CN103016655A

CN103016655A - 一种机电液复合式隧道掘进机主驱动系统

Info

Publication number: CN103016655A
Application number: CN2012105291254A
Authority: CN
Inventors: 魏静; 涂文平; 孙伟; 王庆国; 丁鑫
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明要解决的是针对现有隧道掘进机驱动系统的不足，采用电机、液压马达双输入差动结构以及两级行星齿轮副传动输出机构。包括动力装置、变速传动系统和动力输入机构，动力装置为双输入动力装置，包括动力输入组件电机和动力输入组件液压马达，液压马达的输出端设置制动装置。驱动系统的动力输入采用了电机、液压马达双驱动差动输入的形式，通过改变电机及液压马达的驱动形式，可以得到两种输出工况，能够保证隧道掘进机正常工作及脱困；相较于机械传动形式，液压马达驱动快速、平稳，并且比较容易获得大的扭矩，还具有体积小、功率重量比大、便于布局、寿命长等优点。

Description

一种机电液复合式隧道掘进机主驱动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及机械设别领域，特别是一种隧道掘进机主驱动系统。

背景技术

[0002] 隧道掘进机是隧道掘进施工中的主要施工机械，由于隧道掘进施工具有安全、可靠、环境影响小、劳动强度低、效率高等优点，在城市轨道、水利、市政工程、矿山、公路、铁路隧道等领域应用非常广泛。由于隧道掘进机经常在复杂、恶劣的工作环境下施工，所以对隧道掘进机的驱动和传动系统要求较高，要求其能够经受住重载荷和大冲击，并且具备大功率、低速大扭矩输出等功能；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闻。

[0003] 驱动系统作为隧道掘进机的重要组成部分，对于隧道掘进的性能有重要影响。现有技术中，隧道掘进机为适应不同的工作环境，需要实现多种输出状态以及具有低速、大扭矩等特点。普遍的方法是，为了应对工作过程中刀盘遇到土石阻力矩突然增大甚至塌陷等情况，驱动电机正常工作时较低功率运行，脱困情况下采用较大的驱动功率运行，采用多个变速系统和多个动力输入共同驱动刀盘，而为了实现系统大的传动比，常常采用多级行星减速器。

[0004] 中国专利文件CN 101413566A提出一种盾构主驱动系统三级行星减速器，该减速器由输入行星轮齿轮副、中间行星齿轮副和输出行星齿轮副组成，输入行星轮齿轮副由太阳轮输入，行星架输出，带动中间行星齿轮副的太阳轮，同样是中间级的行星架输出带动输出级的太阳轮，最后由输出级的行星架输出动力。这种减速器实际工作时电机处于低负荷运转，不能充分利用电机功率。中国专利文件CN 101769155A提出一种盾构机双驱动行星变速传动系统，具有双输入单输出的特点，由输入差动结构和输出的封闭结构组成，虽然保证了电机额定功率工作以及脱困等问题，但是在传统形式上添加的辅助机械传动装置存在着滞后、冲击以及结构复杂、增大体积等问题。

发明内容

[0005] 本发明要解决的是针对现有隧道掘进机驱动系统的不足，采用电机、液压马达双输入差动结构以及两级行星齿轮副传动输出机构。正常工作时电机驱动、液压马达制动，电机额定功率输出，当出现土石阻力矩过大甚至塌陷时，电机、液压马达同时驱动，实现隧道掘进机脱困，在保证电机额定功率输出的同时，液压马达可以快速、平稳的输出较大的扭矩，液压马达还具有体积小、功率重量比大、便于布局、寿命长等优点，本发明保证了隧道掘进机在恶劣环境下正常工作并实现低速、大扭矩输出。

[0006] 一种机电液复合式隧道掘进机主驱动系统，包括动力装置、动力输入机构和变速传动系统。

[0007] 所述动力装置为双输入动力装置,包括动力输入组件电机和动力输入组件液压马达，液压马达的输出端设置制动装置。[0008] 所述动力输入机构为差动式行星轮系包括：输入级太阳轮轴、输入级行星轮、输入轴、双列圆柱滚子轴承、输入级齿圈、输入外齿轮、行星架，所述输入级齿圈设有内齿和外齿，输入级太阳轮轴与输入级行星轮外啮合，输入级行星轮和输入级齿圈的内齿啮合，输入外齿轮与输入级齿圈的外齿啮合，双列圆柱滚子轴承与行星轮支承轴轴向固定，行星轮支承轴与行星架轴孔过盈配合连接。

