CN102337898B - 一种特大隧道盾构机行星子母钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种特大隧道盾构机行星子母钻头，在第一圆筒体外壳（1）内与其同轴装有圆筒体驱动轴（2），在圆筒体驱动轴（2）固定连接母钻(9)，在母钻(9)的切削端面与母钻(9)同轴心的至少一个圆环上均布有螺旋式子钻头（13）；在的圆筒体驱动轴（2）中部套装有圆盘体子钻头动力马达座（21），在圆盘体子钻头动力马达座（21）上设有分别与轴向螺旋式子钻头（13）连接的液压马达（22）。液压系统经由液压马达分别驱动子钻头转动，使子钻头在随母钻公转的同时，子钻头进行自转，比单钻头工效提高十几至几十倍，并且钻头采用两级机组，可以加大钻头的尺寸，还可将本实新型的第一机组安在第一节水泥顶管上开挖顶管隧道，可广泛应用于现有盾构系统。

Description

一种特大隧道盾构机行星子母钻头

技术领域

本发明涉及一种隧道盾构机钻头，特别一种特大隧道盾构机行星子母钻头。

背景技术

随着现代社会的发展、时代的进步以及大量农村人口涌入城市，加之汽车工业的飞速发展，交通问题日益突显。积极发展地下交通将成为在一定程度上缓解城市交通拥堵的有力措施。其中，发展隧道工程是必需也是重要的环节。由于现有隧道工程建设的技术水平有限，存在投入高昂、工期长、见效慢等弊端，跟不上形势的发展，因此远远无法满足现实需要。

目前国内外的隧道盾构机钻头都是用单钻头，其最大直径一般在15米左右。从力学上来讲，钻头的支力点在中心，它的直径每增加一毫米，它的扭驱阻力不是相加，而是相乘，由于直径大，扭驱阻力特别巨大，钻头的转速相当慢，是直接影响切削工效低的主要原因。在钻盘上错位装上点式刀具，使刀具定位在原始的切削圈槽内切削，这种圈槽切削得最深，也只能形成一个个的管型圈，并不会形成碎片而脱落。在圈槽与圈槽之间的凸面处装上刀口碾压轮，将岩石碾压致碎，岩渣就从刀缝隙中流出，流入到螺旋式绞轮里旋推到输送带上运出隧道，这种单钻头机构切削和破碎能力极为有限，输送岩渣也十分有限，故而盾构机工作效率很低（只能日进十米左右）。

发明内容；

本发明旨在提供一种特大隧道盾构机行星子母钻头，用以简化钻头的传动系统，提高盾构机掘进工效。

本发明采用如下技术方案实现：一种特大隧道盾构机行星子母钻头，包括圆筒体驱动轴2、第一圆筒体外壳1、母钻9、轴向螺旋式子钻头13，在第一圆筒体外壳1内与其同轴装有圆筒体驱动轴2，所述圆筒体驱动轴2固定连接母钻9，在所述母钻9的切削端面与所述母钻9同轴心的至少一个圆环上均布有轴向螺旋式子钻头13；

在所述的圆筒体驱动轴2中部套装有圆盘体子钻头动力马达座21，在所述的圆盘体子钻头动力马达座21上设有分别与所述轴向螺旋式子钻头13连接的液压马达22。

在所述圆筒体驱动轴2一端的法兰盘上用螺丝5固联有外围子钻头轴套圈4，在外围子钻头轴套圈4和第一圆筒体外壳1内壁之间设有用于定位滑滚的座圈3，在外围子钻头轴套圈4上用螺丝7固联有母钻盘外圈6，在所述外围子钻头轴套圈4上通过螺丝10固联有喇叭斗状母钻9；在所述母钻9和母钻盘外圈6所构成的切削平面上采用焊接或螺栓连接的方式固定有子轴轴套14，子轴15插装于子轴轴套14内，子轴15和子轴轴套14之间设有轴承16，在子轴15上设置有轴向螺旋式子钻头13，均布设置于母钻9上的轴向螺旋式子钻头13相邻空隙之间设有第一输渣叶片8。

在所述圆筒体驱动轴2的尾部套装有母钻头驱动大齿轮24，圆筒体驱动轴2端部连接绞轮圆筒体尾座25；在所述绞轮圆筒体尾座25与圆筒体驱动轴2之间设置有密封圈26，所述绞轮圆筒体尾座25靠近母钻头驱动大齿轮24一端通过固联螺丝41将第一马达座内圈40固定，第一马达座外圈38的内环通过螺栓连接与第一马达座内圈40固联，其外环与第一圆筒体外壳1内壁固联；，马达39固定设置在所述第一马达座外圈38上，所述马达39连接减速齿轮36与所述母钻头驱动大齿轮24啮合。

