專利名稱：全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道施工設(shè)備，具體涉及一種全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置， 屬于建筑機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
異形截面隧道的施工設(shè)備是地下工程技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)橥ǔ６軜?gòu)掘進(jìn)機(jī)的刀盤都是圓型的，無法適應(yīng)異形截面，如矩形、橢圓形等截面隧道的施工。為了解決這個(gè)問題，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員也一直不懈地努力，如名稱為《多刀盤矩形頂管機(jī)》的中國專利(專利號200920067574. 5)通過多刀盤切削土體來實(shí)現(xiàn)矩形隧道頂管施工，但是多刀盤矩形頂管機(jī)有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是不能夠全斷面切削，造成對土體擾動(dòng)大、擠壓明顯。針對這個(gè)問題，《組合刀盤式土壓平衡矩形頂管機(jī)》(專利號02136207. 6)、《矩形頂管機(jī)的組合刀盤》(專利號:02265771. 1)以及《矩形頂管機(jī)的仿形刀》(專利號=02265770. 3)等三件中國專利試圖通過改進(jìn)刀盤來完成矩形截面隧道的施工，它們公開了各自的組合刀盤，利用這樣的組合刀盤可以實(shí)現(xiàn)全斷面的切削施工，將矩形頂管機(jī)的施工水平推上了一個(gè)臺階。但是以上專利所述頂管機(jī)都只適用于矩形隧道施工，對于其他異形隧道就無能為力。現(xiàn)有技術(shù)中還未曾出現(xiàn)一種能夠適應(yīng)各類異形截面隧道施工的掘進(jìn)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供一種全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其能夠普遍適應(yīng)包括矩形、橢圓形等各類異形截面隧道的施工，從而大大提高掘進(jìn)機(jī)的施工適應(yīng)范圍，增加掘進(jìn)機(jī)的功能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來解決其技術(shù)問題的一種全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其包括三角形刀盤、刀盤中心軸、刀盤偏心軸、殼體、驅(qū)動(dòng)裝置、第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪，所述殼體為一圓筒狀結(jié)構(gòu)件，所述刀盤偏心軸具有一偏心孔，并且通過軸承套置于所述殼體內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)裝置固定于所述殼體的內(nèi)壁上且能夠驅(qū)動(dòng)所述刀盤偏心軸在該殼體中旋轉(zhuǎn)，所述刀盤中心軸穿置于所述刀盤偏心軸的偏心孔內(nèi)，所述第一傳動(dòng)齒輪固定于所述刀盤中心軸的后端，所述第二傳動(dòng)齒輪固定于所述殼體上且與該第一傳動(dòng)齒輪相嚙合，所述三角形刀盤為具有三支輻條的輻條式刀盤，其固定于所述刀盤中心軸的前端且隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其第一傳動(dòng)齒輪為外齒輪，第二傳動(dòng)齒輪為內(nèi)齒圈，它們的齒數(shù)比為3 4;或者所述第一傳動(dòng)齒輪為內(nèi)齒圈，所述第二傳動(dòng)齒輪為外齒輪，它們的齒數(shù)比為3 2;所述三角形刀盤的三支輻條間相隔120度放置， 其輻條的長度L與所述刀盤偏心軸偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系為L = R/0. 14或者L = 4R;所述驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量有多個(gè)，其均勻地設(shè)置于所述殼體內(nèi)壁的圓周上。本發(fā)明所述全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置利用三角形刀盤繞自身軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)，而刀盤中心軸又通過刀盤偏心軸繞掘進(jìn)機(jī)的殼體中心進(jìn)行公轉(zhuǎn)，通過公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的雙重作用，以及調(diào)節(jié)刀盤輻條長度與偏心距之間的關(guān)系和兩傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比，就能實(shí)現(xiàn)對包括矩形、橢圓形等各類異形斷面的全斷面切削，從而完成各種異形截面隧道的掘進(jìn)工作。 本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、性能全面、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠勝任各類異形截面隧道的施工。


圖1為本發(fā)明第一-實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明第一-實(shí)施例切削過程之一的示意圖。
圖4為本發(fā)明第一-實(shí)施例切削過程之二的示意圖。
圖5為本發(fā)明第一-實(shí)施例切削過程之三的示意圖。
圖6為本發(fā)明第一-實(shí)施例切削過程之四的示意圖。
圖7為本發(fā)明第一-實(shí)施例切削效果示意圖。
圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例切削效果示意圖。
圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例切削過程之一的示意圖。
圖10為本發(fā)明第:二實(shí)施例切削過程之二的示意圖
圖11為本發(fā)明第:二實(shí)施例切削過程之三的示意圖
圖12為本發(fā)明第:二實(shí)施例切削過程之四的示意圖
