CN103726856A - 轴向伸缩式刀盘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轴向伸缩式刀盘系统，包括了刀盘主轴以及设在所述刀盘主轴一端的刀盘，还包括转动机构和伸缩机构，所述转动机构驱动所述刀盘主轴绕其轴向进行旋转，所述伸缩机构驱动所述刀盘主轴沿其轴向进行伸缩运动，所述转动机构通过内花键结构套与固定设于所述刀盘主轴外侧的花键结构匹配连接。本发明一方面引入了伸缩机构，实现了刀盘的轴向伸缩，对盾构本体起到支撑和导向作用，不仅起到防止矩形盾构发生偏离预定路线，而且在矩形盾构发生偏离预定路线时，可以实现矩形盾构的纠偏功能。另一方面，本发明利用内花键结构套与花键结构的匹配使用将轴向伸缩与旋转有机地结合在了一起。克服了固定式切削刀盘在应用中的不便之处。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机部件的改进，尤其涉及一种矩形盾构机的伸缩式刀盘系统。
背景技术
目前国内外矩形盾构切削刀盘用的驱动器大部分采用电机减速器驱动形式，即由动力机械产生旋转运动，通过电机减速器对上述旋转运动进行减速。
现有的轴向固定式切削刀盘在应用中有许多不便之处。首先，对矩形盾构本体无纠偏功能。矩形盾构在施工过程中，容易发生盾构本体偏离预定的设计轴线。由于矩形盾构断面的特殊性，矩形盾构的纠偏要难以圆形盾构。其次，轴向固定式刀盘无超前地质探测功能。在矩形盾构推进过程中，需要及时了解前方土体的地质特点，以便及时采取相应的措施避免发生工程事故。装备轴向固定式刀盘的盾构机需要装备专门的前方土体探测装置，才能预先对固定式刀盘进行更换或其他处理，对设备使用和造价都有不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服固定式切削刀盘在应用中的不便之处。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种轴向伸缩式刀盘系统，包括了刀盘主轴以及设在所述刀盘主轴一端的刀盘，还包括转动机构和伸缩机构，所述转动机构驱动所述刀盘主轴绕其轴向进行旋转，所述伸缩机构驱动所述刀盘主轴沿其轴向进行伸缩运动，所述转动机构通过内花键结构套与固定设于所述刀盘主轴外侧的花键结构匹配连接。
所述转动机构至少包括了电机减速器、与所述电机减速器固定连接的小齿轮，以及与所述小齿轮啮合的大齿轮，所述电机减速器的旋转通过所述小齿轮传递给所述大齿轮，所述内花键结构套固定设于所述大齿轮内侧。
所述伸缩机构至少包括了油缸和中心回转节，所述油缸至少包括活塞杆，所述刀盘主轴通过所述中心回转节与所述活塞杆连接。
所述中心回转节位于所述活塞杆内，所述刀盘主轴穿过所述活塞杆一端上的孔与所述中心回转节连接。
所述刀盘主轴外侧设有止推轴承，所述止推轴承的内圈与所述刀盘主轴固定连接，所述止推轴承的外圈与所述活塞杆固定连接。
所述中心回转节包括了固定部与回转部，所述回转部与固定部位置相对固定，且所述回转部为能够绕其自身的轴向旋转的结构，所述固定部与所述活塞杆连接，所述回转部与所述刀盘主轴连接。
所述回转部的旋转轴心与所述刀盘主轴同轴。
所述油缸还包括油缸外筒体，所述活塞杆位于所述油缸外筒体内侧，所述活塞杆与所述油缸外筒体滑动连接，且所述油缸外筒体在所述活塞杆的外侧形成空腔，所述活塞杆外侧固定设有凸起部，所述凸起部仅在所述空腔的范围内移动。
所述油缸外筒体与盾构的驱动器壳体固定连接。
所述轴向伸缩式刀盘系统还包括固定设在盾构上的刀盘主轴支承系统，所述刀盘主轴支承系统通过滑动套筒与所述刀盘主轴连接。
本发明一方面引入了伸缩机构，实现了刀盘的轴向伸缩，对盾构本体起到支撑和导向作用，不仅起到防止矩形盾构发生偏离预定路线，而且在矩形盾构发生偏离预定路线时，可以实现矩形盾构的纠偏功能，同时，也无需前方土体探测就能根据前方土体的地质特点进行实时的反馈应对。另一方面，本发明利用内花键结构套与花键结构的匹配使用将轴向伸缩与旋转有机地结合在了一起。克服了固定式切削刀盘在应用中的不便之处。
附图说明
图1为本发明一实施例中缩回状态的伸缩式刀盘系统；
图2为本发明一实施例中伸出状态的伸缩式刀盘系统；
图中，1-刀盘；2-刀盘主轴；3-刀盘主轴支撑系统；4-滑动套筒；5-小齿轮；6-电机减速器；7-推力轴承；8-活塞杆；9-油缸外筒体；10-中心回转节，101-回转部；102-固定部；11-内花键结构套；12-大齿轮；13-花键结构；14-凸起部；15-空腔。
