CN113062934B - 一种盾构机主驱动减速机过载保护器及盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种盾构机主驱动减速机过载保护器，包括中空的电机转轴和套设在电机转轴上的保护器壳体，电机转轴内穿设有用于连接减速机输入轴的扭矩轴，扭矩轴通过可断裂的安全螺栓与保护器壳体连接。本发明通过保护器壳体连接电机转轴和扭矩轴，保护器壳体与扭矩轴上通过可断裂的安全螺栓连接，使得过载情况下，安全螺栓断裂，使得电机的扭矩不能传递到扭矩轴上，从而不能传递到减速机输入轴上，保护了减速机；通过将扭矩轴设置在电机转轴内部，使得该保护器结构简单，占用空间小，能够用于盾构机内部保护主驱动。

Description

一种盾构机主驱动减速机过载保护器及盾构机

技术领域

本发明涉及减速机保护器领域，尤其涉及一种盾构机主驱动减速机过载保护器及盾构机。

背景技术

盾构主驱动减速机作为盾构机动力传输的中间装置，其作用是在收到主驱动电机扭矩后，通过减速机内部行星齿轮装置使转速降低、扭矩放大后输出至主驱动，再由主驱动带动刀盘挖掘隧道，是盾构机核心部件之一，且一旦损坏由于工作环境空间狭小极难更换，而由于开挖面的地质不确定性，刀盘与减速机往往经常会受到瞬时大载荷冲击，所以为主驱动减速机选配合适的过载保护装置至关重要。但市场现在仅有的两种盾构主驱动减速机过载保护装置存在以下弊端：

（一）纯机械式过载保护器。一是其体积过大，以盾构机常用的132KW过载保护器为例，其本体外形直径φ490mm、长度350mm,小直径（开挖直径≤6m）盾构机受内部空间所限均无法安装。

（二）纯电气式过载保护器，其保护反应滞后，在触发电气保护指令后，电机扭矩依然会持续上升，单独使用经常出现电气保护已动作，但减速机依然过载损坏情况，只能作为纯机械式过载保护器的配套装置，单独使用时减速机依然损坏的风险极高。

申请公布日为2019.02.05申请公布号为CN109307018A的中国发明专利公开了一种减速机过载保护机构，包括输入传动轴、输入半联轴节、输出半联轴节、保险销、轴承、紧固件和输出传动轴，输入传动轴与输出传动轴连接，输入传动轴通过花键与输入半联轴节连接；输出传动轴通过花键与输出半联轴节连接；输入半联轴节和输出半联轴节的法兰盘上均设有销孔，两个销孔内安装保险销的两端；输入传动轴和输出传动轴同一端部均设有紧固件；输出半联轴节通过轴承与输入传动轴连接。该减速机过载保护机构发生超载问题时，机构的保险销迅速断裂，使扭矩载荷不能传递，从而保护齿轮箱。

但是上述发明专利的主要结构设置在轴的外侧，使得整体占用空间较多，无法适用于盾构机内部。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出一种盾构机主驱动减速机过载保护器及盾构机，用以解决现有技术中的减速机过载保护机构无法用于盾构机主驱动的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种盾构机主驱动减速机过载保护器，包括中空的电机转轴和套设在电机转轴上的保护器壳体，电机转轴内穿设有用于连接减速机输入轴的扭矩轴，扭矩轴通过可断裂的安全螺栓与保护器壳体连接。通过保护器壳体连接电机转轴和扭矩轴，保护器壳体与扭矩轴上通过可断裂的安全螺栓连接，使得过载情况下，安全螺栓断裂，使得电机的扭矩不能传递到扭矩轴上，从而不能传递到减速机输入轴上，保护了减速机，并且该保护器通过将扭矩轴设置在电机转轴内部，使得该保护器结构简单，占用空间小，能够用于盾构机内保护主驱动。

