CN205117347U - 用于隧道掘进机的刀盘组件及具有其的隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于隧道掘进机的刀盘组件，用于隧道掘进机的刀盘组件包括：刀盘和驱动机构，驱动机构用于驱动刀盘转动，驱动机构包括行星齿轮，行星齿轮包括与刀盘相连的外齿圈和与外齿圈的内周啮合的多个内齿轮，每个内齿轮均通过一个与其直连的永磁同步电机驱动旋转。根据本实用新型的用于隧道掘进机的刀盘组件，通过利用永磁同步电机直接驱动行星齿轮转动，再驱动刀盘转动，节省了减速机以及对减速机进行冷却的冷却系统，大大降低了整个驱动机构的经济成本和维护保养成本，同时简化了结构，使得整个装置的可靠性大为提高，并节约了掘进机的盾体空间，便于维修。

Description

用于隧道掘进机的刀盘组件及具有其的隧道掘进机

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种用于隧道掘进机的刀盘组件及具有其的隧道掘进机。

背景技术

相关技术中指出，掘进机设备上的刀盘的驱动机构采用变频电机(或液压马达)、减速机和行星齿轮的传动结构，变频电机(或液压马达)通过输出轴与减速机输入端连接，减速机输出端与行星齿轮的小齿圈连接并驱动主轴承，此种结构的减速环节较多，结构复杂，传输效率不高，且减速机造价高昂，体积庞大，与电机匹配性较差，可选择余地较小，同时减速机需要专门的冷却系统以及定期维护保养工作。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种用于隧道掘进机的刀盘组件，所述用于隧道掘进机的刀盘组件具有结构简单、可靠性高、成本低的优点。

本实用新型还提出一种隧道掘进机，所述隧道掘进机包括如上所述的用于隧道掘进机的刀盘组件。

根据本实用新型第一方面的用于隧道掘进机的刀盘组件，包括：刀盘；和用于驱动所述刀盘转动的驱动机构，所述驱动机构包括行星齿轮，所述行星齿轮包括与所述刀盘相连的外齿圈和与所述外齿圈的内周啮合的多个内齿轮，每个所述内齿轮均通过一个与其直连的永磁同步电机驱动旋转。

根据本实用新型的用于隧道掘进机的刀盘组件，通过利用永磁同步电机直接驱动行星齿轮转动，再驱动刀盘转动，可以避免使用变频电机通过减速机进行减速之后，再与行星齿轮连接以驱动刀盘转动，节省了减速机以及对减速机进行冷却的冷却系统，大大降低了整个驱动机构的经济成本和维护保养成本，同时简化了结构，使得整个装置的可靠性大为提高，并节约了掘进机的盾体空间，便于维修。

根据本实用新型的一些实施例，每个所述永磁同步电机上均设有用于监测相应的所述永磁同步电机工作状态信号的监测装置。

在本实用新型的一些实施例中，所述监测装置为旋转变压器。

在本实用新型的一些实施例中，所述刀盘组件进一步包括：控制器，所述控制器分别与每个所述监测装置和每个所述永磁同步电机相连，以根据每个所述监测装置检测的所述信号控制相应的所述永磁同步电机工作。

根据本实用新型的一些实施例，每个所述永磁同步电机的级数N满足：12级≤N≤48级。

在本实用新型的一些实施例中，每个所述永磁同步电机的级数N为36级、基频为30Hz。

根据本实用新型的一些实施例，每个所述内齿轮与所述外齿圈的齿数比均为1:15或1:16或1:17。

在本实用新型的一些实施例中，所述多个内齿轮在所述外齿圈的周向方向上均匀地间隔开。

根据本实用新型第二方面的隧道掘进机，包括根据本实用新型第一方面的用于隧道掘进机的刀盘组件。

根据本实用新型的隧道掘进机，通过设置用于隧道掘进机的刀盘组件，可以降低整个隧道掘进机的经济成本和维护保养成本，并且由于结构简化，可以使得整个隧道掘进机的可靠性大大提高。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的用于隧道掘进机的刀盘组件的局部结构示意图；

