高速低能耗掘進機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種高速低能耗掘進機，適用于城市地下管道設(shè)施、地鐵、隧道及其他地下工程的施工。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的掘進機都設(shè)有一個與所建隧道直徑相符的刀盤，在刀盤上面對掌子面的刀盤表面上，裝有若干固定的或可以自由轉(zhuǎn)動的切削器。緊接刀盤的后部，設(shè)有作為掘進機殼體的圓筒，在圓筒的中心，用軸承支撐著一根可圍繞隧道軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸的前端連接刀盤，后部連接齒輪及馬達。馬達的動力經(jīng)齒輪驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，帶動刀盤轉(zhuǎn)動，進而通過刀盤上的切削器對巖土進行切削。
[0003]用這種方法設(shè)計的掘進機有CN 85104500介紹的遮護式隧道掘進機及CN86100645介紹的掩護支架平硐掘進機。
[0004]用現(xiàn)有的掘進機進行隧道施工，掘進的速度很低。需要具有足夠大的動力，消耗的能量很高。掘進機的零部件很笨重，占據(jù)了掘進機殼體內(nèi)許多有限的空間，安裝和維修都很麻煩，也給安裝其他設(shè)備帶來困難。
[0005]現(xiàn)有的掘進機，在對巖土進行掘進時，切削器會由于它與巖土的摩擦而發(fā)熱，發(fā)熱的程度取決于切削器對巖土的切削速度，切削速度越高，發(fā)熱程度越高。制造切削器的材料所能承受的發(fā)熱程度是有限的，換言之，一定材料制成的切削器，使用時切削速度是有限的。
[0006]參見圖2,現(xiàn)有的掘進機對巖土進行掘進時，切削器的切削速度與刀盤的大小及刀盤的轉(zhuǎn)速有關(guān)。切削器在刀盤上做圓周運動，它對巖土的切削速度既是切削器在該點圓周上的線速度(V)，它的速度值是切削器所在圓周的半徑(R)與刀盤轉(zhuǎn)速(ω)的乘積。
[0007]刀盤的大小是根據(jù)隧道的尺寸決定的，不能改變。為了使切削器的線速度不會過高，只能降低刀盤的轉(zhuǎn)速，進而保證切削器不會過度發(fā)熱。所以現(xiàn)有的掘進機轉(zhuǎn)速不能太高，用現(xiàn)有的掘進機進行隧道施工，掘進的速度很低。
[0008]現(xiàn)有的掘進機對巖土進行掘進時，切削器對巖土施力，將巖土剝離掌子面。巖土對切削器施以反作用力，通過刀盤以扭矩的形式傳遞給轉(zhuǎn)軸，進而通過齒輪傳遞給馬達。
[0009]扭矩是力與力臂的乘積，對現(xiàn)有的掘進機而言，每個切削器產(chǎn)生的扭矩，就是切削器受到的巖土對該切器施加的反作用力(F)與該切削器所在刀盤上圓周半徑(R)的乘積。每個切削器產(chǎn)生的扭矩都會傳遞到轉(zhuǎn)軸上，形成總扭矩，并經(jīng)過齒輪傳達給馬達。
[〇〇1〇] 隧道的直徑都很大，與之相符的刀盤也就大，總扭矩也就大，需要馬達能夠輸出足夠的扭矩抵抗巖土對切削器施加的反作用力，往往需要數(shù)量眾多的馬達驅(qū)動。
[〇〇11]馬達需要消耗能量輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，它所消耗的能量值等于馬達輸出轉(zhuǎn)速與馬達輸出扭矩的乘積，現(xiàn)有的掘進機馬達消耗的能量往往都很高。
[0012]另外，由于扭矩大，轉(zhuǎn)軸、齒輪等零部件都要有足夠大的尺寸，以承受總扭矩的負荷，制造出的掘進機很笨重。
[0013]粗大笨重的掘進機零部件占據(jù)了掘進機殼體內(nèi)許多有限的空間，安裝和維修都很麻煩，也給安裝其他設(shè)備帶來困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種高速低能耗掘進機，通過改變掘進機的刀盤及其傳動形式，提高掘進速度，降低驅(qū)動能耗。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小零部件的尺寸，為掘進機的安裝、維修和更換提供方便，也更利于安裝其它設(shè)備。還可以變換切削方式，適用于不同的巖土，做到一機多用。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)視圖:
[0016]圖2是本發(fā)明刀盤的結(jié)構(gòu)視圖:
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示:本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，改變了掘進機的刀盤及其傳動形式。
[0018] 刀盤被分為兩部分:
[0019] —部分刀盤像現(xiàn)有的掘進機那樣，在面對掌子面的刀盤表面上，裝有若干固定的或可以自由轉(zhuǎn)動的切削器，刀盤圍繞隧道軸線轉(zhuǎn)動，通過刀盤上的切削器對巖土進行切削。
