(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111536828.5 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中国科学院过程工程研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北二 街1 号 (72)发明人 段东平　高扬　张晓冬　 (74)专利代理 机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 赵颖 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进减振刀 盘及其阻尼减 振设计方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于颗粒阻尼减振的硬 岩掘进减振刀盘及其阻尼减振设计方法， 所述硬 岩掘进减振刀盘包括具有空腔的刀箱板， 所述刀 箱板内设置有若干滚刀； 所述刀箱板的空腔内填 充有粒径 不同的金属颗粒。 本发 明重新布局并合 理利用刀箱板内部形成的空间， 进行颗粒阻尼设 计和填充， 可以有效降低振动 在刀盘主要结构上 的传播， 进而在整体上对硬岩掘进设备刀盘破岩 时产生的振动起到减 振作用。 权利要求书3页 说明书13页 附图6页 CN 114218706 A 2022.03.22 CN 114218706 A 1.一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述硬岩掘进减振刀盘 包括具有空腔的刀箱板， 所述刀箱板内设置有 若干滚刀； 所述刀箱板的空腔内填充 有粒径不同的金属颗粒。 2.根据权利要求1所述的硬岩掘进减振刀 盘， 其特征在于， 所述刀箱板包括平行设置的 刀箱前板和刀箱后板， 沿所述刀箱前板和刀箱后板的外缘设置有导向外周板， 所述刀箱前 板、 刀箱后板和导向外周板围成刀箱板空腔； 优选地， 所述刀箱板空腔内设置有若干径向结构板和若干隔板， 所述径向结构板和隔 板将刀箱板空腔分割为若干刀箱板填充腔， 所述刀箱板填充腔内填充有 粒径不同的金属颗 粒； 优选地， 所述刀箱板填充腔内填充的金属颗粒的填充率 为95～99％； 优选地， 所述刀箱板填充腔内填充的金属颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.9 9； 优选地， 所述刀箱板填充腔内填充的金属颗粒的表面恢复系数为0.5～1； 优选地， 所述刀箱板填充腔内填充的金属颗粒按照粒径大小分为金属大颗粒和金属小 颗粒； 优选地， 所述金属大颗粒与金属小颗粒的重量比为1/ 6～1/4； 优选地， 所述金属大颗粒的粒径为3.5～5m m； 优选地， 所述金属小颗粒的粒径为2 ～3mm。 3.根据权利要求1或2所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述刀箱板上设置有垂 直贯穿所述刀箱板的通槽， 所述通槽的四周封闭且两端开口， 使得所述刀箱板内部形成封 闭的刀箱板空腔； 优选地， 所述 通槽内设置有滚刀， 所述滚刀的刀刃边 缘突出于通槽 两端； 优选地， 所述通槽内部对称设置有两个支架， 两个支架之间固定有滚刀刀轴， 所述滚刀 穿过所述滚刀 刀轴， 所述滚刀在通槽内 绕所述滚刀 刀轴旋转； 优选地， 所述滚刀以刀箱板的回转中心为轴对称分布于所述刀箱板上。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述滚刀刀轴包括 具有敞口端的刀轴主体以及设置 于所述刀轴主体敞口端的端盖； 优选地， 所述刀轴主体为中空轮辐式结构， 所述刀轴主体内部具有若干扇形截面的条 形填充腔， 所述条形填充腔围绕刀轴主体的轴线呈环形分布， 所述条形填充腔内填充有金 属颗粒； 优选地， 所述条 形填充腔内填充的金属颗粒的填充率 为99％； 优选地， 所述条 形填充腔内填充的金属颗粒的粒径为2 ～3mm； 优选地， 所述条 形填充腔内填充的金属颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.9 9； 优选地， 所述条 形填充腔内填充的金属颗粒的表面恢复系数为0.5～1； 优选地， 所述条 形填充腔内填充的金属颗粒为铁 颗粒。 5.根据权利要求1 ‑4任一项所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述刀箱板远离所 述滚刀的一侧设置有锥形板； 优选地， 所述锥形板的大端面与所述刀箱板远离滚刀的表面外缘对接固定； 优选地， 对所述锥形板与刀箱板的对接处进行焊接固定； 优选地， 所述锥形板为锥形夹层， 所述锥形板包括相互嵌套的内层锥体和外层锥体， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114218706 A 2述内层锥体和外层锥体之间形成锥形夹层； 优选地， 所述锥形夹层内沿周向设置有环形的结构支撑 板。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述锥形夹层内设 置有若干呈放射状分布的径向隔板， 所述径向隔板将锥形夹层分隔为若干扇形截面的锥形 板填充腔， 所述锥形板填充腔内填充 有若干粒径不同的金属颗粒； 优选地， 所述锥形板填充腔内填充的金属颗粒的填充率 为97～99％； 优选地， 所述锥形板填充腔内填充的金属颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.9 9； 优选地， 所述锥形板填充腔内填充的金属颗粒的表面恢复系数为0.5～1； 优选地， 所述锥形板填充腔内填充的金属颗粒按照粒径大小分为金属大颗粒和金属小 颗粒， 所述锥形板填充腔内填充金属大颗粒或金属小颗粒； 优选地， 所述金属大颗粒与金属小颗粒的重量比为1/ 5～1/3； 优选地， 所述金属大颗粒的粒径为3.5～5m m； 优选地， 所述金属小颗粒的粒径为2 ～3mm； 优选地， 对称的两个所述锥形板填充腔内填充的金属颗粒的粒径范围相同且填充率相 同。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述锥形板的小端 开口处设置有支撑法兰， 所述支撑法兰与运动机构对接固定， 通过运动机构带动减振刀盘 完成破岩工作； 优选地， 所述刀箱板与锥形板围成容置腔， 所述运动机构的输出端穿过支撑法兰并伸 入所述容置腔内部； 优选地， 所述 容置腔内设置有 若干具有空腔结构的径向肋板 。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述径向肋 板包括 相对且平行设置的左肋板和右肋板， 沿所述左肋板和右肋板的外缘设置有肋板支撑板， 所 述左肋板、 右肋板和肋板支撑 板围成肋板空腔； 优选地， 所述肋板空腔内设置有横向隔板， 所述横向隔板将隔板空腔分隔为若干肋板 填充腔； 优选地， 所述肋板填充腔内填充 有金属颗粒； 优选地， 所述肋板填充腔内填充的金属颗粒的粒径为2 ～3mm； 优选地， 所述肋板填充腔内填充的金属颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.9 9； 优选地， 所述肋板填充腔内填充的金属颗粒的表面恢复系数为0.5～1； 优选地， 所述肋板填充腔内填充的金属颗粒为铁 颗粒。 9.根据权利要求1 ‑8任一项所述的硬岩掘进减振刀盘， 其特征在于， 所述刀箱板、 锥形 板、 刀轴主体和肋板的结构板体上设置有通气螺栓， 所述通气螺栓连通外部环境和内部空 腔； 优选地， 所述通气螺栓为轴向贯通结构， 所述通气螺栓内部由外至内依次填充有外疏 水通气材 料和内疏 水通气材 料； 优选地， 所述 通气螺栓的头部与结构板体外壁 面之间设置有紧 固垫。 10.一种权利要求1 ‑9任一项所述的硬岩掘进减振刀盘的 阻尼减振设计方法， 其特征在 于， 所述阻尼减 振设计方法包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114218706 A 3