CN113775348A - 适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置 - Google Patents

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杜秀洋
赵洋
余思远
雷勇敢
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Abstract

本发明提出一种适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置，涉及隧道施工技术，该刀盘旋转监测装置安装在泥水平衡盾构机的回转接头上，回转接头具有转子，刀盘旋转监测装置包括传动机构和旋转编码器，传动机构包括旋转输入部件和旋转输出部件，旋转输入部件用于与转子相连接并随转子同步旋转，旋转输出部件与旋转输入部件相连并随旋转输入部件转动，旋转编码器与旋转输出部件相连接并监测旋转输出部件的旋转。本发明提出的适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置，能够读取泥水平衡盾构机刀盘旋转速率与偏转角度，提高泥水盾构机施工效率和安全性。

Description

适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置
技术领域
本发明涉及隧道施工技术，特别涉及一种适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置。
背景技术
目前隧道建设普遍应用在轨道交通、引水、公路、市政等工程中，盾构法隧道施工以安全、高效的特点广泛被施工单位应用。随着城市基础建设的飞速发展，建筑物群和地下管网日益密集，高水压大埋深以及超大直径的项目需求逐渐增多，泥水平衡盾构机以其适应性强、稳定性高、开挖面大，承压能力高的特性而被施工单位越来越多的采用。
盾构机施工掘进时，电机带动刀盘旋转，刀盘刀具切削、挤压、破碎开挖面，故在施工过程中，知晓刀盘的旋转速率与偏转角度是一件十分重要的事情。
一般在盾构机的回转接头尾部安装一个旋转编码器，以此读取刀盘的旋转速率与偏转角度。土压平衡盾构机的回转接头尾部还连接有一固定接头，回转接头旋转时，该固定接头保持固定，旋转编码器安装在固定接头尾部。采用上述结构，旋转编码器监测回转接头旋转，而回转接头与刀盘连接，二者旋转速率相同，故能监测到刀盘旋转速率与偏转角度。
而泥水平衡盾构机因其特殊结构，回转接头内部中空形成有泥水通道，尾部无法连接固定接头，也就无法按常规方式安装旋转编码器，从而无法得知施工过程中刀盘旋转速率与偏转角度，给施工过程带来了很大的困难，制约着施工效率和施工成本
有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置，能够读取泥水平衡盾构机刀盘旋转速率与偏转角度，提高泥水盾构机施工效率和安全性。
为达到上述目的，本发明提出一种适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其中，所述回转接头包括：
转子，呈筒状并开设有轴向贯通的泥水通道；
定子，呈筒状并套设在所述转子外，所述定子与所述转子转动配合，所述定子上开设有贯穿所述定子侧壁的监测窗，所述监测窗沿所述定子的周向环绕所述定子并将所述定子分隔为互不相连的第一段和第二段；
刀盘旋转监测装置，安装在所述监测窗处，所述刀盘旋转监测装置包括传动机构和旋转编码器，所述传动机构具有旋转输入部件和旋转输出部件，所述旋转输入部件设置于所述监测窗内，所述旋转输出部件设置于所述定子上，所述旋转输入部件与所述转子相连接并随所述转子同步转动，所述旋转输出部件与所述旋转输入部件相连并在所述旋转输入部件的驱动下转动，所述旋转编码器与所述旋转输出部件相连接并监测所述旋转输出部件的旋转。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其中，所述旋转输入部件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮套设于所述转子外并与所述转子固定连接，所述主动齿轮随所述转子同步旋转，所述从动齿轮与所述旋转输出部件相连接并在所述主动齿轮的驱动下带动所述旋转输出部件旋转。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其中，所述旋转输出部件包括传动轴和两个支架，两个所述支架沿所述传动轴的轴向间隔设置并固定连接在所述定子的外壁上，所述传动轴分别贯穿两个所述支架并与各所述支架能转动地配合，所述传动轴的一端贯穿所述从动齿轮的轴心并与所述从动齿轮固定连接，所述传动轴的另一端与所述旋转编码器相连接。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其中，两个所述支架分别安装在所述第一段的外壁上。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其中，两个所述支架分别安装在所述第二段的外壁上。