[0009] 所述动力输入组件电机通过联轴器连接输入级太阳轮轴；液压马达通过联轴器连接输入轴。

[0010] 所述变速传动系统还包括动力传递及输出机构，差动式行星轮系的行星架连接下一级转动机构动力输入轴。

[0011] 所述动力传递及输出机构包括动力传递的中间级和动力输出的输出级，所述动力传递的行星齿轮副中间级包括球轴承、行星架、行星轮支承轴、中间级行星轮、中间级齿圈、中间级太阳轮轴，中间级太阳轮齿轮轴与在圆周平均分布的三个中间级行星轮啮合，中间级行星轮与中间级齿圈内啮合；中间级太阳轮轴将动力传递给中间级行星轮，中间级行星轮驱动连接行星架转动。

[0012] 所述动力输出的输出级包括输出级齿圈行星轮支承轴、输出级行星轮、输出级太阳轮轴、输出级行星架；输出级太阳轮轴与在圆周平均分布的三个输出级行星轮啮合，输出级行星轮与输出级齿圈内啮合，输出级行星轮带动行星架转动。

[0013] 所述每台减速器由I台电机和至少一个液压马达共同驱动。

[0014] 有益效果：一、驱动系统的动力输入采用了电机、液压马达双驱动差动输入的形式，通过改变电机及液压马达的驱动形式，可以得到两种输出工况，能够保证隧道掘进机正常工作及脱困；二、相较于机械传动形式，液压马达驱动快速、平稳，并且比较容易获得大的扭矩，还具有体积小、功率重量比大、便于布局、寿命长等优点。

附图说明

[0015] 图1为机电液复合式隧道掘进机减速器的结构示意图；

图2为机电液复合式隧道掘进机减速器的传动机构简图；

图3为机电液复合式隧道掘进机主驱动系统的传动原理图；

图4为一级差动式+两级NGW型行星齿轮副机电液复合式隧道掘进机减速器的传动机构简图；

图5为一级差动式+NGWN型行星轮系的隧道掘进机减速器的传动机构简图；

图6为一级差动式+NW型行星齿轮副机电液复合式隧道掘进机减速器的传动机构简图。

[0016] 图中：1 一电动机、2—轴承端盖1、3—联轴器1、4一输入级太阳轮轴、5—球轴承1、6—输入级行星轮、7—液压马达、8—制动器、9一轴承端盖I1、10一联轴器II >11 一左端球轴承、12—输入轴、13—螺母1、14一双列圆柱滚子轴承1、15—输入级齿圈、16—内六角螺检1、17—输入外齿轮、18—右端球轴承、19一轴承端盖111、20—箱体组件、21—内六角螺栓II >22一球轴承II >23一输出级齿圈、24—内六角螺栓111、25—螺母II >26一行星轮支承轴

I >27一双列圆柱滚子轴承II >28一输出级行星轮、29—轴承端盖IV>30一输出级太阳轮轴、31一球轴承II1、32—输出级行星架、33—中间级行星架、34—行星轮支承轴I1、35—双列圆柱滚子轴承II1、36—中间级行星轮、37—中间级齿圈、38—中间级太阳轮轴、39—螺母II1、40—内六角螺栓IV >41一行星轮支承轴II1、42—输入级行星架、43—第二级级太阳轮、44一输出轴、45—第二级行星轮、46一双联齿圈、47—第二级太阳轮、48一第二级行星轮、49一第二级大齿轮、50—第二级小齿轮、51—输出轴、52—第二级齿圈、53—第二级齿轮、54—减速器、55—刀盘支撑、56—刀盘。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式。

