CN104196543A - 一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置 - Google Patents
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Abstract
一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，机械传动部分包括一个外壳圈，外壳圈的内侧互成120度安装有三个主驱动马达；主驱动马达通过输出轴上的齿轮和传动齿圈相啮合，传动齿圈固定在传动圆筒的后方，传动圆筒安装在外壳圈内，与外壳圈同轴，传动圆筒前方固定有公转大刀盘；公转大刀盘上有1-3个齿轮孔，在齿轮孔中安装有行星齿轮盘，行星齿轮盘内固定有三个互成120度的行星轮内齿轮，行星轮内齿轮和齿轮孔相啮合，在公转大刀盘上还布置有1-3排渣口。本发明的优点是：1、减少重复破碎耗能；2、每组冲击锤破岩钻头在全断面上的运动轨迹均连续、密实、规则和稳定；3、降低了动力负荷，可充分发挥全断面冲击破碎硬岩效能的综合效率和效益。
Description
技术领域
本发明涉及地下大直径掘进工程机械装置，即一种大直径全断面冲击破碎硬岩的地下掘进工程机械刀盘总成。
背景技术
在公路、铁路、地铁和矿山建设中，需要在地下掘进大直径隧道。近二十年来，在隧道工程施工中广泛应用的掘进（盾构）机发展很快，从原来只适应松散（软）颗粒地质层的施工，现还在向适应全断面硬岩地质（如矿山巷道等）以及超大直径的方向发展。但目前针对全断面硬岩地质制造的掘进机，还仍然停留在沿用“滚刀破岩”的办法。虽然“滚刀破岩”在其适应条件下有成功的应用，但在应用于全断面硬岩地质条件时，则突出的存在以下问题： 1、常规的滚刀凭对作业面局部施加高强的压应力来滚动破碎硬岩，破岩层面均为轨迹重复的同心圆，决定了其破岩效能差，进度慢，效率低；2、设备强度要求高，动力负荷大；3、刀具或刀刃易磨损，维护频繁。
发明内容
为了克服目前掘进机在全断面硬质岩石层施工中，效能差、进度慢、效率低和动力负荷大以及刃具易损的缺点，本发明提供一种大直径全断面冲击破碎硬岩的地下掘进工程机械刀盘总成。
这种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，包括机械传动和钻具两部分，其特征在于，机械传动部分包括一个外壳圈，外壳圈的内侧互成120度安装有三个主驱动马达；主驱动马达通过输出轴上的齿轮和传动齿圈相啮合，传动齿圈固定在传动圆筒的后方，传动圆筒安装在外壳圈内，与外壳圈同轴，传动圆筒前方固定有公转大刀盘；公转大刀盘上有1-3个齿轮孔，在齿轮孔中安装有行星齿轮盘，行星齿轮盘内固定有三个互成120度的行星轮内齿轮，行星轮内齿轮和齿轮孔相啮合，公转大刀盘转动时，通过行星轮内齿轮带动行星齿轮盘公转；行星齿轮盘的外周和固定外齿圈啮合，固定外齿圈固定在外壳圈上；固定外齿圈与公转大刀盘滑动配合，以传递外壳圈上的整体纵向推进力；在公转大刀盘上还布置有1-3排渣口。
钻具部分包括冲击锤破岩钻头、侧壁辅助整形滚刀和正面辅助整形滚刀。
在行星轮内齿轮的轮轴中同轴安装有冲击锤破岩钻头，轮轴的后部安装有冲击锤动力组件，行星轮内齿轮的轮轴为内空六方套，与冲击锤破岩钻头的外六方形钻杆相配合，带动其旋转。
在公转大刀盘前端面上，安装有侧壁整形滚刀，侧壁整形滚刀的安装轴后端有小齿轮和固定外齿圈啮合。
在公转大刀盘前端面上，在行星齿轮盘和侧壁整形滚刀之间安装有正面整形滚刀。
在行星齿轮盘的冲击锤动力组件后部有动力旋转接头，动力旋转接头通过动力管线、动力旋转分配接头和总动力旋转分配接头相连接，动力旋转分配接头和总动力旋转分配接头，通过支架分别固定在行星齿轮盘和公转大刀盘上。
总动力旋转分配接头、动力旋转分配接头、动力旋转接头和主驱动马达的动力种类可以是液压、电力、压缩空气中的一种或多种。
