CN112922628A - 顶管机刀盘驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管机刀盘驱动装置，涉及顶管机技术领域，包括支撑组件、传动机构、调节机构；支撑组件为圆环状，支撑组件壁面开设有多个矩形贯通口，多个矩形贯通口沿支撑组件轴心排列设置；本发明通过齿轮一让连接环在管上高速旋转并向一侧水平移动，在连接环水平移动时，用于连接环储能，当连接环与挡板贴合时，同时齿轮二对齿圈一传动，从而通过齿轮二对齿圈一的扭矩与连接环的惯性力，瞬间增大对管的扭矩，以让刀盘进行脱困；通过扣管的水平移动，以扣合齿轮组一或齿轮组二，从而调节齿轮一与齿圈二，齿轮二与齿圈一的主动被动关系，以调节刀盘的转速与扭矩。

Description

顶管机刀盘驱动装置

技术领域

本发明涉及顶管机技术领域，具体为顶管机刀盘驱动装置。

背景技术

传统的TBM刀盘驱动系统主要有：双速电机主驱动+液压马达辅助驱动方式与变频电机驱动方式。双速电机主驱动+液压马达辅助驱动方式存在的问题主要有：一、不能连续调速，地质适应性差；二、传动机构复杂，故障率高，影响掘进速度；三、液压马达和电机不能同时驱动，从而目前的主要驱动方式为变频电机驱动，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。在刚启动的时候，变频电机的驱动特性很差，因此，目前脱困仍然是TBM行业一个需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有变频电机驱动方式的脱困扭矩有限，在刚启动的时候，变频电机的驱动特性很差的问题，而提出一种顶管机刀盘驱动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：顶管机刀盘驱动装置，包括支撑组件、传动机构和调节机构，所述支撑组件的外壁面开设有多个矩形贯通口，所述支撑组件外壁面位于矩形贯通口的两侧均设置有安装板，其中，矩形贯通口两侧安装板的相对壁面对应设置有环形电磁铁一与环形电磁铁二；

所述传动机构设置在支撑组件内部，所述调节机构设置在支撑组件外壁四周位于多个矩形贯通口的上方；

所述传动机构包括管、挡板和齿圈组；所述管与传动机构同轴，且管的长度与支撑组件的矩形贯通口相同，所述管外壁面上设置有螺纹；所述挡板固定设置在所述管的左右两端；所述挡板的外壁分别连接有轴承，通过轴承把两个挡板与管连接在支撑组件内；左侧所述挡板与刀盘相连接；所述齿圈组包括连接环、齿圈一和齿圈二；所述连接环外壁面上设有两条环形凹槽，连接环的内壁设有螺纹，连接环内壁开始的螺纹与管外壁开设的螺纹相啮合；所述齿圈一与齿圈二分别安装在连接环外壁的两条环形凹槽内；

所述调节机构包括传动轴、齿轮组一、齿轮组二、传动板、扣管和磁铁；

所述传动轴两端贯穿环形电磁铁一与环形电磁铁二的轴心，传动轴的两端分别与矩形贯通口两侧的安装板进行轴连；所述传动轴一端延伸出一侧的安装板并连接驱动装置；

所述齿轮组一包括齿轮一和卡环一；所述齿轮一沿轴心设有圆形通孔一，所述齿轮一通过圆形通孔一嵌套在传动轴上，且传动轴的多个圆角与圆形通孔一的内壁相贴合，所述齿轮一与齿圈二相啮合；

所述卡环一包括环一和抵合块一；所述环一同轴固定在齿轮一的一侧壁面上，所述环一的表面开设有多个向环一轴心延伸的凹槽，所述凹槽内设置有弹性件，所述抵合块一与环一开设的凹槽相匹配，所述抵合块一靠近环一的一端通过弹性件与环一的凹槽底部连接；

所述齿轮组二和齿轮组一分别设置在传动轴左右两侧；所述齿轮组二包括齿轮二和卡环二；所述齿轮二沿轴心设有圆形通孔二，所述齿轮二通过圆形通孔二嵌套在传动轴上，所述齿轮二与齿圈一相啮合，所述卡环二与卡环一结构相同且相对设置；所述传动板设置在齿轮组一与齿轮组二之间，所述传动板为圆形板，传动板的中心设置有与传动轴相啮合的多变形贯通口；所述传动板外嵌套有扣管，所述传动板位于扣管中部，所述扣管以传动板为中心两侧分别设有多个条形凹槽，且与扣管两侧的多个条形凹槽相对齐，所述扣管两侧的条形凹槽分别对应两侧的抵合块一与抵合块二；所述传动板外侧嵌套磁铁。

