CN105422109B - 行星式盾构多刀盘驱动装置 - Google Patents

行星式盾构多刀盘驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种行星式盾构多刀盘驱动装置,包括:壳体,具有容置空间;安装于所述壳体的容置空间内的行星轮总成,包括行星轮机构、第一传动机构、以及第二传动机构,所述第一传动机构驱动所述行星轮机构转动;安装于所述行星轮机构上的多个刀盘组件,所述刀盘组件与所述第二传动机构传动连接;多个所述刀盘组件随着所述行星轮机构进行公转,且每一所述刀盘组件随着所述第二传动机构进行自转。刀盘组件在旋转至一定角度时,整个刀盘装置外径尺寸会缩小,通过拆卸连接法兰,可将组合刀盘装置从隧道掘进机内整体移出,而无需其他任何破坏性的拆卸操作,从而保证了所有回收部件的完整性,方便维修和再次利用,节省施工成本。

Description

行星式盾构多刀盘驱动装置
技术领域
本发明涉及盾构机的组件,特指一种行星式盾构多刀盘驱动装置。
背景技术
在一些特殊隧道施工条件下,盾构机在完成一段隧道掘进之后并没有传统的接收井,或者盾构机的部分关键部件出现故障难以现场维修,盾构机外壳体等部件将弃留在隧道中。在该情形下,传统的圆形刀盘及驱动部件由于尺寸巨大,无法进行完整回收。为此需要采用组合式刀盘,通过组合形式的变换,既能满足传统刀盘的圆形断面切削的要求,又具有刀盘外径可收缩的特点。在国内外,已有很多形式的组合刀盘隧道掘进机,如《一种组合刀盘式掘进机》(专利号201020294235.3),以及《掘进机的矩形组合式刀盘》(专利号201120021923.7)。但这类组合式刀盘在需要进行局部圆形断面切削时均采用传统的单轴刀盘,无法向后移出对该部分进行回收。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种行星式盾构多刀盘驱动装置,解决传统的单轴单排无法向后移出对刀盘整体进行回收的问题。
实现上述目的的技术方案是:
本发明一种行星式盾构多刀盘驱动装置,包括:
壳体,具有容置空间;
安装于所述壳体的容置空间内的行星轮总成,包括行星轮机构、第一传动机构、以及第二传动机构,所述第一传动机构驱动所述行星轮机构转动;以及
安装于所述行星轮机构上的多个刀盘组件,所述刀盘组件与所述第二传动机构传动连接;多个所述刀盘组件随着所述行星轮机构进行公转,且每一所述刀盘组件随着所述第二传动机构进行自转。
刀盘组件利用自转形成可缩小外径尺寸的组合式刀盘,从而达到可脱离盾构机外壳体以及土仓隔板而进行完整回收。刀盘组件在旋转至一定角度时,整个刀盘装置外径尺寸会缩小,通过拆卸连接法兰,可将组合刀盘装置从隧道掘进机内整体移出,而无需其他任何破坏性的拆卸操作,从而保证了所有回收部件的完整性,方便维修和再次利用,节省施工成本。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述壳体包括一开口端和与所述开口端相对的端盖板,所述行星轮机构包括悬置于所述容置空间内的圈板、封堵于所述开口端的密封框架、以及支撑连接所述密封框架和所述圈板的连接件,所述圈板通过所述第一传动机构与所述端盖板固定连接。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述第一传动机构包括大轴承和驱动齿轮,所述驱动齿轮驱动所述大轴承旋转,所述大轴承固设于所述圈板和所述端盖板之间,并带动所述圈板转动。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述圈板上设有多个小轴承,所述小轴承与对应的所述刀盘组件固定连接,并带动所述刀盘组件转动以实现刀盘组件的公转。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述刀盘组件包括刀盘轴和与所述刀盘轴连接的刀盘,所述刀盘轴穿设所述密封框架并与所述小轴承固定连接,所述刀盘位于所述密封框架的外侧。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述壳体的容置空间内设有固设于所述端盖板上的中心架,所述第二传动机构包括固定在所述刀盘轴上的行星齿轮和固设于所述中心架上的第一固定轮,所述第一固定轮的外圈与所述行星齿轮相啮合,所述行星齿轮随着所述刀盘轴转动并结合与所述第一固定轮的啮合转动以驱动所述刀盘轴转动实现刀盘组件的自转。