CN111188627B - 刀盘驱动装置和掘进设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种刀盘驱动装置和掘进设备。刀盘驱动装置包括：驱动电机，与刀盘连接；出渣管，贯通驱动电机和刀盘；驱动电机包括：电机定子；电机转子，环绕电机定子的外部周缘设置；电机转子与所述刀盘连接，出渣管伸入并贯通所述电机定子。驱动电机采用外转子结构形式直接驱动刀盘旋转，电机定子的中间开孔作为出渣通道的一部分，用于将刀盘掘进出的渣料输出至外部空间，简化了设备整体出渣通道的布局和管道动静转化的装置；通过驱动电机直接驱动刀盘旋转，减少了传统驱动机构中的减速箱装置，从而省掉其所需要的润滑、密封及压力补偿的要求，减少了密封结构的设置，避免了频繁起吊，补充油脂带来的时间上的浪费，从而提高了施工效率。

Description

刀盘驱动装置和掘进设备

技术领域

本发明涉及井下挖掘设备技术领域，具体而言，涉及刀盘驱动装置和掘进设备。

背景技术

相关技术中，随着对地下空间的重视及大量需求，竖井施工越来越多，其中竖井施工的地下工程包括地下停车场，页岩气发电、采矿巷道及地下防御工事等，较常采用用于井下施工的掘进机。在一些富水地层的竖井及长距离的竖井施工时，对主驱动的可靠性要求较高，传统的掘进机的刀盘是通过减速箱与电机或液压马达连接，减速箱对润滑和密封要求很高，一旦密封或润滑失效，整个机构将无法正常运行，从而带来巨大的经济损失。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题中的至少之一。

本发明的第一目的在于提供一种刀盘驱动装置。

本发明的第二目的在于提供一种掘进机设备。

为实现本发明的第一目的，本发明的实施例提供了一种刀盘驱动装置，用于驱动掘进设备的刀盘旋转，刀盘驱动装置包括：驱动电机，与刀盘连接；出渣管，贯通驱动电机和刀盘；其中，驱动电机驱动刀盘旋转，以将刀盘掘进出的渣料通过出渣管输出至外部空间。

在该技术方案中，驱动电机为永磁同步电机，驱动电机直接驱动刀盘旋转，相比传统的刀盘驱动结构，通过驱动电机直接驱动刀盘，省掉了传统驱动装置中的减速箱机构，大大简化了刀盘驱动装置的机械结构，节省了设备成本；传统减速箱机构在高水压环境中需要压力补偿系统来维持其正常工作，而大容积的压力补偿系统目前都没有可靠的应用，本发明采用驱动电机直接驱动刀盘旋转，不需对减速箱进行压力补偿，省去减速箱的压力补偿系统，提高了驱动装置整体的可靠性；传统减速箱机构需要不断注入油脂来实现密封功能，这就需要定期起吊设备至地面补充密封油脂，往复起吊下放与安装拆卸设备会占用大量施工时间，本发明采用驱动电机直接驱动刀盘旋转，不需要实施密封操作，省去定期补充密封油脂这道工序，大大节省了作业时间，提高了施工效率。

另外，本发明提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述技术方案中，驱动电机包括：电机定子；电机转子，环绕电机定子的外部周缘设置；其中，电机转子与刀盘连接，出渣管伸入并贯通电机定子。

在该技术方案中，驱动电机采用外转子的结构形式，外转子结构相比同功率的内转子结构，可以提供更大的扭矩，转子通过螺栓直接与刀盘连接，驱动电机转子在旋转时，可以同步驱动刀盘旋转，从而简化了整体的连接结构。驱动电机定子中间开孔，其通道作为出渣通道的一部分优化了出渣通道的整体布局，简化了出渣通道动静转化装置的设计。

上述任一技术方案中，出渣管包括：第一通道，轴向贯通电机定子；输渣部，至少一部分贯通刀盘，且输渣部的至少一部分与刀盘固定连接；

其中，输渣部远离刀盘的一端与第一通道相互贯通。

本技术方案中，输渣部的一端与第一通道靠近刀盘的一端连接，输渣部的另一端与刀盘固定连接，以使输渣部随刀盘同步旋转，且输渣部与第一通道相互贯通，输渣部远离电机定子的一端伸入至刀盘的一外表面内，并贯通至刀盘的另一外表面，刀盘在掘进的过程中，渣料也随之同步产生，输渣部随刀盘同步旋转，以将渣料依次通过输渣部和第一通道输出至外部空间，避免了渣料的堆积，提高了输送渣料的效率。

