CN104833540A - 一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，包括底座(7)、固定安装在底座上的增速箱(5)和测功器(8)、转矩转速传感器以及控制系统(9)，增速箱的输出传动轴与测功器轴向连接，增速箱的输入传动轴上套有增速箱花键套(4)；悬臂式隧道掘进机上的切割机构(1)经过渡法兰(2)与增速箱花键套通过万向联轴器连接；转矩转速传感器与测功器连接，并将所测的扭矩、转速及功率信号传输给控制系统。本发明结构简单、可靠实用，能够应用于悬臂式隧道掘进机整机试验和整机数据分析，满足各种型号悬臂式隧道掘进机试验需求，确保技术参数测量准确以制造优质产品，有效降低了悬臂式隧道掘进机早期故障率，减少了服务次数，降低了服务费用。

Description

一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于悬臂式隧道掘进机的试验设备，具体是一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，属于工程机械技术领域。

背景技术

悬臂式隧道掘进机是集机、电、液于一体的专用于隧道工程开挖的新型大型高科技施工装备，主要用于大断面公路、铁路及地铁等隧道施工，其采用履带式行走方式进行行走，通过控制悬臂上下、左右摆动调节它的切割范围，然后利用切割头旋转切割岩土层，最后由装运机构或使用其他方式将切削下来的岩土输送至机器后部；整机具有掘进幅度大，破岩能力强，开挖断面自由、施工成本低，安全高效等特点。虽然这种设备在国内外还处在试制阶段，但各大厂家加大了研发投入，在不远的将来它将是提升国内山体隧道的施工质量和效益，促进国内山体隧道施工模式的重要转变。

悬臂式隧道掘进机的主要功能是内部的切割机构可以提供足够大的扭矩，以实现截割作业。而切割机构的最大扭矩作为主要性能参数中最重要的参数，它的大小直接决定了悬臂式隧道掘进机的工作能力。

目前，悬臂式隧道掘进机在装配下线以后，对整机主要设计技术参数(切割机构的最大扭矩、转速、功率)没有足够的满足需要的检测方法，导致悬臂式隧道掘进机早期故障率高。同时，隧道工作环境恶劣，其截面尺寸和起重均受到限制，若悬臂式隧道掘进机在隧道内出现故障，维修极其不便，服务次数多，服务费用高。

现有悬臂式隧道掘进机的试验方法只有三种，第一种是空载时整机运转时试验，第二种是对悬臂式隧道掘进机切割机构单独进行模拟负载试验，第三种是在隧道施工现场进行试验来检测技术参数，但这三种方法均存在弊端，如：一、空载时不仅难以测量各技术参数，而且难以发现大多数的早期故障；二、对悬臂式隧道掘进机切割机构单独进行模拟负载试验时，只对切割减速机和切割臂的稳定性和技术参数有了初步的验证，对整机使用性能和稳定性仍不能确定；三、隧道施工现场试验时人力资源及时间占用都比较大，劳动强度大，试验成本高，同时还受隧道地质情况的制约，在市场需求量增大时，这种方法的试验周期将不能满足生产的需要。故为了检测悬臂式隧道掘进机的设计技术参数以制造优质产品，对悬臂式隧道掘进机整机稳定性，整机性能参数进行验证显得日趋重要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其结构简单、可靠实用，能够应用于悬臂式隧道掘进机整机试验和整机数据分析，满足各种型号悬臂式隧道掘进机试验需求，确保技术参数测量准确以制造优质产品，降低试验成本。

为了实现上述目的，本发明采用的一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，包括底座、固定安装在底座上的增速箱和测功器、转矩转速传感器以及控制系统，所述增速箱的输出传动轴与测功器轴向连接，增速箱的输入传动轴上套有增速箱花键套；悬臂式隧道掘进机上的切割机构经过渡法兰与增速箱花键套通过万向联轴器连接；所述转矩转速传感器与测功器连接，并将所测的扭矩、转速及功率信号传输给控制系统。

优选地，所述切割机构经过渡法兰与增速箱花键套通过大万向联轴器连接。

优选地，所述增速箱的输出传动轴通过小万向联轴器与测功器连接。

优选地，所述转矩转速传感器将所测的扭矩、转速及功率信号通过线路接入控制系统，所述控制系统动态显示所测数据，并对试验数据进行分析、调整、检测、存档及打印。

优选地，所述的测功器为水涡流测功器、电力测功器、磁粉测功器、电涡流测功器、磁滞测功器、液压测功器或摩擦片式测功器。

优选地，还包括用于支撑增速箱和测功器的支座，所述增速箱与测功器通过各自的支座固定在底座上。

一方面可以根据待试验悬臂式隧道掘进机的理论扭矩初步设定好测功器的力矩，通过计算机控制系统自动调节测功器制动力矩的大小，检测其输出扭矩、转速、功率，加载效率，测试掘进机工作机构减速机油温，测试掘进机工作机构传动系统的初期磨合等技术参数。另一方面可以设定待试验数据，对悬臂式隧道掘进机进行可靠性试验，直至按程序完成试验。

