高速低能耗掘进机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种高速低能耗掘进机，适用于城市地下管道设施、地铁、隧道及其他地下工程的施工。
【背景技术】
[0002]现有的掘进机都设有一个与所建隧道直径相符的刀盘，在刀盘上面对掌子面的刀盘表面上，装有若干固定的或可以自由转动的切削器。紧接刀盘的后部，设有作为掘进机壳体的圆筒，在圆筒的中心，用轴承支撑着一根可围绕隧道轴线转动的转轴。转轴的前端连接刀盘，后部连接齿轮及马达。马达的动力经齿轮驱动转轴，带动刀盘转动，进而通过刀盘上的切削器对岩土进行切削。
[0003]用这种方法设计的掘进机有CN 85104500介绍的遮护式隧道掘进机及CN86100645介绍的掩护支架平硐掘进机。
[0004]用现有的掘进机进行隧道施工，掘进的速度很低。需要具有足够大的动力，消耗的能量很高。掘进机的零部件很笨重，占据了掘进机壳体内许多有限的空间，安装和维修都很麻烦，也给安装其他设备带来困难。
[0005]现有的掘进机，在对岩土进行掘进时，切削器会由于它与岩土的摩擦而发热，发热的程度取决于切削器对岩土的切削速度，切削速度越高，发热程度越高。制造切削器的材料所能承受的发热程度是有限的，换言之，一定材料制成的切削器，使用时切削速度是有限的。
[0006]参见图2,现有的掘进机对岩土进行掘进时，切削器的切削速度与刀盘的大小及刀盘的转速有关。切削器在刀盘上做圆周运动，它对岩土的切削速度既是切削器在该点圆周上的线速度(V)，它的速度值是切削器所在圆周的半径(R)与刀盘转速(ω)的乘积。
[0007]刀盘的大小是根据隧道的尺寸决定的，不能改变。为了使切削器的线速度不会过高，只能降低刀盘的转速，进而保证切削器不会过度发热。所以现有的掘进机转速不能太高，用现有的掘进机进行隧道施工，掘进的速度很低。
[0008]现有的掘进机对岩土进行掘进时，切削器对岩土施力，将岩土剥离掌子面。岩土对切削器施以反作用力，通过刀盘以扭矩的形式传递给转轴，进而通过齿轮传递给马达。
[0009]扭矩是力与力臂的乘积，对现有的掘进机而言，每个切削器产生的扭矩，就是切削器受到的岩土对该切器施加的反作用力(F)与该切削器所在刀盘上圆周半径(R)的乘积。每个切削器产生的扭矩都会传递到转轴上，形成总扭矩，并经过齿轮传达给马达。
[〇〇1〇] 隧道的直径都很大，与之相符的刀盘也就大，总扭矩也就大，需要马达能够输出足够的扭矩抵抗岩土对切削器施加的反作用力，往往需要数量众多的马达驱动。
[〇〇11]马达需要消耗能量输出转速和扭矩，它所消耗的能量值等于马达输出转速与马达输出扭矩的乘积，现有的掘进机马达消耗的能量往往都很高。
[0012]另外，由于扭矩大，转轴、齿轮等零部件都要有足够大的尺寸，以承受总扭矩的负荷，制造出的掘进机很笨重。
[0013]粗大笨重的掘进机零部件占据了掘进机壳体内许多有限的空间，安装和维修都很麻烦，也给安装其他设备带来困难。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是提供一种高速低能耗掘进机，通过改变掘进机的刀盘及其传动形式，提高掘进速度，降低驱动能耗。通过优化结构设计，减小零部件的尺寸，为掘进机的安装、维修和更换提供方便，也更利于安装其它设备。还可以变换切削方式，适用于不同的岩土，做到一机多用。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构视图:
[0016]图2是本发明刀盘的结构视图:
【具体实施方式】
[0017]如图1所示:本发明提供的高速低能耗掘进机，改变了掘进机的刀盘及其传动形式。
[0018] 刀盘被分为两部分:
[0019] —部分刀盘像现有的掘进机那样，在面对掌子面的刀盘表面上，装有若干固定的或可以自由转动的切削器，刀盘围绕隧道轴线转动，通过刀盘上的切削器对岩土进行切削。
[0020]刀盘驱动马达1，通过刀盘驱动马达齿轮3与刀盘驱动转轴齿轮4啮合，将扭矩传递给刀盘驱动转轴5.进而使与刀盘驱动主轴5固接的刀盘6转动。由刀盘6上面固定的或可以自由转动的切削器11，对岩土进行切削。
[0021]与现有的掘进机有所不同，本发明提供的高速低能耗掘进机，刀盘驱动转轴5是空心的。
[〇〇22]如图1所示:本发明提供的高速低能耗掘进机，在刀盘6上增设了若干滚刀7,在滚刀7上装有若干切削器。(为了叙述简洁，在图1中没有画出这些切削器。)
[0023]本发明提供的高速低能耗掘进机，设置了滚刀驱动系统，它包括滚刀驱动马达15、滚刀驱动马达齿轮14、滚刀驱动转轴齿轮13、滚刀驱动转轴12、伞齿轮10、楔铁9、滚刀轴8、和滚刀7。
[〇〇24]滚刀传动转轴12是穿过刀盘驱动转轴5的空心里的，滚刀轴8是通过轴承支撑在刀盘6上的。滚刀7通过斜铁9固定在滚刀轴8上。
[0025] 滚刀驱动马达15,通过滚刀驱动马达齿轮14,与滚刀驱动转轴齿轮13啮合，将扭矩传递给滚刀驱动转轴12.再通过固接在滚刀驱动转轴12上的伞齿轮10，与固接在滚刀轴8上的另一个伞齿轮10啮合，使滚刀轴8转动。通过滚刀7上面安装的切削器对岩土进行切削。
[0026] 如图2所示:滚刀7位处于刀盘6半径上的一部分，滚刀轴8被支撑在刀盘6上，滚刀7能够随着刀盘6的转动做围绕着隧道轴线的转动。
[〇〇27]滚刀7做的是复合运动，滚刀7—方面自己在围绕滚刀轴8的轴线转动，同时滚刀7又被刀盘6带着做围绕隧道轴线的转动。
