CN102192273A

CN102192273A - 土压平衡盾构机内摆线减速器

Info

Publication number: CN102192273A
Application number: CN2011100912564A
Authority: CN
Inventors: 吴声震
Original assignee: 吴小杰
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明涉及盾构机减速技术领域，一种土压平衡盾构机内摆线减速器，其特征在于：摆线传动件装在由针齿壳联接前、后端盖所形成的空腔内，其中：双偏心轴承上四摆线轮中一与二轮及三与四轮相位均差180°，二与三轮相位相同；W输出机构由输出轴、柱销与均载盘构成，柱销上有三只圆环板，形成四段简支结构，W输出机构分别用轴承支承在前端盖内孔与后端盖内凸缘外圆上。有益效果：(1)轴向尺寸比背景技术三级行星减速器短45-55％；(2)摆线轮可反转过来装配，使用寿命延长了一倍；(3)制造成本为背景技术三级行星减速器的40-50％；(4)运转时惯性力和惯性力矩理论上完全平衡。

Description

土压平衡盾构机内摆线减速器

技术领域

本发明涉及盾构机减速技术领域，一种土压平衡盾构机内摆线减速器。

背景技术

中信重工机械公司、洛阳矿山机械设计研究院《用于土压平衡盾构机的大功率三级行星减速器》(200810231114.1)是国家2007-2010三年863计划项目。该项目是当前世界上最先进隧道施工机械-土压平衡盾构机核心部件，我国长期依赖进口，交货时间长、价格昂贵。

该发明构思系建立在①成大先《机械设计手册》卷3.图14-5-31；②朱孝录《齿轮传动设计手册》图7-23；③《悬浮均载行星齿轮减速器》95243413.X；④张展《行星差动传动装置》图8-4；⑤饶振钢《行星齿轮传动设计》图10-9基础上。

该发明称效率≥97％，但由朱孝录《齿轮传动设手册》1030页、《机械传动装置选用手册》393页；张展《行星差动传动装置》310页单级行星(NAD)效率η＝0.98，因而可以得出背景技术三级行星减速的总效率应为：η＝0.98³＝0.941。

据报导，减速器(150kW，外形φ570×1000)已通过国家863专家组验收。

发明内容

本发明目的提供一种轴向尺寸短45-55％土压平衡盾构机内摆线减速器。

技术方案

土压平衡盾构机价格几千万，常年在户外恶劣环境中工作，因此与之配套减速器的最大困难在于必须具有很高承载能力、外形小及使用可靠、寿命长。维尔特NFM盾构机减速器：功率＝150kW，最大理论扭矩＝154200Nm.脱困扭矩为最大理论扭矩的1.30倍。

据《机械设计手册》(成大先)卷4.16-127页，现代最先进8275(即日本住友6275)型：外形φ986×1462、2460kg，承载能力：n₁＝1000rpm、i＝87、N₁＝51.3kW、T₂＝39400(Nm)。显然，日本住友6000型摆线不能用作维尔特NFM盾构机减速器。现描述改进技术方案：

朱孝录《齿轮传动设计手册》6页、《齿轮手册》上，1-12页：摆线效率η＝0.9～0.98＝0.94，这与背景技术总效率η＝0.941相同，因而可取代三级行星减速器。

(A)用内摆线轮便取代了由针齿壳、针齿及针齿套构成的针轮。其优点：(1)结构简单、另件少；(2)单级减速比很大，减速比大于59时毋须抽齿，同时由于内齿摆线轮与外齿摆线轮为纯滚动啮合，因此在输入功率相同情况下，体积降低1个等级。比照普通摆线接触强度计算结果，表明内摆线承载能力可提高2-3倍，可将传统单级最大减速比87增大到143；

(B)传统二片轮改为四片轮：输入轴上偏心的布置是一、二轮间及三、四轮间相位角均错开180°，而二、三轮间相位角相同，优点在于：输入轴上的回转质量处于静平衡、动平衡状态，使传动更平稳；

(C)采用笼形W输出机构：用均布柱销将输出轴圆盘与均载盘联接一体，其支承轴承置于W机构的两侧，可大大减短减速器轴向尺寸，这对盾构机减速器非常重要。

接触强度计算结果表明改进后，承载能力为原摆线2-3倍，满足设计要求。内摆线啮合副处于良好润滑状态，同时由于是凹-凸啮合，当量曲率半径小，因而其接触强度高于普通摆线。由于普通摆线轮齿-针齿接触强度计算较简单而可作为比照。计算如下：

【摆线盾构减速器参数】N＝150kW，n₁＝1000rpm，i＝109，T₂＝146774Nm(η＝0.94)，Rz＝250，e＝1.50，K₁＝0.66，K₂＝1.586，Y₁max＝1.361，b＝65mm，针套(齿)半径r_z＝ρ₁＝4.50，半埋孔曲率半径ρ₂＝4.509(孔φ＝9.018)，若η≈0.94，则四片即两组二片时扭矩为T₂＝73388Nm

