CN112832797B - 一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法 - Google Patents

一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法，包括大齿圈，所述大齿圈内圈设置有环形内齿，大齿圈内部安装有齿圈驱动机构，所述大齿圈一侧端面呈环形阵列设置有若干组限位凸起，所述限位凸起内侧设置有受力环，所述受力环外侧壁上开设有若干组呈环形阵列分布的安装槽，所述安装槽上滑动安装有活动挡块，安装槽槽底固定安装有液压装置，液压装置的输出端与活动挡块固定连接；所述受力环远离大齿圈的一侧端面设置有若干组支撑腿，所述支撑腿远离受力环的一侧端面固定连接有刀盘；本发明通过大齿圈带动撞击球撞击振动板，并调整减速器输出转速，使撞击球撞击振动板的频率与岩层固有频率相同或相近，进而产生共振来使刀盘从岩石中脱离。

Description

一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法
技术领域
本发明属于全断面岩石隧道掘进机技术领域，具体涉及一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法。
背景技术
刀盘驱动系统是TBM(即全断面岩石隧道掘进机)的核心部件，主要由多个驱动电机或液压马达、行星齿轮减速器、小齿轮及大齿圈、主轴承以及密封冷却系统组成。目前TBM的驱动方式主要有电机驱动和液压驱动，其中电机驱动包括双速电机驱动和变频电机驱动。
现有的TBM技术发展已经比较成熟，但仍然存在不少问题，比如刀盘刀具磨损严重，刀盘卡住被困，机械振动对地面建筑及底层的危害。特别是刀盘卡住被困事故时有发生，而导致停工，严重影响掘进效率。变频电机驱动方式是目前的主要驱动方式，尽管变频电机在低速时相对于普通的电机可以输出较大的扭矩，但是由于受到最大电磁转矩的限制，变频电机驱动方式的脱困扭矩有限。
为了解决刀盘脱困问题，在申请号201310165706.9的中国专利中，公开了一次TBM刀盘电机惯性飞轮复合驱动装置，该装置利用惯性飞轮进行蓄能，再通过粘性离合器控制惯性飞轮的能量释放，获得足够大的瞬时扭矩来进行刀盘脱困。这种方式虽然可以获得足够大的瞬时扭矩使刀盘脱困，但遇到过硬的岩层或刀盘卡的太紧，足够大的瞬时扭矩会给刀盘带来无法承受的负载，可能会导致刀盘变形、轴套脱离等事故的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法，通过大齿圈带动撞击球撞击振动板，并调整减速器输出转速，使撞击球撞击振动板的频率与岩层固有频率相同或相近，进而产生共振来使刀盘从岩石中脱离。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种刀盘脱困驱动装置，包括大齿圈，所述大齿圈内圈设置有环形内齿，大齿圈内部安装有齿圈驱动机构，所述大齿圈一侧端面呈环形阵列设置有若干组限位凸起，所述限位凸起内侧设置有受力环，所述受力环外侧壁上开设有若干组呈环形阵列分布的安装槽，所述安装槽上滑动安装有活动挡块，安装槽槽底固定安装有液压装置，液压装置的输出端与活动挡块固定连接；所述受力环远离大齿圈的一侧端面设置有若干组支撑腿，所述支撑腿远离受力环的一侧端面固定连接有刀盘；所述受力环与大齿圈之间设置有振动机构，所述振动机构包括撞击球和振动板，所述撞击球通过弹簧固定安装在限位凸起靠近刀盘的端面上，所述振动板等距间隔设置在支撑腿与受力环的连接处。
作为本发明进一步的方案：所述齿圈驱动机构包括小齿轮、减速器和变频电机；所述小齿轮与大齿圈内圈的环形内齿啮合连接，所述减速器输出轴与小齿轮固定连接，所述减速器输入轴与变频电机输出轴连接，所述减速器和变频电机均固定安装在掘进机机架上。