在所述母钻头驱动大齿轮24上以其中心点为圆心开设有环形的母环圈槽27，沿所述母环圈槽27底部360°均布设有用于连通液压马达22的第一油嘴孔28；其所述的母环圈槽27内盖扣装有子环圈槽29，子环圈槽29上焊接有与液压油泵连接的第二油嘴孔30，其位置与第一油嘴孔28的位置对应；所述子环圈槽29槽外两壁设有台肩，所述的子环圈槽29外两肩口处装有滑轮35，所述母环圈槽27两壁口开设的横向卡环槽内鑲有用于定位所述子环圈槽29的卡环34，所述子环圈槽29和母环圈槽27之间设有两个组合密封圈32；固定设置的第一马达座内圈40与母钻头驱动大齿轮24上的母环圈槽27内盖扣装有子环圈槽29一面的第二油嘴孔30接触，其上设有和和子环圈槽29的第二油嘴孔30位置对应的孔。

所述第一马达座外圈38上沿其轴线为中心线的圆上均布有用于定位母钻头驱动大齿轮24的锥体靠背滑轮37定位滑滚。

在第一马达座外圈38上沿其外圆均布固联有第一液压升缩千斤顶60，所述第一液压升缩千斤顶60的后端固联设置于弹簧护圈54的减压弹簧55，所述的减压弹簧55和护罩圈56底部相联，弹簧护圈54顶平面和护罩圈56底平面之间用所述的锁销53固联。

在所述圆筒体驱动轴2内部设置有第一绞轮旋推输渣系统，包括有安装在马达座内圈上的圆简体绞轮尾座25，所述绞轮座51通过固联螺丝57安装在所述绞轮圆筒体尾座25上，所述绞轮空心轴管43穿过绞轮圆筒体尾座25一端设置在所述绞轮座51上，绞轮空心轴管43内径两端和中部分别套装有轴承45和锥体轴承49；在绞轮空心轴管43外表面焊接有旋推螺旋叶片47；绞轮座51内设置减速器与绞轮空心轴管43连接，绞轮座51上固联有齿轮后盖48，所述齿轮后盖48上与其垂直90°穿透加固焊接有空心内轴插装在所述绞轮空心轴管43内，在所述空心内轴内设有冷却水管50，在所述齿轮后盖48上固定有液压马达42；所述绞轮圆筒体尾座25后尾段为下半边空缺的筒状，在绞轮圆筒体尾座25下方设有第一岩渣输送机58，第一岩渣输送机58通过液压升降千斤顶59安装在所述第一圆筒体外壳1上。

在所述第一圆筒体外壳1外壁上靠近母钻9的位置设置有定位下半边枕环20。

所述护罩圈56底平面和第二机组的内壳71前端口平面固联，所述的第二机组护罩圈86底平面和盾构机系统固联，所述内壳71插装在第二机组圆筒体驱动轴内，所述内壳71和第二机组圆筒体驱动轴之间设置轴承72；在所述第二机组内壳71内设置有与第一岩渣输送机58连接的第二岩渣输送机84。

本发明采用上述技术方案，子钻头和母钻的动力各自分开，用两个独立动力同时驱动子钻头和母钻，子钻头动力通过液压泵逆变成液压流所驱动的液压马达来驱动子钻头，因它体积小、重量轻、功率大，这样母钻动力只驱动母钻自身重量的负荷，和子钻头的移位调整切削角度的运转，所以它的扭驱阻力要减少85％以上，用子钻头直经小、转速快、数量多专程切削岩层，用另行独立的液压马达来驱动子钻头，加强、加快它的切削功率倍增，以实现提高盾构机的工作效率达到特高为目的。要向随母钻同步旋转的子钻头提供动力能源不能用不安全的电动马达，更不能直接提供能源，而必须先通过一个能安装在母钻的大圆筒体主轴上同步旋转的供液接头，分别同步向液压马达提供动力能源。

其旋转供液接头的母环圈槽和母钻驱动大齿轮构结于一体，母环圈槽内的密封圈用三种不同材料制造的组合密封圈，围周壁有横向卡槽，本槽内镶有卡环，其槽底开有若干油嘴孔，子环圈槽槽外有两个台肩，围周顶肩部边装有若干滑轮其槽底开有连接液压泵油嘴孔。

