CN101769155B - 盾构机双驱动行星变速传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机双驱动行星变速传动系统，遵循双输入-输入行星架汇流输出-输出行星系I和输出行星系II分流-汇流至双联内齿圈的传动规律，具有双输入单输出的特点，实现增大扭矩和调速范围更宽的目的，通过输出扭矩和转速的改变，从而实现低速大扭矩输出，改变电动机的驱动方式，可得到多种不同的输出工况，故能适用于多种型式的盾构机，从根本上解决了传统驱动系统采用的多路变速和多个动力输入的结构所存在的不同步问题；封闭行星轮系载荷由两个输出行星系和双联齿圈共同承担，实现功率分流和汇流的功能，从而增强承载能力，具有较大传动比，能够适应大功率的输出和承载较大的施工载荷。

Description

盾构机双驱动行星变速传动系统

技术领域

本发明涉及一种盾构机驱动总成，特别涉及一种盾构机双驱动行星变速传动系统。

背景技术

盾构机是盾构工法施工的专用工程机械，由于盾构施工具有机械化程度高、施工速度快、质量保障、安全性高、实用性广、对地面建筑影响少和利于环保等优点，已被广泛应用于地铁、公路、铁路、输气、输水、市政、水电隧道等大型工程。

由于盾构机较多的应用于较为复杂的作业环境，所以对盾构机的驱动和传动系统要求较高，要求其能够适应恶劣的工作环境，要经受重载荷和高冲击，并且具备大功率、大扭矩输出等功能；而这些要求对于传动机构的材质、制造和加工相应的要求也较高。

驱动系统(包括传动变速部分)作为盾构机的重要组成部分，对于盾构机的性能有重要影响。现有技术中，为了使盾构机能够适用于不同的工作环境，需要其具有不同的输出状态。现有技术中，为达到不同输出状态的目的，普遍采用多个变速系统和多个动力输入装置，不同的变速系统最终将动力输出至盾构机的刀盘支撑，使得整个盾构机的驱动系统体积庞大，结构复杂，制造成本较高，输出状态单一。现有技术中，为了增大驱动系统输出功率并能适应不同的工况，普遍采用多级行星传动系统使传动系统具有较大的传动比，从而得到较大的功率输出，而为了适应大功率的输出和承载较大的施工载荷，各传动部件不可避免的需根据载荷增大体积，以增大其传递动力的能力，因而传动系统体积和重量较大，材料成本和加工成本较高，安装和维护困难较大，同时，传动系统的传动链较长，较大程度的降低了传动系统的效率。

因此，需要一种新型盾构机驱动系统替代传统系统，能够适用于不同的工况需要，具有大功率的输出、承载较大、传动比大、体积小及重量轻等特点，同时可降低材料成本和制造成本，降低安装和拆卸难度，降低维护和检修成本，并且从根本上解决了传统驱动系统采用的多路变速和多个动力输入的结构所存在的不同步问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种盾构机双驱动行星变速传动系统，能够适用于不同的工况需要，具有大功率的输出、承载较大、传动比大、体积小及重量轻等特点，同时可降低材料成本和制造成本，降低安装和拆卸难度，降低维护和检修成本，并且从根本上解决了传统驱动系统采用的多路变速和多个动力输入的结构所存在的不同步问题。

本发明的盾构机双驱动行星变速传动系统，包括动力装置和变速传动系统，所述动力装置为双输入动力装置，包括动力输出端均设置制动装置的动力输入组件I和动力输入组件II；所述变速传动系统包括壳体和动力输入机构，动力输入机构为差动式行星轮系，包括输入外齿轮、输入太阳轮、输入行星轮和输入齿圈，所述输入齿圈设有内齿和外齿，输入行星轮与输入太阳轮和输入齿圈的内齿啮合，输入外齿轮与输入齿圈的外齿啮合，所述动力输入组件I的动力输出端与输入太阳轮在圆周方向传动配合，动力输入组件II的动力输出端与输入外齿轮在圆周方向传动配合，差动式行星轮系的行星架将动力输出至盾构机刀盘支撑。

