CN106640109B - 一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，包括壳体、电动机、驱动轴、后部大回转支承、前部大回转支承、封闭式差动轮系和刀盘，其中，后部大回转支承和前部大回转支承分别通过轴承结构架设于壳体的内腔的后部和前部且能够在其中旋转，封闭式差动轮系设置于壳体的内部，电动机通过驱动轴连接封闭式差动轮系的输入端，该封闭式差动轮系的输出端通过一穿过前部大回转支承的刀盘轴连接刀盘；电动机通过封闭式差动轮系驱动刀盘轴和刀盘同时作平移运动和自转运动，通过更换刀盘的形状、封闭式差动轮系的内部传动比以及刀盘的走刀路径实现刀盘的不同的走刀轨迹，完成各种异形截面或圆形断面隧道的掘进工作。本发明具有结构简单、性能全面、通用型高等优点，能够胜任各类异形截面以及圆形截面隧道的施工。

Description

一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备
技术领域
本发明涉及隧道工程的施工装置，具体涉及一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，属于建筑工程机械技术领域。
背景技术
随着城市轨道交通及其他地下工程建设在我国如火如荼的开展，对于盾构设备的需求也随之高涨。但是现有的盾构掘进设备通常都只能进行圆形断面的切削。异形截面(如矩形、椭圆形)隧道的施工设备则一直是地下工程技术领域的一个难点。为了解决这个问题，业内技术人员也一直不懈地努力，如名称为《多刀盘矩形顶管机》的中国专利(专利号：200920067574.5)通过多刀盘切削土体来实现矩形隧道顶管施工，但是该专利所述顶管机只适用于矩形隧道施工，对于其他异形隧道就无能为力，也无法通用于圆形断面隧道施工。现有技术中还未曾出现一种能够适应各类异形截面以及圆形截面隧道施工的掘进设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的空白，提供一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，其能够普遍适用于常规的圆形断面和包括矩形、椭圆形、马蹄形、三角形等在内的各类异形截面的施工，以提高掘进机的适用范围和通用性。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，其包括壳体、电动机、驱动轴、后部大回转支承、前部大回转支承、封闭式差动轮系和刀盘，所述后部大回转支承和前部大回转支承分别通过轴承结构架设于所述壳体的内腔的后部和前部且能够在其中旋转，所述封闭式差动轮系设置于所述壳体的内部，所述电动机通过所述驱动轴连接所述封闭式差动轮系的输入端，该封闭式差动轮系的输出端通过一穿过所述前部大回转支承的刀盘轴连接所述刀盘；
所述电动机通过所述封闭式差动轮系驱动所述刀盘轴和刀盘同时作平移运动和自转运动，通过更换所述刀盘的形状、所述封闭式差动轮系的内部传动比以及所述刀盘的走刀路径实现所述刀盘的不同的走刀轨迹，完成各种异形截面或圆形断面隧道的掘进工作。
进一步地，所述的封闭式差动轮系包括主轴、后齿轮、前齿轮、固定齿轮、回转支承后齿轮、回转支承前齿轮和偏心板；所述主轴为所述封闭式差动轮系的输入端且连接所述驱动轴，该主轴架设于所述壳体上，所述后齿轮和前齿轮相同且分别连接于该主轴的后部和前部，所述回转支承后齿轮和回转支承前齿轮分别设于所述后部大回转支承的内壁的后部和前部，所述固定齿轮设置于所述壳体上且分别与所述后齿轮和回转支承后齿轮相啮合，所述偏心板的外周和内壁分别设有同心的外齿轮和内齿轮，该内齿轮与所述主轴上的前齿轮啮合，该外齿轮与所述后部大回转支承的回转支承前齿轮啮合，所述偏心板为所述封闭式差动轮系的输出端，同时受所述前齿轮和回转支承后齿轮的驱动，所述刀盘轴连接于该偏心板的中心且轴线与所述后部大回转支承的中心轴平行地存在一偏心距。
进一步地，所述的前部大回转支承和后部大回转支承与所述偏心板的半径尺寸处于一个适当比例。
进一步地，所述的前部大回转支承内部设置有用于密封所述前部大回转支承与壳体之间间隙的第一密封设备和用于密封所述所述前部大回转支承与刀盘轴之间间隙的第二密封设备。
进一步地，所述的前部大回转支承与后部大回转支承的尺寸相同且相互独立转动。
