專利名稱：全斷面行星掘進(jìn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是采用行星結(jié)構(gòu)的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)。適用于城市地下管道設(shè)施、地鐵、隧道及其它地下工程的施工。
就全斷面掘進(jìn)機(jī)而言，現(xiàn)有的掘進(jìn)機(jī)都設(shè)有一個(gè)與所建隧道直徑相符的圓筒，在圓筒中心用軸承支撐著一根可繞圓筒中心線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸的后部是馬達(dá)和傳動機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)軸的前端固接一個(gè)切削轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上安裝若干固定的切削器或可轉(zhuǎn)動的切削器。由馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，帶動前面的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過切削器對巖土進(jìn)行切削。用這樣方法設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)有如CN85104500介紹的遮護(hù)式隧道掘削機(jī)、CN85104514介紹的屏蔽式隧道挖掘機(jī)、CN85107825介紹的防護(hù)式隧道掘進(jìn)機(jī)以及CN86100645介紹的掩護(hù)支架平硐掘進(jìn)機(jī)。
在上述的全斷面掘進(jìn)機(jī)中，它們的圓筒的直徑與所建隧道的直徑相符，一臺掘進(jìn)機(jī)制成后，只能用于挖掘相應(yīng)直徑的隧道。在使用時(shí)，需要在挖掘隧道前事先放置好掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)隧道建成后，由于它的圓筒的緣故，拆除、搬運(yùn)掘進(jìn)機(jī)都會有很多困難。還有一點(diǎn)，在上述的掘進(jìn)機(jī)中，都是由切削轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，帶動切削器直接對巖土進(jìn)行切削，切削的阻力及阻力矩都很大，使得掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)件比較粗大、笨重，并占據(jù)很多空間。這對于施工時(shí)觀察切削狀況，更換切削器和維修掘進(jìn)機(jī)都很不利。一般只有大型的掘進(jìn)機(jī)(如直徑16米)才能留出足夠的空間以便工作人員進(jìn)行上述工作。挖掘小直徑(如直徑2米)的隧道則無法使用這種掘進(jìn)機(jī)。
本發(fā)明的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)合理，使用靈活，安裝、維修、拆卸方便的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)。
本發(fā)明的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，包括一個(gè)由支架直接支撐在隧道管壁上的機(jī)座，它的中心線與隧道中心線重合。在機(jī)座的前部是一個(gè)帶有三根可以自轉(zhuǎn)的主刀桿的回轉(zhuǎn)盤，在機(jī)座的后部是該掘進(jìn)機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，在一臺馬達(dá)的驅(qū)動下，使主刀桿一面作繞自身軸線的自轉(zhuǎn)，同時(shí)由回轉(zhuǎn)盤帶動，作繞機(jī)座中心線的公轉(zhuǎn)。主刀桿上裝有用于切削的刀片，通過主刀桿的自轉(zhuǎn)對巖土進(jìn)行沿隧道徑向的小面積的切削，同時(shí)通過主刀桿的公轉(zhuǎn)完成對全部斷面的切削。主刀桿用錐柄和斜鐵聯(lián)接在回轉(zhuǎn)盤外部，更換不同長度的主刀桿，就可以切削不同直徑的隧道。
