一种超导线圈驱动机构、掘进机刀盘及硬岩隧道掘进机

本申请涉及硬岩切削的，尤其涉及一种超导线圈驱动机构、掘进机刀盘及硬岩隧道掘进机。

背景技术：

1、近年来隧道逐渐向长、大、深方向快速发展，在开挖过程中不可避免的遇到各种硬岩，隧道建设的难度不断加大。岩石隧道开挖的过程中，全断面硬岩掘进机开挖作为一种非爆破机械法，被广泛应用于铁路、公路、地下通道施工。全断面硬岩掘进机是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，达到隧道掘进的目的。

2、现有技术中的刀盘是通常是通过液压油缸或者驱动电机所提供的动能，液压油缸驱动方式中液压系统先将电能转化为液压能，再将液压能转化为机械能带动刀盘旋转。传动效率低，能量损失大，工作噪音大，同时液压油泄露会污染周边岩土体环境。电机驱动方式中驱动电机需要先经过减速器减速后通过安全连接轴与大小不一的多套齿轮连接带动刀盘旋转，机械结构复杂，维护与运行成本较大。无论采用哪种方式进行刀盘的驱动均会涉及多次能量转换，受限于能量转换必定带来的能量损失，导致驱动刀盘的能量投入远大于实际效果，在围岩等级的增加，刀盘转动阻力增大的背景下，破岩的效率也随之降低。

技术实现思路

1、本申请提供了一种超导线圈驱动机构、掘进机刀盘及硬岩隧道掘进机，以解决现有技术中的掘进机刀盘采用液压或者电机配合减速器进行驱动，需要进行多级的能量转换，导致驱动刀盘的能量作用效率较低，影响破岩效率的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种超导线圈驱动机构，用于掘进机刀盘的驱动，包括：驱动组件和转动组件，所述驱动组件包括第一环形面板、多个驱动线圈和固定轴体，所述多个驱动线圈环绕所述第一环形面板的轴线均匀地设置，所述固定轴体固定连接在第一环形面板设置所述驱动线圈的一侧，且所述固定轴体的轴线与所述第一环形面板的轴线重合；所述转动组件包括第二环形面板、多个感应线圈和轴承，多个所述感应线圈与多个所述驱动线圈一一对应地设置，且多个所述感应线圈环绕所述第二环形面板的轴线均匀设置在所述第二环形面板面向所述第一环形面板的一侧，所述轴承的外圈与所述第二环形面板固定连接，所述轴承的内圈与所述固定轴体固定连接，所述第二环形面板背离所述第一环形面板的一侧设置掘进机刀盘的刀盘主体；所述驱动线圈和/或所述感应线圈采用超导材料制成。

3、根据本申请的一些实施例，所述感应线圈采用超导材料制成，所述转动组件包括第一保护壳体和冷却结构，所述第一保护壳体与所述第二环形面板形成所述感应线圈的容纳空间，所述冷却结构向所述容纳空间输送冷却介质。

4、根据本申请的一些实施例，所述冷却结构包括冷却泵体、冷却介质存储罐和传输管路，所述冷却泵体的输出端与所述容纳空间通过所述传输管路连通，所述冷却泵体的输入端连通所述冷却介质存储罐。

5、根据本申请的一些实施例，所述转动组件设置有储能电路，所述感应线圈与所述储能电路电性连接，所述储能电路与所述驱动组件的驱动电路或者所述超导线圈驱动机构的驱动电源电性连接。

6、根据本申请的一些实施例，所述第一环形面板内设置有与所述驱动线圈一一对应的多个驱动电源，多个所述驱动电源分别与所述驱动组件的驱动电路电性连接。

7、根据本申请的一些实施例，所述驱动电源包括电源正极和电源负极，所述驱动线圈设置有第一接线端子和第二接线端子，所述电源正极分别与所述第一接线端子和所述第二接线端子具有搭接位置，所述电源负极分别与所述第一接线端子和所述第二接线端子具有搭接位置，所述驱动电源设置有固定座体，所述第一环形面板设置有转动座，所述固定座体与所述转动座固定连接，所述转动座可相对所述第一环形面板转动。

8、根据本申请的一些实施例，所述驱动电源设置有第一位移结构和第二位移结构，所述电源正极与所述第一位移结构固定连接，所述第一位移结构用于使所述电源正极相对所述第一接线端子或所述第二接线端子位移，所述电源负极与所述第二位移结构固定连接，所述第二位移结构用于使所述电源负极相对所述第一接线端子或所述第二接线端子位移。

9、根据本申请的一些实施例，每个所述感应线圈面向所述第一环形面板的一侧设置有信号发射器，所述第一环形面板设置有信号接收器，所述信号接收器接收所述信号发射器所发射的信号，以检测所述感应线圈的实时位置，所述信号发射器为激光发射器，所述信号接收器为激光接收器。

10、第二方面，本申请提供了一种掘进机刀盘，所述掘进机刀盘包括刀盘主体和超导线圈驱动机构，所述超导线圈驱动机构为上述的超导线圈驱动机构，所述刀盘主体固定连接在所述超导线圈驱动机构的第二环形面板远离所述第一环形面板的一侧。