[0018] 一种机电液复合式隧道掘进机主驱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，包括动力输入组件电动机I和动力输入组件液压马达7，液压马达7的输出端设置制动装置8 ;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，包括轴承端盖I 2、联轴器I 3、输入级太阳轮轴4、球轴承I 5、输入级行星轮6、轴承端盖I1、联轴器II 10、左端球轴承11、轴承端盖III 19、输入轴12、螺母

I 13、双列圆柱滚子轴承I 14、输入级齿圈15、输入外齿轮17、右端球轴承18、行星轮支承轴III 41、输入级行星架42，所述输入级齿圈15设有内齿和外齿，输入级太阳轮轴4与输入级行星轮6外啮合，输入级行星轮6和输入级齿圈15的内齿啮合，输入外齿轮17与输入级齿圈15的外齿哨合,所述动力输入组件电动机I的动力输出端与输入级太阳轮轴4在圆周方向通过与联轴器I 3花键联接实现传动配合，联轴器I 3通过球轴承I 5固定支撑在箱体组件20上，输入级行星轮6依靠两对双列圆柱滚子轴承I 14支撑在行星轮支承轴III41，双列圆柱滚子轴承I 14通过与行星轮支承轴III 41螺纹联接的螺母I 13轴向固定，行星轮支承轴III 41与输入级行星架42轴孔过盈配合连接，动力输入组件液压马达7的动力输出端与输入外齿轮17在圆周方向通过与联轴器II 10花键联接实现传动配合，联轴器II 10通过左端球轴承11固定支撑在箱体20a上，输入外齿轮17通过平键与输入轴12传动联接，差动式行星轮系的输入级行星架42通过动力传递及输出机构将动力传递到减速器54输出端，多个减速器54的动力输出轴通过输出机构将动力传递给刀盘56，其中输入轴12通过右端球轴承18固定在箱体组件20上，箱体组件20上固定有内六角螺栓116，箱体组件20之间通过内六角螺栓IV 40连接。

[0019] 机电液复合式隧道掘进机主驱动系统还包括动力传递及输出机构，所述差动式行星轮系的输入级行星架42通过动力传递及输出结构将动力传递到减速器输出端；所述动力传递及输出机构包括动力传递的中间级和动力输出的输出级，所述动力传递的行星齿轮副中间级包括箱体组件20、内六角螺栓II 21、球轴承II 22、中间级行星架33、行星轮支承轴

II 34、双列圆柱滚子轴承III 35、中间级行星轮36、中间级齿圈37、中间级太阳轮轴38、螺母

III 39，中间级太阳轮轴38与在圆周平均分布的三个中间级行星轮36啮合，中间级行星轮36与中间级齿圈37内啮合，所述中间级齿圈37通过内六角螺栓II 21在圆周方向与箱体组件20固定连接，中间级太阳轮轴38将动力传递给中间级行星轮36并实现功率分流，中间级行星轮36带动行星架33转动，实现功率合流并通过花键联接将动力传递给输出级太阳轮轴30 ;所述动力输出的输出级包括箱体组件20、输出级齿圈23、内六角螺栓III24、螺母

II 25、行星轮支承轴I 26、双列圆柱滚子轴承II 27、输出级行星轮28、输出级太阳轮轴30、球轴承III 31、输出级行星架32、轴承端盖IV 29，输出级太阳轮轴30与在圆周平均分布的三个输出级行星轮28啮合，输出级行星轮28与输出级齿圈23内啮合，所述输出级齿圈23通过内六角螺栓III 24在圆周方向与箱体组件20固定连接，输出级太阳轮齿轮轴30将动力传递给输出级行星轮28并实现功率分流，输出级行星轮28带中间级动行星架33转动，实现功率合流并通过花键联接实现动力输出，机电液复合式隧道掘进机主驱动系统的多个减速器54共同驱动刀盘56。

