的切削角角度差△δ相等，切削角設(shè)計滿足公式δ_i+1＝δ_i+Δδ，以減小截齒入巖阻力，從而提升截齒破巖能力，明顯提升截割頭的鉆進(jìn)破巖效率。

通過對本實用新型掘進(jìn)機用截割頭及掘進(jìn)機的多個實施例的說明，可以看到本實用新型掘進(jìn)機用截割頭及掘進(jìn)機實施例至少具有以下一種或多種優(yōu)點：

1、考慮不同作業(yè)區(qū)域的截割頭排布，分鉆進(jìn)區(qū)和橫擺區(qū)分別進(jìn)行截齒排布設(shè)計，使得截割頭更加符合硬巖施工作業(yè)的需求，提升截割頭性能；

2、鉆進(jìn)區(qū)截齒排布著重考慮在截割半徑上的均勻性，即保證相鄰截齒齒尖的半徑差△R相等，從而保證截齒在鉆進(jìn)過程中受力和磨損的均勻性；

3、橫擺區(qū)截齒排布著重考慮在軸向距離上的均勻性，即保證相鄰截齒齒尖軸向距離差△t相等，從而保證截齒在橫擺過程中受力和磨損的均勻性；

4、隨著截割半徑的依次減小，截齒的切削角逐漸增大，以減小截齒的入巖阻力，從而提升截齒破巖能力，明顯提升截割頭的鉆進(jìn)破巖效率。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本實用新型的具體實施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。