CN102305085A - 全断面掘进机异型断面切削装置 - Google Patents
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Abstract
一种全断面掘进机异型断面切削装置，包括三角形刀盘、刀盘中心轴、刀盘偏心轴、壳体、驱动装置、第一传动齿轮和第二传动齿轮，刀盘偏心轴具有一偏心孔，并且通过轴承套置于壳体内，驱动装置固定于壳体的内壁上且能够驱动刀盘偏心轴在该壳体中旋转，刀盘中心轴穿置于刀盘偏心轴的偏心孔内，第一传动齿轮固定于刀盘中心轴的后端，第二传动齿轮固定于壳体上且与该第一传动齿轮相啮合，三角形刀盘为具有三支辐条的辐条式刀盘，其固定于刀盘中心轴的前端且随之转动。本发明具有结构简单、适应性强的优点，其通过调整本身的结构参数，能够改变三角形刀盘的切削轨迹，从而完成包括矩形、椭圆形等各类异形截面隧道的全断面切削施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道施工设备，具体涉及一种全断面掘进机异型断面切削装置，属于建筑机械领域。
背景技术
异形截面隧道的施工设备是地下工程技术领域中的一个难点，因为通常盾构掘进机的刀盘都是圆型的，无法适应异形截面，如矩形、椭圆形等截面隧道的施工。为了解决这个问题，业内技术人员也一直不懈地努力，如名称为《多刀盘矩形顶管机》的中国专利(专利号：200920067574.5)通过多刀盘切削土体来实现矩形隧道顶管施工，但是多刀盘矩形顶管机有一个致命的弱点，就是不能够全断面切削，造成对土体扰动大、挤压明显。针对这个问题，《组合刀盘式土压平衡矩形顶管机》(专利号02136207.6)、《矩形顶管机的组合刀盘》(专利号：02265771.1)以及《矩形顶管机的仿形刀》(专利号：02265770.3)等三件中国专利试图通过改进刀盘来完成矩形截面隧道的施工，它们公开了各自的组合刀盘，利用这样的组合刀盘可以实现全断面的切削施工，将矩形顶管机的施工水平推上了一个台阶。但是以上专利所述顶管机都只适用于矩形隧道施工，对于其他异形隧道就无能为力。现有技术中还未曾出现一种能够适应各类异形截面隧道施工的掘进设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的空白，提供一种全断面掘进机异型断面切削装置，其能够普遍适应包括矩形、椭圆形等各类异形截面隧道的施工，从而大大提高掘进机的施工适应范围，增加掘进机的功能。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种全断面掘进机异型断面切削装置，其包括三角形刀盘、刀盘中心轴、刀盘偏心轴、壳体、驱动装置、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述壳体为一圆筒状结构件，所述刀盘偏心轴具有一偏心孔，并且通过轴承套置于所述壳体内，所述驱动装置固定于所述壳体的内壁上且能够驱动所述刀盘偏心轴在该壳体中旋转，所述刀盘中心轴穿置于所述刀盘偏心轴的偏心孔内，所述第一传动齿轮固定于所述刀盘中心轴的后端，所述第二传动齿轮固定于所述壳体上且与该第一传动齿轮相啮合，所述三角形刀盘为具有三支辐条的辐条式刀盘，其固定于所述刀盘中心轴的前端且随之转动。
本发明所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其第一传动齿轮为外齿轮，第二传动齿轮为内齿圈，它们的齿数比为3∶4；或者所述第一传动齿轮为内齿圈，所述第二传动齿轮为外齿轮，它们的齿数比为3∶2；所述三角形刀盘的三支辐条间相隔120度放置，其辐条的长度L与所述刀盘偏心轴偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝R/0.14或者L＝4R；所述驱动装置的数量有多个，其均匀地设置于所述壳体内壁的圆周上。
本发明所述全断面掘进机异型断面切削装置利用三角形刀盘绕自身轴线进行自转，而刀盘中心轴又通过刀盘偏心轴绕掘进机的壳体中心进行公转，通过公转和自转的双重作用，以及调节刀盘辐条长度与偏心距之间的关系和两传动齿轮的齿数比，就能实现对包括矩形、椭圆形等各类异形断面的全断面切削，从而完成各种异形截面隧道的掘进工作。本发明具有结构简单、性能全面、适应性强的优点，能够胜任各类异形截面隧道的施工。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图。