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述第二传动机构包括固定在所述刀盘轴上的行星齿轮和固设于所述壳体内壁上的第二固定轮,所述第二固定轮的内圈与所述行星齿轮相啮合,所述行星齿轮随着所述刀盘轴转动并结合与所述第二固定轮的啮合转动以驱动所述刀盘轴转动实现刀盘组件的自转。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述刀盘轴和所述密封框架之间设有轴密封圈。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述刀盘为菱形结构,所述刀盘的长度小于盾构壳体的半径,宽度小于所述刀盘的旋转中心至土仓隔板的距离的两倍。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的进一步改进在于,所述密封框架与所述中心架之间设有内密封圈,所述密封框架和所述壳体之间设有外密封圈。
附图说明
图1为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第一实施例的剖视图。
图2为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第一实施例的运动示意图。
图3为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第一实施例的切削轨迹示意图。
图4为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第二实施例的剖视图。
图5为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第二实施例的运动示意图。
图6为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第二实施例的切削轨迹示意图。
图7为本发明行星式盾构多刀盘驱动装置收缩脱离的结构示意图。
图8为图7的立体结构示意。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种行星式盾构多刀盘驱动装置,包括三个刀盘组件,刀盘组件旋转至一定角度时,整个刀盘装置外径尺寸会缩小,通过拆卸连接法兰,可将组合刀盘装置从隧道掘进机内整体移出,而无需其他任何破坏性的拆卸操作,从而保证了所有回收部件的完整性,方便维修和再次利用,节省施工成本。刀盘组件自身绕轴自转,同时行星轮机构绕中心公转,带动刀盘组件一起公转,自转与公转的转速比为3:1,刀盘组件复合运动,附着在刀盘组件上的刀具产生的切削轨迹能够形成完整的圆形断面,从而达到圆形断面切削目的。下面结合附图对本发明行星式盾构多刀盘驱动装置进行说明。
参阅图1,显示了本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第一实施例的剖视图。下面结合图1,对本发明行星式盾构多刀盘驱动装置进行说明。
如图1所示,本发明行星式盾构多刀盘驱动装置包括壳体16、安装在壳体16内的行星轮总成、以及安装在行星轮总成上的多个刀盘组件;壳体16内具有容置空间,壳体16为圆柱状结构,顶部设有开口端,底部设有端盖板18,在端盖板18的周缘设有一圈围板,通过该围板和端盖板18围合形成容置空间在端盖板18上设有中心架10,中心架10位于容置空间的中心位置并与端盖板18固定连接;行星轮总成包括行星轮机构、第一传动机构、以及第二传动机构,第一传动机构驱动行星轮机构转动;刀盘组件随着行星轮机构的转动进行公转,刀盘组件与第二传动机构传动连接,每一刀盘组件随着第二传动机构进行自转。
行星轮机构包括悬置于壳体16的容置空间内的圈板17、封堵于壳体16上的开口端的密封框架13、以及支撑连接密封框架13和圈板17的连接件14,圈板17通过第一传动机构与壳体16的端盖板18固定连接并悬置于壳体16的容置空间内,以使得圈板17可以在壳体16内部进行转动,密封框架13封堵壳体16的开口端,将壳体16内的容置空间密封,以防止切削土体进入该壳体16内。在密封框架13上设有周边孔,通过周边孔安装刀盘组件。
