CN108150185A - 一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置 - Google Patents

一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108150185A
CN108150185A CN201711423092.4A CN201711423092A CN108150185A CN 108150185 A CN108150185 A CN 108150185A CN 201711423092 A CN201711423092 A CN 201711423092A CN 108150185 A CN108150185 A CN 108150185A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutterhead
planet
section
rectangular cross
shield body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711423092.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108150185B (zh
Inventor
蒋鹏鹏
郑霄峰
龚廷民
范磊
董艳萍
谢瑞颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
Original Assignee
China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG filed Critical China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
Priority to CN201711423092.4A priority Critical patent/CN108150185B/zh
Publication of CN108150185A publication Critical patent/CN108150185A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108150185B publication Critical patent/CN108150185B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/03—Driving non-circular tunnels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/0875—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket
    • E21D9/0879—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering

Abstract

本发明提出了一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，用于解决现有开挖装置存在着开挖盲区较大、土体切削效果差、结构复杂、断面适应能力差的问题；包括刀盘、行星轮、行星轮轴、行星架、大齿圈和盾体；所述刀盘的形状为水滴形，刀盘的后部与行星轮轴相啮合；所述行星轮轴通过轴承与行星架相连接，行星架的后部与外部驱动装置相连接；所述行星轮设置在行星轮轴上，行星轮设置在大齿圈内，行星轮与大齿圈相啮合，大齿圈的外侧固定于盾体上。本发明保证了全断面开挖，可以形成不同的开挖断面，可实现多种规格矩形断面隧道的开挖，具有良好的经济性、适应性与可靠性；同时，具有较好的土体切削效果和良好的断面适应性。

