盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及含有此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及盾構(gòu)機(jī)裝置領(lǐng)域，特別地，涉及一種盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及含此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)施工中的重要施工機(jī)械，由于盾構(gòu)施工具有安全、可靠、環(huán)境影響小、勞動(dòng)強(qiáng)度低、土方量少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在城市軌道、水利、市政工程、礦山、公路、鐵路隧道等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因盾構(gòu)機(jī)經(jīng)常在復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境下施工，所以其傳動(dòng)系統(tǒng)要能夠經(jīng)受重載荷和大沖擊，并且要求具備大功率、低速大扭矩輸出等功能。
[0003]由于刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵組成部分，其對(duì)整臺(tái)設(shè)備性能具有重要影響。盾構(gòu)機(jī)為了適應(yīng)不同工作環(huán)境需要具備多種輸出狀態(tài)、低速、大扭矩等特點(diǎn)。刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正常工作下的輸出功率不足額定功率的一半，而為了克服刀盤(pán)工作中遇到土石阻力矩突然增大甚至塌陷等造成的脫困情況下馬達(dá)驅(qū)動(dòng)功率需要達(dá)到額定功率，并采用多個(gè)馬達(dá)輸入組合和大傳動(dòng)比的減速器共同驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)。
[0004]盾構(gòu)機(jī)實(shí)際掘進(jìn)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性為:若遇到軟土地質(zhì)，則在較小的推進(jìn)力下，刀盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈的軸向推進(jìn)量也較大，此時(shí)掘進(jìn)裝備的實(shí)際負(fù)載扭矩較大，可采用低速大扭矩掘進(jìn)方式；而當(dāng)遇到硬巖地質(zhì)時(shí)，即使推進(jìn)力很大，刀盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈的軸向貫入量仍較小，實(shí)際負(fù)載扭矩較小，此時(shí)可提高刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)高速小扭矩驅(qū)動(dòng)。
[0005]刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)的核心部件，主要由驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源(電機(jī)或液壓馬達(dá))、行星齒輪減速器、小齒輪及大齒輪、主軸承以及密封冷卻系統(tǒng)組成。目前盾構(gòu)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)包括雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)功率非常大，液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)效率低，若采用單一液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，功率損失非常大，且發(fā)熱嚴(yán)重，因此，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)只作為雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助驅(qū)動(dòng)方式。
[0006]通常，盾構(gòu)機(jī)中刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有雙速電機(jī)主驅(qū)動(dòng)+液壓馬達(dá)輔助驅(qū)動(dòng)方式和變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，前者存在以下缺陷:不能連續(xù)調(diào)速、地質(zhì)適應(yīng)性差、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、故障率高，影響掘進(jìn)速度、液壓馬達(dá)和電機(jī)不能同時(shí)驅(qū)動(dòng)等問(wèn)題；后者是現(xiàn)有技術(shù)中的主要驅(qū)動(dòng)方式，雖然變頻電機(jī)在低速時(shí)能輸出較大的扭矩，但受到最大電磁轉(zhuǎn)矩的限制，其脫困扭矩有限。實(shí)際上，只能增加電機(jī)功率來(lái)提高脫困扭矩，必然導(dǎo)致變頻電機(jī)裝機(jī)功率顯著增加。然而在高速掘進(jìn)工況下電機(jī)扭矩相對(duì)脫困扭矩非常小，從而導(dǎo)致電機(jī)裝機(jī)功率浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的第一目的在于提供一種地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、裝機(jī)功率利用率高、扭矩大以及方便安裝的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括大齒輪以及與其連接的I個(gè)驅(qū)動(dòng)單元或至少2個(gè)并聯(lián)且以刀盤(pán)的中心為圓心呈環(huán)形設(shè)置的驅(qū)動(dòng)單元，所述大齒輪以及所述驅(qū)動(dòng)單元均設(shè)置在刀盤(pán)上；
[0009]每個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元包括與所述大齒輪相嚙合的小齒輪、其輸出軸與所述小齒輪連接的減速器以及其輸出軸通過(guò)離合裝置與所述減速器的輸入軸連接的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件。
[0010]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，并聯(lián)的所述驅(qū)動(dòng)單元以刀盤(pán)的中心為圓心環(huán)形均勻布置。
[0011]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)。
[0012]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量為6個(gè)。
[0013]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，每個(gè)所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件包括I個(gè)驅(qū)動(dòng)源或者至少2個(gè)對(duì)稱設(shè)置的驅(qū)動(dòng)源。
[0014]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)源為滿足安裝空間要求和滿足驅(qū)動(dòng)功率要求的電機(jī)和/或液壓馬達(dá)。