图2为本发明第二实施例的结构示意图。
图3为本发明第一实施例切削过程之一的示意图。
图4为本发明第一实施例切削过程之二的示意图。
图5为本发明第一实施例切削过程之三的示意图。
图6为本发明第一实施例切削过程之四的示意图。
图7为本发明第一实施例切削效果示意图。
图8为本发明第三实施例切削效果示意图。
图9为本发明第二实施例切削过程之一的示意图。
图10为本发明第二实施例切削过程之二的示意图。
图11为本发明第二实施例切削过程之三的示意图。
图12为本发明第二实施例切削过程之四的示意图。
图13为本发明第二实施例切削效果示意图。
图14为本发明第四实施例切削效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
首先请参阅图1本发明第一实施例的结构示意图，图示全断面掘进机异型断面切削装置包括三角形刀盘1、刀盘中心轴2、刀盘偏心轴3、壳体4、驱动装置5、第一传动齿轮6和第二传动齿轮7。所述壳体4为一圆筒状结构件，为掘进机的一部分。所述刀盘偏心轴3为一台阶轴，其外周通过轴承套置于所述壳体4内，该刀盘偏心轴3具有一偏心孔，该刀盘偏心轴3外圆的中心线P与该偏心孔的中心线G不重合，存在有偏心距R。所述刀盘偏心轴3与壳体4内壁之间设置有密封圈。所述驱动装置5的数量为一个或多个，其均匀地固定设置于所述壳体4内壁的圆周上，该驱动装置5通过齿轮传动连接所述刀盘偏心轴3，并且能够驱动所述刀盘偏心轴3在该壳体4中旋转。所述刀盘中心轴2通过轴承穿置于所述刀盘偏心轴3的偏心孔内，并可以在其中进行转动，因而该刀盘中心轴2的中心线与所述刀盘偏心轴3的中心线就存在有同样的偏心距R。所述三角形刀盘1为辐条式刀盘，固定于所述刀盘中心轴2的前端且随之转动，该三角形刀盘1具有三支辐条，该三支辐条间相隔120度放置，其辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝R/0.14(见图7)。所述第一传动齿轮6为外齿轮，其固定于所述刀盘中心轴2的后端；所述第二传动齿轮7为内齿圈，其固定于所述壳体4上，并且与该第一传动齿轮6相啮合；第一传动齿轮6与第二传动齿轮7的齿数比为3∶4。当驱动装置5驱动刀盘偏心轴3在壳体4中旋转时，由于第一传动齿轮6与第二传动齿轮7之间的啮合传动，使所述三角形刀盘1不仅随刀盘偏心轴3进行绕刀盘偏心轴3中心线的公转，而且进行绕刀盘中心轴2本身中心线的自转。
本发明的第二实施例的结构示意图见图2，图示全断面掘进机异型断面切削装置的结构基本与图1所示第一实施例相同，其同样包括三角形刀盘1、刀盘中心轴2、刀盘偏心轴3、壳体4、驱动装置5、第一传动齿轮6和第二传动齿轮7，它与第一实施例的不同之处在于，其第一传动齿轮6为内齿圈，所述第二传动齿轮7为外齿轮，该第一传动齿轮6和第二传动齿轮7的齿数比为3∶2。本实施例中，三角形刀盘1辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝R/0.14(见图13)。
本发明的第三实施例的结构基本上亦与图1所示第一实施例相同，其与第一实施例的不同之处在于，其三角形刀盘1辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝4R(见图8)。
本发明的第四实施例的结构基本上与图2所示第二实施例相同，其与第二实施例的不同之处在于，其三角形刀盘1辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝4R(见图14)。
本发明所述的全断面掘进机异型断面切削装置通过改变第一传动齿轮6和第二传动齿轮7的齿数比，以及调整三角形刀盘1辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系，就能得到参数不同的结构，从而刀盘能够完成不同异形断面土层的全断面切削。
以下结合附图说明四个实施例的切削过程。