进一步，所述变速传动系统还包括动力输出机构，所述差动式行星轮系的行星架通过动力输出机构将动力输出至盾构机刀盘支撑；所述动力输出机构为包括输出行星系I和输出行星系II的封闭行星轮系，所述输出行星系I包括输出太阳轮I、输出行星轮I和输出内齿圈I，所述动力装置将动力输出至输出太阳轮I；输出行星系II包括输出太阳轮II、输出行星轮II和输出内齿圈II，输出行星系I的行星架I与输出太阳轮II同轴并在圆周方向传动配合，输出行星系II的行星架II相对于壳体在圆周方向固定设置；所述输出内齿圈I和输出内齿圈II同轴并固定连接形成双联内齿圈，所述双联内齿圈与壳体在圆周方向转动配合并与盾构机刀盘支撑在圆周方向固定连接；所述差动式行星轮系的行星架与输出太阳轮I在圆周方向传动配合；

进一步，差动式行星轮系的行星架通过输出轴与输出太阳轮I在圆周方向传动配合，所述输出太阳轮II转动配合套在输出轴上；

进一步，所述输出轴一端与差动式行星轮系的行星架在圆周方向传动配合，另一端与输出太阳轮I同轴固定连接，所述输出太阳轮II位于中间轴段转动配合套在输出轴上；

进一步，所述双联内齿圈外圆与壳体内圆之间设置滚动体形成径向滚动轴承结构；

进一步，所述双联内齿圈为一体成型，外圆表面设置环形凸台，壳体内圆与环形凸台对应设置环形凹槽，所述环形凸台沿径向嵌入环形凹槽；所述滚动体设置在环形凸台外圆与环形凹槽内圆之间，环形凸台两端面与环形凹槽两侧面之间设置平面滚动轴承；

进一步，所述动力输入组件I和动力输入组件II均设置在壳体外部，动力输入组件I和动力输入组件II的动力输出端均密封转动配合穿过壳体外壁；

进一步，所述双联内齿圈通过筒形短节与盾构机刀盘支撑在圆周方向固定连接，所述筒形短节密封转动配合穿过壳体外壁；

进一步，所述壳体内部通过分隔壁分隔形成动力输出腔和动力输入腔，所述差动式行星轮系位于动力输入腔内，输出行星系I和输出行星系II位于动力输出腔内，输出轴密封转动配合穿过分隔壁与差动式行星轮系的行星架在圆周方向传动配合；

进一步，输出太阳轮II通过滑动轴承转动配合套在输出轴上。

本发明的有益效果：本发明的盾构机双驱动行星变速传动系统，遵循双输入-输入行星架汇流输出-输出行星系I和输出行星系II分流-汇流至双联内齿圈的传动规律，具有双输入单输出的特点，实现增大扭矩和调速范围更宽的目的，通过输出扭矩和转速的改变，从而实现低速大扭矩输出，改变电动机的驱动方式，可得到多种不同的输出工况，故能适用于多种型式的盾构机，并能够适用于不同的工况需要，即通过调整两个动力输入，可方便得到四种工况，从根本上解决了传统驱动系统采用的多路变速和多个动力输入的结构所存在的不同步问题；封闭行星轮系载荷由两个输出行星系和双联齿圈共同承担，实现功率分流和汇流的功能，从而增强承载能力，具有较大传动比，能够适应大功率的输出和承载较大的施工载荷；与现有技术中同承载能力的盾构机传动系统相比，其结构简单，重量轻，体积小，因此能为盾构机中的排土装置留出更大空间，并降低材料成本和制造成本，降低安装和拆卸难度，从而降低维护和检修成本；与现有技术相比，相同传动比的条件下传动链大大缩短，降低传动损耗，节约能源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明传动机构简图；

