CN114658434A - 一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法，盾构机无轴电机主驱动系统包括与盾体固定连接的驱动箱和与盾体转动连接的驱动盘，驱动盘、驱动箱和盾体组成密封腔；驱动箱的外部设有无轴电机，无轴电机与设置在驱动箱内的驱动齿轮相连接，驱动齿轮分别与设置在密封腔内的传动齿轮组和润滑齿轮啮合，传动齿轮组和润滑齿轮为驱动盘的转动提供动力，驱动齿轮与驱动箱之间设有扭矩过载保护机构，驱动箱设有与密封腔连通的保压系统。本发明采用无轴电机作为盾构机主驱动系统动力装置，与以往单电机驱动系统相比，功率覆盖范围广，能够满足多种型号盾构机掘进功率需求；与现有多电机并行驱动系统相比具有安装占用空间小、结构简单的优点。

Description

一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法

技术领域

本发明涉及盾构驱动技术领域，特别是指一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法。

背景技术

随着国家城市轨道建设规划密集出炉，城市轨道交通建设以及城市地下空间急需发展。盾构机作为地下掘进工程机械，越来越广泛的应用到城市交通和地下空间开发中，是城市建设中不可缺的基建设备。

盾构隧道掘进机在地下施工时会遇到不同开挖地质和隧道直径，为应对不同地质和开挖直径，单模式、双模式、TBM盾构模式应运而生。地下施工要求盾构机动力系统在有限空间内为开挖刀盘提供足够的开挖动力，同时面对不同复杂工况环境要为驱动系统提供相应保护机制。鉴于以往单电机驱动系统动力不足，因此对盾构机的心脏—主驱动往往考虑多电机并行驱动系统，如中国专利（申请号：CN110656946A，申请日：2020.01.04）公开了一种盾构机内外双层主驱动系统。

构机多电机刀盘驱动系统本质上是一个冗余控制系统，开挖刀盘负载通过主轴承和齿轮啮合传递到各电机驱动轴。在刀盘负载剧烈波动情况下，由于各齿轮啮合传动系统的差异，尤其是小齿轮与大齿圈啮合齿隙的差异，将导致部分电机驱动轴承受扭矩过大触发过载保护，提高施工成本，影响施工进度，因此必须协调并行控制多电机驱动，目前国内外盾构机多电机并行控制多采用转速或转矩的PID并行控制，主从控制，以及采用转速差、电机扭矩差等不同方式的同步补偿控制。如周鹏等提出的基于Modelica的盾构主驱动多电机同步控制仿真、韩影等提出的盾构机刀盘驱动多电机同步控制仿真分析均是针对主驱动多电机并行控制系统复杂、电机扭矩负载不平衡问题进行优化、改善。但是实际施工中工况复杂，盾构机多电机并行驱动系统难以实现最优控制，仍然存在占用空间大，电机转速并行控制系统复杂、压力不稳且电机扭矩负载不平衡问题。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法，用以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种盾构机无轴电机主驱动系统，包括与盾体固定连接的驱动箱和与盾体转动连接的驱动盘，驱动盘、驱动箱和盾体组成密封腔；驱动箱的外部设有无轴电机，无轴电机与设置在驱动箱内的驱动齿轮相连接，驱动齿轮分别与设置在密封腔内的传动齿轮组和润滑齿轮啮合，传动齿轮组和润滑齿轮为驱动盘的转动提供动力，驱动齿轮与驱动箱之间设有扭矩过载保护机构，驱动箱设有与密封腔连通的保压系统。

进一步，所述驱动盘的内侧面上设有小油腔，驱动箱和驱动盘之间设有主轴承，主轴承的轴承内圈设有内齿部且轴承内圈通过紧固件与驱动盘相连接，轴承内圈的内齿部分别与传动齿轮组和润滑齿轮啮合；主轴承的轴承外圈通过紧固件固定在驱动箱内壁上，轴承内圈与轴承外圈之间设有轴向辊子和径向辊子。