[0015]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述電機(jī)和/或液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)功率為250kW_6000kW。
[0016]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述電機(jī)和/或液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)功率為2000kW_4000kW。
[0017]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述離合裝置為實(shí)現(xiàn)在不同驅(qū)動(dòng)源同步驅(qū)動(dòng)情況下進(jìn)行傳動(dòng)分合功能的離合部件。
[0018]應(yīng)該本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果:
[0019](I)本發(fā)明的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括均設(shè)置在刀盤(pán)上的大齒輪和I個(gè)或者至少2個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元包括小齒輪、減速器、離合裝置以及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件，整體結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)；可以采用多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的組合，多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元可以同時(shí)使用或者部分使用，具有安裝方便、提高驅(qū)動(dòng)效率、降低能耗以及在部分驅(qū)動(dòng)單元存在故障的情況下保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件和離合裝置的組合實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)脫困方式、低速大扭矩工作方式以及高速小扭矩驅(qū)動(dòng)等多種工作方式，優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，特別是增強(qiáng)了刀盤(pán)的脫困能力和驅(qū)動(dòng)效率，使其能夠應(yīng)對(duì)各種不同的復(fù)雜地質(zhì)工況，提高了裝機(jī)功率的利用率，實(shí)用性強(qiáng)。
[0020](2)本發(fā)明中采用2個(gè)或2個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元以刀盤(pán)的中心為圓心呈環(huán)形均勻布置，所述驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量最好為偶數(shù)個(gè)，使得動(dòng)力驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)時(shí)刀盤(pán)受力均勻，穩(wěn)定性好，提高其工作效率；所述驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量為6個(gè)，能滿足現(xiàn)實(shí)中幾乎所有工況的需求，實(shí)用性強(qiáng)。
[0021](3)本發(fā)明中每個(gè)所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件包括I個(gè)驅(qū)動(dòng)源或者至少2個(gè)驅(qū)動(dòng)源，驅(qū)動(dòng)源的數(shù)量和種類可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，輸出不同的扭矩，滿足不同的需求，且有利于大齒輪的受力平衡，提高齒圈的驅(qū)動(dòng)特性和使用壽命；所述驅(qū)動(dòng)源為滿足安裝空間要求和滿足驅(qū)動(dòng)功率要求的電機(jī)和/或液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)源的空間多角度安裝，減少裝配空間，提高空間使用率；所述電機(jī)和/或液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)功率為250kW-6000kW，最好是2000kW-4000kW，容易獲得，且滿足現(xiàn)實(shí)中刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)需求，實(shí)用性強(qiáng)。
[0022](4)本發(fā)明中所述離合裝置為實(shí)現(xiàn)在不同驅(qū)動(dòng)源同步驅(qū)動(dòng)情況下進(jìn)行傳動(dòng)分合功能的離合部件，部件容易選擇且能實(shí)現(xiàn)通過(guò)離合部件驅(qū)動(dòng)單元的同步或非同步驅(qū)動(dòng)方式，從而適應(yīng)了不同地質(zhì)情況下對(duì)驅(qū)動(dòng)的要求。
[0023]本發(fā)明的第二目的在于提供一種包含上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)，使得盾構(gòu)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、裝機(jī)功率利用率高、扭矩大以及方便安裝。
[0024]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0025]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0026]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1的具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與刀盤(pán)的連接關(guān)系圖；
[0027]圖2是圖1中盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的傳動(dòng)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1的具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在刀盤(pán)上的分布結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]1-大齒輪，2-小齒輪，3-減速器，4-離合裝置，5-動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件，6_驅(qū)動(dòng)單元，7-刀盤(pán)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]一種盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，詳見(jiàn)圖1，具體包括設(shè)置在刀盤(pán)7上的大齒輪I以及與所述大齒輪I連接的驅(qū)動(dòng)單元6。
[0033]所述驅(qū)動(dòng)單元6的數(shù)量為η個(gè)，η的取值可以為I個(gè)，也可以為2，還可以為2個(gè)以上的其他數(shù)量，具體數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。當(dāng)η的取值大于等于2時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元6并聯(lián)(兩兩之間相互并聯(lián))且以刀盤(pán)的中心為圓心呈環(huán)形均勻布置(詳見(jiàn)圖3)，利于驅(qū)動(dòng)源輸出的動(dòng)