CN112664218A - 一种掘进机刀盘盲区切削系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掘进机刀盘盲区切削系统，包括与盾体相连的盾体支撑结构，盾体支撑结构通过驱动装置连接有刀盘，驱动装置包括通过第一轴承组转动设置在盾体支撑结构上且偏心距相同的偏心转盘I和偏心转盘II，偏心转盘I通过内齿圈连接有驱动部件，偏心转盘I和偏心转盘II通过第二轴承组连接有主轴，主轴上连接有小齿轮，盾体支撑结构上设置有与小齿轮啮合的内齿型大齿圈，主轴的前端设置有与掘进机盲区对应的刀盘。驱动部件驱动偏心转盘Ⅰ和偏心转盘Ⅱ带动主轴、小齿轮做公转运动，同时小齿轮在与内齿型大齿圈啮合作用下，带动主轴和做与公转方向相反的自转运动，进而带动刀盘在公转运动的同时完成自身的旋转，实现全盲区的切削。

Description

一种掘进机刀盘盲区切削系统

技术领域

本发明涉及隧道盲区破岩技术领域，特别是指一种掘进机刀盘盲区切削系统。

背景技术

目前，已有的矩形、拱门形断面顶管、马蹄形、三圆或多圆盾构等异形掘进机的切削系统多由几个圆形断面刀盘组合而成，它的缺点是不能做到100%全断面切削，始终存在着切削盲区。如盲区形状大多呈三角形或类三角形状，较多的盲区会影响掌子面的稳定和地表沉降的控制，这就造成了该类掘进机地质适应能力有限，尤其是对复合或者硬岩地层掘进时，还存在掘不动的问题，不能完全满足使用需求。

经检索，现有授权公告日为2013.12.25、授权公告号为CN203362167U的实用新型专利公开了一种盾构掘进机，包括公转体，围绕公转轴心旋转支承在盾构主体的隔壁上；切刀驱动体，围绕从公转轴心偏离的偏心轴心旋转地支承在公转体上；刀盘，具有三条刀盘轮辐，三条刀盘轮辐在盾构主体的前部且从切刀驱动体以等角度在半径方向延伸；以及切刀驱动装置，借助将公转体与切刀驱动体联动连接的联动机构驱动刀盘旋转。该专利的技术方案能使刀盘形成类矩形的切削面，但是对于大断面或异形断面进行掘进时仍需要多个刀盘组合使用，如其说明书附图图10-图12所示，在两个刀盘之间仍然存在盲区，其说明书称之为残留部，需要采用固定式残留部切刀或驱动式式残留部切刀或沿残留部的掘进面平行往返移动（摆动）的残留部刀盘对残留部进行挖掘。

上述专利中对盲区掘进采用的技术方案存在诸多不足之处。首先，固定式残留部切刀、驱动式式残留部切刀和摆动式残留部刀盘均不能有效地覆盖盲区；其次，固定式及摆动式挖掘盲区效果差；另外，其驱动机构占用空间大、扭矩小，可靠性差。因此，亟需要发一种能够覆盖盲区、空间布局合理且掘进效果可靠的开挖装置。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种掘进机刀盘盲区切削系统，解决了现有大断面或异形断面掘进机无法对盲区进行可靠开挖的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种掘进机刀盘盲区切削系统，包括与盾体相连的盾体支撑结构，盾体支撑结构通过驱动装置连接有刀盘，驱动装置包括通过第一轴承组转动设置在盾体支撑结构上的偏心转盘I和偏心转盘II，偏心转盘I和偏心转盘II偏心距相同，偏心转盘I通过内齿圈连接有驱动部件，偏心转盘I和偏心转盘II通过第二轴承组连接有主轴，主轴上连接有小齿轮，盾体支撑结构上设置有与小齿轮啮合的内齿型大齿圈，主轴的前端设置有与掘进机盲区对应的刀盘。驱动部件驱动偏心转盘Ⅰ和偏心转盘Ⅱ带动主轴、小齿轮做公转运动，同时小齿轮在与内齿型大齿圈啮合作用下，带动主轴和做与公转方向相反的自转运动，进而带动刀盘在公转运动的同时完成自身的旋转，实现全盲区的切削。