图3为本发明输出特性图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明传动机构简图，图3为本发明输出特性图，如图所示：本实施例的盾构机双驱动行星变速传动系统，包括动力装置和变速传动系统，所述动力装置为双输入动力装置，包括动力输出端均设置制动装置的动力输入组件I和动力输入组件II，本实施例中，动力输入组件I 1为电动机，并对应设置制动器1a，动力输入组件II 2为电动机，并对应设置制动器2a，两电动机的外壳都固定于壳体24，两电动机的动力输出轴(图中分别为动力输出轴8和动力输出轴3)密封转动配合穿过壳体24壁将动力输入；所述变速传动系统包括壳体24和动力输入机构，动力输入机构为差动式行星轮系，包括输入外齿轮5、输入太阳轮9、输入行星轮4和输入齿圈6，所述输入齿圈6设有内齿和外齿，输入行星轮4与输入太阳轮9和输入齿圈6的内齿啮合，如图所示，输入行星轮4通过滚动轴承设置在行星轮轴9a上；输入外齿轮5与输入齿圈6的外齿啮合，所述动力输入组件I 1(电动机)的动力输出轴8与输入太阳轮9在圆周方向传动配合，动力输入组件II 2(电动机)的动力输出轴3与输入外齿轮5在圆周方向传动配合，差动式行星轮系的行星架7将动力输出至盾构机刀盘支撑。

所述变速传动系统还包括动力输出机构，所述差动式行星轮系的行星架7通过动力输出机构将动力输出至盾构机刀盘支撑15；所述动力输出机构为包括输出行星系I和输出行星系II的封闭行星轮系，所述输出行星系I包括输出太阳轮I 16、输出行星轮I 17和输出内齿圈I 19a，所述动力装置将动力输出至输出太阳轮I 16，如图所示，输出行星轮I 17通过滚动轴承设置在行星轮轴17a上；输出行星系II包括输出太阳轮II 21、输出行星轮II 20和输出内齿圈II 19b，输出行星系I的行星架I 18与输出太阳轮II 21同轴并在圆周方向传动配合，如图1所示，可通过花键等常规连接方式；输出行星系II的行星架II 23相对于壳体24在圆周方向固定设置，如图所示，输出行星轮II 20的行星轮轴20a一端作为行星架直接固定在壳体24上，当然，也可以另外设置行星架，均能实现发明目的；所述输出内齿圈I 19a和输出内齿圈II 19b同轴并固定连接形成双联内齿圈19，所述双联内齿圈19与壳体24在圆周方向转动配合并与盾构机刀盘支撑15在圆周方向固定连接；所述差动式行星轮系的行星架7与输出太阳轮I 16在圆周方向传动配合将动力输入至动力输出机构。

本实施例在工作时具有以下工作状态：输出特性见图3；

工况1：制动器1a和制动器2a均处于脱离状态，动力输入组件I 1将动力传递给输入太阳轮9，动力输入组件II 2将动力传递给输入外齿轮5并传递给输入齿圈6，输入太阳轮9和输入齿圈6的转向相同，通过差动式行星轮系的合流作用，差动式行星轮系的行星架7作为输出行星系I的输入，带动输出太阳轮I 16，动力通过输出行星轮I 17并且通过输出行星系I的行星架I 18经由输出行星系II输出至双联内齿圈19，通过两套输出行星系的分流作用，动力由双联内齿圈19传递给刀盘支撑15，从而驱动刀盘转动，适用于承载能力和效率要求较高的工况。

工况2：制动器1a和制动器2a均处于脱离状态，动力输入组件I 1将动力传递给输入太阳轮9，动力输入组件II 2将动力传递给输入外齿轮5并传递给输入齿圈6，输入太阳轮9和输入齿圈6的转向相反，通过差动式行星轮系的合流作用，差动式行星轮系的行星架7作为输出行星系I的输入，带动输出太阳轮I 16，动力通过输出行星轮I 17并且通过输出行星系I的行星架I 18经由输出行星系II输出至双联内齿圈19，通过两套输出行星系的分流作用，动力由双联内齿圈19传递给刀盘支撑15，从而驱动刀盘转动，由于输入太阳轮9和输入齿圈6的转向相反，因此，差动式行星轮系具有较大的传动比，适用于承载能力要求较高的工况。

工况3：制动器1a处于脱离状态，制动器2a处于闭合状态，输入齿圈6制动，动力输入组件I 1将动力传递给输入太阳轮9，差动式行星轮系的行星架7作为输出行星系I的输入，带动输出太阳轮I 16，动力通过输出行星轮I 17并且通过输出行星系I的行星架I 18经由输出行星系II输出至双联内齿圈19，通过两套输出行星系的分流作用，动力由双联内齿圈19传递给刀盘支撑15，从而驱动刀盘转动，该工况适合于中型承载能力工况。