上述任一技术方案中，第一通道与电机定子同轴心设置。

在该技术方案中，渣料在通过第一通道时，会对第一通道的内壁形成一定的挤压力，会对电机定子造成一定程度的破坏，当第一通道与电机定子同轴心设置，使电机定子受力接近均匀，能够减弱或降低这种破坏，以提高电机定子的使用寿命。

刀盘驱动装置还包括：动密封件；其中，输渣部远离刀盘的一端与第一通道靠近刀盘的一端通过动密封件连接。

在该技术方案中，第一通道不转动，为了保证输渣部能够随刀盘同步

旋转，输渣部的一端与第一通道之间通过动密封件连接，结构简单，密封良好。

刀盘驱动装置还包括：吸渣口配合结构，吸渣口配合结构设于输渣部远离电机定子的一端的端口内；其中，刀盘上设有吸渣口，吸渣口配合结构与吸渣口相互配合，使从吸渣口进入的渣料通过吸渣口配合结构进入输渣部。

在该技术方案中，在刀盘上设有吸渣口，以方便将渣料吸入输渣部内。吸渣口配合结构与吸渣口相互配合，能够使渣料更方便地进入输渣部，可避免发生堵塞，从而进一步提高了是施工效率。

上述任一技术方案中，刀盘驱动装置还包括：法兰盘，设有轴向贯通的孔，孔适于输渣部穿设；其中，法兰盘通过紧固件与电机转子和刀盘连接，以使电机转子通过法兰盘带动刀盘旋转。

在该技术方案中，法兰盘的中部开设有孔，输渣部的至少一部分穿设于孔内，并与孔固定，因此，法兰盘还起到对输渣部的定位和固定作用。法兰盘通过法兰螺栓与电机转子和刀盘连接，连接结构简单，拆卸方便，便于维修。法兰螺栓是较为常见的紧固件。

上述任一技术方案中，驱动电机为水密电机，是通过在驱动电机的内腔充油，驱动电机的内腔与压力补偿系统连接，并保证内腔的压力恒略高于外部的水压，因此可以实现防止驱动电机进水的目的，使驱动电机起到了良好的密封效果。

为实现本发明的第二目的，本发明的实施例提供了一种掘进设备，适于对掘进区域进行掘进作业，掘进设备包括：任一实施中的刀盘驱动装置；刀盘，与刀盘驱动装置连接；送渣管，一端与刀盘驱动装置的出渣管相互贯通，送渣管的另一端位于掘进区域的外部；其中，刀盘驱动装置驱动刀盘旋转产生渣料，出渣管和送渣管依次将渣料输出。

在该技术方案中，掘进设备具有本发明任一实施例中的刀盘驱动装置，因此也具有本发明任一实施例中的刀盘驱动装置的全部技术效果，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明一个实施例的刀盘驱动装置应用状态的局部剖视结构示意图。

其中，图1中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100：刀盘驱动装置，110：驱动电机，112：电机定子，114：电机转子，120：出渣管，122：第一通道，124：输渣部，130：法兰螺栓，140：吸渣口配合结构，150：动密封件，160：法兰盘，200：刀盘，300：送渣管。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

传统的掘进机的刀盘是通过减速箱与电机或液压马达连接，减速箱对润滑和密封要求很高，一旦密封或润滑失效，整个机构将无法正常运行，从而带来巨大的经济损失。特别在深水掘进中，减速箱要承受高压，这就对密封的要求很高。现有的密封技术很难保证在高压下维持长时间的正常工作，这就需要可靠的压力补偿系统来补偿减速箱内外的压力。但是，大容积的压力补偿系统在泥浆环境下，很难保证可靠的应用，使得设备的可靠性大大降低。密封油脂的定期补给需将设备起吊至地面操作，起吊与下放过程中，面临拆卸与组装管道的工作，在长距离掘进过程中，起吊与下放设备所占用的时间将占用整个施工工期的一半以上，整个施工效率大大降低。