进一步地，所述刀盘与主轴内设置有连通的射流通道，主轴的射流通道的后端口连接高压水系统或高压风系统或液氮输送系统或冰粒输送系统，刀盘的射流通道前端口设置有朝向掘进机盲区的高压喷口。通过射流通道和高压喷口及其相应的介质系统，可以实现射流切削与金属刀具切削的复合破岩效果。

进一步地，所述主轴的射流通道后端口连接有回转接头Ⅱ，回转接头Ⅱ连接有回转接头Ⅰ，回转接头Ⅰ与主轴的公转中心轴同轴。工作时，回转接头Ⅱ绕回转接头Ⅰ公转，同时回转接头Ⅱ做自转运动，既能简化射流管道系统结构，又能节约安装空间。

进一步地，所述第一轴承组包括交叉滚子转盘轴承和三排圆柱滚子轴承，交叉滚子转盘轴承设置在偏心转盘II与盾体支撑结构之间，三排圆柱滚子轴承设置在偏心转盘I与盾体支撑结构之间，所述内齿型大齿圈设置在交叉滚子转盘轴承和三排圆柱滚子轴承之间。

进一步地，所述第二轴承组包括双列圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和推力圆锥滚子轴承，双列圆柱滚子轴承设置在主轴与偏心转盘II之间，圆锥滚子轴承和推力圆锥滚子轴承设置在主轴与偏心转盘I之间。

进一步地，所述偏心转盘I设置在偏心转盘II的后侧，偏心转盘II的前侧设置有密封压盖，密封压盖与偏心转盘II之间设置有密封。设置密封端盖既能避免公转的偏心转盘II直接与前方的渣土接触，进而降低阻力，又能够保护偏心转盘II，避免直接磨损，同时还能够起到有效的密封防护作用。

进一步地，所述驱动部件包括电机或液压马达，电机或液压马达连接有减速器，减速器通过端盖座与盾体支撑结构相连，减速器的输出齿轮与内齿型大齿圈啮合。

进一步地，所述驱动部件设置有若干个，能够有效提高扭矩。

进一步地，所述刀盘包括至少两个刀盘主梁，刀盘主梁上设置有切刀和/或滚刀和/或撕裂刀和/或刮刀，刀盘的中心设置有鱼尾刀。

进一步地，所述偏心转盘I和偏心转盘II固定连接，使偏心转盘I和偏心转盘II成为一体式结构，不仅运动的协调性更加稳定，而且能够更加稳定地支撑主轴。

进一步地，所述内齿型大齿圈与小齿轮的齿数比为3∶2，刀盘的自转直径为小齿轮分度圆直径的两倍。

本发明的技术方案不仅能够满足大断面或异形隧道掘进盲区开挖的问题，可以覆盖多数掘进机存在的三角形盲区的切削，而且通过调节齿数比和直径比，可以构造不同形状的切削端面，另外，占用空间小、扭矩大、可靠性高，可以有效的处理大断面或异形掘进机中存在盲区的问题，实现在不同地层的全断面开挖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，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为本发明的剖视图；

图2为本发明实施例的刀具轨迹图；

图3为本发明的驱动装置后视图；

图中：1为刀盘；2为驱动装置；3为盾体支撑结构；4为回转接头Ⅰ；5为回转接头Ⅱ；101为高压喷口；102为切刀；103为鱼尾刀；104为刀具运动轨迹；105为射流通道；106为刀盘主梁；201为电机；202为减速器；203为端盖座；204为主轴；205为圆锥滚子轴承；206推力圆锥滚子轴承；207为偏心转盘I；208为三排圆柱滚子轴承；209为大齿圈；210为小齿轮；211为交叉滚子转盘轴承；212为偏心转盘II；213为双列圆柱滚子轴承；214为密封；215为密封压盖；216为内齿圈；217为旋转座；218为外壳；219为连接梁。

