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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schildfräskopf und ein Arbeitsverfahren, insbesondere einen mehrkreisigen, kreisringförmig zusammengesetzten Schildfräskopf, der für den Einsatz auf einer Schildvortriebsmaschine geeignet ist, und ein Arbeitsverfahren.
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Technischer Hintergrund
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Schildvortriebsmaschinen sind im Tunnelbau aufgrund ihrer Vorteile wie hohe Vortriebsgeschwindigkeit, hohe Qualität der Tunnelstruktur, hohe Sicherheit und geringe Auswirkungen auf die Bebauung weit verbreitet. Der Schildfräskopf, der von einer Hauptwelle zum Rotieren angetrieben wird, ist das wichtigste Bauteil einer Schildvortriebsmaschine. Da die Querschnitte der Tunnel immer größer werden, sind die Schildvortriebsköpfe mit größeren Durchmessern einem deutlich höheren Widerstand ausgesetzt, so dass die Hauptwelle eine größere Antriebsleistung und höhere Festigkeit bereitstellen muss. Daher ist die Beschädigung der Hauptwelle der Schildvortriebsmaschine mit ihrem großen Durchmesser ein Schlüsselfaktor, der die Vergrößerung des Durchmessers des Schildfräskopfes begrenzt. In besonderen Umständen, wenn die Schildvortriebsmaschine während des Vortriebs auf ein Einzelgestein stößt, dessen Querschnitt kleiner ist als die Fläche des Schildfräskopfes, bewegt sich das Einzelgestein mit der Drehung des Fräskopfes. Infolgedessen kann das Einzelgestein nicht wirksam zerkleinert werden, und der normale Vortrieb der Schildvortriebsmaschine wird beeinträchtigt. Die Beanspruchung und die erforderliche Antriebsleistung der Hauptwelle der Schildvortriebsmaschine können reduziert werden, indem der Schildfräskopf aus mehreren Kreisen kreisringförmiger Fräsköpfe zusammengesetzt wird, die separat angetrieben und befestigt werden; außerdem kann der Einzelgestein vor dem Schildfräskopf durch Einstellen der Vorschubhübe und -winkel verschiedener kreisringförmiger Fräsköpfe geklemmt werden, um das Brechen des Einzelgesteins zu erleichtern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um das oben genannte technische Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen mehrkreisigen, kreisringförmigen Schildfräskopf zur Verfügung, der aus einem zentralen Fräskopf und mehreren Kreisen von voneinander unabhängigen kreisringförmigen Vortriebsköpfen zusammengesetzt ist, wobei der zentrale Fräskopf von der Hauptwelle einer Schildvortriebsmaschine angetrieben wird und verschiedene kreisringförmige Vortriebsköpfe separat von mehreren Antriebsvorrichtungen angetrieben werden und sich separat um an der Schildvortriebsmaschine befestigte teleskopische Hilfswellen drehen. Der mehrkreisige, kreisringförmige Schildfräskopf hat eine einfache Struktur, ist bequem zu bedienen und kann entsprechend den verschiedenen Tunnelbausituationen eingestellt werden, um die Effizienz des Schildvortriebs zu verbessern.
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Um das oben beschriebene technische Ziel zu erreichen, umfasst der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte mehrkreisige kreisringförmig zusammengesetzte Schildmesserkopf einen zentralen Fräskopf, wobei die Außenseite des zentralen Fräskopfs mit einer Vielzahl von Kreisen von gegenseitig unabhängigen kreisringförmigen Fräsköpfen versehen ist, wobei ein Abstand zwischen der Vielzahl von Kreisen von kreisringförmigen Fräsköpfen vorgesehen ist, um zu verhindern, dass die Kreise von kreisringförmigen Fräsköpfen einander stören, wobei ein Abstand zwischen benachbarten kreisringförmigen Fräsköpfen vorgesehen ist, wobei das Zentrum des zentralen Fräskopfes in einer Antriebsverbindung mit einer Hauptwelle einer Schildvortriebsmaschine steht, die kreisringförmigen Fräsköpfe Ringstrukturen sind, der Innenring jedes kreisringförmigen Fräskopfes mit einem äußeren Zahnradring der gleichen Größe versehen ist und der äußere Ring mit einem inneren Zahnradring der gleichen Größe versehen ist, die inneren Zahnradringe und die äußeren Zahnradringe über eine Vielzahl von Übertragungsvorrichtungen mit einer Vielzahl von Antriebsvorrichtungen verbunden sind, die an der Schildvortriebsmaschine angeordnet sind, und die Vielzahl von Übertragungsvorrichtungen mit den inneren Zahnradringen bzw. den äußeren Zahnradringen in Eingriff stehen, um jeden der kreisringförmigen Fräsköpfe zu stützen und anzutreiben, damit er sich dreht.