Description

一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置
技术领域
本发明涉及地下空间施工的技术领域，尤其涉及一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置。
背景技术
矩形掘进机整体开挖空间利用率高，开挖土方少，对周边环境干扰小，特别适用于过街隧道、地铁出入口、综合管廊、地下停车场等矩形断面市政工程。目前，矩形断面开挖装置根据驱动轴形式有中心轴式和偏心轴式，根据刀盘形状有圆形、矩形和单刀盘仿形。但这类开挖装置不同程度地存在着开挖盲区较大、土体切削效果差、结构复杂、断面适应能力差的问题。
发明内容
针对现有开挖装置存在着开挖盲区较大、土体切削效果差、结构复杂、断面适应能力差的技术问题，本发明提出一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，包括刀盘、行星轮、行星轮轴、行星架、大齿圈和盾体；所述刀盘的形状为水滴形，刀盘的后部与行星轮轴相啮合；所述行星轮轴通过轴承与行星架相连接，行星架的后部与外部驱动装置相连接；所述行星轮设置在行星轮轴上，行星轮设置在大齿圈内，行星轮与大齿圈相啮合，大齿圈的外侧固定于盾体上。
所述盾体的开挖断面为正方形。
所述刀盘连接在行星轮轴的前端，刀盘的后部设置有内花键并与行星轮轴前部的外花键相啮合。
所述刀盘的刀盘轮廓的曲线方程为：
其中，(x，y)为刀盘轮廓的坐标，L为正方形的开挖断面)边长的一半，r为行星轮和大齿圈之间的中心距，θ为刀盘轮廓的展角，常数a＝-3.03L+5.61r和常数b＝1.15L-1.13r。
当θ∈(-90°，90°)时刀盘轮廓与开挖断面的边长相切，θ∈(90°,180°)∪(-90°,-180°)时刀盘的切削轨迹在开挖断面的边界内。
所述刀盘、行星轮轴和行星轮的数量设有三个，三个刀盘的大小相等、呈品字形布置，刀盘之间的中心的夹角为120°，三个刀盘的中心距离大齿圈的中心的距离相等。
所述刀盘上设有撕裂刀和十字鱼尾刀，撕裂刀的数量设有若干个，撕裂刀沿刀盘的周向均匀分布，十字鱼尾刀固定在刀盘的中心。
所述盾体前部的周向布设有若干个盾体切刀。
所述盾体是组合式的盾体，盾体之间通过螺栓连接。
本发明的有益效果：刀盘在行星轮轴的带动下一边绕大齿圈中心做公转运动，一边绕行星轮中心做自转运动，同时在盾体前端周向均布有盾体切刀，保证全断面开挖；通过多个行星轮式仿形开挖装置的组合，可以形成不同的开挖断面；实现了多种规格矩形断面隧道的开挖，具有良好的经济性、适应性与可靠性。本发明同时具备全断面开挖、较好的土体切削效果和良好的断面适应性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明刀盘轮廓的示意图。
图3为本发明刀盘的布置图
图4为刀盘切削轨迹与正方形开挖断面的示意图。
图5为本发明的前视图。
图6为本发明的组合图。
图中，1为刀盘，2为盾体，3为行星轮轴，4为行星轮，5为行星架，6为大齿圈，101为刀盘轮廓，102为撕裂刀，103为十字鱼尾刀，104为切削轨迹，201为盾体切刀，202为开挖断面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，包括刀盘1、行星轮4、行星轮轴3、行星架5、大齿圈6和盾体2。刀盘1的形状为水滴形，刀盘1的后部与行星轮轴3相啮合。刀盘1连接在行星轮轴3的前端，刀盘1的后部设置有内花键并与行星轮轴3前部的外花键相啮合。行星轮轴3通过轴承与行星架5相连接，行星架5的后部与外部驱动装置相连接，行星轮3设置在行星轮轴4上，行星轮轴3随着行星轮4的转动而转动。行星轮4设置在大齿圈(6)内，行星轮4与大齿圈6相啮合、并绕大齿圈6中心转动，大齿圈6固定于盾体2上。
盾体2的横截面为正方形，其开挖断面202为正方形，刀盘1的刀盘轮廓101的曲线方程为：
其中，(x，y)为刀盘轮廓101的坐标，L为正方形的开挖断面202边长的一半、r为行星轮4和大齿圈6之间的中心距、θ为刀盘轮廓101的展角、a＝-3.03L+5.61r、b＝1.15L-1.13r。
具体地，正方形的开挖断面202边长为700mm，则L＝350mm，行星轮4和大齿圈6之间的中心距r＝216mm，行星轮4自转和公转的转速比为3:1，刀盘轮廓101的曲线方程为：
如图3所示，其中，θ∈(-90°，90°)时刀盘轮廓101与开挖断面202的边长OA相切，θ∈(90°,180°)∪(-90°,-180°)时刀盘的切削轨迹104在正方形开挖断面202边界内。同时，刀盘轮廓101的曲线方程保证了刀盘的切削轨迹104的包络线能最大程度逼近正方形的开挖断面202，同时又避免了在正方形开挖断面202的边角可能产生的超挖现象。