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。

一种掘进机刀盘盲区切削系统，如图1所示，包括与盾体相连的盾体支撑结构3，附图中未显示出盾体，盾体支撑结构3通过驱动装置2连接有刀盘1，驱动装置2包括通过第一轴承组转动设置在盾体支撑结构3上的偏心转盘I207和偏心转盘II212，偏心转盘I207和偏心转盘II212偏心距相同。偏心转盘I207通过内齿圈216连接有驱动部件，偏心转盘I207和偏心转盘II212通过第二轴承组连接有主轴204，主轴204上连接有小齿轮210，盾体支撑结构3上设置有与小齿轮210啮合的内齿型大齿圈209，主轴204的前端设置有与掘进机盲区对应的刀盘1。驱动部件驱动偏心转盘Ⅰ207和偏心转盘Ⅱ212带动主轴204、小齿轮210做公转运动，同时小齿轮210在与内齿型大齿圈209啮合作用下，带动主轴204和做与公转方向相反的自转运动，进而带动1刀盘在公转运动的同时完成自身的旋转，实现全盲区的切削。

具体地，所述驱动部件包括电机201或液压马达，电机201或液压马达连接有减速器202，减速器202通过端盖座203与盾体支撑结构3相连，端盖座203上设置有端盖，减速器202的输出齿轮与内齿型大齿圈209啮合。所述驱动部件设置有若干个，能够有效提高扭矩。如图3所示，本实施例中驱动部件设置有3个，3个驱动部件等角分布。

所述第一轴承组包括交叉滚子转盘轴承211和三排圆柱滚子轴承208，交叉滚子转盘轴承211设置在偏心转盘II212与盾体支撑结构3之间，三排圆柱滚子轴承208设置在偏心转盘I207与盾体支撑结构3之间。交叉滚子转盘轴承211和三排圆柱滚子轴承208的定子部分与盾体支撑结构3相连，交叉滚子转盘轴承211的动子部分通过螺栓与偏心转盘II212连接，三排圆柱滚子轴承208的动子部分通过螺栓与偏心转盘Ⅰ207连接，内齿型大齿圈209通过螺栓设置在交叉滚子转盘轴承211和三排圆柱滚子轴承208的定子之间。

所述第二轴承组包括双列圆柱滚子轴承213、圆锥滚子轴承205和推力圆锥滚子轴承206，双列圆柱滚子轴承213设置在主轴204与偏心转盘II212之间，圆锥滚子轴承205和推力圆锥滚子轴承206设置在主轴204与偏心转盘I207之间。所述主轴204上设置有旋转座217，旋转座217设置在主轴204的变径槽内，旋转座217通过螺栓与偏心转盘II212的中心孔座相连，所述双列圆柱滚子轴承213设置在中心孔座与主轴204之间且位于旋转座217后方，双列圆柱滚子轴承213的定子位于主轴204上的变径槽内。所述圆锥滚子轴承205和推力圆锥滚子轴承206分别设置在主轴204的不同直径段，圆锥滚子轴承205和推力圆锥滚子轴承206设置有通过螺栓连接为一体的外壳218，外壳218与偏心转盘I207相连，偏心转盘I207与推力圆锥滚子轴承206径向相对，圆锥滚子轴承205与所述减速器202的输出齿轮径向相对。

进一步地，所述偏心转盘I207设置在偏心转盘II212的后侧，偏心转盘II212的前侧设置有密封压盖215，密封压盖215与偏心转盘II212之间设置有密封214。设置密封端盖215既能避免公转的偏心转盘II212直接与前方的渣土接触，进而降低阻力，又能够保护偏心转盘II，避免直接磨损，同时还能够起到有效的密封防护作用。

进一步地，所述刀盘1与主轴204内设置有连通的射流通道105，主轴204的射流通道105的后端口连接高压水系统或高压风系统或液氮输送系统或冰粒输送系统，刀盘1的射流通道105前端口设置有朝向掘进机盲区的高压喷口101。通过射流通道105和高压喷口101及其相应的介质系统，可以实现射流切削与金属刀具切削的复合破岩效果。

所述主轴204的射流通道105后端口连接有回转接头Ⅱ5，回转接头Ⅱ5连接有回转接头Ⅰ4，回转接头Ⅰ4与主轴204公转中心轴同轴且设置在所述端盖的中心。工作时，回转接头Ⅱ5绕回转接头Ⅰ4公转，同时回转接头Ⅱ5做自转运动，高压水或其他介质从后侧回转接头Ⅰ4、回转接头Ⅱ5到主轴204，再从刀盘主梁106中到高压喷口101，既能简化射流管道系统结构，又能节约安装空间。