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Darüber hinaus handelt es sich bei den Übertragungsvorrichtungen um Übertragungszahnräder, die mit den inneren Zahnkränzen und den äußeren Zahnkränzen, die auf den kreisringförmigen Fräsköpfen angeordnet sind, in Eingriff stehen, um die kreisringförmigen Fräsköpfe zu tragen und anzutreiben; jede Übertragungsvorrichtung ist jeweils mit einer Antriebsvorrichtung verbunden, eine teleskopische Hilfswelle ist zwischen der Übertragungsvorrichtung und der Antriebsvorrichtung angeschlossen, und ein Antriebsmotor ist auf der teleskopischen Hilfswelle angeordnet.
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Darüber hinaus werden je nach Bedarf alle Übertragungszahnräder gleichzeitig mit den inneren Zahnringen und den äußeren Zahnringen der kreisringförmigen Fräsköpfe in Eingriff gebracht; alternativ werden einige Übertragungszahnräder separat mit den inneren Zahnringen der kreisringförmigen Fräsköpfe und einige Antriebszahnräder separat mit den äußeren Zahnringen der kreisringförmigen Fräsköpfe in Eingriff gebracht, und die mit den inneren Zahnringen bzw. den äußeren Zahnringen in Eingriff gebrachten Übertragungszahnräder sind in Bezug auf den Kreismittelpunkt einander gegenüber angeordnet; der Modus, in dem die Übertragungszahnräder mit den inneren Zahnrädern und/oder den äußeren Zahnrädern kämmen, wird entsprechend der Größe der kreisringförmigen Fräsköpfe und dem Übersetzungsverhältnis der Übertragungszahnräder bestimmt; wenn die Breite der kreisringförmigen Fräsköpfe viel größer ist als die Breite der Übertragungszahnräder oder wenn ein großes Übersetzungsverhältnis der inneren Zahnräder und der äußeren Zahnräder der kreisringförmigen Fräsköpfe zu den Übertragungszahnrädern gewünscht wird, wird der letztere Modus für das Kämmen verwendet; Andernfalls, wenn die Breite der kreisringförmigen Fräsköpfe nahe an der Breite der Übertragungszahnräder liegt, können alle Übertragungszahnräder gleichzeitig mit den inneren und äußeren Zahnkränzen in Eingriff gebracht werden, um die Übertragungseffizienz zu verbessern.