进一步，所述轴承外圈与保压系统相对应的端面为倾斜面；驱动齿轮为齿轮轴，齿轮轴的轴部通过第一轴承与驱动盘转动连接，齿轮轴的轴部与驱动盘之间设有内密封组件，驱动盘与盾体之间设有外密封组件。

进一步，所述内密封组件包括内密封套，内密封套套设在齿轮轴的轴部且通过内压环固定在齿轮轴的轴部与驱动盘之间；所述外密封组件包括外密封套，外密封套套设在驱动盘上且通过外压环固定在驱动盘与盾体之间。

其中，所述无轴电机包括外定子和内转子，外定子固定在驱动箱上，内转子套设在外定子内且与转动设置在驱动箱上的法兰盘相连接，外定子和内转子之间设有线圈绕组，驱动齿轮连接在法兰盘上。

进一步，所述扭矩过载保护机构包括与法兰盘相连接的外套筒，外套筒与驱动箱之间设有密封保护环，外套筒与驱动齿轮之间设有相配合的扭矩输出盘和扭矩输入盘，扭矩输出盘固定在驱动齿轮的短轴部，扭矩输入盘套设在驱动齿轮的短轴部且通过扭矩限制器限位在外套筒内，扭矩输入盘通过花键与外套筒相连接。

作为优选方案，所述扭矩输出盘和扭矩输入盘形成的环腔内设有交错设置的输出盘滚珠和输入盘滚珠，扭矩输出盘和扭矩输入盘相对应的端面通过轴向设置的键连接，扭矩输出盘的键槽内设有与键接触的弹簧。

其中，所述扭矩限制器包括环套本体，环套本体上设有一体成型的弹性臂，相邻两个弹性臂之间设有扭矩弹簧。

进一步，所述保压系统包括设置在密封箱体上部的进口密封机构和设置在密封箱体下部的出口密封机构；进口密封机构连接有进油管道，进油管道与油箱连通，进油管道上并联设有供油泵和溢流阀，供油泵与油箱之间的管道上设有第一电动截止阀，供油泵与进口密封机构之间的管道上沿进油方向依次设有减压阀、压力表、第一单向阀和蓄能器；所述出口密封机构连接有出油管，出油管上连接有第二电动截止阀，第二电动截止阀的出油口与废油箱连接，第二电动截止阀与出口密封机构之间设有第二单向阀；所述密封腔内设有液位传感器和油压传感器，液位传感器、油压传感器、第一电动截止阀、第二电动截止阀、压力表、供油泵均与后台控制器相连接。

作为优选方案，所述进口密封机构和出口密封机构均包括密封接头，密封接头通过紧固件固定在驱动箱上，密封接头与驱动箱之间设有密封件。

进一步，所述润滑齿轮为中空环形齿轮，中空环形齿轮通过中心轴承与设置在密封腔内的中心轴转动连接，中空环形齿轮的内环壁上设有一体成型的若干个搅拌块，搅拌块上设有搅拌槽。

作为一种实施方式，所述传动齿轮组包括一个大齿轮，大齿轮通过转轴设置在密封腔内。

作为另一种实施方式，所述传动齿轮组包括平行设置在密封腔内的轴Ⅰ、轴Ⅱ和轴Ⅲ，轴Ⅰ上设有传动轮Ⅰ和与驱动齿轮啮合的输入轮，轴Ⅱ上设有与传动轮Ⅰ啮合的传动轮Ⅱ和与输出轮啮合的传动轮Ⅲ，输出轮设置在轴Ⅲ上。

一种所述的盾构机无轴电机主驱动系统的保压方法，在供油状态下，控制器控制第一电动截止阀和供油泵开启，油箱的润滑油经过第一电动截止阀、供油泵和减压阀后，将油路压力降低到合适的压力值，在供油过程中，当供油泵出油口的负载过大时，溢流阀开启,对供油泵的出油口管路进行卸载，起安全保护作用；在保压状态下，当油压传感器检测到油压密封腔内的压力值过大时，控制器控制第二电动截止阀开启进行泄压，经过减压阀的油液进入蓄能器中，降低密封腔内的油压，当油压传感器检测到密封腔内的压力值过小时，控制器控制第二电动截止阀关闭，蓄能器中的油液充入密封腔内，提高密封腔内的油压，进而起到保压、润滑作用；在泄压状态下，控制器控制第一电动截止阀和供油泵关闭，第二电动截止阀开启，润滑油经第二单向阀和第二电动截止阀流向废油箱中，当液位检测器检测到密封腔内润滑油泄尽时，将检测信号输送给控制器，控制器控制第二电动截止阀关闭，第一电动截止阀和供油泵开启，重新进入供油状态，起到换油的作用。