具体实施方式
以下将结合图1和图2对本发明提供的伸缩式刀盘系统进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内能够对其进行修改和润色。
请参考图1和图2，本实施例提供了一种轴向伸缩式刀盘系统，包括了刀盘主轴2以及设在所述刀盘主轴2一端的刀盘1，还包括转动机构和伸缩机构，所述转动机构驱动所述刀盘主轴2绕其轴向进行旋转，所述伸缩机构驱动所述刀盘主轴2沿其轴向进行伸缩运动，所述转动机构通过内花键结构套11与固定设于所述刀盘主轴2外侧的花键结构13匹配连接。本实施例中，内花键套11的长度远大于花键结构13的长度。
本实施例一方面引入了伸缩机构，实现了刀盘1的轴向伸缩，对盾构本体起到支撑和导向作用，不仅起到防止矩形盾构发生偏离预定路线，而且在矩形盾构发生偏离预定路线时，可以实现矩形盾构的纠偏功能，同时，也无需前方土体探测就能根据前方土体的地质特点进行实时的反馈应对。另一方面，本实施例利用内花键结构套11与花键结构13的匹配使用将轴向伸缩与旋转有机地结合在了一起。具体来说，内花键结构套11与花键结构13之间可实现旋转的传递，两者同速率同轴旋转，同时两者又能沿着花键的方向做相对滑动，从而同时实现了伸缩和旋转。
所述转动机构至少包括了电机减速器6、与所述电机减速器6固定连接的小齿轮5，以及与所述小齿轮5啮合的大齿轮12，所述电机减速器6的旋转通过所述小齿轮5传递给所述大齿轮12，所述内花键结构套11固定设于所述大齿轮12内侧。所述小齿轮5与电机减速器6同轴连接，以相同的转速旋转，所述内花键结构套11与大齿轮12同轴，以相同的转速旋转。由于大齿轮12与内花键套11刚性连接，花键13与刀盘主轴2刚接，上述设计保证了旋转动力可以在刀盘主轴2滑动时仍可以将转矩动力可靠地传递至刀盘主轴2上。
所述伸缩机构至少包括了油缸和中心回转节10，所述油缸至少包括活塞杆8，所述刀盘主轴2通过所述中心回转节10与所述活塞杆8连接。在本实施例中，所述油缸采用穿心式油缸。
所述中心回转节10位于所述活塞杆8内，所述刀盘主轴2穿过所述活塞杆8一端上的孔与所述中心回转节10连接。在本实施例中，活塞杆8的后端不封闭，即活塞杆8的与所述刀盘转轴2相背的一端不封闭，保证在刀盘主轴2伸缩时，活塞杆8不与中心回转节10发生干涉，刀盘1中的注水和注浆作业也不受影响。
所述刀盘主轴2外侧设有止推轴承7，所述止推轴承7的内圈与所述刀盘主轴2固定连接，所述止推轴承7的外圈与所述活塞杆8固定连接。从而有效防止了刀盘主轴2的旋转运动传递至活塞杆8。
所述中心回转节10包括了固定部102与回转部101，所述回转部101与固定部102位置相对固定，且所述回转部101为能够绕其自身的轴向旋转的结构，所述固定部102与所述活塞杆8连接，所述回转部101与所述刀盘主轴2连接。中心回转节10的结构可以根据公知的常识获得，固定部102作为非旋转部分，回转部101为旋转部分。本实施例中，所述回转部101的旋转轴心与所述刀盘主轴2同轴。中心回转节10的旋转部分与刀盘主轴2刚接，中心回转节10的非旋转部分与活塞杆8刚接。
所述油缸还包括油缸外筒体9，所述活塞杆8位于所述油缸外筒体9内侧，所述活塞杆8与所述油缸外筒体9滑动连接，且所述油缸外筒体9在所述活塞杆8的外侧形成空腔15，所述活塞杆8外侧固定设有凸起部14，所述凸起部14仅在所述空腔15的范围内移动，从而通过对凸起部14移动范围的限定实现所述活塞杆8移动的限位。
所述油缸外筒体9与盾构的驱动器壳体（图未示）固定连接。
所述轴向伸缩式刀盘系统还包括固定设在盾构上的刀盘主轴支承系统3，所述刀盘主轴支承系统3通过滑动套筒4与所述刀盘主轴2连接。刀盘主轴2可以在滑动套筒4内沿轴向自由滑动，而滑动套筒4由支撑系统3支撑，保证整个驱动系统的可靠定位与强度。
请参考图1，在不需要伸出时，油缸外筒体9和活塞杆8均保持静止不动状态。电机减速器6产生的转矩动力经过主减速器的减速，通过内花键套11与花键结构13的作用，将转矩动力传递至刀盘主轴2上，继而驱动切削刀盘1旋转作业。由于推力轴承7的作用，刀盘主轴的旋转运动不会传递至后端的活塞杆8上。
请参考图2，在需要伸出刀盘1时，油缸外筒体9的后腔通入高压液压油，由于油缸外筒体9与驱动器壳体刚接，因此液压油驱动活塞杆8向前运动，进而推动刀盘主轴2沿轴向向前伸出，花键结构13在内花键套11内向前轴向滑动，刀盘主轴2在滑动套筒4内向前轴向滑动。由于内花键套11的长度远大于花键结构13的长度，因此在整个轴向滑动过程中，花键结构13与内花键套11的啮合并不脱开，减速器的转矩传递路线保持通畅，使得刀盘主轴2可以在旋转的同时实现轴向伸出。
