CN111963185B - 硬岩双模式中心出渣tbm掘进机的刀盘驱动装置 - Google Patents
硬岩双模式中心出渣tbm掘进机的刀盘驱动装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其齿轮箱、沿轴向分体式布置于齿轮箱内的大齿圈和主轴承，供安装刀盘的旋转环；大齿圈由变频电机驱动机构驱动转动，旋转环同轴固定于大齿圈及主轴承的内圈，主轴承的外圈与齿轮箱固定，旋转环的外周面贴合于齿轮箱的外环侧壁并设置有外周密封结构，旋转环的内周面贴合于齿轮箱的内环侧壁并设置有内周密封结构，齿轮箱的中心部位留有供安装伸缩式封闭装置的安装空间。本发明通过大齿轮与主轴承之间采用轴向布置，可以确保在使用高强度大直径轴承的同时减小刀盘驱动装置径向尺寸，使结构更为紧凑，满足驱动中心布置伸缩式封闭装置以及驱动上方预留足够空间布置大型人闸的需求。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程机械技术领域，尤其涉及一种硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置。
背景技术
随着近年来各国城市道路建设的快速发展，城市地下空间的建设也越发迅猛，而可供利用的地下空间逐渐减少，留给今后地铁隧道线路的选择余地越来越少，地铁盾构隧道掘进机不可避免需要应对复杂的复合地质条件和地面建筑物群。随着隧道建设的复杂程度越来越高，掘进机必须克服由不同地质包括硬岩、软土、大卵石、又或是每样一些组成复合地质，过去单一功能模式的掘进机必然会向双模式、多模式全断面掘进机的方向发展，以满足隧道工程多样性的需求。
敞开及闭胸土压平衡双模式单护盾TBM掘进机可实现螺旋机/皮带机快速模式切换，解决了在破碎带、富水地层中施工效率低下，施工安全风险巨大的问题。而刀盘驱动装置是TBM掘进机正常运作的心脏，在硬岩复杂地层中不仅需要满足良好的结构刚性以缓解掘进过程中的高频振动，结合双模TBM出渣位置位于驱动中心的特点，刀盘驱动在结构上还必须满足外形尺寸小，中心部分预留空间大的要求，以确保出渣皮带机以及螺旋输送机的快速安装与互换。传统驱动装置大齿轮与主轴承一体设计，大、小齿轮直接采用内/外啮合的形式显然无法满足这种新型敞开及闭胸土压平衡双模式单护盾TBM掘进机驱动装置的空间布置需求，因此需要一种抗疲劳性好、寿命长、结构更为紧凑的驱动装置以适应硬岩双模式TBM掘进机结构特点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为双模TBM提供一种既适应高IQD高强度硬岩又适应高地应力、断层破碎及自稳能力差的软岩不良地质的大齿轮和主轴承分体型刀盘驱动装置。其主要特征为大齿轮、主轴承为分体型，解决了传统双模刀盘驱动结构空间上无法同时满足伸缩式封闭装置及大型人闸的技术难题。
为此，本发明采用的技术方案为：一种硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其包括呈环形的齿轮箱、沿轴向分体式布置于所述齿轮箱内的大齿圈和主轴承，以及供安装刀盘的旋转环；所述大齿圈由变频电机驱动机构驱动转动，所述旋转环同轴固定于所述大齿圈及所述主轴承的内圈，所述主轴承的外圈与所述齿轮箱固定，所述旋转环的外周面贴合于所述齿轮箱的外环侧壁并设置有外周密封结构，所述旋转环的内周面贴合于所述齿轮箱的内环侧壁并设置有内周密封结构，所述齿轮箱的中心部位留有供安装伸缩式封闭装置的安装空间。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述变频电机驱动机构包括小齿轮、减速器和变频电机，所述小齿轮与所述大齿圈的外圈啮合，所述减速器的输出轴与所述小齿轮同轴固定，所述减速器的输入轴与所述变频电机的输出轴连接。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述齿轮箱的外环侧壁在未设置所述小齿轮的部位向内凹陷。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述大齿圈与所述旋转环通过第一双头螺柱和第一螺母组合轴向连接为一体，所述大齿圈与所述旋转环上对应开设有供所述第一双头螺柱穿设的第一螺柱孔。