请参阅图3至图7所示第一实施例的切削过程。所述刀盘驱动系统5驱动刀盘偏心轴3在壳体4内进行逆时针公转，这时第一传动齿轮6在第二传动齿轮7内旋转，形成第一传动齿轮6自转，第一传动齿轮6带动刀盘中心轴2和三角形刀盘1顺时针自转。三角形刀盘1绕中心线G按4倍速度顺时针自转，刀盘偏心轴3按3倍速度逆时针公转。所述三角形刀盘1初始位置如图3所示；刀盘偏心轴3逆时针旋转90度，同时三角形刀盘1绕中心线G逆时针旋转120度，三角形刀盘1位置及其辐条顶点T(A)、T(B)、T(C)的切削轨迹如图4所示；刀盘偏心轴3逆时针旋转180度，同时三角形刀盘1绕中心线G逆时针旋转240度，三角形刀盘1位置及其辐条顶点T(A)、T(B)、T(C)的切削轨迹如图5所示；刀盘偏心轴3逆时针旋转270度，同时三角形刀盘1绕中心线G逆时针旋转360度，三角形刀盘1位置及其辐条顶点T(A)、T(B)、T(C)的切削轨迹如图6所示；最后，刀盘偏心轴3逆时针完成旋转一周，同时三角形刀盘1绕中心线G逆时针旋转480度，三角形刀盘1完成的封闭切削轨迹如图7所示，十分逼近一正方形。
由于三角形刀盘1辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系不同于第一实施例，当第三实施例完成一周的切削后所形成的切削轨迹就如图8所示，只是一类正方形。
第二实施例的切削过程请参阅图9至图13所示，最后刀盘偏心轴3逆时针完成旋转一周，三角形刀盘1完成的封闭切削轨迹如图13所示，十分逼近一椭圆形。
由于三角形刀盘1辐条的长度L与所述刀盘偏心轴3偏心孔的偏心距R之间的关系不同于第二实施例，当第四实施例完成一周的切削后所形成的切削轨迹就如图14所示，只是一类椭圆形。
综上所述，本发明所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其通过调整本身的结构参数，能够改变三角形刀盘1的切削轨迹，从而完成不同异形断面土层的全断面切削。
Claims (9)
1.一种全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述切削装置包括三角形刀盘、刀盘中心轴、刀盘偏心轴、壳体、驱动装置、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述壳体为一圆筒状结构件，所述刀盘偏心轴具有一偏心孔，并且通过轴承套置于所述壳体内，所述驱动装置固定于所述壳体的内壁上且能够驱动所述刀盘偏心轴在该壳体中旋转，所述刀盘中心轴穿置于所述刀盘偏心轴的偏心孔内，所述第一传动齿轮固定于所述刀盘中心轴的后端，所述第二传动齿轮固定于所述壳体上且与该第一传动齿轮相啮合，所述三角形刀盘为具有三支辐条的辐条式刀盘，其固定于所述刀盘中心轴的前端且随之转动。
2.根据权利要求1所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述第一传动齿轮为外齿轮，所述第二传动齿轮为内齿圈。
3.根据权利要求2所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述第一传动齿轮和第二传动齿轮的齿数比为3∶4。
4.根据权利要求1所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述第一传动齿轮为内齿圈，所述第二传动齿轮为外齿轮。
5.根据权利要求4所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述第一传动齿轮和第二传动齿轮的齿数比为3∶2。
6.根据权利要求1所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述三角形刀盘的三支辐条间相隔120度放置。
7.根据权利要求1所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述驱动装置的数量有多个，其均匀地设置于所述壳体内壁的圆周上。
8.根据权利要求1所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述三角形刀盘辐条的长度L与所述刀盘偏心轴偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝R/0.14。
9.根据权利要求1所述的全断面掘进机异型断面切削装置，其特征在于：所述三角形刀盘辐条的长度L与所述刀盘偏心轴偏心孔的偏心距R之间的关系为L＝4R。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120104 |