图2是图1中所示的行星齿轮的结构示意图。

附图标记：

驱动机构1，行星齿轮11，外齿圈111，内齿轮112，永磁同步电机12。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考图1和图2描述根据本实用新型第一方面实施例的用于隧道掘进机的刀盘组件。

如图1和图2所示，根据本实用新型第一方面实施例的用于隧道掘进机的刀盘组件，包括：刀盘(图未示出)和驱动机构1。

具体地，驱动机构1用于驱动刀盘转动，驱动机构1包括行星齿轮11，行星齿轮11包括与刀盘相连的外齿圈111和与外齿圈111的内周啮合的多个内齿轮112，每个内齿轮112均通过一个与其直连的永磁同步电机12驱动旋转。换言之，行星齿轮11可以驱动刀盘转动，行星齿轮11的外齿圈111由多个与其啮合的内齿轮112共同驱动转动，且每个内齿轮112均与一个永磁同步电机12连接，多个永磁同步电机12可以驱动相对应连接的内齿轮112转动，多个内齿轮112再带动与其啮合的外齿圈111转动，外齿圈111与刀盘连接，在外齿圈111转动的同时可以带动刀盘转动。

需要说明的是，由于永磁同步电机12的特性，在提升电机极数时功率因数并不会下降，并且由于功率密度远大于异步电机，体积也会得到很好的控制，所以在掘进机上应用永磁同步电机12，并且永磁同步电机12的输出转速可以做到很低，扭矩可以做到很高，这样可以避免通过减速机驱动行星齿轮11带动刀盘旋转。永磁同步电机12的特性应为本领域的技术人员所熟知，这里不再详述。

由此，可以避免使用减速机进行减速，节省了对减速机进行冷却的冷却系统，大大降低了整个驱动机构1的经济成本和维护保养成本，同时简化了结构，使得整个装置的可靠性大为提高，并节约了掘进机的盾体空间，便于维修。

根据本实用新型第一方面实施例的用于隧道掘进机的刀盘组件，通过利用永磁同步电机12直接驱动行星齿轮11转动，再驱动刀盘转动，可以避免使用变频电机通过减速机进行减速之后，再与行星齿轮11连接以驱动刀盘转动，节省了减速机以及对减速机进行冷却的冷却系统，大大降低了整个驱动机构1的经济成本和维护保养成本，同时简化了结构，使得整个装置的可靠性大为提高，并节约了掘进机的盾体空间，便于维修。

在本实用新型的一些实施例中，每个永磁同步电机12上均设有用于监测相应的永磁同步电机12工作状态信号的监测装置。由此监测装置可以检测并反馈相应的永磁同步电机12上的转速、位置、转矩等信号，以实现各永磁同步电机12的同步性。进一步地，监测装置可以为旋转变压器，旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的旋转变压器场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。由此可以准确检测永磁同步电机12的转速、位置等信号。需要说明的是，旋转变压器和旋转编码器的具体结构及其工作原理应为本领域技术人员所熟知，这里不再详述。

可选地，刀盘组件进一步包括：控制器，控制器分别与每个监测装置和每个永磁同步电机12相连，以根据每个监测装置检测的信号控制相应的永磁同步电机12工作。由此可以使永磁同步电机12在全频率调节范围内获得优良的控制特性，保证了各永磁同步电机12之间的同步性，改善了整个驱动系统的效能，减少了负载突变时整个系统受到的冲击，增强了整个驱动系统的寿命。

在本实用新型的一些实施例中，每个永磁同步电机12的级数N满足：12级≤N≤48级。由此可以满足刀盘对不同工作面的转速要求，而且还可以防止转速过低或过高而不利于工作面的开挖。进一步地，每个永磁同步电机12的级数N为36级、基频为30Hz。由此不仅可以输出一个较小的转速，而且还可以减小永磁同步电机12的成本。可选地，每个内齿轮112与外齿圈111的齿数比均为1:15或1:16或1:17。由此，既可以满足行星齿轮11的速比要求，又可以满足盾体空间的要求。

在本实用新型的一些实施例中，多个内齿轮112在外齿圈111的周向方向上均匀地间隔开。由此可以使多个内齿轮112作用在外齿圈111上的驱动力更加均匀，使行星齿轮11的运行更加平稳，从而提高了整个装置的可靠性。