圖13為本發(fā)明第:二實(shí)施例切削效果示意圖。
圖14為本發(fā)明第四實(shí)施例切削效果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。首先請參閱圖1本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置包括三角形刀盤1、刀盤中心軸2、刀盤偏心軸3、殼體4、驅(qū)動(dòng)裝置5、第一傳動(dòng)齒輪6 和第二傳動(dòng)齒輪7。所述殼體4為一圓筒狀結(jié)構(gòu)件，為掘進(jìn)機(jī)的一部分。所述刀盤偏心軸3 為一臺階軸，其外周通過軸承套置于所述殼體4內(nèi)，該刀盤偏心軸3具有一偏心孔，該刀盤偏心軸3外圓的中心線P與該偏心孔的中心線G不重合，存在有偏心距R。所述刀盤偏心軸 3與殼體4內(nèi)壁之間設(shè)置有密封圈。所述驅(qū)動(dòng)裝置5的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，其均勻地固定設(shè)置于所述殼體4內(nèi)壁的圓周上，該驅(qū)動(dòng)裝置5通過齒輪傳動(dòng)連接所述刀盤偏心軸3，并且能夠驅(qū)動(dòng)所述刀盤偏心軸3在該殼體4中旋轉(zhuǎn)。所述刀盤中心軸2通過軸承穿置于所述刀盤偏心軸3的偏心孔內(nèi)，并可以在其中進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，因而該刀盤中心軸2的中心線與所述刀盤偏心軸3的中心線就存在有同樣的偏心距R。所述三角形刀盤1為輻條式刀盤，固定于所述刀盤中心軸2的前端且隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，該三角形刀盤1具有三支輻條，該三支輻條間相隔120度放置，其輻條的長度L與所述刀盤偏心軸3偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系為L = R/0. 14(見圖7)。所述第一傳動(dòng)齒輪6為外齒輪，其固定于所述刀盤中心軸2的后端；所述第二傳動(dòng)齒輪7為內(nèi)齒圈，其固定于所述殼體4上，并且與該第一傳動(dòng)齒輪6相嚙合；第一傳動(dòng)齒輪 6與第二傳動(dòng)齒輪7的齒數(shù)比為3 4。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置5驅(qū)動(dòng)刀盤偏心軸3在殼體4中旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于第一傳動(dòng)齒輪6與第二傳動(dòng)齒輪7之間的嚙合傳動(dòng)，使所述三角形刀盤1不僅隨刀盤偏心軸3進(jìn)行繞刀盤偏心軸3中心線的公轉(zhuǎn)，而且進(jìn)行繞刀盤中心軸2本身中心線的自轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，圖示全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置的結(jié)構(gòu)基本與圖1所示第一實(shí)施例相同，其同樣包括三角形刀盤1、刀盤中心軸2、刀盤偏心軸3、殼體4、驅(qū)動(dòng)裝置5、第一傳動(dòng)齒輪6和第二傳動(dòng)齒輪7，它與第一實(shí)施例的不同之處在于，其第一傳動(dòng)齒輪6為內(nèi)齒圈，所述第二傳動(dòng)齒輪7為外齒輪，該第一傳動(dòng)齒輪6和第二傳動(dòng)齒輪7的齒數(shù)比為3 2。本實(shí)施例中，三角形刀盤1輻條的長度L與所述刀盤偏心軸 3偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系為L = R/0. 14 (見圖13)。本發(fā)明的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)基本上亦與圖1所示第一實(shí)施例相同，其與第一實(shí)施例的不同之處在于，其三角形刀盤1輻條的長度L與所述刀盤偏心軸3偏心孔的偏心距R 之間的關(guān)系為L = 4R(見圖8)。本發(fā)明的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)基本上與圖2所示第二實(shí)施例相同，其與第二實(shí)施例的不同之處在于，其三角形刀盤1輻條的長度L與所述刀盤偏心軸3偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系為L = 4R(見圖14)。本發(fā)明所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置通過改變第一傳動(dòng)齒輪6和第二傳動(dòng)齒輪7的齒數(shù)比，以及調(diào)整三角形刀盤1輻條的長度L與所述刀盤偏心軸3偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系，就能得到參數(shù)不同的結(jié)構(gòu)，從而刀盤能夠完成不同異形斷面土層的全斷面切削。以下結(jié)合

四個(gè)實(shí)施例的切削過程。請參閱圖3至圖7所示第一實(shí)施例的切削過程。所述刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5驅(qū)動(dòng)刀盤偏心軸3在殼體4內(nèi)進(jìn)行逆時(shí)針公轉(zhuǎn)，這時(shí)第一傳動(dòng)齒輪6在第二傳動(dòng)齒輪7內(nèi)旋轉(zhuǎn)，形成第一傳動(dòng)齒輪6自轉(zhuǎn)，第一傳動(dòng)齒輪6帶動(dòng)刀盤中心軸2和三角形刀盤1順時(shí)針自轉(zhuǎn)。三角形刀盤1繞中心線G按4倍速度順時(shí)針自轉(zhuǎn)，刀盤偏心軸3按3倍速度逆時(shí)針公轉(zhuǎn)。