与现有技术相比，本发明通过待试验悬臂式隧道掘进机上的切割机构带动过渡法兰、过渡法兰带动大万向联轴器、大万向联轴器带动增速箱花键套、增速箱花键套带动增速箱，并将扭矩传递给增速箱、增速箱带动小万向联轴器、小万向联轴器带动测功器轴向运动；与测功器连接的转矩转速传感器再将信号输入计算机，从而实现悬臂式隧道掘进机系统状况试验与整机数据分析。本发明一方面设计合理，可靠实用、工作性能稳定，使用操作方便；另一方面，确保技术参数测量准确以制造优质产品，并可对产品进行优化设计；再者，本发明可以根据不同的地质情况，给出不同的数据值按规定程序进行试验，不仅很好的模拟实际工况进行试验，而且降低试验成本。最终，本发明结构简单、可靠实用，能够应用于悬臂式隧道掘进机整机试验和整机数据分析，满足各种型号悬臂式隧道掘进机试验需求，确保技术参数测量准确以制造优质产品，有效降低了悬臂式隧道掘进机早期故障率，减少了服务次数，降低了服务费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、切割机构，2、过渡法兰，3、大万向联轴器，4、增速箱花键套，5、增速箱，6、小万向联轴器，7、底座，8、测功器，9、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，包括底座7、固定安装在底座7上的增速箱5和测功器8、转矩转速传感器以及控制系统9，所述增速箱5的输出传动轴与测功器8轴向连接，增速箱5的输入传动轴上套有增速箱花键套4；悬臂式隧道掘进机上的切割机构1经过渡法兰2与增速箱花键套4通过万向联轴器连接；所述转矩转速传感器与测功器8连接，并将所测的扭矩、转速及功率信号传输给控制系统9。其中，测功器用于提供阻尼力矩来试验悬臂式隧道掘进机的扭矩及系统稳定性。

优选地，所述切割机构1经过渡法兰2与增速箱花键套4通过大万向联轴器3连接，所述增速箱5的输出传动轴通过小万向联轴器6与测功器8连接，即切割机构1、过渡法兰2、大万向联轴器3、增速箱花键套4、增速箱5、小万向联轴器6以及测功器8依次轴向相连。因万向联轴器对同轴度要求不高，便于加工、制造、安装和维修，故采用大万向联轴器3进行连接时，安装拆卸更方便，成本低，借助本身的角向补偿能力，能实现所连接的两个部件连续回转，并可靠地传递转矩和运动，结构紧凑，传动效率高。

优选地，所述转矩转速传感器将所测的扭矩、转速及功率信号通过线路接入控制系统9，所述控制系统9动态显示所测数据，并对试验数据进行分析、调整、检测、存档及打印。

优选地，所述的测功器8可以选用水涡流测功器、电力测功器、磁粉测功器、电涡流测功器、磁滞测功器、液压测功器或摩擦片式测功器，操作人员可根据需要选择不同类型的测功器。

优选地，还包括用于支撑增速箱5和测功器8的支座，所述增速箱5与测功器8通过各自的支座固定在底座7上。

安装时，首先按照技术要求做一个地基，要平整、硬实、呈载力大，并将锚杆预埋在地基里，用以固定底座7。然后将用于安置增速箱5、测功器8的两个支座并列固定在底座7上，接着分别将增速箱5、测功器8安装在各自的支座上，待增速箱5的传动轴与测功器8的传动轴调整在同一轴线后紧固各紧固件，而后安装小万向联轴器6将增速箱5、测功器8连接。接着依次将增速箱花键套4安装在增速箱5上，大万向联轴器3连接至增速箱花键套4上，过渡法兰2连接至大万向联轴器3上。最后将切割机构1上的截割头去掉，通过花键连接至过渡法兰2上。根据待试验悬臂式隧道掘进机的理论扭矩初步设定好测功器8的力矩，转矩转速传感器将检测到的扭矩、转速及功率等信号连入控制系统9。其中，控制系统9可以为计算机控制系统。