下面参考图1和图2简要描述根据本实用新型第一方面一个具体实施例的用于隧道掘进机的刀盘组件。

如图1和图2所示，根据本实用新型第一方面实施例的用于隧道掘进机的刀盘组件，包括刀盘、驱动机构1和控制器。

具体地，驱动机构1包括行星齿轮11，行星齿轮11包括一个与刀盘连接的外齿圈111和两个与外齿圈111啮合的内齿轮112，两个内齿轮112沿外齿圈111的周向均匀地间隔分布，即两个内齿轮112之间的夹为180°，两个内齿轮112分别与两个永磁同步电机12连接。两个永磁同步电机12分别驱动对应连接的内齿轮112转动，两个内齿轮112带动与其啮合的外齿圈111转动，然后外齿圈111带动刀盘转动，从而实现永磁同步电机12对刀盘的间接驱动。

每个永磁同步电机12上均设有旋转变压器，旋转变压器可以检测相应电机的转速、位置等信号，控制器分别与每个电机和每个旋转变压器连接，并根据每个旋转变压器检测的信号控制相应的永磁同步电机12工作，从而实现各永磁同步电机12的同步性。

永磁同步电机12的级数为36级，基频为30Hz，行星齿轮11的内齿轮112与外齿轮的齿数比为1:15，下面将参考以上数值分析刀盘组件的利用永磁同步电机12驱动的优点。

根据永磁同步电机12的级数和基频可以得出其额定输出转速为100rpm，由于行星齿轮11的齿数比约为15：1，则外齿圈111的输出的转速为6.7rpm，刀盘的转速为6.7rpm。而如果采用异步电机来实现，则由于掘进机盾体空间、以及效率方面的考虑，异步电机最高只能选用6或者8极电机，而行星齿轮11的齿数比并不能大范围的改变，所以必须要增加减速机来满足掘进机刀盘对于转速和扭矩的要求。而采用了低转速大转矩的永磁同步电机12，使得原来必须先通过减速机进行减速的结构得以简化，这种刀盘驱动机构1的结构，节省了空间和成本，并提高了整个系统的可靠和稳定性。

根据本实用新型第二方面实施例的隧道掘进机包括根据本实用新型第一方面的用于隧道掘进机的刀盘组件，由此可以降低整个隧道掘进机的经济成本和维护保养成本，并且由于结构简化，可以使得整个隧道掘进机的可靠性大大提高。

在本实用新型的一些实施例中，隧道掘进机为全断面掘进机。由于全断面掘进机无法模组化，经济成本和维修成本均较高，因此采用永磁同步电机12直接驱动行星齿轮11的刀盘组件可以大大降低整个装置的经济成本和维修保养成本，同时还可以提高整个装置的可靠性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，包括：

刀盘；和

用于驱动所述刀盘转动的驱动机构，所述驱动机构包括行星齿轮，所述行星齿轮包括与所述刀盘相连的外齿圈和与所述外齿圈的内周啮合的多个内齿轮，每个所述内齿轮均通过一个与其直连的永磁同步电机驱动旋转。

2.根据权利要求1所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，每个所述永磁同步电机上均设有用于监测相应的所述永磁同步电机工作状态信号的监测装置。

3.根据权利要求2所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，所述监测装置为旋转变压器。

4.根据权利要求2所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，所述刀盘组件进一步包括：控制器，所述控制器分别与每个所述监测装置和每个所述永磁同步电机相连，以根据每个所述监测装置检测的所述信号控制相应的所述永磁同步电机工作。

5.根据权利要求1所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，每个所述永磁同步电机的级数N满足：12级≤N≤48级。

6.根据权利要求5所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，每个所述永磁同步电机的级数N为36级、基频为30Hz。

7.根据权利要求1所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，每个所述内齿轮与所述外齿圈的齿数比均为1:15或1:16或1:17。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于隧道掘进机的刀盘组件，其特征在于，所述多个内齿轮在所述外齿圈的周向方向上均匀地间隔开。

9.一种隧道掘进机，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的用于隧道掘进机的刀盘组件。

10.根据权利要求9所述的隧道掘进机，其特征在于，所述隧道掘进机为全断面掘进机。