下面参照图1描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100，用于驱动掘进设备的刀盘200旋转，刀盘驱动装置100包括：驱动电机110和出渣管120，驱动电机110与刀盘200连接；出渣管120贯通驱动电机110和刀盘200；其中，驱动电机110驱动刀盘200旋转，以将刀盘200掘进出的渣料通过出渣管120输出至外部空间。

本实施例中，驱动电机110为永磁同步电机，驱动电机110直接驱动刀盘200旋转。相比传统的刀盘驱动结构，本实施例通过驱动电机110直接驱动刀盘200，省掉了传统的减速箱和其所需的润滑和密封；也省掉其压力补偿系统，而传统大容积的压力补偿系统可靠性不是很高，因此，驱动电机110直接驱动刀盘旋转200提高了整体结构的可靠性。省掉了电机与减速箱连接轴的润滑和密封，电机本身的密封与传统的密封一样，减少了密封结构的设置。

另外，驱动电机直接驱动刀盘旋转还节省了时间，提高了效率。相比传统的减速箱机构需要定期补充密封油脂，往复起吊下放，安装拆卸会占用大部分施工时间，本发明采用驱动电机直接驱动刀盘旋转，就不需要定期补充密封油脂，省掉了这个工序，因此节省了时间，提高了效率。

通过将出渣管120贯通驱动电机110和刀盘200，使刀盘200旋转产生的渣料能够从出渣管120排出。当驱动电机110直接带动刀盘200旋转，对掘进区域进行掘进作业时，避免了频繁起吊，补充密封油脂带来的时间上的浪费，从而提高了施工效率。

实施例2

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

驱动电机110包括：电机定子112和电机转子114，电机转子114环绕电机定子112的外部周缘设置；其中，电机转子114与刀盘200连接，出渣管120伸入并贯通电机定子112。

本实施例中，驱动电机110采用外转子的结构形式，外转子结构相比同功率的内转子结构，可以提供更大的扭矩，电机转子114通过法兰螺栓130与刀盘200直接相连，电机转子114在旋转时，可以同步驱动刀盘200旋转，从而简化了整体的连接结构。出渣管120作为出渣通道，出渣管120的至少一部分贯通电机定子112，使电机定子112作为出渣通道的一部分，进一步简化了出渣管120的结构，简化了设备整体出渣通道的布局和管道动静转化的装置。

实施例3

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

出渣管120包括：第一通道122和输渣部124，第一通道122轴向贯通电机定子112；输渣部124至少一部分贯通所述刀盘200，且所述输渣部124的至少一部分与所述刀盘200固定连接；

其中，所述输渣部124远离所述刀盘200的一端与所述第一通道122相互贯通。

其中，输渣部124的一端与第一通道122靠近刀盘200的一端连接，输渣部124的另一端与刀盘200固定连接，以使输渣部124随刀盘200同步旋转，且输渣部124与第一通道122相互贯通，输渣部124远离电机定子112的一端伸入至刀盘200的一外表面内，并贯通至刀盘200的另一外表面，刀盘200在掘进的过程中，渣料也随之同步产生，输渣部124随刀盘200同步旋转，以将渣料依次通过输渣部124和第一通道122输出至外部空间。避免了渣料的堆积，提高了输送渣料的效率。

实施例4

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

第一通道122与电机定子112同轴心设置。

本实施例中，渣料在通过第一通道122时，会对第一通道122的内壁形成一定的挤压力，这就对电机定子112造成一定程度的破坏，当第一通道122与电机定子112同轴心设置，使电机定子112受力接近均匀，能够减弱或降低这种破坏，以提高电机定子112的使用寿命。

实施例5

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

刀盘驱动装置100还包括：动密封件150；其中，输渣部124远离刀盘200的一端与第一通道122靠近刀盘200的一端通过动密封件150连接。

本实施例中，第一通道122不转动，为了保证输渣部124能够随刀盘200同步旋转，输渣部124的一端与第一通道122之间通过动密封件150连接。动密封件150可以为密封圈，结构简单，密封良好。密封圈可以设置为多道。