本发明采用无轴电机作为盾构机主驱动系统动力装置，与以往单电机驱动系统相比，功率覆盖范围广，额定功率在200-900Kw，能够满足多种型号盾构机掘进功率需求；与现有多电机并行驱动系统相比具有安装占用空间小、功率密度高、结构简单的优点。无轴电机作为盾构机主驱动系统动力装置与现有多电机并行控制系统相比，无需采用多电机并行控制系统、控制系统简单、电机转速运行稳定。此外，本发明扭矩过载保护机构的设计，能有效平衡电机扭矩负载，避免了多电机并行控制系统复杂工况下电机负载不均衡导致的轴断现象；且扭矩过载保护器采用滚珠式分离装置与扭矩承载键共同作用形式，在保证扭矩传递同时实现过载分离机制，增强扭矩过载保护器的适用性、经济性。本发明保压系统采用外接保压油路作为盾构机主驱动系统保压装置，具有稳定保压、结构简单且可回收的特点。

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为本发明整体内部结构示意图。

图2为本发明半剖结构示意图。

图3为本发明无轴电机结构示意图。

图4为扭矩过载保护机构结构示意图。

图5为本发明保压系统示意图。

图6为本发明润滑齿轮结构示意图。

图7为扭矩限制器结构示意图。

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，实施例1，一种盾构机无轴电机主驱动系统，包括与盾体16固定连接的驱动箱2和与盾体16转动连接的驱动盘1，驱动箱2通过紧固件一8固定在盾体上。驱动盘1、驱动箱2和盾体16组成密封腔，密封腔用于盛放润滑油液。驱动箱2的外部设有无轴电机6，无轴电机6与设置在驱动箱2内的驱动齿轮5相连接，驱动齿轮5分别与设置在密封腔内的传动齿轮组4和润滑齿轮24啮合。传动齿轮4两端通过轴承组件固定在驱动盘1与驱动箱2之间，润滑齿轮24两端通过轴承组件固定在驱动盘1与驱动箱2之间，传动齿轮组4和润滑齿轮24分设在驱动齿轮的上下两侧，为驱动盘1的转动提供稳定动力。在无轴电机的作用下，驱动齿轮同时带动传动齿轮组4和润滑齿轮24转动，进而带动驱动盘转动，在实际使用时，盾构刀盘通过紧固件四11与驱动盘固定连接，提供刀盘转动的动力。此外，润滑齿轮24能大范围带动密封腔内的润滑油液运动，充分搅动润滑油进行润滑和散热。驱动齿轮5与驱动箱2之间设有扭矩过载保护机构22，扭矩过载保护机构对驱动齿轮进行保护，防止其所受扭矩过大，平衡电机扭矩负载。驱动箱2设有与密封腔连通的保压系统，保压系统通过充放润滑油液，对密封腔内的压力进行调节，起到稳定压力作用。

实施例2，一种盾构机无轴电机主驱动系统，在实施例1的基础上，所述驱动盘1的内侧面上设有小油腔31，小油腔的设置既能提高润滑油的容量，又能在驱动盘转动时搅动油液，提高对齿轮的润滑和润滑油自身的散热。驱动箱2和驱动盘1之间设有主轴承3，主轴承3的轴承内圈3-1设有内齿部且轴承内圈3-1通过紧固件三10与驱动盘1相连接。轴承内圈3-1的内齿部分别与传动齿轮组4和润滑齿轮24啮合；主轴承3的轴承外圈3-2通过紧固件二9固定在驱动箱2内壁上，轴承内圈3-1与轴承外圈3-2之间设有轴向辊子3-3和径向辊子3-4，轴向辊子3-3和径向辊子3-4的设置用于轴向和径向承力。本实施例中，传动齿轮组4和润滑齿轮24带动轴承内圈3-1转动，进而实现传动盘的转动，实现无轴电机的动力传动。