所述刀盘1包括至少两个刀盘主梁106，本实施例中为2个刀盘主梁106。刀盘主梁106上设置有切刀107和/或滚刀和/或撕裂刀和/或刮刀，刀盘1的中心设置有鱼尾刀103。

进一步地，所述偏心转盘I207通过连接梁219与偏心转盘II212固定连接，使偏心转盘I207和偏心转盘II212成为一体式结构，不仅运动的协调性更加稳定，而且能够更加稳定地支撑主轴204。

进一步地，所述内齿型大齿圈209与小齿轮210的齿数比为3∶2，刀盘1的自转直径为小齿轮210分度圆直径的两倍，则刀具轨迹如图2所示，可以完全覆盖三角形盲区。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

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 (11)

1.一种掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：包括与盾体相连的盾体支撑结构（3），盾体支撑结构（3）通过驱动装置（2）连接有刀盘（1），驱动装置（2）包括通过第一轴承组转动设置在盾体支撑结构（3）上且偏心距相同的偏心转盘I（207）和偏心转盘II（212），偏心转盘I（207）通过内齿圈（216）连接有驱动部件，偏心转盘I（207）和偏心转盘II（212）通过第二轴承组连接有主轴（204），主轴（204）上连接有小齿轮（210），盾体支撑结构（3）上设置有与小齿轮（210）啮合的内齿型大齿圈（209），主轴（204）的前端设置有与掘进机盲区对应的刀盘（1）。

2.根据权利要求1所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述刀盘（1）与主轴（204）内设置有连通的射流通道（105），主轴（204）的射流通道（105）的后端口连接高压水系统或高压风系统或液氮输送系统或冰粒输送系统，刀盘（1）的射流通道（105）前端口设置有朝向掘进机盲区的高压喷口（101）。

3.根据权利要求2所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述主轴（204）的射流通道（105）后端口连接有回转接头Ⅱ（5），回转接头Ⅱ（5）连接有回转接头Ⅰ（4），回转接头Ⅰ（4）与主轴（204）的公转中心轴同轴。

4.根据权利要求1-3任一项所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述第一轴承组包括交叉滚子转盘轴承（211）和三排圆柱滚子轴承（208），交叉滚子转盘轴承（211）设置在偏心转盘II（212）与盾体支撑结构（3）之间，三排圆柱滚子轴承（208）设置在偏心转盘I（207）与盾体支撑结构（3）之间，所述内齿型大齿圈（209）设置在交叉滚子转盘轴承（211）和三排圆柱滚子轴承（208）之间。

5.根据权利要求4所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述第二轴承组包括双列圆柱滚子轴承（213）、圆锥滚子轴承（205）和推力圆锥滚子轴承（206），双列圆柱滚子轴承（213）设置在主轴（204）与偏心转盘II（212）之间，圆锥滚子轴承（205）和推力圆锥滚子轴承（206）设置在主轴（204）与偏心转盘I（207）之间。

6.根据权利要求1-3、5任一项所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述偏心转盘I（207）设置在偏心转盘II（212）的后侧，偏心转盘II（212）的前侧设置有密封压盖（215），密封压盖（215）与偏心转盘II（212）之间设置有密封（214）。

7.根据权利要求6所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述驱动部件包括电机（201）或液压马达，电机（201）或液压马达连接有减速器（202），减速器（202）通过端盖座（203）与盾体支撑结构（3）相连，减速器（202）的输出齿轮与内齿型大齿圈（209）啮合。

8.根据权利要求1-3、5、7任一项所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述驱动部件设置有若干个。

9.根据权利要求8所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述刀盘（1）包括至少两个刀盘主梁（106），刀盘主梁（106）上设置有切刀（107）和/或滚刀和/或撕裂刀和/或刮刀，刀盘（1）的中心设置有鱼尾刀（103）。

10.根据权利要求1-3、5、7、9任一项所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述偏心转盘I（207）和偏心转盘II（212）固定连接。

11.根据权利要求10所述的掘进机刀盘盲区切削系统，其特征在于：所述内齿型大齿圈（209）与小齿轮（210）的齿数比为3∶2，刀盘（1）的自转直径为小齿轮（210）分度圆直径的两倍。

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