综上所述，本发明将现有的轴向固定式刀盘改为轴向浮动式刀盘。在主减速器的输出齿轮上刚接一个内花键套11，在刀盘主轴2上刚接一个花键结构13，花键结构13的长度远小于内花键套11的长度。当需要轴向移动时，通过花键结构13在内花键套11内的自由滑动实现刀盘主轴2的伸缩，由于内花键套11的长度远大于花键结构13的长度，此时花键结构13和内花键套11仍然能够正常传递转矩。
此外，本发明在刀盘主轴2的支撑部分增加一个滑动套筒4，刀盘主轴2可以在滑动套筒4内部自由滑动，滑动套筒4还可以由两个轴承进行固定定位，解决了刀盘主轴2的固定问题。刀盘主轴2伸缩的动力来自于驱动器后部的液压油缸。液压油缸在液压力的作用下推动刀盘主轴进行伸缩运动。为了防止刀盘主轴2的旋转动作传至液压油缸的活塞杆8上，活塞杆8和刀盘主轴2之间通过推力轴承进行连接。
同时，为了保证新型驱动装置能正常进行刀盘注水和注浆作业，在刀盘主轴2的后端设置中心回转节10，伸缩油缸采用穿心式液压油缸，中心回转节10位于液压油缸的活塞杆8的内部。中心回转节10的旋转部分与刀盘主轴2刚接，静止部分与穿心油缸的活塞杆8刚接。在刀盘主轴2进行伸缩时，活塞杆8不会与中心回转节10发生干涉。活塞杆8的后端不封闭，注水和注浆软管可以通过活塞杆8后端进入至中心回转节10内。
Claims (10)
1.一种轴向伸缩式刀盘系统，包括了刀盘主轴以及设在所述刀盘主轴一端的刀盘，其特征在于：还包括转动机构和伸缩机构，所述转动机构驱动所述刀盘主轴绕其轴向进行旋转，所述伸缩机构驱动所述刀盘主轴沿其轴向进行伸缩运动，所述转动机构通过内花键结构套与固定设于所述刀盘主轴外侧的花键结构匹配连接。
2.如权利要求1所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述转动机构至少包括了电机减速器、与所述电机减速器固定连接的小齿轮，以及与所述小齿轮啮合的大齿轮，所述电机减速器的旋转通过所述小齿轮传递给所述大齿轮，所述内花键结构套固定设于所述大齿轮内侧。
3.如权利要求1所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述伸缩机构至少包括了油缸和中心回转节，所述油缸至少包括活塞杆，所述刀盘主轴通过所述中心回转节与所述活塞杆连接。
4.如权利要求3所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述中心回转节位于所述活塞杆内，所述刀盘主轴穿过所述活塞杆一端上的孔与所述中心回转节连接。
5.如权利要求4所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述刀盘主轴外侧设有止推轴承，所述止推轴承的内圈与所述刀盘主轴固定连接，所述止推轴承的外圈与所述活塞杆固定连接。
6.如权利要求3或4所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述中心回转节包括了固定部与回转部，所述回转部与固定部位置相对固定，且所述回转部为能够绕其自身的轴向旋转的结构，所述固定部与所述活塞杆连接，所述回转部与所述刀盘主轴连接。
7.如权利要求6所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述回转部的旋转轴心与所述刀盘主轴同轴。
8.如权利要求3所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述油缸还包括油缸外筒体，所述活塞杆位于所述油缸外筒体内侧，所述活塞杆与所述油缸外筒体滑动连接，所述油缸外筒体在所述活塞杆的外侧形成空腔，所述活塞杆外侧固定设有凸起部，所述凸起部仅在所述空腔的范围内移动。
9.如权利要求8所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：所述油缸外筒体与盾构的驱动器壳体固定连接。
10.如权利要求1所述的轴向伸缩式刀盘系统，其特征在于：还包括固定设在盾构上的刀盘主轴支承系统，所述刀盘主轴支承系统通过滑动套筒与所述刀盘主轴连接。
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