工作时，外壳圈上的三个主驱动马达通过传动齿圈、传动圆筒带动公转大刀盘转动，公转大刀盘上的齿轮孔通过行星轮内齿轮带动行星齿轮盘转动，由于行星齿轮盘与固定外齿圈啮合，使得行星齿轮盘既自转又公转。行星齿轮盘上的冲击锤破岩钻头冲击并旋转的破碎和掰裂岩石。在公转大刀盘的带动和固定外齿圈的约束下侧壁整形滚刀既自转又公转，对侧壁进行辅助整形切削。在公转大刀盘的带动下，正面整形滚刀对岩石进行辅助破碎整形。总动力旋转分配接头、动力旋转分配接头和动力旋转接头通过动力管线给冲击锤动力组件供给动力，使整个设备连续作业。
本发明的优点是：1、行星齿轮盘既自转又公转，其上的冲击锤破岩钻头产生冲击和旋转效能，由此产生的“冲击破岩”功能攻克了硬岩高强易脆的特性，特别适应对全断面硬岩石进行高效的冲击破碎并掰裂岩石，减少重复破碎耗能，可实现比“滚刀破岩”更大的效能、效率和效益；2、每组冲击锤破岩钻头在全断面上的运动轨迹均连续、密实、规则和稳定（如图8所示），如根据需要安装有限组钻头，通过微调相位设计可以实现各组破岩轨迹线之间可以避免重合，利于建立破岩凌空面，实现作业的高能高效；3、侧壁整形滚刀和侧壁冲击锤动力组件及钻头对侧壁进行辅助整形和加强切削，可以保证全断面尺寸，并使壁面规则有形；4、每组冲击锤破岩钻头的轴线，可设计与其行星轮中心轴线成一定的倾角，以尽量扩大直接冲击破碎岩石的面积，还可以采取非等直径行星轮设计，即过公转中心或偏公转中心设计，从而减少甚至或取消侧壁整形和中心冲击锤破岩工作量； 5、公转大刀盘正面安装的整形滚刀辅助整形工作面，可以提高冲击锤破碎效率；6、机械传动结构新颖简单，与一般盾构机相比，不需要对刀盘施加强大的推进力和扭矩，降低了动力负荷，可充分发挥全断面冲击破碎硬岩效能的综合效率和效益，最适应超大直径盾构机械制造的需要；7、冲击锤破岩钻头可采用复合材料刃具，外形简单化，整体强度高，破岩韧性好，耐磨性能优，维护频度低；8、公转大刀盘上的排渣口可以满足排渣需要；9、其它后端整体配套机构可以沿用盾构机已有设备，便于模块化设计、生产、集成、换用和推广。
附图说明
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明：
图1是实施例一剖切了部分外壳圈、传动圆筒和一个行星轮齿盘后的立体图
图2是实施例一主视剖面图
图3是实施例一公转大刀盘俯视图
图4是实施例一行星齿轮盘的仰视图
图5是实施例二公转大刀盘布置简图
图6是实施例三公转大刀盘布置简图
图7是实施例四公转大刀盘布置简图
图8是冲击锤破岩钻头单点运动轨迹图
1、外壳圈，2、主驱动马达，3、传动齿圈，4、传动圆筒，5、公转大刀盘，6、齿轮孔，7、中心孔，8、行星齿轮盘，9、行星轮内齿轮，10、中心齿轮，11、固定外齿圈，12、冲击锤破岩钻头，13、冲击锤动力组件，14、侧壁整形滚刀，15、安装轴，16、小齿轮，17、正面辅助整形滚刀，18、动力管线，19、总动力旋转分配接头，20、支架，21、动力旋转接头、22、动力旋转分配接头，23、排渣口。
具体实施方式
实施例一：在图1、图2、图3和图4中，这种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，包括机械传动和钻具两部分，机械传动部分包括一个外壳圈1，外壳圈1的内侧互成120度的安装有三个主驱动马达2，主驱动马达2通过输出轴上的齿轮和传动齿圈3相啮合，传动齿圈3固定在传动圆筒4的后方，传动圆筒4安装在外壳圈1内，与外壳圈1同轴，传动圆筒4前方固定有公转大刀盘5。公转大刀盘5上有三个互成120度的齿轮孔6，公转大刀盘5中间还有一个中心孔7。在三个齿轮孔中安装有行星齿轮盘8，行星齿轮盘8内固定有三个互成120度的行星轮内齿轮9，行星轮内齿轮9和齿轮孔6相啮合，公转大刀盘5转动时，通过行星轮内齿轮9带动行星齿轮盘8公转。三个行星齿轮盘8的中间安装有中心齿轮10，中心齿轮10与公转大刀盘5的中心孔7同轴，中心齿轮10同时和三个行星齿轮盘8啮合，三个行星齿轮盘8的外周和固定外齿圈11啮合，固定外齿圈11固定在外壳圈1上。固定外齿圈11与公转大刀盘5滑动配合，以传递外壳圈1上的整体纵向推进力。在公转大刀盘5上还均匀的布置有三个排渣口23。