于是：由针销作用在轮齿上的力Fmax＝2000T/(K₁RzZ_a)＝8161(N)，

(A)针齿与半埋孔接触应力：

σ_Jmax＝0.418{FE(ρ₁ ^-1-ρ₂ ^-1)/b}^0.5＝0.418{8161×2.12×10⁵(ρ₁ ^-1-ρ₂ ^-1/65}^0.5＝45.4(MPa)

许用接触应力[σ_H]＝633(MPa)，E＝2.12×10⁵MPa(注)

(B)针齿与摆线轮接触应力：

σ_Jmax＝(900/Rz)(YmaxT/b)^0.5＝36(1.361×73388×9.81/6.5)^0.5＝13977(kg/cm²)＝1371(MPa)

许用接触应力[σ_H]＝1617(MPa)(HB600-600)(注)

(注)徐灏《机械设计手册》卷1.4-289页：钢-铸铁[σ_H]＝633(MPa)；钢-钢[σ_H]＝1617(MPa)有益效果：比照发明专利200810231114.1，其创造性在于：

(1)内摆线纯滚动啮合，凹-凸啮合当量曲率半径小，接触强度高，因而承载能力提高2-3倍，可将传统单级最大减速比87增大到143；

(2)轴向尺寸比背景技术三级行星减速器短45-55％；

(3)摆线轮可反转过来装配，使用寿命延长了一倍；

(4)制造成本为背景技术三级行星减速器的40-50％；

(5)运转时惯性力和惯性力矩理论上完全平衡。

附图说明图1，本发明实施例结构示意图

具体实施方式下面结合附图对本发明详加描述：

参照图1.一种土压平衡盾构机内摆线减速器，包括内摆线齿圈、摆线轮、偏心轴承、柱销、柱套、输入轴、W输出机构及支承轴承，其特征在于：摆线传动件装在由内摆线齿圈(1)两端分别联接前端盖(5)与后端盖(11)所形成的空腔内，其中：

(A)所述偏心轴承是两只相同双偏心轴承(9)装在输入轴(13)轴伸端，所述的输入轴(13)由轴承(14)支承在后端盖(11)内孔，所述摆线轮是四片相同的摆线轮(4)，其中：第一双偏心轴承上第一片摆线轮与第二片摆线轮相位差180°，第二双偏心轴承上第三片摆线轮与第四片摆线轮相位差180°，第二片摆线轮与第三片摆线轮相位相同，优点在于：输入轴上的回转质量处于静平衡、动平衡状态，使传动更平稳；

(B)所述W输出机构由输出轴(8)、与输出轴(8)圆盘上均布孔紧配的柱销(6)穿过摆线轮销孔而与均载盘(10)上均布孔紧配构成，所述的柱销(6)上装有三只圆环板(2)，每只圆环板各自置于二摆线轮之间，从而使柱销(6)整个长度上形成四段简支结构，所述W输出机构中，输出轴(8)轴颈上用轴承(7)支承在前端盖(5)内孔，均载盘(10)内孔用轴承(12)支承在后端盖(11)内凸缘外圆上，所述柱销(6)上的柱套(3)与摆线轮等厚，用均布柱销将输出轴圆盘与均载盘联接一体，其支承轴承置于摆轮的两侧，可大大减短轴向尺寸，在轮与轮间装置圆环板以变悬臂柱销为简支结构，使柱销弯曲应力提高一倍。

Claims

1.一种土压平衡盾构机内摆线减速器，包括内摆线齿圈、摆线轮、偏心轴承、柱销、柱套、输入轴、W输出机构及支承轴承，其特征在于：摆线传动件装在由内摆线齿圈(1)两端分别联接前端盖(5)与后端盖(11)所形成的空腔内，其中：

(A)所述偏心轴承是两只相同双偏心轴承(9)装在输入轴(13)轴伸端，所述输入轴(13)由轴承(14)支承在后端盖(11)内孔，所述摆线轮是四片相同的摆线轮(4)，其中：第一双偏心轴承上第一片摆线轮与第二片摆线轮相位差180°，第二双偏心轴承上第三片摆线轮与第四片摆线轮相位差180°，第二片摆线轮与第三片摆线轮相位相同；

(B)所述W输出机构由输出轴(8)、与输出轴(8)圆盘上均布孔紧配的柱销(6)穿过摆线轮销孔而与均载盘(10)上均布孔紧配构成，所述的柱销(6)上装有三只圆环板(2)，每只圆环板各自置于二摆线轮之间，从而使柱销(6)整个长度上形成四段简支结构，所述W输出机构中，输出轴(8)轴颈上用轴承(7)支承在前端盖(5)内孔，均载盘(10)内孔用轴承(12)支承在后端盖(11)内凸缘外圆上，所述柱销(6)上的柱套(3)与摆线轮等厚。