与现有隧道掘进设备相比较，本发明所述通用型隧道掘进设备利用一个包含有封闭式少差齿差动轮系的驱动系统实现了刀盘的平动运动，通过更换各种不同形状的刀盘，从而完成各种异形截面以及圆形截面隧道的掘进工作。本发明具有结构简单、性能全面、通用型高等优点，能够胜任各类异形截面以及圆形截面隧道的施工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明刀具的挖掘轨迹示意图之一。
图3为本发明刀具的挖掘轨迹示意图之二。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1本发明的结构示意图，图示用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备包括壳体1.10、电动机1.1、驱动轴1.11、后部大回转支承1.4、前部大回转支承1.6、封闭式差动轮系和刀盘1.9。
所述后部大回转支承1.4通过轴承结构架设于所述壳体1.10的内腔的后部且能够在其中旋转，所述前部大回转支承1.6通过轴承结构架设于所述壳体1.10的内腔的前部且能够在其中旋转。所述的前部大回转支承1.6与后部大回转支承1.4的结构尺寸相同且内径为1404个相对长度，该前部大回转支承1.6和后部大回转支承1.4相互独立转动不存在同步转动。
所述封闭式差动轮系设置于所述壳体1.10的内部，所述电动机1.1通过所述驱动轴1.11连接所述封闭式差动轮系的输入端，该封闭式差动轮系的输出端通过一刀盘轴1.12连接所述刀盘1.9，该刀盘轴1.12穿过所述前部大回转支承1.6。
所述的封闭式差动轮系包括主轴1.2、后齿轮1.2.1、前齿轮1.2.2、固定齿轮1.3、回转支承后齿轮1.4.1、回转支承前齿轮1.4.2和偏心板1.5。所述主轴1.2架设于所述壳体1.10上，为所述封闭式差动轮系的输入端，该主轴1.2连接所述驱动轴1.11并进而与所述电动机1.1相连。所述后齿轮1.2.1和前齿轮1.2.2相同且分别连接于该主轴1.2的后部和前部，它们的直径均为252个相对长度。所述回转支承后齿轮1.4.1设于所述后部大回转支承1.4的内壁的后部，其轴向位置与所述后齿轮1.2.1相对应；所述回转支承前齿轮1.4.2设于所述后部大回转支承1.4的内壁的前部，其轴向位置与所述前齿轮1.2.2相对应。所述固定齿轮1.3设置于所述壳体1.10上，并且分别与所述后齿轮1.2.1和回转支承后齿轮1.4.1相啮合，即所述后齿轮1.2.1与所述固定齿轮1.3相(外)啮合，其中，后齿轮1.2.1为主动轮，所述固定齿轮1.3与所述回转支承后齿轮1.4.1相(内)啮合，其中，回转支承后齿轮1.4.1为从动轮，从而所述后齿轮1.2.1通过所述固定齿轮1.3间接驱动所述后部大回转支承1.4进行旋转。所述偏心板1.5的外周和内壁分别设有同心的外齿轮1.5.2和内齿轮1.5.1，其中，内齿轮1.5.1的直径为756个相对长度，外齿轮1.5.2的直径为900个相对长度。所述内齿轮1.5.1与所述主轴1.2上的前齿轮1.2.2啮合，所述外齿轮1.5.2与所述后部大回转支承1.4的回转支承前齿轮1.4.2啮合，其中，外齿轮1.5.2和内齿轮1.5.1均为从动轮。所述偏心板1.5为所述封闭式差动轮系的输出端，同时受所述前齿轮1.2.2和回转支承后齿轮1.4.1的驱动，该偏心板1.5通过上述两组内啮合形成一个封闭式少差齿差动轮系。所述的前部大回转支承1.6和后部大回转支承1.4与所述偏心板1.5的半径尺寸处于一个适当比例，当各组齿轮副满足合适的传动比时，所述偏心板1.5可以通过所述封闭式差动轮系的驱动而做平动运动。所述刀盘轴1.12连接于所述偏心板1.5的中心且轴线与所述后部大回转支承1.4的中心轴平行，该刀盘轴1.12与后部大回转支承1.4的中心轴存在一偏心距。所述刀盘轴1.12驱动所述刀盘1.9运动。
所述通用型隧道掘进设备的前部有密封装置。所述的前部大回转支承1.6内部设置有第一密封设备1.8，用于密封所述前部大回转支承1.6与壳体1.10之间的间隙，同时前部大回转支承1.6内部还设置有第二密封设备1.7，用于密封所述前部大回转支承1.6与刀盘轴1.12之间的间隙。
所述电动机1.1通过所述封闭式差动轮系驱动所述刀盘轴1.12和刀盘1.9同时作平移运动和自转运动。通过更换所述刀盘1.9的形状、所述封闭式差动轮系的内部传动比以及所述刀盘1.9的走刀路径，实现所述刀盘1.9的不同的走刀轨迹，完成各种异形截面或圆形断面隧道的掘进工作。