进一步地，为了便于保护器壳体的安装，所述保护器壳体包括套设在电机转轴上的套筒和可拆连接在套筒端部的端盖，且端盖与扭矩轴连接。

进一步地，为了便于扭矩轴与端盖在周向上连接同时又不在轴向上相限制，所述扭矩轴端面上设置端花键，所述扭矩轴通过端花键与端盖连接。

进一步地，为了使安全螺栓起到传递扭矩的作用，所述安全螺栓穿过端盖设置，安全螺栓沿着扭矩轴的长度方向插入扭矩轴且与扭矩轴可拆连接。

进一步地，为了通过安全螺旋在轴向上连接端盖和扭矩轴，所述安全螺栓上设有将端盖向扭矩轴压紧的压紧凸台。

进一步地，为了使得安装螺栓能够在过载时及时断裂，所述安全螺栓周向设有预开应力槽。

进一步地，为了使得扭矩轴在与端盖断开后将弹开扭矩轴弹向电机避免其损伤，所述安全螺栓上套设有弹簧，且弹簧两端分别与扭矩轴和端盖抵接。

进一步地，为了使得弹簧能够压缩安装在扭矩轴和端盖之间从而具有弹开扭矩轴的预紧力，所述扭矩轴和端盖上分别设有容纳弹簧的弹簧槽。

进一步地，为了在过载且安全螺栓断裂时起到提醒的作用，所述安全螺栓上设有断裂提醒结构。

进一步地，为了配合安全螺栓的断裂进行有效的提醒，所述断裂提醒结构包括开设在安全螺栓上的腔体，所述腔体的外端开放并通过带有透明材质的堵头封闭，所述腔体在安全螺栓内延伸的长度大于预开应力槽距安全螺栓外端的长度；所述腔体内设有带颜色的液体。

进一步地，为了避免与端盖断开后的扭矩轴的外圆面与电机转轴产生异常摩擦，所述扭矩轴靠近保护器壳体的一端穿出电机转轴，在所述扭矩轴与套筒之间设置轴承，且轴承与套筒间隙配合。

进一步地，为了使扭矩轴在与端盖断开后靠近电机能够与轴承连接，所述扭矩轴靠近保护器壳体的一端设有锥段，锥段的大端靠近保护器壳体、小端靠近电机转轴，且大端外径大于轴承内径。

进一步地，为了便于轴承与锥段相配合，所述轴承为与锥段配合的角接触圆柱滚子轴承。

进一步地，为了连接电机转轴和保护器壳体，所述电机转轴通过外花键与保护器壳体连接。

进一步地，为了使连接稳定，所述保护器壳体还通过压板与电机转轴连接。

一种盾构机，包括所述的盾构机主驱动减速机过载保护器。

本发明的有益效果：

1. 通过保护器壳体连接电机转轴和扭矩轴，保护器壳体与扭矩轴上通过可断裂的安全螺栓连接，使得过载情况下，安全螺栓断裂，使得电机的扭矩不能传递到扭矩轴上，从而不能传递到减速机输入轴上，保护了减速机；

2.通过将扭矩轴设置在电机转轴内部，使得该保护器结构简单，占用空间小，能够用于盾构机内部保护主驱动；

3.通过在安全螺栓上周向设置预开应力槽，即使得安全螺栓能够在过载时及时断裂，又使得安全螺栓的断裂位置准确，避免意料之外的情况发生；

4.通过在安全螺栓上设有断裂提醒结构，便于在过载且安全螺栓断裂时起到提醒的作用；

5.通过在安全螺栓上设置装有带颜色液体的空腔，并使液体在安全螺栓断裂后遗失，通过该方式起到提醒的作用，即简单又有效；

6.通过在安全螺栓上套设弹簧，并且弹簧两端分别与端盖和扭矩轴抵接，使得安全螺栓断裂后，在弹簧的作用下，扭矩轴与端盖脱开，避免摩擦造成更多的损伤；

7.通过在扭矩轴与保护器壳体的套筒之间设置轴承，使得扭矩轴即便与保护器壳体的端盖断开后、电机继续运转的情况下通过轴承与套筒相对转动，扭矩轴也不会产生径向的位移从而与电机及电机转轴产生碰撞，从而产生额外的损伤；

8.通过在扭矩轴端部设置斜面偏向电机一侧的锥段，使得扭矩轴在与端盖断开后，扭矩轴被弹向电机一侧后与轴承连接从而使得扭矩轴能套筒相对转动，避免损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的结构示意图。

图中：1-电机转轴，2-套筒，3-端盖，31-端盖弹簧槽，32-环形凸台，4-安全螺栓，41-预开应力槽，42-腔体，43-压紧凸台，5-扭矩轴，51-扭矩轴弹簧槽，52-锥段，6-轴承，7-弹簧，8-压板，9-堵头。