下面通過附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
在附圖中

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。
圖2是本發(fā)明的左視圖。
圖3是圖1中線Ⅰ-Ⅰ的剖面圖。
圖4是實(shí)施本發(fā)明的施工法示例。
在圖1中，機(jī)座1由上支架2和下支架3支撐在構(gòu)成隧道的管件上(參見圖4)，在機(jī)座1的中心有一根空心轉(zhuǎn)軸4，在空心轉(zhuǎn)軸的前部構(gòu)成回轉(zhuǎn)盤5，在回轉(zhuǎn)盤5的中心是傘齒輪箱6，沿回轉(zhuǎn)盤5徑向按120°等分，裝有三根主刀軸7(圖中只畫一根)，主刀軸7由軸承8支撐在回轉(zhuǎn)盤5內(nèi)，主刀軸外端從回轉(zhuǎn)盤伸出。
在機(jī)座1的后部設(shè)有一個(gè)行星齒輪箱9，接在其后的是減速器10和驅(qū)動馬達(dá)11。
在機(jī)座1的中心線上，貫穿空心轉(zhuǎn)軸4，設(shè)置著主軸12。主軸的前端裝有一傘齒輪13，在主軸12位于行星齒輪箱9的部分形成一對偏心輪14。
在行星齒輪箱9中，有一對行星輪15，由軸承16支撐在偏心輪14上。行星輪15的外緣有輪齒17。在行星齒輪箱9的殼體18上有一內(nèi)齒圈19。行星輪15的齒數(shù)比內(nèi)齒圈19的齒數(shù)少若干個(gè)。這樣當(dāng)偏心輪14轉(zhuǎn)動時(shí)，可以驅(qū)動行星輪15，使其在內(nèi)齒圈19上碾壓，形成與主軸方向相反的轉(zhuǎn)動。在行星輪15的輪輻上沿周向均勻布置若干銷孔20，相當(dāng)數(shù)目的銷軸21就插進(jìn)這些銷孔20，銷軸的另一端固接在空心轉(zhuǎn)軸4的后端突盤22上。
在回轉(zhuǎn)盤5內(nèi)的傘齒輪箱6中還有三個(gè)傘齒輪23(圖中只圖一個(gè))分別固接在三根主刀軸7上。主刀軸7沿回轉(zhuǎn)盤5的徑向伸出回轉(zhuǎn)盤5，在主刀軸7的外端有錐柄24，主刀桿25就套在錐柄24上并用斜鐵26與主刀軸聯(lián)接在一起。在主刀桿25上用螺釘27固接若干用于切削的刀片28。
工作時(shí)，馬達(dá)11通過減速器10驅(qū)動主軸12轉(zhuǎn)動，并通過主軸12分兩路傳遞。在主軸12頭部通過傘齒輪13與傘齒輪23的嚙合驅(qū)動主刀軸7。主刀軸7繞回轉(zhuǎn)盤5的徑向轉(zhuǎn)動。同時(shí)主軸12通過偏心輪14，驅(qū)動行星輪15在內(nèi)齒圈19上碾壓，形成與主軸相反方向的轉(zhuǎn)動，通過銷孔20撥動銷軸21，進(jìn)而帶動空心轉(zhuǎn)軸4作繞機(jī)座1中心線的轉(zhuǎn)動。空心轉(zhuǎn)軸4前端的回轉(zhuǎn)盤5隨之轉(zhuǎn)動，使得置于回轉(zhuǎn)盤5上的主刀軸7作繞機(jī)座1中心線的公轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，就是通過主刀軸7的自轉(zhuǎn)對巖土進(jìn)行沿隧道徑向的小面積的切削;而通過主刀軸7的公轉(zhuǎn)完成對隧道的全斷面切削。以小面積切削的積累獲得大面積的切削。這即是本發(fā)明的特征。
在回轉(zhuǎn)盤5的前端靠近中心位置還布置著若干與回轉(zhuǎn)盤5固接的副刀29(圖中只畫一個(gè))，用于對隧道中心部分巖土的切削。
在上支架2和下支架3的外端還設(shè)有調(diào)整螺釘30，用其可調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的方向。當(dāng)需調(diào)整掘進(jìn)機(jī)向上或向下的方向時(shí)，調(diào)整上支架的螺釘30;當(dāng)調(diào)整掘進(jìn)機(jī)向左或向右方向時(shí)由于調(diào)整螺釘?shù)娜切尾贾?，每?dāng)調(diào)整下支架3的一個(gè)調(diào)整螺釘30a或30b會伴隨產(chǎn)生掘進(jìn)機(jī)的上下位置變動，所以在調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的左，右方向時(shí)，一方面要調(diào)整下支架3的一個(gè)調(diào)整螺釘30a或30b，同時(shí)將上支架2的調(diào)整螺釘30作相應(yīng)調(diào)整。