11、第三方面，本申请提供了一种硬岩隧道掘进机，所述硬岩隧道掘进机包括如上述的掘进机刀盘。

12、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

13、本申请实施例提供的一种超导线圈驱动机构、掘进机刀盘及硬岩隧道掘进机，其中，超导线圈驱动机构，用于掘进机刀盘的驱动，其包括：驱动组件和转动组件，驱动组件包括第一环形面板、多个驱动线圈和固定轴体，多个驱动线圈环绕第一环形面板的轴线均匀地设置，固定轴体固定连接在第一环形面板设置驱动线圈的一侧，且固定轴体的轴线与第一环形面板的轴线重合；转动组件包括第二环形面板、多个感应线圈和轴承，多个感应线圈与多个驱动线圈一一对应地设置，且多个感应线圈环绕第二环形面板的轴线均匀设置在第二环形面板面向第一环形面板的一侧，轴承的外圈与第二环形面板固定连接，轴承的内圈与固定轴体固定连接，第二环形面板背离第一环形面板的一侧设置掘进机刀盘的刀盘主体；驱动线圈和/或感应线圈采用超导材料制成。通过驱动线圈和/或感应线圈采用超导材料制成，能够直接采用电力产生磁场进行刀盘的驱动，避免了二次的力作用转换，这样的设置一方面降低了能量的转化次数，能量的转化效率高，应用于刀盘主体切割的作用更好，另一方面，超导材料的设置使得电路运转不会因为线圈的电阻存在发热的损耗，即电能的运转损耗降低，利用率较高。本申请有效地解决了现有技术中的掘进机刀盘采用液压或者电机配合减速器驱动，需要进行多级的能量转换，导致驱动刀盘的能量作用效率较低，影响破岩效率的问题。

技术特征：

1.一种超导线圈驱动机构，用于掘进机刀盘（30）的驱动，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，所述感应线圈（22）采用超导材料制成，所述转动组件（20）包括第一保护壳体（24）和冷却结构（25），所述第一保护壳体（24）与所述第二环形面板（21）形成所述感应线圈（22）的容纳空间，所述冷却结构（25）向所述容纳空间输送冷却介质。

3.根据权利要求2所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，所述冷却结构（25）包括冷却泵体（251）、冷却介质存储罐（252）和传输管路（253），所述冷却泵体（251）的输出端与所述容纳空间通过所述传输管路（253）连通，所述冷却泵体（251）的输入端连通所述冷却介质存储罐（252）。

4.根据权利要求1所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，所述转动组件（20）设置有储能电路，所述感应线圈（22）与所述储能电路电性连接，所述储能电路与所述驱动组件（10）的驱动电路或者所述超导线圈驱动机构的驱动电源电性连接。

5.根据权利要求1所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，所述第一环形面板（11）内设置有与所述驱动线圈（12）一一对应的多个驱动电源（14），多个所述驱动电源（14）分别与所述驱动组件（10）的驱动电路电性连接。

6.根据权利要求5所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，所述驱动电源（14）包括电源正极（141）和电源负极（142），所述驱动线圈（12）设置有第一接线端子（121）和第二接线端子（122），所述电源正极（141）分别与所述第一接线端子（121）和所述第二接线端子（122）具有搭接位置，所述电源负极（142）分别与所述第一接线端子（121）和所述第二接线端子（122）具有搭接位置，所述驱动电源（14）设置有固定座体（143），所述第一环形面板（11）设置有转动座（111），所述固定座体（143）与所述转动座（111）固定连接，所述转动座（111）可相对所述第一环形面板（11）转动。

7.根据权利要求6所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，所述驱动电源（14）设置有第一位移结构（145）和第二位移结构（146），所述电源正极（141）与所述第一位移结构（145）固定连接，所述第一位移结构（145）用于使所述电源正极（141）相对所述第一接线端子（121）或所述第二接线端子（122）位移，所述电源负极（142）与所述第二位移结构（146）固定连接，所述第二位移结构（146）用于使所述电源负极（142）相对所述第一接线端子（121）或所述第二接线端子（122）位移。

8.根据权利要求1所述的超导线圈驱动机构，其特征在于，每个所述感应线圈（22）面向所述第一环形面板（11）的一侧设置有信号发射器（221），所述第一环形面板（11）设置有信号接收器（112），所述信号接收器（112）接收所述信号发射器（221）所发射的信号，以检测所述感应线圈（22）的实时位置；所述信号发射器（221）为激光发射器，所述信号接收器（112）为激光接收器。

9.一种掘进机刀盘，其特征在于，所述掘进机刀盘包括刀盘主体（31）和超导线圈驱动机构，所述超导线圈驱动机构为权利要求1至8中任一项所述的超导线圈驱动机构，所述刀盘主体（31）固定连接在所述超导线圈驱动机构的第二环形面板（21）远离所述第一环形面板（11）的一侧。

10.一种硬岩隧道掘进机，其特征在于，所述硬岩隧道掘进机包括如权利要求9所述的掘进机刀盘。

技术总结
本申请涉及隧道施工的技术领域，具体涉及一种超导线圈驱动机构、掘进机刀盘及硬岩隧道掘进机，其中，超导线圈驱动机构包括：驱动组件和转动组件，驱动组件包括第一环形面板、多个驱动线圈和固定轴体；转动组件包括第二环形面板、多个感应线圈和轴承；驱动线圈和/或感应线圈采用超导材料制成。采用超导材料的设置，能够直接采用电力产生磁场进行刀盘的驱动，避免了二次的力作用转换，降低了能量的转化次数，应用于刀盘主体切割的作用更好，并且电路的运转电阻极低，发热损耗量小，电能的利用率高。本申请有效地解决了现有技术中的掘进机刀盘需要进行多级的能量转换，导致驱动刀盘的能量作用效率较低，影响破岩效率的问题。

技术研发人员：杨军,李喆,刘伟超,边文辉,王科学,董美强,何肖辉,方毅,郝清硕,翟兆玺
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15