本发明在母钻上安置数十个子钻头，目的是使子钻头在母钻的切削面内，产生每圈每刀都在自动变换切削角度，并产生网状交叉切削圈槽。这样比单钻头的工效提高十几倍甚至几十倍，而且又轻松减少扭驱阻力而节省能源。

本发明为了保证和现有国内外所有盾构机系统配套，而该系统在施工时只能前进不能后退，为了保证顺利的更换刀具，在钻头的最前端就必须留有一个空间来更换刀具，因此在两级前后机组上都设置了多个伸缩液压千斤顶和减压弹簧，当要更换刀具就将全盾构机系统停机前进，然后就将伸缩液压千斤顶向后收缩将钻机后退，使切削工作面留下一个空间，工作人员就可利用这个空间来更换刀具。伸缩液压千斤顶还另有一个用途是用来实现钻机做曲线运动，在伸缩液压千斤顶后端固联有减压弹簧和护罩圈，所述的护罩圈是作为和岩壁全封闭的措施保护工作人员的安全，所述的减压弹簧是根据岩层的硬度用来调节全盾构系统过大的推挤压力而保护轴式螺旋子钻头。

本发明还可作一机多用途，可将本实新型的第一机组安在第一节水泥顶管上开挖顶管隧道。

本发明具有以下优点：

1.母钻负荷减小，只需多增加若干子钻头数量，可以很大限度的提高钻机尺寸，对母钻的扭驱阻力不会有较大的负荷变化，子钻头驱动方法简便。

2.子钻头随母钻旋转的同时自转切削，增加了钻机切削的速度，可在现有设备的基础上提高掘进工效十多倍甚至几十倍以上，从而大大缩短工期。

附图说明

图1是第一机组钻头总装剖示图。

图2是图1中A向平面图，述明在母钻上设置的轴向螺旋式子钻头的布局。

图3是图1中B向平面图，述明母钻拆卸轴向螺旋式子钻头后的结构平面图。

图4是图1中C向平面图，述明圆盘体子钻头动力马达座的平面图。

图5是图1中D向平面图，述明母钻驱动大齿轮靠母钻一面的平面图。

图6是母钻驱动大齿轮剖视图。

图7是图1中的F向平面图，述明母钻驱动大齿轮上设有母环圈槽一面的平面图。

图8是图6中的母环圈槽内部结构放大图I。

图9是图1中的分解拆卸结构示意图。

图10是第二机组钻头总装剖示图。

图11是图10的G向平面图，述明在第二机组母钻上设置的轴向螺旋式子钻头的布局。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

参见图1，一种特大隧道盾构机行星子母钻头，包括圆筒体驱动轴2、第一圆筒体外壳1、母钻9、轴向螺旋式子钻头13，在第一圆筒体外壳1内与其同轴装有圆筒体驱动轴2，在圆筒体驱动轴2固定连接母钻9，结合参见图2和图3，在母钻9的切削端面与母钻9同轴心的至少一个圆环上均布有螺旋式子钻头13；在圆筒体驱动轴2一端的法兰盘上用螺丝5固联有外围子钻头轴套圈4，在外围子钻头轴套圈4和第一圆筒体外壳1内壁之间设有用于定位滑滚的座圈3，在外围子钻头轴套圈4上用螺丝7固联有母钻盘外圈6，在外围子钻头轴套圈4上通过螺丝10固联有喇叭斗状母钻9；在母钻9和母钻盘外圈6所构成的切削平面上采用焊接或螺栓连接的方式固定有子轴轴套14，子轴15插装于子轴轴套14内，子轴15和子轴轴套14内设有轴承16，在子轴15上设置有轴向螺旋式子钻头13，均布设置于母钻9上的轴向螺旋式子钻头13相邻空隙之间设有第一输渣叶片8。

结合参见图1和图4，在的圆筒体驱动轴2中部套装有圆盘体子钻头动力马达座21，在的圆盘体子钻头动力马达座21上设有分别与轴向螺旋式子钻头13连接的液压马达22。

具体参见图1和图9，在圆筒体驱动轴2的尾部套装有母钻头驱动大齿轮24，圆筒体驱动轴2端部连接绞轮圆筒体尾座25；在绞轮圆筒体尾座25与圆筒体驱动轴2之间设置有密封圈26，绞轮圆筒体尾座25靠近母钻头驱动大齿轮24一端通过固联螺丝41将第一马达座内圈40固定，第一马达座外圈38的内环通过螺栓连接与第一马达座内圈40固联，其外环与第一圆筒体外壳1内壁固联；，马达39固定设置在第一马达座外圈38上，马达39连接减速齿轮36与母钻头驱动大齿轮24啮合。