工况4：制动器1a处于闭合状态，制动器2a处于脱离状态，输入太阳轮9制动，动力输入组件II 2将动力传递给输入外齿轮5并传递给输入齿圈6，输入齿圈6带动输入行星轮4自传并公转，差动式行星轮系的行星架7作为输出行星系I的输入，带动输出太阳轮I 16，动力通过输出行星轮I 17并且通过输出行星系I的行星架I 18经由输出行星系II输出至双联内齿圈19，通过两套输出行星系的分流作用，动力由双联内齿圈19传递给刀盘支撑15，从而驱动刀盘转动，在承载能力要求不高的情况下具有较高的工作效率。

由此可见，本实施例中遵循双输入-输入行星架汇流输出-输出行星系I和输出行星系II分流-汇流至双联内齿圈的传动规律，具有双输入单输出的特点，实现增大扭矩和调速范围更宽的目的，通过输出扭矩和转速的改变，从而实现低速大扭矩输出，改变电动机的驱动方式，可得到多种不同的输出工况，即通过调整两个动力输入可达到四种工况，故能适用于多种型式的盾构机。改变了传统系统的多路变速和多个动力输入的结构，减小驱动系统的体积，简化现有驱动系统的结构，降低了制造和使用成本，并降低操作难度；同时大大加宽了调速范围，如动力源采用可变输入，则可使承载能力和调速范围大大加宽，从根本上解决了传统驱动系统采用的多路变速和多个动力输入的结构所存在的不同步问题。

动力载荷由两个输出行星轮系的双联齿圈共同承担，从而增强承载能力，具有较大传动比，能够适应大功率的输出和承载较大的施工载荷；与现有技术中同承载能力的盾构机传动系统相比，其结构简单，重量轻，体积小，因此能为盾构机中的排土装置留出更大空间，并降低材料成本和制造成本，降低安装和拆卸难度，从而降低维护和检修成本；与现有技术相比，相同传动比的条件下传动链大大缩短，降低传动损耗，节约能源。

本实施例中，差动式行星轮系的行星架7通过输出轴11与输出太阳轮I 16在圆周方向传动配合，如图所示，可通过花键等常规的传动配合方式；所述输出太阳轮II 21转动配合套在输出轴11上；使输出行星轮系II能够较为稳定的传递动力，保证系统的稳定性，从而减少能耗。

本实施例中，所述输出轴11一端与差动式行星轮系的行星架7在圆周方向传动配合，另一端与输出太阳轮I 16同轴固定连接，如图所示，可采用常规的联轴器等连接方式；所述输出太阳轮II 21位于中间轴段转动配合套在输出轴11上；本结构使输出行星系II能够稳定的进行传递动力，整个结构利于提高动力输出机构的整体稳定性，使结构紧凑；而输出轴11则可单独加工完成后再与差动式行星轮系的行星架7联接在一起，避免一体加工，降低加工难度和安装难度。

本实施例中，所述双联内齿圈19外圆与壳体24内圆之间设置滚动体12形成径向滚动轴承结构；减小摩擦阻力，提高传动效率。

本实施例中，所述双联内齿圈19为一体成型，外圆表面设置环形凸台，壳体24内圆与环形凸台对应设置环形凹槽，所述环形凸台沿径向嵌入环形凹槽；所述滚动体12设置在环形凸台外圆与环形凹槽内圆之间，环形凸台两端面与环形凹槽两侧面之间设置平面滚动轴承(图中分别为平面滚动轴承10和平面滚动轴承13)；一体成型的双联内齿圈19具有较高的承载能力，通过平面滚动轴承可增加结构的轴向稳定性并减小摩擦。

本实施例中，所述动力输入组件I 1(电动机)和动力输入组件II 2(电动机)均设置在壳体24外部，动力输入组件I 1和动力输入组件II 2的动力输出轴(图中分别为动力输出轴8和动力输出轴3)均密封转动配合穿过壳体24外壁。

本实施例中，所述双联内齿圈6通过筒形短节25与盾构机刀盘支撑15在圆周方向固定连接，所述筒形短节25密封转动配合穿过壳体24外壁，如图所示，筒形短节25外圆与壳体24外壁之间设置密封体14；采用筒形短节25进行连接，安装和拆卸方便，可提高密封面加工精度，提高密封的可靠性。