[0020] 实施方式一。

[0021] 本发明每台减速器选用一个液压马达，制动器8处于闭合状态，液压马达7制动，动力输入组件电动机I将动力传递给输入级太阳轮4,输入级太阳轮4带动与其啮合的输入级行星轮6，输入级行星轮6发生自传及公转，并将动力传递给输入级行星架42，输入级行星架42作为行星轮齿轮副中间级的输入，带动中间级太阳轮38转动，中间级太阳轮轴38将动力传递给中间级行星轮36并实现功率分流，中间级行星轮36带动中间级行星架33转动，实现功率合流并通过花键联接将动力传递给输出级太阳轮轴30，输出级太阳轮齿轮轴30将动力传递给输出级行星轮28并实现功率分流，输出级行星轮28带动中间级行星架33转动，实现功率合流并通过花键联接实现动力输出，机电液复合式隧道掘进机主驱动系统的多个减速器54共同驱动刀盘56，刀盘支撑55上安装刀盘56，适用于隧道掘进机正常工作时的工况。

[0022] 实施方式二。

[0023] 制动器8处于脱离状态,动力输入组件液压马达7带动输入外齿轮17转动，将动力传递给输入级齿圈15，并通过输入级行星轮6带动输入级行星架42转动，并与动力输入组件电动机I传递的动力汇流输出，机电液复合式隧道掘进机主驱动系统的多个减速器54共同驱动刀盘56，此时输出功率大、扭矩大，适用于隧道掘进机在外部土岩阻力矩突然增大或者发生塌陷时的工况，实现脱困。

[0024] 实施方式三。

[0025] 如图5所示，隧道掘进机减速器的传动及输出结构采用一级差动+NGWN型行星轮系结构，输入级行星架42带动第二级太阳轮43，第二级采用行星轮齿轮副，第二级行星架45与第三级太阳轮47同轴，带动第三级行星轮48转动，第三级行星轮48定轴转动，最终由双联齿轮46带动输出轴44输出动力。

[0026] 实施方式四。

[0027] 如图6所示，隧道掘进机减速器的传动及输出结构采用采用一级差动+NW型行星轮系结构，输入级行星架42带动第二级小齿轮50，第二级小齿轮50与第二级大齿轮49外啮合，第二级大齿轮49与输出级齿轮53同轴，输出级齿轮53与输出级齿圈52内啮合，输出级齿圈带动输出轴51，实现动力输出。

Claims

1. 一种机电液复合式隧道掘进机主驱动系统，包括动力装置、动力输入机构和变速传动系统，其特征在于：所述动力装置为双输入动力装置，包括动力输入组件电机和动力输入组件液压马达，液压马达的输出端设置制动装置；所述动力输入机构为差动式行星轮系包括：输入级太阳轮轴、输入级行星轮、输入轴、双列圆柱滚子轴承、输入级齿圈、输入外齿轮、行星架，所述输入级齿圈设有内齿和外齿，输入级太阳轮轴与输入级行星轮外啮合，输入级行星轮和输入级齿圈的内齿啮合，输入外齿轮与输入级齿圈的外齿啮合，双列圆柱滚子轴承与行星轮支承轴轴向固定，行星轮支承轴与行星架轴孔过盈配合连接；所述动力输入组件电机通过联轴器连接输入级太阳轮轴；液压马达通过联轴器连接输入轴。

2.根据权利要求1所述的一种机电液复合式隧道掘进机主驱动系统，其特征在于：变速传动系统还包括动力传递及输出机构，差动式行星轮系的行星架连接下一级转动机构动力输入轴；所述动力传递及输出机构包括动力传递的中间级和动力输出的输出级，所述动力传递的行星齿轮副中间级包括球轴承、行星架、行星轮支承轴、中间级行星轮、中间级齿圈、中间级太阳轮轴，中间级太阳轮齿轮轴与在圆周平均分布的三个中间级行星轮啮合，中间级行星轮与中间级齿圈内啮合；中间级太阳轮轴将动力传递给中间级行星轮，中间级行星轮驱动连接行星架转动；所述动力输出的输出级包括输出级齿圈行星轮支承轴、输出级行星轮、输出级太阳轮轴、输出级行星架；输出级太阳轮轴与在圆周平均分布的三个输出级行星轮啮合，输出级行星轮与输出级齿圈内啮合，输出级行星轮带动行星架转动。

3.如权利要求1或2所述的一种机电液复合式隧道掘进机主驱动系统，其特征在于：每台减速器由I台电机和至少一个液压马达共同驱动。