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述齿轮箱具有垂直于所述主轴承的轴线设置的隔板，所述主轴承的外圈与所述隔板通过第二双头螺柱和第二螺母组合轴向连接为一体，所述隔板与所述主轴承的外圈上对应开设有供所述第二双头螺柱穿设的第二螺柱孔。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述外周密封结构包括若干道第一VD密封圈，分别由第一密封压板沿着所述主轴承的轴向分隔固定在所述齿轮箱的外环侧壁，所述旋转环的外周面抵于若干道所述第一VD密封圈的底端，于所述齿轮箱的外环侧壁与所述旋转环的外周面之间形成外周密封腔。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述外周密封腔靠近刀盘的一侧通过设置相匹配的第一迷宫密封凸压环和第一迷宫密封凹压环形成迷宫密封。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述内周密封结构包括若干道第二VD密封圈，分别由第二密封压板沿着所述主轴承的轴向分隔固定在所述旋转环的内周面，所述齿轮箱的内环侧壁低于若干道所述第二VD密封圈的底端，于所述旋转环的内周面与所述齿轮箱的内环侧壁之间形成内周密封腔。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述内周密封腔靠近刀盘一侧通过设置相匹配的第二迷宫密封凸压环和第二迷宫密封凹压环形成迷宫密封。
作为本发明刀盘驱动装置的实施方式，所述旋转环上留有供安装刀盘的长螺栓孔。
本发明刀盘驱动装置通过大齿轮与主轴承之间采用轴向布置，可以确保在使用高强度大直径轴承的同时减小刀盘驱动装置径向尺寸，使结构更为紧凑，满足驱动中心布置伸缩式封闭装置以及驱动上方预留足够空间布置大型双室双舱人闸的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置的剖面结构示意图(伸缩式封闭装置缩回状态)。
图2为本发明实施例提供的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置的剖面结构示意图(伸缩式封闭装置伸出状态)。
图3为本发明实施例提供的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置的刀盘驱动外周密封组合的剖面结构示意图
图4为本发明实施例提供的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置的刀盘驱动内周密封组合的剖面结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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元件必须具有特定的方位、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。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的技术方案。
如图1～4，本实施例提供了一种硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其主要结构包括：变频电机1、减速器2、小齿轮3、大齿圈4、旋转环5、齿轮箱6、主轴承7、驱动密封组合8。
本发明刀盘驱动装置最主要的特征为大齿圈4与主轴承7为分体型且采用轴向布置，以解决传统双模刀盘驱动结构空间上无法同时满足伸缩式封闭装置9及大型人闸的技术难题。
具体来说，齿轮箱6呈环形，中部开孔，内部形成一环形空间，大齿圈4、主轴承7、小齿轮3、旋转环5以及驱动密封组合8均设置在齿轮箱6的环形空间内。其中，大齿圈4与主轴承7为沿轴向分体式布置，两者之间隔开一定距离，大齿圈4由变频电机驱动机构驱动转动，该变频电机驱动机构进一步包括小齿轮3、减速器2和变频电机1，小齿轮3与大齿圈4的外圈相啮合，相比于传统小齿轮啮合于大齿圈内圈，可以选择直径较小的大齿圈，减速器2的输出轴穿过齿轮箱的背板与小齿轮3同轴连接，减速器2的输入轴与变频电机1的输出轴连接。齿轮箱6的外环侧壁在未设置小齿轮3的部位向内凹陷，如图1中在齿轮箱6的右上角部位形成一矩形凹陷，可用来布置大型双室双舱人闸。