第一传动机构包括大轴承20和驱动齿轮19,驱动齿轮19驱动连接大轴承20并驱动大轴承20旋转,大轴承20固设在圈板17和端盖板18之间,该大轴承20带动圈板17转动,进而驱动行星轮机构整体转动。驱动齿轮19通过电机或液压马达进行驱动,大轴承20的内圈固设在端盖板18上,外圈固设在圈板17上,大轴承20的外圈绕着内圈转动,进而带动圈板17在外壳6内进行转动。该圈板17的转动带动与圈板17连接的连接件14和密封框架13一起转动,实现了行星轮机构整体的转动。在圈板17远离端盖板18的一侧设有多个小轴承6,该小轴承6对应刀盘组件设置,通过小轴承6连接刀盘组件,小轴承6与对应的刀盘组件固定连接,具体地,小轴承6的外圈与圈板17固定连接,小轴承6的内圈与刀盘组件固定连接,圈板17的转动通过小轴承6带动刀盘组件转动,实现刀盘组件随着行星轮机构进行公转。
刀盘组件包括刀盘轴5和与刀盘轴5连接的刀盘3,在刀盘3上安装有多个刀具,刀盘3通过刀盘轴5连接小轴承6,刀盘轴5穿设密封框架13上的周边孔与小轴承6固定连接,刀盘3位于密封框架13的外侧。通过大轴承20带动圈板17转动,该圈板17的转动通过小轴承6和刀盘轴5而带动刀盘3进行转动,实现刀盘3的公转。
第二传动机构包括固定在刀盘轴5上的行星齿轮7和固设在中心架10上的第一固定轮12,第一固定轮12的外圈与行星齿轮7相啮合,第一固定轮12的内圈套设固定在中心架10上,外圈上设有齿轮,行星齿轮7的外圈上设有与第一固定轮12外圈上的齿轮相咬合的齿轮,行星齿轮7随着刀盘轴5进行转动,并结合与第一固定轮12的啮合转动,实现齿轮传动驱动刀盘轴5进行转动,进而实现了刀盘组件的自转。通过行星齿轮7和第一固定轮12的齿轮啮合,控制刀盘3自转转速与公转转速的比例。该第一固定轮12固设于中心位置,通过第一固定轮12与行星齿轮7相啮合,形成齿轮传动,进而驱动刀盘轴5自转,实现刀盘3的自转。每一刀盘轴5上均设有行星齿轮7,多个行星齿轮7沿着第一固定轮12外沿呈圆周设置,且行星齿轮7与第一固定轮12相啮合,实现齿轮传动。较佳地,在本实施例中,刀盘装置包括三个刀盘组件,这样相邻的两个行星齿轮7之间呈60°夹角设置。如图2所示,刀盘3的自转方向F2与行星轮机构转动的公转方向F1相同,自转的转速与公转的转速比例为3:1,该刀盘3外端点处运动轨迹如图3所示,刀盘组件为三个,三个刀盘的切削轨迹叠加,可达到完整的圆形断面切削。图3中的横轴和纵轴表示切削断面的长度和宽度,单位为mm,在横轴和纵轴中以500mm为计量标准进行标记。
在刀盘轴5和密封框架13之间设有轴密封圈8。刀盘组件为三个,刀盘组件上的刀盘3为菱形结构。刀盘3用于放置刀具,其长度应短于盾构壳体1的半径,宽度小于其旋转中心到土仓隔板2的距离的2倍。
密封框架13的中心设有中心孔,壳体16的中心架10的端部位于该中心孔内,位于中心孔内的中心架10和密封框架13之间设有内密封圈9。密封框架13和壳体16之间设有外密封圈4。
该组合式刀盘整体通过壳体16安装在盾构壳体1的前端,刀盘组件位于前端用于切削土体,壳体16的围板通过法兰连接在土仓隔板2的后端,螺旋机出土装置11为土压平衡式盾构机常用出土装置,螺旋机出土装置11位于中心架10内,在中心架10的内部设有贯通空间,该贯通空间连通盾构壳体1的内部和前方的切削断面,该螺旋机出土装置11设于该贯通空间内,通过螺杆装置将前方的土体输送到盾构机的土舱内。
如图4所示,显示了本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的第二实施例,该第二实施例与第一实施例的区别在于:第二传动机构包括固定在刀盘轴5上的行星齿轮7和固设在壳体16内壁上的第二固定轮15,第二固定轮15固设在壳体16的围板的内壁面上,第二固定轮15的内圈与行星齿轮7相啮合,在第二固定轮15的内圈上设有齿轮,行星齿轮7的外圈上设有与第二固定轮15的内圈上的齿轮相咬合的齿轮,在行星齿轮7和第二固定轮15之间实现齿轮传动。行星齿轮7随着刀盘轴5转动并结合与第二固定轮15的啮合转动,以驱动刀盘轴5转动实现刀盘组件的自转,通过第二固定轮15和行星齿轮7的啮合转动,控制刀盘的自转转速和公转转速的比例。如图5所示,刀盘组件自转方向F2与行星轮机构转动的公转方向F1相反,在本实施例中,自转转速和公转转速比例为5:1,刀盘3的外端点处运动轨迹如图6所示,三组刀盘切削轨迹叠加,可达到比较完整的圆形断面切削。图6中的横轴和纵轴表示切削断面的长度和宽度,单位为mm。
如图7和图8所示,当三组刀盘3旋转至一定角度,相对位置由最初的星形布置变为三角形布置时,三组刀盘的整体外径尺寸大为缩小,可收缩于该组合刀盘装置的壳体16的外轮廓内,拆卸壳体16上与土仓隔板2之间的法兰螺栓之后即可将该组合刀盘装置向后脱卸,从而将其整体从隧道掘进机内移出。