进一步，所述轴承外圈3-2与保压系统相对应的端面为倾斜面，即轴承外圈3-2截面为倒L结构，轴承外圈3-2朝向驱动箱的端面在与进口密封机构32和出口密封机构33对应处设置斜面结构，为油液的注入与流出提供避让通道，同时避免发生干涉。驱动齿轮5为齿轮轴，齿轮轴的轴部通过第一轴承34与驱动盘1转动连接，齿轮轴的轴部与驱动盘1之间设有内密封组件，驱动盘1与盾体之间设有外密封组件。内密封组件和外密封组件的设置，提高密封腔整体的密封性，防止润滑油发生泄漏。

具体地，所述内密封组件包括内密封套15，内密封套为橡胶密封，且与齿轮轴的轴部接触处为唇形密封，提高密封效果。内密封套15套设在齿轮轴的轴部且通过内压环14固定在齿轮轴的轴部与驱动盘1之间；内压环14卡设在驱动盘与驱动箱之间。所述外密封组件包括外密封套13，外密封套13为橡胶密封，且与驱动盘1接触处为唇形密封，提高密封效果。外密封套13套设在驱动盘1上且通过外压环12固定在驱动盘1与盾体之间，外压环12卡设在驱动盘与盾体之间。

进一步，如图3所示，所述无轴电机6包括外定子6-1和内转子6-3，外定子6-1固定在驱动箱2上，内转子6-3套设在外定子6-1内且与转动设置在驱动箱2上的法兰盘7相连接，法兰盘通过紧固件五17与内转子相连接，内转子转动带动法兰盘转动。外定子6-1和内转子6-3之间设有线圈绕组6-2，驱动齿轮5连接在法兰盘7上。通电状态下，内转子在线圈绕组的作用下能相对外定子转动，进而实现驱动齿轮5的转动。本发明无轴技术取消了传统的推进传动轴，有效节约推进系统空间，能广泛应用于动力系统，其具有功率范围大、具有占用空间小、功率密度高的特点。无轴电机功率覆盖范围大，能够有效替代盾构机主驱动多电机并行系统，同时单电机系统避免了多电机并行冗余控制以及复杂工况下多电机负载不均衡导致的轴断事故的发生。

如图4所示，实施例3，一种盾构机无轴电机主驱动系统，在实施例2的基础上，所述扭矩过载保护机构22包括与法兰盘7相连接的外套筒22-3，外套筒通过紧固件六18固定在法兰盘上，紧固件可采用螺栓。外套筒22-3与驱动箱2之间设有密封保护环25，密封保护环的设置提高外套筒22-3与驱动箱2之间的密封性。外套筒22-3与驱动齿轮5之间设有相配合的扭矩输出盘22-1和扭矩输入盘22-2；扭矩输出盘22-1靠近驱动齿轮5，扭矩输入盘22-2靠近外套筒22-3，两者之间的距离根据所受扭矩大小可发生相对改变，用于平衡扭矩负载。扭矩输出盘22-1通过紧固件七21固定在驱动齿轮5的短轴部。扭矩输入盘22-2套设在驱动齿轮5的短轴部且通过扭矩限制器22-9限位在外套筒22-3内，扭矩限位器套设在动齿轮5的短轴部上且能在一定受力范围内发生形变平衡扭矩。扭矩输入盘22-2通过花键22-6与外套筒22-3相连接，在外套筒22-3在法兰盘的作用下进行转动的同时，带动扭矩输入盘22-2转动，而扭矩输出盘22-1随驱动齿轮转动，进而最大限度的实现扭矩输出盘22-1和扭矩输入盘22-2的同步转动，减小扭矩。