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。

如图1所示，本发明的实施例1所述的一种盾构机主驱动减速机过载保护器，包括电机转轴1和保护器壳体，在电机转轴1端部套设保护器壳体，且在保护器壳体的端部设置端盖3，电机转轴1设为中空的结构，便于在电机转轴1内穿设有扭矩轴5，扭矩轴5一端用于连接减速机输入轴、另一端穿出电机转轴1与端盖3连接，并且扭矩轴5还通过可断裂的安全螺栓4与保护器壳体的端盖3连接。通过保护器壳体连接电机转轴1和扭矩轴5，保护器壳体与扭矩轴上通过可断裂的安全螺栓4连接，使得过载情况下，安全螺栓4断裂，使得电机的扭矩不能传递到扭矩轴5上，从而不能传递到减速机输入轴上，保护了减速机，并且该保护器通过将扭矩轴设置在电机转轴内部，使得该保护器结构简单，占用空间小，能够用于盾构机内部保护主驱动。

进一步地，如图1所示，所述保护器壳体包括套设在电机转轴1上的套筒2和可拆连接在套筒2端部的端盖3，端盖3和套筒2通过螺栓连接，且所述扭矩轴5端面上设置端花键，所述扭矩轴5通过端花键与端盖3连接。所述电机转轴1通过设置外花键与套筒连接，并且在在套筒2远离端盖3的一端还通过压板8与电机转轴1连接。此外，电机转轴1的外圆面上设有用于轴向定位的定位凸台，套筒上设有与定位凸台契合的凹槽。并且在端盖3与套筒2配合的面上靠内的一侧还设有轴向凸起的环形凸台32，套筒2上与端盖3配合一端的内圆面与环形凸台的外侧抵接，用于端盖3和套筒2配合面的径向定位。

优选地，安全螺栓4沿着扭矩轴5的长度方向设置，所述安全螺栓4穿过端盖3后，从扭矩轴5端部插入扭矩轴5内部，安全螺栓4与扭矩轴5可拆连接。本实施例中，扭矩轴5内部设置有内螺纹孔，安全螺栓4与内螺纹孔螺纹连接。

进一步地，所述安全螺栓4远离扭矩轴5的一端设有径向凸起的压紧凸台43，安全螺栓4穿过端盖3后将端盖3向扭矩轴5压紧使端盖3与扭矩轴5紧密连接，并且使得扭矩轴的部分受力为拉应力。

优选地，所述安全螺栓4周向设有预开应力槽41，且预开应力槽41与保护器壳体的端盖3与扭矩轴5的连接处对应，使得安装螺栓4能够在过载时及时断裂。

实施例2：所述安全螺栓4上套设有弹簧7，且弹簧7设置在扭矩轴5和端盖3之间，且弹簧7的两端分别与扭矩轴5和端盖3抵接，使得扭矩轴5在与端盖3断开后将扭矩轴5弹向电机一侧避免其与端盖3摩擦产生损伤。具体地，扭矩轴5和端盖3上分别设有容纳弹簧7的弹簧槽，其中，扭矩轴5上设置扭矩轴弹簧槽51，端盖3上设置端盖弹簧槽，弹簧7的两端分别与两个扭矩槽相远离的一端抵接。而且，弹簧7在套设在安全螺栓4上装入两个弹簧槽之间的时候被压缩，以使其具有将扭矩轴5弹向电机一侧的预紧力。

实施例3：所述安全螺栓4上设有断裂提醒结构用于在过载且安全螺栓4断裂时起到提醒的作用。

进一步地，所述断裂提醒结构包括轴向设置在安全螺栓4上的腔体42，腔体42设置在安全螺栓4靠近端盖3的一侧，所述腔体42的外端开放，并通过带有透明材质的堵头9封闭，便于通过透明的材质看见腔体内部。所述腔体42内设有带颜色的液体，可以是黄色或红色等醒目色的液体。所述腔体42在安全螺栓4内延伸的长度大于预开应力槽41距安全螺栓4外端的长度，即腔体的长度跨过安全螺栓4设置预开应力槽41的位置，使得安全螺栓4在预开应力槽41位置断开后，腔体42内部的液体流失，起到提醒安全螺栓4断裂的作用。