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Arbeitsverfahren unter Verwendung des mehrkreisigen, kreisringförmig zusammengesetzten Schildfräskopfes nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte:
- a. Einstellen der Breite und der Anzahl der zusammengebauten kreisringförmigen Fräsköpfe entsprechend dem Tunneldurchmesser und den ingenieurtechnischen geologischen Gegebenheiten und Ausführen der Anordnung der Fräser auf den kreisringförmigen Fräsköpfen; Einstellen der Anzahl der Antriebsvorrichtungen, die mit jedem der kreisringförmigen Fräsköpfe verbunden sind, entsprechend den Erfordernissen, und dann Anordnen einer teleskopischen Hilfswelle auf jeder Antriebsvorrichtung, und die Stärke der teleskopischen Hilfswelle wird entsprechend den Erfordernissen ausgewählt;
- b. Installieren des zentralen Fräskopfes auf der Hauptwelle der Schildvortriebsmaschine in einem Arbeitsschacht und Verbinden der mehreren kreisringförmigen Fräsköpfe mit den entsprechenden teleskopischen Hilfswellen über die Übertragungsvorrichtungen, um die Verbindung zwischen den Antriebsvorrichtungen und den Übertragungsgetrieben zu realisieren und die Inbetriebnahmearbeiten durchzuführen;
- c. wenn die Schildvortriebsmaschine sich vorwärts bewegt, treibt die Hauptwelle den zentralen Fräskopf zur Drehung an, jeder kreisringförmige Fräskopf wird von einer entsprechenden Anzahl von Antriebsvorrichtungen über jeweils eine Vielzahl von Übertragungsgetrieben angetrieben, und die inneren Zahnkränze und die äußeren Zahnkränze der kreisringförmigen Fräsköpfe drehen sich unter dem Antrieb der Übertragungsgetriebe um die teleskopischen Hilfswellen;
- d. nach Abschluss des Vortriebs der Schildvortriebsmaschine, Entfernen der kreisringförmigen Fräsköpfe nacheinander, um das Anheben und die Demontage der Fräsköpfe der Schildvortriebsmaschine zu erleichtern, so dass die kreisringförmigen Fräsköpfe und der zentrale Fräskopf in anderen Projekten wiederverwendet werden können.
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Wenn die Schildvortriebsmaschine beim Vortrieb auf einen Einzelgestein stößt, werden verschiedene teleskopische Hilfswellen so eingestellt, dass sie sich vor der Schildvortriebsmaschine auf unterschiedliche Längen ausfahren und zusammenziehen, wodurch sich die Vorschubwege und -winkel verschiedener kreisringförmiger Fräsköpfe ändern, um die Zerkleinerung des Einzelgesteins bzw. einzelnen Steins zu erleichtern.
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Darüber hinaus kann durch die Einstellung der Länge der teleskopischen Hilfswelle, die denselben kreisringförmigen Fräskopf fixiert, der Vorschubhub eines kreisringförmigen Fräskopfes verändert werden, wodurch ein abgestufter kreisringförmiger Tunnelabschnitt gebildet wird, wodurch die vordere Tunnelfläche stabilisiert wird.
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Darüber hinaus wird der Spannungszustand des Gesteins vor den kreisringförmigen Fräsköpfen verändert, indem die Drehgeschwindigkeiten und Ausrichtungen der verschiedenen kreisringförmigen Fräsköpfe separat eingestellt werden, um die Effizienz der Gesteinszerkleinerung zu verbessern.
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Vorteilhafte Effekte: Wenn die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Vorrichtung im Einsatz ist, muss die Hauptwelle der Schildvortriebsmaschine, die mit der Vorrichtung verbunden ist, nur den zentralen Fräskopf zum Drehen antreiben, während die anderen kreisringförmigen Fräsköpfe separat durch eine Vielzahl von Antriebsvorrichtungen angetrieben werden, um sich separat um die teleskopische Hilfswelle zu drehen, die an der Schildvortriebsmaschine befestigt ist, und die Anzahl der Antriebsvorrichtungen kann entsprechend den Bedürfnissen eingestellt werden, so dass die Belastung und der Antriebskraftbedarf der Hauptwelle und der Hilfswellen stark reduziert werden können. Bei der Erweiterung des Schildfräskopfes ist es lediglich erforderlich, neue kreisringförmige Fräsköpfe an der Außenseite zu montieren, ohne die vorhandene Hauptwelle und die Hilfswellen im Inneren angepasst werden zu müssen. Schildfräsköpfe mit unterschiedlichen Durchmessern können gebildet werden, indem die Breite und die Anzahl der montierten kreisringförmigen Fräsköpfe entsprechend dem Tunneldurchmesser und den ingenieurtechnischen geologischen Bedingungen angepasst werden, um sich an unterschiedliche technische Anforderungen anzupassen. Die Vorschubhübe und -winkel verschiedener kreisringförmiger Fräsköpfe können durch Einstellen der Längen der teleskopischen Hilfswellen angepasst werden, um den Gesteinszerkleinerungsanforderungen unter besonderen Bedingungen gerecht zu werden; Darüber hinaus können die Ausrichtungen und Drehzahlen verschiedener kreisringförmiger Fräsköpfe separat eingestellt werden, was die Gesteinszerkleinerungseffizienz beim Vortrieb der Schildvortriebsmaschine erheblich verbessert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Vorderansicht des mehrkreisigen kreisringförmig zusammengesetzten Schildfräskopfs der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine schematische Darstellung des getrennten Antriebs verschiedener kreisringförmiger Fräsköpfe in dem mehrkreisigen kreisringförmigen Schildfräskopf der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren:
- 1
- Fräser,
- 2
- kreisringförmiger Fräskopf,
- 3
- zentraler Fräskopf,
- 4
- Hauptwelle,
- 5
- Antriebsvorrichtung,
- 6
- teleskopische Hilfswelle,
- 7
- Übertragungsvorrichtung,
- 8
- Motor.