实施例6

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

刀盘驱动装置100还包括：吸渣口配合结构140，设于输渣部124远离电机定子112的一端的端口内；其中，刀盘200上设有吸渣口，吸渣口配合结构140与吸渣口相互配合，使从吸渣口进入的渣料通过吸渣口配合结构140进入输渣部124。

本实施中，在刀盘200上设有吸渣口，以方便将渣料吸入输渣部124内。吸渣口配合结构140与吸渣口相互配合，能够使渣料更方便地进入输渣部124，可避免发生堵塞，从而进一步提高了是施工效率。

实施例7

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

刀盘驱动装置100还包括：法兰盘160，法兰盘160设有轴向贯通的孔，孔适于输渣部124穿设；其中，法兰盘160通过紧固件与电机转子114和刀盘200连接，以使电机转子114通过法兰盘160带动刀盘200旋转。

本实施例中，法兰盘160的中部开设有孔，输渣部124的至少一部分穿设于孔内，并与孔固定，因此，法兰盘160还起到对输渣部124的定位和固定作用。法兰盘160通过法兰螺栓130与电机转子114和刀盘200连接，连接结构简单，拆卸方便，便于维修。法兰螺栓130是较为常见的紧固件。

本实施例中，通过法兰螺栓130直接连接电机转子114、法兰盘160和刀盘200，减少了传统的掘进机中的齿轮减速机构，从而省去了传统掘进机主驱动中齿轮的密封与润滑措施，减少了减速箱的压力补偿系统，大大提高了整机的可靠性。单电机的外转子直接驱动的结构形式简化了掘进机的部件设计，优化了竖井掘进机的整机机构。

实施例8

如图1所示，本实施例提供了一种刀盘驱动装置100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

刀盘驱动装置100还包括：内腔和压力补偿系统，其中，内腔设于驱动电机110内，用于充油；压力补偿系统与内腔连通；压力补偿系统适于根据外部环境的水压，调节内腔的压力。

本实施例中，驱动电机110外部是水，驱动电机110为水密电机，整个机构泡在水中。驱动电机110是通过在驱动电机110的内腔充油，内腔与压力补偿系统连接，压力补偿系统根据外部环境的水压，调节内腔的压力，使内腔的压力与压力补偿系统的压力相等，略高于外部环境水压，压力补偿系统通过自身感应环境水压，然后用来调节驱动电机110内的压力，用来保证驱动电机110的内腔压力恒高于外部水压。因此可以实现防止驱动电机110进水的目的，使驱动电机110起到了良好的密封效果。

实施例9

如图1所示，本实施例提供了一种掘进设备，适于对掘进区域进行掘进作业，掘进设备包括：任一实施例中的刀盘驱动装置100、刀盘200和送渣管300，刀盘200与刀盘驱动装置100连接；送渣管300的一端与刀盘驱动装置100的出渣管120相互贯通，送渣管300的另一端位于掘进区域的外部；其中，刀盘驱动装置100驱动刀盘200旋转产生渣料，出渣管120和送渣管300依次将渣料输出掘进区域。

由于本实施例中的掘进设备具有本发明任一实施例中的刀盘驱动装置100，因此也具有本发明任一实施例中的刀盘驱动装置100的全部技术效果，在此不再赘述。

实施例10

如图1所示，本实施例提供了一种掘进设备。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

掘进设备为竖井掘进机。

本实施例中，送渣管300的下端直接固定在电机定子112上，送渣管300的上端延伸连接至竖井外部的顶部渣土池，因此，送渣管300不随刀盘200的旋转而旋转。本发明通过低速高转矩的永磁同步电机的电机转子114与竖井内掘进机的刀盘200采用螺栓直接进行连接，减少了传统的掘进机中齿轮减速机构的设置，从而省略了传统的掘进机主驱动中齿轮的密封与润滑措施，而省掉油脂补给时间将大大提高施工效率。另外，通过在电机内设置内腔充油，而内腔内的压力与压力补偿系统的压力相等，压力补偿系统通过自身感应环境水压，然后用来调节内腔内的压力，可以保证驱动电机110发内腔压力恒高于外部水压。因此使驱动电机110能够在掘进过程中适应较高水压，避免了驱动电机110内进水，在深水环境的工况中也能够实现可靠的密封、润滑及耐高压，因此，本发明具有结构简单和失效率低的特点，并且适用于不同开挖直径、不同地层及不同竖井内的掘进机。