圖4是實(shí)施本發(fā)明的施工法示例。
本發(fā)明的機(jī)座1由上支架2和下支架3支撐在構(gòu)成隧道的管件31上，由推動管件的液壓缸32推動管件，進(jìn)而推動掘進(jìn)機(jī)向前進(jìn)給。
從切削面切削下來的巖土落在回轉(zhuǎn)盤5下方，并由裝卡在管件頭部的鏟頭33及鏟頭上的機(jī)械手(圖中未畫出)攏向后方，落在后面的皮帶運(yùn)輸機(jī)34上，最后由料車(圖中未畫出)運(yùn)出隧道。
根據(jù)如上所述，由于本發(fā)明的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)是通過主刀桿的自轉(zhuǎn)對巖土進(jìn)行切削，所以切削阻力半徑是切削刀片繞主刀桿的回轉(zhuǎn)半徑;而一般的全斷面掘進(jìn)機(jī)是通過一個(gè)直徑與隧道直徑相符的切削轉(zhuǎn)盤對巖土進(jìn)行切削，切削阻力半徑是切削轉(zhuǎn)盤的半徑，亦即隧道的半徑。而這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述本發(fā)明的切削阻力半徑。對于切削同樣地質(zhì)的巖土，使用一般掘進(jìn)機(jī)的切削阻力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用本發(fā)明的切削阻力矩。用下面的數(shù)學(xué)式可以清楚地表明兩者之間的相互關(guān)系現(xiàn)設(shè)切削巖土的力為T，使用本發(fā)明時(shí)主刀片的回轉(zhuǎn)半徑為R1，切削阻力矩為M1。隧道的半徑為R2，使用一般掘進(jìn)機(jī)的切削阻力矩為M2。則M1＝T×R1，M2＝T×R2∵ R1＜＜R2∴ M1＜＜M2此外，使用本發(fā)明的切削阻力也很小。一般掘進(jìn)機(jī)是通過切削盤與切削面的全部斷面相接觸，實(shí)行對巖土的切削，故接觸面積即是隧道的斷面積;而使用本發(fā)明，接觸面積只是在切削平面上刀片回轉(zhuǎn)形成的沿隧道徑向的一小部分柱形面，這一柱形面的半徑是刀片的回轉(zhuǎn)半徑，上述的一小部分柱形面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于隧道的斷面積。對于切削同樣地質(zhì)的巖土，使用本發(fā)明所受到的來自巖土的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使用一般掘進(jìn)機(jī)的阻力。用數(shù)學(xué)式表示如下設(shè)巖土的單位阻力為P(公斤/平方厘米)，使用本發(fā)明時(shí)刀片形成的一小部分柱形面積為A1，受到的阻力為F1;隧道的斷面積為A2，使用一般掘進(jìn)機(jī)受到的阻力為F2，則F1＝P×A1，F(xiàn)2＝P×A2∵ A1＜＜A2∴ F1＜＜F2由于本發(fā)明的切削阻力和切削阻力矩都很小。所以使用很小的馬達(dá)就可驅(qū)動，節(jié)省能源。由于受力合理，可使本發(fā)明的構(gòu)件結(jié)構(gòu)輕巧，即節(jié)省材料，又可節(jié)省掘進(jìn)機(jī)在隧道中占據(jù)的空間，施工時(shí)觀察切削狀況，維修設(shè)備，更換切削刀片都很方便。由于切削阻力小，本發(fā)明可用支架支撐在構(gòu)成隧道的管件上，對作為掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)反作用力支撐物的管件的壓力減少。避免由于壓力過大而引起的管件崩裂。
本發(fā)明的主刀桿是通過錐柄和斜鐵安裝在主刀軸上的，用手錘敲下斜鐵，再將其打入位于錐柄外端的工藝孔中即可將主刀桿沿回轉(zhuǎn)盤徑向頂出。只要在隧道的相應(yīng)位置，挖一個(gè)半徑略大于主刀片回轉(zhuǎn)半徑，深度略大于錐柄長度的洞穴，即可將主刀桿連同其上安裝的刀片整體卸下。在停止推進(jìn)掘進(jìn)機(jī)的情況下，開動掘進(jìn)機(jī)的馬達(dá)，使回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動120°，即可用同一洞穴卸下第二根主刀桿。重復(fù)上述動作，即可把第三根主刀桿卸下。安裝新的主刀桿只需逆向完成上述動作。