本发明还提出一种适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其中，所所述刀盘旋转监测装置包括传动机构和旋转编码器，所述传动机构包括旋转输入部件和旋转输出部件，所述旋转输入部件用于与回转接头的转子相连接并随所述转子同步旋转，所述旋转输出部件与所述旋转输入部件相连并随所述旋转输入部件转动，所述旋转编码器与所述旋转输出部件相连接并监测所述旋转输出部件的旋转。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其中，所述旋转输入部件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮能固定连接在所述转子上并随所述转子同步旋转，所述从动齿轮与所述旋转输出部件相连接并在所述主动齿轮的驱动下带动所述旋转输出部件旋转。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其中，所述旋转输出部件包括传动轴和两个支架，两个所述支架用于支撑所述传动轴，所述传动轴分别贯穿两个所述支架并与各所述支架能转动地配合，所述传动轴的一端贯穿所述从动齿轮的轴心并与所述从动齿轮固定连接，所述传动轴的另一端与所述旋转编码器相连接。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其中，各所述支架上设有轴承，所述传动轴贯穿所述轴承并通过所述轴承与所述支架转动配合。
如上所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其中，两个所述支架能够安装于所述回转接头的定子上。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的适用于泥水平衡盾构机的回转接头及刀盘旋转监测装置，利用传动机构的旋转输入部件将转子的旋转传递给旋转输出部件，而旋转输出部件的旋转情况可由旋转编码器测得，同时，传动机构的传动比是已知的，这样，便由旋转编码器的测量数据计算出转子的旋转数据，进而也就实现了对泥水平衡盾构机刀盘的旋转监测。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的回转接头的结构示意图；
图2为本发明中回转接头的剖视图；
图3为本发明中刀盘旋转监测装置的安装示意图；
图4为本发明中旋转输入部件的结构示意图；
图5为本发明中刀盘旋转监测装置的结构示意图。
附图标记说明：
100、刀盘旋转监测装置； 10、传动机构；
11、旋转输入部件； 111、主动齿轮；
112、从动齿轮； 12、旋转输出部件；
121、传动轴； 122、支架；
123、轴承； 20、旋转编码器；
200、回转接头； 210、转子；
220、定子； 221、第一段；
222、第二段； 230、监测窗。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1至图5所示，本发明提出一种用于泥水平衡盾构机的回转接头200，该回转接头200包括转子210、定子220和刀盘旋转监测装置100，转子210呈筒状并开设有轴向贯通的泥水通道，定子220呈筒状并套设在转子210外，定子220与转子210转动配合，定子220上开设有贯穿定子220侧壁的监测窗230，监测窗230沿定子220的周向环绕定子220并将定子220分隔为互不相连的第一段221和第二段222；刀盘旋转监测装置100安装在监测窗230处，该刀盘旋转监测装置100包括传动机构10和旋转编码器20，传动机构10包括旋转输入部件11和旋转输出部件12，旋转输入部件11设置于监测窗230内，旋转输出部件12设置于定子220上，旋转输入部件11与转子210相连接并随转子210同步转动，旋转输出部件12与旋转输入部件11相连并在旋转输入部件11的驱动下转动，旋转编码器20与旋转输出部件12相连接并监测旋转输出部件12的旋转。