本发明通过待试验悬臂式隧道掘进机上的切割机构1带动过渡法兰2、过渡法兰2带动大万向联轴器3，大万向联轴器3带动增速箱花键套4，增速箱花键套4带动增速箱5，并将扭矩传递给增速箱5，增速箱5带动小万向联轴器6，小万向联轴器6带动测功器8轴向运动。与测功器8连接的转矩转速传感器再将检测到的信号输入计算机控制系统，最后实现悬臂式隧道掘进机系统状况试验与整机数据分析。换句话说，即切割机构1的输出扭矩、转速、功率等整机数据分析与试验是通过待试验的悬臂式隧道掘进机的切割机构1旋转依次带动过渡法兰2、增速箱花键套4、大万向联轴器3、增速箱5、测功器8，最终通过转矩转速传感器输入计算机控制系统实现的。待运行后，测功器8形成制动力矩达到加载的目的，当悬臂式隧道掘进机扭矩变化时，通过计算机控制系统自动调节测功器制动力矩的大小，检测其输出扭矩。同时可以测试悬臂式隧道掘进机工作机构传动系统的初期磨合，并可在线检测出输出的转速、功率、加载效率，工作机构减速机油温。而且可以设定待试验数据，对悬臂式隧道掘进机进行可靠性试验，直至按程序完成试验。通过计算机控制系统可以在屏幕上动态显示所有测试数据，还可将试验数据进行分析、调整和检测。试验数据可由计算机存储并可打印出来以供查阅和存档。

综上所述，本发明巧妙利用了悬臂式隧道掘进机切割机构上的花键与过渡法兰相连，并为增速箱、测功器设计了支座，最大限度的实现了悬臂式隧道掘进机切割机构的扭矩、转速、功率等各项技术指标在线监测、分析，给悬臂式隧道掘进机整机性能的提升，以及开发高质量、高水平的悬臂式隧道掘进机提供了可靠的科学依据。一方面，本发明可以检测各种型号悬臂式隧道掘进机的技术参数(切割机构的扭矩、转速、功率)，测试掘进机工作机构减速机油温，测试掘进机工作机构传动系统的初期磨合，通过计算机实现人机对话，在计算机中文操作界面上显示所有参数。还可以设定待试验数据，对悬臂式隧道掘进机进行可靠性试验，直至按程序完成试验，结构简单、实用。另一方面，悬臂式隧道掘进机工作时的技术参数可以在线检测，并向设计部门提供与实际工况相符的技术数据。该悬臂式隧道掘进机试验技术以模拟试验替代工况作业试验，并在线监测，分析各项技术参数，给优化产品设计和提高产品质量，并为大批量生产制造悬臂式隧道掘进机提供了简单、易行的试验方法，确保技术参数测量准确以制造优质产品，有效降低了悬臂式隧道掘进机早期故障率，。再者，本发明可以根据悬臂式隧道掘进机作业时的不同的地质情况，给出不同的阻尼力矩并按规定程序进行试验，只需要占用一个试验装置工作场地即可反复使用，不必每种地质情况都进行实际工况掘进试验，节省成本。

Claims (6)

1.一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其特征在于，包括底座(7)、固定安装在底座(7)上的增速箱(5)和测功器(8)、转矩转速传感器以及控制系统(9)，所述增速箱(5)的输出传动轴与测功器(8)轴向连接，增速箱(5)的输入传动轴上套有增速箱花键套(4)；悬臂式隧道掘进机上的切割机构(1)经过渡法兰(2)与增速箱花键套(4)通过万向联轴器连接；所述转矩转速传感器与测功器(8)连接，并将所测的扭矩、转速及功率信号传输给控制系统(9)。

2.根据权利要求1所述的一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其特征在于，所述切割机构(1)经过渡法兰(2)与增速箱花键套(4)通过大万向联轴器(3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其特征在于，所述增速箱(5)的输出传动轴通过小万向联轴器(6)与测功器(8)连接。

4.根据权利要求1所述的一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其特征在于，所述转矩转速传感器将所测的扭矩、转速及功率信号通过线路接入控制系统(9)，所述控制系统(9)动态显示所测数据，并对试验数据进行分析、调整、检测、存档及打印。

5.根据权利要求1所述的一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其特征在于，所述的测功器(8)为水涡流测功器、电力测功器、磁粉测功器、电涡流测功器、磁滞测功器、液压测功器或摩擦片式测功器。

6.根据权利要求1所述的一种悬臂式隧道掘进机整机试验装置，其特征在于，还包括用于支撑增速箱(5)和测功器(8)的支座，所述增速箱(5)与测功器(8)通过各自的支座固定在底座(7)上。