钻具部分包括冲击锤破岩钻头12、侧壁辅助整形滚刀14和正面辅助整形滚刀17。
在行星轮内齿轮9的轮轴中同轴安装有冲击锤破岩钻头12，轮轴的后部安装有冲击锤动力组件13，在中心齿轮10的轮轴中穿过中心孔7也同轴安装有冲击锤破岩钻头12，轮轴的后部也安装有冲击锤动力组件13。在每个排渣口23旁边的公转大刀盘5上布置有一个冲击锤破岩钻头12和相应的冲击锤动力组件13，行星轮内齿轮9的轮轴和中心齿轮10的轮轴均为内空六方套，与冲击锤破岩钻头12的外六方形钻杆相配合,带动其旋转。
在公转大刀盘5的前端面上，在排渣口23两侧安装有侧壁辅助整形滚刀14和侧壁冲击锤动力组件13及钻头12，侧壁辅助整形滚刀的安装轴15后端有小齿轮16和固定外齿圈11啮合。
在公转大刀盘5的前端面上，在侧壁辅助整形滚刀14与中心孔7之间安装有正面辅助整形滚刀17。
三个行星齿轮盘8和中心齿轮10以及三个排渣口23边上的共13个冲击锤动力组件13后部有动力旋转接头21，动力旋转接头21通过动力管线18与动力旋转分配接头22和总动力旋转分配接头19相通，总动力旋转分配接头19和动力旋转分配接头22通过支架20分别固定在行星齿轮盘8和公转大刀盘5上。
动力旋转接头21、动力旋转分配接头22、总动力旋转分配接头19和主驱动马达2的动力种类在本实施例中为液压。
在图1-4的实施例一中，是三个相等的行星齿轮盘、一个中心齿轮和三个排渣口的组合。
在图5的实施例二中，是两个相等的行星齿轮盘和两个排渣口的组合。
在图6的实施例三中，是两个不相等的行星齿轮盘和两个排渣口的组合。
在图7的实施例四中，是一个行星齿轮盘和一个排渣口的组合。
上述二、三、四实施例中，其余结构都和实施例一相同。
图8是冲击锤破岩钻头单点运动轨迹图，是本发明的核心点，与传统的掘进（盾构）机的钻具所走的同心圆的轨迹完全不同，大大提高了对硬岩的切削效率。
由于篇幅所限，我们不可能穷尽所有的组合方式，只能例举上述几种，但凡是行星齿轮盘与固定外齿圈啮合并在其内运动的有关冲击破碎或切削的发明，都在本专利申请的保护之内。
Claims (9)
1.一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，包括机械传动和钻具两部分，其特征在于，机械传动部分包括一个外壳圈，外壳圈的内侧互成120度安装有三个主驱动马达；主驱动马达通过输出轴上的齿轮和传动齿圈相啮合，传动齿圈固定在传动圆筒的后方，传动圆筒安装在外壳圈内，与外壳圈同轴，传动圆筒前方固定有公转大刀盘；公转大刀盘上有1-3个齿轮孔，在齿轮孔中安装有行星齿轮盘，行星齿轮盘内固定有三个互成120度的行星轮内齿轮，行星轮内齿轮和齿轮孔相啮合，公转大刀盘转动时，通过行星轮内齿轮带动行星齿轮盘公转；行星齿轮盘的外周和固定外齿圈啮合，固定外齿圈固定在外壳圈上；固定外齿圈与公转大刀盘滑动配合，以传递外壳圈上的整体纵向推进力；在公转大刀盘上还布置有1-3排渣口。
2.根据权利要求1所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，钻具部分包括冲击锤破岩钻头、侧壁辅助整形滚刀和正面辅助整形滚刀；
在行星轮内齿轮的轮轴中同轴安装有冲击锤破岩钻头，轮轴的后部安装有冲击锤动力组件，行星轮内齿轮的轮轴为内空六方套，与冲击锤破岩钻头的外六方形钻杆相配合，带动其旋转；
在公转大刀盘前端面上，安装有侧壁整形滚刀，侧壁整形滚刀的安装轴后端有小齿轮和固定外齿圈啮合；
在公转大刀盘前端面上，在行星齿轮盘和侧壁整形滚刀之间安装有正面整形滚刀。
3.根据权利要求1所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，在行星齿轮盘的冲击锤动力组件后部有动力旋转接头，动力旋转接头通过动力管线、动力旋转分配接头和总动力旋转分配接头相连接，动力旋转分配接头和总动力旋转分配接头，通过支架分别固定在行星齿轮盘和公转大刀盘上。