具体地：所述扭矩输出盘22-1和扭矩输入盘22-2形成的环腔内设有交错设置的输出盘滚珠22-7和输入盘滚珠22-8。本实施例中扭矩输出盘滚珠22-7与扭矩输入盘滚珠22-8交错压紧重合距离为b，扭矩输入盘22-2与外套筒22-3在扭矩限制器22-9作用下两者之间间距不小于b；形成滚珠式可分离机构。扭矩输出盘22-1和扭矩输入盘22-2相对应的端面通过轴向设置的键22-4连接，扭矩输出盘22-1的键槽内设有与键22-4接触的弹簧22-10。本实施例中扭矩输出盘22-1和扭矩输入盘22-2相对应的端面分别设有上键和下键，上键为键22-4，下键为22-5，下键朝向输出盘的一端与输出盘之间设有下弹簧22-11。上键、下键均沿轴向设置且与扭矩输出盘配合的重合度长度为b。其中，所述扭矩限制器22-9为具有一定弹性的弹性体，其包括环套本体22-9-1，环套本体22-9-1套设在齿轮轴上。环套本体22-9-1上设有一体成型的弹性臂22-9-2，弹性臂22-9-2朝向扭矩输入盘。作为优选方案，相邻两个弹性臂22-9-2之间设有扭矩弹簧22-9-3，扭矩弹簧22-9-3朝向扭矩输入盘设置，如图7所示。扭矩输出盘滚珠22-7与扭矩输入盘滚珠22-8交错压紧传递转矩，当转矩超过许用值时，扭矩限制器22-9被扭矩输入盘滚珠22-8轴向分力压缩，使扭矩输入盘22-2向右移动，进而使得扭矩输出盘滚珠22-7与扭矩输入盘滚珠22-8分离，同时在弹簧作用下上键不再传递扭矩输出盘、扭矩输入盘扭矩，实现扭矩过载保护机制。

进一步，如图6所示，所述润滑齿轮24为中空环形齿轮，中空环形齿轮通过中心轴承与设置在密封腔内的中心轴转动连接。中空环形齿轮的内环壁上设有一体成型的若干个搅拌块24-1，搅拌块24-1沿周向均匀设置。搅拌块24-1上设有搅拌槽24-2，提高对润滑油的搅动，加快其散热。本实施例中，所述传动齿轮组4包括一个大齿轮，大齿轮通过转轴设置在密封腔内，驱动齿轮带动大齿轮转动，进而大齿轮带动主轴承的内圈转动，实现从驱动齿到驱动盘的动力传动。驱动齿轮5分度圆直径小于传动齿轮4和润滑齿轮24分度圆直径，驱动齿轮5为主动轮，传动齿轮4和润滑齿轮24为从动轮，驱动齿轮和传动齿轮啮合形成减速传动。

进一步，如图5所示，所述保压系统包括设置在密封箱体上部的进口密封机构32和设置在密封箱体下部的出口密封机构33；本实施例中，所述进口密封机构32和出口密封机构33为相同结构，即两者均包括密封接头29，密封接头29通过紧固件固定在驱动箱2上，密封接头29与驱动箱2之间设有密封件28，确保管道连接密封性，同时便于拆装。进口密封机构32连接有进油管道23，进油管道23与油箱23-1连通，进油管道23上并联设有供油泵22-3和溢流阀23-4，供油泵22-3与油箱23-1之间的管道上设有第一电动截止阀3-2，供油泵22-3与进口密封机构32之间的管道上沿进油方向依次设有减压阀23-5、压力表23-7、第一单向阀23-6和蓄能器23-8。蓄能器与进油管道相连通的管道上也可设置压力表。所述出口密封机构33连接有出油管路36，出油管路36上连接有第二电动截止阀36-2，第二电动截止阀36-2的出油口与废油箱36-3连通，第二电动截止阀36-2与出口密封机构33之间设有第二单向阀36-1；所述密封腔内设有液位传感器30和油压传感器35，液位传感器30和油压传感器35均与后台控制器23-9相连接，控制器23-9与第一电动截止阀23-2、供油泵23-3、第二电动截止阀36-2、压力表23-7电性相连。所述液位传感器30安装在驱动箱的下方、出油口的上方，用以检测系统内润滑油含量。油压传感器35用于检测密封腔内压力。密封腔内也可设置粘度检测器，控制器通过推进系统内部粘度检测器对润滑油进行检测，当润滑油粘度过高，不符合使用标准时，控制器控制第二电动截止阀开启将润滑油排向废油箱。