本发明行星式盾构多刀盘驱动装置的驱动过程为:第一传动机构,通过大轴承20和驱动齿轮19带动圈板17绕着大轴承20旋转,使得圈板17带动三组刀盘整体转动,实现刀盘的公转。第二传动机构,在第一实施例中,通过固定在中心架10上的第一固定轮12,该第一固定轮12的外圈与固定在刀盘轴5上的行星齿轮7相啮合,行星齿轮7随着刀盘轴5的公转进行转动,在转动后结合与第一固定轮12之间的啮合转动,形成了啮合转动驱动刀盘轴5转动进而实现刀盘的自转,通过第一固定轮12和行星齿轮7的啮合控制刀盘自转转速和公转转速的比例。在第二实施例中,通过固定在外壳16上的第二固定轮15,该第二固定轮15的内圈与固定在刀盘轴5上的行星齿轮7相啮合,行星齿轮7随着刀盘轴5的公转进行转动,在转动后结合与第二固定轮15之间的啮合转动,形成了啮合转动驱动刀盘轴5转动进而实现刀盘的自转,通过第二固定轮15和行星齿轮7的啮合刀盘的自转转速和公转转速的比例。
小轴承6为JB/T2300-1999无齿式回转支承,大轴承20为JB/T2300-1999渐开线圆柱齿轮外齿啮合结构。驱动齿轮19通过平键或花键等形成于外部驱动马达相连,进而带动圈板17转动,实现了组合式刀盘整体的转动,形成刀盘3的公转。视具体工程所需功率,可设置一个或多个驱动齿轮19。中心架10通过螺栓或者焊接固定于端盖板18上,圈板17为环形钢板结构,端盖板18为盖板式钢结构,通过焊接或螺栓固设于壳体16的端部。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明,本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,包括:
壳体,具有容置空间;
安装于所述壳体的容置空间内的行星轮总成,包括行星轮机构、第一传动机构、以及第二传动机构,所述第一传动机构驱动所述行星轮机构转动;以及
安装于所述行星轮机构上的多个刀盘组件,所述刀盘组件与所述第二传动机构传动连接;多个所述刀盘组件随着所述行星轮机构进行公转,且每一所述刀盘组件随着所述第二传动机构进行自转;所述壳体包括一开口端和与所述开口端相对的端盖板,所述行星轮机构包括悬置于所述容置空间内的圈板、封堵于所述开口端的密封框架、以及支撑连接所述密封框架和所述圈板的连接件,所述圈板通过所述第一传动机构与所述端盖板固定连接;所述第一传动机构包括大轴承和驱动齿轮,所述驱动齿轮驱动所述大轴承旋转,所述大轴承固设于所述圈板和所述端盖板之间,并带动所述圈板转动;所述圈板上设有多个小轴承,所述小轴承与对应的所述刀盘组件固定连接,并带动所述刀盘组件转动以实现刀盘组件的公转。
2.如权利要求1所述的行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,所述刀盘组件包括刀盘轴和与所述刀盘轴连接的刀盘,所述刀盘轴穿设所述密封框架并与所述小轴承固定连接,所述刀盘位于所述密封框架的外侧。
3.如权利要求2所述的行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,所述壳体的容置空间内设有固设于所述端盖板上的中心架,所述第二传动机构包括固定在所述刀盘轴上的行星齿轮和固设于所述中心架上的第一固定轮,所述第一固定轮的外圈与所述行星齿轮相啮合,所述行星齿轮随着所述刀盘轴转动并结合与所述第一固定轮的啮合转动以驱动所述刀盘轴转动实现刀盘组件的自转。
4.如权利要求2所述的行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,所述第二传动机构包括固定在所述刀盘轴上的行星齿轮和固设于所述壳体内壁上的第二固定轮,所述第二固定轮的内圈与所述行星齿轮相啮合,所述行星齿轮随着所述刀盘轴转动并结合与所述第二固定轮的啮合转动以驱动所述刀盘轴转动实现刀盘组件的自转。
5.如权利要求2所述的行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,所述刀盘轴和所述密封框架之间设有轴密封圈。
6.如权利要求2所述的行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,所述刀盘为菱形结构,所述刀盘的长度小于盾构壳体的半径,宽度小于所述刀盘的旋转中心至土仓隔板的距离的两倍。
7.如权利要求3所述的行星式盾构多刀盘驱动装置,其特征在于,所述密封框架与所述中心架之间设有内密封圈,所述密封框架和所述壳体之间设有外密封圈。
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