本实施例中，所述壳体24内部通过分隔壁24a分隔形成动力输出腔24c和动力输入腔24b，所述差动式行星轮系位于动力输入腔24b内，输出行星系I和输出行星系II位于动力输出腔24c内，输出轴11密封转动配合穿过分隔壁24a与差动式行星轮系的行星架7在圆周方向传动配合；分成独立的输入腔和输出腔，利于简化检修和拆装，并使输入轴具有支撑，利于保持传动结构的稳定。

本实施例中，输出太阳轮II 20通过滑动轴承22转动配合套在输出轴11上，提高其承载能力。

本发明中，部件之间的传动配合可采用常规的传动配合方式，比如花键等，并不影响本发明目的的实现。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：包括动力装置和变速传动系统，所述动力装置为双输入动力装置，包括动力输出端均设置制动装置的动力输入组件I和动力输入组件II；所述变速传动系统包括壳体和动力输入机构，动力输入机构为差动式行星轮系，包括输入外齿轮、输入太阳轮、输入行星轮和输入齿圈，所述输入齿圈设有内齿和外齿，输入行星轮与输入太阳轮和输入齿圈的内齿啮合，输入外齿轮与输入齿圈的外齿啮合，所述动力输入组件I的动力输出端与输入太阳轮在圆周方向传动配合，动力输入组件II的动力输出端与输入外齿轮在圆周方向传动配合，差动式行星轮系的行星架将动力输出至盾构机刀盘支撑，所述变速传动系统还包括动力输出机构，所述差动式行星轮系的行星架通过动力输出机构将动力输出至盾构机刀盘支撑；所述动力输出机构为包括输出行星系I和输出行星系II的封闭行星轮系，所述输出行星系I包括输出太阳轮I、输出行星轮I和输出内齿圈I，所述动力装置将动力输出至输出太阳轮I；输出行星系II包括输出太阳轮II、输出行星轮II和输出内齿圈II，输出行星系I的行星架I与输出太阳轮II同轴并在圆周方向传动配合，输出行星系II的行星架II相对于壳体在圆周方向固定设置；所述输出内齿圈I和输出内齿圈II同轴并固定连接形成双联内齿圈，所述双联内齿圈与壳体在圆周方向转动配合并与盾构机刀盘支撑在圆周方向固定连接；所述差动式行星轮系的行星架与输出太阳轮I在圆周方向传动配合。

2.根据权利要求1所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：差动式行星轮系的行星架通过输出轴与输出太阳轮I在圆周方向传动配合，所述输出太阳轮II转动配合套在输出轴上。

3.根据权利要求2所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：所述输出轴一端与差动式行星轮系的行星架在圆周方向传动配合，另一端与输出太阳轮I同轴固定连接，所述输出太阳轮II位于中间轴段转动配合套在输出轴上。

4.根据权利要求3所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：所述双联内齿圈外圆与壳体内圆之间设置滚动体形成径向滚动轴承结构。

5.根据权利要求4所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：所述双联内齿圈为一体成型，外圆表面设置环形凸台，壳体内圆与环形凸台对应设置环形凹槽，所述环形凸台沿径向嵌入环形凹槽；所述滚动体设置在环形凸台外圆与环形凹槽内圆之间，环形凸台两端面与环形凹槽两侧面之间设置平面滚动轴承。

6.根据权利要求5所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：所述动力输入组件I和动力输入组件II均设置在壳体外部，动力输入组件I和动力输入组件II的动力输出端均密封转动配合穿过壳体外壁。

7.根据权利要求6所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：所述双联内齿圈通过筒形短节与盾构机刀盘支撑在圆周方向固定连接，所述筒形短节密封转动配合穿过壳体外壁。

8.根据权利要求7所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：所述壳体内部通过分隔壁分隔形成动力输出腔和动力输入腔，所述差动式行星轮系位于动力输入腔内，输出行星系I和输出行星系II位于动力输出腔内，输出轴密封转动配合穿过分隔壁与差动式行星轮系的行星架在圆周方向传动配合。

9.根据权利要求8所述的盾构机双驱动行星变速传动系统，其特征在于：输出太阳轮II通过滑动轴承转动配合套在输出轴上。

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