综上，本发明实施例的有益效果为：

1.本发明采用驱动电机110直接驱动刀盘，驱动电机110驱动代替传统的齿轮减速箱驱动，及对应的润滑、密封、压力补偿系统，简化了整体的结构设计，提高了整体结构的可靠性，节省了成本。

2.通过在驱动电机110内设置内腔，压力补偿系统通过自身感应环境水压，然后用来调节内腔内的压力，使内腔的压力与压力补偿系统的压力相等，使驱动电机起到了良好的密封效果，可以防止驱动电机110内进水，提高电机的可靠性。

3.驱动电机110采用外转子的结构形式，外转子结构相对于同功率的内转子结构，可以提供更大的扭矩，另外，电机定子112的中间开设通道，作为出渣通道一部分，简化了出渣通道的布置及出渣通道的动静转化结构。

4.节省时间，提高效率。传统的减速箱机构需要定期补充密封油脂，往复起吊下放，安装拆卸会占用大部分施工时间，本发明采用驱动电机110直接驱动刀盘200旋转，就不需要定期补充密封油脂，省掉了这个工序，因此节省了时间，提高了效率。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种刀盘驱动装置，用于驱动掘进设备的刀盘旋转，其特征在于，所述刀盘驱动装置包括：

驱动电机，与所述刀盘连接；

出渣管，贯通所述驱动电机和所述刀盘；

其中，所述驱动电机驱动所述刀盘旋转，以将所述刀盘掘进出的渣料通过所述出渣管输出至外部空间；

所述驱动电机包括：

电机定子；

电机转子，环绕所述电机定子的外部周缘设置；

其中，所述电机转子与所述刀盘连接，所述出渣管伸入并贯通所述电机定子；

法兰盘；

其中，所述法兰盘通过紧固件与所述电机转子和所述刀盘连接，以使所述电机转子通过所述法兰盘带动所述刀盘旋转。

2.根据权利要求1所述的刀盘驱动装置，其特征在于，所述出渣管包括：

第一通道，轴向贯通所述电机定子；

输渣部，至少一部分贯通所述刀盘，且所述输渣部的至少一部分与所述刀盘固定连接；

其中，所述输渣部远离所述刀盘的一端与所述第一通道相互贯通。

3.根据权利要求2所述的刀盘驱动装置，其特征在于，

所述第一通道与所述电机定子同轴心设置。

4.根据权利要求2所述的刀盘驱动装置，其特征在于，还包括：

动密封件；

其中，所述输渣部远离所述刀盘的一端与所述第一通道靠近所述刀盘的一端通过所述动密封件连接。

5.根据权利要求2所述的刀盘驱动装置，其特征在于，还包括：

吸渣口配合结构，设于所述输渣部远离所述电机定子的一端的端口内；

其中，所述刀盘上设有吸渣口，所述吸渣口配合结构与所述吸渣口相互配合，使从所述吸渣口进入的所述渣料通过所述吸渣口配合结构进入所述输渣部。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的刀盘驱动装置，其特征在于，还包括：

压力补偿系统，与所述驱动电机内腔连通；

其中，所述压力补偿系统适于根据外部环境的水压，调节所述驱动电机内腔的压力。

7.一种掘进设备，适于对掘进区域进行掘进作业，其特征在于，所述掘进设备包括：

如权利要求1至6中任一项所述的刀盘驱动装置；

刀盘，与所述刀盘驱动装置连接；

送渣管，一端与所述刀盘驱动装置的所述出渣管相互贯通，所述送渣管的另一端位于所述掘进区域的外部；

其中，所述刀盘驱动装置驱动所述刀盘旋转产生渣料，所述出渣管和所述送渣管依次将所述渣料输出所述掘进区域。

8.根据权利要求7所述的掘进设备，其特征在于，

所述掘进设备为竖井掘进机。

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