优选的，所述支撑组件为圆环状，多个所述矩形贯通口沿支撑组件轴心排列设置；所述弹性件为弹簧或弹片，所述磁铁为环形。

优选的，所述齿圈二的齿数大于齿圈一的齿数，所述齿轮二的齿数大于齿轮一的齿数。

优选的，所述磁铁朝向环形电磁铁一的一端为S极，朝向环形电磁铁二的一端为N极。

优选的，所述传动轴为多边形，且传动轴的多个角为圆角；所述传动轴的多个圆角与齿轮二的圆形通孔二的内壁相贴合。

优选的，所述驱动装置包括变频电机和减速器。

优选的，所述抵合块一一端为倾斜下向的坡面，且抵合块一顶面为圆角。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过齿轮一让连接环在管上高速旋转并向一侧水平移动，在连接环水平移动时，用于连接环储能，当连接环与挡板贴合时，同时齿轮二对齿圈一传动，从而通过齿轮二对齿圈一的扭矩与连接环的惯性力，瞬间增大对管的扭矩，以让刀盘进行脱困；

2、本发明通过扣管的水平移动，以扣合齿轮组一或齿轮组二，从而调节齿轮一与齿圈二，齿轮二与齿圈一的主动被动关系，以调节刀盘的转速与扭矩。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明传动机构结构示意图；

图3为本发明齿圈组机构示意图；

图4为本发明调节机构示意图；

图5为本发明卡环结构示意图；

图6为本发明扣管结构示意图；

图7为本发明调节机构与传动机构运动示意图一；

图8为本发明调节机构与传动机构运动示意图二；

图9为本发明调节机构与传动机构运动示意图三。

附图标记：

1、支撑组件；2、传动机构；3、调节机构；11、矩形贯通口；12、安装板；13、环形电磁铁一；14、环形电磁铁二；21、管；22、挡板；23、齿圈组；31、传动轴；32、齿轮组一；33、齿轮组二；35、传动板；36、扣管；37、磁铁；231、连接环；232、齿圈一；233、齿圈二；321、齿轮一；322、卡环一；331、齿轮二；332、卡环二；361、条形凹槽；3221、环一；3222、抵合块一。

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1-9所示，顶管机刀盘驱动装置，包括：支撑组件1、传动机构2、调节机构3；

支撑组件1为圆环状，支撑组件1壁面开设有多个矩形贯通口11，多个矩形贯通口11沿支撑组件1轴心排列设置，支撑组件1壁面位于多个矩形贯通口11两侧设置有安装板12，其中矩形贯通口11两侧安装板12的相对壁面设置有环形电磁铁一13与环形电磁铁二14；

传动机构2设置在支撑组件1内部；

如图2所示，传动机构2包括：管21、挡板22和齿圈组23；

管21与传动机构2同轴，且管21的长度与支撑组件1的矩形贯通口11相同，管21外壁面上设置有螺纹；

挡板22为环状，挡板22的直径大于管21，挡板22数量为两个，两个挡板22同轴固定在管21的两端，且两个挡板22的外壁分别连接有轴承，通过轴承把两个挡板22与管21连接在支撑组件1内，左侧挡板22与刀盘相连接，通过挡板22旋转以驱动刀盘进行掘进；

齿圈组23包括：连接环231、齿圈一232和齿圈二233；

连接环231外壁面上设有两条环形凹槽，其内壁设有螺纹，连接环231内壁螺纹与管21外壁螺纹相啮合，从而连接环231能够在管21上旋转向一侧水平移动；

齿圈一232与齿圈二233的直径小于连接环231，齿圈一232与齿圈二233分别安装在连接环231外壁的两条环形凹槽内，从而保证齿圈一232与齿圈二233在的外壁与连接环231的外壁不平行；

齿圈二233的齿数大于齿圈一232，从而齿圈二233对连接环231输出高转速小扭矩，而齿圈一232对连接环231输出低转速大扭矩；

调节机构3数量与支撑组件1的矩形贯通口11相同，多个调节机构3安装在支撑组件1外壁四周，并且分别位于度多个矩形贯通口11的上方；

如图4所示，调节机构3包括：传动轴31、齿轮组一32、齿轮组二33、传动板35、扣管36、磁铁37；

传动轴31为多边形，且传动轴31的多个角为圆角，传动轴31两端贯穿环形电磁铁一13与环形电磁铁二14轴心，与矩形贯通口11两侧的安装板12进行轴连，其中传动轴31一端的延伸出一侧安装板12连接驱动装置(图中未示意)；

驱动装置包括：变频电机、减速器；

齿轮组一32包括：齿轮一321和卡环一322；

齿轮一321沿轴心设有圆形通孔，齿轮一321通过圆形通孔嵌套在传动轴31，且传动轴31的多个圆角与齿轮一321圆形通孔的内壁相贴合，齿轮一321与齿圈二233相啮合；