由于主刀桿可按上述方法整體快速拆卸與安裝，所以可以縮短更換刀桿的時(shí)間，提高掘進(jìn)機(jī)的工作效率。
由于本發(fā)明的主刀桿可以整體更換，同時(shí)本發(fā)明是通過主刀桿的自轉(zhuǎn)對巖土進(jìn)行小面積的切削，而通過其公轉(zhuǎn)完成對整個(gè)斷面的切削，所以更換不同長度的主刀桿，即可挖掘不同直徑的隧道，這使本發(fā)明具有更大的靈活性。
如圖4所示，本發(fā)明的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)是由支架支撐在構(gòu)成隧道的管件上，拆下上、下支撐。就可將本發(fā)明的整體卸下來。由于主刀桿亦可卸下來，本發(fā)明體積小，重量輕，所以可以用車將其從隧道中運(yùn)出。拆卸、運(yùn)輸都很方便。反之，還可以在已鋪設(shè)管道的隧道中安裝本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，適用于城市地下管道設(shè)施、地鐵、隧道及其它地下工程的施工，其特征在于該機(jī)器包括一個(gè)機(jī)座，一個(gè)回轉(zhuǎn)盤，一根位于回轉(zhuǎn)盤內(nèi)部的主軸，在所述的機(jī)座后部有一行星齒輪箱和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在回轉(zhuǎn)盤上裝有若干主刀軸，在主刀軸上聯(lián)接裝有切削刀片的主刀桿，所述的主軸通過行星齒輪箱將驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動力傳遞給回轉(zhuǎn)盤，同時(shí)通過主軸頭部的傘齒輪將驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動力傳遞給主刀桿，主刀桿一面作繞其自身軸線的自轉(zhuǎn)，一面由回轉(zhuǎn)盤帶動作繞機(jī)座中心線的公轉(zhuǎn)，通過主刀桿的自轉(zhuǎn)對斷面上的巖土進(jìn)行沿隧道徑向的小面積的切削；通過主刀桿繞機(jī)座中心線的公轉(zhuǎn)，完成對全部斷面的切削。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的機(jī)座由支架支撐在構(gòu)成隧道的管件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的回轉(zhuǎn)盤的中心線與機(jī)座中心線重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的回轉(zhuǎn)盤中有一傘齒輪箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的主刀軸沿回轉(zhuǎn)盤徑向布置在回轉(zhuǎn)盤內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的主刀軸上用錐柄和斜鐵聯(lián)接主刀桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的主刀桿上用螺釘固接若干切削刀片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述的主軸上有一對偏心輪。
全文摘要
適用于地下工程施工的全斷面行星掘進(jìn)機(jī)包括一個(gè)由支架支撐在隧道管壁上的機(jī)座，前部是一個(gè)帶有三根可以自轉(zhuǎn)的主刀桿的回轉(zhuǎn)盤，后部是行星齒輪箱和驅(qū)動機(jī)構(gòu)。工作時(shí)由一臺馬達(dá)驅(qū)動，使主刀桿一面作繞其自身軸線的自轉(zhuǎn)，同時(shí)由回轉(zhuǎn)盤帶動作繞機(jī)座中心線的公轉(zhuǎn)，主刀桿上裝有切削刀片，通過主刀桿的自轉(zhuǎn)對巖土進(jìn)行沿隧道徑向的小面積切削，同時(shí)通過主刀桿的公轉(zhuǎn)完成對全部斷面的切削。主刀桿可以快速更換，以適合不同直徑的隧道施工。
文檔編號E21D9/06GK1083897SQ92110139
公開日1994年3月16日 申請日期1992年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月7日
發(fā)明者葛維民 申請人:葛維民