所述的通用型隧道掘进设备通过更换不同形状的刀盘1.9来满足不同截面施工需求。截面形状与刀盘形状近似，且边缘带有圆角。具体形状与刀盘1.9的走刀路径选择和偏心距有关。
所述的通用型隧道掘进设备具体运行情况如下：
所述的电动机1.1通过所述驱动轴1.11驱动所述主轴1.2转动，从而带动前齿轮1.2.2和后齿轮1.2.1转动。所述后齿轮1.2.1与所述固定齿轮1.3组成的齿轮副中，所述后齿轮1.2.1为主动轮，带动作为从动轮的固定齿轮1.3转动；在固定齿轮1.3与回转支承后齿轮1.4.1组成的齿轮副中，固定齿轮1.3为主动轮，带动从动轮回转支承后齿轮1.4.1转动，从而带动后部大回转支承1.4，回转支承前齿轮1.4.2也随之一起转动。所述前齿轮1.2.2作为主动轮，带动从动轮内齿轮1.5.1转动，同时所述回转支承前齿轮1.4.2作为主动轮，带动从动轮外齿轮1.5.2转动。当各组齿轮半径比例满足条件时，所述偏心板1.5在所述封闭式差动轮系的驱动下作平动运动，从而带动所述刀盘1.9走出圆形、矩形、椭圆形、马蹄形、三角形等各种不同断面的走刀轨迹。
请参阅图2和图3本发明的两例挖掘形状示意图。图2为采用三角形刀盘选择上下走刀时的挖掘形状，此时挖掘形状为一个带三个圆角的近似三角形形状2.1，三角形刀盘的三个顶点分别为三个圆角的圆心，圆角半径等于偏心距(相对长度252)。图2为采用矩形刀盘选择只向下(只向一个方向)走刀时的挖掘形状，此时挖掘形状为四个角均为圆角的近似矩形2.2，矩形刀盘的四个顶点分别为四个圆角的顶点，圆角的半径等于偏心距(相对长度252)。
以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，其特征在于：所述通用型隧道掘进设备包括壳体、电动机、驱动轴、后部大回转支承、前部大回转支承、封闭式差动轮系和刀盘，所述后部大回转支承和前部大回转支承分别通过轴承结构架设于所述壳体的内腔的后部和前部且能够在其中旋转，所述封闭式差动轮系设置于所述壳体的内部，所述电动机通过所述驱动轴连接所述封闭式差动轮系的输入端，该封闭式差动轮系的输出端通过一穿过所述前部大回转支承的刀盘轴连接所述刀盘；
所述电动机通过所述封闭式差动轮系驱动所述刀盘轴和刀盘同时作平移运动和自转运动，通过更换所述刀盘的形状、所述封闭式差动轮系的内部传动比以及所述刀盘的走刀路径实现所述刀盘的不同的走刀轨迹，完成各种异形截面或圆形断面隧道的掘进工作；
所述的封闭式差动轮系包括主轴、后齿轮、前齿轮、固定齿轮、回转支承后齿轮、回转支承前齿轮和偏心板；所述主轴为所述封闭式差动轮系的输入端且连接所述驱动轴，该主轴架设于所述壳体上，所述后齿轮和前齿轮相同且分别连接于该主轴的后部和前部，所述回转支承后齿轮和回转支承前齿轮分别设于所述后部大回转支承的内壁的后部和前部，所述固定齿轮设置于所述壳体上且分别与所述后齿轮和回转支承后齿轮相啮合，所述偏心板的外周和内壁分别设有同心的外齿轮和内齿轮，该内齿轮与所述主轴上的前齿轮啮合，该外齿轮与所述后部大回转支承的回转支承前齿轮啮合，所述偏心板为所述封闭式差动轮系的输出端，同时受所述前齿轮和回转支承后齿轮的驱动，所述刀盘轴连接于该偏心板的中心且轴线与所述后部大回转支承的中心轴平行地存在一偏心距。
2.根据权利要求1所述的用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，其特征在于：所述的前部大回转支承和后部大回转支承与所述偏心板的半径尺寸处于一个适当比例。
3.根据权利要求1所述的用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，其特征在于：所述的前部大回转支承内部设置有用于密封所述前部大回转支承与壳体之间间隙的第一密封设备和用于密封所述所述前部大回转支承与刀盘轴之间间隙的第二密封设备。
4.根据权利要求1所述的用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备，其特征在于：所述的前部大回转支承与后部大回转支承的尺寸相同且相互独立转动。
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