如图5所示，卡环一322包括：环一3221、抵合块一3222；

环一3221同轴固定在齿轮一321一侧壁面上，环一3221的表面开设有多个向环一3221轴心延伸的凹槽，凹槽内设置有弹性件，弹性件为弹簧或弹片；

抵合块一3222数量为多个，多个抵合块一3222分别啮合进环一3221的凹槽内，并与凹槽内的弹性件相连接，通过弹性件，多个抵合块一3222一端位于环一3221中凹槽的外部，抵合块一3222一端为倾斜下向的坡面，且抵合块一3222顶面为圆角；

齿轮组二33设置在传动轴31，位于齿轮组一32的一侧，且齿轮组二33与齿轮组一32之间有一定间距；

齿轮组二33包括：齿轮二331和卡环二332；

齿轮二331沿轴心设有圆形通孔，齿轮二331通过圆形通孔嵌套在传动轴31上，且传动轴31的多个圆角与齿轮二331圆形通孔的内壁相贴合，齿轮二331与齿圈一232相啮合，齿轮二331的齿数大于齿轮一321；

卡环二332与卡环一322结构相同，同样包含另一组环二、抵合块二，卡环二332与卡环一322相对设置，且卡环二332与卡环一322中抵合块一3222与抵合块二坡面相对；

传动板35设置在齿轮组一32与齿轮组二33之间，传动板35为圆形板，中心设置有与传动轴31相啮合的多变形贯通口；

传动板35外嵌套有扣管36，传动板35位于扣管36中部，如图6所示，扣管36以传动板35为中心两侧分别设有多个条形凹槽361，且与扣管36两侧的多个条形凹槽361相对齐，扣管36两侧的条形凹槽361分别对应两侧的抵合块一3222与抵合块二；

磁铁37为环形，磁铁37嵌套在传动板35上，为有助于理解，磁铁37朝向环形电磁铁一13的一端为S极，朝向环形电磁铁二14的一端为N极。

本发明工作原理：

环形电磁铁二14通电，让环形电磁铁二14朝向磁铁37的一端产生S极，从而环形电磁铁二14通过磁铁37吸附扣管36向齿轮组一32移动并贴合，移动的过程中扣管36内壁沿多个抵合块一3222倾斜坡面进行挤压，从而把多个抵合块一3222挤压进环一3221的凹槽内，环形电磁铁二14断电，驱动装置启动，传动轴31顺时针旋转，传动轴31通过传动板35带动扣管36转动，由于齿轮一321啮合齿圈组23需要大的扭矩才能够让齿轮一321转动，当一侧多个条形凹槽361与多个抵合块一3222相对时，多个抵合块一3222通过弹性件分别插入多个条形凹槽361内，从而齿轮一321旋转，齿轮一321通过齿圈二233主动的带动连接环231旋转并向一侧移动，齿圈二233带动齿轮二331被动旋转，由于齿轮一321、齿轮二331与齿圈一232与齿圈二233相啮合，从而齿轮一321、齿轮二331部分位于连接环231的两条环形凹槽内，从而带动齿轮组一32、齿轮组二33、传动板35、扣管36、磁铁37向一侧移动，连接环231在管21上快速旋转，当连接环231再旋转二分一圈后与一侧挡板22贴合，如图8所示，环形电磁铁一13通电，环形电磁铁二14朝向磁铁37的一端产生N极,从而环形电磁铁一13通过磁铁37吸附扣管36向齿轮组二33移动并贴合，由于齿轮二331的转速与扣管36不同，从而多个抵合块二通过弹性件分别插入扣管36另一侧的多个条形凹槽361内，齿轮二331由被动成为主动，同时连接环231与一侧挡板22贴合，从而通过齿轮二331对齿圈一232的扭矩与连接环231的惯性力，瞬间增大对管21的扭矩，以让刀盘进行脱困，当停机增加中继间时，环形电磁铁一13通过改变电流方向，让环形电磁铁一13朝向磁铁37的一端产生S极，从而通过磁铁37推动扣管36向齿轮组一32移动，驱动装置启动，传动轴31逆时针旋转，重复上述动作，完成刀盘进行脱困(即齿轮组一32、齿轮组二33、传动板35、扣管36、磁铁37在传动轴31上往返一次，环形电磁铁一13与环形电磁铁二14跟换一次磁极)。

当刀盘需要输出高转速小扭矩时，环形电磁铁一13或环形电磁铁二14让扣管36与齿轮组一32扣合，从而齿轮一321通过齿圈二233对刀盘输出高转速小扭矩。

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 (7)

1.顶管机刀盘驱动装置，包括支撑组件(1)、传动机构(2)和调节机构(3)，其特征在于，所述支撑组件(1)的外壁面开设有多个矩形贯通口(11)，所述支撑组件(1)外壁面位于矩形贯通口(11)的两侧均设置有安装板(12)，其中，矩形贯通口(11)两侧安装板(12)的相对壁面对应设置有环形电磁铁一(13)与环形电磁铁二(14)；