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Ausführungsformen
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst der mehrkreisige kreisringförmig Ring zusammengesetzter Schildfräskopf gemäß der vorliegenden Erfindung einen zentralen Fräskopf 3, wobei die Außenseite des zentralen Fräskopfes 3 mit einer Vielzahl von Kreisen von gegenseitig unabhängigen kreisringförmigen Fräsköpfen 2, mit Abstand zwischen der Vielzahl von Kreisen der kreisförmigen ringförmigen Fräsköpfe 2 angeordnet ist, um die gegenseitige Beeinträchtigung der Kreise der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 zu verhindern, mit Abstand zwischen benachbarten kreisförmigen ringförmigen Fräsköpfe 2 angeordnet, wobei das Zentrum des zentralen Fräskopfes 3 in einer Antriebsverbindung mit einer Hauptwelle 4 einer Schildvortriebsmaschine, die kreisringförmigen Fräsköpfe 2 Ringstrukturen sind, der Innenring jedes kreisringförmigen Fräskopfes 2 mit einem äußeren Zahnradring der gleichen Größe versehen ist und der äußere Ring mit einem inneren Zahnradring der gleichen Größe versehen ist, wobei die inneren Zahnradringe und die äußeren Zahnradringe über eine Vielzahl von Übertragungsvorrichtungen 7 mit einer Vielzahl von Antriebsvorrichtungen 5 verbunden sind, die an der Schildvortriebsmaschine angeordnet sind, und wobei die Vielzahl von Übertragungsvorrichtungen 7 mit den inneren Zahnradringen bzw. den äußeren Zahnradringen in Eingriff stehen, um jeden der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 zu stützen und anzutreiben. Bei den Übertragungsvorrichtungen 7 handelt es sich um Übertragungszahnräder, die mit den inneren Zahnringen und den äußeren Zahnringen, die auf den kreisringförmigen Fräsköpfen 2 angeordnet sind, in Eingriff stehen, um die kreisringförmigen Fräsköpfe 2 zu stützen und anzutreiben; jede Übertragungsvorrichtung 7 ist jeweils mit einer Antriebsvorrichtung 5 verbunden, eine teleskopische Hilfswelle 6 ist zwischen der Übertragungsvorrichtung 7 und der Antriebsvorrichtung 5 angeschlossen, und ein Antriebsmotor 8 ist auf der teleskopischen Hilfswelle 6 angeordnet. Je nach Bedarf sind alle Getrieberäder gleichzeitig mit den inneren Zahnringen und den äußeren Zahnringen der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 in Eingriff; alternativ sind einige Getrieberäder separat mit den inneren Zahnringen der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 und einige Antriebsräder separat mit den äußeren Zahnringen der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 in Eingriff, und die mit den inneren Zahnringen bzw. den äußeren Zahnringen in Eingriff stehenden Getrieberäder sind in Bezug auf die Kreismitte einander gegenüberliegend angeordnet; der Modus, in dem die Übertragungszahnräder mit den inneren Zahnringen und/oder den äußeren Zahnringen kämmen, wird entsprechend der Größe der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 und dem Übersetzungsverhältnis der Übertragungszahnräder bestimmt; wenn die Breite der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 viel größer ist als die Breite der Übertragungszahnräder oder wenn ein großes Übersetzungsverhältnis der inneren Zahnringe und der äußeren Zahnringe der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 zu den Übertragungszahnrädern gewünscht wird, wird der letztere Modus für das Kämmen verwendet; Andernfalls, wenn die Breite der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 nahe der Breite der Getrieberäder liegt, können alle Getrieberäder gleichzeitig mit den inneren und äußeren Zahnkränzen in Eingriff gebracht werden, um die Übertragungseffizienz zu verbessern.