所述三角形刀盤1初始位置如圖3所示；刀盤偏心軸3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，同時(shí)三角形刀盤1繞中心線G逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度，三角形刀盤1位置及其輻條頂點(diǎn)T(A)、T(B)、T(C)的切削軌跡如圖4所示；刀盤偏心軸3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度，同時(shí)三角形刀盤1繞中心線G逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 240度，三角形刀盤1位置及其輻條頂點(diǎn)T㈧、T 、T(C)的切削軌跡如圖5所示；刀盤偏心軸3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)270度，同時(shí)三角形刀盤1繞中心線G逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)360度，三角形刀盤1 位置及其輻條頂點(diǎn)T(A)、T(B)、T(C)的切削軌跡如圖6所示；最后，刀盤偏心軸3逆時(shí)針完成旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)三角形刀盤1繞中心線G逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)480度，三角形刀盤1完成的封閉切削軌跡如圖7所示，十分逼近一正方形。由于三角形刀盤1輻條的長度L與所述刀盤偏心軸3偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系不同于第一實(shí)施例，當(dāng)?shù)谌龑?shí)施例完成一周的切削后所形成的切削軌跡就如圖8所示， 只是一類正方形。第二實(shí)施例的切削過程請參閱圖9至圖13所示，最后刀盤偏心軸3逆時(shí)針完成旋轉(zhuǎn)一周，三角形刀盤1完成的封閉切削軌跡如圖13所示，十分逼近一橢圓形。由于三角形刀盤1輻條的長度L與所述刀盤偏心軸3偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系不同于第二實(shí)施例，當(dāng)?shù)谒膶?shí)施例完成一周的切削后所形成的切削軌跡就如圖14所示， 只是一類橢圓形。綜上所述，本發(fā)明所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其通過調(diào)整本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠改變?nèi)切蔚侗P1的切削軌跡，從而完成不同異形斷面土層的全斷面切削。
權(quán)利要求
1.一種全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述切削裝置包括三角形刀盤、刀盤中心軸、刀盤偏心軸、殼體、驅(qū)動(dòng)裝置、第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪，所述殼體為一圓筒狀結(jié)構(gòu)件，所述刀盤偏心軸具有一偏心孔，并且通過軸承套置于所述殼體內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)裝置固定于所述殼體的內(nèi)壁上且能夠驅(qū)動(dòng)所述刀盤偏心軸在該殼體中旋轉(zhuǎn)，所述刀盤中心軸穿置于所述刀盤偏心軸的偏心孔內(nèi)，所述第一傳動(dòng)齒輪固定于所述刀盤中心軸的后端，所述第二傳動(dòng)齒輪固定于所述殼體上且與該第一傳動(dòng)齒輪相嚙合，所述三角形刀盤為具有三支輻條的輻條式刀盤，其固定于所述刀盤中心軸的前端且隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述第一傳動(dòng)齒輪為外齒輪，所述第二傳動(dòng)齒輪為內(nèi)齒圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為3 4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述第一傳動(dòng)齒輪為內(nèi)齒圈，所述第二傳動(dòng)齒輪為外齒輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為3 2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述三角形刀盤的三支輻條間相隔120度放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量有多個(gè)，其均勻地設(shè)置于所述殼體內(nèi)壁的圓周上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述三角形刀盤輻條的長度L與所述刀盤偏心軸偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系為L = R/0. 14。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，其特征在于所述三角形刀盤輻條的長度L與所述刀盤偏心軸偏心孔的偏心距R之間的關(guān)系為L = 4R。
全文摘要
一種全斷面掘進(jìn)機(jī)異型斷面切削裝置，包括三角形刀盤、刀盤中心軸、刀盤偏心軸、殼體、驅(qū)動(dòng)裝置、第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪，刀盤偏心軸具有一偏心孔，并且通過軸承套置于殼體內(nèi)，驅(qū)動(dòng)裝置固定于殼體的內(nèi)壁上且能夠驅(qū)動(dòng)刀盤偏心軸在該殼體中旋轉(zhuǎn)，刀盤中心軸穿置于刀盤偏心軸的偏心孔內(nèi)，第一傳動(dòng)齒輪固定于刀盤中心軸的后端，第二傳動(dòng)齒輪固定于殼體上且與該第一傳動(dòng)齒輪相嚙合，三角形刀盤為具有三支輻條的輻條式刀盤，其固定于刀盤中心軸的前端且隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，其通過調(diào)整本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠改變?nèi)切蔚侗P的切削軌跡，從而完成包括矩形、橢圓形等各類異形截面隧道的全斷面切削施工。
文檔編號E21D9/11GK102305085SQ20111028569
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者呂建中, 莊欠偉, 朱敏明, 楊正, 蔣華欽, 黃建 申請人:上海城建(集團(tuán))公司, 上海盾構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中心有限公司, 上海隧道工程股份有限公司