本发明还提出一种适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置100，安装在泥水平衡盾构机的回转接头200上，刀盘旋转监测装置100包括传动机构10和旋转编码器20，传动机构10包括旋转输入部件11和旋转输出部件12，旋转输入部件11与转子210相连接并随转子210同步旋转，旋转输出部件12与旋转输入部件11相连并随旋转输入部件11转动，旋转编码器20与旋转输出部件12相连接并监测旋转输出部件12的旋转。
本发明提出的适用于泥水平衡盾构机的回转接头200及刀盘旋转监测装置100，利用传动机构10的旋转输入部件11将转子210的旋转传递给旋转输出部件12，而旋转输出部件12的旋转情况可由旋转编码器20测得，同时，传动机构10的传动比是已知的，这样，便由旋转编码器20的测量数据计算出转子210的旋转数据，进而也就实现了对泥水平衡盾构机刀盘的旋转监测。
本发明提出的适用于泥水平衡盾构机的回转接头200及刀盘旋转监测装置100，其旋转编码器20测量的是旋转输出部件12的旋转数据，再根据旋转输出部件12的旋转数据计算出转子210的旋转数据，旋转编码器20可以设置于转子210的一侧边而不用直接与转子210相连接，克服了因为泥水平衡盾构机的回转接头200其定子220内开设有泥水通道而无法连接在定子220的轴线上连接旋转编码器20的缺陷，实现了对定子220的旋转监测，也就实现了对刀盘的旋转监测。
本发明提出的适用于泥水平衡盾构机的回转接头200，其在定子220上开设有用于安装刀盘旋转监测装置100的监测窗230，既保证了转子210的正常转动，又满足了刀盘旋转监测装置100的安装。
在本发明一个可选的实施方式中，旋转输入部件11包括相互啮合的主动齿轮111和从动齿轮112，主动齿轮111固定连接在转子210上，主动齿轮111与转子210同轴设置并随转子210同步旋转，从动齿轮112与旋转输出部件12相连接并在主动齿轮111的驱动下带动旋转输出部件12旋转。采用上述结构，主动齿轮111随转子210一同旋转，其旋转角速度与转子210的旋转角速度相同，从动齿轮112与主动齿轮111外啮合，通过齿轮传动，从动齿轮112也随回转子210转动，而从动齿轮112驱动旋转输出部件12旋转。旋转编码器20能检测旋转输出部件12的旋转速率与偏转角度。
进一步的，主动齿轮111套设在转子210外并与转子210的外壁固定连接。
在该实施方式一个可选的例子中，旋转输出部件12包括传动轴121和两个支架122，两个支架122用于支撑传动轴121，传动轴121分别贯穿两个支架122并与各支架122能转动地配合，传动轴121的一端贯穿从动齿轮112的轴心并与从动齿轮112固定连接，传动轴121的另一端与旋转编码器20相连接。采用上述结构，当从动齿轮112转动时，与从动齿轮112相连的传动轴121也随从动齿轮112一同转动，旋转编码器20能检测传动轴121的旋转速率与偏转角度。
在一个可选的例子中，各支架122上设有轴承123，传动轴121贯穿轴承123并通过轴承123与支架122能转动地配合。
在一个可选的例子中，两个支架122分别固定连接在定子220的外壁上。
在一个例子中，两个支架122沿定子220的轴向间隔设置且分别安装在第一段221的外壁上。
在另一个例子中，两个支架122沿定子220的轴向间隔设置且分别安装在第二段222的外壁上。
请参考图1至图5，现结合一实施例，详细说明本发明提出的适用于泥水平衡盾构机的回转接头200及刀盘旋转监测装置100的工作过程：
泥水平衡盾构机在工作时，电机驱动刀盘转动，刀盘连接回转接头200，回转接头200的转子210跟随刀盘转动，刀盘与转子210旋转角速度相同。主动齿轮111固定在转子210上，故跟随转子210转动，主动齿轮111与转子210旋转角速度相同。支架122固定在回转接头200的定子220上，传动轴121安装在支架122上，传动轴121的轴线与转子210的轴线平行，传动轴121的一端连接着从动齿轮112，传动轴121的另一端安装有旋转编码器20。从动齿轮112与主动齿轮111外啮合，通过齿轮传动使传动轴121随回转子210转动，而旋转编码器20能检测传动轴121的旋转速率与偏转角度。进而，通过传递路线为刀盘—转子210—主动齿轮111-从动齿轮112—传动轴121—旋转编码器20，旋转编码器20便可以监测刀盘的旋转情况，具体的，已能测得传动轴121的旋转速率与偏转角度后，可通过主动齿轮111与从动齿轮112齿速比反推回转接头的转子210的旋转速率与偏转角度，从而得到刀盘的旋转速率与偏转角度。