[0020]刀盤驅(qū)動馬達1，通過刀盤驅(qū)動馬達齒輪3與刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸齒輪4嚙合，將扭矩傳遞給刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸5.進而使與刀盤驅(qū)動主軸5固接的刀盤6轉(zhuǎn)動。由刀盤6上面固定的或可以自由轉(zhuǎn)動的切削器11，對巖土進行切削。
[0021]與現(xiàn)有的掘進機有所不同，本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸5是空心的。
[〇〇22]如圖1所示:本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，在刀盤6上增設(shè)了若干滾刀7,在滾刀7上裝有若干切削器。(為了敘述簡潔，在圖1中沒有畫出這些切削器。)
[0023]本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，設(shè)置了滾刀驅(qū)動系統(tǒng)，它包括滾刀驅(qū)動馬達15、滾刀驅(qū)動馬達齒輪14、滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸齒輪13、滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12、傘齒輪10、楔鐵9、滾刀軸8、和滾刀7。
[〇〇24]滾刀傳動轉(zhuǎn)軸12是穿過刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸5的空心里的，滾刀軸8是通過軸承支撐在刀盤6上的。滾刀7通過斜鐵9固定在滾刀軸8上。
[0025] 滾刀驅(qū)動馬達15,通過滾刀驅(qū)動馬達齒輪14,與滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸齒輪13嚙合，將扭矩傳遞給滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12.再通過固接在滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12上的傘齒輪10，與固接在滾刀軸8上的另一個傘齒輪10嚙合，使?jié)L刀軸8轉(zhuǎn)動。通過滾刀7上面安裝的切削器對巖土進行切削。
[0026] 如圖2所示:滾刀7位處于刀盤6半徑上的一部分，滾刀軸8被支撐在刀盤6上，滾刀7能夠隨著刀盤6的轉(zhuǎn)動做圍繞著隧道軸線的轉(zhuǎn)動。
[〇〇27]滾刀7做的是復(fù)合運動，滾刀7—方面自己在圍繞滾刀軸8的軸線轉(zhuǎn)動，同時滾刀7又被刀盤6帶著做圍繞隧道軸線的轉(zhuǎn)動。
[〇〇28]滾刀7自己圍繞滾刀軸8的軸線轉(zhuǎn)動時，由滾刀7上的切削器對巖土實施切削，在掌子面半徑上的一小部分巖土被切削掉。
[0029]同時，滾，7被刀盤6帶著做圍繞隧道軸線的轉(zhuǎn)動，刀盤6轉(zhuǎn)動一圈，滾刀7對巖土的切削就形成了一個環(huán)。也就是說滾刀7通過對巖土小面積切削的積累形成對巖土的環(huán)形大面積切削。
[0030]在本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機上，滾刀7是圍繞著滾刀軸8的軸線轉(zhuǎn)動的，相對于碩大的刀盤6,滾刀7的半徑(R’)要小許多.按照上面的敘述，滾刀7上切削器的線速度(V’)會小很多，可以大大地提高滾刀7的轉(zhuǎn)速(ω ’)，
[0031]如圖2所示，使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機進行隧道掘進時，滾刀7高速地轉(zhuǎn)動，滾刀7上的切削器對巖土不斷地進行切削，增加了切削器對巖土的切削次數(shù)。滾刀7又被刀盤6帶著做圍繞隧道軸線的轉(zhuǎn)動，通過對巖土小面積切削的積累形成對巖土的環(huán)形大面積切削。使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，就能夠做到高速掘進。
[〇〇32]在本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機上，滾刀7是圍繞著滾刀軸8的軸線轉(zhuǎn)動的，滾刀7上每個切削器產(chǎn)生的扭矩，是切削器受到的巖土對該切器施加的反作用力(F)與該切削器在滾刀7上圓周半徑(R”)的乘積。相對于碩大的刀盤6,滾刀的半徑(R’)要小很多，滾刀7上切削器的扭矩會小很多，
[〇〇33]每個滾刀的扭矩，通過滾刀軸、傘齒輪傳遞到滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12,再經(jīng)過齒輪傳送到滾刀驅(qū)動馬達。滾刀的扭矩小，滾刀驅(qū)動馬達需要輸出的扭矩就小，根據(jù)上面所述，馬達需要的能量就小，使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，就能夠做到低能耗。
[〇〇34]由于扭矩小，使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，可以減小轉(zhuǎn)軸、齒輪等零部件的尺寸，節(jié)省空間。也給安裝其他設(shè)備提供方便。