每个行星轮式仿形开挖装置包括三个刀盘1，三个刀盘1呈品字形布置、其中心彼此之间相隔120°，刀盘1之间的中心的夹角为120°，三个刀盘1的中心距离大齿圈6的中心的距离相等。初始时三个刀盘依次在0°、120°和240°的位置，每个刀盘1的中心线均处于水平方向。此时，三个刀盘1同时切削土体，并拥有相同的切削轨迹104。该布置方式保证了行星轮传动受力平衡，传动平稳。盾体2横截面设计为正方形，在盾体2前端的周向布设有盾体切刀201，在刀盘1无法切削到的地方，依靠盾体切刀切削土体，进而消除盲区，实现正方形的开挖断面202的全断面开挖。
刀盘上设有撕裂刀和十字鱼尾刀，撕裂刀的数量设有若干个，撕裂刀沿刀盘的周向均匀分布，十字鱼尾刀固定在刀盘的中心。即刀盘1上设置有两种刀具，一种是沿着刀盘轮廓101布置的撕裂刀102，一种是位于刀盘1中心的十字鱼尾刀103，能够很好地适应软土和砂砾地质的切削。多个行星轮式仿形开挖装置的组合图如图6所示，从而使开挖断面202为矩形或正方形。
盾体2是可分离的组合式的盾体，盾体2之间通过螺栓连接，盾体2彼此之间可以连接使用，进而组合出不同的开挖断面，从而大大提高对各种隧道断面的适应能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，包括刀盘(1)、行星轮(4)、行星轮轴(3)、行星架(5)、大齿圈(6)和盾体(2)；所述刀盘(1)的形状为水滴形，刀盘(1)的后部与行星轮轴(3)相啮合；所述行星轮轴(3)通过轴承与行星架(5)相连接，行星架(5)的后部与外部驱动装置相连接；所述行星轮(3)设置在行星轮轴(4)上，行星轮(4)设置在大齿圈(6)内，行星轮(4)与大齿圈(6)相啮合，大齿圈(6)的外侧固定于盾体(2)上。
2.根据权利要求1所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述盾体(2)的开挖断面(202)为正方形。
3.根据权利要求1所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述刀盘(1)连接在行星轮轴(3)的前端，刀盘(1)的后部设置有内花键并与行星轮轴(3)前部的外花键相啮合。
4.根据权利要求2所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述刀盘(1)的刀盘轮廓(101)的曲线方程为：
其中，(x，y)为刀盘轮廓(101)的坐标，L为正方形的开挖断面(202)边长的一半，r为行星轮(4)和大齿圈(6)之间的中心距，θ为刀盘轮廓(101)的展角，常数a＝-3.03L+5.61r和常数b＝1.15L-1.13r。
5.根据权利要求4所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，当θ∈(-90°，90°)时刀盘轮廓(101)与开挖断面(202)的边长相切，θ∈(90°,180°)∪(-90°,-180°)时刀盘的切削轨迹在开挖断面(202)的边界内。
6.根据权利要求1所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述刀盘(1)、行星轮轴(3)和行星轮(4)的数量设有三个，三个刀盘(1)的大小相等、呈品字形布置，刀盘(1)之间的中心的夹角为120°，三个刀盘(1)的中心距离大齿圈(6)的中心的距离相等。
7.根据权利要求1或6所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述刀盘(1)上设有撕裂刀(102)和十字鱼尾刀(103)，撕裂刀(102)的数量设有若干个，撕裂刀(102)沿刀盘(1)的周向均匀分布，十字鱼尾刀(103)固定在刀盘(1)的中心。
8.根据权利要求7所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述盾体(2)前部的周向布设有若干个盾体切刀(201)。
9.根据权利要求1所述的用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，其特征在于，所述盾体(2)是组合式的盾体，盾体(2)之间通过螺栓连接。
CN201711423092.4A 2017-12-25 2017-12-25 一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置 Active CN108150185B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711423092.4A CN108150185B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711423092.4A CN108150185B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108150185A true CN108150185A (zh) 2018-06-12
CN108150185B CN108150185B (zh) 2019-05-24