在第一马达座外圈38上沿其外圆均布设有第一液压升缩千斤顶60，第一液压升缩千斤顶60的后端固联有弹簧护圈54，底平面外围布设可根据岩层硬度加减减压弹簧55，而保护螺旋子钻头13，减压弹簧55另一端就装在护罩圈56底平面内向，然后用锁销53将上下两平面圈牵接固联。

在圆筒体驱动轴2内部设置有第一绞轮旋推输渣系统，其圆筒体驱动轴2尾口装有密封圈26和圆筒体绞轮尾座25密封联接，它外径设有安装圈和马达座内圈40固联，圆筒体绞轮尾座其后段为上半边圆筒体状，绞轮座51带有轴套和齿轮箱，就安装在圆筒体尾座25上半边的端口上，绞轮空心轴管43外径前段焊有旋推螺旋叶片47；后尾部就鑲入绞轮座的轴套内，其尾端并延伸至齿轮箱内安上齿轮和径减速后的马达42齿轮啮合，其齿轮箱后盖48下方中心穿透加固焊接空心内轴形成90度整体件固联在齿轮箱上，在空心内轴前后都有锥体轴承49将插入绞轮空心轴管内径，将绞轮空心轴管前端悬桃滑滚，空心内轴内径又插装冷却水管50，冷却水管顶前端也装轴承45，绞轮圆筒体尾座25后段为上半边筒状，下半边缺口作为输渣口，在绞轮圆筒体尾座25下方设有第一岩渣输送机58，第一岩渣输送机58通过液压升降千斤顶59安装在第一圆筒体外壳1上。

在第一圆筒体外壳1外壁上靠近母钻盘外圈6的位置设置有定位下半边枕环20。

具体结合参见图5、图6、图7、图8，在母钻头驱动大齿轮24上以其中心点为圆心开设有环形的母环圈槽27在母环圈槽27底部360°中开设有用于连通液压马达22的相应数量的第一油嘴孔28；其两底壁之间装有用三种材料制造的组合密封圈，在母环圈槽27两壁边口处开有横向槽，内盖扣装有子环圈槽29，子环圈槽29上焊接有与液压油泵连接的第二油嘴孔30，其位置与子环圈槽29的位置对应；在子环圈槽29两外围壁处开有台肩，此台肩和母环圈槽27两壁相合后行成一个和组合密封圈32相对应的空间套装有组合密封圈32，子环圈槽29两外平肩口处还装有滑轮35，母环圈槽27内两壁边口处的横向糟内鑲有卡环34将子环圈29关卡；滑轮35和卡环34底平面滑滚接触子环圈槽29的第二油嘴孔30穿透第一马达座内圈40孔内接触，第一马达座内圈40上设有与第二油嘴孔30位置对应的孔。

结合参见图1，第一马达座外圈38上沿其轴线为中心线的圆上均布有用于支撑母钻头驱动大齿轮24的锥体靠背滑轮37定位。

结合参见图9、图10、图11，护罩圈底平面和第二机组的内壳71前端面固联，内壳71插装在第二机组圆筒体驱动轴内，内壳71和第二机组圆筒体驱动轴之间设置轴承72；在第二机组内壳71内设置有与第一岩渣输送机58连接的第二岩渣输送机84，第二机的护罩圈86底平面就盾构机系统固联相接。

Claims (8)

1.一种特大隧道盾构机行星子母钻头，包括圆筒体驱动轴（2）、第一圆筒体外壳（1）、母钻(9)、轴向螺旋式子钻头（13），其特征在于：在第一圆筒体外壳（1）内与其同轴装有圆筒体驱动轴（2），所述圆筒体驱动轴（2）固定连接母钻(9)，在所述母钻(9)的切削端面与所述母钻(9)同轴心的至少一个圆环上均布有轴向螺旋式子钻头（13）；

在所述的圆筒体驱动轴（2）中部套装有圆盘体子钻头动力马达座（21），在所述的圆盘体子钻头动力马达座（21）上设有分别与所述轴向螺旋式子钻头（13）连接的液压马达（22）。

2.根据权利要求1所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：在所述圆筒体驱动轴（2）一端的法兰盘上用螺丝（5）固联有外围子钻头轴套圈（4），在外围子钻头轴套圈（4）和第一圆筒体外壳（1）内壁之间设有用于定位滑滚的座圈（3），在外围子钻头轴套圈（4）上用螺丝（7）固联有母钻盘外圈（6），在所述外围子钻头轴套圈(4)上通过螺丝(10)固联有喇叭斗状母钻(9)；在所述母钻(9)和母钻盘外圈（6）所构成的切削平面上采用焊接或螺栓连接的方式固定有子轴轴套(14)，子轴(15)插装于子轴轴套(14)内，子轴(15)和子轴轴套(14)之间设有轴承(16)，在子轴(15)上设置有轴向螺旋式子钻头（13），均布设置于母钻(9)上的轴向螺旋式子钻头（13）相邻空隙之间设有第一输渣叶片（8）。