[〇〇28]滚刀7自己围绕滚刀轴8的轴线转动时，由滚刀7上的切削器对岩土实施切削，在掌子面半径上的一小部分岩土被切削掉。
[0029]同时，滚，7被刀盘6带着做围绕隧道轴线的转动，刀盘6转动一圈，滚刀7对岩土的切削就形成了一个环。也就是说滚刀7通过对岩土小面积切削的积累形成对岩土的环形大面积切削。
[0030]在本发明提供的高速低能耗掘进机上，滚刀7是围绕着滚刀轴8的轴线转动的，相对于硕大的刀盘6,滚刀7的半径(R’)要小许多.按照上面的叙述，滚刀7上切削器的线速度(V’)会小很多，可以大大地提高滚刀7的转速(ω ’)，
[0031]如图2所示，使用本发明提供的高速低能耗掘进机进行隧道掘进时，滚刀7高速地转动，滚刀7上的切削器对岩土不断地进行切削，增加了切削器对岩土的切削次数。滚刀7又被刀盘6带着做围绕隧道轴线的转动，通过对岩土小面积切削的积累形成对岩土的环形大面积切削。使用本发明提供的高速低能耗掘进机，就能够做到高速掘进。
[〇〇32]在本发明提供的高速低能耗掘进机上，滚刀7是围绕着滚刀轴8的轴线转动的，滚刀7上每个切削器产生的扭矩，是切削器受到的岩土对该切器施加的反作用力(F)与该切削器在滚刀7上圆周半径(R”)的乘积。相对于硕大的刀盘6,滚刀的半径(R’)要小很多，滚刀7上切削器的扭矩会小很多，
[〇〇33]每个滚刀的扭矩，通过滚刀轴、伞齿轮传递到滚刀驱动转轴12,再经过齿轮传送到滚刀驱动马达。滚刀的扭矩小，滚刀驱动马达需要输出的扭矩就小，根据上面所述，马达需要的能量就小，使用本发明提供的高速低能耗掘进机，就能够做到低能耗。
[〇〇34]由于扭矩小，使用本发明提供的高速低能耗掘进机，可以减小转轴、齿轮等零部件的尺寸，节省空间。也给安装其他设备提供方便。
[0035]使用本发明提供的高速低能耗掘进机，刀盘及滚刀上的切削器可以随时更换，保证掘进施工的连续进行。
[0036]使用本发明提供的高速低能耗掘进机，可以在刀盘和滚刀上使用不同的切削器。滚刀可以整体拆除，让出如图1所示的超前量，只用刀盘进行掘进。这样，使用本发明提供的高速低能耗掘进机，还可以变换切削方式，适用于不同的岩土，做到一机多用。
【主权项】
1.一种高速低能耗掘进机，适用于城市地下管道设施、地铁、隧道及其他地下工程的施工，其特征在于在刀盘(6)上增设若干滚刀(7)，并为之建立相应的滚刀驱动系统，它包括滚刀驱动马达(15)、滚刀驱动马达齿轮(14)、滚刀驱动转轴齿轮(13)、滚刀驱动转轴(12)、伞齿轮(10)、楔铁(9)、滚刀轴(8)、和滚刀(7)和空心的刀盘驱动转轴(5)，滚刀驱动马达(15)通过滚刀驱动马达齿轮(14)与滚刀驱动转轴齿轮(13)啮合，将扭矩传递给滚刀驱动转轴(12)滚刀驱动转轴(12)穿过刀盘驱动转轴(5)，再通过固接在滚刀驱动转轴(12)上的伞齿轮(10)与固接在滚刀轴(8)上的另一个伞齿轮(10)啮合，使滚刀轴(8)转动，楔铁(9)将滚刀(7)固定在滚刀轴(8)上，通过滚刀(7)上面安装的切削器对岩土进行切削。2.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于存在着一个滚刀驱动马达(15)〇3.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀驱动马达(15)后面固接着滚刀驱动马达齿轮(14)。4.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀驱动转轴(12)固接着滚刀驱动转轴齿轮(13)。5.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的刀盘驱动转轴(5)是空心的。6.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀传动转轴(12)是穿过刀盘驱动转轴(5)的空心的。7.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀驱动转轴(12)上固接着一个伞齿轮(10)。8.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀轴(8)上固接着另一个伞齿轮(10)。9.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀轴(8)是通过轴承支撑在刀盘(6)上的。10.根据权利要求1所述的高速低能耗掘进机，其特征在于所述的滚刀(7)是通过斜铁(9)固定在滚刀轴(8)上的。
【专利摘要】本发明是一种高速低能耗掘进机，适用于城市地下管道设施、地铁、隧道及其他地下工程的施工。针对现有掘进机速度低、耗能大，不易维修的弱点，通过改变掘进机的刀盘及其传动形式，提高掘进速度，降低驱动能耗。通过优化结构设计，减小零部件的尺寸，为掘进机的安装、维修和更换提供方便，也更利于安装其它设备。还可以变换切削方式，适用于不同的岩土，做到一机多用。更好的适应隧道施工对掘进机的要求。
【IPC分类】E21D9/10
【公开号】CN105443139
【申请号】CN201511017679
【发明人】张银生, 葛维民, 华群, 王 华, 薛晓
【申请人】江苏银旭隧道机械有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月30日