优选地，变频电机1可采用高扭矩变频驱动电机，并且可配有扭矩限制器，本实施例中，通过6台高扭矩变频驱动电机为刀盘驱动装置提供动力，经过减速器2进行一级减速后将驱动力传递至小齿轮3，带动大齿圈4转动。
大齿圈4与旋转环5通过双头螺柱和螺母组合①轴向连接为一体，大齿圈4与旋转环5上对应开设有供双头螺柱穿设的螺柱孔，旋转环5的外环面与主轴承7的内圈固定。
齿轮箱6具有垂直于主轴承7的轴线设置的隔板，主轴承7的外圈与隔板通过双头螺柱和螺母组合②轴向连接为一体，隔板与主轴承的外圈上对应开设有供双头螺柱穿设的螺柱孔。
大齿圈4的转动可带动旋转环5和主轴承7的内圈转动，旋转环5的前端(远离大齿圈的一侧)可通过长螺栓连接于TBM掘进机的刀盘，以驱动刀盘转动切削前方岩体。其中，旋转环5上预留有供安装长螺栓的长螺栓孔。
较佳地，6台高扭矩变频驱动电机均配有扭矩限制器，其中一台带有制动刹车10以满足刀盘快速制动需求。其中，电机可配备扭矩限制器和制动刹车的技术为现有技术，扭力限制器又名扭矩限制器、安全联轴器、安全离合器、BMOOM限制器等，其价格便宜、结构简单、方便拆装维护、过载后反应速度快、设定扭矩精确度高、使用寿命更长，配一个微型开关过载后能输出电信号以方便报警或自动停掉电机。广泛应用于电子装备行业、自动化生产线、输送机行业等。扭力限制器是联接主动机与工作机的一种部件，主要功能为过载保护，扭力限制器是当超载或机械故障而导致所需扭矩超过设定值时，它以打滑形式限制传动系统所传动的扭力，打滑的同时也能一个信号输出停掉电机和减速机，当过载情形消失后自行恢复联结。
双模式TBM刀盘驱动密封组合8分为外周密封结构和内周密封结构两部分。
如图3所示，外周密封结构包含5道第一VD密封圈812分别由第一密封压板811沿着主轴承的轴向分隔固定在齿轮箱6的外环侧壁，旋转环5的外周面抵于若干道第一VD密封圈812的底端，于齿轮箱6的外环侧壁与旋转环5的外周面之间形成外周密封腔。外周密封腔由外向内均分别为1道HBW密封腔81e，2道EP2密封腔81d和81c，1道稀油密封腔81b和1道泄漏检查腔81a。
外周密封腔靠近刀盘的一侧通过设置相匹配的第一迷宫密封凸压环814和第一迷宫密封凹压环815形成迷宫密封。并且，外周密封结构靠近刀盘一侧的最外道第一VD密封圈由第一迷宫密封凸压环814和第一内六角螺钉813固定。
迷宫密封为现有技术，是指转动零件和固定零件之间有许多曲折的小室使泄漏减小的密封，是理想的迷宫流道模型。在本实施例中，在第一迷宫密封凸压环814和第一迷宫密封凹压环815之间设有若干依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，密封油脂在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。
如图4所示，内周密封结构包含5道第二VD密封圈822分别由第二密封压板821沿着主轴承的轴向分隔固定在旋转环5的内周面，齿轮箱6的内环侧壁低于若干道第二VD密封圈822的底端，于旋转环5的内周面与齿轮箱6的内环侧壁之间形成内周密封腔。内周密封腔由外向内均分别为1道HBW密封腔82e，2道EP2密封腔82d和82c，1道稀油密封腔82b和1道泄漏检查腔82a，在齿轮箱的内环侧壁上对应靠近刀盘的前四道第二VD密封圈的位置分别设置有一油脂槽，HBW、EP2和稀油从小孔加入槽内，沿着油脂槽填充整个密封腔。
内周密封腔靠近刀盘一侧通过设置相匹配的第二迷宫密封凸压环824和第二迷宫密封凹压环825形成迷宫密封。并且内周密封结构靠近刀盘一侧的最外道第二VD密封圈由内周迷宫密封凸压环824和内六角螺钉823固定。
本实施例的驱动密封组合8采用多道VD密封组合结构形式，相比多翅型密封圈，结构更为紧凑，既适应开胸模式下高温、大粉尘施工环境，也能满足高水土压力条件下的土砂密封系统。