3.根据权利要求1所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：在所述圆筒体驱动轴（2）的尾部套装有母钻头驱动大齿轮（24），圆筒体驱动轴（2）端部连接绞轮圆筒体尾座（25）；在所述绞轮圆筒体尾座（25）与圆筒体驱动轴（2）之间设置有密封圈（26），所述绞轮圆筒体尾座（25）靠近母钻头驱动大齿轮（24）的一端通过固联螺丝（41）固定设置有第一马达座内圈（40），第一马达座外圈（38）的内环通过螺栓与第一马达座内圈（40）固联，所述第一马达座外圈（38）的外环与第一圆筒体外壳（1）内壁固联；所述第一马达座外圈（38）上固定设置有马达（39），所述马达（39）连接减速齿轮（36），所述减速齿轮（36）与所述母钻头驱动大齿轮（24）啮合。

4.根据权利要求3所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：在所述母钻头驱动大齿轮（24）上以其中心点为圆心开设有环形的母环圈槽（27），沿所述母环圈槽（27）底部360°均布设有用于连通液压马达（22）的第一油嘴孔（28）；其所述的母环圈槽（27）内盖扣装有子环圈槽（29），子环圈槽（29）上焊接有与液压油泵连接的第二油嘴孔（30），其位置与第一油嘴孔（28）的位置对应；所述子环圈槽（29）槽外两壁设有台肩，所述的子环圈槽（29）外两肩口处装有滑轮(35)，所述母环圈槽（27）两壁口开设的横向卡环槽内鑲有用于定位所述子环圈槽（29）的卡环（34），所述子环圈槽（29）和母环圈槽（27）之间设有两个组合密封圈（32）；固定设置的第一马达座内圈（40）与母钻头驱动大齿轮（24）上扣装有子环圈槽（29）一面的第二油嘴孔（30）接触，所述第一马达座内圈（40）上设有和子环圈槽（29）的第二油嘴孔（30）位置对应的孔。

5.根据权利要求4所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：所述第一马达座外圈（38）上沿其轴线为中心线的圆上均布有用于定位母钻头驱动大齿轮（24）的锥体靠背滑轮（37）。

6.根据权利要求3所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：在第一马达座外圈（38）上沿其外圆均布固联有第一液压升缩千斤顶（60），所述第一液压升缩千斤顶（60）的后端与设置在弹簧护圈（54）上的减压弹簧（55）固联，所述的减压弹簧(55)和护罩圈（56）底部相联，所述弹簧护圈（54）顶平面和护罩圈（56）底平面之间用锁销（53）固联。

7.根据权利要求3所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：在所述圆筒体驱动轴（2）内部设置有第一绞轮旋推输渣系统，所述第一绞轮旋推输渣系统包括有安装在马达座内圈上的圆筒体绞轮尾座（25）以及绞轮座（51）和绞轮空心轴管（43），所述绞轮座（51）通过固联螺丝（57）安装在所述绞轮圆筒体尾座（25）上，所述绞轮空心轴管（43）穿过绞轮圆筒体尾座（25）一端设置在所述绞轮座（51）上，绞轮空心轴管（43）两端和中部分别套装有轴承（45）和锥体轴承（49）；在绞轮空心轴管（43）外表面焊接有旋推螺旋叶片（47）；绞轮座（51）内设置减速器，所述减速器与绞轮空心轴管（43）连接，绞轮座（51）上固联有齿轮后盖（48），所述齿轮后盖（48）上与其垂直90°穿透加固焊接有空心内轴，所述空心内轴插装在所述绞轮空心轴管（43）内，在所述空心内轴内设有冷却水管（50），在所述齿轮后盖（48）上固定有液压马达（42）；所述绞轮圆筒体尾座（25）后尾段为下半边空缺的筒状，在绞轮圆筒体尾座（25）下方设有第一岩渣输送机（58），第一岩渣输送机（58）通过液压升降千斤顶（59）安装在所述第一圆筒体外壳（1）上。

8.根据权利要求1所述的一种特大隧道盾构机行星子母钻头，其特征在于：在所述第一圆筒体外壳（1）外壁上靠近母钻（9）的位置设置有定位下半边枕环(20)。