因此本发明可以解决泥水平衡盾构机回转接头没有足够空间安装旋转编码器，检测刀盘旋转速率与偏转角度的问题，为盾构机的正常运行提供有效的保证。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其特征在于，所述回转接头包括：
转子，呈筒状并开设有轴向贯通的泥水通道；
定子，呈筒状并套设在所述转子外，所述定子与所述转子转动配合，所述定子上开设有贯穿所述定子侧壁的监测窗，所述监测窗沿所述定子的周向环绕所述定子并将所述定子分隔为互不相连的第一段和第二段；
刀盘旋转监测装置，安装在所述监测窗处，所述刀盘旋转监测装置包括传动机构和旋转编码器，所述传动机构具有旋转输入部件和旋转输出部件，所述旋转输入部件设置于所述监测窗内，所述旋转输出部件设置于所述定子上，所述旋转输入部件与所述转子相连接并随所述转子同步转动，所述旋转输出部件与所述旋转输入部件相连并在所述旋转输入部件的驱动下转动，所述旋转编码器与所述旋转输出部件相连接并监测所述旋转输出部件的旋转。
2.如权利要求1所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其特征在于，所述旋转输入部件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮套设于所述转子外并与所述转子固定连接，所述主动齿轮随所述转子同步旋转，所述从动齿轮与所述旋转输出部件相连接并在所述主动齿轮的驱动下带动所述旋转输出部件旋转。
3.如权利要求2所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其特征在于，所述旋转输出部件包括传动轴和两个支架，两个所述支架沿所述传动轴的轴向间隔设置并固定连接在所述定子的外壁上，所述传动轴分别贯穿两个所述支架并与各所述支架能转动地配合，所述传动轴的一端贯穿所述从动齿轮的轴心并与所述从动齿轮固定连接，所述传动轴的另一端与所述旋转编码器相连接。
4.如权利要求3所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其特征在于，两个所述支架分别安装在所述第一段的外壁上。
5.如权利要求3所述的适用于泥水平衡盾构机的回转接头，其特征在于，两个所述支架分别安装在所述第二段的外壁上。
6.一种适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其特征在于，所述刀盘旋转监测装置包括传动机构和旋转编码器，所述传动机构包括旋转输入部件和旋转输出部件，所述旋转输入部件用于与回转接头的转子相连接并能随所述转子同步旋转，所述旋转输出部件与所述旋转输入部件相连并随所述旋转输入部件转动，所述旋转编码器与所述旋转输出部件相连接并监测所述旋转输出部件的旋转。
7.如权利要求6所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其特征在于，所述旋转输入部件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮能固定连接在所述转子上并随所述转子同步旋转，所述从动齿轮与所述旋转输出部件相连接并在所述主动齿轮的驱动下带动所述旋转输出部件旋转。
8.如权利要求7所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其特征在于，所述旋转输出部件包括传动轴和两个支架，两个所述支架用于支撑所述传动轴，所述传动轴分别贯穿两个所述支架并与各所述支架能转动地配合，所述传动轴的一端贯穿所述从动齿轮的轴心并与所述从动齿轮固定连接，所述传动轴的另一端与所述旋转编码器相连接。
9.如权利要求8所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其特征在于，各所述支架上设有轴承，所述传动轴贯穿所述轴承并通过所述轴承与所述支架转动配合。
10.如权利要求8所述的适用于泥水平衡盾构机的刀盘旋转监测装置，其特征在于，两个所述支架能够安装于所述回转接头的定子上。
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