所述传动机构(2)设置在支撑组件(1)内部，所述调节机构(3)设置在支撑组件(1)外壁四周位于多个矩形贯通口(11)的上方；

所述传动机构(2)包括管(21)、挡板(22)和齿圈组(23)；所述管(21)与传动机构(2)同轴，且管(21)的长度与支撑组件(1)的矩形贯通口(11)相同，所述管(21)外壁面上设置有螺纹；所述挡板(22)固定设置在所述管(21)的左右两端；所述挡板(22)的外壁分别连接有轴承，通过轴承把两个挡板(22)与管(21)连接在支撑组件(1)内；左侧所述挡板(22)与刀盘相连接；所述齿圈组(23)包括连接环(231)、齿圈一(232)和齿圈二(233)；所述连接环(231)外壁面上设有两条环形凹槽，连接环(231)的内壁设有螺纹，连接环(231)内壁开始的螺纹与管(21)外壁开设的螺纹相啮合；所述齿圈一(232)与齿圈二(233)分别安装在连接环(231)外壁的两条环形凹槽内；

所述调节机构(3)包括传动轴(31)、齿轮组一(32)、齿轮组二(33)、传动板(35)、扣管(36)和磁铁(37)；

所述传动轴(31)两端贯穿环形电磁铁一(13)与环形电磁铁二(14)的轴心，传动轴(31)的两端分别与矩形贯通口(11)两侧的安装板(12)进行轴连；所述传动轴(31)一端延伸出一侧的安装板(12)并连接驱动装置；

所述齿轮组一(32)包括齿轮一(321)和卡环一(322)；所述齿轮一(321)沿轴心设有圆形通孔一，所述齿轮一(321)通过圆形通孔一嵌套在传动轴(31)上，且传动轴(31)的多个圆角与圆形通孔一的内壁相贴合，所述齿轮一(321)与齿圈二(233)相啮合；

所述卡环一(322)包括环一(3221)和抵合块一(3222)；所述环一(3221)同轴固定在齿轮一(321)的一侧壁面上，所述环一(3221)的表面开设有多个向环一(3221)轴心延伸的凹槽，所述凹槽内设置有弹性件，所述抵合块一(3222)与环一(3221)开设的凹槽相匹配，所述抵合块一(3222)靠近环一(3221)的一端通过弹性件与环一(3221)的凹槽底部连接；

所述齿轮组二(33)和齿轮组一(32)分别设置在传动轴(31)左右两侧；所述齿轮组二(33)包括齿轮二(331)和卡环二(332)；所述齿轮二(331)沿轴心设有圆形通孔二，所述齿轮二(331)通过圆形通孔二嵌套在传动轴(31)上，所述齿轮二(331)与齿圈一(232)相啮合，所述卡环二(332)与卡环一(322)结构相同且相对设置；所述传动板(35)设置在齿轮组一(32)与齿轮组二(33)之间，所述传动板(35)为圆形板，传动板(35)的中心设置有与传动轴(31)相啮合的多变形贯通口；所述传动板(35)外嵌套有扣管(36)，所述传动板(35)位于扣管(36)中部，所述扣管(36)以传动板(35)为中心两侧分别设有多个条形凹槽(361)，且与扣管(36)两侧的多个条形凹槽(361)相对齐，所述扣管(36)两侧的条形凹槽(361)分别对应两侧的抵合块一(3222)与抵合块二；所述传动板(35)外侧嵌套磁铁(37)。

2.根据权利要求1所述的顶管机刀盘驱动装置，其特征在于，所述支撑组件(1)为圆环状，多个所述矩形贯通口(11)沿支撑组件(1)轴心排列设置；所述弹性件为弹簧或弹片，所述磁铁(37)为环形。

3.根据权利要求1所述的顶管机刀盘驱动装置，其特征在于，所述齿圈二(233)的齿数大于齿圈一(232)的齿数，所述齿轮二(331)的齿数大于齿轮一(321)的齿数。

4.根据权利要求2所述的顶管机刀盘驱动装置，其特征在于，所述磁铁(37)朝向环形电磁铁一(13)的一端为S极，朝向环形电磁铁二(14)的一端为N极。

5.根据权利要求1所述的顶管机刀盘驱动装置，其特征在于，所述传动轴(31)为多边形，且传动轴(31)的多个角为圆角；所述传动轴(31)的多个圆角与齿轮二(331)的圆形通孔二的内壁相贴合。

6.根据权利要求1所述的顶管机刀盘驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括变频电机和减速器。

7.根据权利要求1所述的顶管机刀盘驱动装置，其特征在于，所述抵合块一(3222)一端为倾斜下向的坡面，且抵合块一(3222)顶面为圆角。

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