环形的齿轮箱6的中心部位留有足够的安装空间，供安装伸缩式封闭装置，满足双模TBM出渣位置位于驱动中心的特点。伸缩式封闭装置为现有技术，主要包括可相对滑动的一定环和一动环，定环可装设在齿轮箱中心部位的侧壁上，定环的另一端向土仓所在的位置延伸设置，动环嵌套于定环内，动环可沿着定环来回移动，动环上伸出定环的部分的顶部开设有供与土仓连通的连通口，动环由一驱动结构驱动移动，驱动结构可装设于齿轮箱上，通过驱动结构驱动动环沿着定环移动，以实现连通口的开启和关闭，当动环向送出时，连通口打开，接收土仓内渣土，如图2所示；当动环缩回时，连通口关闭，进行内部渣土运输，如图1所示。
本发明硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，由于大齿轮4与主轴承7采用轴向布置，可以确保在使用高强度大直径轴承的同时减小刀盘驱动装置径向尺寸，使结构更为紧凑，满足驱动中心布置伸缩式封闭装置9以及驱动上方预留足够空间布置大型双室双舱人闸的需求。为双模TBM提供一种既适应高IQD高强度硬岩又适应高地应力、断层破碎及自稳能力差的软岩不良地质的大齿轮和主轴承分体型刀盘驱动装置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：包括呈环形的齿轮箱、沿轴向分体式布置于所述齿轮箱内的大齿圈和主轴承，以及供安装刀盘的旋转环；所述大齿圈由变频电机驱动机构驱动转动，所述旋转环同轴固定于所述大齿圈及所述主轴承的内圈，所述主轴承的外圈与所述齿轮箱固定，所述旋转环的外周面贴合于所述齿轮箱的外环侧壁并设置有外周密封结构，所述旋转环的内周面贴合于所述齿轮箱的内环侧壁并设置有内周密封结构，所述齿轮箱的中心部位留有供安装伸缩式封闭装置的安装空间。
2.如权利要求1所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述变频电机驱动机构包括小齿轮、减速器和变频电机，所述小齿轮与所述大齿圈的外圈啮合，所述减速器的输出轴与所述小齿轮同轴固定，所述减速器的输入轴与所述变频电机的输出轴连接。
3.如权利要求2所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述齿轮箱的外环侧壁在未设置所述小齿轮的部位向内凹陷。
4.如权利要求1所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述大齿圈与所述旋转环通过第一双头螺柱和第一螺母组合轴向连接为一体，所述大齿圈与所述旋转环上对应开设有供所述第一双头螺柱穿设的第一螺柱孔。
5.如权利要求1所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述齿轮箱具有垂直于所述主轴承的轴线设置的隔板，所述主轴承的外圈与所述隔板通过第二双头螺柱和第二螺母组合轴向连接为一体，所述隔板与所述主轴承的外圈上对应开设有供所述第二双头螺柱穿设的第二螺柱孔。
6.如权利要求1所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述外周密封结构包括若干道第一VD密封圈，分别由第一密封压板沿着所述主轴承的轴向分隔固定在所述齿轮箱的外环侧壁，所述旋转环的外周面抵于若干道所述第一VD密封圈的底端，于所述齿轮箱的外环侧壁与所述旋转环的外周面之间形成外周密封腔。
7.如权利要求6所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述外周密封腔靠近刀盘的一侧通过设置相匹配的第一迷宫密封凸压环和第一迷宫密封凹压环形成迷宫密封。
8.如权利要求1所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述内周密封结构包括若干道第二VD密封圈，分别由第二密封压板沿着所述主轴承的轴向分隔固定在所述旋转环的内周面，所述齿轮箱的内环侧壁低于若干道所述第二VD密封圈的底端，于所述旋转环的内周面与所述齿轮箱的内环侧壁之间形成内周密封腔。
9.如权利要求8所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述内周密封腔靠近刀盘一侧通过设置相匹配的第二迷宫密封凸压环和第二迷宫密封凹压环形成迷宫密封。
10.如权利要求1所述的硬岩双模式中心出渣TBM掘进机的刀盘驱动装置，其特征在于：所述旋转环上留有供安装刀盘的长螺栓孔。
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