作为本发明进一步的方案：所述液压装置具有的伸缩杆为螺旋式伸缩杆。
作为本发明进一步的方案：所述活动挡块与限位凸起相匹配。
作为本发明进一步的方案：该刀盘的脱困方法具体包括以下步骤：
S1：刀盘被岩石卡住受困后，启动液压装置将受力环外周侧具有的多个活动挡块缩回安装槽内，活动挡块松开对限位凸起的限位使大齿圈可以继续旋转；
S2：持续旋转的大齿圈带动撞击球撞击振动板，并调整减速器输出转速，使撞击球撞击振动板的频率与岩层固有频率相同或相近；
S3：与岩层固有频率相同或相近的振动频率会通过支撑腿和刀盘传到岩石，并与岩石产生强烈的共振；
S4：强烈的共振会使卡住刀盘的岩石破裂，进而使被卡住受困的刀盘脱离；
S5：受力环外周侧具有的多个活动挡板在液压装置驱动下伸出，大齿圈上的限位凸起抵在活动挡板一侧，带动受力环旋转，使刀盘恢复工作状态；在大齿圈的限位凸起与活动挡块接触时，会产生冲击力，该冲击力会传递至卡住刀盘的岩石上，加快岩石的破裂，使刀盘脱困更加容易。
本发明的有益效果为：
1、本发明用与岩层固有频率相同或相近的振动频率会通过支撑杆和刀盘传到岩石，并与岩石产生强烈的共振，强烈的共振会使卡住刀盘的岩石破裂，进而使被卡住受困的刀盘脱离；进而可避免因刀盘需要承受因大扭矩带来的负载，可能导致的刀盘变形、轴套脱离等事故；
2、本发明在大齿圈的限位凸起与活动挡板接触的瞬间，撞击活动挡板产生冲击力，该冲击力会传递至卡住刀盘的岩石上，加快岩石的破裂，使刀盘脱困更加容易；
3、本发明产生的共振仅在刀盘卡住被困时才会使用，在刀盘正常运行时不会产生，可有效避免持续的共振对岩层造成过度破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明整体结构示意图。
图2为本发明整体结构侧视图。
图3为本发明中大齿圈带动受力环正常工作状态的示意图。
图4为本发明中刀盘被卡受困后大齿盘带动振动机构工作的示意图。
附图标记说明：1、大齿圈；2、齿圈驱动机构；3、受力环；4、支撑腿；5、振动机构；6、刀盘；11、限位凸起；21、小齿轮；22、减速器；23、变频电机；31、安装槽；32、活动挡块；33、液压装置；51、撞击球；52、振动板。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，一种刀盘脱困驱动装置，包括：大齿圈1、齿圈驱动机构2、受力环3、支撑腿4、振动机构5和刀盘6；所述齿圈驱动机构2驱动大齿圈1，大齿圈1带动受力环3，所述刀盘6通过多个支撑腿4固定在受力环3上，所述齿圈驱动机构2包括小齿轮21、减速器22及变频电机23，所述小齿轮21与大齿圈1啮合，减速器22输出轴与小齿轮21固定连接，减速器22输入轴与变频电机23输出轴连接；
如图1、图3所示，所述大齿圈1与受力环3同轴设置，该大齿圈1的直径大于受力环3直径，所述大齿圈1一侧端面呈环形阵列设置有若干组限位凸起11，若干组限位凸起11呈环形阵列排布；
如图3所示，所述受力环3外侧壁上开设有若干组呈环形阵列分布的安装槽31，所述安装槽31上滑动安装有活动挡块32，安装槽31槽底固定安装有液压装置33，液压装置33的输出端与活动挡块32固定连接，该液压装置33的伸缩杆为螺旋式伸缩杆；
如图4所示，所述振动机构5包括撞击球51和振动板52，所述撞击球51具有多个，该多个撞击球51通过支撑杆和弹簧分别设置在多个限位凸起11朝向刀盘6的一侧端面上，所述振动板52对应多个撞击球51设置有多个，该多个振动板52等距间隔设置支撑腿4与受力环3的连接处。
本发明还提供一种刀盘的脱困方法，具有包括以下步骤：
S1：刀盘6被岩石卡住受困后，启动液压装置33把受力环3外周侧具有的多个活动挡板缩回安装槽31内，使大齿圈1可以继续旋转；