[0035]使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，刀盤及滾刀上的切削器可以隨時更換，保證掘進施工的連續(xù)進行。
[0036]使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，可以在刀盤和滾刀上使用不同的切削器。滾刀可以整體拆除，讓出如圖1所示的超前量，只用刀盤進行掘進。這樣，使用本發(fā)明提供的高速低能耗掘進機，還可以變換切削方式，適用于不同的巖土，做到一機多用。
【主權(quán)項】
1.一種高速低能耗掘進機，適用于城市地下管道設(shè)施、地鐵、隧道及其他地下工程的施工，其特征在于在刀盤(6)上增設(shè)若干滾刀(7)，并為之建立相應(yīng)的滾刀驅(qū)動系統(tǒng)，它包括滾刀驅(qū)動馬達(15)、滾刀驅(qū)動馬達齒輪(14)、滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸齒輪(13)、滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(12)、傘齒輪(10)、楔鐵(9)、滾刀軸(8)、和滾刀(7)和空心的刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(5)，滾刀驅(qū)動馬達(15)通過滾刀驅(qū)動馬達齒輪(14)與滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸齒輪(13)嚙合，將扭矩傳遞給滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(12)滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(12)穿過刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(5)，再通過固接在滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(12)上的傘齒輪(10)與固接在滾刀軸(8)上的另一個傘齒輪(10)嚙合，使?jié)L刀軸(8)轉(zhuǎn)動，楔鐵(9)將滾刀(7)固定在滾刀軸(8)上，通過滾刀(7)上面安裝的切削器對巖土進行切削。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于存在著一個滾刀驅(qū)動馬達(15)〇3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀驅(qū)動馬達(15)后面固接著滾刀驅(qū)動馬達齒輪(14)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(12)固接著滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸齒輪(13)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(5)是空心的。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀傳動轉(zhuǎn)軸(12)是穿過刀盤驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(5)的空心的。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀驅(qū)動轉(zhuǎn)軸(12)上固接著一個傘齒輪(10)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀軸(8)上固接著另一個傘齒輪(10)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀軸(8)是通過軸承支撐在刀盤(6)上的。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速低能耗掘進機，其特征在于所述的滾刀(7)是通過斜鐵(9)固定在滾刀軸(8)上的。
【專利摘要】本發(fā)明是一種高速低能耗掘進機，適用于城市地下管道設(shè)施、地鐵、隧道及其他地下工程的施工。針對現(xiàn)有掘進機速度低、耗能大，不易維修的弱點，通過改變掘進機的刀盤及其傳動形式，提高掘進速度，降低驅(qū)動能耗。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小零部件的尺寸，為掘進機的安裝、維修和更換提供方便，也更利于安裝其它設(shè)備。還可以變換切削方式，適用于不同的巖土，做到一機多用。更好的適應(yīng)隧道施工對掘進機的要求。
【IPC分類】E21D9/10
【公開號】CN105443139
【申請?zhí)枴緾N201511017679
【發(fā)明人】張銀生, 葛維民, 華群, 王 華, 薛曉
【申請人】江蘇銀旭隧道機械有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月30日