如图2所示，实施例4，本实施例与实施例3不同点在于：所述传动齿轮组4包括平行设置在密封腔内的轴Ⅰ4-1、轴Ⅱ4-2和轴Ⅲ4-3，轴Ⅰ4-1上设有传动轮Ⅰ4-4和与驱动齿轮5啮合的输入轮4-5，轴Ⅱ4-2上设有与传动轮Ⅰ4-4啮合的传动轮Ⅱ4-6和与输出轮4-7啮合的传动轮Ⅲ4-8，输出轮4-7设置在轴Ⅲ4-3上。工作状态下，驱动齿轮5带动输入轮4-5转动，输入轮4-5转动带动同轴设置的传动轮Ⅰ4-4转动，传动轮Ⅰ4-4通过传动轮Ⅱ4-6带动传动轮Ⅲ4-8转动，传动轮Ⅲ4-8转动带动输出轮4-7转动，进而带动主轴承内圈的转动，实现动力从驱动齿轮到驱动盘的传动。本实施例中输入轮与传动轮Ⅰ同轴安装，且输入轮与驱动齿轮5形成减速传动，即输入轮齿数/驱动齿轮齿数>1；所述传动轮Ⅰ与传动轮Ⅱ齿轮啮合切两者形成减速传动，即传动轮Ⅱ齿数/传动轮Ⅰ齿数>1，传动轮Ⅱ与传动轮Ⅲ同轴安装；所述传动轮Ⅲ与输出轮齿轮啮合且两者形成减速传动，即输出轮齿数/传动轮Ⅲ齿数>1；多级减速传动有利于无轴电机6的减速传动，最终实现无轴电机6到驱动盘1的减速传动。传动齿轮或者输入轮、输出轮构成的传动轮系的数量设置为偶数个均匀分布设置在密封腔的内部，保证齿轮传动齿轮或者传动轮系的传动可靠性，降低工作对于盾构产生的震动；能在面对复杂工况时有效避免多电机并行驱动系统调度复杂造成电机瞬时功率过大的现象，调度简单、反应迅速。

实施例5：一种实施例3或4所述的盾构机无轴电机主驱动系统的保压方法，在供油状态下，控制器23-9控制第一电动截止阀 23-2和供油泵23-3开启，油箱23-1的润滑油经过第一电动截止阀3-2、供油泵23-3和减压阀23-5后，将油路压力降低到合适的压力值，在供油过程中，当供油泵23-3出油口的负载过大时，溢流阀23-4开启,对供油泵23-3的出油口管路进行卸载，起安全保护作用；在保压状态下，当油压传感器35检测到油压密封腔内的压力值过大时，控制器23-9控制第二电动截止阀 36-2开启进行泄压，经过减压阀23-5的油液进入蓄能器23-8中，降低密封腔内的油压，当油压传感器35检测到密封腔内的压力值过小时，控制器23-9控制第二电动截止阀 36-2关闭，蓄能器中23-8的油液充入密封腔内，提高密封腔内的油压，进而起到保压、润滑作用；在泄压状态下，控制器23-9控制第一电动截止阀23-2和供油泵23-3关闭，第二电动截止阀 36-2开启，润滑油经第二单向阀36-1和第二电动截止阀 36-2流向废油箱36-3中，当液位检测器30检测到密封腔内润滑油泄尽时，将检测信号输送给控制器23-9，控制器23-9控制第二电动截止阀 36-2关闭，第一电动截止阀 23-2和供油泵23-3开启，重新进入供油状态，起到换油的作用。在工作状态下，配合矩过载保护机构，当转矩超过许用值时，扭矩限制器被扭矩输入盘滚珠轴向分力压缩，使扭矩输入盘向右移动，进而使得扭矩输出盘滚珠与扭矩输入盘滚珠分离，同时在弹簧作用下上键不再传递扭矩输出盘、扭矩输入盘扭矩，实现扭矩过载保护机制；从整体上提高该主驱动系统的安全性并延长其使用寿命。