Family

ID=62462054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711423092.4A Active CN108150185B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108150185B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109469486A (zh) * 2018-12-06 2019-03-15 中建地下空间有限公司 一种多刀盘包络成形全断面钻具
CN109630150A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 中铁工程装备集团有限公司 一种全断面仿形开挖装置
CN109766610A (zh) * 2018-12-29 2019-05-17 中铁工程装备集团有限公司 一种用于圆角矩形隧道全断面仿形开挖的刀盘设计方法
CN112647955A (zh) * 2020-12-04 2021-04-13 中铁工程装备集团有限公司 一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法
CN113898351A (zh) * 2021-09-23 2022-01-07 西南交通大学 一种异形隧道模拟挖掘装置
CN113931651A (zh) * 2021-09-18 2022-01-14 上海隧道工程有限公司 异型双刀盘式全断面切削方形顶管机的切削装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102305085A (zh) * 2011-09-23 2012-01-04 上海城建（集团）公司 全断面掘进机异型断面切削装置
CN202970725U (zh) * 2012-08-16 2013-06-05 扬州广鑫重型设备有限公司 一种切面呈正方形掘进机的刀盘驱动总成
CN103233745A (zh) * 2013-05-13 2013-08-07 上海盾构设计试验研究中心有限公司 掘进机用行星式刀盘
CN105422109A (zh) * 2015-11-18 2016-03-23 上海隧道工程有限公司 行星式盾构多刀盘驱动装置
CN206753604U (zh) * 2017-05-08 2017-12-15 中铁工程装备集团有限公司 偏心转盘驱动勒洛三角形刀盘切削装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102305085A (zh) * 2011-09-23 2012-01-04 上海城建（集团）公司 全断面掘进机异型断面切削装置
CN202970725U (zh) * 2012-08-16 2013-06-05 扬州广鑫重型设备有限公司 一种切面呈正方形掘进机的刀盘驱动总成
CN103233745A (zh) * 2013-05-13 2013-08-07 上海盾构设计试验研究中心有限公司 掘进机用行星式刀盘
CN105422109A (zh) * 2015-11-18 2016-03-23 上海隧道工程有限公司 行星式盾构多刀盘驱动装置
CN206753604U (zh) * 2017-05-08 2017-12-15 中铁工程装备集团有限公司 偏心转盘驱动勒洛三角形刀盘切削装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109469486A (zh) * 2018-12-06 2019-03-15 中建地下空间有限公司 一种多刀盘包络成形全断面钻具
CN109766610A (zh) * 2018-12-29 2019-05-17 中铁工程装备集团有限公司 一种用于圆角矩形隧道全断面仿形开挖的刀盘设计方法
CN109766610B (zh) * 2018-12-29 2022-09-16 中铁工程装备集团有限公司 一种用于圆角矩形隧道全断面仿形开挖的刀盘设计方法
CN109630150A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 中铁工程装备集团有限公司 一种全断面仿形开挖装置
CN112647955A (zh) * 2020-12-04 2021-04-13 中铁工程装备集团有限公司 一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法
CN112647955B (zh) * 2020-12-04 2021-12-03 中铁工程装备集团有限公司 一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法
CN113931651A (zh) * 2021-09-18 2022-01-14 上海隧道工程有限公司 异型双刀盘式全断面切削方形顶管机的切削装置
CN113898351A (zh) * 2021-09-23 2022-01-07 西南交通大学 一种异形隧道模拟挖掘装置
CN113898351B (zh) * 2021-09-23 2022-07-01 西南交通大学 一种异形隧道模拟挖掘装置及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108150185B (zh) 2019-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108150185B (zh) 一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置
CN201802407U (zh) 一种组合刀盘式掘进机
CN102305085A (zh) 全断面掘进机异型断面切削装置
CN105507912B (zh) 一种超大断面马蹄形盾构机
CN106285709B (zh) 一种用于硬岩矩形切削断面的偏心滚刀平动刀盘
CN103410445A (zh) 全断面切削矩形顶管机切削机构
CN204002811U (zh) 盾构机刀盘
CN107023304B (zh) 偏心转盘驱动勒洛三角形刀盘切削装置
CN108729922A (zh) 一种顶管机及可退回式顶管施工方法
CN106812533B (zh) 一种双刀盘矩形掘进机
CN102587919B (zh) 一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法
CN103233745A (zh) 掘进机用行星式刀盘
CN102748034A (zh) 顶进型管道掘进机
CN203271756U (zh) 全断面掘进机椭圆形断面切削装置
JP3579366B2 (ja) 自由断面トンネル用シールド掘進機
CN208220805U (zh) 一种顶管机
CN206753604U (zh) 偏心转盘驱动勒洛三角形刀盘切削装置
CN106640109B (zh) 一种用于异形和圆形断面的通用型隧道掘进设备
CN108979651A (zh) 一种盾构机刀盘
CN210049901U (zh) 嵌岩刀盘
JP7194003B2 (ja) 掘削機の鋼殻、及び、掘削機
CN104832184B (zh) 一种盾构机环形刀盘的传动结构
CN207160111U (zh) 一种岩土破碎装置
JP7159032B2 (ja) 掘削機の隔壁、及び、掘削機
JP2640849B2 (ja) トンネル掘削機

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A Planetary Wheel Type Profiling Excavation Device for Rectangular Section Tunnel Construction

Effective date of registration: 20221226

Granted publication date: 20190524

Pledgee: China Construction Bank Corporation Zhengzhou Railway Sub Branch

Pledgor: CHINA RAILWAY ENGINEERING EQUIPMENT GROUP Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980029005

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Granted publication date: 20190524

Pledgee: China Construction Bank Corporation Zhengzhou Railway Sub Branch

Pledgor: CHINA RAILWAY ENGINEERING EQUIPMENT GROUP Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980029005