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Arbeitsverfahren für den mehrkreisigen, kreisringförmigen Schildfräskopf, das die folgenden Schritte umfasst:
- a. Einstellen der Breite und der Anzahl der zusammengebauten kreisringförmigen Fräsköpfe 2 entsprechend dem Tunneldurchmesser und den ingenieurtechnischen geologischen Bedingungen, und Fertigstellen der Anordnung der Fräser 1 auf den kreisringförmigen Fräsköpfen 2; Einstellen der Anzahl der Antriebsvorrichtungen 5, die mit jedem der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 verbunden sind, entsprechend den Erfordernissen, und dann Anordnen einer teleskopischen Hilfswelle 6 auf jeder Antriebsvorrichtung 5, wobei die Stärke der teleskopischen Hilfswelle 6 wird entsprechend den Erfordernissen gewählt ist,
- b. Aufsetzen des zentralen Fräskopfes 3 auf die Hauptwelle 4 der Schildvortriebsmaschine in einem Arbeitsschacht und Verbinden der mehreren kreisringförmigen Fräsköpfe 2 mit den entsprechenden teleskopischen Hilfswellen 6 über die Übertragungseinrichtungen 7, um die Verbindung zwischen den Antriebseinrichtungen 5 und den Getrieben herzustellen und die Inbetriebnahme durchzuführen;
- c. beim Vortrieb der Schildvortriebsmaschine treibt die Hauptwelle 4 den zentralen Fräskopf 3 zur Drehung an, jeder kreisringförmiger Fräskopf 2 wird von einer entsprechenden Anzahl von Antriebsvorrichtungen 5 über jeweils eine Vielzahl von Übertragungsrädern angetrieben, und die inneren Zahnkränze und die äußeren Zahnkränze der Kreisringfräsköpfe 2 drehen sich unter dem Antrieb der Übertragungsräder um die teleskopischen Hilfswellen 6;
- d. nach Beendigung des Vortriebs der Schildvortriebsmaschine, Entfernen der kreisringförmigen Fräsköpfe 2 nacheinander, um das Anheben und die Demontage der Fräsköpfe der Schildvortriebsmaschine zu erleichtern, damit die kreisringförmigen Fräsköpfe 2 und der zentrale Fräskopf 3 in anderen Projekten wiederverwendet werden können.
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Wenn die Schildvortriebsmaschine beim Vortrieb auf einen einzelnen Stein bzw. Einzelgestein stößt, können verschiedene teleskopische Hilfswellen 6 so eingestellt werden, dass sie sich vor der Schildvortriebsmaschine auf unterschiedliche Längen ausdehnen und zusammenziehen, wodurch sich die Vorschubwege und -winkel verschiedener kreisringförmiger Fräsköpfe 2 ändern, um das Brechen des Einzelgesteins zu erleichtern.
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Durch die Einstellung der Länge der teleskopischen Hilfswelle 6, die denselben kreisringförmigen Fräskopf 2 fixiert, kann der Vorschubhub eines kreisringförmigen Fräskopfes 2 verändert werden, wodurch ein abgestufter kreisringförmiger Tunnelabschnitt entsteht, wodurch die vordere Tunnelfläche stabilisiert wird.
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Der Spannungszustand des Gesteins vor den kreisringförmigen Fräsköpfen 2 wird durch getrennte Einstellung der Drehgeschwindigkeiten und Ausrichtungen der verschiedenen kreisringförmigen Fräsköpfe 2 verändert, um die Effizienz der Gesteinszerkleinerung zu verbessern.