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 (12)

1.一种盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：包括与盾体（16）固定连接的驱动箱（2）和与盾体（16）转动连接的驱动盘（1），驱动盘（1）、驱动箱（2）和盾体（16）组成密封腔；驱动箱（2）的外部设有无轴电机（6），无轴电机（6）与设置在驱动箱（2）内的驱动齿轮（5）相连接，驱动齿轮（5）分别与设置在密封腔内的传动齿轮组（4）和润滑齿轮（24）啮合，传动齿轮组（4）和润滑齿轮（24）为驱动盘（1）的转动提供动力，驱动齿轮（5）与驱动箱（2）之间设有扭矩过载保护机构（22），驱动箱（2）设有与密封腔连通的保压系统。

2.根据权利要求1所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述驱动盘（1）的内侧面上设有小油腔（31），驱动箱（2）和驱动盘（1）之间设有主轴承（3），主轴承（3）的轴承内圈（3-1）设有内齿部且轴承内圈（3-1）通过紧固件与驱动盘（1）相连接，轴承内圈（3-1）的内齿部分别与传动齿轮组（4）和润滑齿轮（24）啮合；主轴承（3）的轴承外圈（3-2）通过紧固件固定在驱动箱（2）内壁上，轴承内圈（3-1）与轴承外圈（3-2）之间设有轴向辊子（3-3）和径向辊子（3-4）。

3.根据权利要求2所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述轴承外圈（3-2）与保压系统相对应的端面为倾斜面；驱动齿轮（5）为齿轮轴，齿轮轴的轴部通过第一轴承（34）与驱动盘（1）转动连接，齿轮轴的轴部与驱动盘（1）之间设有内密封组件，驱动盘（1）与盾体之间设有外密封组件。

4.根据权利要求3所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述内密封组件包括内密封套（15），内密封套（15）套设在齿轮轴的轴部且通过内压环（14）固定在齿轮轴的轴部与驱动盘（1）之间；所述外密封组件包括外密封套（13），外密封套（13）套设在驱动盘（1）上且通过外压环（12）固定在驱动盘（1）与盾体之间。

5.根据权利要求1~4任一项所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述无轴电机（6）包括外定子（6-1）和内转子（6-3），外定子（6-1）固定在驱动箱（2）上，内转子（6-3）套设在外定子（6-1）内且与转动设置在驱动箱（2）上的法兰盘（7）相连接，外定子（6-1）和内转子（6-3）之间设有线圈绕组（6-2），驱动齿轮（5）连接在法兰盘（7）上。

6.根据权利要求5所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述扭矩过载保护机构（22）包括与法兰盘（7）相连接的外套筒（22-3），外套筒（22-3）与驱动箱（2）之间设有密封保护环（25），外套筒（22-3）与驱动齿轮（5）之间设有相配合的扭矩输出盘（22-1）和扭矩输入盘（22-2），扭矩输出盘（22-1）固定在驱动齿轮（5）的短轴部，扭矩输入盘（22-2）套设在驱动齿轮（5）的短轴部且通过扭矩限制器（22-9）限位在外套筒（22-3）内，扭矩输入盘（22-2）通过花键（22-6）与外套筒（22-3）相连接；所述扭矩限制器（22-9）包括环套本体（22-9-1），环套本体（22-9-1）上设有一体成型的弹性臂（22-9-2），相邻两个弹性臂（22-9-2）之间设有扭矩弹簧（22-9-3）。

7.根据权利要求6所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述扭矩输出盘（22-1）和扭矩输入盘（22-2）形成的环腔内设有交错设置的输出盘滚珠（22-7）和输入盘滚珠（22-8），扭矩输出盘（22-1）和扭矩输入盘（22-2）相对应的端面通过轴向设置的键（22-4）连接，扭矩输出盘（22-1）的键槽内设有与键（22-4）接触的弹簧（22-10）。