实施例4：所述扭矩轴5靠近保护器壳体的一端穿出电机转轴1，在所述扭矩轴5与套筒2之间设置轴承6，且轴承6与套筒2间隙配合，轴承6与套筒2过盈配合。具体地，套筒2靠近端盖3一端设置环形凹槽，使得套筒2的该端部与扭矩轴5之间有环形的空间，在该环形凹槽内设置轴承6，轴承套设在扭矩轴5上，但轴承与扭矩轴5具有一定的间隙以使扭矩轴有与端盖3脱开的空间；上述端盖3上的环形凸台32的端面将轴承6向套筒抵紧，起到对轴承6轴向定位的作用。并且脱开后扭矩轴5与套筒2之间在轴承的作用能够相对转动，而且避免扭矩轴的径向位移，避免扭矩轴碰撞产生损伤。

进一步地，所述扭矩轴5靠近保护器壳体的端盖3的一端设有锥段52，锥段52的大端靠近端盖3、小端靠近电机转轴2，并且小端与扭矩轴5的外径一致，且锥段52的大端外径大于轴承6内径，在安全螺栓未断开时，轴端与轴承之间存在一段间隙以使扭矩轴有与端盖3脱开的空间。本实施例中，所述轴承6为与锥段52配合的角接触圆柱滚子轴承，其他实施例中，轴承也可为深沟球轴承。通过该轴承和锥段的设置，使得扭矩轴5既能在与端盖断开后、电机继续运转的情况下，扭矩轴5向电机一侧移动后与轴承6连接从而使得扭矩轴5能相对套筒2转动，避免额外的损伤。

实施例5：一种盾构机，包括上述的盾构机主驱动减速机过载保护器。

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 (10)

1.一种盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，包括中空的电机转轴（1）和套设在电机转轴（1）上的保护器壳体，电机转轴（1）内穿设有用于连接减速机输入轴的扭矩轴（5），扭矩轴（5）通过可断裂的安全螺栓（4）与保护器壳体连接；所述保护器壳体包括套设在电机转轴（1）上的套筒（2）和可拆连接在套筒（2）端部的端盖（3），且端盖（3）通过安全螺栓（4）与扭矩轴（5）连接；所述扭矩轴（5）靠近保护器壳体的一端穿出电机转轴（1），在所述扭矩轴（5）与套筒（2）之间设置轴承（6），且轴承（6）与扭矩轴（5）间隙配合；所述安全螺栓（4）上套设有弹簧（7），且弹簧（7）两端分别与扭矩轴（5）和端盖（3）抵接；所述扭矩轴（5）靠近端盖（3）的一端设有锥段（52），锥段（52）的大端靠近端盖（3）、小端靠近电机转轴（1），且大端外径大于轴承（6）内径。

2.根据权利要求1所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述扭矩轴（5）端面上设置端花键，所述扭矩轴（5）通过端花键与端盖（3）连接。

3.根据权利要求1或2所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述安全螺栓（4）穿过端盖（3）设置，安全螺栓（4）沿着扭矩轴（5）的轴向插入扭矩轴（5）且与扭矩轴（5）可拆连接。

4.根据权利要求3所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述安全螺栓（4）上设有将端盖（3）向扭矩轴（5）压紧的压紧凸台（43）。

5.根据权利要求2或4所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述安全螺栓（4）周向设有预开应力槽（41）。

6.根据权利要求5所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述扭矩轴（5）和端盖（3）上分别设有容纳弹簧（7）的弹簧槽。

7.根据权利要求6所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述安全螺栓（4）上设有断裂提醒结构。

8.根据权利要求7所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述断裂提醒结构包括开设在安全螺栓（4）上的腔体（42）；所述腔体（42）的外端开放并通过带有透明材质的堵头（9）封闭；所述腔体（42）在安全螺栓（4）内延伸的长度大于预开应力槽（41）距安全螺栓（4）外端的长度；所述腔体（42）内设有带颜色的液体。

9.根据权利要求1或2或4或6或7或8所述的盾构机主驱动减速机过载保护器，其特征在于，所述电机转轴（1）通过外花键与保护器壳体连接。

10.一种盾构机，包括如权利要求1~9任一项所述的盾构机主驱动减速机过载保护器。

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