S2：持续旋转的大齿圈1带动撞击球51撞击振动板52，并调整减速器22输出转速，使撞击球51撞击振动板52的频率与岩层固有频率相同或相近；
S3：与岩层固有频率相同或相近的振动频率会通过支撑腿4和刀盘6传到岩石，并与岩石产生强烈的共振；
S4：强烈的共振会使卡住刀盘6的岩石破裂，进而使被卡住受困的刀盘6脱离；
S5：受力环3外周侧具有的多个活动挡板在液压装置33驱动下伸出，大齿圈1上的限位凸起11抵在活动挡板一侧，带动受力环3旋转，使刀盘6恢复工作状态。在大齿圈1的限位凸起11与活动挡板接触时，会产生冲击力，该冲击力会传递至卡住刀盘6的岩石上，加快岩石的破裂，使刀盘6脱困更加容易。
本技术方案所提供的一种刀盘脱困驱动装置及刀盘脱困方法，其产生的共振是在刀盘6卡住被困时才会使用，在刀盘6正常运行时不会产生，以避免持续的共振对岩层造成过度破坏。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种刀盘脱困驱动装置，包括大齿圈(1)，其特征在于：所述大齿圈(1)内圈设置有环形内齿，大齿圈(1)内部安装有齿圈驱动机构(2)，所述大齿圈(1)一侧端面呈环形阵列设置有若干组限位凸起(11)，所述限位凸起(11)内侧设置有受力环(3)，所述受力环(3)外侧壁上开设有若干组呈环形阵列分布的安装槽(31)，所述安装槽(31)上滑动安装有活动挡块(32)，安装槽(31)槽底固定安装有液压装置(33)，液压装置(33)的输出端与活动挡块(32)固定连接；所述受力环(3)远离大齿圈(1)的一侧端面设置有若干组支撑腿(4)，所述支撑腿(4)远离受力环(3)的一侧端面固定连接有刀盘(6)；所述受力环(3)与大齿圈(1)之间设置有振动机构(5)，所述振动机构(5)包括撞击球(51)和振动板(52)，所述撞击球(51)通过弹簧固定安装在限位凸起(11)靠近刀盘(6)的端面上，所述振动板(52)等距间隔设置在支撑腿(4)与受力环(3)的连接处。
2.根据权利要求1所述的一种刀盘脱困驱动装置，其特征在于，所述齿圈驱动机构(2)包括小齿轮(21)、减速器(22)和变频电机(23)；所述小齿轮(21)与大齿圈(1)内圈的环形内齿啮合连接，所述减速器(22)输出轴与小齿轮(21)固定连接，所述减速器(22)输入轴与变频电机(23)输出轴连接，所述减速器(22)和变频电机(23)均固定安装在掘进机机架上。
3.根据权利要求2所述的一种刀盘脱困驱动装置，其特征在于，所述液压装置(33)具有的伸缩杆为螺旋式伸缩杆。
4.根据权利要求3所述的一种刀盘脱困驱动装置，其特征在于，所述活动挡块(32)与限位凸起(11)相匹配。
5.根据权利要求4所述的一种刀盘脱困驱动装置的脱困方法，其特征在于，
该刀盘的脱困方法具体包括以下步骤：
S1：刀盘(6)被岩石卡住受困后，启动液压装置(33)将受力环(3)外周侧具有的多个活动挡块(32)缩回安装槽(31)内，活动挡块(32)松开对限位凸起(11)的限位使大齿圈(1)可以继续旋转；
S2：持续旋转的大齿圈(1)带动撞击球(51)撞击振动板(52)，并调整减速器(22)输出转速，使撞击球(51)撞击振动板(52)的频率与岩层固有频率相同或相近；
S3：与岩层固有频率相同或相近的振动频率会通过支撑腿(4)和刀盘(6)传到岩石，并与岩石产生强烈的共振；
S4：强烈的共振会使卡住刀盘(6)的岩石破裂，进而使被卡住受困的刀盘(6)脱离；
S5：受力环(3)外周侧具有的多个活动挡板在液压装置(33)驱动下伸出，大齿圈(1)上的限位凸起(11)抵在活动挡板一侧，带动受力环(3)旋转，使刀盘(6)恢复工作状态；在大齿圈(1)的限位凸起(11)与活动挡块(32)接触时，会产生冲击力，该冲击力会传递至卡住刀盘(6)的岩石上，加快岩石的破裂，使刀盘(6)脱困更加容易。
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