8.根据权利要求1~4、6和7任一项所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述保压系统包括设置在密封箱体上部的进口密封机构（32）和设置在密封箱体下部的出口密封机构（33）；进口密封机构（32）连接有进油管道（23），进油管道（23）与油箱（23-1）连通，进油管道（23）上并联设有供油泵（22-3）和溢流阀（23-4），供油泵（22-3）与油箱（23-1）之间的管道上设有第一电动截止阀（23-2），供油泵（22-3）与进口密封机构（32）之间的管道上沿进油方向依次设有减压阀（23-5）、压力表（23-7）、第一单向阀（23-6）和蓄能器（23-8）；所述出口密封机构（33）连接有出油管路（36），出油管路（36）上连接有第二电动截止阀（36-2），第二电动截止阀（36-2）的出口与废油箱（36-3）连接，第二电动截止阀（36-2）与出口密封机构（33）之间设有第二单向阀（36-1）；所述密封腔内设有液位传感器（30）和油压传感器（35），液位传感器（30）、油压传感器（35）、第一电动截止阀（23-2）、供油泵（23-3）、压力表（23-7）、第二电动截止阀（36-2）均与后台控制器（23-9）相连接；

所述进口密封机构（32）和出口密封机构（33）均包括密封接头（29），密封接头（29）通过紧固件固定在驱动箱（2）上，密封接头（29）与驱动箱（2）之间设有密封件（28）。

9.根据权利要求8所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述润滑齿轮（24）为中空环形齿轮，中空环形齿轮通过中心轴承与设置在密封腔内的中心轴转动连接，中空环形齿轮的内环壁上设有一体成型的若干个搅拌块（24-1），搅拌块（24-1）上设有搅拌槽（24-2）。

10.根据权利要求9所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述传动齿轮组（4）包括一个大齿轮，大齿轮通过转轴设置在密封腔内。

11.根据权利要求9所述的盾构机无轴电机主驱动系统，其特征在于：所述传动齿轮组（4）包括平行设置在密封腔内的轴Ⅰ（4-1）、轴Ⅱ（4-2）和轴Ⅲ（4-3），轴Ⅰ（4-1）上设有传动轮Ⅰ（4-4）和与驱动齿轮（5）啮合的输入轮（4-5），轴Ⅱ（4-2）上设有与传动轮Ⅰ（4-4）啮合的传动轮Ⅱ（4-6）和与输出轮（4-7）啮合的传动轮Ⅲ（4-8），输出轮（4-7）设置在轴Ⅲ（4-3）上。

12.一种如权利要求8~11任一项所述的盾构机无轴电机主驱动系统的保压方法，其特征在于：在供油状态下，控制器（23-9）控制第一电动截止阀（23-2）和供油泵（23-3）开启，油箱（23-1）的润滑油经过第一电动截止阀（23-2）、供油泵（23-3）和减压阀（23-5）后，将油路压力降低到合适的压力值，在供油过程中，当供油泵（23-3）出油口的负载过大时，溢流阀（23-4）开启，对供油泵（23-3）的出油口管路进行卸载，起安全保护作用；在保压状态下，当油压传感器（35）检测到油压密封腔内的压力值过大时，控制器（23-9）控制第二电动截止阀（36-2）开启进行泄压，经过减压阀（23-5）的油液进入蓄能器（23-8）中，降低密封腔内的油压，当油压传感器（35）检测到密封腔内的压力值过小时，控制器（23-9）控制第二电动截止阀（36-2）关闭，蓄能器中（23-8）的油液充入密封腔内，提高密封腔内的油压，进而起到保压、润滑作用；在泄压状态下，控制器（23-9）控制第一电动截止阀（23-2）和供油泵（23-3）关闭，第二电动截止阀（36-2）开启，润滑油经第二单向阀（36-1）和第二电动截止阀（36-2）流向废油箱（36-3）中，当液位检测器（30）检测到密封腔内润滑油泄尽时，将检测信号输送给控制器（23-9），控制器（23-9）控制第二电动截止阀（36-2）关闭，第一电动截止阀（23-2）和供油泵（23-3）开启，重新进入供油状态，起到换油的作用。

Images