4.根据权利要求1所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，总动力旋转分配接头、动力旋转分配接头、动力旋转接头和主驱动马达的动力种类可以是液压、电力、压缩空气中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，包括机械传动和钻具两部分，机械传动部分包括一个外壳圈（1），外壳圈（1）的内侧互成120度的安装有三个主驱动马达（2），主驱动马达（2）通过输出轴上的齿轮和传动齿圈（3）相啮合，传动齿圈（3）固定在传动圆筒（4）的后方，传动圆筒（4）安装在外壳圈(1)内，与外壳圈(1)同轴，传动圆筒(4)前方固定有公转大刀盘(5)；公转大刀盘（5）上有三个互成120度的齿轮孔（6），公转大刀盘（5）中间还有一个中心孔（7）；在三个齿轮孔中安装有行星齿轮盘（8），行星齿轮盘（8）内固定有三个互成120度的行星轮内齿轮（9），行星轮内齿轮（9）和齿轮孔（6）相啮合，公转大刀盘（5）转动时，通过行星轮内齿轮（9）带动行星齿轮盘（8）公转；三个行星齿轮盘（8）的中间安装有中心齿轮（10），中心齿轮（10）与公转大刀盘（5）的中心孔（7）同轴，中心齿轮（10）同时和三个行星齿轮盘（8）啮合，三个行星齿轮盘（8）的外周和固定外齿圈（11）啮合，固定外齿圈（11）固定在外壳圈（1）上；固定外齿圈（11）与公转大刀盘（5）滑动配合，以传递外壳圈（1）上的整体纵向推进力；在公转大刀盘（5）上还均匀的布置有三个排渣口（23）。
6.根据权利要求5所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，钻具部分包括冲击锤破岩钻头（12）、侧壁辅助整形滚刀（14）和正面辅助整形滚刀（17）；
在行星轮内齿轮（9）的轮轴中同轴安装有冲击锤破岩钻头（12），轮轴的后部安装有冲击锤动力组件（13），在中心齿轮（10）的轮轴中穿过中心孔（7）也同轴安装有冲击锤破岩钻头（12），轮轴的后部也安装有冲击锤动力组件（13）；在每个排渣口（23）旁边的公转大刀盘（5）上布置有一个冲击锤破岩钻头（12）和相应的冲击锤动力组件（13），行星轮内齿轮（9）的轮轴和中心齿轮（10）的轮轴均为内空六方套，与冲击锤破岩钻头（12）的外六方形钻杆相配合,带动其旋转；
在公转大刀盘（5）的前端面上，在排渣口（23）两侧安装有侧壁辅助整形滚刀（14）和侧壁冲击锤动力组件（13）及钻头（12），侧壁辅助整形滚刀的安装轴（15）后端有小齿轮(16)和固定外齿圈(11)啮合；
在公转大刀盘(5)的前端面上，在侧壁辅助整形滚刀(14)与中心孔(7)之间安装有正面辅助整形滚刀(17)。
7.根据权利要求5所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，三个行星齿轮盘(8)和中心齿轮(10)以及三个排渣口(23)边上的共(13)个冲击锤动力组件(13)后部有动力旋转接头(21)，动力旋转接头(21)通过动力管线(18)与动力旋转分配接头（22）和总动力旋转分配接头(19)相通，总动力旋转分配接头(19)和动力旋转分配接头(22)通过支架(20)分别固定在行星齿轮盘(8)和公转大刀盘(5)上。
8.根据权利要求5所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于， 动力旋转接头（21）、动力旋转分配接头（22）、总动力旋转分配接头（19）和主驱动马达（2）的动力种类为液压。
9.根据权利要求1所述的一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置，其特征在于，是两个相等的行星齿轮盘和两个排渣口的组合，或是两个不相等的行星齿轮盘和两个排渣口的组合，或是一个行星齿轮盘和一个排渣口的组合，其余结构都和实施例一相同。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161221 Termination date: 20210916 |